Apa itu elektronika daya

Pada artikel ini kita akan berbicara tentang elektronika daya. Apa itu power electronics, apa dasarnya, apa kelebihannya dan bagaimana prospeknya? Mari kita bahas komponen elektronika daya, pertimbangkan secara singkat apa itu, bagaimana perbedaannya satu sama lain dan untuk aplikasi apa jenis sakelar semikonduktor ini atau itu cocok. Berikut adalah contoh perangkat elektronika daya yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, di bidang manufaktur, dan dalam kehidupan sehari-hari.

Dalam beberapa tahun terakhir, perangkat elektronika daya telah membuat terobosan teknologi besar dalam konservasi energi. Perangkat semikonduktor daya, karena kemampuan kontrolnya yang fleksibel, memungkinkan konversi listrik yang efisien. Metrik berat dan ukuran serta efisiensi saat ini telah membawa konverter ke tingkat yang baru secara kualitatif.

Banyak industri menggunakan starter lunak, pengontrol kecepatan, catu daya tak terputus, beroperasi dengan basis semikonduktor modern dan menunjukkan efisiensi tinggi. Itu semua elektronika daya.

Mengontrol aliran energi listrik dalam elektronika daya dilakukan dengan bantuan sakelar semikonduktor, yang menggantikan sakelar mekanis dan yang dapat dikontrol sesuai dengan algoritme yang diperlukan untuk mendapatkan daya rata-rata yang diperlukan dan tindakan presisi dari badan kerja ini atau itu. peralatan.

Jadi, elektronika daya digunakan dalam transportasi, di industri pertambangan, di bidang komunikasi, di banyak industri, dan saat ini tidak ada satu pun alat rumah tangga yang kuat yang dapat melakukannya tanpa unit elektronika daya yang termasuk dalam desainnya.

Blok bangunan dasar elektronika daya tepatnya adalah komponen kunci semikonduktor yang dapat membuka dan menutup sirkuit pada berbagai kecepatan, hingga megahertz. Dalam keadaan aktif, resistansi sakelar adalah satuan dan pecahan ohm, dan dalam keadaan mati, megohms.

Manajemen kunci tidak membutuhkan banyak daya, dan kehilangan kunci terjadi selama proses peralihan, dengan driver yang dirancang dengan baik, tidak melebihi satu persen. Untuk alasan ini, efisiensi elektronika daya tinggi dibandingkan dengan posisi rugi transformator besi dan sakelar mekanis seperti relai konvensional.

Perangkat elektronika daya adalah perangkat yang arus efektifnya lebih besar atau sama dengan 10 ampere. Dalam hal ini, elemen semikonduktor utama dapat berupa: transistor bipolar, transistor efek medan, transistor IGBT, thyristor, triac, lock-in thyristor dan lock-in thyristor dengan kontrol terintegrasi.

Daya kontrol rendah juga memungkinkan Anda membuat sirkuit mikro daya di mana beberapa blok digabungkan sekaligus: sakelar itu sendiri, sirkuit kontrol, dan sirkuit kontrol, inilah yang disebut sirkuit pintar.

Blok bangunan elektronik ini digunakan di instalasi industri berdaya tinggi dan peralatan listrik rumah tangga. Oven induksi untuk beberapa megawatt atau steamer rumahan untuk beberapa kilowatt—keduanya memiliki sakelar daya solid-state yang hanya beroperasi pada watt yang berbeda.

Jadi, thyristor daya bekerja di konverter dengan kapasitas lebih dari 1 MVA, di sirkuit penggerak listrik dengan arus searah dan penggerak arus bolak-balik dengan tegangan tinggi, digunakan di instalasi untuk kompensasi daya reaktif, di instalasi untuk peleburan induksi.

Penguncian thyristor dikontrol lebih fleksibel, digunakan untuk mengontrol kompresor, kipas, pompa dengan kapasitas ratusan kVA, dan potensi daya switching melebihi 3 MVA. transistor IGBT memungkinkan penyebaran konverter dengan kapasitas hingga unit MVA untuk berbagai keperluan, baik untuk kontrol motor maupun untuk menyediakan catu daya berkelanjutan dan pengalihan arus tinggi di banyak instalasi statis.

MOSFET memiliki kemampuan kontrol yang sangat baik pada frekuensi ratusan kilohertz, yang sangat memperluas jangkauan penerapannya dibandingkan dengan IGBT.

Triac optimal untuk memulai dan mengendalikan motor AC, mereka dapat beroperasi pada frekuensi hingga 50 kHz, dan membutuhkan lebih sedikit energi untuk mengontrol daripada transistor IGBT.

Saat ini, IGBT memiliki voltase switching maksimum 3500 volt dan berpotensi 7000 volt.Komponen ini dapat menggantikan transistor bipolar di tahun-tahun mendatang dan akan digunakan pada peralatan hingga unit MVA. Untuk konverter daya rendah, MOSFET akan tetap lebih dapat diterima, dan untuk lebih dari 3 MVA - pengunci thyristor.

Menurut perkiraan analis, sebagian besar semikonduktor di masa depan akan memiliki desain modular, di mana dua hingga enam elemen utama ditempatkan dalam satu paket. Penggunaan modul memungkinkan Anda mengurangi berat, ukuran, dan biaya peralatan yang akan digunakan.

Untuk transistor IGBT, kemajuannya adalah peningkatan arus hingga 2 kA pada tegangan hingga 3,5 kV dan peningkatan frekuensi operasi hingga 70 kHz dengan skema kontrol yang disederhanakan. Sebuah modul tidak hanya berisi sakelar dan penyearah, tetapi juga driver dan sirkuit perlindungan aktif.

Transistor, dioda, thyristor yang diproduksi dalam beberapa tahun terakhir telah meningkatkan parameternya secara signifikan, seperti arus, tegangan, kecepatan, dan progres tidak berhenti.

Untuk konversi arus bolak-balik yang lebih baik menjadi arus searah, penyearah terkontrol digunakan, yang memungkinkan perubahan halus dari tegangan yang diperbaiki dalam kisaran dari nol ke nominal.

Saat ini, dalam sistem eksitasi penggerak listrik DC, thyristor terutama digunakan pada motor sinkron. Thyristor ganda - triac - hanya memiliki satu elektroda gerbang untuk dua thyristor antiparalel yang terhubung, yang membuat kontrol menjadi lebih mudah.

Untuk melakukan proses sebaliknya, konversi tegangan langsung ke tegangan bolak-balik digunakan inverter… Inverter sakelar semikonduktor independen memberikan frekuensi, bentuk, dan amplitudo keluaran yang ditentukan oleh sirkuit elektronik, bukan oleh jaringan. Inverter dibuat berdasarkan berbagai jenis elemen kunci, tetapi untuk daya besar, lebih dari 1 MVA, sekali lagi, inverter transistor IGBT keluar di atas.

Tidak seperti thyristor, IGBT memberikan bentuk arus dan tegangan keluaran yang lebih luas dan lebih akurat. Inverter mobil berdaya rendah menggunakan transistor efek medan dalam pekerjaannya, yang dengan daya hingga 3 kW melakukan pekerjaan yang sangat baik untuk mengubah arus searah baterai 12 volt, pertama menjadi arus searah, melalui pengoperasian konverter pulsa frekuensi tinggi pada frekuensi 50 kHz hingga ratusan kilohertz, kemudian di bolak-balik 50 atau 60 Hz.

Untuk mengubah arus satu frekuensi menjadi arus frekuensi lain, gunakan konverter frekuensi semikonduktor… Sebelumnya, ini dilakukan semata-mata atas dasar thyristor, yang tidak memiliki kendali penuh; perlu untuk mengembangkan skema kompleks untuk penguncian paksa thyristor.

Penggunaan sakelar seperti MOSFET efek medan dan IGBT memfasilitasi desain dan implementasi konverter frekuensi, dan dapat diprediksi bahwa thyristor, terutama pada perangkat berdaya rendah, akan ditinggalkan demi transistor di masa mendatang.

Thyristor masih digunakan untuk membalikkan penggerak listrik; cukup memiliki dua set konverter thyristor untuk menyediakan dua arah arus yang berbeda tanpa perlu beralih. Beginilah cara kerja starter reversibel non-kontak modern.

Semoga artikel singkat kami bermanfaat bagi Anda dan kini Anda telah mengetahui apa itu elektronika daya, elemen elektronika daya apa saja yang digunakan dalam perangkat elektronika daya dan seberapa besar potensi elektronika daya untuk masa depan kita.