إلكترونيات الطاقةهو مجال من مجالات العلوم والتكنولوجيا يحل مشكلة إنشاء أجهزة إلكترونية للطاقة، وكذلك مشكلة الحصول على طاقة كهربائية كبيرة والتحكم في العمليات الكهربائية القوية وتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كبيرة بما فيه الكفاية من نوع آخر عند استخدام هذه الأجهزة كمصدر رئيسي أداة.

وتناقش أدناه أجهزة إلكترونيات الطاقة القائمة على أشباه الموصلات. هذه الأجهزة هي الأكثر استخداما على نطاق واسع.

لقد تم استخدام الخلايا الشمسية التي تمت مناقشتها أعلاه لفترة طويلة لتوليد الطاقة الكهربائية. وحاليا فإن حصة هذه الطاقة في إجمالي حجم الكهرباء صغيرة. ومع ذلك، فإن العديد من العلماء، بما في ذلك الأكاديمي الحائز على جائزة نوبل Zh.I. ويعتبر ألفيروف الخلايا الشمسية مصادر واعدة جدًا للطاقة الكهربائية ولا تخل بتوازن الطاقة على الأرض.

إن التحكم في العمليات الكهربائية عالية الطاقة هو بالتحديد المشكلة التي تستخدم بالفعل أجهزة أشباه موصلات الطاقة على نطاق واسع، وتتزايد كثافة استخدامها بسرعة. يتم تفسير ذلك من خلال مزايا أجهزة أشباه موصلات الطاقة، وأهمها السرعة العالية، والانخفاض المنخفض في الحالة المفتوحة والانخفاض المنخفض في الحالة المغلقة (مما يضمن فقدًا منخفضًا للطاقة)، ​​والموثوقية العالية، وقدرة تحميل التيار والجهد الكبيرة، صغر الحجم والوزن، وسهولة التحكم، والوحدة العضوية مع أجهزة أشباه الموصلات لإلكترونيات المعلومات، مما يسهل الجمع بين العناصر ذات التيار العالي والتيار المنخفض.

في العديد من البلدان، تم إطلاق أعمال بحثية مكثفة حول إلكترونيات الطاقة، وبفضل ذلك، أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية، وكذلك الأجهزة الإلكترونيةبناءً عليها يتم تحسينها باستمرار. وهذا يضمن التوسع السريع في تطبيقات إلكترونيات الطاقة، والذي بدوره يحفز البحث. هنا يمكننا التحدث عن ردود الفعل الإيجابية على نطاق كامل مجال النشاط البشري. والنتيجة هي الاختراق السريع لإلكترونيات الطاقة في مجموعة واسعة من المجالات التقنية.

بدأ الانتشار السريع بشكل خاص لأجهزة إلكترونيات الطاقة بعد إنشاء الطاقة ترانزستورات التأثير الميدانيو اي جي بي تي.

وقد سبق ذلك فترة طويلة إلى حد ما عندما كان جهاز أشباه الموصلات للطاقة الرئيسي هو الثايرستور غير المغلق الذي تم إنشاؤه في الخمسينيات من القرن الماضي. لعب الثايرستور غير القابل للإغلاق دورًا بارزًا في تطوير إلكترونيات الطاقة ويستخدم على نطاق واسع اليوم. لكن عدم القدرة على إيقاف التشغيل باستخدام نبضات التحكم غالبًا ما يجعل استخدامها صعبًا. لعقود من الزمن، كان على مطوري أجهزة الطاقة أن يتصالحوا مع هذا العيب، وفي بعض الحالات يستخدمون مكونات دائرة طاقة معقدة إلى حد ما لإيقاف الثايرستور.

أدى الاستخدام الواسع النطاق للثايرستور إلى شهرة مصطلح "تقنية الثايرستور" الذي ظهر في ذلك الوقت، والذي كان يستخدم بنفس معنى مصطلح "إلكترونيات الطاقة".

وجدت ترانزستورات الطاقة ثنائية القطب التي تم تطويرها خلال هذه الفترة مجال تطبيقها، لكنها لم تغير الوضع بشكل جذري في إلكترونيات الطاقة.

فقط مع ظهور ترانزستورات تأثير مجال الطاقة و 10 واط، أصبحت المفاتيح الإلكترونية التي يمكن التحكم فيها بالكامل في أيدي المهندسين، تقترب من المفاتيح المثالية في خصائصها. وقد سهل هذا إلى حد كبير حل مجموعة متنوعة من المشاكل المتعلقة بالتحكم في العمليات الكهربائية القوية. توافر متقدمة بما فيه الكفاية المفاتيح الإلكترونيةيجعل من الممكن ليس فقط توصيل الحمل على الفور بمصدر تيار مستمر أو تيار متردد وفصله، ولكن أيضًا إنشاء إشارات تيار كبيرة جدًا أو أي شكل مطلوب تقريبًا لذلك.

أجهزة إلكترونيات الطاقة النموذجية الأكثر شيوعًا هي:

أجهزة التبديل بدون تلامسالتيار المتردد والمباشر (القواطع)، المصممة لتشغيل أو إيقاف الحمل في دائرة التيار المتردد أو المباشر، وفي بعض الأحيان، لتنظيم قوة الحمل؛

مقوماتتحويل متغير في قطبية واحدة (أحادي الاتجاه)؛

العاكسونتحويل الثابت إلى متغير؛

محولات التردد، تحويل متغير تردد واحد إلى متغير تردد آخر؛

محولات العاصمة(المحولات) التي تحول ثابت كمية ما إلى ثابت كمية أخرى؛

محولات رقم المرحلة، تحويل متغير متناوب بعدد واحد من المراحل إلى متغير متناوب بعدد مختلف من المراحل (عادةً ما يتم تحويل الطور الواحد إلى ثلاث مراحل أو ثلاث مراحل إلى مرحلة واحدة) ؛

المعوضات(مصححات معامل القدرة)، مصممة للتعويض عن الطاقة التفاعلية في شبكة إمداد التيار المتردد وللتعويض عن التشوهات في أشكال موجة التيار والجهد.

بشكل أساسي، تقوم أجهزة إلكترونيات الطاقة بتحويل الإشارات الكهربائية عالية الطاقة. ولهذا السبب تسمى إلكترونيات الطاقة أيضًا بتكنولوجيا المحولات.

تُستخدم أجهزة إلكترونيات الطاقة، القياسية والمتخصصة، في جميع مجالات التكنولوجيا وفي أي معدات علمية معقدة إلى حد ما تقريبًا.

وكمثال توضيحي، نشير إلى بعض الكائنات التي أجهزة إلكترونيات الطاقةأداء وظائف مهمة:

محرك كهربائي (التحكم في السرعة وعزم الدوران، وما إلى ذلك)؛

منشآت التحليل الكهربائي (المعادن غير الحديدية، الصناعة الكيميائية)؛

المعدات الكهربائية لنقل الكهرباء لمسافات طويلة باستخدام التيار المباشر؛

المعدات الكهرومغناطيسية (الخلط الكهرومغناطيسي للمعادن، وما إلى ذلك)؛

المنشآت الحرارية الكهربائية (التدفئة التعريفي، وما إلى ذلك)؛

المعدات الكهربائية لشحن البطاريات.

أجهزة الكمبيوتر؛

المعدات الكهربائية للسيارات والجرارات.

المعدات الكهربائية للطائرات والمركبات الفضائية.

أجهزة الاتصالات الراديوية؛

معدات البث التلفزيوني؛

أجهزة الإضاءة الكهربائية (الطاقة مصابيح الفلورسنتإلخ.)؛

المعدات الكهربائية الطبية (العلاج بالموجات فوق الصوتية والجراحة، وما إلى ذلك)؛

أدوات كهربائية

الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية.

يؤدي تطوير إلكترونيات الطاقة أيضًا إلى تغيير الأساليب المتبعة لحل المشكلات الفنية. على سبيل المثال، يساهم إنشاء ترانزستورات تأثير مجال الطاقة وIGBTs بشكل كبير في توسيع نطاق تطبيق المحركات الحثية، والتي تحل محل المحركات المبدلة في عدد من المجالات.

أحد العوامل المهمة التي لها تأثير مفيد على انتشار أجهزة إلكترونيات الطاقة هو نجاح إلكترونيات المعلومات، وعلى وجه الخصوص، تكنولوجيا المعالجات الدقيقة. للتحكم في العمليات الكهربائية القوية، يتم استخدام خوارزميات متزايدة التعقيد، والتي لا يمكن تنفيذها بشكل عقلاني إلا باستخدام أجهزة إلكترونية معلوماتية متقدمة بدرجة كافية.

فعال مشاركةإنجازات الطاقة وإلكترونيات المعلومات تعطي نتائج رائعة حقًا.

الأجهزة الحالية لتحويل الطاقة الكهربائية إلى نوع آخر من الطاقة عند الاستخدام المباشر لأجهزة أشباه الموصلات لا تتمتع حتى الآن بقدرة خرج عالية. ومع ذلك، تم الحصول على نتائج مشجعة هنا أيضا.

تعمل أشعة الليزر شبه الموصلة على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة إشعاعية متماسكة في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء. تم اقتراح هذه الليزرات في عام 1959 وتم تنفيذها لأول مرة باستخدام زرنيخيد الغاليوم (GaAs) في عام 1962. تتميز أجهزة الليزر القائمة على أشباه الموصلات بالكفاءة العالية (أعلى من 10٪) وعمر الخدمة الطويل. يتم استخدامها، على سبيل المثال، في الأضواء الكاشفة بالأشعة تحت الحمراء.

تُستخدم مصابيح LED البيضاء فائقة السطوع، والتي ظهرت في التسعينيات من القرن الماضي، بالفعل في بعض الحالات للإضاءة بدلاً من المصابيح المتوهجة. تعتبر مصابيح LED أكثر اقتصادا بشكل ملحوظ ولها عمر خدمة أطول بكثير. ومن المفترض أن النطاق مصابيح LEDسوف تتوسع بسرعة.

محتوى:

• مقدمة
• مقدمة
• الفصل الأول. العناصر الأساسية لإلكترونيات الطاقة
  • 1.1. أشباه موصلات الطاقة
    • 1.1.1. الثنائيات الطاقة
    • 1.1.2. ترانزستورات الطاقة
    • 1.1.3. الثايرستور
    • 1.1.4. تطبيقات أجهزة أشباه موصلات الطاقة
  • 1.2. المحولات والمفاعلات
  • 1.3. المكثفات
• الفصل الثاني. مقومات
  • 2.1. معلومات عامة
  • 2.2. دوائر التصحيح الأساسية
    • 2.2.1. دائرة موجة كاملة أحادية الطور مع نقطة منتصف
    • 2.2.2. دائرة الجسر أحادية الطور
    • 2.2.3. دائرة ثلاثية الطور مع نقطة المنتصف
    • 2.2.4. دائرة جسر ثلاثية الطور
    • 2.2.5. دوائر متعددة الجسور
    • 2.2.6. التركيب التوافقي للجهد المصحح والتيارات الأولية في دوائر التصحيح
  • 2.3. تبديل وطرق تشغيل المقومات
    • 2.3.1. تبديل التيارات في دوائر التصحيح
    • 2.3.2. الخصائص الخارجيةمقومات
  • 2.4. خصائص الطاقة للمقومات وطرق تحسينها
    • 2.4.1. معامل القدرة وكفاءة المقومات
    • 2.4.2. تحسين معامل القدرة للمقومات الخاضعة للرقابة
  • 2.5. ميزات تشغيل مقومات الحمل السعوي وEMF الخلفي
  • 2.6. مرشحات مكافحة التعرج
  • 2.7. تشغيل المقوم من مصدر طاقة مماثل
• الفصل الثالث. العاكسون ومحولات التردد
  • 3.1. العاكسون يحركها الشبكة
    • 3.1.1. عاكس ذو نقطة متوسطة أحادية الطور
    • 3.1.2. عاكس الجسر ثلاثي الطور
    • 3.1.3. توازن الطاقة في العاكس يحركها الشبكة
    • 3.1.4. الخصائص الرئيسية وطرق التشغيل للعاكسات التي تعمل بالشبكة
  • 3.2. العاكسون المستقلون
    • 3.2.1. العاكسون الحالية
    • 3.2.2. محولات الجهد
    • 3.2.3. محولات الجهد على أساس الثايرستور
    • 3.2.4. العاكسون الرنانة
  • 3.3. محولات التردد
    • 3.3.1. محولات التردد مع وصلة DC المتوسطة
    • 3.3.2. محولات التردد المقترنة المباشرة
  • 3.4. تنظيم جهد الخرج للعاكسات المستقلة
    • 3.4.1. المبادئ العامة للتنظيم
    • 3.4.2. أجهزة التحكم لمحولات التيار
    • 3.4.3. تنظيم جهد الخرج عبر تعديل التردد اللاسلكي (PWM)
    • 3.4.4. إضافة هندسية للضغوط
  • 3.5. طرق تحسين الشكل الموجي لجهد الخرج للعاكسات ومحولات التردد
    • 3.5.1. تأثير الجهد غير الجيبي على مستهلكي الكهرباء
    • 3.5.2. مرشحات الإخراج العاكس
    • 3.5.3. تخفيض التوافقيات العالية في جهد الخرج دون استخدام المرشحات
• الفصل الرابع. المنظمون - المثبتات والموصلات الثابتة
  • 4.1. منظمات الجهد المتردد
  • 4.2. منظمات التيار المستمر - المثبتات
    • 4.2.1. المثبتات البارامترية
    • 4.2.2. مثبتات مستمرة
    • 4.2.3. تبديل المنظمين
    • 4.2.4. تطوير الهياكل التنظيمية للتبديل
    • 4.2.5. منظمات التيار المستمر ذات المكثف الثايرستور مع نقل الطاقة بجرعات إلى الحمل
    • 4.2.6. منظمات المحولات مجتمعة
  • 4.3. المقاولين ثابتة
    • 4.3.1. موصلات التيار المتردد الثايرستور
    • 4.3.2. موصلات الثايرستور DC
• الفصل الخامس. أنظمة التحكم في المحولات
  • 5.1. معلومات عامة
  • 5.2. المخططات الكتلية لأنظمة التحكم لأجهزة المحولات
    • 5.2.1. أنظمة التحكم للمقومات والعاكسات التابعة
    • 5.2.2. أنظمة التحكم في محول التردد المزدوج المباشر
    • 5.2.3. أنظمة التحكم للعاكسات المستقلة
    • 5.2.4. أنظمة التحكم للمنظمين والمثبتات
  • 5.3. أنظمة المعالجات الدقيقة في تكنولوجيا المحولات
    • 5.3.1. هياكل المعالجات الدقيقة المعممة النموذجية
    • 5.3.2. أمثلة على استخدام أنظمة التحكم في المعالجات الدقيقة
• الفصل السادس. تطبيقات الأجهزة الإلكترونية السلطة
  • 6.1. مجالات التطبيق العقلاني
  • 6.2. المتطلبات الفنية العامة
  • 6.3. الحماية في أوضاع الطوارئ
  • 6.4. المراقبة التشغيلية وتشخيص الحالة الفنية
  • 6.5. ضمان التشغيل المتوازي للمحولات
  • 6.6. التداخل الكهرومغناطيسي
• مراجع

مقدمة

في الهندسة الإلكترونية، تتميز إلكترونيات الطاقة وإلكترونيات المعلومات. نشأت إلكترونيات الطاقة في البداية كمجال تكنولوجي مرتبط في المقام الأول بتحويل أنواع مختلفة من الطاقة الكهربائية من خلال استخدام الأجهزة الإلكترونية. أتاحت التطورات اللاحقة في تكنولوجيا أشباه الموصلات التوسع بشكل كبير الوظيفة، تشغيل الأجهزة الإلكترونية، وبالتالي مجالات تطبيقها.

تتيح أجهزة إلكترونيات الطاقة الحديثة إمكانية التحكم في تدفق الكهرباء ليس فقط لغرض تحويلها من نوع إلى آخر، ولكن أيضًا للتوزيع وتنظيم الحماية عالية السرعة للدوائر الكهربائية وتعويض الطاقة التفاعلية وما إلى ذلك. هذه الوظائف، ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالمهام التقليدية لصناعة الطاقة الكهربائية، وقد حددت اسم إلكترونيات الطاقة الأخرى وهو إلكترونيات الطاقة. تُستخدم إلكترونيات المعلومات في المقام الأول لإدارة عمليات المعلومات. على وجه الخصوص، تعد أجهزة إلكترونيات المعلومات أساس أنظمة التحكم والتنظيم لمختلف الأشياء، بما في ذلك أجهزة إلكترونيات الطاقة.

ومع ذلك، على الرغم من التوسع المكثف في وظائف أجهزة إلكترونيات الطاقة ومجالات تطبيقها، فإن المشكلات والمهام العلمية والتقنية الرئيسية التي يتم حلها في مجال إلكترونيات الطاقة ترتبط بها. تحويل الطاقة الكهربائية.

يتم استخدام الكهرباء بأشكال مختلفة: على شكل تيار متردد بتردد 50 هرتز، على شكل تيار مباشر (أكثر من 20٪ من إجمالي الكهرباء المولدة)، وكذلك تيار متردد عالي التردد أو تيارات ذات شكل خاص (على سبيل المثال، نابض، وما إلى ذلك). ويرجع هذا الاختلاف بشكل أساسي إلى تنوع المستهلكين وخصائصهم، وفي بعض الحالات (على سبيل المثال، في أنظمة إمداد الطاقة المستقلة) والمصادر الأولية للكهرباء.

إن التنوع في أنواع الكهرباء المستهلكة والمولدة يحتم تحويلها. الأنواع الرئيسية لتحويل الكهرباء هي:

• 1) التصحيح (تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر)؛
• 2) الانقلاب (تحويل التيار المباشر إلى تيار متناوب)؛
• 3) تحويل التردد (تحويل التيار المتردد من تردد واحد إلى تيار متردد من تردد آخر).

هناك أيضًا عدد من أنواع التحويل الأخرى الأقل شيوعًا: شكل موجة التيار، وعدد المراحل، وما إلى ذلك. وفي بعض الحالات، يتم استخدام مزيج من عدة أنواع من التحويل. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحويل الكهرباء لتحسين جودة معلماتها، على سبيل المثال، لتحقيق الاستقرار في الجهد أو تردد التيار المتردد.

يمكن أن يتم تحويل الكهرباء بطرق مختلفة. على وجه الخصوص، يعتبر التحويل التقليدي للهندسة الكهربائية من خلال وحدات الآلات الكهربائية التي تتكون من محرك ومولد متحدين بواسطة عمود مشترك. ومع ذلك، فإن طريقة التحويل هذه لها عدد من العيوب: وجود أجزاء متحركة، والقصور الذاتي، وما إلى ذلك. لذلك، بالتوازي مع تطور تحويل الآلات الكهربائية في الهندسة الكهربائية، تم إيلاء الكثير من الاهتمام لتطوير طرق التحويل الثابت للكهرباء. . واستندت معظم هذه التطورات على استخدام العناصر غير الخطية للتكنولوجيا الإلكترونية. كانت العناصر الرئيسية لإلكترونيات الطاقة، والتي أصبحت الأساس لإنشاء المحولات الثابتة، هي أجهزة أشباه الموصلات. تعتمد الموصلية لمعظم أجهزة أشباه الموصلات بشكل كبير على الاتجاه التيار الكهربائي: في الاتجاه الأمامي تكون موصليتها عالية، وفي الاتجاه العكسي تكون صغيرة (أي أن جهاز أشباه الموصلات له حالتان محددتان بوضوح: مفتوح ومغلق). يمكن أن تكون أجهزة أشباه الموصلات غير قابلة للتحكم أو التحكم فيها. في الأخير، من الممكن التحكم في لحظة بداية الموصلية العالية (التشغيل) باستخدام نبضات تحكم منخفضة الطاقة. كانت الأعمال المنزلية الأولى المخصصة لدراسة أجهزة أشباه الموصلات واستخدامها لتحويل الكهرباء هي أعمال الأكاديميين V. F. Mitkevich، N. D. Papeleksi وآخرين.

في ثلاثينيات القرن العشرين، كانت أجهزة تفريغ الغاز (صمامات الزئبق، الثيراترونات، غاسترونات، وما إلى ذلك) شائعة في الاتحاد السوفييتي وخارجه. بالتزامن مع تطور أجهزة تفريغ الغاز، تم تطوير نظرية تحويل الكهرباء. لقد تم تطوير أنواع أساسية من الدوائر وأجريت أبحاث مكثفة حول العمليات الكهرومغناطيسية التي تحدث أثناء تصحيح وعكس التيار المتردد. وفي الوقت نفسه، ظهرت الأعمال الأولى على تحليل دوائر العاكسون المستقلون. في تطوير نظرية محولات الأيونات، لعب عمل العلماء السوفييت I. L. Kaganov، M. A. Chernyshev، D. A. Zavalishin، وكذلك الأجانب: K. Müller-Lübeck، M. Demontvigne، V. Schiling و M. A. Chernyshev، دورًا رئيسيًا. آحرون.

بدأت مرحلة جديدة في تطوير تكنولوجيا المحولات في أواخر الخمسينيات، عندما ظهرت أجهزة أشباه الموصلات القوية - الثنائيات والثايرستور. هذه الأجهزة، التي تم تطويرها على أساس السيليكون، لها خاصة بها المواصفات الفنيةمتفوقة بكثير على أجهزة تفريغ الغاز. إنها ذات أبعاد ووزن صغيرين، ولها قيمة كفاءة عالية، ولها سرعة عالية وموثوقية متزايدة عند التشغيل في نطاق واسع من درجات الحرارة.

لقد أثر استخدام أجهزة أشباه موصلات الطاقة بشكل كبير على تطوير إلكترونيات الطاقة. لقد أصبحوا الأساس لتطوير أجهزة المحولات عالية الكفاءة بجميع أنواعها. في هذه التطورات، تم اعتماد العديد من حلول الدوائر والتصميم الجديدة بشكل أساسي. أدى تطوير صناعة أجهزة أشباه موصلات الطاقة إلى تكثيف الأبحاث في هذا المجال وإنشاء تقنيات جديدة. مع الأخذ في الاعتبار تفاصيل أجهزة أشباه موصلات الطاقة، تم تحسين الطرق القديمة لتحليل الدوائر وتم تطوير طرق جديدة. لقد توسعت بشكل كبير فئات دوائر العاكسات المستقلة، ومحولات التردد، ومنظمات التيار المستمر وغيرها الكثير، وظهرت أنواع جديدة من أجهزة إلكترونيات الطاقة - الموصلات الثابتة ذات التبديل الطبيعي والاصطناعي، ومعوضات الطاقة التفاعلية الثايرستور، وأجهزة الحماية عالية السرعة ذات الجهد الكهربي محددات، الخ.

واحدة من المجالات الرئيسية الاستخدام الفعالأصبحت إلكترونيات الطاقة محركًا كهربائيًا. لقد تم تطوير وحدات الثايرستور والأجهزة الكاملة لمحركات التيار المستمر الكهربائية ويتم استخدامها بنجاح في علم المعادن وبناء الأدوات الآلية والنقل وغيرها من الصناعات. أدى تطوير الثايرستور إلى تقدم كبير في مجال المحركات الكهربائية ذات التيار المتردد القابلة للتعديل.

تم إنشاء أجهزة عالية الكفاءة تقوم بتحويل تيار التردد الصناعي إلى تيار متردد متغير التردد للتحكم في سرعة المحركات الكهربائية. بالنسبة لمختلف مجالات التكنولوجيا، تم تطوير العديد من أنواع محولات التردد ذات معلمات الإخراج المستقرة. على وجه الخصوص، تم إنشاء وحدات الثايرستور القوية عالية التردد للتسخين التعريفي للمعادن، والتي توفر تأثيرًا تقنيًا واقتصاديًا كبيرًا من خلال زيادة عمر الخدمة مقارنة بوحدات الآلات الكهربائية.

واستنادا إلى إدخال محولات أشباه الموصلات، تم تنفيذ إعادة بناء المحطات الفرعية الكهربائية للنقل الكهربائي المتنقل. تحسين نوعية بعض بشكل ملحوظ العمليات التكنولوجيةفي الصناعات الكهرومغناطيسية والكيميائية من خلال إدخال وحدات المعدل مع التنظيم العميق لجهد الخرج والتيار.

لقد حددت مزايا محولات أشباه الموصلات استخدامها على نطاق واسع في أنظمة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة. لقد توسع نطاق تطبيق الأجهزة الإلكترونية للطاقة في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية (منظمات الجهد، وما إلى ذلك).

منذ بداية الثمانينات، وبفضل التطوير المكثف للإلكترونيات، بدأ إنشاء جيل جديد من منتجات إلكترونيات الطاقة، وكان الأساس لذلك هو تطوير وتصنيع أنواع جديدة من أجهزة أشباه موصلات الطاقة: الثايرستور. الترانزستورات ثنائية القطب ، ترانزستورات MOS ، وما إلى ذلك. وفي الوقت نفسه ، تطورت سرعة أجهزة أشباه الموصلات ، وقيم المعلمات المحددة للثنائيات والثايرستورات ، والتقنيات المتكاملة والهجينة لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات بأنواعها المختلفة ، والمعالجات الدقيقة بدأ إدخال التكنولوجيا على نطاق واسع للتحكم في أجهزة المحولات ومراقبتها.

لقد أتاح استخدام قاعدة عناصر جديدة إجراء تحسينات أساسية على المؤشرات الفنية والاقتصادية المهمة مثل الكفاءة، وقيم الكتلة والحجم المحددة، والموثوقية، وجودة معلمات الإنتاج، وما إلى ذلك. وقد تم تحديد اتجاه لزيادة وتيرة تحويل الكهرباء . حاليًا، تم تطوير مصادر طاقة ثانوية مصغرة ذات طاقة منخفضة ومتوسطة مع تحويل متوسط ​​للكهرباء بترددات في النطاق الأسرع من الصوت. أدى تطوير نطاق التردد العالي (أكثر من 1 ميجاهرتز) إلى الحاجة إلى حل مجموعة معقدة من المشكلات العلمية والتقنية في تصميم أجهزة المحولات وضمان توافقها الكهرومغناطيسي كجزء من الأنظمة التقنية. إن التأثير الفني والاقتصادي الناتج عن التحول إلى الترددات الأعلى يعوض بالكامل تكاليف حل هذه المشكلات. لذلك، في الوقت الحاضر، يستمر الاتجاه لإنشاء أنواع عديدة من أجهزة المحولات ذات الارتباط المتوسط ​​عالي التردد.

تجدر الإشارة إلى أن استخدام أجهزة أشباه الموصلات عالية السرعة التي يتم التحكم فيها بالكامل في الدوائر التقليدية يزيد بشكل كبير من قدرتها على توفير أوضاع تشغيل جديدة، وبالتالي خصائص وظيفية جديدة لمنتجات إلكترونيات الطاقة.

كتاب "أساسيات إلكترونيات الطاقة"سيسمح لهواة الراديو المبتدئين بالتقدم خطوة بخطوة، مع وجود مكواة لحام في يديه، عبر الأشواك إلى النجوم - من فهم أساسيات إلكترونيات الطاقة إلى قمم جبال المهارة الاحترافية.

المعلومات المقدمة في الكتاب مقسمة إلى ثلاث فئات من مستويات التدريب للمتخصصين في مجال إلكترونيات القوى. بعد إتقان المرحلة التالية من الإعداد والإجابة على أسئلة الامتحان الفريدة، يتم "نقل" الطالب إلى المستوى التالي من المعرفة.

يقدم الكتاب معلومات عملية ونظرية وخلفية كافية لتمكين القارئ، أثناء تقدمه عبر صفحات الكتاب، من حساب وتجميع وتكوين التصميم الإلكتروني الذي يحبه بشكل مستقل. لتحسين المهارات المهنية للقارئ، يحتوي الكتاب على العديد من الممارسات التي تم اختبارها نصائح مفيدةوكذلك الدوائر الحقيقية للأجهزة الإلكترونية.
قد يكون المنشور مفيدًا للقراء من مختلف الأعمار ومستويات التدريب المهتمين بإنشاء وتصميم وتحسين وإصلاح عناصر ومكونات إلكترونيات الطاقة.

مقدمة

الفصل الأول. إتقان أساسيات إلكترونيات الطاقة
1.1. تعاريف وقوانين الهندسة الكهربائية
1.2. العناصر الأساسية لإلكترونيات الطاقة
1.3. سلسلة الموازية وغيرها من الاتصالات
عناصر الالكترونيات الراديوية
التوصيل المتوازي للمقاومات
اتصال سلسلة متوازية من المكثفات
اتصال سلسلة متوازية من المحاثات
اتصال متوازي متوازي لثنائيات أشباه الموصلات
الترانزستورات المركبة
مخططات دارلينجتون وسيكلاي نورتون
التوصيل المتوازي للترانزستورات
الاتصال التسلسلي للترانزستورات
1.4. العابرين في دوائر RLC
العابرين في دوائر CR و RC
العمليات العابرة في دوائر LR وRL
العابرين في دوائر CL و LC
1.5. إمدادات الطاقة المحولات الخطية
رسم تخطيطي نموذجي لمصدر طاقة ثانوي كلاسيكي
محول
1.6. مقومات
1.7. مرشحات تنعيم الطاقة
عنصر واحد قسم واحد مرشح C
مرشح L ذو عنصر واحد ورابط واحد
مرشح LC مكون من عنصرين ورابط واحد على شكل حرف L
مرشح RC مكون من عنصرين وقسم واحد على شكل حرف L
مرشح تنعيم الصمام الثنائي أحادي الارتباط على شكل حرف U ثلاثي العناصر
مرشح التعويض
مرشحات مضادة للتعرجات متعددة الارتباطات
مرشحات نشطة
مرشح الترانزستور المضاد للتعرجات
تصفية مع الترانزستور سلسلة
تصفية مع اتصال متوازي للترانزستور
الخصائص المقارنة لمرشحات إمدادات الطاقة
1.8. مثبتات الجهد
مثبت الجهد الموازي
لزيادة قوة التحميل
منظم الجهد التسلسلي
منظم تعويض السلسلة
باستخدام مكبر للصوت التشغيلي
مثبتات الجهد على الدوائر المتكاملة
1.9. محولات الجهد
محولات الجهد المكثفات
محولات الجهد ذاتية الإثارة
محولات الجهد مع الإثارة الخارجية
تحويل محولات الجهد
1.10. أسئلة ومهام لاختبار المعرفة الذاتية

الفصل الثاني. التصاميم العملية لإلكترونيات الطاقة
2.1. مقومات
مقومات ثنائية القناة أحادية الطور ومقومات منظمة
مخططات مقومات ثلاثية الطور (متعددة الأطوار).
مقوم نصف موجة متعدد الأطوار
2.2. مضاعفات الجهد
2.3. مرشحات تنعيم الطاقة
2.4. مثبتات العاصمة
مولدات التيار المستقر
المرآة الحالية
مولدات تيار مستقرة تعتمد على ترانزستورات التأثير الميداني
مولدات تيار مستقرة تعتمد على التأثير الميداني والترانزستورات ثنائية القطب
مولدات التيار المستقر باستخدام مكبرات الصوت التشغيلية
GTS باستخدام الدوائر الدقيقة المتخصصة
2.5. مثبتات الجهد
مراجع الجهد
مثبتات الجهد من النوع المتوازي
على رقائق متخصصة
تبديل منظم الجهد المستقر
تنحى تبديل منظم الجهد
إمدادات الطاقة المستقرة في المختبر
تبديل مثبتات الجهد
2.6. محولات الجهد
تعزيز محول DC/DC
محول الجهد المستقر
محول جهد 1.5/9 فولت لتشغيل جهاز القياس المتعدد
محول جهد بسيط 12/220 فولت 50 هرتز
محول الجهد 12 فولت/230 فولت 50 هرتز
دائرة نموذجية لمحول DC/DC مع عزل كلفاني على TOPSwitch
محول جهد 5/5 فولت مع عزل كلفاني
2.7. محولات الجهد لتشغيل تفريغ الغاز و LED
مصادر الضوء
مصدر طاقة منخفض الجهد إلى LDS مع سطوع قابل للتعديل
محول الجهد لتشغيل مصباح الفلورسنت
محول لإمدادات الطاقة من LDS إلى TVS-110LA
محول طاقة المصباح الموفر للطاقة
برامج تشغيل لتشغيل مصادر ضوء LED
لتشغيل مصادر ضوء LED من كلفاني
بطاريات AA أو قابلة للشحن
محولات الجهد على الدوائر الدقيقة
لتشغيل مصادر ضوء LED من أنابيب التيار المتردد
2.8. المخفتات
المخفتات للتحكم في شدة المصابيح المتوهجة
المخفتات للتحكم في شدة الإشعاع
مصادر ضوء LED
2.9. البطاريات و شواحن
خصائص البطارية المقارنة
شواحن عالمية
لشحن بطاريات NiCd/NiMH
وحدة التحكم بالشحن Li-Pol بطاريةعلى شريحة
شاحن لبطارية ليثيوم بول
جهاز لشحن بطاريات LiFePO4 وLi-Ion
أجهزة شحن بالطاقة الشمسية أوتوماتيكية
شواحن لاسلكية
2.10. منظمات ومثبتات سرعة عمود المحرك الكهربائي
خصائص المحركات الكهربائية
محركات التيار المستمر
أجهزة التحكم في سرعة محرك التيار المستمر
على الدوائر المتكاملة
جهاز التحكم التلقائي في سرعة التبريد للكمبيوتر
مفتاح المروحة يعتمد على درجة الحرارة
مثبت سرعة عمود المحرك الكهربائي
ضبط وتثبيت سرعة دوران محرك التيار المستمر
تحكم في السرعة لمحرك DC
وحدات التحكم في سرعة PWM لمحركات التيار المستمر
منظم سرعة المحرك الكهربائي مع الرجوع للخلف
محركات التيار المتردد
توصيل محرك كهربائي غير متزامن ثلاثي الطور
إلى شبكة أحادية الطور
الجهد ثلاثي الطور من المحرك الكهربائي
محول جهد أحادي الطور إلى ثلاثي الطور
صانعات الجهد ثلاثية الطور على أساس
التناظرية الإلكترونية لمحول سكوت
مولد جهد ثلاثي الطور واسع النطاق
محولات التردد لتشغيل ثلاث مراحل غير متزامنة
المحركات الكهربائية
باستخدام تعديل عرض النبض
لتنظيم سرعة المحرك الكهربائي
وحدة تحكم في سرعة محرك السائر
جهاز حماية المحرك الزائد
2.11. مصححات معامل القدرة
مثلث القدرات
طرق تصحيح معامل القدرة
تصحيح معامل القدرة السلبي
تصحيح عامل القدرة النشط
2.12. مثبتات الجهد الكهربائي
الخصائص الرئيسية للمثبتات
مثبتات الرنين الحديدي
المثبتات الكهروميكانيكية
المثبتات الإلكترونية
مثبتات العاكس
إمدادات الطاقة غير المنقطعة أو الاحتياطية
2.13. إصلاح وتعديل وحدات إلكترونيات الطاقة
2.14. أسئلة ومهام لاختبار المعرفة الذاتية
للانتقال إلى الخطوة التالية

الفصل الثالث. الحلول التقنية المهنية لقضايا إلكترونيات الطاقة
3.1. الأسس المنهجية للإبداع الهندسي والتقني في الحل
المشاكل العملية للإلكترونيات الراديوية
3.2. طرق حل المشكلات الإبداعية
حل المشكلات الإبداعية من المستوى الأول من التعقيد
طريقة عدسة الزمن أو التكبير
حل المشكلات الإبداعية من المستوى الثاني من التعقيد
العصف الذهني (العصف الذهني، العصف الذهني)
حل المشكلات الإبداعية من المستوى الثالث من التعقيد
التحليل الوظيفي والتكلفة
مشاكل إلكترونيات الطاقة
لتنمية الخيال الإبداعي
3.3. براءات الاختراع والأفكار الجديدة في مجال إلكترونيات القوى
براءات اختراع جديدة في مجال إلكترونيات القوى
تعويض مثبت الجهد DC
مثبت جهد التيار المستمر
محول التيار المتردد إلى التيار المستمر باك
محول الجهد أحادي القطب إلى ثنائي القطب
محول جهد كهربي صغير من أحادي القطب إلى ثنائي القطب
العناصر المقاومة للحواجز – الباريستور وتطبيقاتها
التدفئة التعريفي
محول تيار لتسخين سائل التبريد
3.4. إلكترونيات الطاقة للظواهر غير العادية
التجارب المتناقضة وتفسيرها
تقنية التصوير الفوتوغرافي كيرليان
تركيب لدراسة عمليات تفريغ الغاز
دائرة أجهزة التصوير الفوتوغرافي كيرليان
مولد للحصول على صور كيرليان
أجهزة للعلاج بالموجات فوق الصوتية
مجمعات الغبار المشعة الإلكترونية - مكنسة كهربائية إلكترونية
محرك ايون
إيونوليت
الأيونوفون أو قوس الغناء
كرة بلازما
مسرع خطي بسيط - بندقية غاوس
مدفع كهرومغناطيسي
3.5. ميزات استخدام العناصر السلبية في إلكترونيات الطاقة
صفوف من قيم المقاومات والمكثفات
المقاومات لإلكترونيات الطاقة
المكثفات لإلكترونيات الطاقة
خصائص التردد لأنواع مختلفة من المكثفات
مكثفات الألومنيوم كهربائيا
المكثفات التنتالوم كهربائيا
المحاثات لإلكترونيات الطاقة
المعلمات الأساسية للمحاثات
خصائص التردد للمحاثات
3.6. ميزات استخدام أجهزة أشباه الموصلات في إلكترونيات الطاقة
خصائص تقاطع p-p
الترانزستورات ثنائية القطب
ترانزستورات MOSFET وIGBT
3.7.Snubbers
3.8. تبريد عناصر إلكترونيات الطاقة
الخصائص المقارنة لأنظمة التبريد
تبريد الهواء
التبريد السائل
المبردات الحرارية باستخدام تأثير بلتيير
وحدات التبريد النشطة الكهرضغطية
3.9. أسئلة ومهام لاختبار المعرفة الذاتية

الملحق 1. طرق لف المحولات الحلقية
الملحق 2. احتياطات السلامة أثناء التصنيع والتشغيل
وتشغيل أجهزة إلكترونيات الطاقة
قائمة الأدبيات وموارد الإنترنت

تنزيل أساسيات إلكترونيات الطاقة (2017) Shustov M.A.

دكتور مراجع في العلوم التقنية F. I. Kovalev

تم توضيح مبادئ تحويل الطاقة الكهربائية: التصحيح، والانعكاس، وتحويل التردد، وما إلى ذلك. وتم وصف الدوائر الأساسية لأجهزة التحويل وطرق التحكم فيها وتنظيم المعلمات الرئيسية، كما يتم عرض مجالات الاستخدام الرشيد لأنواع مختلفة من المحولات. تؤخذ في الاعتبار ميزات التصميم والتشغيل.

للمهندسين والفنيين في التطوير والتشغيل الأنظمة الكهربائية، التي تحتوي على أجهزة المحولات، وكذلك تلك المشاركة في اختبار وصيانة معدات المحولات.

روزانوف ك. أساسيات إلكترونيات الطاقة. - موسكو، دار نشر إنرغواتوميزدات، 1992. - 296 ص.

مقدمة
مقدمة

الفصل الأول. العناصر الأساسية لإلكترونيات الطاقة
1.1. أشباه موصلات الطاقة
1.1.1. الثنائيات الطاقة
1.1.2. ترانزستورات الطاقة
1.1.3. الثايرستور
1.1.4. تطبيقات أجهزة أشباه موصلات الطاقة
1.2. المحولات والمفاعلات
1.3. المكثفات

الفصل الثاني. مقومات
2.1. معلومات عامة
2.2. دوائر التصحيح الأساسية
2.2.1. دائرة موجة كاملة أحادية الطور مع نقطة منتصف
2.2.2. دائرة الجسر أحادية الطور
2.2.3. دائرة ثلاثية الطور مع نقطة المنتصف
2.2.4. دائرة جسر ثلاثية الطور
2.2.5. دوائر متعددة الجسور
2.2.6. التركيب التوافقي للجهد المصحح والتيارات الأولية في دوائر التصحيح
2.3. تبديل وطرق تشغيل المقومات
2.3.1. تبديل التيارات في دوائر التصحيح
2.3.2. الخصائص الخارجية للمقومات
2.4. خصائص الطاقة للمقومات وطرق تحسينها
2.4.1. معامل القدرة وكفاءة المقومات
2.4.2. تحسين معامل القدرة للمقومات الخاضعة للرقابة
2.5. ميزات تشغيل مقومات الحمل السعوي وEMF الخلفي
2.6. مرشحات مكافحة التعرج
2.7. تشغيل المقوم من مصدر طاقة مماثل

الفصل الثالث. العاكسون ومحولات التردد
3.1. العاكسون يحركها الشبكة
3.1.1. عاكس ذو نقطة متوسطة أحادية الطور
3.1.2. عاكس الجسر ثلاثي الطور
3.1.3. توازن الطاقة في العاكس يحركها الشبكة
3.1.4. الخصائص الرئيسية وطرق التشغيل للعاكسات التي تعمل بالشبكة
3.2. العاكسون المستقلون
3.2.1. العاكسون الحالية
3.2.2. محولات الجهد
3.2.3. محولات الجهد على أساس الثايرستور
3.2.4. العاكسون الرنانة
3.3. محولات التردد
3.3.1. محولات التردد مع وصلة DC المتوسطة
3.3.2. محولات التردد المقترنة المباشرة
3.4. تنظيم جهد الخرج للعاكسات المستقلة
3.4.1. المبادئ العامة للتنظيم
3.4.2. أجهزة التحكم لمحولات التيار
3.4.3. تنظيم جهد الخرج عبر تعديل عرض النبضة (PWM)
3.4.4. إضافة هندسية للضغوط
3.5. طرق تحسين الشكل الموجي لجهد الخرج للعاكسات ومحولات التردد
3.5.1. تأثير الجهد غير الجيبي على مستهلكي الكهرباء
3.5.2. مرشحات الإخراج العاكس
3.5.3. تخفيض التوافقيات العالية في جهد الخرج دون استخدام المرشحات

الفصل الرابع. المنظمون - المثبتات والموصلات الثابتة
4.1. منظمات الجهد المتردد
4.2. منظمات التيار المستمر - المثبتات
4.2.1. المثبتات البارامترية
4.2.2. مثبتات مستمرة
4.2.3. تبديل المنظمين
4.2.4. تطوير الهياكل التنظيمية للتبديل
4.2.5. منظمات التيار المستمر ذات المكثف الثايرستور مع نقل الطاقة بجرعات إلى الحمل
4.2.6. منظمات المحولات مجتمعة
4.3. المقاولين ثابتة
4.3.1. موصلات التيار المتردد الثايرستور
4.3.2. موصلات الثايرستور DC

الفصل الخامس. أنظمة التحكم في المحولات
5.1. معلومات عامة
5.2. المخططات الكتلية لأنظمة التحكم لأجهزة المحولات
5.2.1. أنظمة التحكم للمقومات والعاكسات التابعة
5.2.2. أنظمة التحكم في محول التردد المزدوج المباشر
5.2.3. أنظمة التحكم للعاكسات المستقلة
5.2.4. أنظمة التحكم للمنظمين والمثبتات
5.3. أنظمة المعالجات الدقيقة في تكنولوجيا المحولات
5.3.1. هياكل المعالجات الدقيقة المعممة النموذجية
5.3.2. أمثلة على استخدام أنظمة التحكم في المعالجات الدقيقة

الفصل السادس. تطبيقات الأجهزة الإلكترونية السلطة
6.1. مجالات التطبيق العقلاني
6.2. المتطلبات الفنية العامة
6.3. الحماية في أوضاع الطوارئ
6.4. المراقبة التشغيلية وتشخيص الحالة الفنية
6.5. ضمان التشغيل المتوازي للمحولات
6.6. التداخل الكهرومغناطيسي
مراجع

مراجع
1. غوست 20859.1-89 (ST SEV 1135-88). أجهزة طاقة أشباه الموصلات من سلسلة موحدة واحدة. الشروط الفنية العامة.

2. Chebovsky O. G.، Moiseev L. G.، Nedoshivin R. P. أجهزة أشباه الموصلات الطاقة: كتيب. -الطبعة الثانية، المنقحة. وإضافية م.: الطاقة، 1985.

3 Iravis V. أشباه موصلات الطاقة المنفصلة //EDN. 1984. المجلد. 29، ن 18. ص 106-127.

4. ناكاجاوا أ. 1800 فولت ثنائي القطب MOSFET (IGBT) /A. ناكاجاوا، ك. إمامور، ك. فوروكاوا // مراجعة توشيبا. 1987. ن 161. ص 34-37.

5 تشن د. أشباه الموصلات: سريعة وقوية وصغيرة الحجم // IEEE Spectrum. 1987. المجلد. 24، ن9. ص30-35.

6. وحدات أشباه الموصلات الكهربائية في الخارج / V. B. Zilbershtein، S. V. Mashin، V. A. Potapchuk، إلخ. // الصناعة الكهربائية. سر. 05. تكنولوجيا تحويل الطاقة. 1988. المجلد. 18. ص1-44.

7. Rischmiiller K. Smatries Intelligente Ihstungshalbeitereine neue Halblieter-Generation // Electronikpraxis. 1987. ن6. ص 118-122.

8. Rusin Yu. S.، Gorsky A. N.، Rozanov Yu. دراسة اعتماد أحجام العناصر الكهرومغناطيسية على التردد // الصناعة الكهربائية. تكنولوجيا التحويل. 1983. رقم 10. ص 3-6.

9. المكثفات الكهربائية وتركيبات المكثفات: كتيب / V. P. Berzan، B. Yu. Gelikman، M. N. Guraevsky et al. جي إس كوتشينسكي. م.: الطاقة، 1987.

10. مقومات أشباه الموصلات / إد. إف آي كوفاليف وج.ب.موستكوفا. م: الطاقة، 1978.

11. تكوين الدائرة لمحول GTO لتخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل / Toshifumi JSE، James J. Skiles، Kohert L.، K. V. Stom، J. Wang // IEEE المؤتمر التاسع عشر لأخصائيي إلكترونيات الطاقة (PESC"88)، كيوتو، اليابان، 11 - 14 إبريل 1988. ص108-115.

12. روزانوف ك. أساسيات تكنولوجيا محولات الطاقة. م: الطاقة، 1979.

13. Chizhenko I. M.، Rudenko V. S.، Seyko V. I. أساسيات تكنولوجيا المحولات. م.: تخرج من المدرسه, 1974.

14. Ivanov V. A. ديناميكيات العاكسون المستقلون مع التبديل المباشر. م: الطاقة، 1979.

15. Kovalev F.I.، Mostafa G.M.، Baregemyan G.V التحكم عن طريق التنبؤ المحسوب لمحول النبض بجهد الخرج الجيبي // الصناعة الكهربائية. تكنولوجيا التحويل. 1981. رقم 6(34).ص. 10-14.

16. Middelbrook R. D. العزلة وتمديدات الإخراج المتعددة للطوبولوجيا المثلى الجديدة لتحويل DC - TV - DC // مؤتمر IEEE لأخصائيي إلكترونيات الطاقة (PESC"78) ، 1978. ص 256-264.

17. Bulatov O. G.، Tsarenko A. I. محولات مكثف الثايرستور. م. إنرجويزدات، 1982.

18. روزينوف ك. محولات أشباه الموصلات ذات وصلة عالية التردد. م.: الطاقة، 1987.

19. كالابيكوف أ. أ. المعالجات الدقيقة وتطبيقاتها في أنظمة نقل ومعالجة الإشارات. م: الإذاعة والاتصال، 1988.

20. آلات التحكم Stroganov R.P وتطبيقاتها. م: الثانوية العامة 1986.

21. Obukhov S.T.، Ramizevich T.V. تطبيق الحواسيب الصغيرة للتحكم في محولات الصمامات // الصناعة الكهربائية. تكنولوجيا التحويل. 1983. المجلد. 3(151). ص 9

22. التحكم في محولات الصمامات على أساس المعالجات الدقيقة / Yu. M. Bykov، I. T. Par، L. Ya. Raskin، L. P. Detkin // صناعة الهندسة الكهربائية. تكنولوجيا التحويل. 1985. المجلد. 10. ص117.

23. Matsui N.، Takeshk T.، Vura M. One-Chip Micro - جهاز تحكم قائم على الكمبيوتر لـ MC Hurray Juneter // معاملات IEEE على الإلكترونيات الصناعية، 1984. المجلد. JE-31، ن 3. ص 249-254.

24. Bulatov O. G., Ivanov V. S., Panfilov D. I. شواحن أشباه الموصلات لأجهزة تخزين الطاقة السعوية. م: الإذاعة والاتصال، 1986.

مقدمة

تعد إلكترونيات الطاقة مجالًا واعدًا ومتطورًا باستمرار في الهندسة الكهربائية. إن التقدم في إلكترونيات الطاقة الحديثة له تأثير كبير على وتيرة التقدم التكنولوجي في جميع المجتمعات الصناعية المتقدمة. وفي هذا الصدد، هناك حاجة لمجموعة واسعة من العاملين العلميين والتقنيين للحصول على فهم أوضح لأساسيات إلكترونيات الطاقة الحديثة.

إلكترونيات الطاقة حاليا متطورة إلى حد ما الأسس النظريةومع ذلك، فإن المؤلف لم يحدد لنفسه مهمة تقديمها جزئيا، حيث يتم تخصيص العديد من الدراسات والكتب المدرسية لهذه القضايا. إن محتويات هذا الكتاب ومنهجية عرضه مخصصة في المقام الأول للعاملين في مجال الهندسة والفنيين الذين ليسوا متخصصين في مجال إلكترونيات الطاقة، ولكنهم مرتبطون باستخدام وتشغيل الأجهزة والأجهزة الإلكترونية والذين يرغبون في الحصول على فهم المبادئ الأساسية لتشغيل الأجهزة الإلكترونية ودوائرها و أحكام عامةللتطوير والتشغيل. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام معظم أقسام الكتاب من قبل الطلاب من مختلف التخصصات التقنية المؤسسات التعليميةعند دراسة التخصصات التي يتضمن مناهجها قضايا إلكترونيات الطاقة.

تاريخ النشر: 10/12/2017

هل تعرف أساسيات إلكترونيات الطاقة؟

يمكننا تتبع التقدم الهائل في هذا الشأن إلى تطوير الثايرستور أو مقومات السيليكون التجارية (SCRs) من قبل شركة جنرال إلكتريك.

مفهوم إلكترونيات الطاقة

إلكترونيات الطاقة- أحد المواضيع الحديثة في الهندسة الكهربائية والتي فيها مؤخراحققت نجاحًا كبيرًا وأثرت على حياة الناس في جميع المجالات تقريبًا. نحن أنفسنا نستخدم العديد من تطبيقات الطاقة الإلكترونية في حياتنا اليومية دون أن ندرك ذلك. الآن يطرح السؤال: "ما هي إلكترونيات الطاقة؟"

يمكننا تعريف إلكترونيات الطاقة كموضوع عبارة عن مزيج من الطاقة والإلكترونيات التناظرية وأجهزة أشباه الموصلات وأنظمة التحكم. نحن نبني أساسيات كل كيان ونطبقها في شكل مشترك لإنتاج شكل منظم من الطاقة الكهربائية. الطاقة الكهربائية نفسها لا تكون صالحة للاستعمال إلا بعد أن تتحول إلى شكل ملموس من الطاقة مثل الحركة والضوء والصوت والحرارة وغيرها. ولتنظيم هذه الأشكال من الطاقة، بطريقة فعالةهو تنظيم الطاقة الكهربائية نفسها، وهذه الأشكال هي محتوى موضوع إلكترونيات الطاقة.

يمكننا تتبع التقدم الهائل في هذا الشأن إلى تطوير الثايرستور أو مقومات السيليكون التجارية (SCRs) من قبل شركة جنرال إلكتريك. في عام 1958. في السابق، كان التحكم في الطاقة الكهربائية يتم بشكل رئيسي باستخدام الثيراترونات ومقومات القوس الزئبقي، التي تعمل على مبدأ الظواهر الفيزيائية في الغازات والأبخرة. بعد SCR، ظهرت العديد من الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة، مثل GTO، IGBT، SIT، MCT، TRIAC، DIAC، IEGT، IGCT وما إلى ذلك. يتم تصنيف هذه الأجهزة بعدة مئات من الفولت والأمبير، على عكس أجهزة مستوى الإشارة التي تعمل ببضعة فولت وأمبير.

لتحقيق الغرض من إلكترونيات الطاقة، لا تعمل الأجهزة إلا كمفتاح. تعمل جميع الأجهزة الإلكترونية الكهربائية كمفتاح ولها وضعان، أي التشغيل والإيقاف. على سبيل المثال، يحتوي BJT (الترانزستور ثنائي القطب) على ثلاث مناطق تشغيل في خصائص الإخراج معطلة ونشطة ومشبعة. في الإلكترونيات التناظرية، حيث يجب أن يعمل BJT كمضخم، تم تصميم الدائرة لتحيزها في منطقة التشغيل النشطة. ومع ذلك، في إلكترونيات الطاقة، سيعمل BJT في منطقة القطع عند إيقاف تشغيله وفي منطقة التشبع عند تشغيله. الآن عندما تعمل الأجهزة كمحول، يجب أن تتبع الخاصية الأساسية للمفتاح، أي أنه عند تشغيل المفتاح، يكون انخفاض الجهد عبره صفرًا ويتم الإرسال من خلاله التيار الكامل، وعندما يكون في حالة إيقاف التشغيل، يكون هناك انخفاض إجمالي في الجهد عبره ولا يتدفق التيار من خلاله.

الآن، بما أن قيمة V أو I في كلا الوضعين هي صفر، فإن قدرة المفتاح تكون أيضًا صفرًا دائمًا. يمكن رؤية هذه الخاصية بسهولة في المفتاح الميكانيكي ويجب ملاحظة نفس الشيء في المفتاح الإلكتروني للطاقة. ومع ذلك، يوجد دائمًا تسرب للتيار عبر الأجهزة عندما تكون في حالة إيقاف التشغيل، أي. التسرب ≠ 0 ويوجد دائمًا انخفاض في الجهد في حالة التشغيل، أي Von ≠ 0. ومع ذلك، فإن حجم Von أو Ileakage أقل جدًا وبالتالي فإن الطاقة عبر الجهاز تكون أيضًا صغيرة جدًا، في حدود بضعة ميلي فولت . يتم تبديد هذه الطاقة في الجهاز وبالتالي يعد إخلاء الحرارة المناسب من الجهاز جانبًا مهمًا. بصرف النظر عن خسائر الحالة وحالة OFF هذه، هناك أيضًا خسائر تبديل في أجهزة الطاقة الإلكترونية. يحدث هذا بشكل أساسي عندما يتم تبديل المفتاح من وضع إلى آخر ويتغير V وI من خلال الجهاز. في إلكترونيات الطاقة، كلا الخسارتين المعلمات الهامةأي جهاز وهي ضرورية لتحديد الجهد الاسمي والقيم الحالية.

الأجهزة الإلكترونية التي تعمل بالطاقة فقط ليست مفيدة جدًا تطبيقات عمليةوبالتالي تتطلب تصميمًا مع الدائرة بالإضافة إلى المكونات الداعمة الأخرى. تشبه هذه المكونات الداعمة جزء اتخاذ القرار الذي يتحكم في مفاتيح الطاقة الإلكترونية لتحقيق النتيجة المرجوة. وهذا يشمل دائرة الإطلاق ودائرة التغذية المرتدة. يوضح الرسم البياني أدناه نظامًا إلكترونيًا بسيطًا للطاقة.

تستقبل وحدة التحكم إشارات الخرج من المستشعرات وتقارنها مع المراجع وبالتالي تقوم بإدخال إشارة الدخل في دائرة الإطلاق. دائرة الإطلاق هي في الأساس دائرة توليد نبض تنتج خرج نبض بطريقة تتحكم في مفاتيح الطاقة الإلكترونية في كتلة الدائرة الرئيسية. والنتيجة النهائية هي أن الحمل يتلقى الطاقة الكهربائية المطلوبة وبالتالي يحقق النتيجة المرجوة. من الأمثلة النموذجية للنظام المذكور أعلاه التحكم في سرعة المحركات.

هناك خمسة أنواع رئيسية من دوائر الطاقة الإلكترونية، ولكل منها غرض مختلف:

1. المقومات - تحول التيار المتردد الثابت إلى تيار متردد مستمر
2. المروحيات - تتحول إلى دائمة العاصمة.إلى التيار المتردد العاصمة
3. العاكسون - تحويل التيار المباشر إلى تيار متردد بسعة متغيرة وتردد متغير
4. وحدات التحكم بجهد التيار المتردد - تقوم بتحويل تيار التيار المتردد الثابت إلى تيار تيار متردد بنفس تردد الإدخال
5. المحولات الدائرية - تحول التيار المتردد الثابت إلى تيار متردد متغير التردد

هناك فكرة خاطئة شائعة فيما يتعلق بمصطلح المحول. المحول هو في الأساس أي دائرة تقوم بتحويل الكهرباء من شكل إلى آخر. ولذلك، فإن جميع الأنواع الخمسة المذكورة هي أنواع من المحولات.