Ano ang power electronics

Sa artikulong ito ay pag-uusapan natin ang tungkol sa power electronics. Ano ang power electronics, ano ang batayan nito, ano ang mga pakinabang at ano ang mga prospect nito? Pag-isipan natin ang mga bahagi ng power electronics, maikling isaalang-alang kung ano ang mga ito, kung paano sila naiiba sa bawat isa at para sa kung anong mga aplikasyon ang mga ito o ang mga uri ng semiconductor switch ay angkop. Narito ang mga halimbawa ng mga power electronic device na ginagamit sa pang-araw-araw na buhay, sa pagmamanupaktura, at sa pang-araw-araw na buhay.

Sa mga nakalipas na taon, ang mga power electronics device ay gumawa ng isang malaking teknolohikal na tagumpay sa pagtitipid ng enerhiya. Ang mga power semiconductor device, dahil sa kanilang flexible controllability, ay nagbibigay-daan sa mahusay na conversion ng kuryente. Ang mga sukatan ng timbang at laki at kahusayan ngayon ay nagdala na ng mga nagko-convert sa isang husay na bagong antas.

Maraming industriya ang gumagamit ng soft starter, speed controller, uninterruptible power supply, gumagana sa modernong semiconductor na batayan at nagpapakita ng mataas na kahusayan. Ito ay lahat ng power electronics.

Ang pagkontrol sa daloy ng elektrikal na enerhiya sa power electronics ay isinasagawa sa tulong ng mga semiconductor switch, na pinapalitan ang mga mechanical switch at maaaring kontrolin ayon sa kinakailangang algorithm upang makuha ang kinakailangang average na kapangyarihan at tumpak na pagkilos ng gumaganang katawan ng ito o iyon. kagamitan.

Kaya, ang mga power electronics ay ginagamit sa transportasyon, sa industriya ng pagmimina, sa larangan ng komunikasyon, sa maraming mga industriya, at ngayon hindi isang makapangyarihang kasangkapan sa sambahayan ang magagawa nang walang mga power electronic unit na kasama sa disenyo nito.

Ang pangunahing mga bloke ng gusali ng power electronics ay tiyak na mga pangunahing bahagi ng semiconductor na maaaring magbukas at magsara ng isang circuit sa iba't ibang bilis, hanggang sa megahertz. Sa on state, ang paglaban ng switch ay mga unit at fraction ng ohms, at sa off state, megohms.

Ang pamamahala ng susi ay hindi nangangailangan ng maraming kapangyarihan, at ang mga pagkalugi sa susi ay naganap sa proseso ng paglipat, na may mahusay na disenyong driver, ay hindi lalampas sa isang porsyento. Para sa kadahilanang ito, ang kahusayan ng mga power electronics ay mataas kumpara sa mga nawawalang posisyon ng mga transformer ng bakal at mga mekanikal na switch tulad ng mga maginoo na relay.

Ang mga power electronic device ay mga device kung saan ang epektibong kasalukuyang ay mas malaki kaysa o katumbas ng 10 amperes. Sa kasong ito, ang mga pangunahing elemento ng semiconductor ay maaaring: bipolar transistors, field-effect transistors, IGBT transistors, thyristors, triacs, lock-in thyristors at lock-in thyristors na may integrated control.

Ang mababang kapangyarihan ng kontrol ay nagpapahintulot din sa iyo na lumikha ng mga microcircuits ng kapangyarihan kung saan ang ilang mga bloke ay pinagsama nang sabay-sabay: ang switch mismo, ang control circuit at ang control circuit, ito ang tinatawag na mga smart circuit.

Ang mga elektronikong bloke ng gusali na ito ay ginagamit sa parehong mga high power na pang-industriyang installation at mga electrical appliances sa bahay. Isang induction oven para sa ilang megawatts o isang home steamer para sa ilang kilowatts—parehong may solid-state power switch na gumagana lang sa magkaibang wattage.

Kaya, ang mga power thyristor ay gumagana sa mga converter na may kapasidad na higit sa 1 MVA, sa mga circuit ng electric drive na may direktang kasalukuyang at alternating kasalukuyang mga drive na may mataas na boltahe, ay ginagamit sa mga pag-install para sa kabayaran ng reaktibong kapangyarihan, sa mga pag-install para sa induction melting.

Ang pag-lock ng mga thyristor ay kinokontrol nang mas nababaluktot, ginagamit ang mga ito upang kontrolin ang mga compressor, fan, pump na may kapasidad na daan-daang kVA, at ang potensyal na switching power ay lumampas sa 3 MVA. IGBT transistors paganahin ang pag-deploy ng mga converter na may kapasidad na hanggang MVA unit para sa iba't ibang layunin, kapwa para sa kontrol ng motor at para sa pagbibigay ng tuluy-tuloy na power supply at paglipat ng matataas na agos sa maraming static na installation.

Ang mga MOSFET ay may mahusay na kakayahang kontrolin sa mga frequency na daan-daang kilohertz, na lubos na nagpapalawak ng kanilang saklaw ng kakayahang magamit kumpara sa mga IGBT.

Ang mga triac ay pinakamainam para sa pagsisimula at pagkontrol sa mga AC motor, maaari silang gumana sa mga frequency hanggang 50 kHz, at nangangailangan ng mas kaunting enerhiya upang makontrol kaysa sa mga transistor ng IGBT.

Ngayon, ang mga IGBT ay may pinakamataas na switching voltage na 3500 volts at potensyal na 7000 volts.Maaaring palitan ng mga bahaging ito ang mga bipolar transistor sa mga darating na taon at gagamitin sa mga kagamitan hanggang sa mga unit ng MVA. Para sa mga low-power converter, ang mga MOSFET ay mananatiling mas katanggap-tanggap, at para sa higit sa 3 MVA - lock-in thyristors.

Ayon sa mga pagtataya ng mga analyst, karamihan sa mga semiconductors sa hinaharap ay magkakaroon ng modular na disenyo, kung saan ang dalawa hanggang anim na pangunahing elemento ay matatagpuan sa isang pakete. Ang paggamit ng mga module ay nagbibigay-daan sa iyo upang bawasan ang timbang, laki at halaga ng kagamitan kung saan sila gagamitin.

Para sa mga transistor ng IGBT, ang pag-unlad ay isang pagtaas sa mga alon hanggang 2 kA sa mga boltahe hanggang 3.5 kV at isang pagtaas sa mga frequency ng pagpapatakbo hanggang sa 70 kHz na may pinasimple na mga control scheme. Ang isang module ay maaaring maglaman hindi lamang ng mga switch at isang rectifier, kundi pati na rin ng isang driver at mga aktibong circuit ng proteksyon.

Ang mga transistor, diode, thyristors na ginawa sa mga nakaraang taon ay makabuluhang napabuti ang kanilang mga parameter, tulad ng kasalukuyang, boltahe, bilis, at pag-unlad ay hindi tumitigil.

Para sa isang mas mahusay na conversion ng alternating current sa direktang kasalukuyang, ginagamit ang mga kinokontrol na rectifier, na nagpapahintulot sa isang maayos na pagbabago ng rectified boltahe sa hanay mula sa zero hanggang nominal.

Ngayon, sa DC electric drive excitation system, ang mga thyristor ay pangunahing ginagamit sa mga kasabay na motor. Ang mga double thyristor — triac — ay mayroon lamang isang gate electrode para sa dalawang konektadong antiparallel thyristor, na ginagawang mas madali ang kontrol.

Upang maisagawa ang reverse na proseso, ang conversion ng direktang boltahe sa alternating boltahe ay ginagamit mga inverters… Ang mga independiyenteng semiconductor switch inverters ay nagbibigay ng output frequency, hugis at amplitude na tinutukoy ng electronic circuit, hindi ng network. Ang mga inverter ay ginawa batay sa iba't ibang uri ng mga pangunahing elemento, ngunit para sa malalaking kapangyarihan, higit sa 1 MVA, muli, ang mga IGBT transistor inverter ay lumalabas sa itaas.

Hindi tulad ng mga thyristor, ang mga IGBT ay nagbibigay ng mas malawak at mas tumpak na paghubog ng kasalukuyang output at boltahe. Ang mga low-power car inverters ay gumagamit ng field-effect transistors sa kanilang trabaho, na sa mga powers na hanggang 3 kW ay gumagawa ng isang mahusay na trabaho ng pag-convert ng direktang kasalukuyang ng isang 12-volt na baterya, una sa direktang kasalukuyang, sa pamamagitan ng isang high-frequency pulse converter na nagpapatakbo sa dalas ng 50 kHz hanggang daan-daang kilohertz, pagkatapos ay sa alternating 50 o 60 Hz.

Upang i-convert ang kasalukuyang ng isang frequency sa isang kasalukuyang ng isa pang frequency, gamitin mga converter ng dalas ng semiconductor… Dati, ito ay ginawa lamang batay sa mga thyristor, na walang ganap na kontrol; ito ay kinakailangan upang bumuo ng mga kumplikadong mga scheme para sa sapilitang pag-lock ng thyristors.

Ang paggamit ng mga switch tulad ng mga field-effect na MOSFET at IGBT ay nagpapadali sa disenyo at pagpapatupad ng mga frequency converter, at mahuhulaan na ang mga thyristor, lalo na sa mga low-power na device, ay aabandonahin pabor sa mga transistor sa hinaharap.

Ginagamit pa rin ang mga thyristor upang baligtarin ang mga electric drive; ito ay sapat na magkaroon ng dalawang set ng thyristor converter upang magbigay ng dalawang magkaibang kasalukuyang direksyon nang hindi nangangailangan ng paglipat. Ganito gumagana ang mga modernong non-contact reversible starter.

Umaasa kami na ang aming maikling artikulo ay naging kapaki-pakinabang para sa iyo at ngayon alam mo na kung ano ang power electronics, kung ano ang mga power electronics na elemento ang ginagamit sa mga power electronic device at kung gaano kalaki ang potensyal ng power electronics para sa ating hinaharap.