อิเล็กทรอนิกส์กำลังคืออะไร

ในบทความนี้เราจะพูดถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง เพาเวอร์อิเล็กทรอนิกส์คืออะไร มีพื้นฐานมาจากอะไร มีข้อดีอย่างไร และมีแนวโน้มอย่างไร เรามาพิจารณาส่วนประกอบของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังโดยสังเขปว่าคืออะไร แตกต่างกันอย่างไร และสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ประเภทเหล่านี้หรือประเภทเหล่านั้นเหมาะสำหรับการใช้งานประเภทใด ต่อไปนี้คือตัวอย่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ใช้ในชีวิตประจำวัน ในการผลิต และในชีวิตประจำวัน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังได้สร้างความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีครั้งใหญ่ในด้านการอนุรักษ์พลังงาน อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ไฟฟ้า เนื่องจากความสามารถในการควบคุมที่ยืดหยุ่น ทำให้สามารถแปลงไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมตริกน้ำหนัก ขนาด และประสิทธิภาพในปัจจุบันได้นำคอนเวอร์เตอร์ไปสู่ระดับใหม่ในเชิงคุณภาพแล้ว

อุตสาหกรรมจำนวนมากใช้ชุดซอฟต์สตาร์ท ตัวควบคุมความเร็ว เครื่องสำรองไฟ ทำงานโดยใช้สารกึ่งตัวนำที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพสูง เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมด

การควบคุมการไหลของพลังงานไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังดำเนินการโดยใช้สวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งแทนที่สวิตช์เชิงกลและสามารถควบคุมได้ตามอัลกอริทึมที่จำเป็นเพื่อให้ได้พลังงานเฉลี่ยที่ต้องการและการทำงานที่แม่นยำของหน่วยงานนี้หรือสิ่งนั้น อุปกรณ์.

ดังนั้น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังจึงถูกนำมาใช้ในการขนส่ง ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ ในด้านการสื่อสาร ในหลายอุตสาหกรรม และในปัจจุบันนี้ไม่มีเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนที่มีประสิทธิภาพเพียงเครื่องเดียวที่สามารถทำได้หากไม่มีหน่วยอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่รวมอยู่ในการออกแบบ

โครงสร้างพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังคือส่วนประกอบหลักของเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถเปิดและปิดวงจรด้วยความเร็วต่างๆ กัน จนถึงเมกะเฮิรตซ์ ในสถานะเปิด ความต้านทานของสวิตช์คือหน่วยและเศษส่วนของโอห์ม และในสถานะปิดคือเมกะโอห์ม

การจัดการคีย์ไม่ต้องการพลังงานมาก และการสูญเสียของคีย์เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเปลี่ยน ด้วยไดรเวอร์ที่ออกแบบมาอย่างดี ไม่เกิน 1 เปอร์เซ็นต์ ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังจึงสูงเมื่อเทียบกับตำแหน่งที่สูญเสียของหม้อแปลงเหล็กและสวิตช์เชิงกล เช่น รีเลย์ทั่วไป

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังคืออุปกรณ์ที่กระแสไฟที่มีประสิทธิภาพมากกว่าหรือเท่ากับ 10 แอมแปร์ ในกรณีนี้ องค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญสามารถเป็น: ทรานซิสเตอร์สองขั้ว ทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์ ทรานซิสเตอร์ IGBT ไทริสเตอร์ ไตรแอก ไทริสเตอร์ล็อคอิน และไทริสเตอร์ล็อคอินที่มีการควบคุมในตัว

พลังงานควบคุมต่ำยังช่วยให้คุณสร้างวงจรไฟฟ้าขนาดเล็กที่รวมหลายบล็อกพร้อมกัน: สวิตช์เอง, วงจรควบคุมและวงจรควบคุม, สิ่งเหล่านี้เรียกว่าวงจรอัจฉริยะ

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ใช้ทั้งในการติดตั้งทางอุตสาหกรรมพลังงานสูงและเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน เตาอบแบบเหนี่ยวนำกำลังไฟฟ้าไม่กี่เมกะวัตต์หรือเครื่องพ่นไอน้ำสำหรับใช้ในบ้านไม่กี่กิโลวัตต์ ทั้งคู่มีสวิตช์ไฟแบบโซลิดสเตตที่ทำงานด้วยกำลังวัตต์ที่ต่างกัน

ดังนั้นไทริสเตอร์กำลังจึงทำงานในคอนเวอร์เตอร์ที่มีความจุมากกว่า 1 MVA ในวงจรของไดรฟ์ไฟฟ้าที่มีกระแสตรงและไดรฟ์กระแสสลับที่มีไฟฟ้าแรงสูง ใช้ในการติดตั้งเพื่อชดเชยพลังงานปฏิกิริยา ในการติดตั้งสำหรับการหลอมเหนี่ยวนำ

ไทริสเตอร์แบบล็อคได้รับการควบคุมอย่างยืดหยุ่นมากขึ้น ใช้เพื่อควบคุมคอมเพรสเซอร์ พัดลม ปั๊มที่มีความจุหลายร้อย kVA และกำลังไฟฟ้าสวิตชิ่งที่มีศักยภาพเกิน 3 MVA IGBT ทรานซิสเตอร์ เปิดใช้งานการปรับใช้ตัวแปลงที่มีความจุสูงสุดหน่วย MVA เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ทั้งสำหรับการควบคุมมอเตอร์และการจ่ายพลังงานอย่างต่อเนื่องและการสลับกระแสสูงในการติดตั้งแบบคงที่จำนวนมาก

MOSFETs มีความสามารถในการควบคุมที่ยอดเยี่ยมที่ความถี่หลายร้อยกิโลเฮิรตซ์ ซึ่งขยายขอบเขตการใช้งานได้อย่างมากเมื่อเทียบกับ IGBT

ไตรแอกเหมาะสมที่สุดสำหรับการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ โดยสามารถทำงานได้ที่ความถี่สูงถึง 50 กิโลเฮิรตซ์ และใช้พลังงานในการควบคุมน้อยกว่าทรานซิสเตอร์ IGBT

วันนี้ IGBT มีแรงดันไฟสลับสูงสุด 3500 โวลต์และอาจสูงถึง 7000 โวลต์ส่วนประกอบเหล่านี้อาจใช้แทนทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า และจะใช้กับอุปกรณ์ที่มีขนาดไม่เกินหน่วย MVA สำหรับตัวแปลงพลังงานต่ำ MOSFET จะยังคงเป็นที่ยอมรับมากขึ้นและสำหรับไทริสเตอร์ล็อคอินมากกว่า 3 MVA

จากการคาดการณ์ของนักวิเคราะห์ เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ในอนาคตจะมีการออกแบบแบบโมดูลาร์ ซึ่งมีองค์ประกอบหลักสองถึงหกองค์ประกอบรวมอยู่ในแพ็คเกจเดียว การใช้โมดูลช่วยให้คุณลดน้ำหนัก ขนาด และต้นทุนของอุปกรณ์ที่จะใช้ได้

สำหรับทรานซิสเตอร์ IGBT ความคืบหน้าจะเพิ่มกระแสเป็น 2 kA ที่แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 3.5 kV และความถี่ในการทำงานเพิ่มขึ้นเป็น 70 kHz ด้วยรูปแบบการควบคุมที่ง่ายขึ้น โมดูลสามารถประกอบด้วยสวิตช์และวงจรเรียงกระแสเท่านั้น แต่ยังรวมถึงไดรเวอร์และวงจรป้องกันที่ใช้งานอยู่

ทรานซิสเตอร์ ไดโอด ไทริสเตอร์ที่ผลิตขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้ปรับปรุงพารามิเตอร์ต่างๆ แล้ว เช่น กระแส แรงดัน ความเร็ว และความคืบหน้าไม่หยุดนิ่ง

สำหรับการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงที่ดีขึ้น จะใช้วงจรเรียงกระแสแบบควบคุม ซึ่งช่วยให้เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขแล้วได้อย่างราบรื่นในช่วงจากศูนย์ถึงค่าเล็กน้อย

วันนี้ในระบบกระตุ้นไดรฟ์ไฟฟ้ากระแสตรง ไทริสเตอร์ส่วนใหญ่จะใช้ในมอเตอร์ซิงโครนัส ไทริสเตอร์คู่ — ไตรแอก — มีอิเล็กโทรดเกทเพียงอันเดียวสำหรับไทริสเตอร์ต้านขนานสองตัวที่เชื่อมต่อกัน ซึ่งทำให้การควบคุมง่ายยิ่งขึ้น

ในการดำเนินการย้อนกลับจะใช้การแปลงแรงดันตรงเป็นแรงดันสลับ อินเวอร์เตอร์… อินเวอร์เตอร์สวิตช์เซมิคอนดักเตอร์อิสระให้ความถี่เอาต์พุต รูปร่าง และแอมพลิจูดที่กำหนดโดยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ไม่ใช่โดยเครือข่าย อินเวอร์เตอร์ผลิตขึ้นจากองค์ประกอบหลักประเภทต่างๆ แต่สำหรับกำลังไฟฟ้าขนาดใหญ่ มากกว่า 1 MVA อินเวอร์เตอร์ทรานซิสเตอร์ IGBT จะอยู่ด้านบนอีกครั้ง

ซึ่งแตกต่างจากไทริสเตอร์ IGBT ให้รูปร่างของกระแสเอาต์พุตและแรงดันที่กว้างขึ้นและแม่นยำยิ่งขึ้น อินเวอร์เตอร์รถยนต์พลังงานต่ำใช้ทรานซิสเตอร์แบบ field-effect ในการทำงาน ซึ่งกำลังสูงถึง 3 กิโลวัตต์ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในการแปลงกระแสตรงของแบตเตอรี่ 12 โวลต์ อันดับแรกเป็นกระแสตรงผ่านการทำงานของตัวแปลงพัลส์ความถี่สูง ที่ความถี่ 50 kHz ถึงหลายร้อยกิโลเฮิรตซ์ จากนั้นสลับเป็น 50 หรือ 60 Hz

ในการแปลงกระแสของความถี่หนึ่งให้เป็นกระแสของความถี่อื่น ให้ใช้ ตัวแปลงความถี่เซมิคอนดักเตอร์… ก่อนหน้านี้ทำโดยใช้ไทริสเตอร์เท่านั้นซึ่งไม่มีความสามารถในการควบคุมอย่างเต็มที่ จำเป็นต้องพัฒนาโครงร่างที่ซับซ้อนสำหรับการล็อคไทริสเตอร์แบบบังคับ

การใช้สวิตช์เช่น MOSFET แบบ field-effect และ IGBT ช่วยอำนวยความสะดวกในการออกแบบและใช้งานตัวแปลงความถี่ และสามารถคาดการณ์ได้ว่าไทริสเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ จะถูกละทิ้งเพื่อหันไปใช้ทรานซิสเตอร์ในอนาคต

ไทริสเตอร์ยังคงใช้เพื่อย้อนกลับไดรฟ์ไฟฟ้า ก็เพียงพอแล้วที่จะมีตัวแปลงไทริสเตอร์สองชุดเพื่อให้ทิศทางกระแสที่แตกต่างกันสองทิศทางโดยไม่ต้องเปลี่ยน นี่คือวิธีการทำงานของสตาร์ทเตอร์ย้อนกลับแบบไม่สัมผัสที่ทันสมัย

เราหวังว่าบทความสั้นๆ ของเราจะเป็นประโยชน์สำหรับคุณ และตอนนี้คุณก็ทราบแล้วว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังคืออะไร องค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์กำลังชนิดใดที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และศักยภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังนั้นดีเพียงใดสำหรับอนาคตของเรา