Spēka elektronika ir zinātnes un tehnikas nozare, kas risina jaudas elektronisko ierīču radīšanas problēmu, kā arī problēmas ar ievērojamas elektroenerģijas ieguvi, jaudīgu elektrisko procesu vadīšanu un elektroenerģijas pārvēršanu pietiekami lielā cita veida enerģijā, izmantojot šīs ierīces kā galveno. rīks.

Pusvadītāju jaudas elektronikas ierīces ir aplūkotas turpmāk. Šīs ierīces ir visplašāk izmantotās.

Iepriekš apspriestās saules baterijas jau ilgu laiku ir izmantotas elektroenerģijas ražošanai. Šobrīd šīs enerģijas īpatsvars kopējā elektroenerģijas apjomā ir neliels. Tomēr daudzi zinātnieki, tostarp Nobela prēmijas laureāts akadēmiķis Ž.I. Alferovs, uzskatiet saules baterijas par ļoti daudzsološiem elektriskās enerģijas avotiem, kas neizjauc enerģijas līdzsvaru uz Zemes.

Lieljaudas elektrisko procesu kontrole ir tieši tā problēma, kurā jaudas pusvadītāju ierīces jau tiek plaši izmantotas, un to izmantošanas intensitāte strauji pieaug. Tas izskaidrojams ar jaudas pusvadītāju ierīču priekšrocībām, no kurām galvenās ir liels ātrums, zems kritums atvērtā stāvoklī un zems kritums slēgtā stāvoklī (kas nodrošina mazus jaudas zudumus), augsta uzticamība, ievērojama strāvas un sprieguma slodzes jauda, mazs izmērs un svars, ērta lietošana, organiska vienotība ar informācijas elektronikas pusvadītāju ierīcēm, kas atvieglo stipras strāvas un vājstrāvas elementu apvienošanu.

Daudzās valstīs ir uzsākts intensīvs pētnieciskais darbs pie spēka elektronikas un, pateicoties tam, jaudas pusvadītāju ierīcēm, kā arī elektroniskās ierīces pamatojoties uz tiem, tie tiek pastāvīgi uzlaboti. Tas nodrošina strauju spēka elektronikas lietojumu paplašināšanos, kas savukārt stimulē pētniecību. Šeit mēs varam runāt par pozitīvām atsauksmēm visas cilvēka darbības jomas mērogā. Rezultāts ir strauja spēka elektronikas iespiešanās visdažādākajās tehnikas jomās.

Īpaši strauja spēka elektronikas ierīču izplatība sākās pēc jaudas radīšanas lauka efekta tranzistori un IGBT.

Pirms tam bija diezgan ilgs periods, kad galvenā jaudas pusvadītāju ierīce bija neaizslēgts tiristors, kas tika izveidots pagājušā gadsimta 50. gados. Nefiksējošiem tiristoriem ir bijusi ievērojama loma jaudas elektronikas attīstībā, un tos plaši izmanto mūsdienās. Bet nespēja izslēgt, izmantojot vadības impulsus, bieži apgrūtina to lietošanu. Jau vairākus gadu desmitus barošanas ierīču izstrādātājiem ir nācies samierināties ar šo trūkumu, dažos gadījumos tiristoru izslēgšanai izmantojot diezgan sarežģītas strāvas ķēdes sastāvdaļas.

Tiristoru plašā izmantošana izraisīja tolaik radušos termina “tiristoru tehnoloģija” popularitāti, kas tika lietots tādā pašā nozīmē kā termins “enerģijas elektronika”.

Šajā periodā izstrādātie jaudas bipolārie tranzistori atrada savu pielietojuma jomu, taču radikāli nemainīja situāciju spēka elektronikā.

Tikai līdz ar jaudas lauka efekta tranzistoru un 10 vatu parādīšanos inženieru rokās nonāca pilnībā vadāmi elektroniskie slēdži, kas savās īpašībās tuvojās ideālajiem. Tas ievērojami atviegloja dažādu ar jaudīgu elektrisko procesu vadību saistītu problēmu risināšanu. Pieejamība pietiekami attīstīta elektroniskās atslēgasļauj ne tikai uzreiz pieslēgt slodzi līdzstrāvas vai maiņstrāvas avotam un to atvienot, bet arī ģenerēt ļoti lielus strāvas signālus vai gandrīz jebkuru tai nepieciešamo formu.

Visizplatītākās tipiskās jaudas elektronikas ierīces ir:

bezkontakta komutācijas ierīces maiņstrāva un līdzstrāva (slēdži), kas paredzēti, lai ieslēgtu vai izslēgtu slodzi maiņstrāvas vai līdzstrāvas ķēdē un dažkārt regulētu slodzes jaudu;

taisngrieži, pārveidojot mainīgo vienā polaritātē (vienvirziena);

invertori, pārvēršot konstanti par mainīgo;

frekvences pārveidotāji, pārvēršot vienas frekvences mainīgo par citas frekvences mainīgo;

Līdzstrāvas pārveidotāji(pārveidotāji), kas pārvērš viena daudzuma konstanti cita daudzuma konstantē;

fāzes numuru pārveidotāji, pārvēršot mainīgo mainīgo ar vienu fāžu skaitu par mainīgu ar atšķirīgu fāžu skaitu (parasti vienfāzu pārvērš par trīsfāzu vai trīsfāzu par vienfāzi);

kompensatori(jaudas koeficienta korektori), kas paredzēti, lai kompensētu reaktīvo jaudu maiņstrāvas apgādes tīklā un kompensētu strāvas un sprieguma viļņu formas traucējumus.

Būtībā jaudas elektronikas ierīces veic lieljaudas elektrisko signālu pārveidošanu. Tāpēc jaudas elektroniku sauc arī par pārveidotāju tehnoloģiju.

Jaudas elektronikas ierīces, gan standarta, gan specializētas, tiek izmantotas visās tehnoloģiju jomās un gandrīz jebkurā diezgan sarežģītā zinātniskā iekārtā.

Kā ilustrāciju mēs norādām dažus objektus, kuros spēka elektronikas ierīces veic svarīgas funkcijas:

Elektriskā piedziņa (ātruma un griezes momenta kontrole utt.);

Elektrolīzes iekārtas (krāsainā metalurģija, ķīmiskā rūpniecība);

Elektriskās iekārtas elektroenerģijas pārvadīšanai lielos attālumos, izmantojot līdzstrāvu;

Elektrometalurģijas iekārtas (metāla elektromagnētiskā sajaukšana utt.);

Elektrotermiskās iekārtas (indukcijas apkure utt.);

Elektriskās iekārtas akumulatoru uzlādēšanai;

Datori;

Automašīnu un traktoru elektroiekārtas;

Lidaparātu un kosmosa kuģu elektriskās iekārtas;

Radiosakaru ierīces;

Televīzijas apraides aprīkojums;

Ierīces elektriskajam apgaismojumam (jauda dienasgaismas spuldzes utt.);

Medicīniskās elektriskās iekārtas (ultraskaņas terapija un ķirurģija u.c.);

Elektroinstrumenti;

Sadzīves elektronikas ierīces.

Spēka elektronikas attīstība maina arī pašas pieejas tehnisko problēmu risināšanai. Piemēram, jaudas lauka efekta tranzistoru un IGBT izveide ievērojami veicina induktīvo motoru pielietojuma jomas paplašināšanu, kas vairākās jomās aizstāj kolektoru motorus.

Būtisks faktors, kas labvēlīgi ietekmē spēka elektronikas ierīču izplatību, ir informācijas elektronikas un jo īpaši mikroprocesoru tehnoloģiju panākumi. Lai kontrolētu jaudīgus elektriskos procesus, tiek izmantoti arvien sarežģītāki algoritmi, kurus var racionāli realizēt, tikai izmantojot pietiekami progresīvas informācijas elektronikas ierīces.

Efektīva koplietošana spēka un informācijas elektronikas sasniegumi sniedz patiesi izcilus rezultātus.

Esošajām ierīcēm elektriskās enerģijas pārveidošanai cita veida enerģijā, tieši izmantojot pusvadītāju ierīces, vēl nav lielas izejas jaudas. Tomēr arī šeit tika gūti iepriecinoši rezultāti.

Pusvadītāju lāzeri pārvērš elektrisko enerģiju koherentā starojuma enerģijā ultravioletajā, redzamajā un infrasarkanajā diapazonā. Šie lāzeri tika piedāvāti 1959. gadā un pirmo reizi tika ieviesti, izmantojot gallija arsenīdu (GaAs) 1962. gadā. Pusvadītāju lāzerus raksturo augsta efektivitāte (virs 10%) un ilgs kalpošanas laiks. Tos izmanto, piemēram, infrasarkanajos prožektoros.

Īpaši spilgtas baltas gaismas diodes, kas parādījās pagājušā gadsimta 90. gados, dažos gadījumos jau tiek izmantotas apgaismojumam kvēlspuldžu vietā. Gaismas diodes ir ievērojami ekonomiskākas un tām ir ievērojami ilgāks kalpošanas laiks. Tiek pieņemts, ka darbības joma LED lampas strauji paplašināsies.

Saturs:

• Priekšvārds
• Ievads
• Pirmā nodaļa. Spēka elektronikas pamatelementi
  • 1.1. Jaudas pusvadītāji
    • 1.1.1. Strāvas diodes
    • 1.1.2. Jaudas tranzistori
    • 1.1.3. Tiristori
    • 1.1.4. Jaudas pusvadītāju ierīču pielietojumi
  • 1.2. Transformatori un reaktori
  • 1.3. Kondensatori
• Otrā nodaļa. Taisngrieži
  • 2.1. Vispārīga informācija
  • 2.2. Pamata taisnošanas shēmas
    • 2.2.1. Vienfāzes pilna viļņa ķēde ar viduspunktu
    • 2.2.2. Vienfāzes tilta ķēde
    • 2.2.3. Trīsfāzu ķēde ar viduspunktu
    • 2.2.4. Trīsfāzu tilta ķēde
    • 2.2.5. Vairāku tiltu ķēdes
    • 2.2.6. Rektificētā sprieguma un primāro strāvu harmoniskais sastāvs taisngriešanas ķēdēs
  • 2.3. Taisngriežu pārslēgšanas un darbības režīmi
    • 2.3.1. Pārslēgšanas strāvas taisngriešanas ķēdēs
    • 2.3.2. Ārējās īpašības taisngrieži
  • 2.4. Taisngriežu enerģētiskās īpašības un to uzlabošanas veidi
    • 2.4.1. Taisngriežu jaudas koeficients un efektivitāte
    • 2.4.2. Kontrolējamo taisngriežu jaudas koeficienta uzlabošana
  • 2.5. Kapacitatīvās slodzes un aizmugures EMF taisngriežu darbības iezīmes
  • 2.6. Anti-aliasing filtri
  • 2.7. Taisngrieža darbība no salīdzināmas jaudas avota
• Trešā nodaļa. Invertori un frekvences pārveidotāji
  • 3.1. Ar tīklu darbināmi invertori
    • 3.1.1. Vienfāzes viduspunkta pārveidotājs
    • 3.1.2. Trīsfāzu tilta invertors
    • 3.1.3. Jaudas līdzsvars ar tīklu darbināmā invertorā
    • 3.1.4. Ar tīklu darbināmu invertoru galvenie raksturlielumi un darbības režīmi
  • 3.2. Autonomie invertori
    • 3.2.1. Strāvas invertori
    • 3.2.2. Sprieguma invertori
    • 3.2.3. Sprieguma invertori, kuru pamatā ir tiristori
    • 3.2.4. Rezonanses invertori
  • 3.3. Frekvences pārveidotāji
    • 3.3.1. Frekvences pārveidotāji ar starpposma līdzstrāvas saiti
    • 3.3.2. Tieši savienoti frekvenču pārveidotāji
  • 3.4. Autonomo invertoru izejas sprieguma regulēšana
    • 3.4.1. Regulēšanas vispārīgie principi
    • 3.4.2. Strāvas invertoru vadības ierīces
    • 3.4.3. Izejas sprieguma regulēšana, izmantojot radiofrekvences modulāciju (PWM)
    • 3.4.4. Spriegumu ģeometriskā pievienošana
  • 3.5. Invertoru un frekvences pārveidotāju izejas sprieguma viļņu formas uzlabošanas metodes
    • 3.5.1. Nesinusoidālā sprieguma ietekme uz elektroenerģijas patērētājiem
    • 3.5.2. Invertora izejas filtri
    • 3.5.3. Augstāku harmoniku samazināšana izejas spriegumā, neizmantojot filtrus
• Ceturtā nodaļa. Regulatori-stabilizatori un statiskie kontaktori
  • 4.1. Maiņstrāvas sprieguma regulatori
  • 4.2. Līdzstrāvas regulatori-stabilizatori
    • 4.2.1. Parametriskie stabilizatori
    • 4.2.2. Nepārtraukti stabilizatori
    • 4.2.3. Komutācijas regulatori
    • 4.2.4. Komutācijas regulatoru struktūru izstrāde
    • 4.2.5. Tiristoru-kondensatoru līdzstrāvas regulatori ar dozētu enerģijas pārnesi uz slodzi
    • 4.2.6. Kombinētie pārveidotāji-regulatori
  • 4.3. Statiskie kontaktori
    • 4.3.1. Tiristoru maiņstrāvas kontaktori
    • 4.3.2. Tiristoru līdzstrāvas kontaktori
• Piektā nodaļa. Pārveidotāju vadības sistēmas
  • 5.1. Vispārīga informācija
  • 5.2. Pārveidotāju ierīču vadības sistēmu blokshēmas
    • 5.2.1. Vadības sistēmas taisngriežiem un atkarīgiem invertoriem
    • 5.2.2. Tiešā savienojuma frekvences pārveidotāja vadības sistēmas
    • 5.2.3. Autonomo invertoru vadības sistēmas
    • 5.2.4. Kontroles sistēmas regulatoriem-stabilizatoriem
  • 5.3. Mikroprocesoru sistēmas pārveidotāju tehnoloģijā
    • 5.3.1. Tipiskas vispārinātas mikroprocesoru struktūras
    • 5.3.2. Mikroprocesoru vadības sistēmu izmantošanas piemēri
• Sestā nodaļa. Jaudas elektronisko ierīču pielietojumi
  • 6.1. Racionālas pielietošanas jomas
  • 6.2. Vispārīgās tehniskās prasības
  • 6.3. Aizsardzība avārijas režīmos
  • 6.4. Darbības uzraudzība un tehniskā stāvokļa diagnostika
  • 6.5. Pārveidotāju paralēlas darbības nodrošināšana
  • 6.6. Elektromagnētiskie traucējumi
• Atsauces

IEVADS

Elektronikas inženierijā izšķir spēka elektroniku un informācijas elektroniku. Spēka elektronika sākotnēji radās kā tehnoloģiju joma, kas galvenokārt saistīta ar dažāda veida elektroenerģijas pārveidošanu, izmantojot elektroniskas ierīces. Sekojošie pusvadītāju tehnoloģiju sasniegumi ir ļāvuši ievērojami paplašināties funkcionalitāte, jaudas elektroniskās ierīces un attiecīgi to pielietojuma jomas.

Mūsdienu spēka elektronikas ierīces ļauj kontrolēt elektroenerģijas plūsmu ne tikai ar mērķi to pārveidot no viena veida citā, bet arī sadalei, organizējot elektrisko ķēžu ātrgaitas aizsardzību, reaktīvās jaudas kompensāciju utt. cieši saistīti ar tradicionālajiem elektroenerģijas nozares uzdevumiem, ir noteikuši citus Spēka elektronikas nosaukums ir enerģijas elektronika. Informācijas elektronika galvenokārt tiek izmantota informācijas procesu vadīšanai. Jo īpaši informācijas elektronikas ierīces ir dažādu objektu, tostarp jaudas elektronikas ierīču, vadības un regulēšanas sistēmu pamatā.

Tomēr, neskatoties uz jaudas elektronikas ierīču funkciju un to pielietojuma jomu intensīvo paplašināšanos, galvenās zinātniski tehniskās problēmas un risinātie uzdevumi spēka elektronikas jomā tiek saistīti ar. elektriskās enerģijas transformācija.

Elektroenerģija tiek izmantota dažādos veidos: maiņstrāvas veidā ar frekvenci 50 Hz, līdzstrāvas veidā (vairāk nekā 20% no visas saražotās elektroenerģijas), kā arī augstas frekvences maiņstrāvas vai īpašas formas strāvu veidā. (piemēram, impulsa utt.). Šī atšķirība galvenokārt ir saistīta ar patērētāju daudzveidību un specifiku, un dažos gadījumos (piemēram, autonomās elektroapgādes sistēmās) un primārajiem elektroenerģijas avotiem.

Patērētās un saražotās elektroenerģijas veidu dažādība rada nepieciešamību to pārveidot. Galvenie elektroenerģijas pārveidošanas veidi ir:

• 1) taisnošana (maiņstrāvas pārvēršana līdzstrāvā);
• 2) inversija (līdzstrāvas pārvēršana maiņstrāvā);
• 3) frekvences pārveidošana (vienas frekvences maiņstrāvas pārvēršana par citas frekvences maiņstrāvu).

Ir arī vairāki citi, retāk sastopami pārveidošanas veidi: strāvas viļņu formas, fāžu skaits utt. Dažos gadījumos tiek izmantota vairāku pārveidošanas veidu kombinācija. Turklāt elektroenerģiju var pārveidot, lai uzlabotu tās parametru kvalitāti, piemēram, lai stabilizētu maiņstrāvas spriegumu vai frekvenci.

Var veikt elektroenerģijas pārveidi dažādos veidos. Jo īpaši elektrotehnikā tradicionālā ir transformācija, izmantojot elektrisko mašīnu blokus, kas sastāv no dzinēja un ģeneratora, ko apvieno kopēja vārpsta. Tomēr šai pārveidošanas metodei ir vairāki trūkumi: kustīgu detaļu klātbūtne, inerce uc Tāpēc paralēli elektrisko mašīnu pārveidošanas attīstībai elektrotehnikā liela uzmanība tika pievērsta elektroenerģijas statiskās pārveidošanas metožu izstrādei. . Lielākā daļa šo izstrādņu balstījās uz elektronisko tehnoloģiju nelineāro elementu izmantošanu. Galvenie spēka elektronikas elementi, kas kļuva par pamatu statisko pārveidotāju izveidei, bija pusvadītāju ierīces. Lielākajai daļai pusvadītāju ierīču vadītspēja ir būtiski atkarīga no virziena elektriskā strāva: virzienā uz priekšu to vadītspēja ir augsta, pretējā virzienā tā ir maza (tas ir, pusvadītāju ierīcei ir divi skaidri noteikti stāvokļi: atvērts un aizvērts). Pusvadītāju ierīces var būt nekontrolētas vai kontrolētas. Pēdējā ir iespējams kontrolēt to augstās vadītspējas iestāšanās (ieslēgšanās) brīdi, izmantojot mazjaudas vadības impulsus. Pirmie sadzīves darbi, kas veltīti pusvadītāju ierīču izpētei un to izmantošanai elektrības pārveidošanai, bija akadēmiķu V. F. Mitkeviča, N. D. Papeleksi un citu darbi.

30. gados PSRS un ārzemēs bija izplatītas gāzizlādes ierīces (dzīvsudraba vārsti, tiratrons, gastrons u.c.). Vienlaikus ar gāzizlādes ierīču izstrādi tika izstrādāta elektroenerģijas pārveidošanas teorija. Ir izstrādāti ķēžu pamattipi un veikti plaši pētījumi par elektromagnētiskajiem procesiem, kas notiek maiņstrāvas taisnošanas un inversijas laikā. Tajā pašā laikā parādījās pirmie darbi autonomo invertoru ķēžu analīzei. Jonu pārveidotāju teorijas izstrādē lielu lomu spēlēja padomju zinātnieku I. L. Kaganova, M. A. Černiševa, D. A. Zavaļišina, kā arī ārzemju: K. Millera-Lībeka, M. Demontvinja, V. Šilinga u.c. citi.

Jauns posms pārveidotāju tehnoloģiju attīstībā sākās 50. gadu beigās, kad parādījās jaudīgas pusvadītāju ierīces - diodes un tiristori. Šīm ierīcēm, kas izstrādātas uz silīcija bāzes, ir savas tehniskās specifikācijas daudz pārāka par gāzizlādes ierīcēm. Tie ir maza izmēra un svara, tiem ir augsta efektivitātes vērtība, tiem ir liels ātrums un paaugstināta uzticamība, darbojoties plašā temperatūras diapazonā.

Jaudas pusvadītāju ierīču izmantošana ir būtiski ietekmējusi jaudas elektronikas attīstību. Tie kļuva par pamatu visu veidu ļoti efektīvu pārveidotāju ierīču izstrādei. Šajos izstrādēs tika pieņemti daudzi principiāli jauni shēmas un dizaina risinājumi. Nozares jaudas pusvadītāju ierīču attīstība ir pastiprinājusi pētniecību šajā jomā un jaunu tehnoloģiju radīšanu. Ņemot vērā jaudas pusvadītāju ierīču specifiku, tika pilnveidotas vecās ķēžu analīzes metodes un izstrādātas jaunas metodes. Ir ievērojami paplašinājušās autonomo invertoru, frekvences pārveidotāju, līdzstrāvas regulatoru un daudzu citu ķēžu klases, un ir parādījušies jauni jaudas elektronikas ierīču veidi - statiskie kontaktori ar dabisku un mākslīgu komutāciju, tiristoru reaktīvās jaudas kompensatori, ātrgaitas aizsardzības ierīces ar spriegumu. ierobežotāji utt.

Viena no galvenajām jomām efektīva lietošana spēka elektronika ir kļuvusi par elektrisko piedziņu. Tiristoru bloki un komplektētas ierīces ir izstrādātas līdzstrāvas elektriskajām piedziņām un tiek veiksmīgi izmantotas metalurģijā, darbgaldu ražošanā, transportā un citās nozarēs. Tiristoru attīstība ir novedusi pie ievērojama progresa regulējamu maiņstrāvas elektrisko piedziņu jomā.

Ir izveidotas ļoti efektīvas ierīces, kas rūpnieciskās frekvences strāvu pārvērš mainīgas frekvences maiņstrāvā, lai kontrolētu elektromotoru ātrumu. Dažādām tehnoloģiju jomām ir izstrādāti daudzu veidu frekvences pārveidotāji ar stabilizētiem izejas parametriem. Jo īpaši metāla indukcijas sildīšanai ir radīti augstfrekvences, jaudīgi tiristoru bloki, kas nodrošina lielisku tehniski un ekonomisku efektu, palielinot to kalpošanas laiku, salīdzinot ar elektrisko mašīnu blokiem.

Pamatojoties uz pusvadītāju pārveidotāju ieviešanu, tika veikta mobilā elektrotransporta elektrisko apakšstaciju rekonstrukcija. Būtiski uzlabota dažu kvalitāte tehnoloģiskie procesi elektrometalurģijas un ķīmiskajā rūpniecībā, ieviešot taisngriežu vienības ar dziļu izejas sprieguma un strāvas regulēšanu.

Pusvadītāju pārveidotāju priekšrocības ir noteikušas to plašo izmantošanu nepārtrauktās barošanas sistēmās. Ir paplašinājusies jaudas elektronisko ierīču pielietojuma joma plaša patēriņa elektronikas jomā (sprieguma regulatori u.c.).

Kopš 80. gadu sākuma, pateicoties intensīvai elektronikas attīstībai, ir sākusies jaunas paaudzes spēka elektronikas produktu radīšana, kuras pamatā bija jauna veida jaudas pusvadītāju ierīču izstrāde un industrializācija: izslēdzamie tiristori, bipolāri tranzistori, MOS tranzistori uc Tajā pašā laikā ir izstrādāti pusvadītāju ierīču ātrumi, diožu un tiristoru ierobežojošo parametru vērtības, integrētas un hibrīda tehnoloģijas dažāda veida pusvadītāju ierīču ražošanai, mikroprocesors tehnoloģija ir sākusi plaši ieviest, lai kontrolētu un uzraudzītu pārveidotāja ierīces.

Jaunas elementu bāzes izmantošana ļāvusi būtiski uzlabot tādus svarīgus tehniskos un ekonomiskos rādītājus kā efektivitāte, īpatnējās masas un tilpuma vērtības, uzticamība, izvades parametru kvalitāte u.c. Ir konstatēta tendence palielināt elektroenerģijas pārveidošanas biežumu . Šobrīd ir izstrādāti miniatūri mazas un vidējas jaudas sekundārie barošanas avoti ar starpposma elektroenerģijas pārveidi virsskaņas diapazonā. Augstfrekvences (virs 1 MHz) diapazona attīstība ir radījusi nepieciešamību atrisināt zinātnisku un tehnisko problēmu kompleksu pārveidotāju ierīču projektēšanā un to elektromagnētiskās savietojamības nodrošināšanā. tehniskās sistēmas. Tehniski ekonomiskais efekts, kas iegūts, pārejot uz augstākām frekvencēm, pilnībā kompensēja šo problēmu risināšanas izmaksas. Tāpēc šobrīd turpinās tendence veidot daudzu veidu pārveidotāju ierīces ar vidēji augstas frekvences savienojumu.

Jāpiebilst, ka pilnībā vadāmu ātrgaitas pusvadītāju ierīču izmantošana tradicionālajās shēmās būtiski paplašina to iespējas jaunu darbības režīmu un līdz ar to jaudas elektronikas izstrādājumu funkcionālo īpašību nodrošināšanā.

Grāmata "Spēka elektronikas pamati"ļaus iesācējam radioamatierim soli pa solim, ar lodāmuru rokās, cauri ērkšķiem līdz zvaigznēm – no spēka elektronikas pamatu izpratnes līdz profesionālās meistarības kalnu virsotnēm.

Grāmatā sniegtā informācija ir sadalīta trīs spēka elektronikas nozares speciālistu apmācības līmeņu kategorijās. Apgūstot nākamo sagatavošanās posmu un atbildot uz unikāliem eksāmena jautājumiem, students tiek “pārcelts” uz nākamo zināšanu līmeni.

Grāmata sniedz praktisku, teorētisku un pamatinformāciju, kas ir pietiekama, lai lasītājs, virzoties cauri grāmatas lappusēm, varētu patstāvīgi aprēķināt, salikt un konfigurēt sev tīkamo elektronisko dizainu. Lai uzlabotu lasītāja profesionālās prasmes, grāmatā ir iekļauti daudzi praksē pārbaudīti noderīgi padomi, kā arī reālas elektronisko ierīču shēmas.
Izdevums var būt noderīgs dažāda vecuma un sagatavotības līmeņa lasītājiem, kuri interesējas par spēka elektronikas elementu un komponentu izveidi, projektēšanu, uzlabošanu un remontu.

Ievads

I nodaļa. Spēka elektronikas pamatu apgūšana
1.1. Elektrotehnikas definīcijas un likumi
1.2. Spēka elektronikas pamatelementi
1.3. Sērijveida paralēlais un cits savienojums
radioelektronikas elementi
Rezistoru sērijveida paralēlais savienojums
Kondensatoru sērijveida paralēlais savienojums
Induktoru sērijveida paralēlais savienojums
Pusvadītāju diožu sērijveida paralēlais savienojums
Kompozītmateriālu tranzistori
Darlingtona un Šiklai-Nortona shēmas
Tranzistoru paralēlais savienojums
Tranzistoru seriālais savienojums
1.4. Pārejas traucējumi RLC shēmās
Pārejas traucējumi CR un RC shēmās
Pārejas procesi LR un RL ķēdēs
Pārejas traucējumi CL un LC ķēdēs
1.5. Lineāro transformatoru barošanas avoti
Klasiskā sekundārā barošanas avota tipiska blokshēma
Transformators
1.6. Taisngrieži
1.7. Jaudas izlīdzinošie filtri
Viena elementa vienas sekcijas C-filtrs
Viena elementa vienas saites L filtrs
Divu elementu vienas saites L formas LC filtrs
Divu elementu vienas saites L formas RC filtrs
Trīs elementu vienas saites U formas diodes izlīdzinošais filtrs
Kompensācijas filtrs
Multi-link anti-aliasing filtri
Aktīvie filtri
Tranzistora anti-aliasing filtrs
Filtrs ar sērijas tranzistoru
Filtrs ar tranzistora paralēlo savienojumu
Strāvas padeves filtru salīdzinošie raksturlielumi
1.8. Sprieguma stabilizatori
Paralēlais sprieguma stabilizators
palielinātai slodzes jaudai
Sērijas sprieguma regulators
Sērijas kompensācijas regulators
izmantojot operatīvo pastiprinātāju
Sprieguma stabilizatori uz integrālajām shēmām
1.9. Sprieguma pārveidotāji
Kondensatoru sprieguma pārveidotāji
Pašiepriecinoši sprieguma pārveidotāji
Sprieguma pārveidotāji ar ārēju ierosmi
Pārslēgšanas sprieguma pārveidotāji
1.10. Jautājumi un uzdevumi zināšanu pašpārbaudei

II nodaļa. Praktiskas jaudas elektronikas konstrukcijas
2.1. Taisngrieži
Vienfāzes divkanālu un pakāpeniski regulējami taisngrieži
Trīsfāzu (daudzfāzu) taisngriežu shēmas
Pusviļņu polifāzes taisngriezis
2.2. Sprieguma reizinātāji
2.3. Jaudas izlīdzinošie filtri
2.4. Līdzstrāvas stabilizatori
Stabilas strāvas ģeneratori
Pašreizējais spogulis
Stabilas strāvas ģeneratori, kuru pamatā ir lauka tranzistori
Stabilas strāvas ģeneratori, kuru pamatā ir lauka efekta un bipolāri tranzistori
Stabilas strāvas ģeneratori, izmantojot darbības pastiprinātājus
GTS, izmantojot specializētas mikroshēmas
2.5. Sprieguma stabilizatori
Sprieguma atsauces
Paralēlā tipa sprieguma stabilizatori
uz specializētām mikroshēmām
Pārslēgšanas stabilizēta sprieguma regulators
Pakāpenisks pārslēgšanas sprieguma regulators
Laboratorijas stabilizētā barošanas avots
Pārslēgšanas sprieguma stabilizatori
2.6. Sprieguma pārveidotāji
Palieliniet līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāju
Stabilizēts sprieguma pārveidotājs
Sprieguma pārveidotājs 1,5/9 V, lai darbinātu multimetru
Vienkāršs sprieguma pārveidotājs 12/220 V 50 Hz
Sprieguma pārveidotājs 12V/230V 50 Hz
Tipiska līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāja ķēde ar galvanisko izolāciju uz TOPS switch
Sprieguma pārveidotājs 5/5 V ar galvanisko izolāciju
2.7. Sprieguma pārveidotāji gāzizlādes un LED barošanai
gaismas avoti
Zemsprieguma barošanas avots LDS ar regulējamu spilgtumu
Sprieguma pārveidotājs dienasgaismas spuldzes darbināšanai
Pārveidotājs LDS strāvas padevei uz TVS-110LA
Enerģijas taupīšanas lampas strāvas pārveidotājs
Draiveri LED gaismas avotu barošanai
LED gaismas avotu barošanai no galvaniskiem
AA vai uzlādējamās baterijas
Sprieguma pārveidotāji uz mikroshēmām
LED gaismas avotu barošanai no maiņstrāvas tīkla
2.8. Dimmeri
Dimmeri kvēlspuldžu intensitātes kontrolei
Dimmeri, lai kontrolētu starojuma intensitāti
LED gaismas avoti
2.9. Baterijas un lādētāji
Bateriju salīdzinošās īpašības
Universālie lādētāji
NiCd/NiMH akumulatoru uzlādēšanai
Li-Pol uzlādes kontrolieris akumulators uz mikroshēmas
Lādētājs Li-Pol akumulatoram
Ierīce LiFePO4 un Li-Ion akumulatoru uzlādēšanai
Automātiskie saules lādētāji
Bezvadu lādētāji
2.10. Elektromotora vārpstas ātruma regulatori un stabilizatori
Elektromotoru raksturojums
Līdzstrāvas motori
Līdzstrāvas motora ātruma regulatori
uz integrētajām shēmām
Automātisks dzesētāja ātruma regulators datoram
No temperatūras atkarīgs ventilatora slēdzis
Elektromotora vārpstas ātruma stabilizators
Līdzstrāvas motora griešanās ātruma regulēšana un stabilizēšana
Līdzstrāvas motora ātruma regulators
PWM ātruma regulatori līdzstrāvas motoriem
Elektromotora apgriezienu regulators ar reversu
Maiņstrāvas motori
Trīsfāzu asinhronā elektromotora pievienošana
uz vienfāzes tīklu
Trīsfāzu spriegums no elektromotora
Vienfāzes uz trīsfāžu sprieguma pārveidotājs
Trīsfāzu sprieguma veidotāji, kuru pamatā ir
Scott transformatora elektroniskais analogs
Plaša diapazona trīsfāzu sprieguma ģenerators
Frekvences pārveidotāji trīsfāzu asinhronai barošanai
elektromotori
Impulsa platuma modulācijas izmantošana
elektromotora ātruma regulēšanai
Stepper motora ātruma regulators
Motora pārslodzes aizsardzības ierīce
2.11. Jaudas koeficienta korektori
Jaudas trīsstūris
Jaudas koeficienta korekcijas metodes
Pasīvā jaudas koeficienta korekcija
Aktīvās jaudas koeficienta korekcija
2.12. Tīkla sprieguma stabilizatori
Stabilizatoru galvenās īpašības
Ferorezonanses stabilizatori
Elektromehāniskie stabilizatori
Elektroniskie stabilizatori
Invertora stabilizatori
Nepārtrauktās vai rezerves barošanas avoti
2.13. Spēka elektronikas bloku remonts un regulēšana
2.14. Jautājumi un uzdevumi zināšanu pašpārbaudei
lai pārietu uz nākamo soli

III nodaļa. Profesionāli tehniskie risinājumi spēka elektronikas jautājumiem
3.1. Inženiertehniskās un tehniskās jaunrades metodiskie pamati risināšanā
radioelektronikas praktiskās problēmas
3.2. Radošo problēmu risināšanas metodes
Pirmā sarežģītības līmeņa radošo problēmu risināšana
Laika vai tālummaiņas objektīva metode
Otrās sarežģītības pakāpes radošo problēmu risināšana
Prāta vētra (prāta vētra, prāta vētra)
Trešās sarežģītības pakāpes radošo problēmu risināšana
Funkcionālo izmaksu analīze
Jaudas elektronikas problēmas
radošās iztēles attīstībai
3.3. Patenti un jaunas idejas spēka elektronikas jomā
Jauni patenti spēka elektronikas jomā
Līdzstrāvas sprieguma stabilizators
Līdzstrāvas sprieguma stabilizators
Maiņstrāvas uz līdzstrāvas Buck pārveidotājs
Unipolārais-bipolārais sprieguma pārveidotājs
Mikrojaudas vienpola-bipolāra sprieguma pārveidotājs
Barjeras pretestības elementi - baristori un to pielietojums
Indukcijas apkure
Strāvas transformators dzesēšanas šķidruma sildīšanai
3.4. Neparastu parādību spēka elektronika
Paradoksālie eksperimenti un to interpretācija
Kirlian fotografēšanas tehnika
Iekārta gāzizlādes procesu izpētei
Kirlian fotografēšanas ierīču shēma
Ģenerators “Kirlian” fotogrāfiju iegūšanai
Ierīces ultratonu terapijai
Elektroniskie radioaktīvo putekļu savācēji - elektroniskais putekļsūcējs
Jonu dzinējs
Ionolet
Jonofons vai dziedošais loks
Plazmas bumba
Vienkāršs lineārais paātrinātājs - Gauss lielgabals
Railgun
3.5. Pasīvo elementu izmantošanas iezīmes spēka elektronikā
Rezistoru un kondensatora vērtību rindas
Spēka elektronikas rezistori
Spēka elektronikas kondensatori
Dažādu veidu kondensatoru frekvences raksturlielumi
Alumīnija elektrolītiskie kondensatori
Tantala elektrolītiskie kondensatori
Induktori spēka elektronikai
Induktoru pamatparametri
Induktoru frekvences īpašības
3.6. Pusvadītāju ierīču izmantošanas iezīmes spēka elektronikā
P-p krustojuma īpašības
Bipolāri tranzistori
MOSFET un IGBT tranzistori
3.7.Snubbers
3.8. Spēka elektronikas elementu dzesēšana
Dzesēšanas sistēmu salīdzinošās īpašības
Gaisa dzesēšana
Šķidruma dzesēšana
Termiskie dzesētāji, izmantojot Peltjē efektu
Pjezoelektriskie aktīvās dzesēšanas moduļi
3.9. Jautājumi un uzdevumi zināšanu pašpārbaudei

Pielikums 1. Toroidālo transformatoru tinumu metodes
2. pielikums. Drošības pasākumi ražošanas un nodošanas ekspluatācijā laikā
un jaudas elektronikas ierīču darbība
Literatūras un interneta resursu saraksts

Lejupielādēt Spēka elektronikas pamati (2017) Shustov M.A.

Recenzents tehnisko zinātņu doktors F. I. Kovaļovs

Ieskicēti elektroenerģijas pārveidošanas principi: taisnošana, inversija, frekvences pārveidošana u.c. Aprakstītas pārveidojošo ierīču pamatķēdes, to vadības un galveno parametru regulēšanas metodes, parādītas dažāda veida pārveidotāju racionālas izmantošanas jomas. Tiek ņemtas vērā konstrukcijas un darbības iezīmes.

Inženieriem un tehniķiem izstrādes un ekspluatācijas jomā elektriskās sistēmas kas satur pārveidotāju ierīces, kā arī tās, kas iesaistītas pārveidotāju iekārtu testēšanā un apkalpošanā.

Rozanovs J. Spēka elektronikas pamati. - Maskava, izdevniecība Energoatomizdat, 1992. - 296 lpp.

Priekšvārds
Ievads

Pirmā nodaļa. Spēka elektronikas pamatelementi
1.1. Jaudas pusvadītāji
1.1.1. Strāvas diodes
1.1.2. Jaudas tranzistori
1.1.3. Tiristori
1.1.4. Jaudas pusvadītāju ierīču pielietojumi
1.2. Transformatori un reaktori
1.3. Kondensatori

Otrā nodaļa. Taisngrieži
2.1. Vispārīga informācija
2.2. Pamata taisnošanas shēmas
2.2.1. Vienfāzes pilna viļņa ķēde ar viduspunktu
2.2.2. Vienfāzes tilta ķēde
2.2.3. Trīsfāzu ķēde ar viduspunktu
2.2.4. Trīsfāzu tilta ķēde
2.2.5. Vairāku tiltu ķēdes
2.2.6. Rektificētā sprieguma un primāro strāvu harmoniskais sastāvs taisngriešanas ķēdēs
2.3. Taisngriežu pārslēgšanas un darbības režīmi
2.3.1. Pārslēgšanas strāvas taisngriešanas ķēdēs
2.3.2. Taisngriežu ārējās īpašības
2.4. Taisngriežu enerģētiskās īpašības un to uzlabošanas veidi
2.4.1. Taisngriežu jaudas koeficients un efektivitāte
2.4.2. Kontrolējamo taisngriežu jaudas koeficienta uzlabošana
2.5. Kapacitatīvās slodzes un aizmugures EMF taisngriežu darbības iezīmes
2.6. Anti-aliasing filtri
2.7. Taisngrieža darbība no salīdzināmas jaudas avota

Trešā nodaļa. Invertori un frekvences pārveidotāji
3.1. Ar tīklu darbināmi invertori
3.1.1. Vienfāzes viduspunkta pārveidotājs
3.1.2. Trīsfāzu tilta invertors
3.1.3. Jaudas līdzsvars ar tīklu darbināmā invertorā
3.1.4. Ar tīklu darbināmu invertoru galvenie raksturlielumi un darbības režīmi
3.2. Autonomie invertori
3.2.1. Strāvas invertori
3.2.2. Sprieguma invertori
3.2.3. Sprieguma invertori, kuru pamatā ir tiristori
3.2.4. Rezonanses invertori
3.3. Frekvences pārveidotāji
3.3.1. Frekvences pārveidotāji ar starpposma līdzstrāvas saiti
3.3.2. Tieši savienoti frekvenču pārveidotāji
3.4. Autonomo invertoru izejas sprieguma regulēšana
3.4.1. Regulēšanas vispārīgie principi
3.4.2. Strāvas invertoru vadības ierīces
3.4.3. Izejas sprieguma regulēšana, izmantojot impulsa platuma modulāciju (PWM)
3.4.4. Spriegumu ģeometriskā pievienošana
3.5. Invertoru un frekvences pārveidotāju izejas sprieguma viļņu formas uzlabošanas metodes
3.5.1. Nesinusoidālā sprieguma ietekme uz elektroenerģijas patērētājiem
3.5.2. Invertora izejas filtri
3.5.3. Augstāku harmoniku samazināšana izejas spriegumā, neizmantojot filtrus

Ceturtā nodaļa. Regulatori-stabilizatori un statiskie kontaktori
4.1. Maiņstrāvas sprieguma regulatori
4.2. Līdzstrāvas regulatori-stabilizatori
4.2.1. Parametriskie stabilizatori
4.2.2. Nepārtraukti stabilizatori
4.2.3. Komutācijas regulatori
4.2.4. Komutācijas regulatoru struktūru izstrāde
4.2.5. Tiristoru-kondensatoru līdzstrāvas regulatori ar dozētu enerģijas pārnesi uz slodzi
4.2.6. Kombinētie pārveidotāji-regulatori
4.3. Statiskie kontaktori
4.3.1. Tiristoru maiņstrāvas kontaktori
4.3.2. Tiristoru līdzstrāvas kontaktori

Piektā nodaļa. Pārveidotāju vadības sistēmas
5.1. Vispārīga informācija
5.2. Pārveidotāju ierīču vadības sistēmu blokshēmas
5.2.1. Vadības sistēmas taisngriežiem un atkarīgiem invertoriem
5.2.2. Tiešā savienojuma frekvences pārveidotāja vadības sistēmas
5.2.3. Autonomo invertoru vadības sistēmas
5.2.4. Kontroles sistēmas regulatoriem-stabilizatoriem
5.3. Mikroprocesoru sistēmas pārveidotāju tehnoloģijā
5.3.1. Tipiskas vispārinātas mikroprocesoru struktūras
5.3.2. Mikroprocesoru vadības sistēmu izmantošanas piemēri

Sestā nodaļa. Jaudas elektronisko ierīču pielietojumi
6.1. Racionālas pielietošanas jomas
6.2. Vispārīgās tehniskās prasības
6.3. Aizsardzība avārijas režīmos
6.4. Darbības uzraudzība un tehniskā stāvokļa diagnostika
6.5. Pārveidotāju paralēlas darbības nodrošināšana
6.6. Elektromagnētiskie traucējumi
Atsauces

Atsauces
1. GOST 20859.1-89 (ST SEV 1135-88). Vienas vienotas sērijas pusvadītāju barošanas ierīces. Vispārējie tehniskie nosacījumi.

2. Čebovskis O. G., Moisejevs L. G., Nedoshivins R. P. Jaudas pusvadītāju ierīces: rokasgrāmata. -2. izdevums, pārskatīts. un papildu M.: Energoatomizdat, 1985. gads.

3 Iravis V. Diskrētie jaudas pusvadītāji //EDN. 1984. sēj. 29, N 18. P. 106-127.

4. Nakagawa A.e.a. 1800 V bipolārā režīma MOSFET (IGBT) /A. Nakagawa, K. Imamure, K. Furukawa //Toshiba Review. 1987. N 161. 34.-37.lpp.

5 Chen D. Pusvadītāji: ātri, izturīgi un kompakti // IEEE spektrs. 1987. sēj. 24, N 9. P. 30-35.

6. Strāvas pusvadītāju moduļi ārzemēs / V. B. Zilberšteins, S. V. Mašins, V. A. Potapčuks u.c. // Elektrorūpniecība. Ser. 05. Jaudas pārveidošanas tehnoloģija. 1988. sēj. 18. P. 1-44.

7. Rischmiiller K. Smatries intelligente Ihstungshalbeitereine neue Halbliter-generation // Electronikpraxis. 1987. N6. S. 118-122.

8. Rusin Yu S., Gorsky A. N., Rozanov Yu. Pētījums par elektromagnētisko elementu apjomu atkarību no frekvences // Elektrorūpniecība. Konversijas tehnoloģija. 1983. Nr.10. P. 3-6.

9. Elektriskie kondensatori un kondensatoru instalācijas: Rokasgrāmata / V. P. Berzan, B. Yu, M. N. Guraevsky un citi. G. S. Kučinskis. M.: Energoatomizdat, 1987. gads.

10. Pusvadītāju taisngrieži / Red. F.I. Kovaļovs un G.P. M.: Enerģētika, 1978.

11. Circuit configuration of the GTO converter for supraconducting magnetic energy storage / Toshifumi JSE, James J. Skiles, Kohert L., K. V. Stom, J. Wang//IEEE 19th Power Electronics Specialists Conference (PESC"88), Kioto, Japāna, 1988. gada 11. - 14. aprīlis. 108.-115. lpp.

12. Rozanov Yu K. Jaudas pārveidotāja tehnoloģijas pamati. M.: Enerģētika, 1979.

13. Čiženko I. M., Rudenko V. S., Seiko V. I. Pārveidotāju tehnoloģijas pamati. M.: absolventu skola, 1974.

14. Ivanovs V. A. Autonomo invertoru dinamika ar tiešu komutāciju. M.: Enerģētika, 1979.

15. Kovaļevs F.I., Mustafa G.M., Baregemjans G.V. Kontrole pēc impulsa pārveidotāja ar sinusoidālu izejas spriegumu aprēķinātās prognozes // Elektroindustrija. Konversijas tehnoloģija. 1981. Nr.6(34).P. 10-14.

16. Middelbrook R. D. Jaunas optimālas topoloģijas komutācijas DC - tV - DC pārveidotāja izolēšana un vairāki izvades paplašinājumi//IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC"78), 1978. P. 256-264.

17. Bulatovs O. G., Tsarenko A. I. Tiristoru-kondensatoru pārveidotāji. M. Energoizdats, 1982. gads.

18. Rozinovs Yu K. Pusvadītāju pārveidotāji ar augstfrekvences saiti. M.: Energoatomizdat, 1987. gads.

19. Kalabekovs A. A. Mikroprocesori un to pielietojums signālu pārraides un apstrādes sistēmās. M.: Radio un sakari, 1988.

20. Stroganov R.P. Vadības mašīnas un to pielietojums. M.: Augstskola, 1986. gads.

21. Obukhov S.T., Ramizevich T.V. Mikrodatoru pielietojums vārstu pārveidotāju vadīšanai // Elektrorūpniecība. Konversijas tehnoloģija. 1983. sēj. 3(151). 9. lpp

22. Vārstu pārveidotāju vadība, pamatojoties uz mikroprocesoriem / Yu M. Bykov, I. T. Par, L. Ya, L. P. Detkin. Konversijas tehnoloģija. 1985. sēj. 10. 117. lpp.

23. Matsui N., Takeshk T., Vura M. One-Chip Micro - Computer - Based Controller for the MC Hurray Juneter // IEEE Transactions on Industrial electronics, 1984. Vol. JE-31, N 3. P. 249-254.

24. Bulatovs O. G., Ivanovs V. S., Panfilovs D. I. Pusvadītāju lādētāji kapacitatīvās enerģijas uzkrāšanas ierīcēm. M.: Radio un sakari, 1986.

PRIEKŠVĀRDS

Spēka elektronika ir pastāvīgi attīstoša un daudzsološa elektrotehnikas nozare. Mūsdienu spēka elektronikas sasniegumi lielā mērā ietekmē tehnoloģiskā progresa tempu visās attīstītajās industriālajās sabiedrībās. Šajā sakarā ir nepieciešams plašam zinātnisko un tehnisko darbinieku lokam, lai viņiem būtu skaidrāka izpratne par mūsdienu spēka elektronikas pamatiem.

Spēka elektronika šobrīd ir diezgan labi attīstīta teorētiskie pamati, taču autors nav izvirzījis sev uzdevumu tos kaut daļēji izklāstīt, jo šiem jautājumiem ir veltītas daudzas monogrāfijas un mācību grāmatas. Šīs grāmatas saturs un tās pasniegšanas metodika ir paredzēta galvenokārt inženiertehniskajiem darbiniekiem, kuri nav speciālisti spēka elektronikas jomā, bet ir saistīti ar elektronisko ierīču un aparātu lietošanu un darbību un vēlas iegūt izpratni par elektronisko ierīču darbības pamatprincipiem, to shēmām un vispārīgie noteikumi attīstībai un darbībai. Turklāt lielāko daļu grāmatas sadaļu var izmantot arī dažādu tehnisko jomu studenti izglītības iestādēm studējot disciplīnas, kuru mācību programmā iekļauti jaudas elektronikas jautājumi.

Publicēšanas datums: 12.10.2017

Vai jūs zināt spēka elektronikas pamatus?

Mēs varam izsekot milzīgajam progresam šajā jautājumā līdz komerciālu tiristoru vai silīcija taisngriežu (SCR) izstrādei, ko veic General Electric Co.

Spēka elektronikas koncepcija

Spēka elektronika- viena no mūsdienu tēmām elektrotehnikā, kas in pēdējā laikā ir guvis lielus panākumus un ietekmējis cilvēku dzīvi gandrīz visās jomās. Mēs paši savā ikdienā lietojam tik daudz jaudas elektronisko aplikāciju, pat neapzinoties. Tagad rodas jautājums: "Kas ir spēka elektronika?"

Mēs varam definēt spēka elektroniku kā priekšmetu, kas ir jaudas, analogās elektronikas, pusvadītāju ierīču un vadības sistēmu hibrīds. Mēs pamatojam katras vienības pamatprincipus un izmantojam tos kombinētā veidā, lai ražotu regulētu elektroenerģijas veidu. Pati elektriskā enerģija nav izmantojama, kamēr tā nav pārvērsta taustāmā enerģijas veidā, piemēram, kustībā, gaismā, skaņā, siltumā utt. Lai regulētu šos enerģijas veidus, efektīvā veidā ir pati elektriskās enerģijas regulēšana, un šīs formas ir priekšmeta spēka elektronikas saturs.

Mēs varam izsekot milzīgajam progresam šajā jautājumā līdz komerciālu tiristoru vai silīcija taisngriežu (SCR) izstrādei, ko veic General Electric Co. 1958. gadā. Iepriekš elektriskās enerģijas kontrole galvenokārt tika veikta, izmantojot tiratronus un dzīvsudraba loka taisngriežus, kas darbojas pēc fizikālo parādību principa gāzēs un tvaikos. Pēc SCR parādījās daudzas lieljaudas elektroniskās ierīces, piemēram, GTO, IGBT, SIT, MCT, TRIAC, DIAC, IEGT, IGCT un tā tālāk. Šīs ierīces ir novērtētas ar vairākiem simtiem voltu un ampēru, atšķirībā no signāla līmeņa ierīcēm, kas darbojas ar dažiem voltiem un ampēriem.

Lai sasniegtu jaudas elektronikas mērķi, ierīces darbojas tikai kā slēdzis. Visas jaudas elektroniskās ierīces darbojas kā slēdzis, un tām ir divi režīmi, t.i., IESLĒGTS un IZSLĒGTS. Piemēram, BJT (Bipolar Junction Transistor) ir trīs darbības jomas izejas raksturlielumos atspējots, aktīvs un piesātināts. Analogajā elektronikā, kur BJT jādarbojas kā pastiprinātājam, ķēde ir paredzēta tā, lai to novirzītu aktīvajā darbības reģionā. Tomēr jaudas elektronikā BJT darbosies izslēgšanas apgabalā, kad tas ir izslēgts, un piesātinājuma reģionā, kad tas ir ieslēgts. Tagad, kad ierīcēm ir jādarbojas kā slēdzim, tām jāievēro slēdža pamatīpašība, tas ir, kad slēdzis ir ieslēgts, tam pāri ir nulles sprieguma kritums un tas pārraida caur to pilna strāva, un, kad tas ir IZSLĒGTS stāvoklī, tam ir kopējais sprieguma kritums un caur to plūst nulles strāva.

Tagad, tā kā abos režīmos V vai I vērtība ir nulle, arī slēdža jauda vienmēr ir nulle. Šo raksturlielumu var viegli vizualizēt mehāniskā slēdžā, un tas pats ir jāievēro jaudas elektroniskajā slēdžā. Tomēr gandrīz vienmēr ir noplūdes strāva caur ierīcēm, kad tā ir OFF stāvoklī, t.i. Noplūde ≠ 0 un vienmēr ir sprieguma kritums IESLĒGTA stāvoklī, t.i., Von ≠ 0. Tomēr Von vai Ileakage lielums ir ļoti mazāks, un līdz ar to arī jauda caur ierīci ir ļoti maza, dažu milivoltu robežās. . Šī jauda tiek izkliedēta ierīcē, un tāpēc svarīgs aspekts ir pareiza siltuma izvadīšana no ierīces. Papildus šiem stāvokļa un IZSLĒGTS stāvokļa zudumiem ir arī pārslēgšanas zudumi jaudas elektroniskajās ierīcēs. Tas notiek galvenokārt tad, kad slēdzis tiek pārslēgts no viena režīma uz otru un V un I, izmantojot ierīci, mainās. Spēka elektronikā abi zaudējumi ir svarīgi parametri jebkurai ierīcei un ir nepieciešamas, lai noteiktu tās nominālā sprieguma un strāvas vērtības.

Tikai jaudas elektroniskās ierīces nav tik noderīgas praktiski pielietojumi un tāpēc ir nepieciešama konstrukcija ar ķēdi kopā ar citiem atbalsta komponentiem. Šie atbalsta komponenti ir kā lēmumu pieņemšanas daļa, kas kontrolē jaudas elektroniskos slēdžus, lai sasniegtu vēlamo rezultātu. Tas ietver aizdedzes ķēdi un atgriezeniskās saites ķēdi. Zemāk redzamā blokshēma parāda vienkāršu jaudas elektronisko sistēmu.

Vadības bloks saņem izejas signālus no sensoriem un salīdzina tos ar atsaucēm un attiecīgi ievada ieejas signālu aizdedzes ķēdē. Iedegšanas ķēde būtībā ir impulsu ģenerēšanas ķēde, kas rada impulsu izvadi tā, lai kontrolētu jaudas elektroniskos slēdžus galvenās ķēdes blokā. Gala rezultāts ir tāds, ka slodze saņem nepieciešamo elektrisko jaudu un tādējādi nodrošina vēlamo rezultātu. Tipisks iepriekš minētās sistēmas piemērs būtu motoru ātruma kontrole.

Ir galvenokārt piecu veidu jaudas elektroniskās shēmas, un katrai no tām ir atšķirīgs mērķis:

1. Taisngrieži - pārveido fiksēto maiņstrāvu par maiņstrāvu
2. Smalcinātāji - pārvērš pastāvīgus D.C. uz AC DC
3. Invertori - pārveido līdzstrāvu maiņstrāvā ar mainīgu amplitūdu un mainīgu frekvenci
4. Maiņstrāvas sprieguma regulatori - pārveido fiksēto maiņstrāvu maiņstrāvā ar tādu pašu ieejas frekvenci
5. Ciklokonvertori - pārveido fiksēto maiņstrāvu mainīgas frekvences maiņstrāvā

Pastāv izplatīts nepareizs priekšstats par terminu pārveidotājs. Pārveidotājs būtībā ir jebkura ķēde, kas pārveido elektroenerģiju no vienas formas citā. Tāpēc visi uzskaitītie pieci ir pārveidotāju veidi.