В настоящее время идет бурное развитие силовой электроники и процесс постоянного морального усовершенствования устройств и внедрения инновационных элементов преобразовательной техники. Элементная база в области силовой электроники постоянно пополняется и непрестанно совершенствуется.
Современный этап развития техники характеризуется все возрастающим проникновением электроники во все сферы жизни и деятельности людей. По данным американской статистики до 80% от объема всей промышленности занимает электроника. Достижения в области электроники способствуют успешному решению сложнейших научно–технических проблем. Повышению эффективности научных исследований, созданию новых видов машин и оборудования. Разработке эффективных технологий и систем управления: получению материала с уникальными свойствами, совершенствованию процессов сбора и обработки информации. Охватывая широкий круг научно–технических и производственных проблем, электроника опирается на достижения в различных областях знаний. При этом с одной стороны силовая электроника ставит задачи перед другими науками и производством, стимулируя их дальнейшее развитие, и с другой стороны вооружает их качественно новыми техническими средствами и методами исследования.
Силовая электроника – одна из бурно развивающихся областей электроники в XXI веке. Наиболее перспективным направлением являются интеллектуальные силовые компоненты: интегрированные силовые микросхемы, ключи и модули. Это направление стремительно развивается благодаря успехам в совершенствовании технологии изготовления и значительному улучшению параметров мощных полевых транзисторов (MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), силовых драйверов более высокой степениинтеграции. Интеграция схем управления (драйверов, контроллеров) в силовые ключи и затем в исполнительные устройства и механизмы стала и необходимым, и оправданным шагом. Исходя из этого, я считаю, что настоящее время, а тем более в будущем, силовым компонентам в силовой электронике альтернативы не предвидится. История развития силовой электроники уходит назад более чем на 100 лет.
- Выпрямители
Питер Купер Хевитт (США) в 1901 изобрел выпрямитель на ртутных вентилях при выполнении эксперимента с дуговыми источниками света для судов. До этого, системы машина-генератор главным образом использовались для преобразования мощности и управления. Медные окисдные и селеновые выпрямители были изобретены в 1927 и 1933, соответственно. Нью-йоркская подземка сначала установила ртутный выпрямители в питающие сети (3000 В) в 1930, для приводов двигателя электротяги постоянного тока. В тоже время в1931, немецкие железные дороги стали применять циклоконверторы (50 Гц 16 2/3 Гц) для силовых тяговых приводов. История показывает что, развитие силовой электроники началось с газонаполненных приборов, типа игнитронов и тиратронов в 1930, и магнитные усилители в 1940-ых и 1950-ые. Исторически, первый синхронный привод переменной скорости (400 л.с) был установлен в 1934 для привода дутьевого вентилятора на американской электростанции Логана, для этого была использована схема циклоконвертера на тиратронах.
«Разработка и управление проектом развития салона красоты посредством ...
... уже действующего салона, даст возможность прогнозировать эффективное развитие предприятия, поможет повысить статус салона и гарантировать востребованность предлагаемых услуг нашим салоном. Цель дипломной работы: Разработка проекта по внедрению SPA как нового вида услуг в салон красоты (на примере ...
Постоянный прогресс в области электроники приводит к непрерывному совершенствованию элементной базы электронных устройств, что дает возможность разрабатывать новые устройства, которые по сравнению с разработанными ранее устройствами обладают важными преимуществами такими как:
- улучшение основных параметров;
- повышение надёжности;
- простотой схемной реализации;
- удобством в эксплуатации устройств;
- универсальность;
- более низкой себестоимостью;
С развитием силовой электроники проявляется всё большая
Теперь с развитием микроконтроллерной отрасли и появлением оптотиристоров на большие токи и напряжения появилась возможность спроектировать управляемые выпрямители по очень простой схеме. Применение оптотиристоров привело к упрощению выходной части схемы управления.
Применение микроконтроллеров позволило:
- упростить схему управления буквально до одной микросхем;
- включить в себя функцию контроля входных и выходных напряжений;
- автоматически регулировать выходного напряжения по заданному алгоритму в зависимости от внешних факторов;
- удалённому контролю и управлению выпрямителем.
Управляемые выпрямители на тиристорах позволяют:
Регулирование ведется за счет задержки момента включения очередного вентиля. Среднее значение выпрямленного напряжения, определяемые заштрихованной площадью, будет меньше Ud0. Чем больше угол задержки, тем меньше.
Однофазные управляемые выпрямители:
Их достоинства: минимальное количество, простота реализации, простота
системы управления.
Недостатки: низкий КПД , высокая пульсация выпрямленного напряжения.
Однофазные управляемые выпрямители со средней точкой:
Достоинства: разгрузка режима работы тиристоров, высокий КПД, низкая
пульсация выпрямленного напряжения
Недостатки: усложнённая система управления, увеличенный размер трансформатора.
Трёхфазные управляемые выпрямители с нулевым выводом:
Достоинства: возможное создание выпрямителей большой мощности,
высокий КПД, низкая пульсация выпрямленного напряжения, простота реализации.
Недостатки: сложная система управления, неэффективное использование
возможностей трансформатора
Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие
Зависимый преобразователь переменного напряжения в постоянное
... преобразователей. 1. Состав управляемого выпрямителя Выпрямитель может быть представлен в виде структурной схемы показанной на рис.1. Рис 1 - Структурная схема выпрямителя. Через автомат защиты по переменному напряжению ... в цепи нагрузки 7. В случае управляемого выпрямителя в структуру схемы входит ещё блок СУ, содержащий систему управления вентилями и систему автоматического регулирования. Для ...
2. Инверторы
Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянных напряжения и тока в переменные напряжение и ток — называется инвертором.
Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).
Существуют несколько групп инверторов:
Первая группа более дорогих инверторов обеспечивает синусоидальное выходное напряжение.
Вторая группа обеспечивает выходное напряжение упрощённой формы, заменяющей синусоиду. Чаще всего используется сигнал в виде трапецеидального синуса
Для подавляющего большинства бытовых приборов допустимо использовать переменное напряжение с упрощённой формой сигнала. Синусоида важна только для некоторых телекоммуникационных, измерительных, лабораторных приборов, медицинской аппаратуры, а также профессиональной аудио аппаратуры. Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/
Существуют три режима работы инвертора:
Режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной
Режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течение нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,2-1,5 раза больше номинальной.
Режим пусковой. В данном режиме инвертор способен отдавать повышенную моментальную мощность в течение нескольких миллисекунд для обеспечения запуска электродвигателей и емкостных нагрузок.
В течение нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность в 1,5-2 раза превышающую номинальную. Сильная кратковременная перегрузка
Так, например, известно, что инвертора мощностью 150 Вт достаточно, чтобы запитать от бортовой электросети автомобиля практически любой ноутбук. Для питания и зарядки мобильных телефонов, аудио и фотоаппаратуры хватит 7,5 Вт.
Трёхфазные инверторы обычно используются для создания трёхфазного тока для электродвигателей, например для питания трёхфазного асинхронного двигателя. При этом обмотки двигателя непосредственно подключаются к выходу инвертора.
Высокомощные трёхфазные инверторы применяются в
(например, АКСМ-321), трамваев
На рисунке приведена схема тиристорного тягового преобразователя по схеме «Ларионов-звезда». Теоретически возможна и другая разновидность схемы Ларионова «Ларионов-треугольник», но она имеет другие характеристики (эквивалентное внутреннее активное сопротивление, потери в меди и др.).
Расчет электрической цепи постоянного тока и напряжения
... различные методы определения токов, напряжений и узловых потенциалов. Проверить на практике законы Ома, законы Кирхгофа, баланс мощностей. контурный ток напряжение ... виде трансформаторов, выпрямителей и инверторов, которые позволяют рационально передавать электроэнергию на дальние расстояния и распределять ... ЭДС и приемником с одним и тем же током. Узлом называется место или точка соединения ...
3.Тиристоры
Современная твердотельная силовая электроника, начинается с изобретения PNPN тиристора Бэло Лабсом в 1956, который позже был доведен до коммерческого применения компанией GE в 1958. Появившись впервые, тиристоры получили широкое распространение в различных отраслях электротехники и электроники. В настоящее время разработаны различные типы тиристоров с рабочими напряжениями от нескольких десятков до нескольких сотен вольт и рабочими токами от нескольких миллиампер до нескольких сотен ампер. Следующий этап развития, связанный с увеличением быстродействия, позволил создать тиристоры с временем включения до нескольких десятых долей микросекунды и временем выключения до нескольких микросекунд.
Каким же образом работает тиристор?
Если сoeдинить с истoчникoм напряжения чeтырexслoйный кристaлл p1 — n1 — р2 — n2 всeгo в нeскoлькo вoльт, тo oт этoгo в элeктрoннo-дырoчныx переходах П1 и П3 oпрeдeлится прямoй ток, переход П2 будeт зaпeрт. В зaвисимoсти oт увeличeния напряжения, которое прилoжeнo к тиристору, прoвoдимoсть eгo снaчaлa нeзнaчитeльнo вoзрaстaeт. Тeм нe мeнee, при напряжении устaнoвлeннoгo пoрядкa дeсяткoв или сoтeн вoльт тиристор переходит скaчкooбрaзнo в сoстoяниe с бoльшoй прoвoдимoстью, тaк скaзaть, включaeтся и в нём oбрaзуeтся ток, oпрeдeляeмый напряжением истoчникa тока и сoпрoтивлeниeм внeшнeй цeпи.
Эти явления, сoвeршaющиeся при этoм в тиристоре, связаны с движeниeм элeктрoнoв и иx прoцeссax, a тaкжe дырoк чeрeз переходы П1, П2 и П3. Мы нe будeм здeсь этo рaссмaтривaть из-зa oтнoситeльнoй слoжнoсти oбъяснeния этoгo явлeния.
Тo напряжение, при котором oсущeствляeтся скaчкooбрaзнoe пeрeключeниe тиристора из сoстoяния с нeбoльшoй прoвoдимoстью в бoльшoe, нaзывaют напряжением пeрeключeния.
Пoxoжий эффeкт вoзмoжнo пoлучить, присoeдинив упрaвляющий электрод к слoю р2 тиристора, пo которому прoпущeн ток, сxoжий пo нaпрaвлeнию с током чeрeз П3 переход.
Сoвeршив измeнeниe знaчeния силы тока в упрaвляющeм электроде, вoзмoжнo при стaбильнoм напряжении истoчникa тока включaть или зaпирaть тиристор. Сaмoe мaлoe знaчeниe силы тока в упрaвляющeм электроде oт которого oсущeствляeтся пeрeключeниe тиристора, нaзывaют током упрaвлeния.
Нeмнoгo o прeдстaвлeнии тиристора: к крaйним oблaстям мoнoкристaллa пристaвлeны силoвыe электроды – кaтoд и aнoд, a к oднoму из прoмeжутoчныx слoeв – упрaвляющий электрод. В изгoтoвлeнии тиристора чeтырexслoйный мoнoкристaлл припaивaют нa кристaллoдeржaтeль и вмeщaют в гeрмeтичный кoрпус. Дeйствующee oфoрмлeниe в мeтaлличeскoм кoрпусe штырeвoгo тиристора в oснoвнoм нe oтличaeтся oт oбычнoгo плoскoстнoгo пoлупрoвoдникoвoгo диoдa. Тaкжe тиристор имeeт внeшний вид тaблeтoчнoгo типa. Тиристор вo включённoм сoстoянии прoпускaeт бoльшиe токи, oт чeгo впoслeдствии нaгрeвaeтся. Пoэтoму вo врeмя рaбoты тиристоры нужнo oxлaждaть, тo eсть к eгo мeтaллoкeрaмичeскoму кoрпусу крeпят рaдиaтoр (oxлaдитeль).
