Güç elektroniği güç elektroniği cihazları oluşturma sorununun yanı sıra önemli elektrik enerjisi elde etme, güçlü elektrik süreçlerini kontrol etme ve bu cihazları ana olarak kullanırken elektrik enerjisini başka türden yeterince büyük enerjiye dönüştürme sorununu çözen bir bilim ve teknoloji alanıdır. alet.

Yarı iletken tabanlı güç elektroniği cihazları aşağıda tartışılmaktadır. Bu cihazlar en yaygın kullanılanlardır.

Yukarıda tartışılan güneş pilleri uzun süredir elektrik enerjisi üretmek için kullanılıyor. Şu anda bu enerjinin toplam elektrik hacmindeki payı azdır. Ancak aralarında Nobel Ödülü sahibi Akademisyen Zh.I.'nin de bulunduğu pek çok bilim insanı. Alferov, güneş pillerini Dünya'daki enerji dengesini bozmayan, çok umut verici elektrik enerjisi kaynakları olarak görüyor.

Yüksek güçlü elektrik proseslerinin kontrolü, güç yarı iletken cihazlarının zaten yaygın olarak kullanıldığı ve kullanımlarının yoğunluğunun hızla arttığı bir sorundur. Bu, esas olarak yüksek hız, açık durumda düşük düşüş ve kapalı durumda düşük düşüş (düşük güç kayıpları sağlar), yüksek güvenilirlik, önemli akım ve voltaj yük kapasitesi olan güç yarı iletken cihazlarının avantajlarıyla açıklanmaktadır. küçük boyut ve ağırlık, kullanım kolaylığı, yüksek akım ve düşük akım elemanlarının kombinasyonunu kolaylaştıran yarı iletken bilgi elektroniği cihazlarıyla organik birlik.

Pek çok ülkede güç elektroniği ve bu sayede güç yarı iletken cihazları üzerine yoğun araştırma çalışmaları başlatılmıştır. elektronik cihazlar bunlara dayanarak sürekli geliştirilmektedirler. Bu, güç elektroniği uygulamalarının hızlı bir şekilde genişlemesini sağlar ve bu da araştırmaları teşvik eder. Burada insan faaliyetinin tüm alanı ölçeğinde olumlu geri bildirimlerden bahsedebiliriz. Sonuç, güç elektroniğinin çok çeşitli teknik alanlara hızlı bir şekilde nüfuz etmesidir.

Güç elektroniği cihazlarının özellikle hızlı bir şekilde yayılması, gücün yaratılmasından sonra başladı. alan etkili transistörler ve IGBT.

Bunun öncesinde, ana güç yarı iletken cihazının geçen yüzyılın 50'li yıllarında oluşturulan mandalsız bir tristör olduğu oldukça uzun bir dönem yaşandı. Kilitlenmeyen tristörler, güç elektroniğinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynamıştır ve günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak kontrol darbeleri kullanılarak kapatılamaması çoğu zaman bunların kullanımını zorlaştırır. Onlarca yıldır, güç cihazı geliştiricileri bu dezavantajla yüzleşmek zorunda kaldılar; bazı durumlarda tristörleri kapatmak için oldukça karmaşık güç devresi bileşenleri kullandılar.

Tristörlerin yaygın kullanımı, o dönemde ortaya çıkan ve “güç elektroniği” terimiyle aynı anlamda kullanılan “tristör teknolojisi” teriminin popülerleşmesine yol açmıştır.

Bu dönemde geliştirilen güç bipolar transistörleri uygulama alanını buldu ancak güç elektroniğindeki durumu kökten değiştirmedi.

Ancak güç alanı etkili transistörlerin ve 10 watt'ın ortaya çıkışıyla, tamamen kontrol edilebilir elektronik anahtarlar mühendislerin elindeydi ve özellikleri bakımından ideal olanlara yaklaşıyordu. Bu, güçlü elektriksel süreçlerin kontrolüyle ilgili çeşitli sorunların çözümünü büyük ölçüde kolaylaştırdı. Yeterince gelişmiş teknolojilerin mevcudiyeti elektronik anahtarlar Sadece bir yükü bir DC veya AC kaynağına anında bağlayıp bağlantısını kesmeyi değil, aynı zamanda çok büyük akım sinyalleri veya bunun için neredeyse gerekli olan herhangi bir şekli üretmeyi de mümkün kılar.

En yaygın tipik güç elektroniği cihazları şunlardır:

temassız anahtarlama cihazları alternatif veya doğru akım devresindeki bir yükü açmak veya kapatmak ve bazen de yükün gücünü düzenlemek için tasarlanmış alternatif ve doğru akım (kesiciler);

redresörler, bir değişkenin tek kutuplu (tek yönlü) dönüştürülmesi;

invertörler bir sabiti değişkene dönüştürmek;

frekans dönüştürücüler bir frekansın değişkeninin başka bir frekansın değişkenine dönüştürülmesi;

DC dönüştürücüler(dönüştürücüler) bir miktarın sabitini başka bir miktarın sabitine dönüştüren;

faz numarası dönüştürücüler, bir sayıda faza sahip alternatif bir değişkenin, farklı sayıda faza sahip alternatif bir değişkene dönüştürülmesi (genellikle tek faz, üç faza veya üç faz, tek faza dönüştürülür);

kompansatörler(güç faktörü düzelticileri), AC besleme ağındaki reaktif gücü telafi etmek ve akım ve gerilim dalga formlarındaki bozulmaları telafi etmek için tasarlanmıştır.

Temel olarak güç elektroniği cihazları, yüksek güçlü elektrik sinyallerinin dönüşümünü gerçekleştirir. Bu nedenle güç elektroniğine dönüştürücü teknolojisi de denilmektedir.

Hem standart hem de özel güç elektroniği cihazları, teknolojinin tüm alanlarında ve neredeyse tüm karmaşık bilimsel ekipmanlarda kullanılmaktadır.

Örnek olarak, içindeki bazı nesneleri gösteriyoruz. güç elektroniği cihazlarıönemli işlevleri yerine getirin:

Elektrikli tahrik (hız ve tork kontrolü vb.);

Elektroliz tesisleri (demir dışı metalurji, kimya endüstrisi);

Doğru akım kullanarak elektriğin uzun mesafelere iletilmesi için elektrikli ekipman;

Elektrometalurji ekipmanı (metalin elektromanyetik olarak karıştırılması vb.);

Elektrotermal tesisler (indüksiyonla ısıtma vb.);

Pilleri şarj etmek için elektrikli ekipman;

Bilgisayarlar;

Otomobil ve traktörlerin elektrikli ekipmanları;

Uçak ve uzay araçlarının elektrik donanımı;

Radyo iletişim cihazları;

Televizyon yayıncılığı için ekipmanlar;

Elektrikli aydınlatma cihazları (güç floresan lambalar vesaire.);

Tıbbi elektrikli ekipmanlar (ultrason tedavisi ve cerrahi vb.);

Elektrikli aletler;

Tüketici elektroniği cihazları.

Güç elektroniğinin gelişimi aynı zamanda teknik sorunların çözümüne yönelik yaklaşımları da değiştiriyor. Örneğin, güç alanı etkili transistörlerin ve IGBT'lerin oluşturulması, birçok alanda komütatör motorların yerini alan endüktör motorların uygulama kapsamının genişletilmesine önemli ölçüde katkıda bulunmaktadır.

Güç elektroniği cihazlarının yaygınlaşmasında olumlu etkisi olan önemli bir faktör, bilgi elektroniğinin ve özellikle mikroişlemci teknolojisinin başarısıdır. Güçlü elektriksel süreçleri kontrol etmek için, yalnızca yeterince gelişmiş bilgi elektroniği cihazları kullanılarak rasyonel olarak uygulanabilen, giderek daha karmaşık hale gelen algoritmalar kullanılmaktadır.

Etkili paylaşım Güç ve bilgi elektroniği alanındaki başarılar gerçekten olağanüstü sonuçlar veriyor.

Yarı iletken cihazları doğrudan kullanırken elektrik enerjisini başka bir enerji türüne dönüştürmek için mevcut cihazlar henüz yüksek çıkış gücüne sahip değildir. Ancak burada da cesaret verici sonuçlar elde edildi.

Yarı iletken lazerler, elektrik enerjisini ultraviyole, görünür ve kızılötesi aralıklarda tutarlı radyasyon enerjisine dönüştürür. Bu lazerler 1959'da önerildi ve ilk olarak 1962'de galyum arsenit (GaAs) kullanılarak uygulandı. Yarı iletken bazlı lazerler, yüksek verimlilik (%10'un üzerinde) ve uzun hizmet ömrüyle karakterize edilir. Örneğin kızılötesi spot ışıklarında kullanılırlar.

Geçen yüzyılın 90'lı yıllarında ortaya çıkan ultra parlak beyaz LED'ler, bazı durumlarda akkor lambalar yerine aydınlatma için zaten kullanılıyor. LED'ler önemli ölçüde daha ekonomiktir ve önemli ölçüde daha uzun bir hizmet ömrüne sahiptir. Kapsamın olduğu varsayılmaktadır LED lambalar hızla genişleyecektir.

İçerik:

• Önsöz
• giriiş
• Birinci bölüm. Güç elektroniğinin temel elemanları
  • 1.1. Güç yarı iletkenleri
    • 1.1.1. Güç diyotları
    • 1.1.2. Güç transistörleri
    • 1.1.3. Tristörler
    • 1.1.4. Güç yarı iletken cihazlarının uygulamaları
  • 1.2. Transformatörler ve reaktörler
  • 1.3. Kondansatörler
• İkinci bölüm. Redresörler
  • 2.1. Genel bilgi
  • 2.2. Temel düzeltme devreleri
    • 2.2.1. Orta noktalı tek fazlı tam dalga devresi
    • 2.2.2. Tek fazlı köprü devresi
    • 2.2.3. Orta noktalı üç fazlı devre
    • 2.2.4. Üç fazlı köprü devresi
    • 2.2.5. Çoklu köprü devreleri
    • 2.2.6. Doğrultma devrelerinde düzeltilmiş voltajın ve birincil akımların harmonik bileşimi
  • 2.3. Redresörlerin anahtarlama ve çalışma modları
    • 2.3.1. Doğrultma devrelerinde anahtarlama akımları
    • 2.3.2. Dış özellikler redresörler
  • 2.4. Redresörlerin enerji özellikleri ve bunları iyileştirmenin yolları
    • 2.4.1. Redresörlerin güç faktörü ve verimliliği
    • 2.4.2. Kontrollü redresörlerin güç faktörünün iyileştirilmesi
  • 2.5. Kapasitif yük ve geri EMF için doğrultucuların çalışma özellikleri
  • 2.6. Kenar yumuşatma filtreleri
  • 2.7. Karşılaştırılabilir bir güç kaynağından bir doğrultucunun çalıştırılması
• Üçüncü bölüm. İnvertörler ve frekans dönüştürücüler
  • 3.1. Şebeke Tahrikli İnvertörler
    • 3.1.1. Tek Fazlı Orta Nokta İnvertörü
    • 3.1.2. Üç fazlı köprü invertörü
    • 3.1.3. Şebeke tahrikli bir invertörde güç dengesi
    • 3.1.4. Şebeke tahrikli invertörlerin ana özellikleri ve çalışma modları
  • 3.2. Otonom invertörler
    • 3.2.1. Akım invertörleri
    • 3.2.2. Gerilim invertörleri
    • 3.2.3. Tristör bazlı gerilim invertörleri
    • 3.2.4. Rezonans invertörler
  • 3.3. Frekans dönüştürücüler
    • 3.3.1. Ara DC bağlantılı frekans dönüştürücüler
    • 3.3.2. Doğrudan Bağlantılı Frekans Dönüştürücüler
  • 3.4. Otonom invertörlerin çıkış voltajının düzenlenmesi
    • 3.4.1. Düzenlemenin genel ilkeleri
    • 3.4.2. Akım invertörleri için kontrol cihazları
    • 3.4.3. Radyo frekansı modülasyonu (PWM) aracılığıyla çıkış voltajı regülasyonu
    • 3.4.4. Gerilmelerin geometrik eklenmesi
  • 3.5. İnvertörlerin ve frekans dönüştürücülerin çıkış voltajı dalga biçimini iyileştirme yöntemleri
    • 3.5.1. Sinüzoidal olmayan voltajın elektrik tüketicileri üzerindeki etkisi
    • 3.5.2. İnvertör çıkış filtreleri
    • 3.5.3. Çıkış gerilimindeki yüksek harmoniklerin filtre kullanılmadan azaltılması
• Dördüncü Bölüm. Regülatörler-stabilizatörler ve statik kontaktörler
  • 4.1. AC voltaj regülatörleri
  • 4.2. DC regülatörleri-stabilizatörler
    • 4.2.1. Parametrik stabilizatörler
    • 4.2.2. Sürekli stabilizatörler
    • 4.2.3. Anahtarlama regülatörleri
    • 4.2.4. Anahtarlama regülatör yapılarının geliştirilmesi
    • 4.2.5. Yüke dozlanmış enerji aktarımı sağlayan tristör-kondansatörlü DC regülatörler
    • 4.2.6. Kombine dönüştürücü-regülatörler
  • 4.3. Statik kontaktörler
    • 4.3.1. Tristör AC kontaktörleri
    • 4.3.2. Tristör DC Kontaktörleri
• Beşinci bölüm. Dönüştürücü kontrol sistemleri
  • 5.1. Genel bilgi
  • 5.2. Dönüştürücü cihazlar için kontrol sistemlerinin blok diyagramları
    • 5.2.1. Doğrultucular ve bağımlı invertörler için kontrol sistemleri
    • 5.2.2. Direkt Akuple Frekans Konvertör Kontrol Sistemleri
    • 5.2.3. Otonom invertörler için kontrol sistemleri
    • 5.2.4. Düzenleyiciler ve stabilizatörler için kontrol sistemleri
  • 5.3. Dönüştürücü teknolojisinde mikroişlemci sistemleri
    • 5.3.1. Tipik genelleştirilmiş mikroişlemci yapıları
    • 5.3.2. Mikroişlemci kontrol sistemlerini kullanma örnekleri
• Altıncı bölüm. Güç elektroniği cihazlarının uygulamaları
  • 6.1. Rasyonel uygulama alanları
  • 6.2. Genel teknik gereksinimler
  • 6.3. Acil durum modlarında koruma
  • 6.4. Operasyonel izleme ve teknik durum teşhisi
  • 6.5. Konvertörlerin paralel çalışmasının sağlanması
  • 6.6. Elektromanyetik girişim
• Referanslar

GİRİİŞ

Elektronik mühendisliğinde güç elektroniği ve bilgi elektroniği ayırt edilir. Güç elektroniği başlangıçta elektronik cihazların kullanımı yoluyla çeşitli elektrik enerjisi türlerinin dönüştürülmesiyle ilişkili bir teknoloji alanı olarak ortaya çıktı. Yarı iletken teknolojisindeki müteakip gelişmeler, önemli ölçüde genişlemeyi mümkün kılmıştır. işlevsellik güç elektroniği cihazları ve buna bağlı olarak uygulama alanları.

Modern güç elektroniği cihazları, elektrik akışının sadece bir türden diğerine dönüştürülmesi amacıyla değil, aynı zamanda dağıtım, elektrik devrelerinin yüksek hızlı korunmasının düzenlenmesi, reaktif güç kompanzasyonu vb. amacıyla da kontrol edilmesini mümkün kılar. Bu işlevler, Elektrik enerjisi endüstrisinin geleneksel görevleri ile yakından ilgili olan diğer görevleri de belirlemiştir. Güç elektroniğinin adı enerji elektroniğidir. Bilgi elektroniği öncelikle bilgi süreçlerini yönetmek için kullanılır. Özellikle bilgi elektroniği cihazları, güç elektroniği cihazları da dahil olmak üzere çeşitli nesnelere yönelik kontrol ve düzenleme sistemlerinin temelini oluşturur.

Ancak güç elektroniği cihazlarının fonksiyonları ve uygulama alanları yoğun bir şekilde genişlemesine rağmen, güç elektroniği alanında çözülen temel bilimsel ve teknik problemler ve görevlerle ilişkilendirilmektedir. elektrik enerjisinin dönüşümü.

Elektrik farklı şekillerde kullanılır: 50 Hz frekanslı alternatif akım şeklinde, doğru akım şeklinde (üretilen elektriğin %20'sinden fazlası) ve ayrıca yüksek frekanslı alternatif akım veya özel formdaki akımlar (örneğin darbeli vb.). Bu fark esas olarak tüketicilerin çeşitliliği ve özgüllüğünden ve bazı durumlarda (örneğin otonom güç kaynağı sistemlerinde) ve birincil elektrik kaynaklarından kaynaklanmaktadır.

Tüketilen ve üretilen elektriğin türlerindeki çeşitlilik, dönüşümü zorunlu kılmaktadır. Başlıca elektrik dönüşüm türleri şunlardır:

• 1) düzeltme (alternatif akımı doğru akıma dönüştürme);
• 2) ters çevirme (doğru akımı alternatif akıma dönüştürme);
• 3) frekans dönüşümü (bir frekansın alternatif akımını başka bir frekansın alternatif akımına dönüştürmek).

Ayrıca daha az yaygın olan başka dönüşüm türleri de vardır: mevcut dalga biçimi, faz sayısı vb. Bazı durumlarda, çeşitli dönüşüm türlerinin bir kombinasyonu kullanılır. Ek olarak, elektrik, parametrelerinin kalitesini iyileştirmek, örneğin alternatif akımın voltajını veya frekansını dengelemek için dönüştürülebilir.

Elektrik dönüşümü yapılabilir çeşitli şekillerde. Özellikle elektrik mühendisliği için geleneksel olan, bir motor ve ortak bir şaftla birleştirilmiş bir jeneratörden oluşan elektrikli makine birimleri aracılığıyla dönüşümdür. Bununla birlikte, bu dönüşüm yönteminin bir takım dezavantajları vardır: hareketli parçaların varlığı, atalet vb. Bu nedenle, elektrik mühendisliğinde elektrikli makine dönüşümünün gelişmesine paralel olarak, elektriğin statik dönüşümüne yönelik yöntemlerin geliştirilmesine çok dikkat edildi. . Bu gelişmelerin çoğu elektronik teknolojisinin doğrusal olmayan unsurlarının kullanımına dayanıyordu. Statik dönüştürücülerin oluşturulmasının temeli olan güç elektroniğinin ana unsurları yarı iletken cihazlardı. Çoğu yarı iletken cihazın iletkenliği önemli ölçüde yöne bağlıdır. elektrik akımı: ileri yönde iletkenlikleri yüksektir, ters yönde ise küçüktür (yani, bir yarı iletken cihazın açıkça tanımlanmış iki durumu vardır: açık ve kapalı). Yarı iletken cihazlar kontrolsüz veya kontrollü olabilir. İkincisinde, düşük güçlü kontrol darbeleri kullanılarak yüksek iletkenliklerinin başlama anını (açılma) kontrol etmek mümkündür. Yarı iletken cihazların incelenmesine ve bunların elektriği dönüştürmek için kullanımına yönelik ilk yerli çalışmalar, akademisyenler V. F. Mitkevich, N. D. Papeleksi ve diğerlerinin çalışmalarıydı.

1930'larda gaz boşaltma cihazları (cıva valfleri, tiratronlar, gastronlar vb.) SSCB'de ve yurtdışında yaygındı. Gaz deşarj cihazlarının geliştirilmesiyle eş zamanlı olarak elektrik dönüşümü teorisi de geliştirildi. Alternatif akımın doğrultulması ve ters çevrilmesi sırasında meydana gelen elektromanyetik süreçler üzerine temel devre türleri geliştirilmiş ve kapsamlı araştırmalar yapılmıştır. Aynı zamanda otonom invertör devrelerinin analizi üzerine ilk çalışmalar ortaya çıktı. İyon dönüştürücüler teorisinin geliştirilmesinde, Sovyet bilim adamları I. L. Kaganov, M. A. Chernyshev, D. A. Zavalishin'in yanı sıra yabancı bilim adamlarının çalışmaları da önemli bir rol oynadı: K. Müller-Lübeck, M. Demontvigne, V. Schiling ve diğerleri.

Dönüştürücü teknolojisinin geliştirilmesinde yeni bir aşama, güçlü yarı iletken cihazların (diyotlar ve tristörler) ortaya çıktığı 50'li yılların sonlarında başladı. Silikon esas alınarak geliştirilen bu cihazların kendine ait özellikleri bulunmaktadır. teknik özellikler gaz boşaltma cihazlarından çok daha üstündür. Küçük boyutlara ve ağırlığa sahiptirler, yüksek verim değerine sahiptirler, yüksek hıza sahiptirler ve geniş bir sıcaklık aralığında çalışırken güvenilirliği arttırırlar.

Güç yarı iletken cihazlarının kullanımı, güç elektroniğinin gelişimini önemli ölçüde etkilemiştir. Her türden yüksek verimli dönüştürücü cihazların geliştirilmesinin temelini oluşturdular. Bu gelişmelerde temelde birçok yeni devre ve tasarım çözümü benimsendi. Endüstrinin güç yarı iletken cihazlarını geliştirmesi, bu alandaki araştırmaları ve yeni teknolojilerin yaratılmasını yoğunlaştırdı. Güç yarı iletken cihazlarının özellikleri dikkate alınarak eski devre analizi yöntemleri iyileştirildi ve yeni yöntemler geliştirildi. Otonom invertörler, frekans dönüştürücüler, DC regülatörler ve diğerleri için devre sınıfları önemli ölçüde genişledi ve yeni tip güç elektroniği cihazları ortaya çıktı - doğal ve yapay anahtarlamalı statik kontaktörler, tristör reaktif güç kompansatörleri, voltajlı yüksek hızlı koruma cihazları sınırlayıcılar vb.

Ana alanlardan biri etkili kullanım güç elektroniği elektrikli bir tahrik haline geldi. Tristör üniteleri ve komple cihazlar, DC elektrikli sürücüler için geliştirilmiştir ve metalurji, takım tezgahı yapımı, ulaşım ve diğer endüstrilerde başarıyla kullanılmaktadır. Tristörlerin geliştirilmesi, ayarlanabilir AC elektrikli sürücüler alanında önemli ilerlemelere yol açmıştır.

Elektrik motorlarının hızını kontrol etmek için endüstriyel frekans akımını değişken frekanslı alternatif akıma dönüştüren yüksek verimli cihazlar yaratılmıştır. Teknolojinin çeşitli alanları için, kararlı çıkış parametrelerine sahip birçok tipte frekans dönüştürücü geliştirilmiştir. Özellikle metalin indüksiyonla ısıtılması için yüksek frekanslı, güçlü tristör üniteleri oluşturulmuş olup, elektrikli makine ünitelerine göre kullanım ömrünü uzatarak büyük bir teknik ve ekonomik etki sağlamaktadır.

Yarı iletken dönüştürücülerin kullanıma sunulmasına dayanarak, mobil elektrikli ulaşım için elektrik trafo merkezlerinin yeniden inşası gerçekleştirildi. Bazılarının kalitesi önemli ölçüde arttı teknolojik süreçler Elektrometalurji ve kimya endüstrilerinde, çıkış voltajı ve akımının derinlemesine düzenlenmesine sahip doğrultucu ünitelerin piyasaya sürülmesiyle.

Yarı iletken dönüştürücülerin avantajları, kesintisiz güç kaynağı sistemlerinde yaygın kullanımlarını belirlemiştir. Güç elektroniği cihazlarının tüketici elektroniği alanındaki (voltaj regülatörleri vb.) uygulama kapsamı genişledi.

80'li yılların başından bu yana, elektroniğin yoğun gelişimi sayesinde, yeni nesil güç elektroniği ürünlerinin yaratılmasına başlandı. Bunun temeli, yeni tip güç yarı iletken cihazlarının geliştirilmesi ve sanayileştirilmesiydi: kapatma tristörleri, bipolar transistörler, MOS transistörler vb. Aynı zamanda yarı iletken cihazların hızı, diyot ve tristörlerin sınırlayıcı parametrelerinin değerleri, çeşitli tipte yarı iletken cihazların üretimi için entegre ve hibrit teknolojiler geliştirildi, mikroişlemci Dönüştürücü cihazları kontrol etmek ve izlemek için teknoloji yaygın olarak kullanılmaya başlandı.

Yeni bir element tabanının kullanılması, verimlilik, spesifik kütle ve hacim değerleri, güvenilirlik, çıktı parametrelerinin kalitesi vb. gibi önemli teknik ve ekonomik göstergelerin temel olarak iyileştirilmesini mümkün kılmıştır. Elektrik dönüşüm sıklığını artırmaya yönelik bir eğilim belirlenmiştir. . Şu anda, süpersonik aralıktaki frekanslarda elektriğin ara dönüşümüne sahip, düşük ve orta güçte minyatür ikincil güç kaynakları geliştirilmiştir. Yüksek frekans (1 MHz'in üzerinde) aralığının geliştirilmesi, dönüştürücü cihazların tasarımında ve bunların elektromanyetik uyumluluğunun sağlanmasında karmaşık bilimsel ve teknik sorunların çözülmesi ihtiyacını doğurmuştur. teknik sistemler. Daha yüksek frekanslara geçişle elde edilen teknik ve ekonomik etki, bu sorunların çözümünün maliyetini tamamen telafi etti. Bu nedenle, şu anda, ara yüksek frekans bağlantısına sahip birçok tipte dönüştürücü cihaz oluşturma eğilimi devam etmektedir.

Tamamen kontrollü yüksek hızlı yarı iletken cihazların geleneksel devrelerde kullanılmasının, yeni çalışma modları ve dolayısıyla güç elektroniği ürünlerinin yeni işlevsel özelliklerini sağlama yeteneklerini önemli ölçüde artırdığı unutulmamalıdır.

Kitap "Güç Elektroniğinin Temelleri" acemi bir radyo amatörünün, elinde bir havyayla, dikenlerin arasından yıldızlara, güç elektroniğinin temellerini anlamaktan profesyonel becerinin dağ zirvelerine kadar adım adım ilerlemesine olanak tanıyacak.

Kitapta sunulan bilgiler, güç elektroniği alanındaki uzmanlar için üç eğitim seviyesi kategorisine ayrılmıştır. Öğrenci, hazırlığın bir sonraki aşamasına hakim olduktan ve benzersiz sınav sorularını yanıtladıktan sonra, bir sonraki bilgi düzeyine "aktarılır".

Kitap, okuyucunun kitabın sayfalarında ilerledikçe sevdiği elektronik tasarımı bağımsız olarak hesaplamasına, birleştirmesine ve yapılandırmasına olanak sağlayacak yeterli pratik, teorik ve arka plan bilgisi sağlar. Okuyucunun mesleki becerilerini geliştirmek için kitapta pratikte test edilmiş çok sayıda bölüm yer almaktadır. yararlı ipuçları elektronik cihazların gerçek devrelerinin yanı sıra.
Yayın, güç elektroniği elemanlarının ve bileşenlerinin oluşturulması, tasarımı, iyileştirilmesi ve onarımı ile ilgilenen farklı yaş ve eğitim seviyelerindeki okuyucular için faydalı olabilir.

giriiş

Bölüm I. Güç elektroniğinin temellerine hakim olmak
1.1. Elektrik mühendisliğinin tanımları ve yasaları
1.2. Güç elektroniğinin temel elemanları
1.3. Seri-paralel ve diğer bağlantı
radyo elektronik elemanları
Dirençlerin seri-paralel bağlantısı
Kondansatörlerin seri-paralel bağlantısı
İndüktörlerin seri-paralel bağlantısı
Yarı iletken diyotların seri-paralel bağlantısı
Kompozit transistörler
Darlington ve Sziklai-Norton planları
Transistörlerin paralel bağlantısı
Transistörlerin seri bağlantısı
1.4. RLC devrelerindeki geçici durumlar
CR ve RC devrelerindeki geçici durumlar
LR ve RL devrelerinde geçici süreçler
CL ve LC devrelerindeki geçici durumlar
1.5. Doğrusal trafo güç kaynakları
Klasik bir ikincil güç kaynağının tipik blok şeması
Trafo
1.6. Redresörler
1.7. Güç yumuşatma filtreleri
Tek elemanlı tek bölümlü C filtresi
Tek elemanlı tek bağlantılı L filtresi
İki elemanlı tek bağlantılı L şeklinde LC filtresi
İki Elemanlı Tek Bölümlü L-şekilli RC Filtre
Üç elemanlı tek bağlantılı U şeklinde diyot yumuşatma filtresi
Tazminat filtresi
Çok bağlantılı kenar yumuşatma filtreleri
Aktif filtreler
Transistör kenar yumuşatma filtresi
Seri transistörlü filtre
Transistörün paralel bağlanmasıyla filtre
Güç kaynağı filtrelerinin karşılaştırmalı özellikleri
1.8. Gerilim stabilizatörleri
Paralel voltaj dengeleyici
artan yük gücü için
Seri voltaj regülatörü
Seri kompanzasyon regülatörü
işlemsel yükselteç kullanma
Entegre devrelerde voltaj stabilizatörleri
1.9. Gerilim dönüştürücüler
Kondansatör voltaj dönüştürücüler
Kendinden uyarmalı gerilim dönüştürücüler
Harici uyarmalı gerilim dönüştürücüler
Anahtarlama gerilimi dönüştürücüler
1.10. Bilginin kendi kendini sınamasına yönelik sorular ve görevler

Bölüm II. Pratik güç elektroniği tasarımları
2.1. Redresörler
Tek fazlı çift kanallı ve adım ayarlı doğrultucular
Üç fazlı (çok fazlı) doğrultucuların şemaları
Yarım Dalga Çok Fazlı Doğrultucu
2.2. Gerilim çarpanları
2.3. Güç yumuşatma filtreleri
2.4. DC Stabilizatörler
Kararlı akım jeneratörleri
Mevcut ayna
Alan etkili transistörlere dayanan kararlı akım jeneratörleri
Alan etkili ve bipolar transistörlere dayalı kararlı akım jeneratörleri
İşlemsel yükselteçler kullanan kararlı akım jeneratörleri
Özel mikro devreler kullanan GTS
2.5. Gerilim stabilizatörleri
Gerilim referansları
Paralel tip voltaj stabilizatörleri
özel çipler üzerinde
Anahtarlama stabilize voltaj regülatörü
Kademeli anahtarlama voltaj regülatörü
Laboratuvar stabilize güç kaynağı
Anahtarlama voltajı stabilizatörleri
2.6. Gerilim dönüştürücüler
DC/DC dönüştürücüyü artırın
Stabilize voltaj dönüştürücü
Multimetreye güç sağlamak için voltaj dönüştürücü 1,5/9 V
Basit voltaj dönüştürücü 12/220 V 50 Hz
Gerilim dönüştürücü 12V/230V 50 Hz
TOPSwitch'te galvanik izolasyonlu bir DC/DC dönüştürücünün tipik devresi
Galvanik izolasyonlu gerilim dönüştürücü 5/5 V
2.7. Gaz deşarjına ve LED'e güç sağlamak için voltaj dönüştürücüler
ışık kaynakları
Ayarlanabilir parlaklığa sahip LDS'ye düşük voltajlı güç kaynağı
Floresan lambaya güç sağlamak için voltaj dönüştürücü
LDS'nin TVS-110LA'ya güç kaynağı için dönüştürücü
Enerji tasarruflu lamba güç dönüştürücü
LED ışık kaynaklarına güç sağlamak için sürücüler
LED ışık kaynaklarına galvanik enerji sağlamak için
AA veya şarj edilebilir piller
Mikro devrelerdeki voltaj dönüştürücüler
AC şebekesinden LED ışık kaynaklarına güç sağlamak için
2.8. Dimmerler
Akkor lambaların yoğunluğunu kontrol etmek için dimmerler
Radyasyon yoğunluğunu kontrol etmek için dimmerler
LED ışık kaynakları
2.9. Piller ve şarj cihazları
Karşılaştırmalı pil özellikleri
Evrensel şarj cihazları
NiCd/NiMH pilleri şarj etmek için
Li-Pol şarj kontrol cihazı pil bir çip üzerinde
Li-Pol pil için şarj cihazı
LiFePO4 ve Li-Ion pilleri şarj etmek için cihaz
Otomatik solar şarj cihazları
Kablosuz şarj cihazları
2.10. Elektrik motoru şaft hızının regülatörleri ve stabilizatörleri
Elektrik motorlarının özellikleri
DC motorlar
DC motor hız kontrolörleri
entegre devreler hakkında
Bilgisayar için otomatik soğutucu hız kontrol cihazı
Sıcaklığa bağlı fan anahtarı
Elektrik motoru mili hız sabitleyici
Bir DC motorun dönüş hızının ayarlanması ve dengelenmesi
DC Motor için Hız Kontrol Cihazı
DC motorlar için PWM hız kontrolörleri
Ters çevirmeli elektrik motoru hız regülatörü
AC motorlar
Üç fazlı asenkron elektrik motorunun bağlanması
tek fazlı bir ağa
Elektrik motorundan üç fazlı voltaj
Tek fazdan üç faza voltaj dönüştürücü
Üç fazlı gerilim oluşturucular
Scott transformatörünün elektronik analogu
Geniş aralıklı üç fazlı voltaj jeneratörü
Üç fazlı asenkron güç sağlamak için frekans dönüştürücüler
elektrik motorları
Darbe Genişliği Modülasyonunu Kullanma
elektrik motorunun hızını düzenlemek için
Step motor hız kontrol cihazı
Motor aşırı yük koruma cihazı
2.11. Güç Faktörü Düzelticileri
Kapasite Üçgeni
Güç faktörü düzeltme yöntemleri
Pasif güç faktörü düzeltmesi
Aktif güç faktörü düzeltmesi
2.12. Şebeke voltajı stabilizatörleri
Stabilizatörlerin ana özellikleri
Ferrorezonant stabilizatörler
Elektromekanik stabilizatörler
Elektronik stabilizatörler
İnvertör stabilizatörleri
Kesintisiz veya yedek güç kaynakları
2.13. Güç elektroniği ünitelerinin onarımı ve ayarlanması
2.14. Bilginin kendi kendini sınamasına yönelik sorular ve görevler
bir sonraki adıma geçmek için

Bölüm III. Güç elektroniği sorunlarına profesyonel teknik çözümler
3.1. Mühendisliğin metodolojik temelleri ve çözmede teknik yaratıcılık
radyo elektroniğinin pratik problemleri
3.2. Yaratıcı sorunları çözme yöntemleri
Birinci düzeydeki karmaşıklığın yaratıcı problemlerini çözme
Zaman veya yakınlaştırma lensi yöntemi
İkinci karmaşıklık seviyesindeki yaratıcı problemleri çözme
Beyin fırtınası (beyin fırtınası, beyin fırtınası)
Üçüncü karmaşıklık seviyesindeki yaratıcı problemleri çözme
Fonksiyonel ve maliyet analizi
Güç elektroniği sorunları
yaratıcı hayal gücünün gelişimi için
3.3. Güç elektroniği alanında patentler ve yeni fikirler
Güç elektroniği alanında yeni patentler
Kompanzasyon DC voltaj sabitleyici
DC voltaj dengeleyici
AC'den DC'ye Buck Dönüştürücü
Tek kutupludan iki kutupluya voltaj dönüştürücü
Mikro güç tek kutupludan iki kutupluya voltaj dönüştürücü
Bariyer dirençli elemanlar - baristörler ve uygulamaları
İndüksiyonla ısıtma
Soğutma sıvısını ısıtmak için akım trafosu
3.4. Olağandışı olayların güç elektroniği
Paradoksal deneyler ve yorumlanması
Kirlian fotoğraf tekniği
Gaz deşarj süreçlerini incelemek için kurulum
Kirlian fotoğrafçılığına yönelik cihazların devresi
Kirlian fotoğraflarını elde etmek için jeneratör
Ultraton terapisi için cihazlar
Elektronik radyoaktif toz toplayıcılar - elektronik elektrikli süpürge
İyon motoru
iyonolet
İyonofon veya şarkı söyleme arkı
Plazma topu
Basit doğrusal hızlandırıcı - Gauss tabancası
Demiryolu silahı
3.5. Güç elektroniğinde pasif elemanların kullanımının özellikleri
Direnç ve kapasitör değerlerinin satırları
Güç elektroniği dirençleri
Güç elektroniği için kapasitörler
Çeşitli kapasitör tiplerinin frekans özellikleri
Alüminyum Elektrolitik Kondansatörler
Tantal elektrolitik kapasitörler
Güç elektroniği için indüktörler
İndüktörlerin temel parametreleri
İndüktörlerin frekans özellikleri
3.6. Güç elektroniğinde yarı iletken cihazların kullanımının özellikleri
Bir p-p bağlantısının özellikleri
Bipolar transistörler
MOSFET ve IGBT transistörler
3.7.Sindiriciler
3.8. Güç elektroniği elemanlarının soğutulması
Soğutma sistemlerinin karşılaştırmalı özellikleri
Hava soğutma
Sıvı soğutma
Peltier etkisini kullanan termal soğutucular
Piezoelektrik aktif soğutma modülleri
3.9. Bilginin kendi kendini sınamasına yönelik sorular ve görevler

Ek 1. Toroidal transformatörleri sarma yöntemleri
Ek 2. Üretim ve devreye alma sırasındaki güvenlik önlemleri
Güç elektroniği cihazlarının çalıştırılması ve çalıştırılması
Literatür ve İnternet kaynaklarının listesi

Güç Elektroniğinin Temelleri (2017) Shustov M.A.

Hakem Teknik Bilimler Doktoru F. I. Kovalev

Elektrik enerjisi dönüşümünün ilkeleri özetlenmiştir: düzeltme, ters çevirme, frekans dönüşümü vb. Dönüştürme cihazlarının temel devreleri, bunları kontrol etme ve ana parametreleri düzenleme yöntemleri açıklanmış, çeşitli dönüştürücü türlerinin rasyonel kullanım alanları gösterilmiştir. Tasarım ve işletme özellikleri dikkate alınır.

Geliştirme ve işletmedeki mühendisler ve teknisyenler için elektrik sistemleri Dönüştürücü cihazlarının yanı sıra dönüştürücü ekipmanının test edilmesi ve bakımıyla ilgili olanları da içerir.

Rozanov Y. Güç Elektroniğinin Temelleri. - Moskova, Energoatomizdat yayınevi, 1992. - 296 s.

Önsöz
giriiş

Birinci bölüm. Güç elektroniğinin temel elemanları
1.1. Güç yarı iletkenleri
1.1.1. Güç diyotları
1.1.2. Güç transistörleri
1.1.3. Tristörler
1.1.4. Güç yarı iletken cihazlarının uygulamaları
1.2. Transformatörler ve reaktörler
1.3. Kondansatörler

İkinci bölüm. Redresörler
2.1. Genel bilgi
2.2. Temel düzeltme devreleri
2.2.1. Orta noktalı tek fazlı tam dalga devresi
2.2.2. Tek fazlı köprü devresi
2.2.3. Orta noktalı üç fazlı devre
2.2.4. Üç fazlı köprü devresi
2.2.5. Çoklu köprü devreleri
2.2.6. Doğrultma devrelerinde düzeltilmiş voltajın ve birincil akımların harmonik bileşimi
2.3. Redresörlerin anahtarlama ve çalışma modları
2.3.1. Doğrultma devrelerinde anahtarlama akımları
2.3.2. Doğrultucuların dış özellikleri
2.4. Redresörlerin enerji özellikleri ve bunları iyileştirmenin yolları
2.4.1. Redresörlerin güç faktörü ve verimliliği
2.4.2. Kontrollü redresörlerin güç faktörünün iyileştirilmesi
2.5. Kapasitif yük ve geri EMF için doğrultucuların çalışma özellikleri
2.6. Kenar yumuşatma filtreleri
2.7. Karşılaştırılabilir bir güç kaynağından bir doğrultucunun çalıştırılması

Üçüncü bölüm. İnvertörler ve frekans dönüştürücüler
3.1. Şebeke Tahrikli İnvertörler
3.1.1. Tek Fazlı Orta Nokta İnvertörü
3.1.2. Üç fazlı köprü invertörü
3.1.3. Şebeke tahrikli bir invertörde güç dengesi
3.1.4. Şebeke tahrikli invertörlerin ana özellikleri ve çalışma modları
3.2. Otonom invertörler
3.2.1. Akım invertörleri
3.2.2. Gerilim invertörleri
3.2.3. Tristör bazlı gerilim invertörleri
3.2.4. Rezonans invertörler
3.3. Frekans dönüştürücüler
3.3.1. Ara DC bağlantılı frekans dönüştürücüler
3.3.2. Doğrudan Bağlantılı Frekans Dönüştürücüler
3.4. Otonom invertörlerin çıkış voltajının düzenlenmesi
3.4.1. Düzenlemenin genel ilkeleri
3.4.2. Akım invertörleri için kontrol cihazları
3.4.3. Darbe genişliği modülasyonu (PWM) aracılığıyla çıkış voltajı regülasyonu
3.4.4. Gerilmelerin geometrik eklenmesi
3.5. İnvertörlerin ve frekans dönüştürücülerin çıkış voltajı dalga biçimini iyileştirme yöntemleri
3.5.1. Sinüzoidal olmayan voltajın elektrik tüketicileri üzerindeki etkisi
3.5.2. İnvertör çıkış filtreleri
3.5.3. Çıkış gerilimindeki yüksek harmoniklerin filtre kullanılmadan azaltılması

Dördüncü Bölüm. Regülatörler-stabilizatörler ve statik kontaktörler
4.1. AC voltaj regülatörleri
4.2. DC regülatörleri-stabilizatörler
4.2.1. Parametrik stabilizatörler
4.2.2. Sürekli stabilizatörler
4.2.3. Anahtarlama regülatörleri
4.2.4. Anahtarlama regülatör yapılarının geliştirilmesi
4.2.5. Yüke dozlanmış enerji aktarımı sağlayan tristör-kondansatörlü DC regülatörler
4.2.6. Kombine dönüştürücü-regülatörler
4.3. Statik kontaktörler
4.3.1. Tristör AC kontaktörleri
4.3.2. Tristör DC Kontaktörleri

Beşinci bölüm. Dönüştürücü kontrol sistemleri
5.1. Genel bilgi
5.2. Dönüştürücü cihazlar için kontrol sistemlerinin blok diyagramları
5.2.1. Doğrultucular ve bağımlı invertörler için kontrol sistemleri
5.2.2. Direkt Akuple Frekans Konvertör Kontrol Sistemleri
5.2.3. Otonom invertörler için kontrol sistemleri
5.2.4. Düzenleyiciler ve stabilizatörler için kontrol sistemleri
5.3. Dönüştürücü teknolojisinde mikroişlemci sistemleri
5.3.1. Tipik genelleştirilmiş mikroişlemci yapıları
5.3.2. Mikroişlemci kontrol sistemlerini kullanma örnekleri

Altıncı bölüm. Güç elektroniği cihazlarının uygulamaları
6.1. Rasyonel uygulama alanları
6.2. Genel teknik gereksinimler
6.3. Acil durum modlarında koruma
6.4. Operasyonel izleme ve teknik durum teşhisi
6.5. Konvertörlerin paralel çalışmasının sağlanması
6.6. Elektromanyetik girişim
Referanslar

Referanslar
1.GOST 20859.1-89 (ST SEV 1135-88). Tek bir birleşik serinin yarı iletken güç cihazları. Genel teknik koşullar.

2. Chebovsky O.G., Moiseev L.G., Nedoshivin R.P. Güç yarı iletken cihazları: El Kitabı. -2. baskı, revize edildi. ve ek M.: Energoatomizdat, 1985.

3 Iravis V. Ayrık güç yarı iletkenleri //EDN. 1984. Cilt. 29, N 18. S. 106-127.

4. Nakagawa A.e.a. 1800V iki kutuplu mod MOSFET (IGBT) /A. Nakagawa, K. Imamure, K. Furukawa //Toshiba İncelemesi. 1987. N 161. S. 34-37.

5 Chen D. Yarı iletkenler: hızlı, sağlam ve kompakt // IEEE Spectrum. 1987. Cilt. 24, N 9. S. 30-35.

6. Yurtdışındaki güç yarı iletken modülleri / V. B. Zilbershtein, S. V. Mashin, V. A. Potapchuk, vb. // Elektrik endüstrisi. Ser. 05. Güç dönüştürme teknolojisi. 1988. Cilt. 18. S.1-44.

7. Rischmiiller K. Smatries intellite Ihstungshalbeitereine neue Halblieter-jenerasyon // Electronikpraxis. 1987.N6. S.118-122.

8. Rusin Yu.S., Gorsky A.N., Rozanov Yu.Elektromanyetik elemanların hacimlerinin frekansa bağımlılığının incelenmesi // Elektrik endüstrisi. Dönüşüm teknolojisi. 1983. No. 10. S. 3-6.

9. Elektrik kapasitörleri ve kapasitör kurulumları: El Kitabı / V. P. Berzan, B. Yu. Gelikman, M. N. Guraevsky ve diğerleri. G. S. Kuchinsky. M.: Energoatomizdat, 1987.

10. Yarı iletken redresörler / Ed. F.I. Kovalev ve G.P. M.: Enerji, 1978.

11. Süper iletken manyetik enerji depolama için GTO dönüştürücünün devre konfigürasyonu / Toshifumi JSE, James J. Skiles, Kohert L., K. V. Stom, J. Wang//IEEE 19. Güç Elektroniği Uzmanları Konferansı (PESC"88), Kyoto, Japonya, 11 - 14 Nisan 1988. S. 108-115.

12. Rozanov Yu. Güç dönüştürücü teknolojisinin temelleri. M.: Enerji, 1979.

13. Chizhenko I.M., Rudenko V.S., Seyko V.I. Dönüştürücü teknolojisinin temelleri. M.: Yüksek Lisans, 1974.

14. Ivanov V. A. Doğrudan anahtarlamalı otonom invertörlerin dinamiği. M.: Enerji, 1979.

15. Kovalev F.I., Mustafa G.M., Baregemyan G.V. Sinüzoidal çıkış voltajına sahip bir darbe dönüştürücünün hesaplanan tahmini ile kontrol // Elektrik endüstrisi. Dönüşüm teknolojisi. 1981. No.6(34).P. 10-14.

16. Middelbrook R. D. Yeni bir optimum topoloji anahtarlamalı DC - tV - DC dönüştürücünün izolasyonu ve çoklu çıkış uzantıları // IEEE Güç Elektroniği Uzmanları Konferansı (PESC"78), 1978. S. 256-264.

17. Bulatov O. G., Tsarenko A. I. Tristör-kondansatör dönüştürücüler. M.Energoizdat, 1982.

18. Rozinov Yu. K. Yüksek frekanslı bağlantıya sahip yarı iletken dönüştürücüler. M.: Energoatomizdat, 1987.

19. Kalabekov A. A. Mikroişlemciler ve bunların sinyal iletim ve işleme sistemlerindeki uygulamaları. M.: Radyo ve iletişim, 1988.

20. Stroganov R.P. Kontrol makineleri ve uygulamaları. M.: Yüksekokul, 1986.

21. Obukhov S.T., Ramizevich T.V. Valf dönüştürücülerini kontrol etmek için mikro bilgisayarların uygulanması // Elektrik endüstrisi. Dönüşüm teknolojisi. 1983. Cilt. 3(151). S.9

22. Mikroişlemcilere dayalı valf dönüştürücülerinin kontrolü / Yu. M. Bykov, I. T. Par, L. Ya. Raskin, L. P. Detkin // Elektrik mühendisliği endüstrisi. Dönüşüm teknolojisi. 1985. Cilt. 10. S. 117.

23. Matsui N., Takeshk T., Vura M. Tek Çipli Mikro - MC Hurray Juneter için Bilgisayar Tabanlı denetleyici // Endüstriyel elektroniklerde IEEE İşlemleri, 1984. Cilt. JE-31, N 3. S. 249-254.

24. Bulatov O. G., Ivanov V. S., Panfilov D. I. Kapasitif enerji depolama cihazları için yarı iletken şarj cihazları. M.: Radyo ve iletişim, 1986.

ÖNSÖZ

Güç elektroniği, elektrik mühendisliğinin sürekli gelişen ve gelecek vaat eden bir alanıdır. Modern güç elektroniğindeki gelişmeler, tüm gelişmiş endüstriyel toplumlarda teknolojik ilerlemenin hızı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bu bağlamda, modern güç elektroniğinin temellerini daha iyi anlayacak geniş bir yelpazedeki bilimsel ve teknik çalışanlara ihtiyaç vardır.

Güç elektroniği şu anda oldukça gelişmiştir. teorik temeller ancak yazar, bu konulara çok sayıda monografi ve ders kitabı ayrılmış olduğundan, bunları kısmen bile olsa sunma görevini kendisine görevlendirmedi. Bu kitabın içeriği ve sunumuna yönelik metodoloji, öncelikle güç elektroniği alanında uzman olmayan ancak elektronik cihaz ve aparatların kullanımı ve çalıştırılmasıyla ilgili olan ve bu konuda bilgi edinmek isteyen mühendislik ve teknik çalışanlara yöneliktir. elektronik cihazların temel çalışma prensipleri, devreleri ve genel hükümler geliştirme ve operasyon için. Ayrıca kitabın çoğu bölümü çeşitli teknik seviyedeki öğrenciler tarafından da kullanılabilir. eğitim kurumları Müfredatı güç elektroniği konularını içeren disiplinleri incelerken.

Yayınlanma Tarihi: 10/12/2017

Güç elektroniğinin temellerini biliyor musunuz?

Bu konudaki büyük ilerlemeyi General Electric Co. tarafından ticari tristörlerin veya silikon redresörlerin (SCR'ler) geliştirilmesine kadar takip edebiliriz.

Güç elektroniği konsepti

Güç elektroniği- elektrik mühendisliğindeki modern konulardan biri, son zamanlarda hemen her alanda büyük başarılara imza atmış ve insanların hayatlarına etki etmiştir. Günlük hayatımızda pek çok güç elektroniği uygulamasını farkında olmadan kullanıyoruz. Şimdi şu soru ortaya çıkıyor: “Güç elektroniği nedir?”

Güç elektroniğini, güç, analog elektronik, yarı iletken cihazlar ve kontrol sistemlerinin melezi bir konu olarak tanımlayabiliriz. Her varlığın temellerini temel alıyoruz ve düzenlenmiş bir elektrik enerjisi üretmek için bunları birleşik bir biçimde uyguluyoruz. Elektrik enerjisinin kendisi hareket, ışık, ses, ısı vb. gibi somut bir enerji formuna dönüşmedikçe kullanılamaz. Bu enerji formlarını düzenlemek için, verimli bir şekilde elektrik enerjisinin düzenlenmesinin ta kendisidir ve bu formlar söz konusu güç elektroniğinin içeriğidir.

Bu konudaki büyük ilerlemeyi General Electric Co. tarafından ticari tristörlerin veya silikon redresörlerin (SCR'ler) geliştirilmesine kadar takip edebiliriz. 1958'de. Daha önce, elektrik enerjisinin kontrolü esas olarak gazlar ve buharlardaki fiziksel olaylar prensibine göre çalışan tiratronlar ve cıva ark redresörleri kullanılarak gerçekleştiriliyordu. SCR'den sonra GTO, IGBT, SIT, MCT, TRIAC, DIAC, IEGT, IGCT ve benzeri birçok yüksek güçlü elektronik cihaz ortaya çıktı. Bu cihazlar, birkaç volt ve amperde çalışan sinyal seviyesi cihazlarının aksine, birkaç yüz volt ve amperde derecelendirilmiştir.

Güç elektroniğinin amacına ulaşmak için cihazlar bir anahtardan başka bir şey değildir. Tüm güç elektroniği cihazları anahtar görevi görür ve AÇIK ve KAPALI olmak üzere iki moda sahiptir. Örneğin BJT'nin (İki Kutuplu Bağlantı Transistörü) çıkış özelliklerinde devre dışı, aktif ve doymuş olmak üzere üç çalışma alanı vardır. BJT'nin bir amplifikatör görevi görmesi gereken analog elektroniklerde devre, onu aktif çalışma bölgesine yönlendirecek şekilde tasarlanmıştır. Ancak güç elektroniğinde bir BJT, kapatıldığında kesme bölgesinde, açıldığında ise doyum bölgesinde çalışacaktır. Artık cihazlar bir anahtar olarak çalışacakları zaman, bir anahtarın temel karakteristiğini takip etmelidirler; yani anahtar açıldığında, üzerinde sıfır voltaj düşüşü vardır ve üzerinden iletim yapar. tam akım ve KAPALI durumdayken, üzerinde toplam bir voltaj düşüşü vardır ve içinden sıfır akım akar.

Şimdi, her iki modda da V veya I'nin değeri sıfır olduğundan, anahtarın gücü de her zaman sıfırdır. Bu karakteristik, mekanik bir anahtarda kolayca görselleştirilebilir ve aynı durum, güç elektroniği anahtarında da gözlemlenmelidir. Bununla birlikte, KAPALI durumdayken cihazlarda neredeyse her zaman kaçak akım vardır; Kaçak ≠ 0 ve AÇIK durumda her zaman bir voltaj düşüşü vardır, yani Von ≠ 0. Bununla birlikte, Von veya Kaçak büyüklüğü çok daha azdır ve dolayısıyla cihazdan geçen güç de birkaç milivolt düzeyinde çok küçüktür. . Bu güç cihaz içinde dağıtılır ve bu nedenle cihazdan uygun ısı tahliyesi önemli bir husustur. Bu durum ve KAPALI durum kayıplarının dışında güç elektroniği cihazlarında da anahtarlama kayıpları bulunmaktadır. Bu esas olarak anahtar bir moddan diğerine değiştirildiğinde ve cihaz aracılığıyla V ve I değiştiğinde meydana gelir. Güç elektroniğinde her iki kayıp da önemli parametreler Herhangi bir cihazın nominal gerilim ve akım değerlerinin belirlenmesi gerekmektedir.

Yalnızca güç elektroniği cihazları pek kullanışlı değildir. pratik uygulamalar ve bu nedenle diğer destekleyici bileşenlerle birlikte devre ile birlikte tasarım yapılmasını gerektirir. Bu destekleyici bileşenler, istenen sonucu elde etmek için güç elektroniği anahtarlarını kontrol eden karar verme kısmına benzer. Buna ateşleme devresi ve geri besleme devresi de dahildir. Aşağıdaki blok diyagramda basit bir güç elektroniği sistemi gösterilmektedir.

Kontrol ünitesi, sensörlerden gelen çıkış sinyallerini alır ve bunları referanslarla karşılaştırır ve buna göre giriş sinyalini ateşleme devresine girer. Ateşleme devresi temel olarak ana devre bloğundaki güç elektroniği anahtarlarını kontrol edecek şekilde darbe çıkışı üreten bir darbe üreten devredir. Nihai sonuç, yükün gerekli elektrik gücünü alması ve dolayısıyla istenen sonucu vermesidir. Yukarıdaki sistemin tipik bir örneği motorların hızının kontrol edilmesi olacaktır.

Her biri farklı bir amaca sahip olan temel olarak beş tip güç elektroniği devresi vardır:

1. Doğrultucular - Sabit AC akımını AC DC'ye dönüştürür
2. Choppers - kalıcı olarak dönüştürür DC AC DC'ye
3. İnvertörler - doğru akımı değişken genlik ve değişken frekansla alternatif akıma dönüştürür
4. AC Gerilim Kontrol Cihazları - Sabit AC akımını aynı giriş frekansında AC akıma dönüştürür
5. Siklo dönüştürücüler - sabit AC akımını değişken frekanslı AC akımına dönüştürür

Dönüştürücü terimiyle ilgili yaygın bir yanılgı vardır. Dönüştürücü temel olarak elektriği bir formdan diğerine dönüştüren herhangi bir devredir. Bu nedenle, listelenen beşinin tümü dönüştürücü türleridir.