güç elektroniği nedir
Bu yazımızda güç elektroniğinden bahsedeceğiz. Güç elektroniği nedir, neye dayanır, avantajları nelerdir ve beklentileri nelerdir? Güç elektroniğinin bileşenleri üzerinde duralım, kısaca ne olduklarını, birbirlerinden nasıl farklı olduklarını ve bu veya bu tür yarı iletken anahtarların hangi uygulamalar için uygun olduğunu düşünelim. Burada, günlük yaşamda, imalatta ve günlük yaşamda kullanılan güç elektroniği cihazlarına örnekler verilmiştir.
Son yıllarda, güç elektroniği cihazları, enerji tasarrufunda büyük bir teknolojik atılım yaptı. Güç yarı iletken cihazları, esnek kontrol edilebilirlikleri sayesinde elektriğin verimli bir şekilde dönüştürülmesini sağlar. Günümüzün ağırlık, boyut ve verimlilik ölçütleri, dönüştürücüleri niteliksel olarak yeni bir düzeye getirdi.
Birçok endüstri, modern yarı iletken temelinde çalışan ve yüksek verimlilik sergileyen yumuşak yol vericiler, hız kontrolörleri, kesintisiz güç kaynakları kullanır. Hepsi güç elektroniği.
Güç elektroniğinde elektrik enerjisi akışının kontrolü, mekanik anahtarların yerini alan ve bunun veya bunun çalışma gövdesinin gerekli ortalama gücünü ve hassas hareketini elde etmek için gerekli algoritmaya göre kontrol edilebilen yarı iletken anahtarların yardımıyla gerçekleştirilir. teçhizat.
Bu nedenle, güç elektroniği ulaşımda, madencilik endüstrisinde, iletişim alanında, birçok endüstride kullanılmaktadır ve bugün tek bir güçlü ev aleti, tasarımında yer alan güç elektroniği birimleri olmadan yapamaz.
Güç elektroniğinin temel yapı taşları, bir devreyi megahertz'e kadar çeşitli hızlarda açıp kapatabilen yarı iletken anahtar bileşenlerdir. Açık durumda, anahtarın direnci ohm'un birimleri ve kesirleridir ve kapalı durumda megohm'dur.
Anahtar yönetimi çok fazla güç gerektirmez ve iyi tasarlanmış bir sürücü ile anahtarlama işlemi sırasında anahtarda meydana gelen kayıplar yüzde biri geçmez. Bu nedenle güç elektroniğinin verimi, demir trafoların ve geleneksel röleler gibi mekanik anahtarların kayıplı konumlarına kıyasla yüksektir.
Güç elektroniği cihazları, etkin akımın 10 amperden büyük veya eşit olduğu cihazlardır. Bu durumda anahtar yarı iletken elemanlar şunlar olabilir: iki kutuplu transistörler, alan etkili transistörler, IGBT transistörler, tristörler, triyaklar, kilitleme tristörleri ve entegre kontrollü kilitleme tristörleri.
Düşük kontrol gücü, aynı anda birkaç bloğun birleştirildiği güç mikro devreleri oluşturmanıza da olanak tanır: anahtarın kendisi, kontrol devresi ve kontrol devresi, bunlar sözde akıllı devrelerdir.
Bu elektronik yapı taşları, hem yüksek güçlü endüstriyel kurulumlarda hem de elektrikli ev aletlerinde kullanılmaktadır. Birkaç megavat için bir indüksiyon fırını veya birkaç kilovat için bir ev tipi buharlı pişirici; her ikisi de yalnızca farklı watt değerlerinde çalışan katı hal güç anahtarlarına sahiptir.
Bu nedenle, güç tristörleri, 1 MVA'dan daha fazla kapasiteye sahip dönüştürücülerde, doğru akımlı elektrikli sürücülerin devrelerinde ve yüksek voltajlı alternatif akımlı sürücülerin devrelerinde çalışır, reaktif gücün kompanzasyonu için tesisatlarda, endüksiyon eritme tesisatlarında kullanılır.
Kilitleme tristörleri daha esnek bir şekilde kontrol edilir, yüzlerce kVA kapasiteli kompresörleri, fanları, pompaları kontrol etmek için kullanılır ve potansiyel anahtarlama gücü 3 MVA'yı geçer. IGBT transistörler hem motor kontrolü hem de birçok statik kurulumda sürekli güç kaynağı ve yüksek akımların anahtarlanması için çeşitli amaçlar için MVA birimlerine kadar kapasiteye sahip dönüştürücülerin konuşlandırılmasını sağlar.
MOSFET'ler, IGBT'lere kıyasla uygulama alanlarını büyük ölçüde genişleten yüzlerce kilohertz frekanslarında mükemmel kontrol edilebilirliğe sahiptir.
Triyaklar, AC motorları çalıştırmak ve kontrol etmek için idealdir, 50 kHz'e kadar frekanslarda çalışabilirler ve kontrol etmek için IGBT transistörlerden daha az enerji gerektirirler.
Bugün, IGBT'ler maksimum 3500 volt ve potansiyel olarak 7000 volt anahtarlama voltajına sahiptir.Bu bileşenler önümüzdeki yıllarda çift kutuplu transistörlerin yerini alabilir ve MVA birimlerine kadar olan ekipmanlarda kullanılabilir. Düşük güçlü dönüştürücüler için, MOSFET'ler daha kabul edilebilir olmaya devam edecek ve 3 MVA'dan fazla - kilitli tristörler için.
Analistlerin tahminlerine göre, gelecekte yarı iletkenlerin çoğu, iki ila altı temel öğenin tek bir pakette yer aldığı modüler bir tasarıma sahip olacak. Modüllerin kullanımı, kullanılacakları ekipmanın ağırlığını, boyutunu ve maliyetini azaltmanıza olanak tanır.
IGBT transistörler için ilerleme, basitleştirilmiş kontrol şemaları ile 3,5 kV'a kadar voltajlarda 2 kA'ya kadar akım artışı ve 70 kHz'e kadar çalışma frekanslarında artış olacaktır. Bir modül sadece anahtarlar ve bir doğrultucu değil, aynı zamanda bir sürücü ve aktif koruma devreleri de içerebilir.
Son yıllarda üretilen transistörler, diyotlar, tristörler, akım, voltaj, hız gibi parametrelerini önemli ölçüde iyileştirdi ve ilerleme hala durmuyor.
Alternatif akımın doğru akıma daha iyi dönüştürülmesi için, doğrultulmuş voltajın sıfırdan nominale yumuşak bir şekilde değiştirilmesine izin veren kontrollü doğrultucular kullanılır.
Günümüzde DC elektrik tahrikli tahrik sistemlerinde tristörler ağırlıklı olarak senkron motorlarda kullanılmaktadır. Çift tristörler - triyaklar - kontrolü daha da kolaylaştıran bağlı iki antiparalel tristör için yalnızca bir kapı elektroduna sahiptir.
Tersine işlemi gerçekleştirmek için, doğrudan voltajın alternatif voltaja dönüştürülmesi kullanılır. invertörler… Bağımsız yarı iletken anahtar invertörleri, ağ tarafından değil, elektronik devre tarafından belirlenen bir çıkış frekansı, şekli ve genliği verir. İnvertörler, farklı anahtar eleman tiplerine göre yapılır, ancak büyük güçler için, 1 MVA'dan fazla, yine IGBT transistörlü invertörler öne çıkar.
Tristörlerin aksine, IGBT'ler çıkış akımının ve voltajının daha geniş ve daha doğru bir şekilde şekillendirilmesini sağlar. Düşük güçlü araba invertörleri, çalışmalarında 3 kW'a kadar güçlerde 12 voltluk bir pilin doğru akımını yüksek frekanslı bir darbe dönüştürücü aracılığıyla doğru akıma dönüştürmek için mükemmel bir iş çıkaran alan etkili transistörler kullanır. 50 kHz ila yüzlerce kilohertz frekansında, ardından dönüşümlü olarak 50 veya 60 Hz'de.
Bir frekanstaki akımı başka bir frekanstaki akıma dönüştürmek için, yarı iletken frekans dönüştürücüler… Önceden, bu yalnızca tam kontrole sahip olmayan tristörler temelinde yapılıyordu; tristörlerin zorla kilitlenmesi için karmaşık şemalar geliştirmek gerekliydi.
Alan etkili MOSFET'ler ve IGBT'ler gibi anahtarların kullanılması, frekans dönüştürücülerin tasarımını ve uygulamasını kolaylaştırır ve gelecekte özellikle düşük güçlü cihazlarda tristörlerin terk edilerek transistörler lehine olacağı öngörülebilir.
Tristörler hala elektrikli sürücüleri tersine çevirmek için kullanılıyor; anahtarlama gerektirmeden iki farklı akım yönü sağlamak için iki takım tristör dönüştürücüye sahip olmak yeterlidir. Modern temassız ters çevrilebilir yolvericiler bu şekilde çalışır.
Umarız kısa yazımız sizler için faydalı olmuştur ve artık güç elektroniğinin ne olduğunu, güç elektroniği cihazlarında hangi güç elektroniği elemanlarının kullanıldığını ve güç elektroniğinin geleceğimiz için ne kadar büyük potansiyel taşıdığını biliyorsunuzdur.