điện tử công suất là gì

Trong bài này chúng ta sẽ nói về điện tử công suất. Điện tử công suất là gì, nó dựa trên cái gì, ưu điểm và triển vọng của nó là gì? Hãy tập trung vào các thành phần của điện tử công suất, xem xét ngắn gọn chúng là gì, chúng khác nhau như thế nào và những loại công tắc bán dẫn này hoặc những loại công tắc bán dẫn đó phù hợp với ứng dụng nào. Dưới đây là những ví dụ về các thiết bị điện tử công suất được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, trong sản xuất và trong cuộc sống hàng ngày.

Trong những năm gần đây, các thiết bị điện tử công suất đã tạo ra một bước đột phá lớn về công nghệ trong bảo tồn năng lượng. Các thiết bị bán dẫn công suất, do khả năng điều khiển linh hoạt của chúng, cho phép chuyển đổi điện hiệu quả. Các số liệu về trọng lượng, kích thước và hiệu quả ngày nay đã đưa bộ chuyển đổi lên một cấp độ mới về chất lượng.

Nhiều ngành công nghiệp sử dụng bộ khởi động mềm, bộ điều khiển tốc độ, nguồn điện liên tục, hoạt động trên cơ sở bán dẫn hiện đại và thể hiện hiệu quả cao. Tất cả đều là điện tử công suất.

Việc kiểm soát dòng năng lượng điện trong điện tử công suất được thực hiện với sự trợ giúp của các công tắc bán dẫn, thay thế các công tắc cơ học và có thể được điều khiển theo thuật toán cần thiết để đạt được công suất trung bình cần thiết và hoạt động chính xác của cơ thể làm việc của cái này hoặc cái kia thiết bị.

Vì vậy, điện tử công suất được sử dụng trong vận tải, trong ngành khai thác mỏ, trong lĩnh vực truyền thông, trong nhiều ngành công nghiệp và ngày nay không một thiết bị gia dụng mạnh mẽ nào có thể làm được nếu không có các bộ phận điện tử công suất trong thiết kế của nó.

Các khối xây dựng cơ bản của điện tử công suất chính xác là các thành phần chính của chất bán dẫn có thể mở và đóng mạch ở các tốc độ khác nhau, lên đến megahertz. Ở trạng thái bật, điện trở của công tắc là đơn vị và phân số của ôm, và ở trạng thái tắt là megohm.

Quản lý khóa không yêu cầu nhiều năng lượng và tổn thất trên khóa xảy ra trong quá trình chuyển đổi, với trình điều khiển được thiết kế tốt, không vượt quá một phần trăm. Vì lý do này, hiệu suất của điện tử công suất cao so với các vị trí tổn hao của máy biến áp sắt và công tắc cơ khí như rơle thông thường.

Thiết bị điện tử công suất là thiết bị có dòng điện hiệu dụng lớn hơn hoặc bằng 10 ampe. Trong trường hợp này, các phần tử bán dẫn chính có thể là: bóng bán dẫn lưỡng cực, bóng bán dẫn hiệu ứng trường, bóng bán dẫn IGBT, thyristor, triac, thyristor khóa và thyristor khóa có điều khiển tích hợp.

Công suất điều khiển thấp cũng cho phép bạn tạo các vi mạch công suất trong đó một số khối được kết hợp cùng một lúc: chính công tắc, mạch điều khiển và mạch điều khiển, đây là những mạch được gọi là mạch thông minh.

Các khối xây dựng điện tử này được sử dụng trong cả lắp đặt công nghiệp công suất cao và các thiết bị điện gia dụng. Lò nướng cảm ứng công suất vài megawatt hoặc nồi hấp gia đình công suất vài kilowatt—cả hai đều có công tắc nguồn thể rắn hoạt động đơn giản ở các mức công suất khác nhau.

Do đó, thyristor công suất hoạt động trong các bộ biến đổi có công suất lớn hơn 1 MVA, trong các mạch truyền động điện một chiều và truyền động xoay chiều có điện áp cao, được sử dụng trong các hệ thống lắp đặt để bù công suất phản kháng, trong các hệ thống lắp đặt để làm nóng chảy cảm ứng.

Các thyristor khóa được điều khiển linh hoạt hơn, chúng được dùng để điều khiển máy nén, quạt, máy bơm có công suất hàng trăm kVA, công suất chuyển mạch tiềm năng vượt quá 3 MVA. bóng bán dẫn IGBT cho phép triển khai các bộ chuyển đổi có công suất lên đến các đơn vị MVA cho các mục đích khác nhau, cho cả điều khiển động cơ và cung cấp nguồn điện liên tục và chuyển đổi dòng điện cao trong nhiều cài đặt tĩnh.

MOSFET có khả năng điều khiển tuyệt vời ở tần số hàng trăm kilohertz, giúp mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của chúng so với IGBT.

Triac là tối ưu để khởi động và điều khiển động cơ AC, chúng có thể hoạt động ở tần số lên đến 50 kHz và cần ít năng lượng hơn để điều khiển so với bóng bán dẫn IGBT.

Ngày nay, IGBT có điện áp chuyển mạch tối đa là 3500 vôn và có khả năng là 7000 vôn.Các thành phần này có thể thay thế các bóng bán dẫn lưỡng cực trong những năm tới và sẽ được sử dụng trên thiết bị lên đến các đơn vị MVA. Đối với các bộ chuyển đổi công suất thấp, MOSFET sẽ vẫn được chấp nhận nhiều hơn và đối với hơn 3 MVA - các thyristor khóa.

Theo dự báo của các nhà phân tích, hầu hết các chất bán dẫn trong tương lai sẽ có thiết kế mô-đun, trong đó hai đến sáu yếu tố chính được đặt trong một gói. Việc sử dụng các mô-đun cho phép bạn giảm trọng lượng, kích thước và giá thành của thiết bị mà chúng sẽ được sử dụng.

Đối với các bóng bán dẫn IGBT, tiến trình sẽ là tăng dòng điện lên đến 2 kA ở điện áp lên đến 3,5 kV và tăng tần số hoạt động lên đến 70 kHz với các sơ đồ điều khiển được đơn giản hóa. Một mô-đun không chỉ có thể chứa các công tắc và bộ chỉnh lưu mà còn có cả trình điều khiển và mạch bảo vệ tích cực.

Các bóng bán dẫn, điốt, thyristor được sản xuất trong những năm gần đây đã cải thiện đáng kể các thông số của chúng, chẳng hạn như dòng điện, điện áp, tốc độ và tiến độ không đứng yên.

Để chuyển đổi tốt hơn dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, các bộ chỉnh lưu có điều khiển được sử dụng, cho phép thay đổi trơn tru điện áp chỉnh lưu trong phạm vi từ 0 đến danh định.

Ngày nay, trong các hệ thống kích thích truyền động bằng điện một chiều, thyristor chủ yếu được sử dụng trong động cơ đồng bộ. Thyristor kép — triac — chỉ có một điện cực cổng cho hai thyristor đối song song được kết nối, giúp cho việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn.

Để thực hiện quá trình ngược lại, người ta dùng biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều biến tần… Bộ biến tần công tắc bán dẫn độc lập cung cấp tần số đầu ra, hình dạng và biên độ được xác định bởi mạch điện tử, không phải bởi mạng. Bộ biến tần được chế tạo dựa trên các loại phần tử chính khác nhau, nhưng đối với công suất lớn, hơn 1 MVA, một lần nữa, bộ biến tần bóng bán dẫn IGBT lại được ưu tiên hàng đầu.

Không giống như thyristor, IGBT cung cấp định dạng rộng hơn và chính xác hơn về dòng điện và điện áp đầu ra. Bộ biến tần ô tô công suất thấp sử dụng các bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong công việc của chúng, với công suất lên tới 3 kW thực hiện công việc tuyệt vời là chuyển đổi dòng điện một chiều của pin 12 volt, trước tiên thành dòng điện một chiều, thông qua bộ chuyển đổi xung tần số cao đang hoạt động ở tần số 50 kHz đến hàng trăm kilohertz, sau đó ở tần số 50 hoặc 60 Hz xen kẽ.

Để chuyển đổi dòng điện có tần số này thành dòng điện có tần số khác, hãy sử dụng bộ chuyển đổi tần số bán dẫn… Trước đây, điều này chỉ được thực hiện trên cơ sở các thyristor, không có khả năng điều khiển hoàn toàn; cần phải phát triển các sơ đồ phức tạp để khóa cưỡng bức các thyristor.

Việc sử dụng các công tắc như MOSFET hiệu ứng trường và IGBT tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế và triển khai các bộ biến tần, và có thể dự đoán rằng thyristor, đặc biệt là trong các thiết bị công suất thấp, sẽ bị loại bỏ để thay thế cho bóng bán dẫn trong tương lai.

Thyristor vẫn được sử dụng để đảo ngược truyền động điện; chỉ cần có hai bộ biến đổi thyristor để cung cấp hai hướng dòng điện khác nhau mà không cần chuyển mạch là đủ. Đây là cách hoạt động của bộ khởi động thuận nghịch không tiếp xúc hiện đại.

Chúng tôi hy vọng rằng bài viết ngắn của chúng tôi hữu ích cho bạn và bây giờ bạn đã biết điện tử công suất là gì, các phần tử điện tử công suất nào được sử dụng trong các thiết bị điện tử công suất và tiềm năng của điện tử công suất đối với tương lai của chúng ta lớn như thế nào.