Mikä on tehoelektroniikka

Tässä artikkelissa puhumme tehoelektroniikasta. Mitä tehoelektroniikka on, mihin se perustuu, mitkä ovat edut ja mitkä ovat sen näkymät? Pysähdytään tehoelektroniikan komponentteihin, pohditaan lyhyesti, mitä ne ovat, miten ne eroavat toisistaan ​​ja mihin sovelluksiin tällaiset tai sen tyyppiset puolijohdekytkimet sopivat. Tässä on esimerkkejä tehoelektroniikkalaitteista, joita käytetään jokapäiväisessä elämässä, valmistuksessa ja jokapäiväisessä elämässä.

Viime vuosina tehoelektroniikkalaitteet ovat tehneet suuren teknologisen läpimurron energiansäästössä. Tehopuolijohdelaitteet mahdollistavat joustavan ohjattavuuden ansiosta tehokkaan sähkön muuntamisen. Nykypäivän paino-, koko- ja tehokkuusmittarit ovat jo nostaneet muuntimet laadullisesti uudelle tasolle.

Monet teollisuudenalat käyttävät pehmokäynnistimiä, nopeudensäätimiä, keskeytymättömiä virtalähteitä, jotka toimivat nykyaikaisella puolijohdepohjalla ja osoittavat korkean hyötysuhteen. Kaikki on tehoelektroniikkaa.

Sähköenergian virtauksen ohjaus tehoelektroniikassa tapahtuu puolijohdekytkimien avulla, jotka korvaavat mekaaniset kytkimet ja joita voidaan ohjata tarvittavan algoritmin mukaan vaaditun keskimääräisen tehon ja tämän tai tuon työkappaleen tarkan toiminnan saamiseksi. laitteet.

Joten tehoelektroniikkaa käytetään liikenteessä, kaivosteollisuudessa, viestinnän alalla, monilla teollisuudenaloilla, ja nykyään yksikään tehokas kodinkone ei voi tehdä ilman sen suunnittelussa olevia tehoelektroniikkayksiköitä.

Tehoelektroniikan perusrakennuspalikoita ovat juuri ne puolijohdekomponentit, jotka voivat avata ja sulkea piirin eri nopeuksilla, megahertseihin asti. Päällä-tilassa kytkimen resistanssi on ohmin yksikköä ja murto-osaa ja off-tilassa megaohmia.

Avainten hallinta ei vaadi paljoa tehoa, ja kytkentäprosessin aikana tapahtuneet avaimen häviöt hyvin suunnitellulla ohjaimella eivät ylitä yhtä prosenttia. Tästä syystä tehoelektroniikan hyötysuhde on korkea verrattuna rautamuuntajien ja mekaanisten kytkimien, kuten tavanomaisten releiden, häviöllisiin asentoihin.

Tehoelektroniikkalaitteet ovat laitteita, joiden tehollinen virta on suurempi tai yhtä suuri kuin 10 ampeeria. Tässä tapauksessa tärkeimmät puolijohdeelementit voivat olla: bipolaaritransistorit, kenttätransistorit, IGBT-transistorit, tyristorit, triacit, lukitustyristorit ja lukitustyristorit integroidulla ohjauksella.

Matala ohjausteho mahdollistaa myös tehomikropiirien luomisen, joissa useita lohkoja yhdistetään kerralla: itse kytkin, ohjauspiiri ja ohjauspiiri, nämä ovat niin sanottuja älykkäitä piirejä.

Näitä elektronisia rakennuspalikoita käytetään sekä suuritehoisissa teollisuusasennuksissa että kodin sähkölaitteissa. Muutaman megawatin induktiouuni tai muutaman kilowatin kotihöyrystin – molemmissa on puolijohdevirtakytkimet, jotka yksinkertaisesti toimivat eri tehoilla.

Siten tehotyristorit toimivat muuntimissa, joiden kapasiteetti on yli 1 MVA, tasavirta- ja korkeajännitteisten vaihtovirtakäyttöjen sähkökäyttöjen piireissä, niitä käytetään loistehon kompensointilaitteistoissa, induktiosulatuslaitteistoissa.

Lukitustyristoreja ohjataan joustavammin, niillä ohjataan kompressoreja, puhaltimia, pumppuja, joiden teho on satojen kVA, ja potentiaalinen kytkentäteho ylittää 3 MVA. IGBT-transistorit mahdollistaa jopa MVA-yksiköiden kapasiteetin muuntimien käyttöönoton eri tarkoituksiin sekä moottorin ohjaukseen että jatkuvaan virransyöttöön ja suurten virtojen kytkemiseen monissa staattisissa asennuksissa.

MOSFETeillä on erinomainen ohjattavuus satojen kilohertsien taajuuksilla, mikä laajentaa huomattavasti niiden käyttöaluetta IGBT:hen verrattuna.

Triacit ovat optimaalisia vaihtovirtamoottoreiden käynnistämiseen ja ohjaukseen, ne voivat toimia jopa 50 kHz:n taajuuksilla ja vaativat vähemmän energiaa ohjaukseen kuin IGBT-transistorit.

Nykyään IGBT:iden suurin kytkentäjännite on 3500 volttia ja mahdollisesti 7000 volttia.Nämä komponentit voivat korvata bipolaaritransistorit tulevina vuosina, ja niitä käytetään laitteissa aina MVA-yksiköihin asti. Pienitehoisille muuntimille MOSFETit pysyvät hyväksyttävimpänä ja yli 3 MVA:n kohdalla lukitustyristorit.

Analyytikoiden ennusteiden mukaan suurin osa puolijohteista on tulevaisuudessa modulaarisia, joissa kahdesta kuuteen avainelementtiä sijaitsee yhdessä paketissa. Moduulien käytön avulla voit vähentää niiden laitteiden painoa, kokoa ja kustannuksia, joissa niitä käytetään.

IGBT-transistoreilla edistyminen on virtojen kasvua 2 kA:iin asti jännitteillä 3,5 kV ja käyttötaajuuksien kasvua jopa 70 kHz yksinkertaistetuilla ohjausjärjestelmillä. Moduuli voi sisältää kytkimien ja tasasuuntaajan lisäksi myös ajurin ja aktiiviset suojapiirit.

Viime vuosina valmistetut transistorit, diodit, tyristorit ovat jo merkittävästi parantaneet parametrejaan, kuten virtaa, jännitettä, nopeutta, eikä edistyminen pysy paikallaan.

Vaihtovirran muuttamiseksi tasavirraksi parempaan käytetään ohjattuja tasasuuntaajia, jotka mahdollistavat tasasuuntaisen jännitteen tasaisen muutoksen alueella nollasta nimellisarvoon.

Nykyään DC-sähkökäytön herätejärjestelmissä tyristoreita käytetään pääasiassa synkronisissa moottoreissa. Kaksoistyristoreissa – triaceissa – on vain yksi hilaelektrodi kahdelle kytketylle antirinnakkaistyristorille, mikä tekee ohjauksesta entistä helpompaa.

Käänteisen prosessin suorittamiseksi käytetään tasajännitteen muuntamista vaihtojännitteeksi invertterit… Itsenäiset puolijohdekytkininvertterit antavat lähtötaajuuden, muodon ja amplitudin elektroniikkapiirin, ei verkon, määräämän. Invertterit valmistetaan erityyppisten avainelementtien pohjalta, mutta suurilla tehoilla, yli 1 MVA, taas IGBT-transistoriinvertterit tulevat kärkeen.

Toisin kuin tyristorit, IGBT:t tarjoavat laajemman ja tarkemman lähtövirran ja jännitteen muotoilun. Pienitehoiset autoinvertterit käyttävät työssään kenttätransistoreja, jotka jopa 3 kW:n tehoilla tekevät erinomaisen työn muuntaessaan 12 voltin akun tasavirran ensin tasavirraksi toimivan suurtaajuuspulssimuuntimen kautta. taajuudella 50 kHz - satoja kilohertsejä, sitten vuorotellen 50 tai 60 Hz.

Jos haluat muuntaa yhden taajuuden virran toisen taajuuden virraksi, käytä puolijohdetaajuusmuuttajat– – Aikaisemmin tämä tehtiin yksinomaan tyristoreilla, joilla ei ollut täydellistä ohjattavuutta; oli tarpeen kehittää monimutkaisia ​​järjestelmiä tyristorien pakkolukitsemiseksi.

Kytkimien, kuten kenttävaikutteisten MOSFETien ja IGBT:iden käyttö helpottaa taajuusmuuttajien suunnittelua ja toteutusta, ja voidaan ennakoida, että erityisesti pienitehoisissa laitteissa tyristoreista luovutaan tulevaisuudessa transistorien sijaan.

Tyristoreita käytetään edelleen kääntämään sähkökäyttöjä; riittää, että sinulla on kaksi sarjaa tyristorimuuntimia, jotta saadaan kaksi erilaista virtasuuntaa ilman kytkentää. Näin nykyaikaiset kosketuksettomat käännettävät käynnistimet toimivat.

Toivomme, että lyhyt artikkelimme oli hyödyllinen sinulle ja nyt tiedät mitä tehoelektroniikka on, mitä tehoelektroniikkaelementtejä käytetään tehoelektroniikkalaitteissa ja kuinka suuri tehoelektroniikan potentiaali on tulevaisuudellemme.