Wolna encyklopedia
Energoelektronika, dział elektrotechniki zajmujący się zastosowaniem układów elektronicznych dużej mocy (przekształtników energoelektronicznych) w elektroenergetyce.
Energoelektronika jest działem elektrotechniki 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 (sensorless) kosztem 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 możemy 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 st. 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:
- Prostowniki
- Choppery (przetwornice dc/dc)
- Falowniki
- Cyklokonwertory
- Przemienniki częstotliwości
- sterowniki prądu przemiennego
- Sterowniki matrycowe SR
- Sterowniki matrycowo-reaktancyjne SRM
- Uwaga! Dwa ostatnie pojęcia są w Polsce używane wyłącznie przez 2-3 osoby z jednego środowiska. Nie mają odpowiedników zagranicznych
