Vad är kraftelektronik

I den här artikeln kommer vi att prata om kraftelektronik. Vad är kraftelektronik, vad är det baserat på, vilka är fördelarna och vilka är dess utsikter? Låt oss uppehålla oss vid komponenterna i kraftelektronik, överväga kort vad de är, hur de skiljer sig från varandra och för vilka applikationer dessa eller dessa typer av halvledaromkopplare är lämpliga. Här är exempel på kraftelektronikenheter som används i vardagen, i tillverkningen och i vardagen.

Under de senaste åren har kraftelektronikenheter gjort ett stort tekniskt genombrott inom energibesparing. Krafthalvledarenheter möjliggör, tack vare sin flexibla styrbarhet, effektiv omvandling av el. Dagens vikt och storlek och effektivitetsmått har redan fört omvandlare till en kvalitativt ny nivå.

Många industrier använder mjukstartare, hastighetsregulatorer, avbrottsfri strömförsörjning, som arbetar på en modern halvledarbasis och uppvisar hög effektivitet. Allt är kraftelektronik.

Styrning av flödet av elektrisk energi i kraftelektronik utförs med hjälp av halvledaromkopplare, som ersätter mekaniska omkopplare och som kan styras enligt den nödvändiga algoritmen för att erhålla den erforderliga medeleffekten och exakta verkan av arbetskroppen hos den eller den andra Utrustning.

Så kraftelektronik används inom transport, i gruvindustrin, inom kommunikationsområdet, i många industrier, och idag kan inte en enda kraftfull hushållsapparat klara sig utan kraftelektronikenheter som ingår i dess design.

De grundläggande byggstenarna för kraftelektronik är just de halvledarnyckelkomponenter som kan öppna och stänga en krets med olika hastigheter, upp till megahertz. I påslaget läge är omkopplarens resistans enheter och bråkdelar av ohm, och i avslaget läge megaohm.

Nyckelhantering kräver inte mycket kraft, och förlusterna på nyckeln som inträffade under bytesprocessen, med en väldesignad drivrutin, överstiger inte en procent. Av denna anledning är kraftelektronikens effektivitet hög jämfört med förlustlägen hos järntransformatorer och mekaniska brytare som konventionella reläer.

Kraftelektroniska enheter är enheter där den effektiva strömmen är större än eller lika med 10 ampere. I det här fallet kan de viktigaste halvledarelementen vara: bipolära transistorer, fälteffekttransistorer, IGBT-transistorer, tyristorer, triacer, inlåsta tyristorer och inlåsta tyristorer med integrerad styrning.

Låg styreffekt låter dig också skapa effektmikrokretsar där flera block kombineras på en gång: själva switchen, styrkretsen och styrkretsen, dessa är de så kallade smarta kretsarna.

Dessa elektroniska byggstenar används i både industriella installationer med hög effekt och elektriska hushållsapparater. En induktionsugn för några megawatt eller en hemångare för några kilowatt – båda har halvledarströmbrytare som helt enkelt fungerar på olika watt.

Sålunda fungerar effekttyristorer i omvandlare med en kapacitet på mer än 1 MVA, i kretsar av elektriska drivenheter med likström och växelströmsdrifter med hög spänning, används i installationer för kompensation av reaktiv effekt, i installationer för induktionssmältning.

Låsande tyristorer styrs mer flexibelt, de används för att styra kompressorer, fläktar, pumpar med en kapacitet på hundratals kVA, och den potentiella kopplingseffekten överstiger 3 MVA. IGBT transistorer möjliggör användning av omvandlare med en kapacitet på upp till MVA-enheter för olika ändamål, både för motorstyrning och för att tillhandahålla kontinuerlig strömförsörjning och omkoppling av höga strömmar i många statiska installationer.

MOSFET:er har utmärkt styrbarhet vid frekvenser på hundratals kilohertz, vilket avsevärt utökar deras tillämpningsområde jämfört med IGBT:er.

Triacs är optimala för att starta och styra AC-motorer, de kan arbeta vid frekvenser upp till 50 kHz och kräver mindre energi att styra än IGBT-transistorer.

Idag har IGBT:er en maximal kopplingsspänning på 3500 volt och potentiellt 7000 volt.Dessa komponenter kan ersätta bipolära transistorer under de kommande åren och kommer att användas på utrustning upp till MVA-enheter. För lågeffektomvandlare kommer MOSFET:er att förbli mer acceptabla, och för mer än 3 MVA - inlåsta tyristorer.

Enligt analytikers prognoser kommer de flesta av halvledarna i framtiden att ha en modulär design, där två till sex nyckelelement finns i ett paket. Användningen av moduler gör att du kan minska vikten, storleken och kostnaden för utrustningen där de kommer att användas.

För IGBT-transistorer kommer framstegen att vara en ökning av strömmar upp till 2 kA vid spänningar upp till 3,5 kV och en ökning av driftfrekvenser upp till 70 kHz med förenklade styrscheman. En modul kan innehålla inte bara omkopplare och en likriktare, utan också en drivrutin och aktiva skyddskretsar.

Transistorer, dioder, tyristorer tillverkade under de senaste åren har redan avsevärt förbättrat sina parametrar, såsom ström, spänning, hastighet och framsteg står inte stilla.

För en bättre omvandling av växelström till likström används kontrollerade likriktare, som tillåter en jämn förändring av den likriktade spänningen i området från noll till nominell.

Idag, i excitationssystem för likströmsdrivning, används tyristorer huvudsakligen i synkronmotorer. Dubbla tyristorer - triacs - har bara en grindelektrod för två anslutna antiparallella tyristorer, vilket gör kontrollen ännu enklare.

För att utföra den omvända processen används omvandlingen av likspänning till växelspänning växelriktare… Oberoende växelriktare för halvledaromkopplare ger en utfrekvens, form och amplitud som bestäms av den elektroniska kretsen, inte av nätverket. Växelriktare är gjorda baserat på olika typer av nyckelelement, men för stora effekter, mer än 1 MVA, återigen kommer IGBT-transistorväxelriktare ut på topp.

Till skillnad från tyristorer ger IGBT:er en bredare och mer exakt utformning av utströmmen och spänningen. Bilväxelriktare med låg effekt använder fälteffekttransistorer i sitt arbete, som vid effekter upp till 3 kW gör ett utmärkt jobb med att omvandla likströmmen från ett 12-volts batteri, först till likström, genom en högfrekvent pulsomvandlare som arbetar vid en frekvens av 50 kHz till hundratals kilohertz, sedan i omväxlande 50 eller 60 Hz.

För att konvertera en ström av en frekvens till en ström av en annan frekvens, använd halvledarfrekvensomvandlare… Tidigare gjordes detta enbart på basis av tyristorer, som inte hade full styrbarhet; det var nödvändigt att utveckla komplexa system för tvångslåsning av tyristorer.

Användningen av switchar som fälteffekt MOSFET och IGBT underlättar design och implementering av frekvensomvandlare, och det kan förutsägas att tyristorer, särskilt i lågeffektsenheter, kommer att överges till förmån för transistorer i framtiden.

Tyristorer används fortfarande för att vända elektriska enheter; det räcker med att ha två uppsättningar tyristoromvandlare för att ge två olika strömriktningar utan att omkoppling krävs. Så fungerar moderna beröringsfria vändbara starter.

Vi hoppas att vår korta artikel var användbar för dig och nu vet du vad kraftelektronik är, vilka kraftelektronikelement som används i kraftelektronikenheter och hur stor potential kraftelektronik har för vår framtid.