ev / bellenim/ Güç elektroniği kavramı. Güç elektroniği cihazları, geliştirme, uygulama, amaç Güç elektroniğinin temelleri

Güç elektroniği konsepti. Güç elektroniği cihazları, geliştirme, uygulama, amaç Güç elektroniğinin temelleri

Yayınlanma Tarihi: 12.10.2017

Güç elektroniğinin temellerini biliyor musunuz?

General Electric Co.'dan ticari tristörlerin veya silikon doğrultucuların (SCR'ler) geliştirilmesine doğru bu konudaki ezici ilerlemenin izini sürebiliriz.

Güç elektroniği konsepti

Güç elektroniği- Son zamanlarda büyük başarılar elde eden ve insan hayatını hemen her alanda etkilemiş olan elektrik mühendisliğinin modern konularından biridir. Kendimizi çok fazla güç kullanıyoruz elektronik uygulamalar bizim Gündelik Yaşam farkında bile olmadan. Şimdi soru ortaya çıkıyor: "Güç elektroniği nedir?"

Güç elektroniğini enerji, analog elektronik, yarı iletken cihazlar ve kontrol sistemlerinin bir karışımı olan bir öğe olarak tanımlayabiliriz. Her konunun temellerini temel alır ve düzenlenmiş bir elektrik enerjisi formu elde etmek için birleşik bir biçimde uygularız. Elektrik enerjisi, hareket, ışık, ses, ısı vb. somut bir enerji biçimine dönüşmedikçe tek başına uygulanamaz. Bu enerji biçimlerini düzenlemek, etkili yol elektrik enerjisinin kendisinin düzenlenmesidir ve bunlar söz konusu güç elektroniğinin içeriğini oluşturur.

General Electric Co.'dan ticari tristörlerin veya silikon doğrultucuların (SCR'ler) geliştirilmesine doğru bu konudaki ezici ilerlemenin izini sürebiliriz. 1958'de. Bundan önce, elektrik enerjisinin kontrolü, esas olarak gazlarda ve buharlarda fiziksel fenomenler ilkesine göre çalışan tiratronlar ve cıva ark doğrultucuların kullanımıyla gerçekleştirildi. SCR'den sonra GTO, IGBT, SIT, MCT, TRIAC, DIAC, IEGT, IGCT ve benzeri birçok güçlü elektronik cihaz olmuştur. Bu cihazlar, birkaç volt ve amperde çalışan sinyal seviyesi cihazlarının aksine, birkaç yüz volt ve amper için derecelendirilmiştir.

Güç elektroniğinin amacını gerçekleştirmek için cihazlar bir anahtardan başka bir şey gibi çalışmıyor. Tüm güç elektronikleri bir anahtar görevi görür ve AÇIK ve KAPALI olmak üzere iki moda sahiptir. Örneğin, BJT (Bipolar Junction Transistor), çıkış özelliklerinin kesme özelliklerinde aktif ve doymuş olmak üzere üç çalışma alanına sahiptir. BJT'nin bir amplifikatör görevi görmesi gereken analog elektronikte devre, onu aktif çalışma bölgesine yönlendirmek için tasarlanmıştır. Ancak güç elektroniğinde, BJT kapalıyken kesme bölgesinde ve açıkken doyma bölgesinde çalışacaktır. Artık cihazlar bir anahtar görevi göreceklerine göre, anahtarın temel karakteristiğine uymaları gerekir, yani anahtar açıkken üzerinde sıfır voltaj düşüşü vardır ve üzerinden tam akım aktarır ve KAPALI olduğunda, üzerinde tam bir voltaj düşüşü var ve içinden sıfır akım geçiyor.

Şimdi, V veya I her iki modda da sıfır olduğundan, anahtar gücü de her zaman sıfırdır. Bu özellik mekanik bir anahtarda kolayca görselleştirilebilir ve aynısı bir güç elektroniği anahtarında da gözlemlenmelidir. Ancak, cihazlar KAPALI durumdayken hemen hemen her zaman bir kaçak akım vardır, yani. Kaçak ≠ 0 ve AÇIK durumda her zaman bir voltaj düşüşü vardır, yani Von ≠ 0. Ancak, Von veya Kaçak değeri çok küçüktür ve bu nedenle cihazdan geçen güç de sırasıyla çok küçüktür. birkaç milivolt. Bu güç cihazda dağılır ve bu nedenle cihazdan uygun ısı tahliyesi önemlidir. Bu durum ve KAPALI durum kayıplarına ek olarak güç elektroniği cihazlarında da anahtarlama kayıpları vardır. Bu, esas olarak, anahtar bir moddan diğerine geçtiğinde ve V ve I cihaz değiştiğinde meydana gelir. Güç elektroniğinde, her iki kayıp da önemli parametreler herhangi bir cihaz ve voltaj ve akım derecelendirmelerini belirlemek için gereklidir.

Sadece güç elektroniği bu kadar kullanışlı değildir. pratik uygulamalar ve bu nedenle diğer destekleyici bileşenlerle birlikte zincirleme tasarım gerektirir. Bu destek bileşenleri, istenen sonucu elde etmek için güç elektroniği anahtarlarını kontrol eden karar verme bölümüne benzer. Buna bir ateşleme devresi ve bir zincir dahildir. geri bildirim... Aşağıdaki blok diyagram basit bir güç elektroniği sistemini göstermektedir.

Kontrol ünitesi sensörlerden çıkış sinyallerini alır ve bunları referanslarla karşılaştırır ve buna göre giriş sinyalini ateşleme devresine iletir. Ateşleme devresi temel olarak, ana devre ünitesindeki güç elektroniği anahtarlarını kontrol edecek şekilde bir darbe çıkışı sağlayan bir darbe üreten devredir. Sonuç, yükün gerekli elektrik gücünü alması ve dolayısıyla istenen sonucu vermesidir. Yukarıdaki sistemin tipik bir örneği, motorların hız kontrolü olacaktır.

Temel olarak, her biri farklı bir amaca sahip beş tip güç elektroniği devresi vardır:

Doğrultucular - Sabit AC'yi AC DC'ye Dönüştürür
Kıyıcılar - DC'yi AC DC'ye dönüştürür
İnvertörler - değişken genlik ve değişken frekans ile DC'yi AC'ye dönüştürün
Voltaj kontrolörleri alternatif akım- aynı giriş frekansında sabit alternatif akımı alternatif akıma dönüştürür
Cycloconverters - Sabit AC'yi Değişken Frekanslı AC'ye Dönüştürür

Transformatör terimi ile ilgili yaygın bir yanlış anlama vardır. Bir dönüştürücü, temel olarak elektriği bir biçimden diğerine dönüştüren herhangi bir devredir. Bu nedenle, listelenen beş tür dönüştürücüdür.

İçerik:

Önsöz
Tanıtım
Birinci bölüm. Güç elektroniğinin ana unsurları
- 1.1. Güç yarı iletken cihazları
  - 1.1.1. Güç diyotları
  - 1.1.2. Güç transistörleri
  - 1.1.3. tristörler
  - 1.1.4. Güç yarı iletken uygulamaları
- 1.2. Transformatörler ve reaktörler
- 1.3. kapasitörler
İkinci bölüm. doğrultucular
- 2.1. Genel bilgi
- 2.2. Temel doğrultma devreleri
  - 2.2.1. Tek fazlı tam dalga orta nokta devresi
  - 2.2.2. Tek fazlı köprü devresi
  - 2.2.3. üç fazlı devre orta nokta ile
  - 2.2.4. Üç fazlı köprü devresi
  - 2.2.5. Çoklu köprü devreleri
  - 2.2.6. Doğrultma devrelerinde doğrultulmuş gerilim ve birincil akımların harmonik bileşimi
- 2.3. Doğrultucuların anahtarlama ve çalışma modları
  - 2.3.1. Doğrultma devrelerinde anahtarlama akımları
  - 2.3.2. Dış özellikler doğrultucular
- 2.4. Doğrultucuların enerji özellikleri ve bunları iyileştirmenin yolları
  - 2.4.1. Güç faktörü ve doğrultucuların verimliliği
  - 2.4.2. Kontrollü doğrultucuların güç faktörünün iyileştirilmesi
- 2.5. Kapasitif yük ve geri EMF için doğrultucuların çalışmasının özellikleri
- 2.6. Yumuşatma filtreleri
- 2.7. Karşılaştırılabilir bir güç kaynağından doğrultucu çalışması
Üçüncü bölüm. İnvertörler ve frekans dönüştürücüler
- 3.1. Şebeke Tahrikli İnvertörler
  - 3.1.1. Tek Fazlı Orta Nokta İnverter
  - 3.1.2. Üç Fazlı Köprü İnverter
  - 3.1.3. Şebeke tahrikli invertörde güç dengesi
  - 3.1.4. Şebeke tahrikli eviricilerin ana özellikleri ve çalışma modları
- 3.2. Bağımsız invertörler
  - 3.2.1. Akım invertörleri
  - 3.2.2. Gerilim invertörleri
  - 3.2.3. Tristör gerilim invertörleri
  - 3.2.4. rezonans inverterler
- 3.3. Frekans dönüştürücüler
  - 3.3.1. DC bağlantı frekans dönüştürücüler doğru akım
  - 3.3.2. Doğrudan bağlı frekans dönüştürücüler
- 3.4. Otonom invertörlerin çıkış voltajının düzenlenmesi
  - 3.4.1. Genel İlkeler düzenleme
  - 3.4.2. Akım invertörleri için kontrol cihazları
  - 3.4.3. Shi-i rbt-darbe modülasyonu (PWM) aracılığıyla çıkış voltajının düzenlenmesi
  - 3.4.4. Geometrik stres ilavesi
- 3.5. İnverterlerin ve frekans dönüştürücülerin çıkış voltajının şeklini iyileştirmenin yolları
  - 3.5.1. Sinüzoidal olmayan voltajın elektrik tüketicileri üzerindeki etkisi
  - 3.5.2. İnverter çıkış filtreleri
  - 3.5.3. Filtre kullanmadan çıkış geriliminde daha yüksek harmoniklerin azaltılması
Bölüm dört. Regülatörler-stabilizatörler ve statik kontaktörler
- 4.1. Alternatif voltaj regülatörleri-stabilizatörleri
- 4.2. DC Regülatörleri
  - 4.2.1. Parametrik stabilizatörler
  - 4.2.2. Sürekli stabilizatörler
  - 4.2.3. Anahtarlama regülatörleri
  - 4.2.4. Darbe düzenleyici yapılarının geliştirilmesi
  - 4.2.5. Yüke ölçülü enerji aktarımı ile tristör kapasitör DC regülatörler
  - 4.2.6. Kombine dönüştürücüler-regülatörler
- 4.3. Statik kontaktörler
  - 4.3.1. Tristrik AC Kontaktörler
  - 4.3.2. DC tristörlü kontaktörler
Beşinci Bölüm. Dönüştürücü kontrol sistemleri
- 5.1. Genel bilgi
- 5.2. Yapısal diyagramlar dönüştürücü cihazların kontrol sistemleri
  - 5.2.1. Doğrultucu ve bağımlı evirici kontrol sistemleri
  - 5.2.2. Frekans dönüştürücüler için doğrudan bağlı kontrol sistemleri
  - 5.2.3. Bağımsız invertör kontrol sistemleri
  - 5.2.4. Regülatörler-stabilizatörler için kontrol sistemleri
- 5.3. Dönüştürücü teknolojisinde mikroişlemci sistemleri
  - 5.3.1. Tipik genelleştirilmiş mikroişlemci yapıları
  - 5.3.2. Mikroişlemci kontrol sistemlerini kullanma örnekleri
Altıncı bölüm. Güç elektroniği cihazlarının uygulanması
- 6.1. Akılcı kullanım alanları
- 6.2. Genel teknik gereksinimler
- 6.3. Acil durum koruması
- 6.4. Teknik durumun operasyonel kontrolü ve teşhisi
- 6.5. Konvertörlerin paralel çalışmasını sağlamak
- 6.6. Elektromanyetik girişim
bibliyografya

GİRİŞ

Modern güç elektroniği cihazları, elektrik akışını yalnızca bir türden diğerine dönüştürmek amacıyla değil, aynı zamanda dağıtım, elektrik devrelerinin yüksek hızlı korumasının organizasyonu, reaktif gücün telafisi vb. Güç elektroniğinin adı güç elektroniğidir. Bilgi elektroniği esas olarak kontrol için kullanılır bilgi süreçleri... Özellikle Bilgi Elektroniği Cihazları, güç elektroniği cihazları da dahil olmak üzere çeşitli nesneler için kontrol ve düzenleme sistemlerinin temelidir.

Bununla birlikte, güç elektroniği cihazlarının işlevlerinin ve uygulama alanlarının yoğun bir şekilde genişlemesine rağmen, güç elektroniği alanında çözülen temel bilimsel ve teknik problemler ve görevler ile ilişkilidir. elektrik enerjisinin dönüştürülmesi.

Elektrik çeşitli şekillerde kullanılır: 50 Hz frekanslı alternatif akım şeklinde, doğru akım şeklinde (tüm üretilen elektriğin %20'sinden fazlası) ve ayrıca artan frekanslı alternatif akım veya özel bir biçimdeki akımlar (örneğin, darbeli, vb.). Bu fark, esas olarak tüketicilerin çeşitliliği ve özgüllüğünden ve bazı durumlarda (örneğin, otonom güç kaynağı sistemlerinde) ve birincil elektrik kaynaklarından kaynaklanmaktadır.

Tüketilen ve üretilen elektriğin türlerindeki çeşitlilik, dönüşümünü zorunlu kılmaktadır. Elektrik dönüşümünün ana türleri şunlardır:

1) düzeltme (alternatif akımın doğru akıma dönüştürülmesi);
2) inversiyon (doğru akımın alternatif akıma dönüştürülmesi);
3) frekans dönüşümü (bir frekansın alternatif akımının başka bir frekansın alternatif akımına dönüştürülmesi).

Ayrıca, daha az yaygın olan bir dizi başka dönüştürme türü vardır: akım dalga biçimleri, faz sayısı, vb. Bazı durumlarda, çeşitli dönüştürme türlerinin bir kombinasyonu kullanılır. Ek olarak, örneğin alternatif akımın voltajını veya frekansını stabilize etmek için parametrelerinin kalitesini iyileştirmek için elektrik dönüştürülebilir.

Elektrik dönüşümü yapılabilir Farklı yollar... Özellikle elektrik mühendisliği için geleneksel olan, ortak bir şaft tarafından birleştirilen bir motor ve bir jeneratörden oluşan elektrikli makine birimleri aracılığıyla dönüşümdür. Bununla birlikte, bu dönüştürme yönteminin bir takım dezavantajları vardır: hareketli parçaların varlığı, atalet vb. Bu nedenle, elektrik mühendisliğinde elektriksel dönüşümün gelişimine paralel olarak, elektriğin statik dönüşümü için yöntemlerin geliştirilmesine çok dikkat edildi. . Bu gelişmelerin çoğu, elektronik teknolojisinin doğrusal olmayan öğelerinin kullanımına dayanıyordu. Statik dönüştürücüler oluşturmanın temeli haline gelen güç elektroniğinin ana unsurları yarı iletken cihazlardı. Çoğu yarı iletken cihazın iletkenliği büyük ölçüde elektrik akımının yönüne bağlıdır: ileri yönde iletkenlikleri büyüktür, ters yönde küçüktür (yani, bir yarı iletken cihazın iki farklı durumu vardır: açık ve kapalı) . Yarı iletken cihazlar kontrolsüz ve kontrollü olabilir. İkincisinde, düşük güçlü kontrol darbeleri vasıtasıyla yüksek iletkenliklerinin (açılma) başlama anını kontrol etmek mümkündür. Yarı iletken cihazların çalışmasına ve bunların elektriği dönüştürmek için kullanılmasına yönelik ilk yerli çalışmalar, Akademisyenler V.F.Mitkevich, N.D. Papeleksi ve diğerlerinin çalışmalarıydı.

1930'larda gaz tahliye cihazları (cıva valfleri, tiratronlar, gazotronlar vb.) SSCB'de ve yurtdışında yaygındı. Gaz deşarj cihazlarının geliştirilmesiyle eş zamanlı olarak, elektrik dönüşümü teorisi geliştirildi. Ana devre türleri geliştirildi ve alternatif akımın doğrultulması ve tersine çevrilmesi sırasında meydana gelen elektromanyetik süreçler üzerinde kapsamlı araştırmalar yapıldı. Aynı zamanda, otonom evirici devrelerinin analizi üzerine ilk çalışmalar ortaya çıktı. İyon dönüştürücüler teorisinin geliştirilmesinde, Sovyet bilim adamları I.L. Kaganov, M.A.Chernyshev, D.A.'nın çalışmaları büyük bir rol oynadı.

Dönüştürme teknolojisinin geliştirilmesinde yeni bir aşama, 50'li yılların sonlarında, güçlü yarı iletken cihazların - diyotlar ve tristörlerin - ortaya çıkmasıyla başladı. Bu silikon bazlı cihazlar doğal olarak teknik özellikler gaz deşarjlı cihazlardan çok daha üstündür. Küçük boyutlara ve ağırlığa sahiptirler, yüksek verimliliğe sahiptirler, geniş bir sıcaklık aralığında çalışırken yüksek hıza ve artan güvenilirliğe sahiptirler.

Güç yarı iletken cihazlarının kullanımı, güç elektroniğinin gelişimini önemli ölçüde etkilemiştir. Her türden yüksek verimli dönüştürme cihazlarının geliştirilmesinin temeli oldular. Bu gelişmelerde, birçok temelde yeni devre ve tasarım çözümleri benimsendi. Elektrik için güç yarı iletken cihazlarının endüstriyel gelişimi, bu alanda araştırma ve geliştirmeyi ve yeni teknolojilerin yaratılmasını yoğunlaştırdı. Güç yarı iletken cihazlarının özellikleri dikkate alınarak eskileri rafine edildi ve yeni devre analizi yöntemleri geliştirildi. Otonom invertörler, frekans dönüştürücüler, DC regülatörler ve diğerleri şema sınıfları önemli ölçüde genişledi ve yeni güç elektroniği cihazları türleri ortaya çıktı - doğal ve yapay anahtarlamalı statik kontaktörler, tristör reaktif güç kompansatörleri, voltajlı yüksek hızlı koruma cihazları sınırlayıcılar vb.

Ana alanlardan biri etkili kullanım güç elektroniği elektrikli bir sürücü haline geldi. DC elektrikli tahrik için metalurji, takım tezgahı yapımı, nakliye ve diğer endüstrilerde başarıyla kullanılan tristör üniteleri ve komple cihazlar geliştirilmiştir. Tristörlerin ustalığı, değişken AC sürücü alanında önemli ilerlemelere yol açmıştır.

Elektrik motorlarının hızını kontrol etmek için güç frekanslı akımı değişken frekanslı alternatif akıma dönüştüren yüksek verimli cihazlar oluşturulmuştur. Teknolojinin çeşitli alanları için, stabilize çıkış parametrelerine sahip birçok tipte frekans dönüştürücü geliştirilmiştir. Özellikle metalin endüksiyonla ısıtılması için, elektrikli makine ünitelerine kıyasla hizmet ömürlerinin artması nedeniyle büyük bir teknik ve ekonomik etki sağlayan yüksek frekanslı güçlü tristör üniteleri oluşturulmuştur.

Yarı iletken dönüştürücülerin tanıtılması temelinde, mobil elektrik taşımacılığı için elektrik trafo merkezlerinin yeniden inşası gerçekleştirildi. bazılarının kalitesi teknolojik süreçlerçıkış voltajı ve akımının derin regülasyonu ile doğrultucu ünitelerin tanıtılması yoluyla elektrometalurji ve kimya endüstrilerinde.

Yarı iletken dönüştürücülerin avantajları, kesintisiz güç kaynağı sistemlerinde yaygın kullanımlarını belirlemiştir. Güç elektroniği cihazlarının uygulama alanındaki kapsamı tüketici elektroniği(voltaj regülatörleri, vb.).

80'lerin başından beri, elektroniğin yoğun gelişimi sayesinde, yeni nesil "güç elektroniği" ürünlerinin yaratılması başladı.Bunun temeli, yeni tip güç yarı iletken cihazlarının geliştirilmesi ve endüstriyel gelişimiydi: kilitlenebilir tristörler, bipolar transistörler, MOS transistörler vb. yarı iletken cihazların hızları, diyot ve tristörlerin sınırlayıcı parametrelerinin değerleri, yarı iletken cihazların üretimi için entegre ve hibrit teknolojiler geliştirmiştir. farklı şekiller, dönüştürme cihazlarının kontrolü ve izlenmesi için mikroişlemci teknolojisini yaygın olarak tanıtmaya başladı.

Yeni bir eleman tabanının kullanılması, verimlilik, belirli kütle ve hacim değerleri, güvenilirlik, çıktı parametrelerinin kalitesi, vb. Gibi önemli teknik ve ekonomik göstergelerin temel olarak iyileştirilmesini mümkün kılmıştır. Güç dönüşüm sıklığını artırma eğilimi azimli. Şu anda, süpersonik aralığın frekanslarında elektriğin ara dönüşümü ile düşük ve orta güçte minyatür ikincil güç kaynakları geliştirilmiştir. Yüksek frekans (1 MHz'den fazla) aralığının geliştirilmesi, dönüştürme cihazlarının tasarımı için bir dizi bilimsel ve teknik sorunun çözülmesi ve bunların bir parçası olarak elektromanyetik uyumluluğunun sağlanması ihtiyacına yol açmıştır. teknik sistemler... Daha yüksek frekanslara geçiş nedeniyle elde edilen teknik ve ekonomik etki, bu sorunları çözme maliyetlerini tamamen telafi etti. Bu nedenle, şu anda, orta yüksek frekanslı bir bağlantıya sahip birçok türde dönüştürme cihazı yaratma eğilimi devam ediyor.

Geleneksel devrelerde tamamen kontrol edilebilir yüksek hızlı yarı iletken cihazların kullanılmasının, yeni çalışma modları sağlama yeteneklerini ve dolayısıyla güç elektroniği ürünlerinin yeni işlevsel özelliklerini önemli ölçüde genişlettiği belirtilmelidir.

Bu yazımızda güç elektroniği hakkında konuşacağız. Güç elektroniği nedir, neye dayanır, avantajları nelerdir ve beklentileri nelerdir? Güç elektroniği bileşenleri üzerinde duralım, kısaca ne olduklarını, birbirlerinden nasıl farklı olduklarını ve bu veya bu tür yarı iletken anahtarların hangi uygulamalar için uygun olduğunu düşünelim. Günlük hayatta, üretimde ve günlük hayatta kullanılan güç elektroniği cihazlarına örnekler.

Son yıllarda, güç elektroniği cihazları, enerji tasarrufunda büyük bir teknolojik atılım gerçekleştirdi. Güç yarı iletkenleri, esnek kontrol edilebilirlikleri nedeniyle elektrik enerjisinin verimli bir şekilde dönüştürülmesine izin verir. Bugün elde edilen ağırlık ve boyut göstergeleri ve verimlilik, dönüştürme cihazlarını niteliksel olarak yeni bir düzeye getirdi.

Birçok endüstri yumuşak yolvericiler, hız kontrolörleri, güç kaynakları kullanır kesintisiz güç kaynağı modern bir yarı iletken bazında çalışan ve yüksek verimlilik gösteren. Bunların hepsi güç elektroniğidir.

Güç elektroniğinde elektrik enerjisi akışının kontrolü, mekanik anahtarların yerini alan ve gerekli ortalama gücü ve bu veya bunun çalışma gövdesinin hassas hareketini elde etmek için gerekli algoritmaya göre kontrol edilebilen yarı iletken anahtarlar kullanılarak gerçekleştirilir. teçhizat.

Bu nedenle, güç elektroniği ulaşımda, madencilik endüstrisinde, iletişim alanında, birçok endüstride kullanılmaktadır ve tek bir güçlü değil ev Aletleri bugün tasarımında yer alan güç elektroniği üniteleri olmadan yapmaz.

Güç elektroniğinin ana yapı taşları, tam olarak aşağıdakileri yapabilen yarı iletken anahtar bileşenlerdir. farklı hız, megahertz'e kadar devreyi açıp kapatın. Açık durumda, anahtarın direnci bir ohm'un birimleri ve kesirleridir ve kapalı durumda - megaohm.

Anahtar yönetimi çok fazla güç gerektirmez ve iyi tasarlanmış bir sürücü ile anahtarlama işlemi sırasında ortaya çıkan anahtar kayıpları yüzde bir'i geçmez. Bu nedenle güç elektroniğinin verimi, konvansiyonel röleler gibi demir trafoların ve mekanik anahtarların toprak kaybetmesine göre yüksektir.

Güç elektroniği cihazları, etkin akımın 10 amper veya daha büyük olduğu cihazlardır. Bu durumda, anahtar yarı iletken elemanlar şunlar olabilir: bipolar transistörler, Alan Etkili Transistörler, IGBT transistörler, tristörler, triyaklar, kilitlenebilir tristörler ve entegre kontrollü kilitlenebilir tristörler.

Düşük kontrol gücü, birkaç bloğun aynı anda birleştirildiği güç mikro devreleri oluşturmanıza izin verir: anahtarın kendisi, kontrol devresi ve kontrol devresi, bunlara akıllı devreler denir.

Bu elektronik yapı taşları hem yüksek güçlü endüstriyel tesislerde hem de elektrikli ev aletlerinde kullanılmaktadır. Birkaç megawatt için bir endüksiyonlu fırın veya birkaç kilovat için bir ev tipi buharlı pişirici - her ikisinde de yalnızca farklı güçlerde çalışan yarı iletken güç anahtarları bulunur.

Böylece güç tristörleri, 1 MVA'dan daha büyük kapasiteli dönüştürücülerde, DC elektrik sürücülerinin ve yüksek voltajlı AC sürücülerin devrelerinde çalışır, reaktif güç kompanzasyon tesislerinde, endüksiyon eritme tesislerinde kullanılır.

Kilitlenebilir tristörler daha esnek kontrol edilir, yüzlerce KVA kapasiteli kompresörleri, fanları, pompaları kontrol etmek için kullanılır ve potansiyel anahtarlama gücü 3 MVA'yı aşar. Hem motorları kontrol etmek hem de kesintisiz güç kaynağı sağlamak ve birçok statik kurulumda yüksek akımları anahtarlamak için çeşitli amaçlar için MVA birimlerine kadar kapasiteye sahip dönüştürücülerin uygulanmasına izin verir.

MOSFET'ler, IGBT'lere kıyasla uygulanabilirlik aralıklarını büyük ölçüde genişleten yüzlerce kilohertz frekanslarında mükemmel kontrol edilebilirliğe sahiptir.

Triyaklar, AC motorları başlatmak ve kontrol etmek için idealdir, 50 kHz'e kadar frekanslarda çalışabilirler ve kontrol için IGBT transistörlerinden daha az enerji gerektirirler.

Bugün, IGBT'lerin maksimum anahtarlama voltajı 3500 volt ve potansiyel olarak 7000 volttur. Bu bileşenler önümüzdeki yıllarda bipolar transistörlerin yerini alabilir ve MVA birimlerine kadar olan ekipmanlarda kullanılacaktır. Düşük güçlü dönüştürücüler için MOSFET'ler daha kabul edilebilir ve 3 MVA'dan fazla kilitlenebilir tristör için kalacaktır.

Analistlerin tahminlerine göre, gelecekteki güç yarı iletkenlerinin çoğu, iki ila altı ana unsur tek bir pakette yer aldığında modüler bir tasarıma sahip olacak. Modüllerin kullanımı, kullanılacakları ekipmanın ağırlığını azaltmanıza, boyutunu ve maliyetini düşürmenize olanak tanır.

IGBT transistörler için ilerleme, 3,5 kV'a kadar bir voltajda 2 kA'ya kadar akımlarda bir artış ve basitleştirilmiş kontrol devreleri ile 70 kHz'e kadar çalışma frekanslarında bir artış olacaktır. Bir modül sadece anahtarlar ve bir redresör değil, aynı zamanda bir sürücü ve aktif koruma devreleri içerebilir.

Son yıllarda üretilen transistörler, diyotlar, tristörler, akım, voltaj, hız gibi parametrelerini zaten önemli ölçüde iyileştirdi ve ilerleme durmuyor.

Alternatif akımın doğru akıma daha iyi dönüştürülmesi için, doğrultulmuş voltajı sıfırdan nominale kadar sorunsuz bir şekilde değiştirmeye izin veren kontrollü doğrultucular kullanılır.

Günümüzde DC elektrik sürücülerinin uyarma sistemlerinde tristörler ağırlıklı olarak senkron motorlarda kullanılmaktadır. Çift tristörler - triyaklar, bağlı iki anti-paralel tristör için yalnızca bir geçit elektrotuna sahiptir, bu da kontrolü daha da kolaylaştırır.

Ters işlemi gerçekleştirmek için, doğrudan voltajın alternatif voltaja dönüştürülmesi kullanılır. Yarı iletken anahtarlardaki bağımsız invertörler, çıkış frekansını, şeklini ve genliğini belirler. elektronik devre bir ağdan ziyade. İnvertörler, çeşitli temel elemanlar temelinde yapılır, ancak yüksek güçler için 1 MVA'dan fazla, yine IGBT transistörlerindeki invertörler öne çıkıyor.

Tristörlerin aksine, IGBT'ler çıkıştaki akımı ve voltajı daha geniş ve daha doğru bir şekilde şekillendirme yeteneği sağlar. Düşük güçlü araba invertörleri, çalışmalarında, 3 kW'a kadar güçlerle, 12 voltluk bir akünün doğru akımını, önce yüksek frekans aracılığıyla doğru akıma dönüştürmek için mükemmel bir iş çıkaran alan etkili transistörler kullanır. 50 kHz'den yüzlerce kilohertz'e kadar bir frekansta çalışan darbe dönüştürücü, daha sonra - alternatif 50 veya 60 Hz'e.

Bir frekansın akımını başka bir frekansın akımına dönüştürmek için kullanılırlar. Daha önce, bu sadece tam kontrol edilebilirliğe sahip olmayan tristörler temelinde yapıldı, tasarlamak gerekliydi. karmaşık devreler tristörlerin zorla kilitlenmesi.

Alan etkili MOSFET'ler ve IGBT transistörler gibi anahtarların kullanılması frekans dönüştürücülerin tasarımını ve uygulamasını kolaylaştırır ve gelecekte özellikle düşük güçlü cihazlarda tristörlerin transistörler lehine terk edileceği öngörülebilir.

Elektrikli sürücülerin ters çevrilmesi için, tristörler hala kullanılmaktadır; anahtarlamaya gerek kalmadan iki farklı akım yönü sağlamak için iki set tristör dönüştürücüye sahip olmak yeterlidir. Modern temassız geri vites yolvericileri bu şekilde çalışır.

Umarız kısa yazımız sizler için faydalı olmuştur ve artık güç elektroniğinin ne olduğunu, güç elektroniğinin hangi unsurlarının güç elektroniği cihazlarında kullanıldığını ve güç elektroniğinin geleceğimiz için ne kadar büyük bir potansiyele sahip olduğunu biliyorsunuzdur.

İsim: Güç Elektroniğinin Temelleri.

Elektrik enerjisini dönüştürmenin ilkeleri: doğrultma, ters çevirme, frekans dönüştürme, vb. Açıklanır.Dönüştürme cihazlarının temel devreleri, bunları kontrol etme ve ana parametreleri düzenleme yöntemleri açıklanır, çeşitli dönüştürücü türlerinin rasyonel kullanım alanları gösterilir.
Dönüştürücü cihazları içeren elektrik sistemlerinin tasarımı ve çalıştırılması için mühendisler ve teknisyenler ile dönüştürücü teknolojisinin test edilmesi ve bakımı ile ilgilenenler için.

Elektronik mühendisliğinde güç ve bilgi elektroniği ayırt edilir. Güç elektroniği, başlangıçta, elektronik cihazların kullanımı yoluyla çeşitli elektriğin dönüştürülmesiyle ilişkili bir teknoloji alanı olarak ortaya çıktı. Gelecekte, yarı iletken teknolojileri alanındaki gelişmeler, güç elektroniği cihazlarının işlevselliğini ve buna bağlı olarak uygulama alanlarını önemli ölçüde genişletmeyi mümkün kılmıştır.
Modern güç elektroniği cihazları, elektrik akışını yalnızca bir türden diğerine dönüştürmek amacıyla değil, aynı zamanda dağıtım, elektrik devrelerinin yüksek hızlı korumasının organizasyonu, reaktif gücün telafisi vb. güç elektroniğinin adı enerjidir
elektronik.
Bilgi elektroniği esas olarak bilgi işlem kontrolü için kullanılır. Özellikle bilgi elektroniği cihazları, güç elektroniği cihazları da dahil olmak üzere çeşitli nesneler için kontrol ve düzenleme sistemlerinin temelidir.

Birinci bölüm. Güç elektroniğinin ana unsurları
1.1. Güç yarı iletken cihazları
1.1.1. Güç diyotları
1.1.2. Güç transistörleri
1.1.3. tristörler
1.1.4. Güç yarı iletken uygulamaları
1.2. Transformatörler ve reaktörler
1.3. kapasitörler
İkinci bölüm. doğrultucular
2.1. Genel bilgi
2.2. Temel doğrultma devreleri
2.2.1. Tek fazlı tam dalga orta nokta devresi
2.2.2. Tek fazlı köprü devresi
2.2.3. Orta noktalı üç fazlı devre
2.2.4. Üç fazlı köprü devresi
2.2.5. Çoklu köprü devreleri
2.2.6. Doğrultma devrelerinde doğrultulmuş gerilim ve birincil akımların harmonik bileşimi
2.3. Doğrultucuların anahtarlama ve çalışma modları
2.3.1. Doğrultma devrelerinde anahtarlama akımları
2.3.2. Doğrultucuların dış özellikleri
2.4. Doğrultucuların enerji özellikleri ve bunları iyileştirmenin yolları
2.4.1. Güç faktörü ve doğrultucuların verimliliği
2.4.2. Kontrollü doğrultucuların güç faktörünün iyileştirilmesi
2.5. Kapasitif yük ve geri EMF için doğrultucuların çalışmasının özellikleri
2.6. Yumuşatma filtreleri
2.7. Karşılaştırılabilir bir güç kaynağından doğrultucu çalışması
Üçüncü bölüm. İnvertörler ve frekans dönüştürücüler
3.1. Şebeke Tahrikli İnvertörler
3.1.1. Tek Fazlı Orta Nokta İnverter
3.1.2. Üç Fazlı Köprü İnverter
3.1.3. Şebeke tahrikli invertörde güç dengesi
3.1.4. Şebeke tahrikli eviricilerin ana özellikleri ve çalışma modları
3.2. Bağımsız invertörler
3.2.1. Akım invertörleri
3.2.2. Gerilim invertörleri
3.2.3. Tristör gerilim invertörleri
3.2.4. rezonans inverterler
3.3. Frekans dönüştürücüler
3.3.1. DC bağlantı frekans dönüştürücüler
3.3.2. Doğrudan bağlı frekans dönüştürücüler
3.4. Otonom invertörlerin çıkış voltajının düzenlenmesi
3.4.1. Düzenlemenin genel ilkeleri
3.4.2. Akım invertörleri için kontrol cihazları
3.4.3. Darbe genişlik modülasyonu (PWM) aracılığıyla çıkış voltajının düzenlenmesi
3.4.4. Geometrik stres ilavesi
3.5. İnverterlerin ve frekans dönüştürücülerin çıkış voltajının şeklini iyileştirmenin yolları
3.5.1. Sinüzoidal olmayan voltajın elektrik tüketicileri üzerindeki etkisi
3.5.2. İnverter çıkış filtreleri
3.5.3. Filtre kullanmadan çıkış geriliminde daha yüksek harmoniklerin azaltılması
Bölüm dört. Regülatörler-stabilizatörler ve statik kontaktörler
4.1. Alternatif voltaj regülatörleri-stabilizatörleri
4.2. DC Regülatörleri
4.2.1. Parametrik stabilizatörler
4.2.2. Sürekli stabilizatörler
4.2.3. Anahtarlama regülatörleri
4.2.4. Darbe düzenleyici yapılarının geliştirilmesi
4.2.5. Yüke ölçülü enerji aktarımı ile tristör kapasitör DC regülatörler
4.2.6. Kombine dönüştürücüler-regülatörler
4.3. Statik kontaktörler
4.3.1. Tristrik AC Kontaktörler
4.3.2. DC tristörlü kontaktörler
Beşinci Bölüm. Dönüştürücü kontrol sistemleri
5.1. Genel bilgi
5.2. Dönüştürme cihazlarının kontrol sistemlerinin blok şemaları
5.2.1. Doğrultucu ve bağımlı evirici kontrol sistemleri
5.2.2. Frekans dönüştürücüler için doğrudan bağlı kontrol sistemleri
5.2.3. Bağımsız invertör kontrol sistemleri
5.2.4. Regülatörler-stabilizatörler için kontrol sistemleri
5.3. Dönüştürme teknolojisinde mikroişlemci sistemleri
5.3.1. Tipik genelleştirilmiş mikroişlemci yapıları
5.3.2. Mikroişlemci kontrol sistemlerini kullanma örnekleri
Altıncı bölüm. Güç elektroniği cihazlarının uygulanması
6.1. Akılcı kullanım alanları
6.2. Genel teknik gereksinimler
6.3. Acil durum koruması
6.4. Teknik durumun operasyonel kontrolü ve teşhisi
6.5. Konvertörlerin paralel çalışmasını sağlamak
6.6. Elektromanyetik girişim
bibliyografya

Ücretsiz indirin e-kitap uygun bir biçimde izleyin ve okuyun:
Güç Elektroniğinin Temelleri kitabını indirin - Yu.K. Rozanov. - fileskachat.com, hızlı ve ücretsiz indirme.

djvu'yu indir
Bu kitabı aşağıdan satın alabilirsiniz. en iyi fiyat Rusya genelinde teslimat ile indirim ile.

pdf formatı
boyut 4.64 MB
24 Ekim 2008 eklendi

Ders kitabı. - Novosibirsk: NSTU'nun yayınevi, 1999.

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

Bu ders kitabı (malzemenin sunum derinliğinin iki seviyesinde), güç elektroniğinde "uzman" olmayan, ancak güç elektroniği cihazlarının kullanımı üzerine çeşitli isimlerde dersler alan FES, EMF fakültelerinin öğrencileri için tasarlanmıştır. elektrik gücü, elektromekanik, elektrik sistemlerinde. Ders kitabının kıyılmış tiple vurgulanan bölümleri (ayrıca iki sunum derinliği seviyesinde), kursun daha derin bir şekilde incelenmesi için tasarlanmıştır; öğretici güç elektroniği alanında "uzman" olarak eğitilen Rus Ekonomik Forumu'nun "Promelektronik" uzmanlık öğrencileri için. Böylece, önerilen baskı “dördü bir arada” ilkesini uygular. Dersin ilgili bölümlerine ilişkin bilimsel ve teknik literatürün ayrı bölümlere eklenmesi, kılavuzun lisans ve lisansüstü öğrenciler için bir bilgi yayını olarak önerilmesini mümkün kılmaktadır.

Önsöz.
Güç elektroniği cihazlarının incelenmesi için bilimsel, teknik ve metodolojik temeller.
Güç elektroniği cihazlarının analizine sistem yaklaşımı metodolojisi.
Valf dönüştürücülerde enerji dönüşüm kalitesinin enerji göstergeleri.
Elektromanyetik süreçlerin kalitesinin enerji göstergeleri.
Cihazın elemanlarını ve cihazı bir bütün olarak kullanma kalitesinin enerji göstergeleri.
Valf dönüştürücülerin eleman tabanı.
Güç yarı iletken cihazları.
Eksik kontrollü valfler.
Tam kontrollü valfler.
Kilitlenebilir tristörler, transistörler.
Transformatörler ve reaktörler.
Kapasitörler.
Elektrik enerjisi dönüştürücü çeşitleri.
Enerji göstergelerini hesaplama yöntemleri.
Valf dönüştürücülerin matematiksel modelleri.
Dönüştürücülerin enerji performansını hesaplama yöntemleri.
İntegral yöntem.
Spektral yöntem.
Direkt yöntem.
Adu yöntemi.
Adu yöntemi.
Adu'nun yöntemi (1).
Yöntemler Adum1, Adum2, Adum (1).
Dönüştürücünün ideal parametreleri ile alternatif akımın doğru akıma yansıtılması teorisi.
Bir sistem olarak doğrultucu. Temel tanımlar ve gösterim.
Dt / Ot temel hücresinde alternatif akımı doğrultulmuş akıma dönüştürmek için mekanizma.
İki fazlı tek fazlı akım doğrultucu (m1 = 1, m2 = 2, q = 1).
Tek fazlı köprü doğrultucu (m1 = m2 = 1, q = 2).
Trans sargı bağlantı şemasına sahip üç fazlı akım doğrultucu.
üçgen biçimlendirici sıfır çıkışlı bir yıldızdır (m1 = m2 = 3, q =1).
Yıldız-zikzak-sıfır transformatör sargısı bağlantı şemasına sahip üç fazlı bir akım doğrultucu (m1 = m2 = 3, q =1).
Yıldız-ters yıldız transformatörünün sekonder sargılarının bir dengeleme reaktörü ile bağlantısına sahip altı fazlı üç fazlı bir akım redresörü (m1 = 3, m2 = 2 x 3, q =1).
Köprü devresinde üç fazlı akım doğrultucu (m1 = m2 = 3, q = 2).
Kontrollü redresörler. Kontrol özelliği, dönüştürücü elemanların gerçek parametrelerini dikkate alarak alternatif akımı doğru akıma (geri kazanımlı) dönüştürme teorisidir.
Gerçek bir transformatöre sahip kontrollü bir doğrultucuda anahtarlama işlemi. Dış karakteristik.
Ld endüktansının sonlu bir değerinde arka emf üzerindeki doğrultucu işleminin teorisi.
Aralıklı akım modu (? 2? / Qm2).
Sürekli akım modunu sınırlama (? = 2? / Qm2).
Sürekli akım modu (? 2? / Qm2).
Kondansatör yumuşatma filtresi ile doğrultucu çalışması.
DC bağlantıya bağlı ters çevirme modunda bir arka EMF'ye sahip bir valf dönüştürücüde aktif güç akışının yönünün tersine çevrilmesi.
Bağımlı tek fazlı akım çevirici (m1 = 1, m2 = 2, q = 1).
Bağımlı üç fazlı akım invertörü (m1 = 3, m2 = 3, q =1).
Doğrultucunun birincil akımının anot ve doğrultulmuş akımlara genel bağımlılığı (Chernyshev yasası).
Doğrultucu transformatörlerin ve bağımlı eviricilerin primer akımlarının spektrumları.
Valf dönüştürücünün doğrultulmuş ve ters çevrilmiş voltajlarının spektrumları.
Doğrultucu transformatörün ikincil faz sayısının optimizasyonu. Eşdeğer çok fazlı doğrultma devreleri.
Anahtarlamanın trafo akımlarının etkin değerlerine ve tipik gücüne etkisi.
Doğrultma ve bağımlı ters çevirme modunda valf dönüştürücünün verimliliği ve güç faktörü.
Yeterlik.
Güç faktörü.
Tam kontrollü valflerde doğrultucular.
Gelişmiş faz kontrollü doğrultucu.
Doğrultulmuş voltajın darbe genişliği kontrollü doğrultucu.
Şebekeden çekilen akımın zorla şekillendirilmesi ile doğrultucu.
Tersinir valf dönüştürücü (tersinir doğrultucu).
Valf dönüştürücünün şebeke beslemesiyle elektromanyetik uyumluluğu.
Bir doğrultucunun elektrik tasarımının bir model örneği.
Doğrultucu devre seçimi (yapısal sentez aşaması).
Kontrollü doğrultucu devre elemanlarının parametrelerinin hesaplanması (parametrik sentez aşaması).
Çözüm.
Edebiyat.
Konu indeksi.

Ayrıca bakınız

djvu formatı
boyut 1.39 MB
20 Nisan 2011 eklendi

Novosibirsk: NSTU, 1999 .-- 204 s. Bu ders kitabı (malzemenin sunum derinliğinin iki seviyesinde), güç elektroniğinde "uzman" olmayan, ancak güç elektroniği cihazlarının kullanımı üzerine çeşitli isimlerde dersler alan FES, EMF fakültelerinin öğrencileri için tasarlanmıştır. elektrik gücü, elektromekanik, elektrik sistemlerinde. Ders kitabının kalın harflerle yazılmış bölümleri amaçlanmıştır (ayrıca iki derinlik düzeyinde ...

Zinovev G.S. Güç Elektroniğinin Temelleri. Bölüm 1

pdf formatı
boyut 1.22 MB
11 Eki 2010 eklendi

Novosibirsk: NSTU, 1999. Bu ders kitabı (malzemenin sunum derinliğinin iki seviyesinde) FES, EMF fakültelerinin, güç elektroniği alanında "uzman" olmayan, ancak çeşitli adlarda dersler alan öğrenciler için hazırlanmıştır. güç elektroniği cihazlarının elektrik gücü, elektromekanik, elektrik sistemlerinde kullanımı ... Ders kitabının bölümleri amaçlanmaktadır (ayrıca iki derinlik seviyesinde ...

Zinovyev G.S. Güç Elektroniği Temelleri (1/2)

pdf formatı
boyut 1.75 MB
19 Haz 2007 eklendi

Ders kitabı. - Novosibirsk: NSTU'nun yayınevi, Birinci Bölüm. 1999 .-- 199 s. Bu ders kitabı (malzemenin sunum derinliğinin iki seviyesinde), güç elektroniğinde "uzman" olmayan, ancak güç elektroniği cihazlarının kullanımı üzerine çeşitli isimlerde dersler alan FES, EMF fakültelerinin öğrencileri için tasarlanmıştır. elektrik gücü, elektromekanik, elektrik sistemlerinde. Ders kitabının bölümleri kalın yazı tipiyle yazılmıştır...

Zinovyev G.S. Güç Elektroniğinin Temelleri. Cilt 2,3,4

pdf formatı
boyut 2.21 MB
18 Kasım 2009 eklendi

Ders kitabı. - Novosibirsk: NSTU'nun yayınevi, İkinci, üçüncü ve dördüncü bölümler. 2000 .-- 197 s. 1999 yılında yayınlanan ilk bölümün devamı niteliğindeki ders kitabının ikinci bölümü, DC gerilimden DC'ye, DC'den AC'ye (otonom invertörler), AC gerilimden DC'ye dönüştürücülerin temel devrelerinin sunumuna ayrılmıştır. alternatif akım voltajı sabit veya ayarlanabilir frekans. Materyal aynı zamanda “... ilkesine göre yapılandırılmıştır.

Zinovyev G.S. Güç Elektroniğinin Temelleri. Cilt 5

pdf formatı
boyut 763.08 KB
18 Mayıs 2009 eklendi

Ders kitabı. - Novosibirsk: NSTU'nun yayınevi, Beşinci Bölüm. 2000 .-- 197 s. 1999 yılında yayınlanan birinci bölümün devamı niteliğinde olan ders kitabının ikinci bölümü, DC'den DC'ye, DC'den AC'ye (otonom invertörler), AC voltajından sabitin AC voltajına dönüştürücülerin temel devrelerinin sunumuna ayrılmıştır. veya ayarlanabilir frekans. Malzeme ayrıca dördü bir arada ilkesine göre yapılandırılmıştır.

Zinovyev G.S. Güç Elektroniğinin Temelleri. Bölüm 2

djvu formatı
boyut 3.62 MB
20 Nisan 2011 eklendi

Novosibirsk: NSTU, 2000. Bu ders kitabı "Güç Elektroniğinin Temelleri" dersi için planlanan üç dersin ikinci kısmıdır. Ders kitabının ilk bölümü, metodolojik bir kılavuza bitişiktir. laboratuvar işi güç elektroniği cihazlarını simüle etmek için PARUS-PARAGRAPH departmanı yazılım paketi yardımıyla gerçekleştirilir. Ders kitabının ikinci bölümünde yer alan materyal bilgisayar destekli laboratuvar dersleri ile desteklenmektedir.