Wat is vermogenselektronica

In dit artikel gaan we het hebben over vermogenselektronica. Wat is vermogenselektronica, waar is het op gebaseerd, wat zijn de voordelen en wat zijn de vooruitzichten? Laten we stilstaan ​​​​bij de componenten van vermogenselektronica, kort bekijken wat ze zijn, hoe ze van elkaar verschillen en voor welke toepassingen deze of die soorten halfgeleiderschakelaars geschikt zijn. Hier zijn voorbeelden van apparaten met vermogenselektronica die in het dagelijks leven, in de productie en in het dagelijks leven worden gebruikt.

In de afgelopen jaren hebben apparaten met vermogenselektronica een grote technologische doorbraak gemaakt op het gebied van energiebesparing. Vermogenshalfgeleiderapparaten maken door hun flexibele bestuurbaarheid een efficiënte omzetting van elektriciteit mogelijk. Het huidige gewicht en de afmetingen en de efficiëntiestatistieken hebben converters al naar een kwalitatief nieuw niveau gebracht.

Veel industrieën maken gebruik van softstarters, snelheidsregelaars, ononderbroken voedingen, werkend op een moderne halfgeleiderbasis en vertonen een hoog rendement. Het is allemaal vermogenselektronica.

Het regelen van de stroom van elektrische energie in vermogenselektronica wordt uitgevoerd met behulp van halfgeleiderschakelaars, die mechanische schakelaars vervangen en die kunnen worden bestuurd volgens het noodzakelijke algoritme om het vereiste gemiddelde vermogen en de precieze actie van het werklichaam van dit of dat te verkrijgen apparatuur.

Vermogenselektronica wordt dus gebruikt in het transport, in de mijnbouw, op het gebied van communicatie, in veel industrieën, en tegenwoordig kan geen enkel krachtig huishoudelijk apparaat zonder vermogenselektronische eenheden die in het ontwerp zijn opgenomen.

De basisbouwstenen van vermogenselektronica zijn precies de halfgeleidersleutelcomponenten die een circuit met verschillende snelheden, tot megahertz, kunnen openen en sluiten. In de aan-stand is de weerstand van de schakelaar eenheden en fracties van ohm, en in de uit-stand, megohm.

Sleutelbeheer vereist niet veel kracht en de verliezen op de sleutel tijdens het overstapproces, met een goed ontworpen driver, bedragen niet meer dan één procent. Om deze reden is de efficiëntie van vermogenselektronica hoog in vergelijking met de verliezende posities van ijzeren transformatoren en mechanische schakelaars zoals conventionele relais.

Vermogenselektronische apparaten zijn apparaten waarvan de effectieve stroom groter is dan of gelijk is aan 10 ampère. In dit geval kunnen de belangrijkste halfgeleiderelementen zijn: bipolaire transistoren, veldeffecttransistors, IGBT-transistors, thyristors, triacs, lock-in thyristors en lock-in thyristors met geïntegreerde besturing.

Met een laag regelvermogen kunt u ook vermogensmicroschakelingen maken waarin meerdere blokken tegelijk worden gecombineerd: de schakelaar zelf, het regelcircuit en het regelcircuit, dit zijn de zogenaamde slimme schakelingen.

Deze elektronische bouwstenen worden gebruikt in zowel industriële installaties met hoog vermogen als elektrische huishoudelijke apparaten. Een inductieoven voor een paar megawatt of een stoomoven voor thuis voor een paar kilowatt - beide hebben solid-state stroomschakelaars die gewoon op verschillende wattages werken.

Vermogensthyristors werken dus in omvormers met een capaciteit van meer dan 1 MVA, in circuits van elektrische aandrijvingen met gelijkstroom en wisselstroomaandrijvingen met hoogspanning, worden gebruikt in installaties voor compensatie van reactief vermogen, in installaties voor inductiesmelten.

Vergrendelende thyristors worden flexibeler geregeld, ze worden gebruikt om compressoren, ventilatoren, pompen met een capaciteit van honderden kVA te regelen en het potentiële schakelvermogen overschrijdt 3 MVA. IGBT-transistors maken de inzet mogelijk van omvormers met een capaciteit tot MVA-eenheden voor diverse doeleinden, zowel voor motoraansturing als voor continue voeding en schakelen van hoge stromen in vele statische installaties.

MOSFET's hebben een uitstekende bestuurbaarheid bij frequenties van honderden kilohertz, wat hun toepassingsgebied aanzienlijk vergroot in vergelijking met IGBT's.

Triacs zijn optimaal voor het starten en besturen van AC-motoren, ze kunnen werken bij frequenties tot 50 kHz en hebben minder energie nodig om te besturen dan IGBT-transistors.

Tegenwoordig hebben IGBT's een maximale schakelspanning van 3500 volt en mogelijk 7000 volt.Deze componenten kunnen de komende jaren bipolaire transistors vervangen en zullen worden gebruikt op apparatuur tot MVA-eenheden. Voor low-power converters blijven MOSFET's acceptabeler, en voor meer dan 3 MVA - lock-in thyristors.

Volgens prognoses van analisten zullen de meeste halfgeleiders in de toekomst een modulair ontwerp hebben, waarbij twee tot zes sleutelelementen zich in één pakket bevinden. Door het gebruik van modules kunt u het gewicht, de afmetingen en de kosten van de apparatuur waarin ze worden gebruikt, verminderen.

Voor IGBT-transistors is de vooruitgang een toename van stromen tot 2 kA bij spanningen tot 3,5 kV en een toename van de werkfrequenties tot 70 kHz met vereenvoudigde besturingsschema's. Een module kan niet alleen schakelaars en een gelijkrichter bevatten, maar ook een driver en actieve beveiligingscircuits.

Transistors, diodes, thyristors die de afgelopen jaren zijn vervaardigd, hebben hun parameters al aanzienlijk verbeterd, zoals stroom, spanning, snelheid en de voortgang staat niet stil.

Voor een betere omzetting van wisselstroom in gelijkstroom worden gestuurde gelijkrichters gebruikt, die een soepele verandering van de gelijkgerichte spanning in het bereik van nul tot nominaal mogelijk maken.

Tegenwoordig worden thyristors in excitatiesystemen met elektrische gelijkstroomaandrijving voornamelijk gebruikt in synchrone motoren. Dubbele thyristors - triacs - hebben slechts één poortelektrode voor twee aangesloten antiparallelle thyristors, wat de besturing nog eenvoudiger maakt.

Om het omgekeerde proces uit te voeren, wordt de conversie van gelijkspanning naar wisselspanning gebruikt omvormers… Onafhankelijke halfgeleiderschakelaaromvormers geven een uitgangsfrequentie, vorm en amplitude bepaald door het elektronische circuit, niet door het netwerk. Omvormers worden gemaakt op basis van verschillende soorten sleutelelementen, maar voor grote vermogens, meer dan 1 MVA, komen wederom IGBT-transistoromvormers als beste uit de bus.

In tegenstelling tot thyristors bieden IGBT's een bredere en nauwkeurigere vormgeving van de uitgangsstroom en -spanning. Auto-omvormers met laag vermogen gebruiken veldeffecttransistors in hun werk, die bij vermogens tot 3 kW uitstekend werk leveren door de gelijkstroom van een 12-volt batterij om te zetten, eerst in gelijkstroom, via een hoogfrequente pulsomvormer die werkt met een frequentie van 50 kHz tot honderden kilohertz, daarna in afwisselend 50 of 60 Hz.

Gebruik om een ​​stroom van de ene frequentie om te zetten in een stroom van een andere frequentie halfgeleider frequentieomvormers… Voorheen gebeurde dit uitsluitend op basis van thyristors, die niet volledig controleerbaar waren; het was nodig om complexe schema's te ontwikkelen voor geforceerde vergrendeling van thyristors.

Het gebruik van schakelaars zoals veldeffect-MOSFET's en IGBT's vergemakkelijkt het ontwerp en de implementatie van frequentieomvormers, en er kan worden voorspeld dat thyristors, vooral in apparaten met een laag vermogen, in de toekomst zullen worden verlaten ten gunste van transistors.

Thyristors worden nog steeds gebruikt om elektrische aandrijvingen om te keren; het is voldoende om twee sets thyristoromvormers te hebben om twee verschillende stroomrichtingen te leveren zonder dat schakelen nodig is. Dit is hoe moderne contactloze omkeerbare starters werken.

We hopen dat ons korte artikel nuttig voor u was en dat u nu weet wat vermogenselektronica is, welke vermogenselektronica-elementen worden gebruikt in vermogenselektronische apparaten en hoe groot het potentieel van vermogenselektronica is voor onze toekomst.