Mis on jõuelektroonika

Selles artiklis räägime jõuelektroonikast. Mis on jõuelektroonika, millel see põhineb, millised on selle eelised ja millised on selle väljavaated? Peatume jõuelektroonika komponentidel, kaalume lühidalt, mis need on, kuidas need üksteisest erinevad ja millisteks rakendusteks seda või seda tüüpi pooljuhtlülitid sobivad. Siin on näited igapäevaelus, tootmises ja igapäevaelus kasutatavatest jõuelektroonikaseadmetest.

Viimastel aastatel on jõuelektroonika seadmed teinud energiasäästu vallas suure tehnoloogilise läbimurde. Võimsuspooljuhtseadmed võimaldavad oma paindliku juhitavuse tõttu elektrit tõhusalt muundada. Tänased kaalu ja suuruse ning efektiivsuse mõõdikud on toonud muundurid juba kvalitatiivselt uuele tasemele.

Paljudes tööstusharudes kasutatakse pehmekäivitusseadmeid, kiirusregulaatoreid, katkematuid toiteallikaid, mis töötavad kaasaegsel pooljuhtidel ja millel on kõrge efektiivsus. See kõik on jõuelektroonika.

Elektrienergia voolu juhtimine jõuelektroonikas toimub pooljuhtlülitite abil, mis asendavad mehaanilisi lüliteid ja mida on võimalik juhtida vastavalt vajalikule algoritmile, et saada vajalik keskmine võimsus ja selle või teise töökeha täpne toimimine. varustus.

Niisiis kasutatakse jõuelektroonikat transpordis, mäetööstuses, kommunikatsioonivaldkonnas, paljudes tööstusharudes ning tänapäeval ei saa ükski võimas kodumasin hakkama ilma selle disainis sisalduvate jõuelektroonikateta.

Jõuelektroonika põhilised ehitusplokid on just pooljuhtide võtmekomponendid, mis suudavad avada ja sulgeda vooluringi erinevatel kiirustel, kuni megahertsini. Sisselülitatud olekus on lüliti takistus oomiühikutes ja murdosades ning väljalülitatud olekus megaoomides.

Võtmehaldus ei nõua palju energiat ja lülitusprotsessi käigus tekkinud võtme kaod hästi läbimõeldud draiveri korral ei ületa üht protsenti. Sel põhjusel on jõuelektroonika efektiivsus kõrge, võrreldes raudtrafode ja mehaaniliste lülitite, näiteks tavaliste releede, kadudega asenditega.

Jõuelektroonilised seadmed on seadmed, mille efektiivne vool on 10 amprit või suurem. Sel juhul võivad peamised pooljuhtelemendid olla: bipolaarsed transistorid, väljatransistorid, IGBT-transistorid, türistorid, triacid, lukustustüristorid ja integreeritud juhtimisega lukustustüristorid.

Madal juhtimisvõimsus võimaldab luua ka võimsuse mikroskeeme, milles kombineeritakse korraga mitu plokki: lüliti ise, juhtahel ja juhtahel, need on nn nutikad vooluringid.

Neid elektroonilisi ehitusplokke kasutatakse nii suure võimsusega tööstusrajatistes kui ka kodumajapidamises kasutatavates elektriseadmetes. Mõne megavati induktsioonahi või mõne kilovatine koduauruti – mõlemal pooljuhtlülitid, mis lihtsalt töötavad erinevatel võimsustel.

Seega töötavad võimsustüristorid üle 1 MVA võimsusega muundurites, alalisvoolu- ja kõrgepingega vahelduvvooluajamite ahelates, kasutatakse reaktiivvõimsuse kompenseerimiseks, induktsioonsulatusseadmetes.

Lukustustüristorid juhitakse paindlikumalt, nendega juhitakse kompressoreid, ventilaatoreid, sadade kVA võimsusega pumpasid ning potentsiaalne lülitusvõimsus ületab 3 MVA. IGBT transistorid võimaldada kuni MVA-seadmete võimsusega muundurite kasutuselevõttu erinevatel eesmärkidel nii mootori juhtimiseks kui ka pideva toite ja suurte voolude lülitamise tagamiseks paljudes staatilistes paigaldistes.

MOSFETidel on suurepärane juhitavus sadade kilohertside sagedustel, mis laiendab oluliselt nende rakendusala võrreldes IGBT-dega.

Triacid on optimaalsed vahelduvvoolumootorite käivitamiseks ja juhtimiseks, need võivad töötada sagedustel kuni 50 kHz ja vajavad juhtimiseks vähem energiat kui IGBT-transistorid.

Tänapäeval on IGBT-de maksimaalne lülituspinge 3500 volti ja potentsiaalselt 7000 volti.Need komponendid võivad lähiaastatel asendada bipolaarseid transistore ja neid kasutatakse kuni MVA-seadmetes. Madala võimsusega muundurite puhul jäävad MOSFET-id vastuvõetavamaks ja rohkem kui 3 MVA puhul - lukustustüristorid.

Analüütikute prognooside kohaselt on enamik pooljuhte tulevikus modulaarse konstruktsiooniga, kus ühes pakendis paiknevad kaks kuni kuus võtmeelementi. Moodulite kasutamine võimaldab teil vähendada nende seadmete kaalu, suurust ja maksumust, milles neid kasutatakse.

IGBT-transistoride puhul on edasiminek voolude suurenemine kuni 2 kA pingetel kuni 3,5 kV ja töösageduste kasv kuni 70 kHz lihtsustatud juhtimisskeemidega. Moodul võib sisaldada mitte ainult lüliteid ja alaldit, vaid ka draiverit ja aktiivseid kaitseahelaid.

Viimastel aastatel toodetud transistorid, dioodid, türistorid on juba oluliselt parandanud oma parameetreid nagu vool, pinge, kiirus ja edasiminek ei seisa paigal.

Vahelduvvoolu paremaks muundamiseks alalisvooluks kasutatakse juhitavaid alaldeid, mis võimaldavad sujuvalt muuta alaldatud pinget vahemikus nullist nominaalini.

Tänapäeval kasutatakse alalisvoolu elektriajamiga ergutussüsteemides türistoreid peamiselt sünkroonmootorites. Topelttüristoritel — triacidel — on kahe ühendatud antiparalleeltüristori jaoks ainult üks paiselektrood, mis muudab juhtimise veelgi lihtsamaks.

Pöördprotsessi läbiviimiseks kasutatakse alalispinge teisendamist vahelduvpingeks inverterid… Sõltumatud pooljuhtlülitiga inverterid annavad väljundsageduse, kuju ja amplituudi, mille määrab elektrooniline skeem, mitte võrk. Inverterid on valmistatud erinevat tüüpi võtmeelementide põhjal, kuid suurte, üle 1 MVA võimsuste puhul tulevad esikohale jällegi IGBT transistorinverterid.

Erinevalt türistoritest pakuvad IGBT-d väljundvoolu ja pinge laiemat ja täpsemat kujundamist. Väikese võimsusega autoinverterid kasutavad oma töös väljatransistore, mis kuni 3 kW võimsusel teevad suurepärast tööd 12-voldise aku alalisvoolu muundamisel esmalt alalisvooluks läbi töötava kõrgsagedusliku impulssmuunduri. sagedusel 50 kHz kuni sadade kilohertsini, seejärel vaheldumisi 50 või 60 Hz.

Ühe sagedusega voolu teisendamiseks teise sagedusega vooluks kasutage pooljuhtide sagedusmuundurid… Varem tehti seda ainult türistorite baasil, millel ei olnud täielikku juhitavust; oli vaja välja töötada keerulised skeemid türistorite sundlukustamiseks.

Lülitite, nagu väljaefektiga MOSFET-id ja IGBT-d, kasutamine hõlbustab sagedusmuundurite projekteerimist ja juurutamist ning võib ennustada, et türistoritest, eriti väikese võimsusega seadmetes, loobutakse tulevikus transistoride kasuks.

Elektriajamite tagurdamiseks kasutatakse endiselt türistoreid; piisab kahest türistormuunduri komplektist, et tagada kaks erinevat voolusuunda ilma ümberlülitamist vajamata. Nii töötavad tänapäevased kontaktivabad pööratavad starterid.

Loodame, et meie lühike artikkel oli teile kasulik ja nüüd teate, mis on jõuelektroonika, milliseid jõuelektroonika elemente kasutatakse jõuelektroonika seadmetes ja kui suur on jõuelektroonika potentsiaal meie tuleviku jaoks.