O que é eletrônica de potência

Neste artigo falaremos sobre eletrônica de potência. O que é eletrônica de potência, em que se baseia, quais são as vantagens e quais são suas perspectivas? Vamos nos deter nos componentes da eletrônica de potência, considerar brevemente o que são, como diferem uns dos outros e para quais aplicações esses ou aqueles tipos de interruptores semicondutores são adequados. Aqui estão exemplos de dispositivos eletrônicos de potência usados ​​na vida cotidiana, na fabricação e na vida cotidiana.

Nos últimos anos, os dispositivos eletrônicos de potência fizeram um grande avanço tecnológico na conservação de energia. Os dispositivos semicondutores de potência, devido à sua controlabilidade flexível, permitem uma conversão eficiente de eletricidade. As métricas atuais de peso, tamanho e eficiência já levaram os conversores a um nível qualitativamente novo.

Muitas indústrias usam soft starters, controladores de velocidade, fontes de alimentação ininterruptas, operando com base em semicondutores modernos e exibindo alta eficiência. É tudo eletrônica de potência.

O controle do fluxo de energia elétrica na eletrônica de potência é realizado com a ajuda de interruptores semicondutores, que substituem os interruptores mecânicos e podem ser controlados de acordo com o algoritmo necessário para obter a potência média necessária e a ação precisa do corpo de trabalho deste ou daquele equipamento.

Assim, a eletrônica de potência é usada no transporte, na indústria de mineração, no campo das comunicações, em muitas indústrias, e hoje nem um único eletrodoméstico poderoso pode prescindir de unidades eletrônicas de potência incluídas em seu design.

Os blocos básicos de construção da eletrônica de potência são precisamente os principais componentes semicondutores que podem abrir e fechar um circuito em várias velocidades, até megahertz. No estado ligado, a resistência do interruptor é unidades e frações de ohms, e no estado desligado, megohms.

O gerenciamento de chaves não requer muita energia e as perdas na chave ocorridas durante o processo de troca, com um driver bem projetado, não excedem um por cento. Por esse motivo, a eficiência da eletrônica de potência é alta em comparação com as posições com perdas de transformadores de ferro e interruptores mecânicos, como relés convencionais.

Dispositivos eletrônicos de potência são dispositivos onde a corrente efetiva é maior ou igual a 10 amperes. Neste caso, os principais elementos semicondutores podem ser: transistores bipolares, transistores de efeito de campo, transistores IGBT, tiristores, triacs, tiristores lock-in e tiristores lock-in com controle integrado.

A baixa potência de controle também permite criar microcircuitos de potência nos quais vários blocos são combinados ao mesmo tempo: o próprio interruptor, o circuito de controle e o circuito de controle, são os chamados circuitos inteligentes.

Esses blocos de construção eletrônicos são usados ​​tanto em instalações industriais de alta potência quanto em eletrodomésticos. Um forno de indução para alguns megawatts ou um vaporizador doméstico para alguns quilowatts - ambos têm interruptores de energia de estado sólido que simplesmente operam em diferentes potências.

Assim, os tiristores de potência funcionam em conversores com capacidade superior a 1 MVA, em circuitos de acionamentos elétricos com corrente contínua e acionamentos em corrente alternada com alta tensão, são utilizados em instalações para compensação de potência reativa, em instalações para fusão por indução.

Os tiristores de bloqueio são controlados de forma mais flexível, são usados ​​​​para controlar compressores, ventiladores, bombas com capacidade de centenas de kVA e a potência de comutação potencial excede 3 MVA. transistores IGBT permitem a implantação de conversores com capacidade de até unidades MVA para diversos fins, tanto para controle de motores quanto para fornecimento contínuo de energia e comutação de altas correntes em muitas instalações estáticas.

Os MOSFETs têm excelente controlabilidade em frequências de centenas de quilohertz, o que expande muito sua faixa de aplicabilidade em comparação com os IGBTs.

Os Triacs são ideais para iniciar e controlar motores CA, eles podem operar em frequências de até 50 kHz e requerem menos energia para controlar do que os transistores IGBT.

Hoje, os IGBTs têm uma tensão máxima de comutação de 3.500 volts e potencialmente 7.000 volts.Esses componentes podem substituir os transistores bipolares nos próximos anos e serão utilizados em equipamentos de até unidades MVA. Para conversores de baixa potência, os MOSFETs permanecerão mais aceitáveis ​​​​e para mais de 3 MVA - tiristores lock-in.

De acordo com as previsões dos analistas, a maioria dos semicondutores do futuro terá um design modular, onde dois a seis elementos-chave estão localizados em um pacote. A utilização de módulos permite reduzir o peso, tamanho e custo dos equipamentos em que serão utilizados.

Para transistores IGBT, o progresso será um aumento nas correntes de até 2 kA em tensões de até 3,5 kV e um aumento nas frequências de operação de até 70 kHz com esquemas de controle simplificados. Um módulo pode conter não apenas interruptores e um retificador, mas também um driver e circuitos de proteção ativos.

Transistores, diodos, tiristores fabricados nos últimos anos já melhoraram significativamente seus parâmetros, como corrente, tensão, velocidade e o progresso não para.

Para uma melhor conversão de corrente alternada em corrente contínua, são utilizados retificadores controlados, que permitem uma mudança suave da tensão retificada na faixa de zero a nominal.

Hoje, em sistemas de excitação de acionamento elétrico CC, os tiristores são usados ​​principalmente em motores síncronos. Tiristores duplos — triacs — possuem apenas um eletrodo de porta para dois tiristores antiparalelos conectados, o que torna o controle ainda mais fácil.

Para realizar o processo inverso, utiliza-se a conversão de tensão contínua em tensão alternada inversores… Os inversores de comutação de semicondutores independentes fornecem uma frequência de saída, forma e amplitude determinadas pelo circuito eletrônico, não pela rede. Os inversores são feitos com base em diferentes tipos de elementos-chave, mas para grandes potências, mais de 1 MVA, novamente, os inversores de transistor IGBT saem por cima.

Ao contrário dos tiristores, os IGBTs fornecem uma modelagem mais ampla e precisa da corrente e tensão de saída. Os inversores de carro de baixa potência usam transistores de efeito de campo em seu trabalho, que em potências de até 3 kW fazem um excelente trabalho de conversão da corrente contínua de uma bateria de 12 volts, primeiro em corrente contínua, por meio de um conversor de pulso de alta frequência operando a uma frequência de 50 kHz a centenas de quilohertz, depois alternando 50 ou 60 Hz.

Para converter uma corrente de uma frequência em uma corrente de outra frequência, use conversores de frequência semicondutores… Anteriormente, isso era feito apenas com base em tiristores, que não tinham controle total; foi necessário desenvolver esquemas complexos para travamento forçado de tiristores.

O uso de chaves como MOSFETs e IGBTs de efeito de campo facilita o projeto e a implementação de conversores de frequência, e pode-se prever que tiristores, especialmente em dispositivos de baixa potência, serão abandonados em favor de transistores no futuro.

Os tiristores ainda são usados ​​para reverter acionamentos elétricos; basta ter dois conjuntos de conversores de tiristores para fornecer duas direções de corrente diferentes sem a necessidade de comutação. É assim que funcionam os acionadores de partida reversíveis sem contato modernos.

Esperamos que nosso breve artigo tenha sido útil para você e agora você sabe o que é eletrônica de potência, quais elementos eletrônicos de potência são usados ​​em dispositivos eletrônicos de potência e quão grande é o potencial da eletrônica de potência para o nosso futuro.