Dodaj tę stronę do książki
Pokaż książkę (0 stron)
Proponowane strony
Energoelektronika lub też elektronika przemysłowa (elektronika mocy, elektronika siłowa), odrębna gałąź elektroniki zajmująca się zastosowaniem układów elektronicznych dużej mocy (przekształtników energoelektronicznych), głównie znajduje zastosowanie w układach napędowych o regulowanej prędkości obrotowej.
Energoelektronika jest działem elektroniki przemysłowej obejmującym analizę, projektowanie, sterowanie, wytwarzanie i zastosowania przyrządów półprzewodnikowych dużej mocy oraz układów energoelektronicznych. Układ energoelektroniczny składa się z jednego lub kilku tzw. przekształtników energoelektronicznych, oraz z układu sterującego (mikrokontroler, DSP, FPGA, w bardzo prostych przypadkach układem sterującym może być bardzo prosty układ cyfrowy zbudowany na bramkach logicznych lub uniwersalny timer).
Dziedzina ta powstała około 30 - 40 lat temu i początkowo była związana jedynie ze sterowaniem pracą silników elektrycznych. Pierwsze przekształtniki były zbudowane z tyrystorów mocy, które wymagały dużego impulsu prądowego, jako sygnału sterującego i mogły pracować jedynie w niewielkim zakresie częstotliwości (rzędu kHz). Ostatnie trzydzieści lat stanowi okres wielkiego rozwoju energoelektroniki. Stało się to dzięki rozwojowi techniki mikroprocesorowej, oraz półprzewodnikowych przyrządów mocy. Dzięki zastosowaniu mikrokontrolerów możliwe jest zastosowanie skomplikowanych algorytmów sterowania przekształtnikami. Układ sterujący wypracowuje sygnał sterujący na podstawie danych z czujników pomiarowych i wykonując obliczenia w czasie rzeczywistym. Jest to szczególnie przydatne w nowoczesnych układach napędowych, gdzie występują zjawiska o bardzo małych stałych czasowych. Zastosowanie szybkich procesorów sygnałowych DSP albo układów programowalnych FPGA daje możliwość implementacji niezwykle złożonych algorytmów umożliwiających eliminację czujników pomiarowych z układu sterowania, ale kosztem bardziej skomplikowanych obliczeń.
Dla rozwoju samych przekształtników największe znaczenie miało wynalezienie półprzewodnikowych elementów mocy a w tym głównie tranzystora IGBT, który łączy w sobie zalety dynamiki tranzystora bipolarnego, oraz napięciowe sterowanie tranzystora MOS przy czym napięcie na tranzystorze IGBT ma wartość stałą (kilka V) dzięki czemu mamy do czynienia z mniejszymi stratami łączeniowymi niż w przypadku tranzystorów MOS. Tranzystory IGBT mogą pracować przy częstotliwości rzędu 40 kHz. Dzięki temu można znacznie zmniejszyć gabaryty transformatorów stosowanych w przekształtnikach, zmniejszyć straty łączeniowe a także ustawić częstotliwość łączeń powyżej pasma akustycznego dla uniknięcia kłopotliwych i nieprzyjaznych dźwięków towarzyszących pracy dawniej budowanych układów.
Obecnie rozwój przekształtników energoelektronicznych przemieszcza się w kierunku stosowania tranzystorów wykonanych z węglika krzemu SiC, które mogą pracować w temperaturach rzędu kilkuset stopni Celsjusza podczas, gdy tranzystory krzemowe jedynie około 100 °C. Pozwoli to na uzyskanie jeszcze większych gęstości przenoszonych energii.
Energoelektronika znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach techniki - w napędzie elektrycznym, elektroenergetyce (np. przy niekonwencjonalnych źródłach energii), elektrotermii, spawalnictwie, elektronice (zasilacze impulsowe), zasilaniu awaryjnym UPS, urządzeniach AGD a nawet we wzmacniaczach audio największej mocy.
Obecnie stosuje się następujące rodzaje przekształtników energoelektronicznych:
Energoelektronika jest częścią elektrotechniki o znacznie krótszej historii. Za jej początek można uznać przełom XIX i XX wieku. Największe znaczenie w początkowym rozwoju energoelektroniki miały:
Pierwszy tyrystor GTO 200V, 50A opracowano w 1970 roku w firmie General Electric USA.
Wynalezienie w 1948 roku tranzystora, zapoczątkowało nowy okres w rozwoju energoelektroniki. Jest nim aż do chwili obecnej energoelektronika półprzewodnikowa. Od tego czasu opracowano wiele nowych elementów półprzewodnikowych , uległy również znacznemu zwiększeniu ich zakresy prądowe i napięciowe. Jest to proces ciągły i również w chwili obecnej nastepuje szybki rozwój tej dziedziny techniki.
Normalizacja dotycząca przyrządów półprzewodnikowych mocy i urządzeń energoelektronicznych do końca 1993 r. prowadzona była przez Komisję Przekształtników Energetycznych przy Instytucie Elektrotechniki, a normy były ustanawiane przez Polski Komitet Normalizacji, Jakości i Miar (PKNiM). Od 1994 prace nad tym prowadzi Normalizacyjna Komisja ds. Energoelektroniki Polskiej Komitetu Normalizacji. Do 1994 zostały ustanowione i obecnie obowiązują następujące normy:
1. W zakresie przyrządów półprzewodnikowych:
2. W zakresie układów energoelektronicznych:
Normy uzgodnione i przygotowane do ustanowienia przez Polski Komitet Normalizacyjny w 1995 r.:
Opracowaniem zaleceń normalizacyjnych dotyczących przyrządów półprzewodnikowych mocy i urządzeń energoelektronicznych zajmują się dwa Komitety Techniczne Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC). Komitet Techniczny TC47 opracowuje głównie zalecenia w zakresie terminologii, określeń, parametrów znamionowych, charakterystyk i metodyki badań przyrządów półprzewodnikowych mocy. W Komitecie Technicznym TC22 są opracowywane zalecenia normalizacyjne dotyczące przekształtników półprzewodnikowych. Uzgodnione zalecenia normalizacyjne są zawarte m.in. w następujących publikacjach:
