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Concepto de electrónica de potencia. Dispositivos de electrónica de potencia, desarrollo, aplicación, propósito Fundamentos de la electrónica de potencia

Fecha de publicación: 12.10.2017

¿Conoce los conceptos básicos de la electrónica de potencia?

Podemos rastrear un progreso abrumador en este asunto hacia el desarrollo de tiristores comerciales o rectificadores de silicio (SCR) de General Electric Co.

Concepto de electrónica de potencia

Electrónica de potencia- uno de los temas modernos de la ingeniería eléctrica, que recientemente ha logrado un gran éxito y ha influido en la vida humana en casi todas las áreas. Usamos tanto poder aplicaciones electronicas en nuestro La vida cotidiana sin siquiera darme cuenta. Ahora surge la pregunta: "¿Qué es la electrónica de potencia?"

Podemos definir la electrónica de potencia como un artículo que es un híbrido de energía, electrónica analógica, dispositivos semiconductores y sistemas de control. Basamos los fundamentos de cada tema y lo aplicamos de forma combinada para obtener una forma regulada de energía eléctrica. La energía eléctrica por sí sola no es aplicable hasta que se convierte en una forma tangible de energía como el movimiento, la luz, el sonido, el calor, etc. Para regular estas formas de energía, manera efectiva es la regulación de la propia energía eléctrica, y estas forman el contenido de la asignatura electrónica de potencia.

Podemos rastrear un progreso abrumador en este asunto hacia el desarrollo de tiristores comerciales o rectificadores de silicio (SCR) de General Electric Co. en 1958. Previo a esto, el control de la energía eléctrica se realizaba principalmente con el uso de tiratrones y rectificadores de arco de mercurio, que operan bajo el principio de fenómenos físicos en gases y vapores. Después de SCR, ha habido muchos dispositivos electrónicos potentes como GTO, IGBT, SIT, MCT, TRIAC, DIAC, IEGT, IGCT, etc. Estos dispositivos están clasificados para varios cientos de voltios y amperios, a diferencia de los dispositivos de nivel de señal que operan a varios voltios y amperios.

Para lograr el propósito de la electrónica de potencia, los dispositivos funcionan como nada más que un interruptor. Toda la electrónica de potencia actúa como un interruptor y tiene dos modos, es decir, ENCENDIDO y APAGADO. Por ejemplo, el BJT (Transistor de unión bipolar) tiene tres áreas de operación en las características de corte de las características de salida, activa y saturada. En la electrónica analógica, donde el BJT debe actuar como un amplificador, el circuito está diseñado para polarizarlo en la región activa de operación. Sin embargo, en la electrónica de potencia, el BJT funcionará en la región de corte cuando esté apagado y en la región de saturación cuando esté encendido. Ahora que los dispositivos van a actuar como un interruptor, deben seguir la característica básica del interruptor, es decir, cuando el interruptor está encendido, tiene una caída de voltaje cero y transfiere la corriente completa a través de él, y cuando está apagado, tiene una caída de voltaje total a través de él y corriente cero que fluye a través de él.

Ahora, dado que V o I es cero en ambos modos, la potencia del interruptor siempre es cero también. Esta característica se visualiza fácilmente en un interruptor mecánico y lo mismo debe observarse en un interruptor electrónico de potencia. Sin embargo, casi siempre hay una corriente de fuga a través de los dispositivos cuando está en el estado APAGADO, es decir, Ileakage ≠ 0, y siempre hay una caída de voltaje en el estado ON, es decir, Von ≠ 0. Sin embargo, el valor de Von o Ileakage es muy pequeño y, por lo tanto, la potencia a través del dispositivo también es muy pequeña, en el orden de unos pocos milivoltios. Esta potencia se disipa en el dispositivo y, por lo tanto, es importante una evacuación adecuada del calor del dispositivo. Además de estas pérdidas de estado y de estado OFF, también hay pérdidas de conmutación en dispositivos electrónicos de potencia. Esto ocurre principalmente cuando el interruptor se cambia de un modo a otro, y V e I a través del dispositivo cambian. En electrónica de potencia, ambas pérdidas son parámetros importantes cualquier dispositivo y deben determinar su voltaje y corriente nominal.

Solo la electrónica de potencia no es tan útil en aplicaciones prácticas y por lo tanto requieren un diseño encadenado junto con otros componentes de soporte. Estos componentes de soporte son similares a la parte de toma de decisiones que controla los interruptores electrónicos de potencia para lograr el resultado deseado. Esto incluye un circuito de disparo y una cadena. realimentación... El siguiente diagrama de bloques muestra un sistema electrónico de potencia simple.

La unidad de control recibe las señales de salida de los sensores y las compara con las referencias y, en consecuencia, introduce la señal de entrada en el circuito de disparo. El circuito de disparo es básicamente un circuito generador de impulsos que proporciona una salida de impulsos de tal manera que controla los interruptores electrónicos de potencia en la unidad del circuito principal. El resultado final es que la carga recibe la energía eléctrica requerida y, por lo tanto, entrega el resultado deseado. Un ejemplo típico del sistema anterior sería el control de velocidad de los motores.

Básicamente, existen cinco tipos de circuitos electrónicos de potencia, cada uno con un propósito diferente:

Rectificadores: convierte CA fija en CA CC
Choppers - Convierte CC a CA CC
Inversores: convierta CC en CA con amplitud y frecuencia variables
Controladores de voltaje corriente alterna- convierte la corriente alterna fija en corriente alterna a la misma frecuencia de entrada
Cicloconvertidores: convierte CA fija en CA de frecuencia variable

Existe una idea errónea común con respecto al término transformador. Un convertidor es básicamente cualquier circuito que convierte la electricidad de una forma a otra. Por lo tanto, los cinco enumerados son tipos de transductores.

Contenido:

Prefacio
Introducción
Capítulo uno. Los principales elementos de la electrónica de potencia.
- 1.1. Dispositivos semiconductores de potencia
  - 1.1.1. Diodos de potencia
  - 1.1.2. Transistores de poder
  - 1.1.3. Tiristores
  - 1.1.4. Aplicaciones de semiconductores de potencia
- 1.2. Transformadores y reactores
- 1.3. Condensadores
Capitulo dos. Rectificadores
- 2.1. Información general
- 2.2. Circuitos de rectificación básicos
  - 2.2.1. Circuito de punto medio de onda completa monofásico
  - 2.2.2. Circuito de puente monofásico
  - 2.2.3. Circuito trifásico con punto medio
  - 2.2.4. Circuito puente trifásico
  - 2.2.5. Circuitos de puentes múltiples
  - 2.2.6. Composición armónica de tensión rectificada y corrientes primarias en circuitos de rectificación.
- 2.3. Modos de conmutación y funcionamiento de rectificadores
  - 2.3.1. Corrientes de conmutación en circuitos de rectificación
  - 2.3.2. Caracteristicas externas rectificadores
- 2.4. Características energéticas de los rectificadores y formas de mejorarlos.
  - 2.4.1. Factor de potencia y eficiencia de los rectificadores.
  - 2.4.2. Mejora del factor de potencia de los rectificadores controlados.
- 2.5. Características del funcionamiento de los rectificadores para una carga capacitiva y back-EMF.
- 2.6. Filtros suavizantes
- 2.7. Funcionamiento del rectificador a partir de una fuente de energía comparable
Capítulo tres. Inversores y convertidores de frecuencia
- 3.1. Inversores de red
  - 3.1.1. Inversor de punto medio monofásico
  - 3.1.2. Inversor de puente trifásico
  - 3.1.3. Equilibrio de potencia en inversores de red
  - 3.1.4. Principales características y modos de funcionamiento de los inversores de red.
- 3.2. Inversores autónomos
  - 3.2.1. Inversores de corriente
  - 3.2.2. Inversores de voltaje
  - 3.2.3. Inversores de tensión de tiristores
  - 3.2.4. Inversores resonantes
- 3.3. Convertidores de frecuencia
  - 3.3.1. Convertidores de frecuencia de enlace de CC corriente continua
  - 3.3.2. Convertidores de frecuencia de acoplamiento directo
- 3.4. Regulación de la tensión de salida de inversores autónomos.
  - 3.4.1. Principios generales regulación
  - 3.4.2. Dispositivos de control para inversores de corriente
  - 3.4.3. Regulación de la tensión de salida mediante modulación de pulso shi-i rbt (PWM)
  - 3.4.4. Suma de estrés geométrico
- 3.5. Formas de mejorar la forma de la tensión de salida de inversores y convertidores de frecuencia.
  - 3.5.1. Influencia de la tensión no sinusoidal en los consumidores de electricidad.
  - 3.5.2. Filtros de salida del inversor
  - 3.5.3. Reducción de armónicos más altos en la tensión de salida sin el uso de filtros.
Capítulo cuatro. Reguladores-estabilizadores y contactores estáticos
- 4.1. Reguladores-estabilizadores de tensión alterna
- 4.2. Reguladores DC
  - 4.2.1. Estabilizadores paramétricos
  - 4.2.2. Estabilizadores continuos
  - 4.2.3. Reguladores de conmutación
  - 4.2.4. Desarrollo de las estructuras de reguladores de impulsos.
  - 4.2.5. Reguladores de CC de tiristor-condensador con transferencia medida de energía a la carga
  - 4.2.6. Convertidores-reguladores combinados
- 4.3. Contactores estáticos
  - 4.3.1. Contactores de CA tiristoricos
  - 4.3.2. Contactores de tiristores CC
Capítulo cinco. Sistemas de control de convertidores
- 5.1. Información general
- 5.2. Diagramas estructurales sistemas de control de dispositivos de conversión
  - 5.2.1. Sistemas de control de rectificador e inversor dependiente
  - 5.2.2. Sistemas de control de acoplamiento directo para convertidores de frecuencia
  - 5.2.3. Sistemas de control de inversores autónomos
  - 5.2.4. Sistemas de control para reguladores-estabilizadores
- 5.3. Sistemas de microprocesador en tecnología de convertidores
  - 5.3.1. Estructuras de microprocesador generalizadas típicas
  - 5.3.2. Ejemplos de uso de sistemas de control por microprocesador
Capítulo seis. Aplicación de dispositivos electrónicos de potencia
- 6.1. Áreas de uso racional
- 6.2. Requisitos técnicos generales
- 6.3. Proteccion de emergencia
- 6.4. Control operativo y diagnóstico de condición técnica.
- 6.5. Proporcionar funcionamiento en paralelo de convertidores
- 6.6. Interferencia electromagnetica
Bibliografía

INTRODUCCIÓN

Los dispositivos de la electrónica de potencia moderna permiten controlar el flujo de electricidad no solo para convertirlo de un tipo a otro, sino también para distribuir, organizar la protección de alta velocidad de los circuitos eléctricos, compensar la potencia reactiva, etc.el nombre de la electrónica de potencia es la electrónica de potencia. La electrónica de información se utiliza principalmente para el control. procesos de informacion... En particular, los dispositivos electrónicos de información son la base de los sistemas de control y regulación de diversos objetos, incluidos los dispositivos electrónicos de potencia.

Sin embargo, a pesar de la intensa expansión de las funciones de los dispositivos de electrónica de potencia y sus áreas de aplicación, se asocian los principales problemas científicos y técnicos y las tareas resueltas en el campo de la electrónica de potencia. conversión de energía eléctrica.

La electricidad se utiliza en varias formas: en forma de corriente alterna con una frecuencia de 50 Hz, en forma de corriente continua (más del 20% de toda la electricidad generada), así como corriente alterna de mayor frecuencia o corrientes de una forma especial. (por ejemplo, pulsado, etc.). Esta diferencia se debe principalmente a la diversidad y especificidad de los consumidores, y en algunos casos (por ejemplo, en sistemas autónomos de suministro de energía) y fuentes primarias de electricidad.

La variedad en los tipos de electricidad consumida y generada requiere su transformación. Los principales tipos de conversión de electricidad son:

1) rectificación (conversión de corriente alterna en corriente continua);
2) inversión (conversión de corriente continua a corriente alterna);
3) conversión de frecuencia (conversión de corriente alterna de una frecuencia en corriente alterna de otra frecuencia).

También hay otros tipos de conversión menos comunes: formas de onda de corriente, número de fases, etc. En algunos casos, se utiliza una combinación de varios tipos de conversión. Además, la electricidad se puede convertir para mejorar la calidad de sus parámetros, por ejemplo, para estabilizar el voltaje o la frecuencia de la corriente alterna.

Se puede realizar la conversión de electricidad. diferentes caminos... En particular, lo tradicional para la ingeniería eléctrica es la transformación mediante unidades de máquinas eléctricas, formadas por un motor y un generador, unidos por un eje común. Sin embargo, este método de conversión tiene una serie de desventajas: la presencia de partes móviles, inercia, etc. Por lo tanto, en paralelo con el desarrollo de la conversión eléctrica en la ingeniería eléctrica, se prestó mucha atención al desarrollo de métodos para la conversión estática de electricidad. . La mayoría de estos desarrollos se basaron en el uso de elementos no lineales de tecnología electrónica. Los principales elementos de la electrónica de potencia, que se convirtieron en la base para la creación de convertidores estáticos, fueron los dispositivos semiconductores. La conductividad de la mayoría de los dispositivos semiconductores depende en gran medida de la dirección de la corriente eléctrica: en la dirección de avance, su conductividad es alta, en la dirección opuesta, es pequeña (es decir, un dispositivo semiconductor tiene dos estados distintos: abierto y cerrado). Los dispositivos semiconductores pueden descontrolarse y controlarse. En estos últimos, es posible controlar el momento del inicio de su alta conductividad (encendido) mediante pulsos de control de baja potencia. Los primeros trabajos domésticos dedicados al estudio de dispositivos semiconductores y su uso para convertir electricidad fueron los trabajos de los académicos V.F.Mitkevich, N.D. Papeleksi y otros.

En la década de 1930, los dispositivos de descarga de gas (válvulas de mercurio, tiratrones, gasotrones, etc.) estaban muy extendidos en la URSS y en el extranjero. Simultáneamente con el desarrollo de los dispositivos de descarga de gas, se desarrolló la teoría de la conversión de electricidad. Se desarrollaron los principales tipos de circuitos y se llevó a cabo una extensa investigación sobre los procesos electromagnéticos que ocurren durante la rectificación e inversión de la corriente alterna. Al mismo tiempo, aparecieron los primeros trabajos sobre el análisis de circuitos inversores autónomos. En el desarrollo de la teoría de los convertidores de iones, el trabajo de los científicos soviéticos I.L. Kaganov, M.A.Chernyshev, D.A.

Una nueva etapa en el desarrollo de la tecnología de conversión comenzó a finales de los años 50, cuando aparecieron potentes dispositivos semiconductores (diodos y tiristores). Estos dispositivos basados en silicio son inherentemente especificaciones técnicas son muy superiores a los dispositivos de descarga de gas. Tienen pequeñas dimensiones y peso, tienen una alta eficiencia, tienen alta velocidad y mayor confiabilidad cuando operan en un amplio rango de temperatura.

El uso de dispositivos semiconductores de potencia ha influido significativamente en el desarrollo de la electrónica de potencia. Se convirtieron en la base para el desarrollo de dispositivos de conversión de todo tipo de alta eficiencia. En estos desarrollos, se adoptaron muchas soluciones de diseño y circuitos fundamentalmente nuevos. El desarrollo industrial de dispositivos semiconductores de potencia para electricidad ha intensificado la investigación y el desarrollo en esta área y la creación de nuevas tecnologías. Teniendo en cuenta las características específicas de los dispositivos semiconductores de potencia, se perfeccionaron los antiguos y se desarrollaron nuevos métodos de análisis de circuitos. Las clases de esquemas de inversores autónomos, convertidores de frecuencia, reguladores de CC y muchos otros se han expandido significativamente y han aparecido nuevos tipos de dispositivos electrónicos de potencia: contactores estáticos con conmutación natural y artificial, compensadores de potencia reactiva de tiristores, dispositivos de protección de alta velocidad con voltaje. limitadores, etc.

Una de las áreas principales uso efectivo la electrónica de potencia se convirtió en un motor eléctrico. Para el accionamiento eléctrico de CC, se han desarrollado unidades de tiristores y dispositivos completos, que se utilizan con éxito en la metalurgia, la construcción de máquinas herramienta, el transporte y otras industrias. El dominio de los tiristores ha llevado a un progreso significativo en el campo del variador de frecuencia de CA.

Se han creado dispositivos altamente eficientes que convierten la corriente de frecuencia industrial en corriente alterna de frecuencia variable para controlar la velocidad de los motores eléctricos. Para varios campos de la tecnología, se han desarrollado muchos tipos de convertidores de frecuencia con parámetros de salida estabilizados. En particular, para el calentamiento por inducción de metales, se han creado potentes unidades de tiristores de alta frecuencia, que dan un gran efecto técnico y económico debido a un aumento de su vida útil en comparación con las unidades de máquinas eléctricas.

Sobre la base de la introducción de convertidores de semiconductores, se llevó a cabo la reconstrucción de subestaciones eléctricas para transporte eléctrico móvil. La calidad de algunos procesos tecnológicos en las industrias electrometalúrgica y química mediante la introducción de unidades rectificadoras con regulación profunda de la tensión y corriente de salida.

Las ventajas de los convertidores de semiconductores han determinado su uso generalizado en sistemas de suministro de energía ininterrumpida. El ámbito de aplicación de los dispositivos electrónicos de potencia en el campo de electrónica de consumo(reguladores de voltaje, etc.).

Desde principios de los años 80, gracias al desarrollo intensivo de la electrónica, comenzó la creación de una nueva generación de productos de "electrónica de potencia". La base para ello fue el desarrollo y desarrollo industrial de nuevos tipos de dispositivos semiconductores de potencia: tiristores bloqueables, transistores bipolares, transistores MOS, etc.Se han desarrollado la velocidad de los dispositivos semiconductores, los valores de los parámetros limitantes de diodos y tiristores, tecnologías integradas e híbridas para la fabricación de dispositivos semiconductores. diferentes tipos, comenzó a introducir ampliamente la tecnología de microprocesadores para el control y monitoreo de dispositivos de conversión.

El uso de una nueva base de elementos permitió mejorar fundamentalmente indicadores técnicos y económicos tan importantes como la eficiencia, valores específicos de masa y volumen, confiabilidad, calidad de los parámetros de salida, etc. La tendencia a aumentar la frecuencia de conversión de potencia fue determinado. En la actualidad, se han desarrollado fuentes de alimentación secundarias en miniatura de baja y media potencia con conversión intermedia de electricidad a frecuencias del rango supersónico. El desarrollo de la gama de alta frecuencia (más de 1 MHz) ha llevado a la necesidad de resolver un conjunto de problemas científicos y técnicos para el diseño de dispositivos de conversión y asegurar su compatibilidad electromagnética como parte de sistemas tecnicos... El efecto técnico y económico obtenido debido a la transición a frecuencias más altas compensó completamente los costos de resolver estos problemas. Por lo tanto, en la actualidad, continúa la tendencia de crear muchos tipos de dispositivos de conversión con un enlace intermedio de alta frecuencia.

Cabe señalar que el uso de dispositivos semiconductores de alta velocidad totalmente controlables en circuitos tradicionales amplía significativamente sus capacidades para proporcionar nuevos modos de funcionamiento y, en consecuencia, nuevas propiedades funcionales de los productos electrónicos de potencia.

En este artículo, hablaremos sobre electrónica de potencia. ¿Qué es la electrónica de potencia, en qué se basa, cuáles son las ventajas y cuáles son sus perspectivas? Detengámonos en los componentes de la electrónica de potencia, consideremos brevemente qué son, en qué se diferencian entre sí y para qué aplicaciones son convenientes estos o aquellos tipos de interruptores semiconductores. A continuación se muestran ejemplos de dispositivos electrónicos de potencia utilizados en la vida cotidiana, en la producción y en la vida cotidiana.

En los últimos años, los dispositivos de electrónica de potencia han logrado un gran avance tecnológico en la conservación de energía. Los semiconductores de potencia, debido a su capacidad de control flexible, permiten una conversión eficiente de energía eléctrica. Los indicadores de peso y tamaño y la eficiencia alcanzados hoy ya han llevado los dispositivos de conversión a un nivel cualitativamente nuevo.

Muchas industrias utilizan arrancadores suaves, controladores de velocidad, fuentes de alimentación fuente de poder ininterrumpible operando sobre una base de semiconductores moderna, y mostrando una alta eficiencia. Todos estos son dispositivos electrónicos de potencia.

El control del flujo de energía eléctrica en la electrónica de potencia se realiza mediante interruptores semiconductores, que sustituyen a los interruptores mecánicos, y que se pueden controlar según el algoritmo requerido para obtener la potencia media requerida y la acción precisa del cuerpo de trabajo de tal o cual equipo.

Entonces, la electrónica de potencia se usa en el transporte, en la industria minera, en el campo de las comunicaciones, en muchas industrias, y ni una sola poderosa. Electrodoméstico No prescinde hoy en día de las unidades electrónicas de potencia incluidas en su diseño.

Los principales bloques de construcción de la electrónica de potencia son precisamente los componentes clave semiconductores capaces de diferente velocidad, hasta megahercios, abre y cierra el circuito. En el estado encendido, la resistencia de la tecla es unidades y fracciones de un ohmio, y en el estado apagado, megaohmios.

La gestión de claves no requiere mucha potencia y las pérdidas en la clave que surgen durante el proceso de conmutación, con un controlador bien diseñado, no superan el uno por ciento. Por esta razón, la eficiencia de la electrónica de potencia es alta en comparación con la pérdida de terreno de los transformadores de hierro y los interruptores mecánicos como los relés convencionales.

Los dispositivos electrónicos de potencia son dispositivos en los que la corriente efectiva es mayor o igual a 10 amperios. En este caso, los elementos semiconductores clave pueden ser: transistores bipolares, transistores de efecto de campo, Transistores IGBT, tiristores, triacs, tiristores bloqueables y tiristores bloqueables con control integrado.

La potencia de control baja le permite crear microcircuitos de potencia en los que se combinan varios bloques a la vez: la llave en sí, el circuito de control y el circuito de control, estos son los llamados circuitos inteligentes.

Estos bloques de construcción electrónicos se utilizan tanto en instalaciones industriales de alta potencia como en electrodomésticos. Un horno de inducción por un par de megavatios o un vaporizador doméstico por un par de kilovatios, ambos tienen interruptores de potencia semiconductores que simplemente operan a diferentes potencias.

Así, los tiristores de potencia operan en convertidores con una capacidad superior a 1 MVA, en circuitos de accionamientos eléctricos de CC y variadores de CA de alta tensión, se utilizan en instalaciones de compensación de potencia reactiva, en instalaciones de fusión por inducción.

Los tiristores bloqueables se controlan de manera más flexible, se utilizan para controlar compresores, ventiladores, bombas con una capacidad de cientos de KVA y la potencia de conmutación potencial supera los 3 MVA. permiten la implementación de convertidores con capacidad de hasta unidades MVA para diversos propósitos, tanto para controlar motores como para asegurar el suministro de energía ininterrumpida y conmutación de altas corrientes en muchas instalaciones estáticas.

Los MOSFET tienen una excelente capacidad de control a frecuencias de cientos de kilohercios, lo que amplía enormemente su rango de aplicabilidad en comparación con los IGBT.

Los triacs son óptimos para arrancar y controlar motores de CA, son capaces de operar a frecuencias de hasta 50 kHz y para el control requieren menos energía que los transistores IGBT.

Hoy en día, los IGBT tienen un voltaje de conmutación máximo de 3500 voltios y potencialmente 7000 voltios. Estos componentes pueden reemplazar a los transistores bipolares en los próximos años y se utilizarán en equipos hasta unidades MVA. Para convertidores de baja potencia, los MOSFET seguirán siendo más aceptables, y para tiristores bloqueables de más de 3 MVA.

Según los pronósticos de los analistas, la mayoría de los semiconductores de potencia en el futuro tendrán un diseño modular, cuando de dos a seis elementos clave estén ubicados en un paquete. El uso de módulos le permite reducir el peso, reducir el tamaño y el costo del equipo en el que se utilizarán.

Para los transistores IGBT, el progreso será un aumento en las corrientes hasta 2 kA a un voltaje de hasta 3,5 kV y un aumento en las frecuencias de operación hasta 70 kHz con circuitos de control simplificados. Un módulo puede contener no solo llaves y un rectificador, sino también un controlador y circuitos de protección activa.

Los transistores, diodos, tiristores producidos en los últimos años ya han mejorado significativamente sus parámetros, como la corriente, el voltaje, la velocidad y el progreso no se detiene.

Para una mejor conversión de corriente alterna en corriente continua, se utilizan rectificadores controlados, que permiten cambiar suavemente la tensión rectificada en el rango de cero a nominal.

En la actualidad, en los sistemas de excitación de los accionamientos eléctricos de CC, los tiristores se utilizan principalmente en motores síncronos. Tiristores duales: los triacs tienen solo un electrodo de puerta para dos tiristores antiparalelos conectados, lo que hace que el control sea aún más fácil.

Para realizar el proceso inverso se utiliza la conversión de tensión continua a tensión alterna. Los inversores independientes en los interruptores de semiconductores dan la frecuencia de salida, la forma y la amplitud determinadas por circuito electrónico en lugar de una red. Los inversores se fabrican sobre la base de varios tipos de elementos clave, pero para altas potencias, más de 1 MVA, los inversores en transistores IGBT vuelven a sobresalir.

A diferencia de los tiristores, los IGBT brindan la capacidad de moldear de manera más amplia y precisa la corriente y el voltaje en la salida. Los inversores de automóvil de baja potencia utilizan transistores de efecto de campo en su trabajo, que, con potencias de hasta 3 kW, hacen un excelente trabajo al convertir la corriente continua de una batería de 12 voltios, primero en corriente continua, a través de una batería de alta frecuencia. convertidor de pulsos que funciona a una frecuencia de 50 kHz a cientos de kilohercios, luego - a 50 o 60 Hz alternos.

Para convertir una corriente de una frecuencia en una corriente de otra frecuencia, se utilizan. Anteriormente, esto se hacía exclusivamente sobre la base de tiristores, que no tenían controlabilidad total, era necesario diseñar circuitos complejos bloqueo forzado de tiristores.

El uso de conmutadores como los MOSFET de efecto de campo y los transistores IGBT facilita el diseño y la implementación de convertidores de frecuencia, y se puede predecir que en el futuro, los tiristores, especialmente en los dispositivos de baja potencia, serán abandonados en favor de los transistores.

Para invertir los accionamientos eléctricos, todavía se utilizan tiristores; es suficiente tener dos juegos de convertidores de tiristores para proporcionar dos direcciones diferentes de corriente sin necesidad de conmutación. Así es como funcionan los motores de arranque inversores sin contacto modernos.

Esperamos que nuestro breve artículo haya sido útil para usted, y ahora ya sabe qué es la electrónica de potencia, qué elementos de la electrónica de potencia se utilizan en los dispositivos electrónicos de potencia y cuán grande es el potencial de la electrónica de potencia para nuestro futuro.

Nombre: Fundamentos de Electrónica de Potencia.

Se describen los principios de conversión de energía eléctrica: rectificación, inversión, conversión de frecuencia, etc. Se describen los circuitos básicos de los dispositivos de conversión, los métodos para controlarlos y regular los parámetros principales, se muestran las áreas de uso racional de varios tipos de convertidores.
Para ingenieros y técnicos para el diseño y operación de sistemas eléctricos que contienen dispositivos convertidores, así como aquellos involucrados en la prueba y mantenimiento de tecnología de convertidores.

En la ingeniería electrónica se distinguen la electrónica de potencia y la electrónica de la información. La electrónica de potencia surgió originalmente como un campo de tecnología asociado principalmente con la conversión de varios tipos de electricidad mediante el uso de dispositivos electrónicos. En el futuro, los avances en el campo de las tecnologías de semiconductores permitieron ampliar significativamente la funcionalidad de los dispositivos electrónicos de potencia y, en consecuencia, sus áreas de aplicación.
Los dispositivos de la electrónica de potencia moderna permiten controlar el flujo de electricidad no solo con el fin de convertirlo de un tipo a otro, sino también para la distribución, organización de la protección de alta velocidad de los circuitos eléctricos, compensación de la potencia reactiva, etc. el nombre de la electrónica de potencia es energía
electrónica.
La electrónica de información se utiliza principalmente para el control de procesos de información. En particular, los dispositivos electrónicos de la información son la base de los sistemas de control y regulación de diversos objetos, incluidos los dispositivos electrónicos de potencia.

Capítulo uno. Los principales elementos de la electrónica de potencia.
1.1. Dispositivos semiconductores de potencia
1.1.1. Diodos de potencia
1.1.2. Transistores de poder
1.1.3. Tiristores
1.1.4. Aplicaciones de semiconductores de potencia
1.2. Transformadores y reactores
1.3. Condensadores
Capitulo dos. Rectificadores
2.1. Información general
2.2. Circuitos de rectificación básicos
2.2.1. Circuito de punto medio de onda completa monofásico
2.2.2. Circuito de puente monofásico
2.2.3. Circuito trifásico con un punto medio
2.2.4. Circuito puente trifásico
2.2.5. Circuitos de puentes múltiples
2.2.6. Composición armónica de tensión rectificada y corrientes primarias en circuitos de rectificación.
2.3. Modos de conmutación y funcionamiento de rectificadores
2.3.1. Corrientes de conmutación en circuitos de rectificación
2.3.2. Características externas de los rectificadores.
2.4. Características energéticas de los rectificadores y formas de mejorarlos.
2.4.1. Factor de potencia y eficiencia de los rectificadores.
2.4.2. Mejora del factor de potencia de los rectificadores controlados.
2.5. Características del funcionamiento de los rectificadores para una carga capacitiva y back-EMF.
2.6. Filtros suavizantes
2.7. Funcionamiento del rectificador a partir de una fuente de energía comparable
Capítulo tres. Inversores y convertidores de frecuencia
3.1. Inversores de red
3.1.1. Inversor de punto medio monofásico
3.1.2. Inversor de puente trifásico
3.1.3. Equilibrio de potencia en inversores de red
3.1.4. Principales características y modos de funcionamiento de los inversores de red.
3.2. Inversores autónomos
3.2.1. Inversores de corriente
3.2.2. Inversores de voltaje
3.2.3. Inversores de tensión de tiristores
3.2.4. Inversores resonantes
3.3. Convertidores de frecuencia
3.3.1. Convertidores de frecuencia de enlace de CC
3.3.2. Convertidores de frecuencia de acoplamiento directo
3.4. Regulación de la tensión de salida de inversores autónomos.
3.4.1. Principios generales de regulación
3.4.2. Dispositivos de control para inversores de corriente
3.4.3. Regulación de la tensión de salida mediante modulación de ancho de pulso (PWM)
3.4.4. Suma de estrés geométrico
3.5. Formas de mejorar la forma de la tensión de salida de inversores y convertidores de frecuencia.
3.5.1. Influencia de la tensión no sinusoidal en los consumidores de electricidad.
3.5.2. Filtros de salida del inversor
3.5.3. Reducción de armónicos más altos en la tensión de salida sin el uso de filtros.
Capítulo cuatro. Reguladores-estabilizadores y contactores estáticos
4.1. Reguladores-estabilizadores de tensión alterna
4.2. Reguladores DC
4.2.1. Estabilizadores paramétricos
4.2.2. Estabilizadores continuos
4.2.3. Reguladores de conmutación
4.2.4. Desarrollo de las estructuras de reguladores de impulsos.
4.2.5. Reguladores de CC de tiristor-condensador con transferencia medida de energía a la carga
4.2.6. Convertidores-reguladores combinados
4.3. Contactores estáticos
4.3.1. Contactores de CA tiristoricos
4.3.2. Contactores de tiristores CC
Capítulo cinco. Sistemas de control de convertidores
5.1. Información general
5.2. Diagramas de bloques de sistemas de control de dispositivos de conversión.
5.2.1. Sistemas de control de rectificador e inversor dependiente
5.2.2. Sistemas de control de acoplamiento directo para convertidores de frecuencia
5.2.3. Sistemas de control de inversores autónomos
5.2.4. Sistemas de control para reguladores-estabilizadores
5.3. Sistemas de microprocesadores en tecnología de conversión
5.3.1. Estructuras de microprocesador generalizadas típicas
5.3.2. Ejemplos de uso de sistemas de control por microprocesador
Capítulo seis. Aplicación de dispositivos electrónicos de potencia
6.1. Áreas de uso racional
6.2. Requisitos técnicos generales
6.3. Proteccion de emergencia
6.4. Control operativo y diagnóstico de condición técnica.
6.5. Proporcionar funcionamiento en paralelo de convertidores
6.6. Interferencia electromagnetica
Bibliografía

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añadido el 24 de oct de 2008

Libro de texto. - Novosibirsk: Editorial de NSTU, 1999.

Piezas: 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4

Este libro de texto está destinado (en dos niveles de profundidad de presentación del material) a estudiantes de las facultades de FES, EMF, que no son "especialistas" en electrónica de potencia, pero que estudian cursos de diversos nombres sobre el uso de dispositivos de electrónica de potencia. en energía eléctrica, electromecánica, sistemas eléctricos. Las secciones del libro de texto, resaltadas en letra cortada, están pensadas (también en dos niveles de profundidad de presentación) para un estudio adicional y más profundo del curso, lo que le permite usarlo como tutorial para estudiantes de la especialidad "Promelectrónica" del Foro Económico Ruso, que se forman "como especialistas" en electrónica de potencia. Por lo tanto, la edición propuesta implementa el principio "cuatro en uno". Las revisiones de la literatura científica y técnica sobre las secciones relevantes del curso agregadas a secciones separadas permiten recomendar el manual como una publicación de información para estudiantes de pregrado y posgrado.

Prefacio.
Fundamentos científicos, técnicos y metodológicos para el estudio de dispositivos electrónicos de potencia.
Metodología de un enfoque de sistemas para el análisis de dispositivos de electrónica de potencia.
Indicadores energéticos de la calidad de conversión energética en convertidores de válvulas.
Indicadores energéticos de la calidad de los procesos electromagnéticos.
Indicadores de energía de la calidad del uso de los elementos del dispositivo y del dispositivo en su conjunto.
Base de elementos de convertidores de válvulas.
Dispositivos semiconductores de potencia.
Válvulas con control incompleto.
Válvulas totalmente controladas.
Tiristores, transistores bloqueables.
Transformadores y reactores.
Condensadores.
Tipos de convertidores de energía eléctrica.
Métodos de cálculo de indicadores energéticos.
Modelos matemáticos de convertidores de válvulas.
Métodos para calcular el rendimiento energético de convertidores.
Método integral.
Método espectral.
Método directo.
Método Adu.
Método Adu.
El método de Adu (1).
Métodos Adum1, Adum2, Adum (1).
La teoría de la proyección de corriente alterna en corriente continua con parámetros ideales del convertidor.
Rectificador como sistema. Definiciones y notación básicas.
Mecanismo de conversión de corriente alterna en corriente rectificada en la celda base Dt / Ot.
Rectificador de corriente monofásico bifásico (m1 = 1, m2 = 2, q = 1).
Puente rectificador monofásico (m1 = m2 = 1, q = 2).
Rectificador de corriente trifásico con diagrama de conexión de bobinado trans.
el formador de triángulos es una estrella con salida cero (m1 = m2 = 3, q = 1).
Un rectificador de corriente trifásico con un diagrama de conexión del devanado del transformador estrella-zigzag-cero (m1 = m2 = 3, q = 1).
Un rectificador de corriente trifásico de seis fases con la conexión de los devanados secundarios del transformador estrella-estrella inversa con un reactor ecualizador (m1 = 3, m2 = 2 x 3, q = 1).
Rectificador de corriente trifásico en circuito puente (m1 = m2 = 3, q = 2).
Rectificadores controlados. La característica de control es la teoría de convertir la corriente alterna en corriente continua (con recuperación), teniendo en cuenta los parámetros reales de los elementos del convertidor.
El proceso de conmutación en un rectificador controlado con un transformador real. Característica externa.
Teoría del funcionamiento del rectificador en la fem trasera a un valor finito de la inductancia Ld.
Modo de corriente intermitente (? 2? / Qm2).
Limitación del modo de corriente continua (? = 2? / Qm2).
Modo de corriente continua (? 2? / Qm2).
Funcionamiento del rectificador con filtro de suavizado de condensadores.
Inversión de la dirección del flujo de potencia activa en un convertidor de válvula con una EMF inversa en el modo de inversión dependiente del circuito intermedio.
Inversor de corriente monofásico dependiente (m1 = 1, m2 = 2, q = 1).
Inversor de corriente trifásico dependiente (m1 = 3, m2 = 3, q = 1).
Dependencia general de la corriente primaria del rectificador del ánodo y las corrientes rectificadas (ley de Chernyshev).
Espectros de corrientes primarias de transformadores rectificadores e inversores dependientes.
Espectros de tensiones rectificadas e invertidas del convertidor de válvulas.
Optimización del número de fases secundarias del transformador rectificador. Circuitos de rectificación multifase equivalentes.
La influencia de la conmutación sobre los valores efectivos de las corrientes del transformador y su potencia típica.
Eficiencia y factor de potencia del convertidor de válvulas en el modo de rectificación e inversión dependiente.
Eficiencia.
Factor de potencia.
Rectificadores en válvulas totalmente controladas.
Un rectificador con control de fase avanzado.
Rectificador con control de ancho de pulso de voltaje rectificado.
Rectificador con conformación forzada de la corriente extraída de la red.
Convertidor de válvula reversible (rectificador reversible).
Compatibilidad electromagnética del convertidor de válvulas con la red eléctrica.
Un ejemplo modelo del diseño eléctrico de un rectificador.
Selección del circuito rectificador (etapa de síntesis estructural).
Cálculo de los parámetros de los elementos del circuito rectificador controlado (etapa de síntesis paramétrica).
Conclusión.
Literatura.
Índice de materias.

ver también

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Novosibirsk: NSTU, 1999 .-- 204 p. Este libro de texto está destinado (en dos niveles de profundidad de presentación del material) a estudiantes de las facultades de FES, EMF, que no son "especialistas" en electrónica de potencia, pero que estudian cursos de diversos nombres sobre el uso de dispositivos de electrónica de potencia. en energía eléctrica, electromecánica, sistemas eléctricos. Las secciones del libro de texto en negrita están pensadas (también en dos niveles de profundidad ...

Zinovev G.S. Fundamentos de Electrónica de Potencia. Parte 1

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Novosibirsk: NSTU, 1999. Este libro de texto está destinado (en dos niveles de profundidad de presentación del material) a estudiantes de las facultades de FES, EMF, que no son "especialistas" en electrónica de potencia, pero que estudian cursos de diversos nombres en el uso de dispositivos de electrónica de potencia en energía eléctrica, electromecánica, sistemas eléctricos ... Los capítulos del libro de texto están destinados (también a dos niveles de profundidad ...

Zinoviev G.S. Fundamentos de la electrónica de potencia (1/2)

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Libro de texto. - Novosibirsk: Editorial de NSTU, quinta parte. 2000 .-- 197 p. La segunda parte del libro de texto, que es una continuación de la primera parte, publicada en 1999, está dedicada a la presentación de los circuitos básicos de los convertidores de CC a CC, CC a CA (inversores autónomos), voltaje CA a voltaje CA de constante o frecuencia ajustable. El material también está estructurado de acuerdo con el principio cuatro en uno por ...

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Novosibirsk: NSTU, 2000. Este libro de texto es la segunda parte de los tres previstos para el curso "Fundamentos de la electrónica de potencia". La primera parte del libro de texto se adjunta a una guía metodológica para trabajo de laboratorio implementado con la ayuda del paquete de software del departamento PARUS-PARAGRAPH para simular dispositivos electrónicos de potencia. El material de la segunda parte del libro de texto está respaldado por cursos de laboratorio computarizados.