Meniul
AcasăCuvânt

Zinoviev G.S. Fundamentele electronicii de putere. Ce este electronica de putere

Electronica de putere este un domeniu al științei și tehnologiei care rezolvă problema creării dispozitivelor electronice de putere, precum și problema obținerii semnificative energie electrica, controlul proceselor electrice puternice și conversia energiei electrice în energie suficient de mare de alt tip atunci când este utilizat ca instrument principal al acestor dispozitive.

Dispozitivele electronice de putere bazate pe semiconductori sunt discutate mai jos. Aceste dispozitive sunt cele mai utilizate.

Pentru a obține energie electrică, dispozitivele discutate mai sus au fost folosite de mult timp. Celule solare. În prezent, ponderea acestei energii în volumul total de energie electrică este mică. Cu toate acestea, mulți oameni de știință, inclusiv academicianul laureat al Premiului Nobel Zh.I. Alferov, consideră celulele solare ca fiind surse foarte promițătoare de energie electrică, care nu perturbă echilibrul energetic de pe Pământ.

Controlul proceselor electrice puternice este tocmai problema în care puterea dispozitive semiconductoare sunt deja utilizate pe scară largă, iar intensitatea utilizării lor este în creștere rapidă. Acest lucru se explică prin avantajele dispozitivelor semiconductoare de putere, dintre care principalele sunt viteza mare, căderea scăzută în starea deschisă și căderea scăzută în starea închisă (care asigură pierderi reduse de putere), fiabilitate ridicată, capacitate semnificativă de sarcină de curent și tensiune, dimensiuni și greutate reduse, ușurință în operare, unitate organică cu dispozitive electronice de informare cu semiconductor, care facilitează combinarea elementelor de curent ridicat și curent scăzut.

În multe țări au fost lansate lucrări intense de cercetare în domeniul electronicii de putere și, datorită acesteia, dispozitivele semiconductoare de putere, precum și dispozitivele electronice bazate pe acestea, sunt în mod constant îmbunătățite. Aceasta oferă expansiune rapida aplicații ale electronicii de putere, care la rândul lor stimulează cercetarea științifică. Aici putem vorbi despre pozitiv părere la scara unei întregi zone de activitate umană. Rezultatul este pătrunderea rapidă a electronicii de putere într-o mare varietate de domenii tehnice.

O proliferare deosebit de rapidă a dispozitivelor electronice de putere a început după crearea tranzistoarelor cu efect de câmp de putere și a IGBT-urilor.

Aceasta a fost precedată de destule o perioadă lungă, când dispozitivul principal semiconductor de putere era un tiristor neblocat, creat în anii 50 ai secolului trecut. Tiristoarele fără blocare au jucat un rol proeminent în dezvoltarea electronicii de putere și sunt utilizate pe scară largă astăzi. Dar incapacitatea de a opri folosind impulsuri de control face adesea dificilă utilizarea acestora. Decenii de dezvoltatori dispozitive de alimentare A trebuit să mă împac cu acest dezavantaj, folosind în unele cazuri unități de circuit de putere destul de complexe pentru a opri tiristoarele.

Utilizarea pe scară largă a tiristoarelor a dus la popularitatea termenului „tehnologie tiristoare”, care a apărut la acea vreme, care a fost folosit în același sens cu termenul „electronica de putere”.

Sistemele de energie s-au dezvoltat în această perioadă tranzistoare bipolareși-au găsit domeniul de aplicare, dar nu a schimbat radical situația în electronica de putere.

Numai odată cu apariția tranzistoarelor cu efect de câmp de putere și a 10 wați au fost întrerupătoare electronice complet controlabile în mâinile inginerilor, apropiindu-se de cele ideale în proprietățile lor. Acest lucru a simplificat foarte mult rezolvarea unei game largi de probleme legate de controlul proceselor electrice puternice. Disponibilitate suficient de avansat chei electronice face posibilă nu numai conectarea instantanee a unei sarcini la o sursă DC sau AC și deconectarea acesteia, ci și generarea de semnale de curent foarte mari sau aproape orice formă necesară pentru aceasta.

Cele mai comune dispozitive electronice de putere tipice sunt:

dispozitive de comutare fără contact curent alternativ și continuu (întrerupătoare), concepute pentru a porni sau opri o sarcină într-un circuit de curent alternativ sau continuu și, uneori, pentru a regla puterea sarcinii;

redresoare, transformând o variabilă într-o polaritate (unidirecțională);

invertoare, conversia unei constante într-o variabilă;

convertoare de frecvenţă, conversia unei variabile a unei frecvențe într-o variabilă a altei frecvențe;

convertoare DC(convertoare) care convertesc o constantă a unei mărimi într-o constantă a altei mărimi;

convertoare de număr de fază, transformând o variabilă alternativă cu un număr de faze într-una alternativă cu un număr diferit de faze (de obicei monofazat este transformat în trifazat sau trifazat în monofazat);

compensatorii(corectori de factor de putere) concepute pentru a compensa re putere activăîn rețeaua de alimentare cu curent alternativ și pentru a compensa distorsiunile sub formă de curent și tensiune.

În esență, dispozitivele electronice de putere efectuează conversia semnalelor electrice de mare putere. De aceea, electronica de putere este numită și tehnologie convertor.

Dispozitivele electronice de putere, atât standard, cât și specializate, sunt utilizate în toate domeniile tehnologiei și în aproape orice echipament științific destul de complex.

Cu titlu de ilustrare, indicăm câteva obiecte în care dispozitive electronice de putere a executa funcții importante:

Acționare electrică (controlul vitezei și al cuplului etc.);

Instalatii pentru electroliza (metalurgie neferoasa, industria chimica);

Echipamente electrice pentru transmiterea energiei electrice către distante lungi pe curent continuu;

Echipamente electrometalurgice (amestecare electromagnetică a metalelor etc.);

Instalații electrotermale (încălzire prin inducție etc.);

Echipamente electrice pentru încărcarea bateriilor;

calculatoare;

Echipamente electrice pentru autoturisme si tractoare;

Echipamente electrice pentru aeronave și nave spațiale;

Dispozitive de comunicații radio;

Echipamente pentru difuzare de televiziune;

Dispozitive pentru iluminat electric (putere lampă fluorescentă si etc.);

Echipamente electrice medicale (terapie cu ultrasunete și chirurgie etc.);

Unelte electrice;

Dispozitive electronice de consum.

Dezvoltarea electronicii de putere schimbă și abordările de rezolvare probleme tehnice. De exemplu, crearea tranzistoarelor cu efect de câmp de putere și a IGBT-urilor contribuie în mod semnificativ la extinderea domeniului de aplicare a motoarelor cu inductor, care, într-un număr de domenii, înlocuiesc motoarele cu comutator.

Un factor semnificativ care are un efect benefic asupra răspândirii dispozitivelor electronice de putere este succesul electronicii informaționale și, în special, al tehnologiei cu microprocesoare. Pentru a controla procese electrice puternice, se folosesc algoritmi din ce în ce mai complecși, care nu pot fi implementați decât rațional folosind dispozitive electronice informaționale suficient de avansate.

Utilizarea eficientă în comun a progreselor în domeniul electronicii de putere și de date produce rezultate cu adevărat remarcabile.

Dispozitivele existente pentru conversia energiei electrice într-un alt tip de energie atunci când se utilizează direct dispozitive semiconductoare nu au încă o putere mare de ieșire. Totuși, și aici s-au obținut rezultate încurajatoare.

Laserele semiconductoare convertesc energia electrică în energie de radiație coerentă în domeniul ultraviolet, vizibil și infraroșu. Aceste lasere au fost propuse în 1959 și implementate pentru prima dată folosind arseniură de galiu (GaAs) în 1962. Laserele pe bază de semiconductori au o eficiență ridicată acțiune utilă(peste 10%) și durată lungă de viață. Sunt folosite, de exemplu, în spoturile cu infraroșu.

LED-urile albe ultra-luminoase, care au apărut în anii 90 ai secolului trecut, sunt deja folosite în unele cazuri pentru iluminat în locul lămpilor cu incandescență. LED-urile sunt semnificativ mai economice și au o durată de viață semnificativ mai lungă. Se presupune că domeniul de aplicare Lămpi cu LED-uri se va extinde rapid.

Fundamentele electronicii de putere

Cartea va permite unui radioamator începător să treacă pas cu pas, cu un fier de lipit în mâini, prin spini până la stele - de la înțelegerea elementelor de bază ale electronicii de putere până la vârfurile de munte ale priceperii profesionale.

Informațiile prezentate în carte sunt împărțite în trei categorii de niveluri de pregătire pentru specialiștii din domeniul electronicii de putere. După ce a stăpânit următoarea etapă de pregătire și a răspuns la întrebările unice ale examenului, studentul este „transferat” la Nivelul următor cunoştinţe.

Cartea oferă informații practice, teoretice și de fond suficiente pentru a permite cititorului, pe măsură ce se deplasează prin paginile cărții, să calculeze, să monteze și să configureze în mod independent dispozitivul care îi place. design electronic. Pentru a îmbunătăți abilitățile profesionale ale cititorului, cartea conține numeroase teste testate în practică sfaturi utile, și circuite reale dispozitive electronice.
Publicația poate fi utilă cititorilor de diferite vârste și niveluri de pregătire care sunt interesați de crearea, proiectarea, îmbunătățirea și repararea elementelor și componentelor electronicii de putere.

Introducere

Capitolul I. Stăpânirea elementelor de bază ale electronicii de putere
1.1. Definiții și legi ale ingineriei electrice
1.2. Elemente de bază ale electronicii de putere
1.3. Conexiune serie-paralelă și alte conexiuni
elemente electronice radio
Conexiune serie-paralelă a rezistențelor
Conexiunea serie-paralela a condensatoarelor
Conexiune serie-paralelă a inductorilor
Conexiune serie-paralelă a diodelor semiconductoare
Tranzistoare compozite
Schemele Darlington și Sziklai-Norton
Conectarea în paralel a tranzistorilor
Conectarea în serie a tranzistoarelor
1.4. Tranzitorii în circuitele RLC
Tranzitorii în circuitele CR și RC
Procese tranzitorii în circuitele LR și RL
Tranzitorii în circuitele CL și LC
1.5. Surse de alimentare cu transformator liniar
Schema bloc tipică a unei surse de alimentare secundare clasice
Transformator
1.6. Redresoare
1.7. Filtre de netezire a puterii
Filtru C cu un singur element cu o singură secțiune
Filtru L cu un singur element
Filtru LC cu două elemente, cu o singură legătură, în formă de L
Filtru RC în formă de L cu două elemente
Filtru de netezire cu diodă în formă de U, cu trei elemente, cu o singură legătură
Filtru de compensare
Filtre anti-aliasing multi-link
Filtre active
Filtru anti-aliasing tranzistor
Filtru cu tranzistor în serie
Filtru cu conexiune paralelă a tranzistorului
Caracteristici comparative ale filtrelor de alimentare
1.8. Protectoare de supratensiune
Stabilizator de tensiune în paralel
pentru puterea de sarcină crescută
Regulator de tensiune în serie
Regulator de compensare în serie
folosind un amplificator operațional
Stabilizatoare de tensiune pe circuite integrate
1.9. Convertoare de tensiune
Convertoare de tensiune condensatoare
Convertoare de tensiune autoexcitate
Convertoare de tensiune cu excitație externă
Convertoare de tensiune de comutare
1.10. Întrebări și sarcini pentru autotestarea cunoștințelor

Capitolul II. Designuri practice de electronice de putere
2.1. Redresoare
Redresoare monofazate cu două canale și reglate în trepte
Scheme de redresoare trifazate (polifazate).
Redresor polifazat cu jumătate de undă
2.2. Multiplicatori de tensiune
2.3. Filtre de netezire a puterii
2.4. Stabilizatori DC
Generatoare de curent stabile
Oglinda curenta
Generatoare de curent stabile bazate pe tranzistoare cu efect de câmp
Generatoare de curent stabile bazate pe tranzistoare bipolare și cu efect de câmp
Generatoare de curent stabile folosind amplificatoare operaționale
GTS folosind microcircuite specializate
2.5. Protectoare de supratensiune
Referințe de tensiune
Stabilizatoare de tensiune de tip paralel
pe cipuri specializate
Regulator de tensiune stabilizat cu comutare
Regulator de tensiune de comutare descendente
Sursa de alimentare stabilizata de laborator
Stabilizatoare de tensiune de comutare
2.6. Convertoare de tensiune
Boost convertor DC/DC
Convertor de tensiune stabilizat
Convertor de tensiune 1,5/9 V pentru alimentarea multimetrului
Convertor simplu de tensiune 12/220 V 50 Hz
Convertor de tensiune 12V/230V 50 Hz
Circuit tipic al unui convertor DC/DC cu izolare galvanică pe TOPSwitch
Convertor de tensiune 5/5 V cu izolare galvanica
2.7. Convertoare de tensiune pentru alimentare cu descărcare în gaz și LED
surse de lumină
Alimentare de joasă tensiune către LDS cu luminozitate reglabilă
Convertor de tensiune pentru alimentarea unei lămpi fluorescente
Convertor pentru alimentarea LDS la TVS-110LA
Convertor de putere a lămpii cu economie de energie
Drivere pentru putere Surse LED Sveta
pentru alimentarea surselor de lumină LED din galvanică
AA sau baterii reîncărcabile
Convertoare de tensiune pe microcircuite
pentru alimentarea surselor de lumină LED din rețea curent alternativ
2.8. Dimmer-uri
Dimmer pentru controlul intensității lămpilor cu incandescență
Dimmer pentru a controla intensitatea radiației
Surse de lumină LED
2.9. Baterii și dispozitiv de încărcare
Caracteristicile comparative ale bateriei
Incarcatoare universale
pentru încărcarea bateriilor NiCd/NiMH
Controler de încărcare a bateriei Li-Pol pe un cip
Incarcator pentru baterie Li-Pol
Dispozitiv pentru încărcarea bateriilor LiFePO4 și Li-Ion
Incarcatoare solare automate
Încărcătoare fără fir
2.10. Regulatoare și stabilizatoare ale turației arborelui motorului electric
Caracteristicile motoarelor electrice
motoare de curent continuu
Regulatoare de turație a motorului de curent continuu
pe circuite integrate
Controler automat de viteză a răcitorului pentru computer
Comutator ventilator dependent de temperatură
Stabilizator de viteză a arborelui motorului electric
Reglarea și stabilizarea vitezei de rotație a unui motor de curent continuu
Controler de viteză pentru motor DC
Regulatoare de viteză PWM pentru motoare DC
Regulator de turație a motorului electric cu inversare
motoare de curent alternativ
Conectarea unui motor electric asincron trifazat
la o rețea monofazată
Tensiune trifazată de la motorul electric
Convertor de tensiune monofazat la trifazat
Formatoare de tensiune trifazate pe baza
analog electronic al transformatorului Scott
Generator de tensiune trifazat cu gamă largă
Convertizoare de frecvență pentru alimentarea asincronă trifazată
motoare electrice
Utilizare modularea lățimii impulsului
pentru reglarea vitezei motorului electric
Controler de viteză a motorului pas cu pas
Dispozitiv de protectie la suprasarcina motorului
2.11. Corectori de factor de putere
Triunghiul de capacitate
Metode de corecție a factorului de putere
Corecție pasivă a factorului de putere
Corecția factorului de putere activă
2.12. Stabilizatoare de tensiune de rețea
Principalele caracteristici ale stabilizatorilor
Stabilizatori ferrorezonanți
Stabilizatori electromecanici
Stabilizatori electronici
Stabilizatoare cu invertor
Surse de alimentare neîntreruptibile sau de rezervă
2.13. Repararea si reglarea unitatilor electronice de putere
2.14. Întrebări și sarcini pentru autotestarea cunoștințelor
pentru a trece la pasul următor

Capitolul III. Profesional solutii tehnice probleme cu electronica de putere
3.1. Baza metodologică creativitate inginerească în rezolvare
probleme practice electronice radio
3.2. Metode de rezolvare a problemelor creative
Rezolvarea problemelor creative de primul nivel de complexitate
Metoda de timp sau zoom
Rezolvarea problemelor creative de al doilea nivel de complexitate
Brainstorming (brainstorming, brainstorming)
Rezolvarea problemelor creative de al treilea nivel de complexitate
Analiza functionala si a costurilor
Probleme cu electronica de putere
pentru dezvoltarea imaginației creative
3.3. Brevete și idei noi în domeniul electronicii de putere
Noi brevete în domeniul electronicii de putere
Stabilizator de tensiune DC compensator
Stabilizator de tensiune DC
Convertor de dolari Tensiune AC in permanenta
Convertor de tensiune unipolar la bipolar
Convertor de tensiune unipolar la bipolar de microputere
Elemente rezistente la bariere - baristori și aplicarea acestora
Încălzire prin inducție
Transformator de curent pentru încălzirea lichidului de răcire
3.4. Electronica de putere a fenomenelor neobișnuite
Experimente paradoxale și interpretarea lor
Tehnica fotografică Kirlian
Instalatie pentru studierea proceselor de evacuare a gazelor
Circuitul dispozitivelor pentru fotografia Kirlian
Generator pentru obținerea fotografiilor Kirlian
Dispozitive pentru terapia cu ultraton
Colectori electronici de praf radioactiv - aspirator electronic
motor ionic
Ionolet
Ionofon sau arc cântând
Minge de plasmă
Accelerator liniar simplu - pistol Gauss
Railgun
3.5. Caracteristici ale utilizării elementelor pasive în electronica de putere
Rânduri de valori ale rezistenței și condensatorului
Rezistoare pentru electronica de putere
Condensatoare pentru electronica de putere
Caracteristicile de frecvență ale condensatoarelor tipuri variate
Condensatori electrolitici din aluminiu
Condensatoare electrolitice de tantal
Inductori pentru electronica de putere
Parametrii de bază ai inductorilor
Proprietățile de frecvență ale inductorilor
3.6. Caracteristici ale utilizării dispozitivelor semiconductoare în electronica de putere
Proprietățile unei joncțiuni p-p
Tranzistoare bipolare
tranzistoare MOSFET și IGBT
3.7.Snubbers
3.8. Răcirea elementelor electronice de putere
Caracteristici comparative ale sistemelor de răcire
Răcire cu aer
Răcire cu lichid
Racitoare termice folosind efectul Peltier
Module piezoelectrice de răcire activă
3.9. Întrebări și sarcini pentru autotestarea cunoștințelor

Anexa 1. Metode de înfăşurare a transformatoarelor toroidale
Anexa 2. Măsuri de siguranță în timpul producției și punerii în funcțiune
și funcționarea dispozitivelor electronice de putere
Listă de literatură și resurse de pe Internet

Pagini: 336
Limba rusă
Format: PDF
Calitate: excelenta
Dimensiune: 21 mb
Descărcați: Shustov M.A. Fundamentele electronicii de putere

Manual. – Novosibirsk: Editura NSTU, 1999.

Piese: 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4

Acest manual este destinat (cu două niveluri de profunzime de prezentare a materialului) studenților facultăților din FES, EMF, care nu sunt „specialiști” în electronică de putere, ci studiază cursuri cu diferite titluri despre utilizarea dispozitivelor electronice de putere. în putere electrică, electromecanic, electric sisteme tehnice Oh. Secțiunile manualului, evidențiate cu font bloc, sunt destinate (și la două niveluri de profunzime de prezentare) unui studiu suplimentar și mai aprofundat al cursului, ceea ce vă permite să îl utilizați ca tutorial pentru studenții specialității „Promelelectronică” REF, care se pregătesc „ca specialiști” în electronică de putere. Astfel, ediția propusă implementează principiul „patru într-unul”. Recenziile literaturii științifice și tehnice privind secțiunile relevante ale cursului adăugate la secțiunile individuale fac posibilă recomandarea manualului ca publicație informativă atât pentru studenți, cât și pentru studenții absolvenți.

Prefaţă.
Fundamente științifice, tehnice și metodologice pentru studiul dispozitivelor electronice de putere.
Metodologie abordare sistematica la analiza dispozitivelor electronice de putere.
Indicatori energetici ai calității conversiei energiei în convertoarele cu supape.
Indicatori energetici ai calității proceselor electromagnetice.
Indicatori energetici ai calității utilizării elementelor dispozitivului și a dispozitivului în ansamblu.
Element de bază a convertoarelor de supapă.
Dispozitive semiconductoare de putere.
Supape cu control incomplet.
Supape cu control total.
Tiristoare blocabile, tranzistoare.
Transformatoare și reactoare.
Condensatoare.
Tipuri de convertoare de energie electrică.
Metode de calcul a indicatorilor energetici.
Modele matematice ale convertoarelor de supape.
Metode de calcul a performanței energetice a convertoarelor.
Metoda integrală.
Metoda spectrală.
Metoda directă.
Metoda Adu.
Metoda Adu.
Metoda Adu(1).
Metode AduM1, Adum2, Adum(1).
Teoria transformării curentului alternativ în curent continuu cu parametri ideali ai convertorului.
Redresor ca sistem. Definiții și notații de bază.
Mecanismul de conversie a curentului alternativ în curent redresat în celula de bază Dt/Ot.
Redresor bifazat curent monofazat(m1 = 1, m2 = 2, q = 1).
Redresor monofazat folosind un circuit în punte (m1 = m2 = 1, q = 2).
Redresor curent trifazat cu schema de conectare a înfăşurărilor trans.
formator triunghi-stea cu terminal zero (m1 = m2 = 3, q ​​​​= 1).
Redresor de curent trifazat cu o diagramă de conexiune a înfășurării transformatorului în stea în zig-zag cu zero (m1 = m2 = 3, q ​​= 1).
Redresor de curent trifazat cu șase faze cu conexiune înfăşurări secundare stea transformatoare - stea inversă cu reactor de egalizare (m1 = 3, m2 = 2 x 3, q ​​= 1).
Redresor de curent trifazat folosind un circuit în punte (m1=m2=3, q=2).
Redresoare controlate. Teoria caracteristică de reglare a conversiei curentului alternativ în curent continuu (cu recuperare) ținând cont de parametrii reali ai elementelor convertoarelor.
Proces de comutare într-un redresor controlat cu un transformator real. Caracteristici externe.
Teoria funcționării redresorului pe back-EMF la o valoare finită a inductanței Ld.
Mod curent intermitent (? 2?/qm2).
Mod curent extrem de continuu (? = 2?/qm2).
Mod curent continuu (? 2?/qm2).
Funcționarea unui redresor cu un filtru de netezire a condensatorului.
Inversarea direcției fluxului de putere activă într-un convertor de supapă cu EMF inversă în modul de inversare dependent de circuitul continuu.
Invertor de curent monofazat dependent (m1=1, m2=2, q=1).
Invertor de curent trifazat dependent (m1=3, m2=3, q=1).
Dependența generală a curentului de redresor primar de anod și de curenții redresați (legea lui Chernyshev).
Spectrele curenților primari ai transformatoarelor, redresoarelor și invertoarelor dependente.
Spectrele tensiunilor redresate și inversate ale convertorului supapei.
Optimizarea numărului de faze secundare ale transformatorului redresor. Circuite de redresare multifazate echivalente.
Influența comutației asupra valorilor efective ale curenților transformatorului și a puterii sale tipice.
Eficiența și factorul de putere al unui convertor de supapă în modul de redresare și inversare dependentă.
Eficienţă.
Factor de putere.
Redresoare cu supape complet controlate.
Redresor cu control avansat de fază.
Redresor cu reglare a lățimii de impuls a tensiunii redresate.
Redresor cu formare forțată a unei curbe de curent consumat din rețeaua de alimentare.
Convertor de supapă reversibil (redresor reversibil).
Compatibilitatea electromagnetică a convertorului de supapă cu rețeaua de alimentare.
Exemplu model de proiectare electrică a unui redresor.
Selectarea unui circuit redresor (etapa de sinteză structurală).
Calculul parametrilor elementelor circuitului redresoare controlate (etapa de sinteză parametrică).
Concluzie.
Literatură.
Index de subiect.

Cărți
O selecție în continuă creștere de cărți pentru bricolagi și multe altele.

Yu.K. Rozanov - Moscova - Energoatomizdat, 1992

Fișierul este prezentat în format DJVU


Conţinut:

  • Prefaţă
  • Introducere
  • Capitolul întâi. Elemente de bază ale electronicii de putere
    • 1.1. Semiconductori de putere
      • 1.1.1. Diode de putere
      • 1.1.2. Tranzistoare de putere
      • 1.1.3. tiristoare
      • 1.1.4. Aplicații ale dispozitivelor semiconductoare de putere
    • 1.2. Transformatoare și reactoare
    • 1.3. Condensatoare
  • Capitolul doi. Redresoare
    • 2.1. Informații generale
    • 2.2. Circuite de redresare de bază
      • 2.2.1. Circuit monofazat de undă completă cu punct de mijloc
      • 2.2.2. Circuit de punte monofazat
      • 2.2.3. Circuit trifazat cu punct de mijloc
      • 2.2.4. Circuit de punte trifazat
      • 2.2.5. Circuite multipunte
      • 2.2.6. Compoziția armonică a tensiunii redresate și a curenților primari în circuitele de redresare
    • 2.3. Comutare și moduri de funcționare ale redresoarelor
    • 2.4. Caracteristicile energetice ale redresoarelor și modalități de îmbunătățire a acestora
      • 2.4.1. Factorul de putere și eficiența redresoarelor
      • 2.4.2. Îmbunătățirea factorului de putere al redresoarelor controlate
    • 2.5. Caracteristici ale funcționării redresoarelor pentru sarcină capacitivă și back-EMF
    • 2.6. Filtre anti-aliasing
    • 2.7. Funcționarea unui redresor de la o sursă de putere comparabilă
  • Capitolul trei. Invertoare și convertoare de frecvență
    • 3.1. Invertoare cu rețea
      • 3.1.1. Invertor monofazat de punct mediu
      • 3.1.2. Invertor de punte trifazat
      • 3.1.3. Balanța puterii într-un invertor alimentat de rețea
      • 3.1.4. Principalele caracteristici și moduri de funcționare ale invertoarelor cu rețea
    • 3.2. Invertoare autonome
      • 3.2.1. Invertoare de curent
      • 3.2.2. Invertoare de tensiune
      • 3.2.3. Invertoare de tensiune bazate pe tiristoare
      • 3.2.4. Invertoare rezonante
    • 3.3. Convertoare de frecvență
      • 3.3.1. Convertizoare de frecvență cu legătură intermediară intermediară
      • 3.3.2. Convertoare de frecvență cuplate direct
    • 3.4. Reglarea tensiunii de ieșire a invertoarelor autonome
      • 3.4.1. Principii generale de reglementare
      • 3.4.2. Dispozitive de control pentru invertoare de curent
      • 3.4.3. Reglarea tensiunii de ieșire prin modulație de frecvență radio (PWM)
      • 3.4.4. Adunarea geometrică a tensiunilor
    • 3.5. Metode de îmbunătățire a formei de undă a tensiunii de ieșire a invertoarelor și convertoarelor de frecvență
      • 3.5.1. Influența tensiunii nesinusoidale asupra consumatorilor de energie electrică
      • 3.5.2. Filtre de ieșire ale invertorului
      • 3.5.3. Reducerea armonicilor superioare în tensiunea de ieșire fără utilizarea de filtre
  • Capitolul patru. Regulatoare-stabilizatoare si contactoare statice
    • 4.1. Regulatoare de tensiune AC
    • 4.2. Regulatoare-stabilizatoare DC
      • 4.2.1. Stabilizatori parametrici
      • 4.2.2. Stabilizatori continui
      • 4.2.3. Regulatoare de comutare
      • 4.2.4. Dezvoltarea structurilor regulatoarelor de comutare
      • 4.2.5. Regulatoare DC tiristor-condensator cu transfer de energie dozat la sarcină
      • 4.2.6. Convertor-regulatoare combinate
    • 4.3. Contactoare statice
      • 4.3.1. Contactoare de curent alternativ cu tiristoare
      • 4.3.2. Contactoare DC tiristoare
  • Capitolul cinci. Sisteme de control al convertizorului
    • 5.1. Informații generale
    • 5.2. Diagrame structurale sisteme de control pentru dispozitivele convertoare
      • 5.2.1. Sisteme de control pentru redresoare și invertoare dependente
      • 5.2.2. Sisteme de control al convertizorului de frecvență cuplat direct
      • 5.2.3. Sisteme de control pentru invertoare autonome
      • 5.2.4. Sisteme de control pentru regulatoare si stabilizatoare
    • 5.3. Sisteme cu microprocesoare în tehnologia convertoarelor
  • Capitolul șase. Aplicații ale dispozitivelor electronice de putere
    • 6.1. Domenii de aplicare rațională
    • 6.2. Cerințe tehnice generale
    • 6.3. Protecție în regimuri de urgență
    • 6.4. Monitorizare operațională și diagnosticare a stării tehnice
    • 6.5. Asigurarea functionarii in paralel a convertoarelor
    • 6.6. Interferență electromagnetică
  • Bibliografie

INTRODUCERE

ÎN tehnologie electronică distinge între electronica de putere și electronica informațională. Electronica de putere a apărut inițial ca un domeniu de tehnologie asociat în primul rând cu transformarea diferitelor tipuri de energie electrică prin utilizarea dispozitivelor electronice. Progresele ulterioare în domeniul tehnologiilor semiconductoare au făcut posibilă extinderea semnificativă a funcționalității dispozitivelor electronice de putere și, în consecință, a domeniului de aplicare a acestora.

Dispozitivele electronice moderne de putere vă permit să controlați fluxul de energie electrică nu numai în scopul conversiei acestuia de la un tip la altul, ci și pentru distribuția și organizarea protecției de mare viteză. circuite electrice, compensarea puterii reactive etc. Aceste funcții, strâns legate de sarcinile tradiționale ale industriei energiei electrice, au determinat un alt nume pentru electronica de putere - electronica de putere. Electronica informațională este folosită în primul rând pentru control procesele informaţionale. În special, dispozitivele electronice informaționale stau la baza sistemelor de control și reglare diverse obiecte, inclusiv dispozitive electronice de putere.

Cu toate acestea, în ciuda extinderii intensive a funcțiilor dispozitivelor electronice de putere și a domeniilor lor de aplicare, principalele probleme și sarcini științifice și tehnice rezolvate în domeniul electronicii de putere sunt asociate. transformarea energiei electrice.

Electricitatea este folosită în diferite forme: sub formă de curent alternativ cu frecvența de 50 Hz, sub formă de curent continuu (peste 20% din toată energia electrică generată), precum și curent alternativ de frecvență sau curenți mai mari formă specială(de exemplu, puls etc.). Această diferență se datorează în principal diversității și specificității consumatorilor și, în unele cazuri (de exemplu, în sistemele autonome de alimentare cu energie) și surselor primare de energie electrică.

Diversitatea tipurilor de energie electrică consumată și generată necesită conversia acesteia. Principalele tipuri de conversie a energiei electrice sunt:

  • 1) redresare (conversia curentului alternativ în curent continuu);
  • 2) inversiune (conversia curentului continuu în curent alternativ);
  • 3) conversie de frecvență (conversia curentului alternativ al unei frecvențe în curent alternativ al altei frecvențe).

Există, de asemenea, o serie de alte tipuri de conversie mai puțin obișnuite: forme de undă curente, număr de faze etc. În unele cazuri, se utilizează o combinație de mai multe tipuri de conversie. În plus, electricitatea poate fi convertită pentru a îmbunătăți calitatea parametrilor săi, de exemplu, pentru a stabiliza tensiunea sau frecvența curentului alternativ.

Conversia energiei electrice se poate face căi diferite. În special, tradițională pentru inginerie electrică este transformarea prin unități de mașini electrice constând dintr-un motor și un generator unite printr-un arbore comun. Cu toate acestea, această metodă de conversie are o serie de dezavantaje: prezența pieselor în mișcare, inerție etc. Prin urmare, în paralel cu dezvoltarea conversiei mașinilor electrice în inginerie electrică, s-a acordat multă atenție dezvoltării metodelor de conversie statică a electricității. . Majoritatea acestor dezvoltări s-au bazat pe utilizarea elementelor neliniare ale tehnologiei electronice. Principalele elemente ale electronicii de putere, care au devenit baza creației convertoare statice, au apărut dispozitive semiconductoare. Conductivitatea majorității dispozitivelor semiconductoare depinde în mod semnificativ de direcție curent electric: în direcția înainte conductivitatea lor este mare, în sens invers este mică (adică un dispozitiv semiconductor are două stări clar definite: deschis și închis). Dispozitivele semiconductoare pot fi necontrolate sau controlate. În cele din urmă, este posibil să se controleze momentul declanșării conductivității lor ridicate (pornire) folosind impulsuri de control de putere redusă. Primul lucrări casnice, dedicat studiului dispozitivelor semiconductoare și utilizării acestora pentru conversia energiei electrice au fost lucrările academicienilor V. F. Mitkevich, N. D. Papeleksi și alții.

În anii 1930, dispozitivele de descărcare în gaze (supape de mercur, tiratroni, gastrons etc.) erau comune în URSS și în străinătate. Concomitent cu dezvoltarea dispozitivelor de descărcare în gaz, a fost dezvoltată teoria conversiei energiei electrice. Au fost dezvoltate tipuri de circuite de bază și au fost efectuate cercetări ample asupra proceselor electromagnetice care au loc în timpul redresării și inversării curentului alternativ. În același timp, au apărut primele lucrări privind analiza circuitelor invertoarelor autonome. În dezvoltarea teoriei convertoarelor de ioni, un rol major l-au jucat lucrările oamenilor de știință sovietici I. L. Kaganov, M. A. Chernyshev, D. A. Zavalishin, precum și a celor străini: K. Müller-Lübeck, M. Demontvigne, V. Schiling și alții.

O nouă etapă în dezvoltarea tehnologiei convertoarelor a început la sfârșitul anilor 50, când au apărut dispozitive semiconductoare puternice - diode și tiristoare. Aceste dispozitive, dezvoltate pe baza de siliciu, au propriile lor specificatii tehnice mult superioară dispozitivelor de descărcare a gazelor. Sunt mici ca marime si greutate, au valoare ridicata Eficiență, răspuns rapid și fiabilitate sporită atunci când funcționează pe o gamă largă de temperaturi.

Utilizarea dispozitivelor semiconductoare de putere a influențat semnificativ dezvoltarea electronicii de putere. Ele au devenit baza pentru dezvoltarea dispozitivelor de conversie extrem de eficiente de toate tipurile. În aceste dezvoltări, au fost adoptate multe circuite și soluții de proiectare fundamental noi. Dezvoltarea industriei de dispozitive semiconductoare de putere a intensificat cercetarea în acest domeniu și crearea de noi tehnologii. Ținând cont de specificul dispozitivelor semiconductoare de putere, s-au rafinat metode vechi de analiză a circuitelor și au fost dezvoltate metode noi. Clasele de circuite pentru invertoare autonome, convertoare de frecvență, regulatoare de curent continuu și multe altele s-au extins semnificativ și au apărut noi tipuri de dispozitive electronice de putere - contactoare statice cu comutare naturală și artificială, compensatoare de putere reactivă cu tiristoare, dispozitive de protecție de mare viteză cu tensiune. limitatoare etc.

Acționările electrice au devenit una dintre principalele domenii de utilizare eficientă a electronicii de putere. Unitățile tiristoare și dispozitivele complete au fost dezvoltate pentru acționări electrice de curent continuu și sunt utilizate cu succes în metalurgie, construcții de mașini-unelte, transport și alte industrii. Dezvoltarea tiristoarelor a condus la progrese semnificative în domeniul acționărilor electrice AC reglabile.

Au fost create dispozitive extrem de eficiente care convertesc curentul de frecvență industrial în curent alternativ frecventa reglabila pentru a controla viteza motoarelor electrice. Pentru diverse domenii de tehnologie, au fost dezvoltate multe tipuri de convertoare de frecvență cu parametri de ieșire stabilizați. În special, au fost create unități tiristoare puternice de înaltă frecvență pentru încălzirea prin inducție a metalului, care oferă un efect tehnic și economic mare prin creșterea duratei lor de viață în comparație cu unitățile de mașini electrice.

Pe baza implementării convertoare cu semiconductori s-a efectuat reconstrucția stațiilor electrice pentru transportul electric mobil. S-a îmbunătățit semnificativ calitatea unora procese tehnologiceîn industria electrometalurgică și chimică prin introducerea redresoarelor cu reglare profundă a tensiunii și curentului de ieșire.

Avantajele convertoarelor cu semiconductori au determinat utilizarea lor pe scară largă în sistemele de alimentare neîntreruptibilă. Domeniul de aplicare al dispozitivelor electronice de putere în domeniul electronicii de larg consum (regulatoare de tensiune etc.) s-a extins.

De la începutul anilor 80, datorită dezvoltării intensive a electronicii, a început crearea unei noi generații de produse electronice de putere. Baza acesteia a fost dezvoltarea și industrializarea de noi tipuri de dispozitive semiconductoare de putere: tiristoare de oprire. tranzistoare bipolare, tranzistoare MOS etc. În același timp, s-au dezvoltat viteza dispozitivelor semiconductoare, valorile parametrilor limitatori ai diodelor și tiristoarelor, tehnologii integrate și hibride pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare de diferite tipuri, microprocesoare. tehnologia a început să fie introdusă pe scară largă pentru a controla și monitoriza dispozitivele convertoare.

Utilizarea unei noi baze de elemente a făcut posibilă îmbunătățirea fundamentală a unor indicatori tehnici și economici importanți precum eficiența, valorile specifice de masă și volum, fiabilitatea, calitatea parametrilor de ieșire etc. A fost identificată o tendință de creștere a frecvenței de conversie a energiei electrice. . În prezent, au fost dezvoltate surse de energie secundare miniaturale de putere mică și medie cu conversie intermediară a energiei electrice la frecvențe în domeniul supersonic. Dezvoltarea gamei de înaltă frecvență (peste 1 MHz) a condus la necesitatea rezolvării unui complex de probleme științifice și tehnice în proiectarea dispozitivelor convertoare și suportul acestora compatibilitate electromagnetica ca parte a sistemelor tehnice. Obținut prin trecerea la frecvențe crescute Efectul tehnic și economic a compensat pe deplin costurile rezolvării acestor probleme. Prin urmare, în prezent, tendința de a crea multe tipuri de dispozitive convertoare cu o legătură intermediară de înaltă frecvență continuă.

Trebuie remarcat faptul că utilizarea dispozitivelor semiconductoare de mare viteză complet controlate în circuitele tradiționale le extinde semnificativ capacitățile de a oferi noi moduri de funcționare și, în consecință, noi proprietăți funcționale ale produselor electronice de putere.



Data de: 13.02.12 ora 12:00
Citeste: 10979

În acest articol vom vorbi despre electronica de putere. Ce este electronica de putere, pe ce se bazează, ce avantaje oferă și care sunt perspectivele acesteia? Să ne oprim componente electronica de putere, să luăm în considerare pe scurt ce sunt acestea, cum diferă unele de altele și pentru ce aplicații sunt convenabile aceste sau alte tipuri de comutatoare semiconductoare. Să dăm exemple de dispozitive electronice de putere utilizate în Viata de zi cu zi, la serviciu și acasă.

In spate anul trecut Dispozitivele electronice de putere au făcut posibilă realizarea unei descoperiri tehnologice serioase în economisirea energiei. Dispozitivele semiconductoare de putere, datorită controlabilității lor flexibile, fac posibilă conversia eficientă a energiei electrice. Indicatorii de greutate și dimensiune și eficiența obținute astăzi au adus deja dispozitivele convertoare la un nivel calitativ nou.

Multe industrii folosesc soft startere, regulatoare de viteză, surse sursă de alimentare neîntreruptibilă, funcționând pe o bază semiconductoare modernă și prezentând o eficiență ridicată. Toate acestea sunt electronice de putere.

Fluxul de energie electrică în electronica de putere este controlat cu ajutorul comutatoarelor semiconductoare, care înlocuiesc întrerupătoarele mecanice și care pot fi controlate conform algoritmului necesar pentru a obține puterea medie necesară și acțiunea precisă a elementului de lucru al unui anumit echipament.

Astfel, electronica de putere este folosită în transporturi, în industria minieră, în sectorul comunicațiilor, în multe industrii și nici un singur aparat electrocasnic puternic nu se poate face fără unitățile electronice de putere incluse în designul său.

Principalele componente ale electronicii de putere sunt componentele cheie ale semiconductoarelor care pot la viteze diferite, până la megaherți, deschideți și închideți circuitul. Când este pornită, rezistența cheii este de unități și fracțiuni de ohm, iar când este oprită, este de megaohmi.

Controlul cheii nu necesită multă putere, iar pierderile la comutator care apar în timpul procesului de comutare, cu un driver bine proiectat, nu depășesc un procent. Din acest motiv, eficiența electronicii de putere se dovedește a fi ridicată în comparație cu pozițiile în scădere ale transformatoarelor din fier și ale comutatoarelor mecanice, cum ar fi releele convenționale.


Dispozitivele electronice de putere sunt dispozitive la care curentul efectiv este mai mare sau egal cu 10 amperi. În acest caz, elementele semiconductoare cheie pot fi: tranzistoare bipolare, tranzistoare cu efect de câmp, tranzistoare IGBT, tiristoare, triac, tiristoare de oprire și tiristoare de oprire cu control integrat.

Puterea de control scăzută face posibilă, de asemenea, crearea de microcircuite de putere care combină mai multe blocuri simultan: întrerupătorul în sine, circuitul de control și circuitul de monitorizare - acestea sunt așa-numitele circuite inteligente.

Aceste cărămizi electronice sunt folosite atât în ​​instalații industriale puternice, cât și în aparatele electrocasnice. Un cuptor cu inducție pentru câțiva megawați sau un cuptor cu abur de acasă pentru câțiva kilowați - ambele au întrerupătoare de alimentare cu semiconductor care pur și simplu funcționează cu puteri diferite.

Asa de, tiristoare de putere Acestea funcționează în convertoare cu o putere mai mare de 1 MVA, în circuite de acționări electrice de curent continuu și variatoare de curent alternativ de înaltă tensiune, sunt utilizate în instalațiile de compensare a puterii reactive și în instalațiile de topire prin inducție.

Tiristoarele de oprire sunt controlate mai flexibil sunt utilizate pentru a controla compresoare, ventilatoare, pompe cu o putere de sute de KVA, iar puterea de comutare potențială depășește 3 MVA. permit implementarea convertoarelor cu putere până la unități de MVA în diverse scopuri, atât pentru controlul motoarelor, cât și pentru furnizarea de alimentare neîntreruptibilă și comutarea curenților mari în multe instalații statice.

Tranzistoarele cu efect de câmp MOSFET se caracterizează printr-o controlabilitate excelentă la frecvențe de sute de kiloherți, ceea ce extinde în mod semnificativ domeniul de aplicare a acestora în comparație cu tranzistoarele IGBT.

Triacurile sunt optime pentru pornirea și controlul motoarelor de curent alternativ, acestea sunt capabile să funcționeze la frecvențe de până la 50 kHz și necesită mai puțină energie pentru control decât tranzistoarele IGBT.

Astăzi, tranzistoarele IGBT ating o tensiune de comutare maximă de 3500 de volți și, potențial, 7000 de volți. Aceste componente pot înlocui tranzistoarele bipolare în următorii ani și vor fi utilizate pe echipamente până la unități MVA. Pentru convertoarele de putere redusă, tranzistoarele MOSFET vor rămâne mai acceptabile, iar pentru mai mult de 3 MVA, tiristoarele de oprire vor rămâne mai acceptabile.


Potrivit analiștilor, majoritatea semiconductorilor de putere în viitor vor avea un design modular, atunci când un pachet găzduiește de la două până la șase elemente cheie. Utilizarea modulelor face posibilă reducerea greutății, dimensiunilor și costului echipamentului în care vor fi utilizate.

Pentru tranzistoarele IGBT, progresul va fi o creștere a curenților la 2 kA la tensiuni de până la 3,5 kV și o creștere a frecvențelor de operare la 70 kHz cu circuite de control simplificate. Un modul poate conține nu numai comutatoare și un redresor, ci și un driver și circuite de protecție activă.

Tranzistoarele, diodele și tiristoarele produse în ultimii ani și-au îmbunătățit deja în mod semnificativ parametrii, cum ar fi curentul, tensiunea, viteza și progresul nu stă pe loc.


Pentru o mai bună conversie a curentului alternativ în curent continuu, se folosesc redresoare controlate, care permit schimbarea fără probleme a tensiunii redresate în intervalul de la zero la nominal.

Astăzi, tiristoarele sunt utilizate în principal în sistemele de excitare ale acționărilor electrice de curent continuu pentru motoarele sincrone. Tiristoarele duble - triacuri, au un singur electrod de control pentru două tiristoare conectate spate la spate, ceea ce face controlul și mai simplu.


Pentru a efectua procesul invers, se folosește conversia tensiunii continue în tensiune alternativă. Invertoarele independente bazate pe comutatoare semiconductoare produc o frecvență de ieșire, formă și amplitudine determinate de circuit electronic, nu rețeaua. Invertoarele sunt fabricate pe baza diferitelor tipuri de elemente cheie, dar pt de mare putere, mai mult de 1 MVA, iar invertoarele bazate pe tranzistoare IGBT ies pe primul loc.

Spre deosebire de tiristoare, tranzistoarele IGBT fac posibilă modelarea curentului și tensiunii de ieșire mai larg și mai precis. Putere redusă invertoare auto folosesc în activitatea lor tranzistori cu efect de câmp, care, cu puteri de până la 3 kW, fac o treabă excelentă de a converti curentul continuu al bateriei cu o tensiune de 12 volți, mai întâi în curent continuu, folosind frecvența înaltă. convertor de impulsuri, funcționând la o frecvență de la 50 kHz la sute de kiloherți, apoi la o frecvență alternativă de 50 sau 60 Hz.


Pentru a converti un curent de o frecvență într-un curent de altă frecvență, se folosește. Anterior, acest lucru se făcea exclusiv pe baza tiristoarelor, care nu erau pe deplin controlabile; circuite complexe blocarea forțată a tiristoarelor.

Utilizarea tastelor de tip câmp MOSFETși tranzistoarele IGBT facilitează proiectarea și implementarea convertoarelor de frecvență și se poate prevedea că în viitor tiristoarele, în special în dispozitivele de putere redusă, vor fi abandonate în favoarea tranzistoarelor.


Pentru inversarea acționărilor electrice, tiristoarele sunt încă folosite, este suficient să aveți două seturi de convertoare de tiristoare pentru a furniza două direcții diferite de curent fără a fi nevoie de comutare. Acesta este modul în care funcționează demaroarele moderne, fără contact.

Sperăm că noastre articol scurt a fost util pentru tine, iar acum știi ce este electronica de putere, ce elemente ale electronicii de putere sunt folosite în putere dispozitive electroniceși cât de mare este potențialul electronicii de putere pentru viitorul nostru.