Koncepcja energoelektroniki. Urządzenia energoelektroniczne, rozwój, zastosowanie, przeznaczenie Podstawy energoelektroniki

Data publikacji: 10.12.2017

Czy znasz podstawy energoelektroniki?

Możemy prześledzić przytłaczający postęp w tej kwestii od opracowania komercyjnych tyrystorów lub prostowników krzemowych (SCR) przez General Electric Co.

Koncepcja energoelektroniki

Elektronika mocy- jeden z nowoczesnych tematów elektrotechniki, który w ostatnich latach odniósł wielki sukces i wpłynął na życie człowieka w niemal wszystkich dziedzinach. Zużywamy się tak dużo mocy aplikacje elektroniczne w naszym Życie codzienne nawet nie zdając sobie z tego sprawy. Teraz pojawia się pytanie: „Czym jest energoelektronika?”

Energoelektronikę możemy zdefiniować jako przedmiot będący hybrydą energii, elektroniki analogowej, półprzewodników i układów sterowania. Opieramy fundamenty każdego tematu i stosujemy je w formie łączonej, aby uzyskać regulowaną formę energii elektrycznej. Sama energia elektryczna nie ma zastosowania, dopóki nie zostanie przekształcona w namacalną formę energii, taką jak ruch, światło, dźwięk, ciepło itp. Aby regulować te formy energii, efektywny sposób to regulacja samej energii elektrycznej, a te formy są treścią subiektywnej energoelektroniki.

Możemy prześledzić przytłaczający postęp w tej kwestii od opracowania komercyjnych tyrystorów lub prostowników krzemowych (SCR) przez General Electric Co. w 1958 roku. Wcześniej sterowanie energią elektryczną odbywało się głównie za pomocą tyratronów i prostowników łukowych rtęciowych, które działają na zasadzie zjawisk fizycznych w gazach i parach. Po SCR istnieje wiele urządzeń elektronicznych dużej mocy, takich jak GTO, IGBT, SIT, MCT, TRIAC, DIAC, IEGT, IGCT i tak dalej. Urządzenia te są oceniane na kilkaset woltów i amperów, w przeciwieństwie do urządzeń o poziomie sygnału, które działają na kilka woltów i amperów.

Aby osiągnąć cel energoelektroniki, urządzenia działają jak przełącznik. Wszystkie urządzenia energoelektroniczne działają jak przełącznik i posiadają dwa tryby tj. ON i OFF. Na przykład tranzystor BJT (Bipolar Junction Transistor) ma trzy obszary działania w charakterystyce wyjściowej wyłączonej, aktywnej i nasyconej. W elektronice analogowej, w której BJT ma działać jako wzmacniacz, obwód jest zaprojektowany tak, aby kierować go do aktywnego obszaru działania. Jednak w elektronice mocy BJT będzie działać w obszarze odcięcia, gdy jest wyłączony, oraz w obszarze nasycenia, gdy jest włączony. Teraz, gdy urządzenia mają pracować jako przełącznik, muszą przestrzegać podstawowej charakterystyki przełącznika, tzn. gdy przełącznik jest włączony, ma zerowy spadek napięcia na nim i przepuszcza przez niego pełny prąd, a gdy jest w stanie wyłączonym, ma pełny spadek napięcia na nim.i zerowy prąd przepływający przez niego.

Teraz, ponieważ w obu trybach wartość V lub I wynosi zero, moc przełącznika również zawsze wynosi zero. Ta cecha jest łatwo zwizualizowana w wyłączniku mechanicznym, to samo należy zaobserwować w wyłączniku energoelektronicznym. Jednak prawie zawsze przez urządzenia przepływa prąd upływowy, gdy są one w stanie WYŁĄCZONYM, tj. Ileakage ≠ 0 i zawsze występuje spadek napięcia w stanie ON tj. Von ≠ 0. Jednak wartość Von lub Ileakage jest bardzo mniejsza, a zatem moc przez urządzenie jest również bardzo mała, rzędu kilka miliwoltów. Moc ta jest rozpraszana w urządzeniu, dlatego ważne jest prawidłowe odprowadzanie ciepła z urządzenia. Oprócz tych strat w stanie i stanie wyłączenia występują również straty przełączania w energoelektronice. Dzieje się tak głównie wtedy, gdy przełącznik przełącza się z jednego trybu na drugi, a V i ja zmieniam się przez urządzenie. W energoelektronice obie straty są ważne parametry dowolnego urządzenia i są niezbędne do określenia jego nominalnych wartości napięcia i prądu.

Tylko urządzenia energoelektroniczne nie są tak przydatne w praktyczne zastosowania i dlatego wymagają rozwoju z łańcuchem wraz z innymi elementami pomocniczymi. Te elementy pomocnicze są jak część decyzyjna, która steruje elektronicznymi przełącznikami mocy w celu osiągnięcia pożądanego rezultatu. Obejmuje to obwód zapłonowy i łańcuch sprzężenie zwrotne. Poniższy schemat blokowy przedstawia prosty układ energoelektroniczny.

Jednostka sterująca odbiera sygnały wyjściowe z czujników i porównuje je z odniesieniami i odpowiednio wprowadza sygnał wejściowy do obwodu inicjującego. Obwód inicjujący jest w zasadzie obwodem generującym impulsy, który daje impuls wyjściowy w taki sposób, aby sterować elektronicznymi przełącznikami mocy w bloku obwodu głównego. Efektem końcowym jest to, że obciążenie otrzymuje wymaganą moc elektryczną, a zatem zapewnia pożądany rezultat. Typowym przykładem powyższego systemu byłoby sterowanie prędkością silników.

Zasadniczo istnieje pięć rodzajów obwodów energoelektronicznych, z których każdy ma różne funkcje:

1. Prostowniki — zamienia stały prąd przemienny na prąd przemienny DC
2. Choppers - zamienia prąd stały na przemienny DC
3. Falowniki - zamieniają prąd stały na prąd przemienny o zmiennej amplitudzie i zmiennej częstotliwości
4. Kontrolery napięcia prąd przemienny- konwertuj stały prąd przemienny na prąd przemienny o tej samej częstotliwości wejściowej;
5. Cyklokonwertery — konwertuje stały prąd AC na zmienną częstotliwość AC

Istnieje powszechne nieporozumienie dotyczące terminu „przetwornik”. Konwerter to w zasadzie każdy obwód, który przekształca energię elektryczną z jednej postaci w drugą. Dlatego wszystkie z pięciu wymienionych to typy przetworników.

Zawartość:

• Przedmowa
• Wstęp
• Rozdział pierwszy. Podstawowe elementy energoelektroniki
  • 1.1. Półprzewodniki mocy
    • 1.1.1. Diody mocy
    • 1.1.2. Tranzystory mocy
    • 1.1.3. Tyrystory
    • 1.1.4. Zastosowania półprzewodników mocy
  • 1.2. Transformatory i reaktory
  • 1.3. Kondensatory
• Rozdział drugi. Prostowniki
  • 2.1. Informacje ogólne
  • 2.2. Podstawowe obwody prostownicze
    • 2.2.1. Jednofazowy obwód pełnofalowy z punktem środkowym
    • 2.2.2. Mostek jednofazowy
    • 2.2.3. Obwód trójfazowy punkt środkowy
    • 2.2.4. Mostek trójfazowy
    • 2.2.5. Obwody wielomostkowe
    • 2.2.6. Skład harmoniczny napięcia wyprostowanego i prądów pierwotnych w obwodach prostowniczych
  • 2.3. Przełączanie i tryby pracy prostowników
    • 2.3.1. Prądy łączeniowe w obwodach prostownikowych
    • 2.3.2. Cechy zewnętrzne prostowniki
  • 2.4. Charakterystyka energetyczna prostowników i sposoby ich poprawy
    • 2.4.1. Współczynnik mocy i sprawność prostowników
    • 2.4.2. Poprawa współczynnika mocy sterowanych prostowników
  • 2.5. Cechy działania prostowników przy obciążeniu pojemnościowym i przeciw-EMF
  • 2.6. Filtry wygładzające
  • 2.7. Działanie prostownika ze źródła o porównywalnej mocy
• Rozdział trzeci. Falowniki i przetwornice częstotliwości
  • 3.1. Falowniki sieciowe
    • 3.1.1. Falownik jednofazowy z punktem środkowym
    • 3.1.2. Trójfazowy falownik mostkowy
    • 3.1.3. Bilans mocy w falowniku sieciowym
    • 3.1.4. Główne cechy i tryby pracy falowników sieciowych
  • 3.2. Autonomiczne falowniki
    • 3.2.1. Aktualne falowniki
    • 3.2.2. Przetwornice napięcia
    • 3.2.3. Tyrystorowe falowniki napięcia
    • 3.2.4. Falowniki rezonansowe
  • 3.3. Przetwornice częstotliwości
    • 3.3.1. Przetwornice częstotliwości łącza pośredniego prąd stały
    • 3.3.2. Przetwornice częstotliwości z bezpośrednim połączeniem
  • 3.4. Regulacja napięcia wyjściowego falowników autonomicznych
    • 3.4.1. Ogólne zasady rozporządzenie
    • 3.4.2. Urządzenia sterujące obecnych falowników
    • 3.4.3. Regulacja napięcia wyjściowego za pomocą modulacji impulsowej rbt (PWM) wi-i
    • 3.4.4. Geometryczne dodawanie naprężeń
  • 3.5. Sposoby poprawy kształtu napięcia wyjściowego falowników i przemienników częstotliwości
    • 3.5.1. Wpływ napięcia niesinusoidalnego na odbiorców energii elektrycznej
    • 3.5.2. Filtry wyjściowe falownika
    • 3.5.3. Redukcja wyższych harmonicznych w napięciu wyjściowym bez użycia filtrów
• Rozdział czwarty. Regulatory-stabilizatory i styczniki statyczne
  • 4.1. Regulatory napięcia AC
  • 4.2. Regulatory prądu stałego
    • 4.2.1. Stabilizatory parametryczne
    • 4.2.2. Stabilizatory ciągłe
    • 4.2.3. Przełączanie regulatorów
    • 4.2.4. Rozwój struktur regulatorów przełączających
    • 4.2.5. Sterowniki tyrystorowo-kondensatorowe DC z odmierzonym transferem energii do obciążenia
    • 4.2.6. Połączone regulatory-przetwornice
  • 4.3. Styczniki statyczne
    • 4.3.1. Styczniki tyrystorowe AC
    • 4.3.2. Styczniki tyrystorowe DC
• Rozdział piąty. Systemy sterowania konwerterem
  • 5.1. Informacje ogólne
  • 5.2. Schematy blokowe systemy sterowania konwerterem,
    • 5.2.1. Systemy sterowania prostownikami i falownikami zależnymi
    • 5.2.2. Systemy sterowania do przemienników częstotliwości z bezpośrednim połączeniem
    • 5.2.3. Autonomiczne systemy sterowania falownikami
    • 5.2.4. Systemy sterowania stabilizatorem
  • 5.3. Systemy mikroprocesorowe w technologii przekształtnikowej
    • 5.3.1. Typowe uogólnione struktury mikroprocesorowe
    • 5.3.2. Przykłady wykorzystania mikroprocesorowych systemów sterowania
• Rozdział szósty. Zastosowanie urządzeń energoelektronicznych
  • 6.1. Obszary racjonalnego zastosowania
  • 6.2. Ogólne wymagania techniczne
  • 6.3. Ochrona awaryjna
  • 6.4. Kontrola eksploatacyjna i diagnostyka stanu technicznego
  • 6.5. Zapewnienie równoległej pracy konwerterów
  • 6.6. Interferencja elektromagnetyczna
• Bibliografia

WPROWADZANIE

W elektronice wyróżnia się elektronikę energetyczną i informacyjną. Energoelektronika pierwotnie pojawiła się jako dziedzina technologii związana głównie z konwersją różnego rodzaju energii elektrycznej w oparciu o wykorzystanie urządzeń elektronicznych. Dalsze postępy w technologii półprzewodnikowej umożliwiły znaczny rozwój funkcjonalność, energoelektroniki i odpowiednio obszary ich zastosowania.

Urządzenia nowoczesnej energoelektroniki umożliwiają sterowanie przepływem energii elektrycznej nie tylko w celu jej zamiany z jednego rodzaju na inny, ale także w celu dystrybucji, organizacji szybkich zabezpieczeń obwodów elektrycznych, kompensacji mocy biernej itp. funkcje, ściśle związane z tradycyjnymi zadaniami elektroenergetyki, określiły też inną nazwę energoelektroniki to energoelektronika. Elektronika informacyjna służy głównie do kontroli procesy informacyjne. W szczególności urządzenia elektroniki informacyjnej stanowią podstawę układów sterowania i regulacji różnych obiektów, w tym urządzeń energoelektronicznych.

Jednak pomimo intensywnego rozszerzania funkcji urządzeń energoelektronicznych i obszarów ich zastosowań, wiążą się z nimi główne problemy naukowe i techniczne oraz zadania rozwiązywane w dziedzinie energoelektroniki. konwersja energii elektrycznej.

Energia elektryczna jest wykorzystywana w różnych postaciach: w postaci prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz, w postaci prądu stałego (ponad 20% całej wytworzonej energii elektrycznej), a także prądu przemiennego o podwyższonej częstotliwości lub specjalnych formach prądu ( na przykład pulsacyjne itp.). Różnica ta wynika głównie z różnorodności i specyfiki odbiorców, a w niektórych przypadkach (np. w autonomicznych systemach zasilania) i pierwotnych źródeł energii elektrycznej.

Różnorodność rodzajów zużywanej i wytwarzanej energii elektrycznej powoduje konieczność jej przekształcenia. Główne rodzaje konwersji energii elektrycznej to:

• 1) prostowanie (konwersja prądu przemiennego na prąd stały);
• 2) odwracanie (przekształcanie prądu stałego na prąd przemienny);
• 3) konwersja częstotliwości (konwersja prądu przemiennego jednej częstotliwości na prąd przemienny innej częstotliwości).

Istnieje również szereg innych, mniej powszechnych rodzajów konwersji: kształt krzywej prądu, liczba faz itp. W niektórych przypadkach stosuje się kombinację kilku rodzajów konwersji. Dodatkowo energię elektryczną można przetwarzać w celu poprawy jakości jej parametrów, np. w celu ustabilizowania napięcia lub częstotliwości prądu przemiennego.

Można dokonać konwersji energii elektrycznej różne sposoby. W szczególności tradycją w elektrotechnice jest przekształcanie za pomocą zespołów maszyn elektrycznych, składających się z silnika i generatora, połączonych wspólnym wałem. Jednak ta metoda konwersji ma szereg wad: obecność ruchomych części, bezwładność itp. Dlatego równolegle z rozwojem konwersji maszyn elektrycznych w elektrotechnice wiele uwagi poświęcono opracowaniu metod statycznej konwersji energii elektrycznej . Większość z tych opracowań opierała się na wykorzystaniu nieliniowych elementów technologii elektronicznej. Głównymi elementami energoelektroniki, które stały się podstawą do powstania przekształtników statycznych, były urządzenia półprzewodnikowe. Przewodność większości urządzeń półprzewodnikowych w dużej mierze zależy od kierunku prądu elektrycznego: w kierunku do przodu ich przewodność jest wysoka, w kierunku odwrotnym jest mała (tj. urządzenie półprzewodnikowe ma dwa różne stany: otwarty i zamknięty). Urządzenia półprzewodnikowe są niezarządzane i kontrolowane. W tych ostatnich można sterować momentem ich wysokiej przewodności (włączenia) za pomocą impulsów sterujących o małej mocy. Pierwszymi pracami domowymi poświęconymi badaniu urządzeń półprzewodnikowych i ich wykorzystaniu do konwersji energii elektrycznej były prace akademików V. F. Mitkevicha, N. D. Papeleksiego i innych.

W latach 30. XX wieku urządzenia wyładowcze (zawory rtęciowe, tyratrony, gastrony itp.) były szeroko rozpowszechnione w ZSRR i za granicą. Równolegle z rozwojem urządzeń wyładowczych opracowano teorię konwersji energii elektrycznej. Opracowano główne typy obwodów i przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad procesami elektromagnetycznymi zachodzącymi podczas prostowania i odwracania prądu przemiennego. W tym samym czasie pojawiły się pierwsze prace nad analizą układów autonomicznych falowników. W rozwoju teorii konwertorów jonowych ważną rolę odegrały prace naukowców radzieckich IL Kaganowa, MA Czernyszewa, DA Zawaliszyna, a także naukowców zagranicznych: K. Müllera-Lübeck, M. Demontviniera, V. Schilinga i innych. rola.

Nowy etap w rozwoju technologii przetwarzania rozpoczął się pod koniec lat 50., kiedy pojawiły się potężne urządzenia półprzewodnikowe - diody i tyrystory. Urządzenia te, opracowane na bazie krzemu, są Specyfikacja techniczna znacznie lepsze od urządzeń wyładowczych. Charakteryzują się małymi wymiarami i wagą, mają wysoką wydajność, mają dużą prędkość i zwiększoną niezawodność podczas pracy w szerokim zakresie temperatur.

Zastosowanie przyrządów półprzewodnikowych mocy znacząco wpłynęło na rozwój energoelektroniki. Stały się podstawą do opracowania wysokowydajnych urządzeń konwertujących wszystkich typów. W tych opracowaniach przyjęto wiele całkowicie nowych rozwiązań obwodów i projektów. Rozwój półprzewodnikowych przyrządów mocy przez przemysł zintensyfikował badania i rozwój w tym zakresie oraz tworzenie nowych technologii. Uwzględniając specyfikę półprzewodnikowych przyrządów mocy, dopracowano stare metody analizy obwodów i opracowano nowe. Klasy autonomicznych obwodów falownikowych, przemienników częstotliwości, regulatorów prądu stałego i wielu innych znacznie się rozszerzyły, a także pojawiły się nowe typy urządzeń energoelektronicznych - styczniki statyczne z przełączaniem naturalnym i sztucznym, tyrystorowe kompensatory mocy biernej, szybkie urządzenia zabezpieczające z ograniczniki napięcia itp.

Jeden z głównych obszarów efektywne wykorzystanie energoelektronika stała się napędem elektrycznym. Do napędu elektrycznego prądu stałego zostały opracowane zespoły tyrystorowe i kompletne urządzenia, które z powodzeniem stosowane są w hutnictwie, budowie obrabiarek, transporcie i innych gałęziach przemysłu. Rozwój tyrystorów doprowadził do znacznego postępu w dziedzinie regulowanego napędu elektrycznego prądu przemiennego.

Stworzono wysoce wydajne urządzenia, które przetwarzają prąd o częstotliwości przemysłowej na prąd przemienny o zmiennej częstotliwości w celu sterowania prędkością silników elektrycznych. Dla różnych dziedzin techniki opracowano wiele typów przemienników częstotliwości o stabilizowanych parametrach wyjściowych. W szczególności do nagrzewania indukcyjnego metalu stworzono potężne tyrystorowe zespoły wysokiej częstotliwości, które dają wspaniały efekt techniczny i ekonomiczny poprzez zwiększenie ich żywotności w porównaniu do zespołów maszyn elektrycznych.

Na podstawie wprowadzenia przekształtników półprzewodnikowych przeprowadzono przebudowę podstacji elektrycznych do mobilnego transportu elektrycznego. Znacznie poprawiła jakość niektórych procesy technologiczne w przemyśle elektrometalurgicznym i chemicznym poprzez wprowadzenie jednostek prostownikowych z głęboką regulacją napięcia i prądu wyjściowego.

Zalety przekształtników półprzewodnikowych determinują ich szerokie zastosowanie w systemach zasilania bezprzerwowego. Zakres zastosowania urządzeń energoelektronicznych z zakresu elektroniki użytkowej(regulatory napięcia itp.).

Od początku lat 80-tych dzięki intensywnemu rozwojowi elektroniki rozpoczyna się tworzenie nowej generacji produktów „energoelektronika”, której podstawą był rozwój i rozwój przez przemysł nowych typów półprzewodnikowych przyrządów mocy: zamykanych tyrystory, tranzystory bipolarne, tranzystory MOS itp. Jednocześnie rozwinęła się prędkość urządzeń półprzewodnikowych, wartości parametrów granicznych diod i tyrystorów, zintegrowane i hybrydowe technologie wytwarzania urządzeń półprzewodnikowych różne rodzaje, zaczęto szeroko wprowadzać technologię mikroprocesorową do sterowania i monitorowania urządzeń przetwarzających.

Zastosowanie nowej bazy pierwiastkowej umożliwiło fundamentalną poprawę tak ważnych wskaźników techniczno-ekonomicznych jak wydajność, określone wartości masy i objętości, niezawodność, jakość parametrów wyjściowych itp. Zidentyfikowano tendencję do zwiększania częstotliwości konwersji energii elektrycznej. Obecnie opracowano miniaturowe wtórne źródła zasilania małej i średniej mocy z pośrednią konwersją energii elektrycznej na częstotliwościach naddźwiękowych. Rozwój zakresu wysokich częstotliwości (powyżej 1 MHz) doprowadził do konieczności rozwiązania szeregu problemów naukowych i technicznych w projektowaniu urządzeń przekształtnikowych oraz zapewnienia ich kompatybilności elektromagnetycznej w ramach systemy techniczne. Efekt techniczny i ekonomiczny uzyskany dzięki przejściu na wyższe częstotliwości w pełni zrekompensował koszty rozwiązania tych problemów. Dlatego obecnie zachowany jest trend tworzenia wielu typów urządzeń konwertujących z pośrednim łączem wysokiej częstotliwości.

Należy zauważyć, że zastosowanie w pełni sterowanych szybkich przyrządów półprzewodnikowych w tradycyjnych obwodach znacznie poszerza ich możliwości w zakresie dostarczania nowych trybów pracy, a co za tym idzie nowych właściwości użytkowych produktów energoelektronicznych.

W tym artykule porozmawiamy o energoelektronice. Czym jest energoelektronika, na czym się opiera, jakie daje korzyści i jakie są jej perspektywy? Zastanówmy się nad elementami energoelektroniki, zastanówmy się pokrótce, czym one są, czym się od siebie różnią i do jakich zastosowań wygodne są określone typy łączników półprzewodnikowych. Podajmy przykłady urządzeń energoelektronicznych używanych na co dzień, w produkcji iw domu.

W ostatnich latach urządzenia energoelektroniczne umożliwiły dokonanie poważnego przełomu technologicznego w zakresie oszczędzania energii. Półprzewodnikowe przyrządy mocy, dzięki elastycznej sterowalności, pozwalają na wydajną konwersję energii elektrycznej. Osiągnięte dzisiaj wskaźniki wagi i rozmiaru oraz wydajność przeniosły już urządzenia konwertorowe na jakościowo nowy poziom.

Wiele branż używa softstartów, regulatorów prędkości, źródeł nieprzerwana dostawa energii działający na nowoczesnej bazie półprzewodnikowej i wykazujący wysoką sprawność. To wszystko są energoelektronika.

Sterowanie przepływami energii elektrycznej w energoelektronice odbywa się za pomocą wyłączników półprzewodnikowych zastępujących wyłączniki mechaniczne, którymi można sterować zgodnie z wymaganym algorytmem w celu uzyskania pożądanej mocy średniej i precyzyjnego działania korpusu roboczego danego urządzenia .

Tak więc energoelektronika znajduje zastosowanie w transporcie, w górnictwie, w sektorze łączności, w wielu gałęziach przemysłu, a nie w jednej potężnej sprzęt gospodarstwa domowego nie obywa się dziś bez energoelektronicznych elementów zawartych w jego konstrukcji.

Głównymi elementami budulcowymi elektroniki mocy są kluczowe elementy półprzewodnikowe, które mogą: inna prędkość, aż do megaherców, otwórz i zamknij obwód. W stanie włączonym opór klucza to jednostki i ułamki oma, a w stanie wyłączonym to megaom.

Sterowanie kluczykiem nie wymaga dużej mocy, a straty kluczyka występujące podczas przełączania, przy dobrze zaprojektowanym sterowniku, nie przekraczają jednego procenta. Z tego powodu sprawność energoelektroniki jest wysoka w porównaniu z transformatorami żelaznymi i przełącznikami mechanicznymi, takimi jak konwencjonalne przekaźniki.

Urządzenia energoelektroniczne to urządzenia, w których skuteczny prąd jest większy lub równy 10 amperów. W tym przypadku kluczowymi elementami półprzewodnikowymi mogą być: tranzystory bipolarne, FET, IGBT, tyrystory, triaki, tyrystory wyłączające i tyrystory wyłączane ze zintegrowanym sterowaniem.

Niska moc sterowania umożliwia również tworzenie mikroukładów mocy, które łączą kilka bloków jednocześnie: sam klucz, obwód sterujący i obwód sterujący, są to tak zwane obwody inteligentne.

Te elektroniczne klocki znajdują zastosowanie zarówno w potężnych instalacjach przemysłowych, jak iw domowych urządzeniach elektrycznych. Piekarnik indukcyjny na kilka megawatów lub domowy parowiec na kilka kilowatów - oba mają półprzewodnikowe przełączniki mocy, które po prostu działają z różnymi mocami.

Tym samym tyrystory mocy pracują w przekształtnikach o mocy powyżej 1 MVA, w obwodach napędów elektrycznych prądu stałego i wysokonapięciowych napędów prądu przemiennego, znajdują zastosowanie w instalacjach kompensacji mocy biernej, w instalacjach topienia indukcyjnego.

Tyrystory zatrzaskowe są bardziej elastyczne, służą do sterowania sprężarkami, wentylatorami, pompami o wydajności kilkuset KVA, a potencjalna moc przełączania przekracza 3 MVA. umożliwiają realizację przekształtników o mocy do jednostek MVA o różnym przeznaczeniu, zarówno do sterowania silnikami, jak i do zapewnienia nieprzerwanego zasilania i przełączania dużych prądów w wielu instalacjach statycznych.

MOSFETy mają doskonałą sterowalność przy częstotliwościach setek kiloherców, co znacznie rozszerza ich zakres zastosowania w porównaniu z tranzystorami IGBT.

Triaki są optymalne do uruchamiania i sterowania silnikami prądu przemiennego, mogą pracować z częstotliwościami do 50 kHz, a do sterowania wymagają mniej energii niż tranzystory IGBT.

Obecnie tranzystory IGBT osiągają maksymalne napięcie przełączania 3500 woltów i potencjalnie 7000 woltów. Elementy te mogą w nadchodzących latach zastąpić tranzystory bipolarne i będą stosowane w sprzęcie do jednostek MVA. W przypadku konwerterów małej mocy tranzystory MOSFET pozostaną bardziej akceptowalne, a dla ponad 3 MVA wyłączą tyrystory.

Analitycy przewidują, że większość półprzewodników mocy w przyszłości będzie miała budowę modułową, gdy w jednym opakowaniu będzie znajdować się od dwóch do sześciu kluczowych elementów. Zastosowanie modułów pozwala zredukować wagę, gabaryty oraz koszt sprzętu, w którym będą używane.

W przypadku tranzystorów IGBT postępem będzie wzrost prądów do 2 kA przy napięciach do 3,5 kV oraz wzrost częstotliwości roboczych do 70 kHz z uproszczeniem obwodów sterowania. Jeden moduł może zawierać nie tylko wyłączniki i prostownik, ale także sterownik i aktywne obwody zabezpieczające.

Tranzystory, diody, tyrystory produkowane w ostatnich latach już znacznie poprawiły swoje parametry, takie jak prąd, napięcie, prędkość, a postęp nie stoi w miejscu.

Dla lepszej konwersji prądu przemiennego na prąd stały stosuje się prostowniki sterowane, które umożliwiają płynną zmianę wyprostowanego napięcia w zakresie od zera do nominalnego.

Obecnie w układach wzbudzenia napędów elektrycznych prądu stałego do silników synchronicznych stosuje się głównie tyrystory. Podwójne tyrystory - triaki, mają tylko jedną elektrodę sterującą dla dwóch tyrystorów połączonych antyrównolegle, co jeszcze bardziej upraszcza sterowanie.

Aby przeprowadzić proces odwrotny, stosuje się konwersję napięcia stałego na napięcie przemienne. Niezależne falowniki na kluczach półprzewodnikowych dają częstotliwość wyjściową, kształt i amplitudę, określoną przez obwód elektryczny, a nie sieć. Falowniki wykonane są w oparciu o różnego rodzaju kluczowe elementy, ale przy dużych mocach, powyżej 1 MVA, znowu górą są falowniki oparte na tranzystorach IGBT.

W przeciwieństwie do tyrystorów, tranzystory IGBT umożliwiają szersze i dokładniejsze kształtowanie prądu i napięcia na wyjściu. Inwertery samochodowe małej mocy wykorzystują w swojej pracy tranzystory polowe, które przy mocach do 3 kW doskonale radzą sobie z przekształcaniem prądu stałego akumulatora o napięciu 12 woltów najpierw na prąd stały za pomocą konwerter impulsów wysokiej częstotliwości działający z częstotliwością 50 kHz do setek kiloherców, a następnie - do zmiennej 50 lub 60 Hz.

Do przeniesienia prądu o jednej częstotliwości na prąd o innej częstotliwości. Wcześniej robiono to wyłącznie na podstawie tyrystorów, które nie miały pełnej sterowalności, konieczne było zaprojektowanie złożone schematy przymusowe zamykanie tyrystorów.

Zastosowanie przełączników polowych typu MOSFET i IGBT ułatwia projektowanie i wdrażanie przemienników częstotliwości i można przewidywać, że w przyszłości zrezygnuje się z tyrystorów, zwłaszcza w urządzeniach małej mocy, na rzecz tranzystorów.

Tyrystory są nadal używane do odwracania napędów elektrycznych, wystarczy mieć dwa zestawy przekształtników tyrystorowych, aby zapewnić dwa różne kierunki prądu bez konieczności przełączania. Tak działają nowoczesne bezdotykowe rozruszniki nawrotne.

Mamy nadzieję, że nasz krótki artykuł był dla Ciebie przydatny i już wiesz, czym jest energoelektronika, jakie elementy energoelektroniki są wykorzystywane w urządzeniach energoelektronicznych i jak wielki jest potencjał energoelektroniki dla naszej przyszłości.

Nazwa: Podstawy energoelektroniki.

Przedstawiono zasady przetwarzania energii elektrycznej: prostowanie, inwersję, konwersję częstotliwości itp. Opisano główne obwody urządzeń przetwarzających, sposoby ich sterowania i regulacji głównych parametrów, pokazano obszary racjonalnego wykorzystania różnych typów przekształtników.
Dla inżynierów i techników zajmujących się rozwojem i eksploatacją systemów elektrycznych zawierających urządzenia przekształtnikowe, a także osób zajmujących się testowaniem i konserwacją sprzętu przekształtnikowego.

W elektronice wyróżnia się elektronikę energetyczną i informacyjną. Energoelektronika pierwotnie pojawiła się jako dziedzina technologii związana głównie z konwersją różnego rodzaju energii elektrycznej w oparciu o wykorzystanie urządzeń elektronicznych. W przyszłości postęp w dziedzinie technologii półprzewodnikowych umożliwił znaczne rozszerzenie funkcjonalności urządzeń energoelektronicznych, a tym samym obszarów ich zastosowań.
Urządzenia nowoczesnej energoelektroniki umożliwiają sterowanie przepływem energii elektrycznej nie tylko w celu jej zamiany z jednego rodzaju na inny, ale także w celu dystrybucji, organizacji szybkich zabezpieczeń obwodów elektrycznych, kompensacji mocy biernej itp. funkcje, ściśle związane z tradycyjnymi zadaniami elektroenergetyki, określiły też inną nazwą energoelektroniki jest energia
elektronika.
Elektronika informacyjna służy głównie do kontroli procesów informacyjnych. W szczególności urządzenia elektroniki informacyjnej stanowią podstawę układów sterowania i regulacji różnych obiektów, w tym urządzeń energoelektronicznych.

Rozdział pierwszy. Podstawowe elementy energoelektroniki
1.1. Półprzewodniki mocy
1.1.1. Diody mocy
1.1.2. Tranzystory mocy
1.1.3. Tyrystory
1.1.4. Zastosowania półprzewodników mocy
1.2. Transformatory i reaktory
1.3. Kondensatory
Rozdział drugi. Prostowniki
2.1. Informacje ogólne
2.2. Podstawowe obwody prostownicze
2.2.1. Jednofazowy obwód pełnofalowy z punktem środkowym
2.2.2. Mostek jednofazowy
2.2.3. Obwód trójfazowy z punktem środkowym
2.2.4. Mostek trójfazowy
2.2.5. Obwody wielomostkowe
2.2.6. Skład harmoniczny napięcia wyprostowanego i prądów pierwotnych w obwodach prostowniczych
2.3. Przełączanie i tryby pracy prostowników
2.3.1. Prądy łączeniowe w obwodach prostownikowych
2.3.2. Cechy zewnętrzne prostowników
2.4. Charakterystyka energetyczna prostowników i sposoby ich poprawy
2.4.1. Współczynnik mocy i sprawność prostowników
2.4.2. Poprawa współczynnika mocy sterowanych prostowników
2.5. Cechy działania prostowników przy obciążeniu pojemnościowym i przeciw-EMF
2.6. Filtry wygładzające
2.7. Działanie prostownika ze źródła o porównywalnej mocy
Rozdział trzeci. Falowniki i przetwornice częstotliwości
3.1. Falowniki sieciowe
3.1.1. Falownik jednofazowy z punktem środkowym
3.1.2. Trójfazowy falownik mostkowy
3.1.3. Bilans mocy w falowniku sieciowym
3.1.4. Główne cechy i tryby pracy falowników sieciowych
3.2. Autonomiczne falowniki
3.2.1. Aktualne falowniki
3.2.2. Przetwornice napięcia
3.2.3. Tyrystorowe falowniki napięcia
3.2.4. Falowniki rezonansowe
3.3. Przetwornice częstotliwości
3.3.1. Przetwornice częstotliwości z pośrednim łączem DC
3.3.2. Przetwornice częstotliwości z bezpośrednim połączeniem
3.4. Regulacja napięcia wyjściowego falowników autonomicznych
3.4.1. Ogólne zasady regulacji
3.4.2. Urządzenia sterujące obecnych falowników
3.4.3. Regulacja napięcia wyjściowego poprzez modulację szerokości impulsu (PWM)
3.4.4. Geometryczne dodawanie naprężeń
3.5. Sposoby poprawy kształtu napięcia wyjściowego falowników i przemienników częstotliwości
3.5.1. Wpływ napięcia niesinusoidalnego na odbiorców energii elektrycznej
3.5.2. Filtry wyjściowe falownika
3.5.3. Redukcja wyższych harmonicznych w napięciu wyjściowym bez użycia filtrów
Rozdział czwarty. Regulatory-stabilizatory i styczniki statyczne
4.1. Regulatory napięcia AC
4.2. Regulatory prądu stałego
4.2.1. Stabilizatory parametryczne
4.2.2. Stabilizatory ciągłe
4.2.3. Przełączanie regulatorów
4.2.4. Rozwój struktur regulatorów przełączających
4.2.5. Sterowniki tyrystorowo-kondensatorowe DC z odmierzonym transferem energii do obciążenia
4.2.6. Połączone regulatory-przetwornice
4.3. Styczniki statyczne
4.3.1. Styczniki tyrystorowe AC
4.3.2. Styczniki tyrystorowe DC
Rozdział piąty. Systemy sterowania konwerterem
5.1. Informacje ogólne
5.2. Schematy strukturalne układów sterowania urządzeniami przekształtnikowymi
5.2.1. Systemy sterowania prostownikami i falownikami zależnymi
5.2.2. Systemy sterowania do przemienników częstotliwości z bezpośrednim połączeniem
5.2.3. Autonomiczne systemy sterowania falownikami
5.2.4. Systemy sterowania stabilizatorem
5.3. Systemy mikroprocesorowe w technologii przekształtnikowej
5.3.1. Typowe uogólnione struktury mikroprocesorowe
5.3.2. Przykłady wykorzystania mikroprocesorowych systemów sterowania
Rozdział szósty. Zastosowanie urządzeń energoelektronicznych
6.1. Obszary racjonalnego zastosowania
6.2. Ogólne wymagania techniczne
6.3. Ochrona awaryjna
6.4. Kontrola eksploatacyjna i diagnostyka stanu technicznego
6.5. Zapewnienie równoległej pracy konwerterów
6.6. Interferencja elektromagnetyczna
Bibliografia

Darmowe pobieranie e-book w wygodnym formacie obejrzyj i przeczytaj:
Pobierz książkę Podstawy energoelektroniki - Rozanov Yu.K. - fileskachat.com, szybkie i bezpłatne pobieranie.

Pobierz djvu
Możesz kupić tę książkę poniżej najlepsza cena ze zniżką z dostawą na terenie całej Rosji.

• format pdf
• rozmiar 4,64 MB
• dodano 24 października 2008

Podręcznik. - Nowosybirsk: Wydawnictwo NSTU, 1999.

Części: 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4

Ten podręcznik jest przeznaczony (z dwoma poziomami szczegółowości prezentacji materiału) dla studentów wydziałów FES, EMF, którzy nie są „specjalistami” w energoelektronice, ale studiują różne kursy dotyczące użytkowania urządzeń energoelektronicznych w elektroenergetyce, elektromechanice, instalacjach elektrycznych. Fragmenty podręcznika, wyróżnione bezszeryfowo, przeznaczone są (również na dwóch poziomach zaawansowania prezentacji) do dodatkowego, głębszego przestudiowania kursu, co pozwala na wykorzystanie go jako instruktaż dla studentów specjalności „Promelectronics” REF, którzy przygotowują się „jako specjaliści” w energoelektronice. Proponowane wydanie realizuje więc zasadę „cztery w jednym”. Dodane do odrębnych działów recenzje literatury naukowo-technicznej dotyczące odpowiednich działów kursu pozwalają nam polecić podręcznik jako publikację informacyjną dla studentów i doktorantów.

Przedmowa.
Podstawy naukowe, techniczne i metodologiczne badań urządzeń energoelektronicznych.
Metodologia systematycznego podejścia do analizy urządzeń energoelektronicznych.
Energetyczne wskaźniki jakości przetwarzania energii w przekształtnikach zaworowych.
Energetyczne wskaźniki jakości procesów elektromagnetycznych.
Wskaźniki energetyczne jakości użytkowania elementów urządzenia i urządzenia jako całości.
Podstawa elementów konwerterów zaworów.
Półprzewodnikowe przyrządy mocy.
Zawory z częściowym sterowaniem.
Pełne zawory sterujące.
Tyrystory zamykane, tranzystory.
Transformatory i reaktory.
Kondensatory.
Rodzaje przekształtników energii elektrycznej.
Metody obliczania wskaźników energetycznych.
Modele matematyczne przekształtników zaworowych.
Metody obliczania charakterystyki energetycznej przekształtników.
metoda całkowa.
Metoda spektralna.
metoda bezpośrednia.
Metoda Adu.
Metoda Adu.
Metoda Adu(1).
Metody adum1, adum2, adum(1).
Teoria przemiany prądu przemiennego w prąd stały o idealnych parametrach przekształtnika.
Prostownik jako system. Podstawowe definicje i notacja.
Mechanizm zamiany AC na rektyfikowany w komórce bazowej Dt/From.
Dwufazowy prostownik prądu jednofazowego (m1 = 1, m2 = 2, q = 1).
Jednofazowy prostownik mostkowy (m1 = m2 = 1, q = 2).
Prostownik prądu trójfazowego ze schematem połączeń uzwojenia trans.
formater trójkąta - gwiazda z zerowym wyjściem (m1 = m2 = 3, q ​​= 1).
Prostownik prądu trójfazowego ze schematem połączenia uzwojenia transformatora gwiazda-zygzak z zerem (m1 = m2 = 3, q ​​= 1).
Sześciofazowy prostownik prądu trójfazowego z podłączeniem uzwojeń wtórnych gwiazdy transformatora - gwiazda odwrócona z dławikiem wyrównawczym (m1 = 3, m2 = 2 x 3, q ​​= 1).
Prostownik prądu trójfazowego w obwodzie mostkowym (m1=m2=3, q=2).
sterowane prostowniki. Charakterystyka regulacyjna to teoria przetwarzania AC na DC (z rekuperacją) z uwzględnieniem rzeczywistych parametrów elementów przekształtnika.
Proces przełączania w sterowanym prostowniku z prawdziwym transformatorem. Charakterystyka zewnętrzna.
Teoria działania prostownika na przeciw emf przy skończonej wartości indukcyjności Ld.
Tryb przerywanego prądu (? 2?/qm2).
Tryb ciągłego prądu granicznego (? = 2?/qm2).
Tryb prądu ciągłego (? 2?/qm2).
Działanie prostownika z filtrem wygładzającym kondensator.
Odwrócenie kierunku przepływu mocy czynnej w przekształtniku zaworowym z przeciwsem w obwodzie DC - tryb inwersji zależnej.
Zależny jednofazowy falownik prądu (m1=1, m2=2, q=1).
Inwerter zależny od prądu trójfazowego (m1=3, m2=3, q=1).
Ogólna zależność prądu pierwotnego prostownika od prądów anodowych i wyprostowanych (prawo Czernyszewa).
Widma prądów pierwotnych transformatorów prostownikowych i falowników zależnych.
Widma napięć wyprostowanych i odwróconych przetwornika zaworu.
Optymalizacja liczby faz wtórnych transformatora prostownikowego. Równoważne wielofazowe obwody prostownika.
Wpływ przełączania na wartości skuteczne prądów transformatora i jego typową moc.
Sprawność i współczynnik mocy przekształtnika zaworowego w trybie prostowania i inwersji zależnej.
Efektywność.
Współczynnik mocy.
Prostowniki na w pełni sterowanych zaworach.
Prostownik z zaawansowaną regulacją fazy.
Prostownik z regulacją szerokości impulsu wyprostowanego napięcia.
Prostownik z wymuszonym kształtowaniem prądu pobieranego z sieci.
Przetwornica zaworu nawrotnego (prostownik nawrotny).
Kompatybilność elektromagnetyczna przetwornika zaworu z siecią zasilającą.
Modelowy przykład konstrukcji elektrycznej prostownika.
Dobór układu prostownikowego (etap syntezy strukturalnej).
Obliczanie parametrów elementów obwodu sterowanego prostownika (etap syntezy parametrycznej).
Wniosek.
Literatura.
Indeks tematyczny.

Zobacz też

• format djvu
• rozmiar 1,39 MB
• dodano 20 kwietnia 2011

Nowosybirsk: NSTU, 1999. - 204 s. Ten podręcznik jest przeznaczony (z dwoma poziomami szczegółowości prezentacji materiału) dla studentów wydziałów FES, EMF, którzy nie są „specjalistami” w energoelektronice, ale studiują różne kursy dotyczące użytkowania urządzeń energoelektronicznych w elektroenergetyce, elektromechanice, instalacjach elektrycznych. Fragmenty podręcznika, wyróżnione bezszeryfowo, są przeznaczone (również na dwóch poziomach głębokości ...

Zinowiew G.S. Podstawy energoelektroniki. Część 1

• format pdf
• rozmiar 1,22 MB
• dodano 11 października 2010

Nowosybirsk: NSTU, 1999. Ten podręcznik jest przeznaczony (z dwoma poziomami szczegółowości prezentacji materiału) dla studentów wydziałów FES, EMF, którzy nie są „specjalistami” w energoelektronice, ale studiują kursy o różnych nazwach na zastosowanie urządzeń energoelektronicznych w układach elektroenergetycznych, elektromechanicznych, elektrycznych. Poszczególne fragmenty podręcznika, wyróżnione bezszeryfowo, są przeznaczone (również na dwóch poziomach głębi ekspozycji...

Zinowjew G.S. Podstawy energoelektroniki (1/2)

• format pdf
• rozmiar 1,75 MB
• dodano 19 czerwca 2007 r.

Podręcznik. - Nowosybirsk: Wydawnictwo NSTU, część pierwsza. 1999r. - 199 s. Ten podręcznik jest przeznaczony (z dwoma poziomami szczegółowości prezentacji materiału) dla studentów wydziałów FES, EMF, którzy nie są „specjalistami” w energoelektronice, ale studiują różne kursy dotyczące użytkowania urządzeń energoelektronicznych w elektroenergetyce, elektromechanice, instalacjach elektrycznych. Fragmenty podręcznika, wyróżnione w sans serif, są przeznaczone ...

Zinowjew G.S. Podstawy energoelektroniki. Tom 2,3,4

• format pdf
• rozmiar 2,21 MB
• dodano 18 listopada 2009

Podręcznik. - Nowosybirsk: Wydawnictwo NSTU, część druga, trzecia i czwarta. 2000. - 197 s. Druga część podręcznika, będąca kontynuacją części pierwszej, wydanej w 1999 roku, poświęcona jest przedstawieniu podstawowych obwodów przekształtników DC-DC, DC-AC (inwertery autonomiczne), AC-DC. Napięcie AC stała lub regulowana częstotliwość. Materiał jest również skonstruowany zgodnie z zasadą „...

Zinowjew G.S. Podstawy energoelektroniki. Tom 5

• format pdf
• rozmiar 763,08 KB
• dodano 18 maja 2009

Podręcznik. - Nowosybirsk: Wydawnictwo NSTU, część piąta. 2000. - 197 s. Druga część podręcznika, będąca kontynuacją części pierwszej, wydanej w 1999 roku, poświęcona jest przedstawieniu podstawowych obwodów przekształtników DC-DC, DC-AC (inwertery autonomiczne), napięcia AC na AC o stałej lub regulowanej częstotliwości. Materiał jest również skonstruowany zgodnie z zasadą „cztery w jednym” przez...

Zinowjew G.S. Podstawy energoelektroniki. Część 2

• format djvu
• rozmiar 3,62 MB
• dodano 20 kwietnia 2011

Nowosybirsk: NSTU, 2000. Podręcznik ten jest drugą częścią z trzech planowanych na kurs „Podstawy energoelektroniki”. Do pierwszej części podręcznika dołączony jest przewodnik metodyczny do: Praca laboratoryjna realizowane z wykorzystaniem wydziałowego pakietu oprogramowania do modelowania urządzeń energoelektronicznych PARUS-PARAGRAPH. Materiał drugiej części podręcznika jest wspomagany komputerowymi zajęciami laboratoryjnymi.