Što je energetska elektronika

U ovom ćemo članku govoriti o energetskoj elektronici. Što je energetska elektronika, na čemu se temelji, koje su joj prednosti i kakvi su joj izgledi? Zadržimo se na komponentama energetske elektronike, ukratko razmotrimo što su, kako se razlikuju jedni od drugih i za koje su primjene prikladni ovi ili oni tipovi poluvodičkih sklopki. Evo primjera uređaja energetske elektronike koji se koriste u svakodnevnom životu, u proizvodnji iu svakodnevnom životu.

Posljednjih godina uređaji energetske elektronike napravili su veliki tehnološki iskorak u očuvanju energije. Energetski poluvodički uređaji, zahvaljujući svojoj fleksibilnoj upravljivosti, omogućuju učinkovitu pretvorbu električne energije. Današnje mjerenje težine, veličine i učinkovitosti već su dovele pretvarače na kvalitativno novu razinu.

Mnoge industrije koriste soft startere, regulatore brzine, besprekidne izvore napajanja, koji rade na bazi modernih poluvodiča i pokazuju visoku učinkovitost. Sve je to energetska elektronika.

Upravljanje protokom električne energije u energetskoj elektronici provodi se pomoću poluvodičkih sklopki, koje zamjenjuju mehaničke sklopke i kojima se može upravljati prema potrebnom algoritmu za postizanje potrebne prosječne snage i preciznog djelovanja radnog tijela ovog ili onog. oprema.

Dakle, energetska elektronika se koristi u transportu, u rudarstvu, u području komunikacija, u mnogim industrijama, a danas niti jedan snažan kućanski aparat ne može bez energetskih elektroničkih jedinica uključenih u njegov dizajn.

Osnovne građevne jedinice energetske elektronike upravo su poluvodičke ključne komponente koje mogu otvarati i zatvarati krug različitim brzinama, do megaherca. U uključenom stanju, otpor sklopke je jedinica i frakcija ohma, au isključenom stanju, megohma.

Upravljanje ključem ne zahtijeva veliku snagu, a gubici na ključu nastali tijekom procesa prebacivanja, uz dobro osmišljen driver, ne prelaze jedan posto. Iz tog razloga, učinkovitost energetske elektronike je visoka u usporedbi s gubitcima željeznih transformatora i mehaničkih sklopki kao što su konvencionalni releji.

Energetski elektronički uređaji su uređaji kod kojih je efektivna struja veća ili jednaka 10 ampera. U ovom slučaju ključni poluvodički elementi mogu biti: bipolarni tranzistori, tranzistori s efektom polja, IGBT tranzistori, tiristori, trijaci, tiristori s zaključavanjem i tiristori s integriranim upravljanjem.

Niska upravljačka snaga također vam omogućuje stvaranje energetskih mikro krugova u kojima se kombinira nekoliko blokova odjednom: sam prekidač, upravljački krug i upravljački krug, to su takozvani pametni krugovi.

Ovi elektronički građevni blokovi koriste se iu industrijskim instalacijama velike snage i u kućanskim električnim uređajima. Indukcijska pećnica za nekoliko megavata ili kućni aparat za kuhanje na paru za nekoliko kilovata—oboje imaju poluprovodničke prekidače koji jednostavno rade na različitim snagama.

Dakle, tiristori snage rade u pretvaračima s kapacitetom većim od 1 MVA, u krugovima električnih pogona s istosmjernom strujom i izmjeničnim pogonima s visokim naponom, koriste se u instalacijama za kompenzaciju jalove snage, u instalacijama za indukcijsko taljenje.

Tiristori za zaključavanje upravljaju se fleksibilnije, koriste se za upravljanje kompresorima, ventilatorima, pumpama kapaciteta stotina kVA, a potencijalna sklopna snaga prelazi 3 MVA. IGBT tranzistori omogućuju ugradnju pretvarača kapaciteta do MVA jedinica za različite namjene, kako za upravljanje motorom tako i za osiguranje kontinuiranog napajanja i sklopke velikih struja u mnogim statičkim instalacijama.

MOSFET-ovi imaju izvrsnu upravljivost na frekvencijama od stotina kiloherca, što znatno proširuje njihov raspon primjenjivosti u odnosu na IGBT-ove.

Triaci su optimalni za pokretanje i upravljanje AC motorima, mogu raditi na frekvencijama do 50 kHz i zahtijevaju manje energije za upravljanje od IGBT tranzistora.

Danas IGBT-ovi imaju maksimalni sklopni napon od 3500 volti i potencijalno 7000 volti.Ove komponente bi mogle zamijeniti bipolarne tranzistore u nadolazećim godinama i koristit će se na opremi do MVA jedinica. Za pretvarače male snage MOSFET-ovi će ostati prihvatljiviji, a za više od 3 MVA - zaključani tiristori.

Prema predviđanjima analitičara, većina poluvodiča u budućnosti će imati modularni dizajn, gdje će se dva do šest ključnih elemenata nalaziti u jednom paketu. Korištenje modula omogućuje vam smanjenje težine, veličine i cijene opreme u kojoj će se koristiti.

Za IGBT tranzistore napredak će biti povećanje struja do 2 kA pri naponima do 3,5 kV i povećanje radnih frekvencija do 70 kHz uz pojednostavljene upravljačke sheme. Modul može sadržavati ne samo sklopke i ispravljač, već i upravljački program i krugove aktivne zaštite.

Tranzistori, diode, tiristori proizvedeni posljednjih godina već su značajno poboljšali svoje parametre, poput struje, napona, brzine, a napredak ne miruje.

Za bolju pretvorbu izmjenične struje u istosmjernu koriste se upravljani ispravljači koji omogućuju glatku promjenu ispravljenog napona u rasponu od nule do nazivne.

Danas se u sustavima uzbude istosmjernog elektromotora tiristori uglavnom koriste u sinkronim motorima. Dvostruki tiristori - trijaci - imaju samo jednu gejt elektrodu za dva spojena antiparalelna tiristora, što dodatno olakšava upravljanje.

Za izvođenje obrnutog procesa koristi se pretvorba istosmjernog napona u izmjenični napon pretvarači… Neovisni poluvodički prekidački pretvarači daju izlaznu frekvenciju, oblik i amplitudu koju određuje elektronički sklop, a ne mreža. Izmjenjivači se izrađuju na temelju različitih tipova ključnih elemenata, no za velike snage, više od 1 MVA, opet prednjače IGBT tranzistorski pretvarači.

Za razliku od tiristora, IGBT omogućuje šire i točnije oblikovanje izlazne struje i napona. Automobilski pretvarači male snage u svom radu koriste tranzistore s efektom polja, koji pri snagama do 3 kW izvrsno pretvaraju istosmjernu struju 12-voltnog akumulatora, najprije u istosmjernu, preko visokofrekventnog impulsnog pretvarača koji djeluje na frekvenciji od 50 kHz do stotina kiloherca, zatim naizmjenično 50 ili 60 Hz.

Za pretvorbu struje jedne frekvencije u struju druge frekvencije koristite poluvodički pretvarači frekvencije… Prije se to radilo isključivo na temelju tiristora, koji nisu imali potpunu upravljivost; bilo je potrebno razviti složene sheme za prisilno zaključavanje tiristora.

Korištenje sklopki poput MOSFET-a s efektom polja i IGBT-a olakšava projektiranje i implementaciju pretvarača frekvencije, a može se predvidjeti da će se tiristori, osobito u uređajima male snage, u budućnosti napustiti u korist tranzistora.

Tiristori se još uvijek koriste za okretanje električnih pogona; dovoljno je imati dva kompleta tiristorskih pretvarača da se osiguraju dva različita smjera struje bez potrebe za preklapanjem. Ovako rade moderni beskontaktni reverzibilni starteri.

Nadamo se da vam je naš kratki članak bio koristan i da sada znate što je energetska elektronika, koji se elementi energetske elektronike koriste u uređajima energetske elektronike i koliki je potencijal energetske elektronike za našu budućnost.