Teljesítmény elektronika koncepció. Erőteljes elektronikai eszközök, fejlesztés, alkalmazás, rendeltetés Erőteljes elektronika alapjai

Közzététel dátuma: 2017.10.12

Ismered a teljesítményelektronika alapjait?

Ebben a kérdésben elsöprő előrelépést követhetünk nyomon a General Electric Co. kereskedelmi tirisztorainak vagy szilícium-egyenirányítóinak (SCR-ek) kifejlesztése felé.

Teljesítmény elektronika koncepció

Teljesítmény elektronika- az elektrotechnika egyik modern témája, amely az utóbbi időben nagy sikereket ért el, és szinte minden területen befolyásolta az emberi életet. Annyi erőt használunk magunknak elektronikus alkalmazások miénkben Mindennapi élet anélkül, hogy észrevenné. Most felmerül a kérdés: "Mi az a teljesítményelektronika?"

A teljesítményelektronikát energia, analóg elektronika, félvezető eszközök és vezérlőrendszerek hibridjeként definiálhatjuk. Az egyes tantárgyak alapjait megalapozzuk, és kombinált formában alkalmazzuk a szabályozott villamosenergia-forma előállításához. Az elektromos energia önmagában mindaddig nem alkalmazható, amíg át nem alakítják kézzelfogható energiaformává, mint például mozgás, fény, hang, hő stb. Ezen energiaformák szabályozásához hatékony mód maga az elektromos energia szabályozása, és ezek alkotják a tárgyi teljesítményelektronika tartalmát.

Ebben a kérdésben elsöprő előrelépést követhetünk nyomon a General Electric Co. kereskedelmi tirisztorainak vagy szilícium-egyenirányítóinak (SCR-ek) kifejlesztése felé. 1958-ban. Ezt megelőzően az elektromos energia szabályozása főként tiratronok és higany ív egyenirányítók használatával történt, amelyek a gázokban és gőzökben előforduló fizikai jelenségek elvén működnek. Az SCR után számos nagy teljesítményű elektronikus eszköz jelent meg, mint például a GTO, IGBT, SIT, MCT, TRIAC, DIAC, IEGT, IGCT és így tovább. Ezek az eszközök több száz voltra és amperre vannak besorolva, szemben a jelszintű eszközökkel, amelyek több volton és amperen működnek.

A teljesítményelektronika céljának elérése érdekében az eszközök úgy működnek, mint egy kapcsoló. Minden teljesítményelektronika kapcsolóként működik, és két üzemmóddal rendelkezik, azaz BE és KI. Például a BJT (Bipolar Junction Transistor) három működési területtel rendelkezik a kimeneti jellemzők levágási jellemzőiben, aktív és telített. Az analóg elektronikában, ahol a BJT-nek erősítőként kell működnie, az áramkört úgy tervezték, hogy előfeszítse az aktív működési tartományba. A teljesítményelektronikában azonban a BJT a levágási tartományban működik, amikor ki van kapcsolva, és a telítési tartományban, amikor be van kapcsolva. Most, hogy a készülékeknek kapcsolóként kell működniük, követniük kell a kapcsoló alapvető jellemzőit, vagyis amikor a kapcsoló be van kapcsolva, nulla feszültségesés van rajta, és teljes áramot vezet át rajta, és ha KI van kapcsolva, teljes feszültségesés van rajta.ez és nulla áram folyik át rajta.

Most, mivel V vagy I mindkét üzemmódban nulla, a kapcsoló teljesítménye is mindig nulla. Ez a jellemző könnyen látható egy mechanikus kapcsolóban, és ugyanezt kell figyelni egy erősáramú elektronikus kapcsolónál is. Azonban szinte mindig van szivárgó áram a készülékeken, amikor az OFF állapotban van, pl. Ileakage ≠ 0, és mindig van feszültségesés bekapcsolt állapotban, azaz Von ≠ 0. A Von vagy Ileakage értéke azonban nagyon kicsi, ezért az eszközön keresztüli teljesítmény is nagyon kicsi, sorrendben néhány millivolt. Ez a teljesítmény a készülékben disszipálódik, ezért fontos a megfelelő hőelvezetés a készülékből. Ezeken az állapot- és kikapcsolt állapotvesztéseken túlmenően a teljesítményelektronikai eszközök kapcsolási veszteségei is vannak. Ez főleg akkor fordul elő, ha a kapcsolót egyik üzemmódból a másikba kapcsolják, és V és I az eszközön keresztül váltanak. A teljesítményelektronikában mindkét veszteség az fontos paramétereket bármilyen eszközt, és meg kell határozniuk annak feszültségét és áramát.

Csak a teljesítményelektronika nem olyan hasznos praktikus alkalmazások ezért láncolt kialakítást igényelnek más tartóelemekkel együtt. Ezek a támogató komponensek hasonlóak ahhoz a döntéshozó részhez, amely a teljesítmény-elektronikus kapcsolókat vezérli a kívánt eredmény elérése érdekében. Ez magában foglalja a tüzelőkört és a láncot Visszacsatolás... Az alábbi blokkdiagram egy egyszerű teljesítményelektronikai rendszert mutat be.

A vezérlőegység fogadja a kimenő jeleket az érzékelőktől és összehasonlítja azokat a referenciákkal, és ennek megfelelően továbbítja a bemeneti jelet a gyújtóáramkörbe. A gyújtóáramkör alapvetően egy impulzusgeneráló áramkör, amely impulzuskimenetet biztosít oly módon, hogy vezérli a fő áramköri egység teljesítményelektronikus kapcsolóit. A végeredmény az, hogy a terhelés megkapja a szükséges elektromos teljesítményt, és így a kívánt eredményt hozza. A fenti rendszer tipikus példája a motorok fordulatszám-szabályozása.

Alapvetően ötféle teljesítményelektronikai áramkör létezik, mindegyik más céllal:

1. Egyenirányítók – A rögzített váltakozó áramot AC egyenárammá alakítja
2. Choppers – DC egyenáramot AC DC-vé alakít
3. Inverterek - egyenáramot váltóárammá alakítanak változó amplitúdóval és változtatható frekvenciával
4. Feszültségszabályozók váltakozó áram- a rögzített váltóáramot azonos bemeneti frekvencián váltóárammá alakítja
5. Ciklokonverterek – A rögzített váltakozó áramot változtatható frekvenciájú váltakozó árammá alakítja

Általános tévhit a transzformátor kifejezéssel kapcsolatban. Az átalakító alapvetően minden olyan áramkör, amely az elektromosságot egyik formából a másikba alakítja át. Ezért mind az öt felsorolt ​​jelátalakító típus.

Tartalom:

• Előszó
• Bevezetés
• Első fejezet. A teljesítményelektronika fő elemei
  • 1.1. Erőteljes félvezető eszközök
    • 1.1.1. Teljesítmény diódák
    • 1.1.2. Teljesítménytranzisztorok
    • 1.1.3. Tirisztorok
    • 1.1.4. Teljesítmény-félvezető alkalmazások
  • 1.2. Transzformátorok és reaktorok
  • 1.3. Kondenzátorok
• Második fejezet. Egyenirányítók
  • 2.1. Általános információ
  • 2.2. Alapvető egyenirányító áramkörök
    • 2.2.1. Egyfázisú, teljes hullámú középponti áramkör
    • 2.2.2. Egyfázisú hídáramkör
    • 2.2.3. Háromfázisú áramkör felezőponttal
    • 2.2.4. Háromfázisú hídáramkör
    • 2.2.5. Többhídos áramkörök
    • 2.2.6. Egyenirányított feszültség és primer áramok harmonikus összetétele egyenirányító áramkörökben
  • 2.3. Egyenirányítók kapcsolási és üzemmódjai
    • 2.3.1. Kapcsolóáramok az egyenirányító áramkörökben
    • 2.3.2. Külső jellemzők egyenirányítók
  • 2.4. Az egyenirányítók energetikai jellemzői és javításuk módjai
    • 2.4.1. Az egyenirányítók teljesítménytényezője és hatásfoka
    • 2.4.2. A vezérelt egyenirányítók teljesítménytényezőjének javítása
  • 2.5. Az egyenirányítók működésének jellemzői kapacitív terheléshez és hátsó EMF-hez
  • 2.6. Simító szűrők
  • 2.7. Egyenirányító működése hasonló teljesítményű forrásból
• Harmadik fejezet. Inverterek és frekvenciaváltók
  • 3.1. Hálózati vezérlésű inverterek
    • 3.1.1. Egyfázisú középponti inverter
    • 3.1.2. Háromfázisú híd inverter
    • 3.1.3. Áramegyensúly a hálózatról vezérelt inverterben
    • 3.1.4. Hálózati vezérlésű inverterek főbb jellemzői és működési módjai
  • 3.2. Önálló inverterek
    • 3.2.1. Jelenlegi inverterek
    • 3.2.2. Feszültség inverterek
    • 3.2.3. Tirisztoros feszültséginverterek
    • 3.2.4. Rezonáns inverterek
  • 3.3. Frekvenciaváltók
    • 3.3.1. DC köri frekvenciaváltók egyenáram
    • 3.3.2. Közvetlen csatolású frekvenciaváltók
  • 3.4. Autonóm inverterek kimeneti feszültségének szabályozása
    • 3.4.1. Általános elvek szabályozás
    • 3.4.2. Vezérlőberendezések áramváltókhoz
    • 3.4.3. A kimeneti feszültség szabályozása shi-i rbt-impulzus modulációval (PWM)
    • 3.4.4. Geometriai feszültség összeadás
  • 3.5. Az inverterek és frekvenciaváltók kimeneti feszültségének javításának módjai
    • 3.5.1. A nem szinuszos feszültség hatása a villamosenergia-fogyasztókra
    • 3.5.2. Inverter kimeneti szűrők
    • 3.5.3. A magasabb harmonikusok csökkentése a kimeneti feszültségben szűrők használata nélkül
• Negyedik fejezet. Szabályozó-stabilizátorok és statikus kontaktorok
  • 4.1. Váltakozó feszültség szabályozói-stabilizátorai
  • 4.2. DC szabályozók
    • 4.2.1. Paraméteres stabilizátorok
    • 4.2.2. Folyamatos stabilizátorok
    • 4.2.3. Kapcsoló szabályozók
    • 4.2.4. Impulzusszabályozók struktúráinak fejlesztése
    • 4.2.5. Tirisztor-kondenzátoros DC szabályozók mért energiaátvitellel a terhelésre
    • 4.2.6. Kombinált átalakítók-szabályozók
  • 4.3. Statikus kontaktorok
    • 4.3.1. Tirisztoros AC kontaktorok
    • 4.3.2. DC tirisztoros kontaktorok
• Ötödik fejezet. Átalakító vezérlőrendszerek
  • 5.1. Általános információ
  • 5.2. Szerkezeti diagramokátalakító eszközök vezérlőrendszerei
    • 5.2.1. Egyenirányítós és függő inverteres vezérlőrendszerek
    • 5.2.2. Közvetlen csatolású vezérlőrendszerek frekvenciaváltókhoz
    • 5.2.3. Önálló inverteres vezérlőrendszerek
    • 5.2.4. Szabályozó-stabilizátorok vezérlőrendszerei
  • 5.3. Mikroprocesszoros rendszerek az átalakító technológiában
    • 5.3.1. Tipikus általánosított mikroprocesszor-struktúrák
    • 5.3.2. Példák mikroprocesszoros vezérlőrendszerek használatára
• Hatodik fejezet. Erőteljes elektronikai eszközök alkalmazása
  • 6.1. Racionális felhasználási területek
  • 6.2. Általános műszaki követelmények
  • 6.3. Vészhelyzeti védelem
  • 6.4. Műszaki állapot üzemellenőrzése és diagnosztikája
  • 6.5. Átalakítók párhuzamos működésének biztosítása
  • 6.6. Elektromágneses interferencia
• Bibliográfia

BEVEZETÉS

Az elektronika területén megkülönböztetik a teljesítmény- és az információs elektronikát. Az erősáramú elektronika eredetileg olyan technológiai területként jelent meg, amely elsősorban a különféle típusú elektromos áramoknak elektronikus eszközökkel történő átalakításához kapcsolódott. A félvezető technológia további fejlődése jelentősen bővült funkcionalitás, teljesítményelektronikai eszközök és ennek megfelelően azok alkalmazási területei.

A modern teljesítményelektronika eszközei lehetővé teszik az elektromos áram áramlásának szabályozását nemcsak az egyik típusból a másikba történő átalakítás céljából, hanem az elosztáshoz, az elektromos áramkörök nagysebességű védelmének megszervezéséhez, a meddőteljesítmény kompenzálásához stb. a teljesítményelektronika neve teljesítményelektronika. Az információs elektronikát elsősorban vezérlésre használják információs folyamatok... Az információs elektronikai eszközök a különféle objektumok vezérlő- és szabályozási rendszereinek alapját képezik, beleértve a teljesítményelektronikai eszközöket is.

A teljesítményelektronikai eszközök funkcióinak és alkalmazási területeinek intenzív bővülése ellenére azonban a teljesítményelektronika területén megoldandó főbb tudományos-műszaki problémák, feladatok kapcsolódnak. elektromos energia átalakítása.

A villamos energiát különféle formákban használják fel: 50 Hz frekvenciájú váltakozó áram formájában, egyenáram formájában (az összes megtermelt villamos energia több mint 20% -a), valamint megnövelt frekvenciájú váltakozó áram vagy speciális formájú áram formájában. (például pulzáló stb.). Ez a különbség főként a fogyasztók sokféleségéből és sajátosságaiból adódik, illetve bizonyos esetekben (például autonóm energiaellátó rendszerekben) és az elsődleges villamosenergia-forrásokból.

Az elfogyasztott és megtermelt villamos energia fajtáinak változatossága szükségessé teszi ennek átalakítását. A villamosenergia-átalakítás fő típusai a következők:

• 1) egyenirányítás (a váltakozó áram átalakítása egyenárammá);
• 2) inverzió (egyenáram átalakítása váltakozó árammá);
• 3) frekvenciaátalakítás (egy frekvencia váltakozó áramának átalakítása másik frekvenciájú váltakozó árammá).

Az átalakításnak számos más, kevésbé elterjedt típusa is létezik: áramhullámok, fázisok száma stb. Bizonyos esetekben többféle átalakítás kombinációját alkalmazzák. Ezenkívül a villamos energia átalakítható paraméterei minőségének javítása érdekében, például a váltakozó áram feszültségének vagy frekvenciájának stabilizálása érdekében.

Az elektromos áram átalakítása elvégezhető különböző utak... Különösen az elektrotechnikában hagyományos az elektromos gépegységekkel történő átalakítás, amelyek motorból és generátorból állnak, amelyeket egy közös tengely köt össze. Ennek az átalakítási módszernek azonban számos hátránya van: mozgó alkatrészek jelenléte, tehetetlensége stb. Ezért az elektromos átalakítás elektrotechnikai fejlesztésével párhuzamosan nagy figyelmet fordítottak az elektromosság statikus átalakítására szolgáló módszerek kidolgozására. . E fejlesztések többsége az elektronikai technológia nemlineáris elemeinek felhasználásán alapult. A statikus átalakítók létrehozásának alapjául szolgáló teljesítményelektronika fő elemei a félvezető eszközök voltak. A legtöbb félvezető eszköz vezetőképessége nagymértékben függ az elektromos áram irányától: előrefelé vezetőképességük nagy, ellenkező irányban kicsi (vagyis a félvezető eszköznek két különböző állapota van: nyitott és zárt) . A félvezető eszközök vezérelhetetlenek és vezérelhetők. Ez utóbbiakban lehetőség van kis teljesítményű vezérlőimpulzusokkal szabályozni a nagy vezetőképességük kezdetének (bekapcsolás) pillanatát. Az első hazai munkák, amelyek a félvezető eszközök tanulmányozásával és elektromosság átalakítására való felhasználásukkal foglalkoztak, V. F. Mitkevich, N. D. Papeleksi és mások akadémikusai voltak.

Az 1930-as években a gázkisüléses eszközök (higanyszelepek, tiratronok, gasotronok stb.) széles körben elterjedtek a Szovjetunióban és külföldön. A gázkisüléses készülékek fejlesztésével egy időben kialakult a villamosenergia-átalakítás elmélete. Kidolgozták az áramkörök fő típusait, és kiterjedt kutatásokat végeztek a váltakozó áram egyenirányítása és inverziója során fellépő elektromágneses folyamatokkal kapcsolatban. Ezzel egy időben megjelentek az első munkák az autonóm inverter áramkörök elemzésével kapcsolatban. Az ionkonverterek elméletének kidolgozásában nagy szerepet játszottak I. L. Kaganov, M. A. Chernyshev, D. A. szovjet tudósok.

Az átalakítási technológia fejlődésének új szakasza az 50-es évek végén kezdődött, amikor megjelentek a nagy teljesítményű félvezető eszközök - diódák és tirisztorok. Ezek a szilícium alapú eszközök eredendően Műszaki adatok sokkal jobbak a gázkisüléses készülékeknél. Kis méretük és súlyuk van, nagy hatásfokkal, nagy sebességgel és nagyobb megbízhatósággal rendelkeznek széles hőmérsékleti tartományban.

A teljesítmény-félvezető eszközök alkalmazása jelentősen befolyásolta a teljesítményelektronika fejlődését. Ezek képezték az alapját a nagy hatékonyságú minden típusú átalakító eszköz kifejlesztésének. Ezekben a fejlesztésekben számos alapvetően új áramköri és tervezési megoldást alkalmaztak. A villamos energia teljesítmény-félvezető eszközeinek ipari fejlesztése intenzívebbé tette ezen a területen a kutatás-fejlesztést, valamint az új technológiák létrehozását. A teljesítmény-félvezető eszközök sajátosságait figyelembe véve finomították a régieket, és új áramkörelemzési módszereket dolgoztak ki. Az autonóm inverterek, frekvenciaváltók, egyenáram-szabályozók és sok más sémák osztályai jelentősen bővültek, és új típusú teljesítményelektronikai eszközök jelentek meg - természetes és mesterséges kapcsolású statikus kontaktorok, tirisztoros reaktív teljesítmény kompenzátorok, feszültségű nagy sebességű védelmi eszközök korlátozók stb.

Az egyik fő terület hatékony felhasználása a teljesítményelektronikából elektromos hajtás lett. Az egyenáramú elektromos hajtáshoz tirisztor egységeket és komplett készülékeket fejlesztettek ki, melyeket sikeresen alkalmaznak a kohászatban, szerszámgépgyártásban, közlekedésben és más iparágakban. A tirisztorok elsajátítása jelentős előrelépéshez vezetett a változó váltakozó áramú hajtások területén.

Nagyon hatékony eszközöket hoztak létre, amelyek a teljesítmény-frekvenciás áramot változtatható frekvenciájú váltóárammá alakítják az elektromos motorok fordulatszámának szabályozására. A technológia különböző területeire sokféle stabilizált kimeneti paraméterű frekvenciaváltót fejlesztettek ki. Különösen a fémek indukciós melegítésére nagyfrekvenciás nagy teljesítményű tirisztor egységeket hoztak létre, amelyek nagy műszaki és gazdasági hatást fejtenek ki, mivel élettartamuk megnő az elektromos gépegységekhez képest.

A félvezető átalakítók bevezetése alapján megtörtént a mobil villamos közlekedést szolgáló villamos alállomások rekonstrukciója. Egyesek minősége technológiai folyamatok az elektrokohászati ​​és vegyiparban a kimeneti feszültség és áram mély szabályozásával rendelkező egyenirányító egységek bevezetésével.

A félvezető konverterek előnyei meghatározták széleskörű alkalmazásukat a szünetmentes tápegységekben. Erőteljes elektronikai eszközök alkalmazási köre a területen a fogyasztói elektronika(feszültségszabályozók stb.).

A 80-as évek eleje óta az elektronika intenzív fejlesztésének köszönhetően megkezdődött az „erőteljesítmény-elektronikai” termékek új generációjának megalkotása, melynek alapja az új típusú teljesítmény-félvezető eszközök fejlesztése és ipari fejlesztése volt: zárható tirisztorok, bipoláris tranzisztorok, MOS tranzisztorok, stb. a félvezető eszközök sebessége, a diódák és tirisztorok korlátozó paramétereinek értékei, a félvezető eszközök gyártására szolgáló integrált és hibrid technológiák különböző típusok, elkezdte széles körben bevezetni a mikroprocesszoros technológiát az átalakító eszközök vezérlésére és felügyeletére.

Az új elembázis alkalmazása lehetővé tette olyan fontos műszaki és gazdasági mutatók alapvető javítását, mint a hatásfok, a tömeg és térfogat fajlagos értékei, a megbízhatóság, a kimeneti paraméterek minősége stb. eltökélt. Jelenleg kis és közepes teljesítményű miniatűr másodlagos tápegységeket fejlesztettek ki a villamos energia közbenső átalakításával szuperszonikus tartományban. A nagyfrekvenciás (1 MHz feletti) tartomány fejlődése egy sor tudományos és műszaki probléma megoldását eredményezte az átalakító eszközök tervezése és elektromágneses kompatibilitásuk biztosítása érdekében. műszaki rendszerek... A magasabb frekvenciákra való átállás révén elért műszaki és gazdasági hatás teljes mértékben kompenzálta e problémák megoldásának költségeit. Ezért jelenleg folytatódik az a tendencia, hogy sokféle konvertáló eszközt készítenek középső nagyfrekvenciás kapcsolattal.

Meg kell jegyezni, hogy a teljesen vezérelhető, nagy sebességű félvezető eszközök hagyományos áramkörökben történő alkalmazása jelentősen kibővíti képességeiket az új működési módok és ennek következtében a teljesítményelektronikai termékek új funkcionális tulajdonságainak biztosítására.

Ebben a cikkben a teljesítményelektronikáról fogunk beszélni. Mi az a teljesítményelektronika, mire épül, mik az előnyei és mik a kilátásai? Lazítsunk a teljesítményelektronika komponensein, gondoljuk át röviden, mik ezek, miben különböznek egymástól, és milyen alkalmazásokhoz alkalmasak ezek vagy az ilyen típusú félvezető kapcsolók. Íme példák a mindennapi életben, a gyártásban és a mindennapi életben használt teljesítményelektronikai eszközökre.

Az elmúlt években a teljesítményelektronikai eszközök jelentős technológiai áttörést értek el az energiatakarékosság terén. A teljesítmény-félvezetők rugalmas szabályozhatóságuk miatt lehetővé teszik az elektromos energia hatékony átalakítását. A ma elért tömeg- és méretmutatók, valamint hatékonyság már minőségileg új szintre emelte az átalakító berendezéseket.

Sok iparág lágyindítót, fordulatszám-szabályozót, tápegységet használ szünetmentes tápegység modern félvezető bázison működik, és nagy hatékonyságot mutat. Ezek mind teljesítményelektronika.

Az elektromos energia áramlásának szabályozása a teljesítményelektronikában a mechanikus kapcsolókat helyettesítő félvezető kapcsolókkal történik, amelyek a kívánt algoritmus szerint vezérelhetők annak érdekében, hogy ennek vagy annak a munkatestének a szükséges átlagos teljesítményét és pontos működését elérjük. felszerelés.

Tehát a teljesítményelektronikát a közlekedésben, a bányászatban, a kommunikáció területén, számos iparágban használják, és nem egy erős. Háztartási készülék ma már nem nélkülözi a dizájnjába beépített teljesítményelektronikai egységeket.

A teljesítményelektronika fő építőkövei pontosan azok a félvezető kulcselemek, amelyekre képesek különböző sebességgel, megahertzig, nyissa és zárja az áramkört. Bekapcsolt állapotban a kulcs ellenállása egy ohm egysége és töredéke, kikapcsolt állapotban pedig megaohm.

A kulcskezelés nem igényel nagy energiát, és a kapcsolási folyamat során a kulcson keletkező veszteség egy jól megtervezett meghajtó mellett nem haladja meg az egy százalékot. Emiatt a teljesítményelektronika hatékonysága magas a vastranszformátorok és a mechanikus kapcsolók, például a hagyományos relék elvesztéséhez képest.

A teljesítményelektronikai eszközök olyan eszközök, amelyekben az effektív áram nagyobb vagy egyenlő, mint 10 amper. Ebben az esetben a kulcsfontosságú félvezető elemek lehetnek: bipoláris tranzisztorok, térhatású tranzisztorok, IGBT tranzisztorok, tirisztorok, triacok, zárható tirisztorok, és zárható tirisztorok integrált vezérléssel.

Az alacsony vezérlőteljesítmény lehetővé teszi olyan teljesítmény mikroáramkörök létrehozását, amelyekben egyszerre több blokkot kombinálnak: maga a kulcs, a vezérlőáramkör és a vezérlő áramkör, ezek az úgynevezett intelligens áramkörök.

Ezeket az elektronikus építőelemeket nagy teljesítményű ipari berendezésekben és háztartási elektromos készülékekben egyaránt használják. Egy indukciós sütő néhány megawattra, vagy egy otthoni gőzpároló pár kilowattra – mindkettő félvezető tápkapcsolóval rendelkezik, amelyek egyszerűen más-más teljesítményen működnek.

Így a teljesítmény-tirisztorok 1 MVA-nál nagyobb kapacitású konverterekben, egyenáramú elektromos hajtások és nagyfeszültségű váltakozó áramú hajtások áramköreiben működnek, meddőteljesítmény-kompenzáló berendezésekben, indukciós olvasztóberendezésekben használatosak.

A zárható tirisztorok vezérlése rugalmasabb, több száz KVA teljesítményű kompresszorok, ventilátorok, szivattyúk vezérlésére szolgálnak, a potenciális kapcsolási teljesítmény meghaladja a 3 MVA-t. lehetővé teszi akár MVA egység kapacitású konverterek megvalósítását különböző célokra, mind a motorok vezérlésére, mind a szünetmentes tápellátás biztosítására és a nagy áramok kapcsolására számos statikus berendezésben.

A MOSFET-ek kiválóan szabályozhatók több száz kilohertzes frekvencián, ami nagymértékben kibővíti az alkalmazási körüket az IGBT-ekhez képest.

A triacok optimálisak a váltakozó áramú motorok indításához és vezérléséhez, akár 50 kHz-es frekvencián is működnek, és a vezérléshez kevesebb energiát igényelnek, mint az IGBT tranzisztorok.

Manapság az IGBT-k maximális kapcsolási feszültsége 3500 volt, és potenciálisan 7000 volt. Ezek az alkatrészek az elkövetkező években helyettesíthetik a bipoláris tranzisztorokat, és MVA egységig használhatók majd. Az alacsony teljesítményű konverterek esetében a MOSFET-ek elfogadhatóbbak maradnak, és több mint 3 MVA - zárható tirisztorok.

Az elemzői előrejelzések szerint a jövőben a teljesítmény-félvezetők többsége moduláris felépítésű lesz, amikor két-hat kulcselem kerül egy csomagba. A modulok használata lehetővé teszi a súly csökkentését, a felhasznált berendezések méretének és költségének csökkentését.

Az IGBT tranzisztorok esetében az előrehaladás az áramerősség 2 kA-ig történő növelése 3,5 kV-ig terjedő feszültség mellett, és az üzemi frekvenciák 70 kHz-ig történő növelése egyszerűsített vezérlőáramkörökkel. Egy modul nem csak kulcsokat és egyenirányítót, hanem meghajtót és aktív védelmi áramköröket is tartalmazhat.

Az elmúlt években gyártott tranzisztorok, diódák, tirisztorok már jelentősen javítottak paramétereiken, így áram, feszültség, fordulatszám, és a haladás sem áll meg.

A váltakozó áram egyenárammá történő jobb átalakításához vezérelt egyenirányítókat használnak, amelyek lehetővé teszik az egyenirányított feszültség zökkenőmentes megváltoztatását a nulláról a névlegesre.

Manapság az egyenáramú elektromos hajtások gerjesztőrendszereiben a tirisztorokat főként szinkronmotorokban alkalmazzák. Kettős tirisztorok - triacok, csak egy kapuelektródával rendelkeznek két csatlakoztatott anti-párhuzamos tirisztorhoz, ami még egyszerűbbé teszi a vezérlést.

A fordított folyamat végrehajtásához az egyenfeszültséget váltakozó feszültséggé alakítják át. A félvezető kapcsolókon lévő független inverterek adják meg a kimeneti frekvenciát, alakot és amplitúdót elektronikus áramkör nem pedig hálózat. Az inverterek különféle típusú kulcselemek alapján készülnek, de a nagy teljesítményeknél, több mint 1 MVA, ismét az IGBT tranzisztoros inverterek kerülnek a csúcsra.

A tirisztorokkal ellentétben az IGBT-k lehetővé teszik a kimeneti áram és feszültség szélesebb körű és pontosabb alakítását. A kis teljesítményű autóinverterek terepi hatású tranzisztorokat használnak munkájuk során, amelyek akár 3 kW-os teljesítményükkel kiválóan alkalmasak egy 12 voltos akkumulátor egyenáramának nagyfrekvencián keresztül történő egyenárammá történő átalakítására. impulzusátalakító, amely 50 kHz-től több száz kilohertzig, majd váltakozó 50 vagy 60 Hz-ig működik.

Az egyik frekvenciájú áram egy másik frekvenciájú árammá alakítására használják őket. Korábban ez kizárólag tirisztorokra épült, amelyek nem rendelkeztek teljes vezérléssel, meg kellett tervezni összetett áramkörök tirisztorok kényszerreteszelése.

A kapcsolók, például a térhatású MOSFET-ek és az IGBT-tranzisztorok alkalmazása megkönnyíti a frekvenciaváltók tervezését és kivitelezését, és előre látható, hogy a jövőben a tirisztorok, különösen a kis teljesítményű készülékek esetében felhagynak a tranzisztorok javára.

Az irányváltó elektromos hajtásokhoz továbbra is tirisztorokat használnak, elegendő két tirisztoros átalakítókészlet, hogy két különböző áramirányt biztosítsanak kapcsolás nélkül. Így működnek a modern, érintés nélküli irányváltó indítók.

Reméljük, hogy rövid cikkünk hasznos volt az Ön számára, és most már tudja, mi az a teljesítményelektronika, milyen teljesítményelektronikai elemeket használnak a teljesítményelektronikai eszközökben, és milyen nagy lehetőségek rejlenek a teljesítményelektronikában a jövőnk szempontjából.

Név: A teljesítményelektronika alapjai.

Leírják az elektromos energia átalakításának alapelveit: egyenirányító, invertálás, frekvenciaátalakítás stb.. Leírják az átalakító készülékek alapáramköreit, vezérlési módjait és a főbb paraméterek szabályozását, bemutatják a különböző típusú konverterek ésszerű felhasználási területeit.
Átalakító eszközöket tartalmazó elektromos rendszerek tervezésére és üzemeltetésére, valamint az átalakító technológia tesztelésében és karbantartásában részt vevő mérnökök és technikusok részére.

Az elektronika területén megkülönböztetik a teljesítmény- és az információs elektronikát. Az erősáramú elektronika eredetileg olyan technológiai területként jelent meg, amely elsősorban a különféle típusú elektromos áramoknak elektronikus eszközökkel történő átalakításához kapcsolódott. A jövőben a félvezető technológiák terén elért fejlődés lehetővé tette a teljesítményelektronikai eszközök funkcionalitásának és ennek megfelelően alkalmazási területeinek jelentős bővítését.
A modern teljesítményelektronika eszközei lehetővé teszik az elektromos áram áramlásának szabályozását nemcsak az egyik típusból a másikba való átalakítás érdekében, hanem az elektromos áramkörök elosztását, nagy sebességű védelmét, a meddőteljesítmény kompenzálását stb. a teljesítményelektronika az energia
elektronika.
Az információs elektronikát elsősorban információfolyamatok vezérlésére használják. Különösen az információs elektronikai eszközök képezik a különféle objektumok vezérlő- és szabályozórendszereinek alapját, beleértve a teljesítményelektronikai eszközöket is.

Első fejezet. A teljesítményelektronika fő elemei
1.1. Erőteljes félvezető eszközök
1.1.1. Teljesítmény diódák
1.1.2. Teljesítménytranzisztorok
1.1.3. Tirisztorok
1.1.4. Teljesítmény-félvezető alkalmazások
1.2. Transzformátorok és reaktorok
1.3. Kondenzátorok
Második fejezet. Egyenirányítók
2.1. Általános információ
2.2. Alapvető egyenirányító áramkörök
2.2.1. Egyfázisú, teljes hullámú középponti áramkör
2.2.2. Egyfázisú hídáramkör
2.2.3. Háromfázisú áramkör felezőponttal
2.2.4. Háromfázisú hídáramkör
2.2.5. Többhídos áramkörök
2.2.6. Egyenirányított feszültség és primer áramok harmonikus összetétele egyenirányító áramkörökben
2.3. Egyenirányítók kapcsolási és üzemmódjai
2.3.1. Kapcsolóáramok az egyenirányító áramkörökben
2.3.2. Az egyenirányítók külső jellemzői
2.4. Az egyenirányítók energetikai jellemzői és javításuk módjai
2.4.1. Az egyenirányítók teljesítménytényezője és hatásfoka
2.4.2. A vezérelt egyenirányítók teljesítménytényezőjének javítása
2.5. Az egyenirányítók működésének jellemzői kapacitív terheléshez és hátsó EMF-hez
2.6. Simító szűrők
2.7. Egyenirányító működése hasonló teljesítményű forrásból
Harmadik fejezet. Inverterek és frekvenciaváltók
3.1. Hálózati vezérlésű inverterek
3.1.1. Egyfázisú középponti inverter
3.1.2. Háromfázisú híd inverter
3.1.3. Áramegyensúly a hálózatról vezérelt inverterben
3.1.4. Hálózati vezérlésű inverterek főbb jellemzői és működési módjai
3.2. Önálló inverterek
3.2.1. Jelenlegi inverterek
3.2.2. Feszültség inverterek
3.2.3. Tirisztoros feszültséginverterek
3.2.4. Rezonáns inverterek
3.3. Frekvenciaváltók
3.3.1. DC köri frekvenciaváltók
3.3.2. Közvetlen csatolású frekvenciaváltók
3.4. Autonóm inverterek kimeneti feszültségének szabályozása
3.4.1. A szabályozás általános elvei
3.4.2. Vezérlőberendezések áramváltókhoz
3.4.3. A kimeneti feszültség szabályozása impulzusszélesség-modulációval (PWM)
3.4.4. Geometriai feszültség összeadás
3.5. Az inverterek és frekvenciaváltók kimeneti feszültségének javításának módjai
3.5.1. A nem szinuszos feszültség hatása a villamosenergia-fogyasztókra
3.5.2. Inverter kimeneti szűrők
3.5.3. A magasabb harmonikusok csökkentése a kimeneti feszültségben szűrők használata nélkül
Negyedik fejezet. Szabályozó-stabilizátorok és statikus kontaktorok
4.1. Váltakozó feszültség szabályozói-stabilizátorai
4.2. DC szabályozók
4.2.1. Paraméteres stabilizátorok
4.2.2. Folyamatos stabilizátorok
4.2.3. Kapcsoló szabályozók
4.2.4. Impulzusszabályozók struktúráinak fejlesztése
4.2.5. Tirisztor-kondenzátoros DC szabályozók mért energiaátvitellel a terhelésre
4.2.6. Kombinált átalakítók-szabályozók
4.3. Statikus kontaktorok
4.3.1. Tirisztoros AC kontaktorok
4.3.2. DC tirisztoros kontaktorok
Ötödik fejezet. Átalakító vezérlőrendszerek
5.1. Általános információ
5.2. Átalakító eszközök vezérlőrendszereinek blokkvázlatai
5.2.1. Egyenirányítós és függő inverteres vezérlőrendszerek
5.2.2. Közvetlen csatolású vezérlőrendszerek frekvenciaváltókhoz
5.2.3. Önálló inverteres vezérlőrendszerek
5.2.4. Szabályozó-stabilizátorok vezérlőrendszerei
5.3. Mikroprocesszoros rendszerek az átalakítástechnikában
5.3.1. Tipikus általánosított mikroprocesszor-struktúrák
5.3.2. Példák mikroprocesszoros vezérlőrendszerek használatára
Hatodik fejezet. Erőteljes elektronikai eszközök alkalmazása
6.1. Racionális felhasználási területek
6.2. Általános műszaki követelmények
6.3. Vészhelyzeti védelem
6.4. Műszaki állapot üzemellenőrzése és diagnosztikája
6.5. Átalakítók párhuzamos működésének biztosítása
6.6. Elektromágneses interferencia
Bibliográfia

Ingyenes letöltés e-könyv kényelmes formátumban, nézze meg és olvassa el:
Töltse le a könyvet: A teljesítményelektronika alapjai - Rozanov Yu.K. - fileskachat.com, gyors és ingyenes letöltés.

Djvu letöltése
Az alábbiakban megvásárolhatja ezt a könyvet legjobb ár kedvezményes szállítással Oroszország egész területén.

• pdf formátumban
• mérete 4,64 MB
• hozzáadva 2008. október 24-én

Tankönyv. - Novoszibirszk: NSTU Kiadó, 1999.

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

Ez a tankönyv (az anyag bemutatásának két szintjén) azoknak a FES, EMF karok hallgatóinak szól, akik nem a teljesítményelektronika "specialistái", hanem különféle elnevezésű, teljesítményelektronikai eszközök használatáról szóló kurzusokat tanulnak. villamos energia, elektromechanikus, elektromos rendszerekben. A tankönyv vágott betűkkel kiemelt részei (a bemutatás két mélységi szintjén is) a kurzus további, mélyebb tanulmányozását szolgálják, amely lehetővé teszi a kurzus felhasználását oktatóanyag Az Orosz Gazdasági Fórum "Promelectronics" szakának hallgatói számára, akik "specialistákként" vannak kiképezve a teljesítményelektronika területén. Így a javasolt kiadás a „négy az egyben” elvet valósítja meg. A tantárgy vonatkozó részeire vonatkozó tudományos és szakirodalmi áttekintések külön részekre bontva lehetővé teszik, hogy a kézikönyvet tájékoztató kiadványként ajánljuk egyetemisták és végzős hallgatók számára.

Előszó.
Erőteljes elektronikai eszközök tanulmányozásának tudományos, műszaki és módszertani alapjai.
Erőteljes elektronikai eszközök elemzésének rendszerszemléletű módszertana.
Az energiaátalakítás minőségi mutatói a szelepes átalakítókban.
Az elektromágneses folyamatok minőségének energetikai mutatói.
A készülék elemeinek és a készülék egészének használatának minőségi energiamutatói.
Szelepátalakítók elemalapja.
Erőteljes félvezető eszközök.
Nem teljesen szabályozott szelepek.
Teljesen szabályozott szelepek.
Zárható tirisztorok, tranzisztorok.
Transzformátorok és reaktorok.
Kondenzátorok.
Az elektromos energia átalakítóinak típusai.
Az energiamutatók számítási módszerei.
Szelepátalakítók matematikai modelljei.
A konverterek energiateljesítményének számítási módszerei.
Integrált módszer.
Spektrális módszer.
Közvetlen módszer.
Adu módszer.
Adu módszer.
Adu módszere (1).
Adum1, Adum2, Adum (1) módszerek.
A váltóáram egyenárammá való vetítésének elmélete az átalakító ideális paramétereivel.
Egyenirányító, mint rendszer. Alapvető definíciók és jelölések.
A váltóáram egyenirányított árammá alakításának mechanizmusa a Dt / Ot alapcellában.
Kétfázisú egyfázisú egyenirányító (m1 = 1, m2 = 2, q = 1).
Egyfázisú híd egyenirányító (m1 = m2 = 1, q = 2).
Háromfázisú egyenirányító transz tekercselés csatlakozási rajzával.
a háromszög formázó egy csillag nulla kimenettel (m1 = m2 = 3, q ​​= 1).
Háromfázisú egyenirányító csillag-cikcakk-nulla transzformátor tekercselési rajzzal (m1 = m2 = 3, q ​​= 1).
Hatfázisú háromfázisú egyenirányító a csillag-fordító csillagtranszformátor szekunder tekercseinek csatlakoztatásával egy kiegyenlítő reaktorhoz (m1 = 3, m2 = 2 x 3, q ​​= 1).
Háromfázisú egyenirányító a hídáramkörben (m1 = m2 = 3, q ​​= 2).
Szabályozott egyenirányítók. A szabályozási karakterisztika a váltóáram egyenárammá alakításának elmélete (rekuperációval), figyelembe véve az átalakító elemek valós paramétereit.
A kapcsolási folyamat vezérelt egyenirányítóban, valódi transzformátorral. Külső jellemző.
Az egyenirányító működésének elmélete a hátsó emf-en az Ld induktivitás véges értékénél.
Szakaszos áram mód (? 2? / Qm2).
A folyamatos áram mód korlátozása (? = 2? / Qm2).
Folyamatos áram üzemmód (? 2? / Qm2).
Egyenirányító működés kondenzátor simító szűrővel.
Az aktív teljesítmény áramlási irányának megfordítása egy szelepátalakítóban egy hátsó EMF-el az egyenáramú körben - függő inverziós módban.
Függő egyfázisú áramváltó (m1 = 1, m2 = 2, q = 1).
Függő háromfázisú áramváltó (m1 = 3, m2 = 3, q ​​= 1).
Az egyenirányító primer áramának általános függése az anódtól és az egyenirányított áramoktól (Csernisev törvénye).
Egyenirányító transzformátorok és függő inverterek primer áramainak spektruma.
A szelepátalakító egyenirányított és fordított feszültségeinek spektruma.
Az egyenirányító transzformátor szekunder fázisainak számának optimalizálása. Egyenértékű többfázisú egyenirányító áramkörök.
A bekapcsolás hatása a transzformátoráramok effektív értékeire és jellemző teljesítményére.
A szelepátalakító hatásfoka és teljesítménytényezője egyenirányító és függő inverziós üzemmódban.
Hatékonyság.
Teljesítménytényező.
Egyenirányítók teljesen szabályozott szelepeken.
Fejlett fázisvezérlésű egyenirányító.
Egyenirányító egyenirányított feszültség impulzusszélesség-szabályozásával.
Egyenirányító a hálózatból felvett áram kényszerített alakításával.
Reverzibilis szelep átalakító (fordítható egyenirányító).
A szelepátalakító elektromágneses összeférhetősége a hálózati táplálással.
Egy egyenirányító elektromos tervezésének mintapéldája.
Egyenirányító áramkör kiválasztása (strukturális szintézis szakasz).
A vezérelt egyenirányító áramkör elemeinek paramétereinek számítása (paraméteres szintézis szakasza).
Következtetés.
Irodalom.
Tárgymutató.

Lásd még

• djvu formátum
• mérete 1,39 MB
• hozzáadva 2011. április 20

Novoszibirszk: NSTU, 1999 .-- 204 p. Ez a tankönyv (az anyag bemutatásának két szintjén) azoknak a FES, EMF karok hallgatóinak szól, akik nem a teljesítményelektronika "specialistái", hanem különféle elnevezésű, teljesítményelektronikai eszközök használatáról szóló kurzusokat tanulnak. villamos energia, elektromechanikus, elektromos rendszerekben. A tankönyv félkövérrel szedett részei (szintén két mélységi szinten ...

Zinovev G.S. A teljesítményelektronika alapjai. 1. rész

• pdf formátumban
• mérete 1,22 MB
• hozzáadva 2010. október 11-én

Novoszibirszk: NSTU, 1999. Ez a tankönyv (az anyag bemutatásának két szintjén) azoknak a FES, EMF karok hallgatóinak szól, akik nem "specialisták" a teljesítményelektronikában, hanem különféle elnevezésű kurzusokat tanulnak. teljesítményelektronikai eszközök használata elektromos áramban, elektromechanikus, elektromos rendszerekben ... A tankönyv fejezetei célja (szintén két mélységi szinten ...

Zinovjev G.S. Teljesítményelektronika alapjai (1/2)

• pdf formátumban
• mérete 1,75 MB
• hozzáadva 2007. június 19-én

Tankönyv. - Novoszibirszk: Az NSTU kiadója, első rész. 1999 .-- 199 p. Ez a tankönyv (az anyag bemutatásának két szintjén) azoknak a FES, EMF karok hallgatóinak szól, akik nem a teljesítményelektronika "specialistái", hanem különféle elnevezésű, teljesítményelektronikai eszközök használatáról szóló kurzusokat tanulnak. villamos energia, elektromechanikus, elektromos rendszerekben. A tankönyv fejezetei félkövér betűkkel vannak...

Zinovjev G.S. A teljesítményelektronika alapjai. 2,3,4 kötet

• pdf formátumban
• mérete 2,21 MB
• hozzáadva: 2009. november 18

Tankönyv. - Novoszibirszk: Az NSTU kiadója, második, harmadik és negyedik rész. 2000 .-- 197 p. A tankönyv második része, az 1999-ben megjelent első rész folytatásaként az egyenfeszültség-egyenáramú, egyenfeszültség-váltóáram átalakítók (autonóm inverterek), váltakozó feszültség-átalakítók alapáramköreinek bemutatását szolgálja. AC feszültségállandó vagy állítható frekvencia. Az anyag is a „...

Zinovjev G.S. A teljesítményelektronika alapjai. 5. kötet

• pdf formátumban
• mérete 763,08 KB
• 2009. május 18-án hozzáadva

Tankönyv. - Novoszibirszk: Az NSTU kiadója, ötödik rész. 2000 .-- 197 p. A tankönyv második része, az 1999-ben megjelent első rész folytatásaként a DC-DC, DC-AC (autonóm inverterek), AC-AC AC konverterek alapáramköreinek bemutatását szolgálja. vagy állítható frekvencia. Az anyagot is a négy az egyben elv szerint strukturálták a ...

Zinovjev G.S. A teljesítményelektronika alapjai. 2. rész

• djvu formátum
• mérete 3,62 MB
• hozzáadva 2011. április 20

Novoszibirszk: NSTU, 2000. Ez a tankönyv a második része annak a háromnak, amelyet a "Energiaelektronika alapjai" kurzushoz terveztek. A tankönyv első része egy módszertani útmutatóhoz kapcsolódik laboratóriumi munka a teljesítményelektronikai eszközök szimulálására szolgáló PARUS-PARAGRAPH osztály szoftvercsomag segítségével valósult meg. A tankönyv második részének anyagát számítógépes laboratóriumi kurzusok támogatják.