Què és l'electrònica de potència

En aquest article parlarem de l'electrònica de potència. Què és l'electrònica de potència, en què es basa, quins són els avantatges i quines són les seves perspectives? Fixem-nos en els components de l'electrònica de potència, considerem breument què són, com es diferencien entre si i per a quines aplicacions són adequats aquests o aquells tipus d'interruptors de semiconductors. Aquests són exemples de dispositius electrònics de potència utilitzats a la vida quotidiana, a la fabricació i a la vida quotidiana.

En els últims anys, els dispositius electrònics de potència han fet un gran avenç tecnològic en l'estalvi d'energia. Els dispositius semiconductors de potència, a causa de la seva controlabilitat flexible, permeten una conversió eficient de l'electricitat. El pes, la mida i les mètriques d'eficiència actuals ja han portat els convertidors a un nivell qualitativament nou.

Moltes indústries utilitzen arrancadors suaus, controladors de velocitat, fonts d'alimentació ininterrompuda, que funcionen sobre una base moderna de semiconductors i que presenten una alta eficiència. Tot és electrònica de potència.

El control del flux d'energia elèctrica a l'electrònica de potència es realitza amb l'ajuda d'interruptors semiconductors, que substitueixen els interruptors mecànics i que es poden controlar segons l'algorisme necessari per obtenir la potència mitjana requerida i l'acció precisa del cos de treball d'aquest o aquell. equipament.

Així doncs, l'electrònica de potència s'utilitza en el transport, en la indústria minera, en el camp de les comunicacions, en moltes indústries, i avui dia ni un sol electrodomèstic potent pot prescindir de les unitats electròniques de potència incloses en el seu disseny.

Els components bàsics de l'electrònica de potència són precisament els components clau dels semiconductors que poden obrir i tancar un circuit a diverses velocitats, fins a megahertz. En l'estat encès, la resistència de l'interruptor és d'unitats i fraccions d'ohms, i en estat apagat, de megaohms.

La gestió de claus no requereix molta potència i les pèrdues de la clau que es van produir durant el procés de canvi, amb un controlador ben dissenyat, no superen l'un per cent. Per aquest motiu, l'eficiència de l'electrònica de potència és alta en comparació amb les posicions amb pèrdues dels transformadors de ferro i interruptors mecànics com els relés convencionals.

Els dispositius electrònics de potència són dispositius on el corrent efectiu és superior o igual a 10 amperes. En aquest cas, els elements semiconductors clau poden ser: transistors bipolars, transistors d'efecte de camp, transistors IGBT, tiristors, triacs, tiristors de bloqueig i tiristors de bloqueig amb control integrat.

La baixa potència de control també permet crear microcircuits de potència en els quals es combinen diversos blocs alhora: el mateix interruptor, el circuit de control i el circuit de control, aquests són els anomenats circuits intel·ligents.

Aquests blocs de construcció electrònics s'utilitzen tant en instal·lacions industrials d'alta potència com en electrodomèstics. Un forn d'inducció per a uns quants megawatts o un vapor domèstic per uns quants quilowatts, tots dos tenen interruptors d'alimentació d'estat sòlid que simplement funcionen a diferents potències.

Així, els tiristors de potència funcionen en convertidors amb una capacitat superior a 1 MVA, en circuits d'accionaments elèctrics amb accionaments de corrent continu i corrent altern amb alta tensió, s'utilitzen en instal·lacions de compensació de potència reactiva, en instal·lacions de fusió per inducció.

Els tiristors de bloqueig es controlen de manera més flexible, s'utilitzen per controlar compressors, ventiladors, bombes amb una capacitat de centenars de kVA i la potència de commutació potencial supera els 3 MVA. Transistors IGBT permeten el desplegament de convertidors amb una capacitat de fins a unitats MVA per a diferents finalitats, tant per al control de motors com per a l'alimentació contínua i la commutació de corrents elevats en moltes instal·lacions estàtiques.

Els MOSFET tenen una excel·lent controlabilitat a freqüències de centenars de kilohertzs, la qual cosa amplia molt el seu rang d'aplicabilitat en comparació amb els IGBT.

Els triacs són òptims per engegar i controlar motors de CA, poden funcionar a freqüències de fins a 50 kHz i requereixen menys energia per controlar-los que els transistors IGBT.

Avui, els IGBT tenen una tensió de commutació màxima de 3500 volts i potencialment 7000 volts.Aquests components poden substituir els transistors bipolars en els propers anys i s'utilitzaran en equips fins a unitats MVA. Per als convertidors de baixa potència, els MOSFET seguiran sent més acceptables i per a més de 3 MVA - tiristors de bloqueig.

Segons les previsions dels analistes, la majoria dels semiconductors en el futur tindran un disseny modular, on es troben de dos a sis elements clau en un paquet. L'ús de mòduls permet reduir el pes, la mida i el cost de l'equip en què s'utilitzaran.

Per als transistors IGBT, el progrés serà un augment de corrents de fins a 2 kA a tensions de fins a 3,5 kV i un augment de les freqüències de funcionament fins a 70 kHz amb esquemes de control simplificats. Un mòdul pot contenir no només interruptors i un rectificador, sinó també un controlador i circuits de protecció actius.

Els transistors, díodes, tiristors fabricats en els últims anys ja han millorat notablement els seus paràmetres, com ara el corrent, la tensió, la velocitat i el progrés no s'atura.

Per a una millor conversió del corrent altern en corrent continu, s'utilitzen rectificadors controlats, que permeten un canvi suau de la tensió rectificada en el rang de zero a nominal.

Avui en dia, als sistemes d'excitació d'accionament elèctric de corrent continu, els tiristors s'utilitzen principalment en motors síncrons. Els tiristors dobles (triacs) només tenen un elèctrode de porta per a dos tiristors antiparal·lels connectats, cosa que facilita encara més el control.

Per dur a terme el procés invers, s'utilitza la conversió de tensió continua a voltatge alterna inversors… Els inversors de commutació de semiconductors independents donen una freqüència de sortida, forma i amplitud determinada pel circuit electrònic, no per la xarxa. Els inversors es fabriquen a partir de diferents tipus d'elements clau, però per a grans potències, més d'1 MVA, de nou, els inversors de transistors IGBT surten al capdavant.

A diferència dels tiristors, els IGBT proporcionen una configuració més àmplia i precisa del corrent i la tensió de sortida. Els inversors d'automòbils de baixa potència utilitzen transistors d'efecte de camp en el seu treball, que a potències de fins a 3 kW fan un treball excel·lent convertint el corrent continu d'una bateria de 12 volts, primer en corrent continu, mitjançant un convertidor de polsos d'alta freqüència que funciona. a una freqüència de 50 kHz a centenars de kilohertz, després en 50 o 60 Hz alterns.

Per convertir un corrent d'una freqüència en un corrent d'una altra freqüència, feu servir convertidors de freqüència de semiconductors… Anteriorment, això es feia únicament sobre la base de tiristors, que no tenien control total; va ser necessari desenvolupar esquemes complexos per al bloqueig forçat dels tiristors.

L'ús d'interruptors com MOSFET d'efecte de camp i IGBT facilita el disseny i la implementació de convertidors de freqüència, i es pot predir que els tiristors, especialment en dispositius de baixa potència, s'abandonaran en favor dels transistors en el futur.

Els tiristors encara s'utilitzen per invertir els accionaments elèctrics; n'hi ha prou amb tenir dos conjunts de convertidors de tiristors per proporcionar dues direccions de corrent diferents sense necessitat de commutació. Així funcionen els moderns arrencadors reversibles sense contacte.

Esperem que el nostre breu article us hagi estat útil i ara ja sabeu què és l'electrònica de potència, quins elements d'electrònica de potència s'utilitzen en dispositius electrònics de potència i el gran potencial de l'electrònica de potència per al nostre futur.