Kas yra galios elektronika

Šiame straipsnyje kalbėsime apie galios elektroniką. Kas yra galios elektronika, kuo ji pagrįsta, kokie privalumai ir kokios jos perspektyvos? Apsigyvenkime ties galios elektronikos komponentais, trumpai apsvarstykime, kas jie yra, kuo jie skiriasi vienas nuo kito ir kokioms reikmėms tinka tie ar tie puslaidininkinių jungiklių tipai. Čia pateikiami galios elektronikos prietaisų, naudojamų kasdieniame gyvenime, gamyboje ir kasdieniame gyvenime, pavyzdžiai.

Pastaraisiais metais galios elektronikos prietaisai padarė didelį technologinį proveržį energijos taupymo srityje. Galios puslaidininkiniai įtaisai dėl savo lankstaus valdymo leidžia efektyviai konvertuoti elektros energiją. Šiandieniniai svorio, dydžio ir efektyvumo rodikliai jau perkėlė keitiklius į kokybiškai naują lygį.

Daugelyje pramonės šakų naudojami minkštieji paleidikliai, greičio reguliatoriai, nepertraukiamo maitinimo šaltiniai, veikiantys modernių puslaidininkių pagrindu ir pasižymintys dideliu efektyvumu. Visa tai galios elektronika.

Elektros energijos srauto valdymas galios elektronikoje atliekamas puslaidininkiniais jungikliais, kurie pakeičia mechaninius jungiklius ir kuriuos galima valdyti pagal reikiamą algoritmą, norint gauti reikiamą vidutinę galią ir tikslų vieno ar kito darbinio kūno veikimą. įranga.

Taigi, galios elektronika naudojama transporte, kasybos pramonėje, ryšių srityje, daugelyje pramonės šakų, ir šiandien nė vienas galingas buitinis prietaisas negali išsiversti be galios elektroninių blokų, įtrauktų į jo dizainą.

Pagrindiniai galios elektronikos blokai yra būtent pagrindiniai puslaidininkiniai komponentai, galintys atidaryti ir uždaryti grandinę įvairiu greičiu, iki megahercų. Įjungtoje būsenoje jungiklio varža yra omų vienetai ir dalys, o išjungtoje būsenoje - megohai.

Raktų valdymas nereikalauja daug energijos, o perjungimo proceso metu atsiradę rakto nuostoliai, esant gerai suprojektuotai tvarkyklei, neviršija vieno procento. Dėl šios priežasties galios elektronikos efektyvumas yra didelis, palyginti su geležinių transformatorių ir mechaninių jungiklių, pavyzdžiui, įprastų relių, nuostolingomis padėtimis.

Galios elektroniniai prietaisai yra įrenginiai, kurių efektyvioji srovė yra didesnė arba lygi 10 amperų. Šiuo atveju pagrindiniai puslaidininkiniai elementai gali būti: bipoliniai tranzistoriai, lauko tranzistoriai, IGBT tranzistoriai, tiristoriai, triakai, blokuojami tiristoriai ir fiksuojami tiristoriai su integruotu valdymu.

Maža valdymo galia taip pat leidžia sukurti galios mikroschemas, kuriose vienu metu sujungti keli blokai: pats jungiklis, valdymo grandinė ir valdymo grandinė, tai vadinamosios išmaniosios grandinės.

Šie elektroniniai statybiniai blokai naudojami tiek didelės galios pramoniniuose įrenginiuose, tiek buitiniuose elektros prietaisuose. Kelių megavatų indukcinė orkaitė arba kelių kilovatų namų garintuvas – abu turi kietojo kūno maitinimo jungiklius, kurie tiesiog veikia skirtingu galingumu.

Taigi galios tiristoriai veikia keitikliuose, kurių galia didesnė nei 1 MVA, elektros pavarų su nuolatinės srovės ir kintamosios srovės pavarų grandinėse su aukšta įtampa, naudojami reaktyviosios galios kompensavimo įrenginiuose, indukcinio lydymo įrenginiuose.

Blokuojantys tiristoriai valdomi lanksčiau, jais valdomi šimtų kVA galingumo kompresoriai, ventiliatoriai, siurbliai, o potenciali perjungimo galia viršija 3 MVA. IGBT tranzistoriai leisti naudoti keitiklius, kurių talpa iki MVA blokų įvairiems tikslams, tiek varikliams valdyti, tiek nuolatiniam maitinimo tiekimui ir didelių srovių perjungimui daugelyje statinių įrenginių.

MOSFET turi puikų valdymą šimtų kilohercų dažniais, o tai labai išplečia jų taikymo sritį, palyginti su IGBT.

Triacai yra optimalūs kintamosios srovės varikliams paleisti ir valdyti, jie gali veikti iki 50 kHz dažniais, o valdymui reikia mažiau energijos nei IGBT tranzistoriams.

Šiandien IGBT maksimali perjungimo įtampa yra 3500 voltų ir galbūt 7000 voltų.Šie komponentai gali pakeisti bipolinius tranzistorius ateinančiais metais ir bus naudojami įrangoje iki MVA blokų. Mažos galios keitikliams priimtinesni išliks MOSFET, o daugiau nei 3 MVA – fiksuojami tiristoriai.

Remiantis analitikų prognozėmis, dauguma puslaidininkių ateityje bus modulinės konstrukcijos, kai vienoje pakuotėje yra nuo dviejų iki šešių pagrindinių elementų. Modulių naudojimas leidžia sumažinti įrangos, kurioje jie bus naudojami, svorį, dydį ir kainą.

IGBT tranzistorių pažanga bus padidinta iki 2 kA esant įtampai iki 3,5 kV, o darbiniai dažniai - iki 70 kHz su supaprastintomis valdymo schemomis. Modulyje gali būti ne tik jungikliai ir lygintuvas, bet ir vairuotojas bei aktyvios apsaugos grandinės.

Pastaraisiais metais pagaminti tranzistoriai, diodai, tiristoriai jau gerokai pagerino savo parametrus, tokius kaip srovė, įtampa, greitis, progresas nestovi vietoje.

Norint geriau paversti kintamąją srovę į nuolatinę srovę, naudojami valdomi lygintuvai, kurie leidžia sklandžiai keisti išlygintą įtampą diapazone nuo nulio iki vardinės.

Šiandien nuolatinės srovės elektros pavaros žadinimo sistemose tiristoriai daugiausia naudojami sinchroniniuose varikliuose. Dvigubi tiristoriai – triakai – turi tik vieną užtvaros elektrodą dviems sujungtiems antilygiagrečiam tiristoriui, o tai dar labiau palengvina valdymą.

Norint atlikti atvirkštinį procesą, naudojamas nuolatinės įtampos konvertavimas į kintamąją inverteriai… Nepriklausomi puslaidininkiniai keitikliai suteikia išėjimo dažnį, formą ir amplitudę, kurią nustato elektroninė grandinė, o ne tinklas. Inverteriai gaminami remiantis skirtingų tipų pagrindiniais elementais, tačiau esant didelei galiai, daugiau nei 1 MVA, vėlgi iškyla IGBT tranzistoriniai keitikliai.

Skirtingai nuo tiristorių, IGBT suteikia platesnę ir tikslesnę išėjimo srovės ir įtampos formavimą. Mažos galios automobilių inverteriai savo darbe naudoja lauko tranzistorius, kurie, esant iki 3 kW galiai, puikiai atlieka 12 voltų akumuliatoriaus nuolatinę srovę, pirmiausia į nuolatinę, per veikiantį aukšto dažnio impulsinį keitiklį. 50 kHz iki šimtų kilohercų dažniu, tada kintamu 50 arba 60 Hz.

Norėdami konvertuoti vieno dažnio srovę į kito dažnio srovę, naudokite puslaidininkiniai dažnio keitikliai<...> Anksčiau tai buvo daroma tik naudojant tiristorius, kurie nebuvo visiškai valdomi; reikėjo sukurti sudėtingas priverstinio tiristorių užrakinimo schemas.

Tokių jungiklių, kaip lauko efekto MOSFET ir IGBT, naudojimas palengvina dažnio keitiklių projektavimą ir diegimą, todėl galima prognozuoti, kad tiristorių, ypač mažos galios įrenginiuose, ateityje bus atsisakyta tranzistorių naudai.

Tiristoriai vis dar naudojami elektrinėms pavaroms apsukti; pakanka turėti du tiristorių keitiklių rinkinius, kad būtų užtikrintos dvi skirtingos srovės kryptys be perjungimo. Taip veikia modernūs bekontakčiai reversiniai starteriai.

Tikimės, kad mūsų trumpas straipsnis buvo jums naudingas ir dabar jūs žinote, kas yra galios elektronika, kokie galios elektronikos elementai naudojami galios elektronikos įrenginiuose ir koks didelis galios elektronikos potencialas yra mūsų ateičiai.