Grundlagen leistungselektronischer Leistungshalbleiterbauelemente. Konzept der Leistungselektronik

Rezensent Doktor der technischen Wissenschaften F. I. Kovalev

Die Prinzipien der Umwandlung elektrischer Energie werden skizziert: Gleichrichtung, Umkehrung, Frequenzumwandlung usw. Die Grundschaltungen von Umrichtergeräten, Methoden zu ihrer Steuerung und Regelung der Hauptparameter werden beschrieben, Bereiche des rationellen Einsatzes verschiedener Umrichtertypen werden aufgezeigt. Berücksichtigt werden Konstruktions- und Betriebsmerkmale.

Für Ingenieure und Techniker, die elektrische Systeme mit Umrichtergeräten entwickeln und betreiben, sowie für diejenigen, die mit der Prüfung und Wartung von Umrichtergeräten befasst sind.

Rozanov Yu. K. Grundlagen der Leistungselektronik. - Moskau, Verlag Energoatomizdat, 1992. - 296 S.

Vorwort
Einführung

Kapitel zuerst. Grundelemente der Leistungselektronik
1.1. Leistungshalbleiter
1.1.1. Leistungsdioden
1.1.2. Leistungstransistoren
1.1.3. Thyristoren
1.1.4. Anwendungen von Leistungshalbleiterbauelementen
1.2. Transformatoren und Reaktoren
1.3. Kondensatoren

Kapitel Zwei. Gleichrichter
2.1. allgemeine Informationen
2.2. Grundlegende Gleichrichterschaltungen
2.2.1. Einphasige Vollwellenschaltung mit Mittelpunkt
2.2.2. Einphasige Brückenschaltung
2.2.3. Dreiphasenschaltung mit Mittelpunkt
2.2.4. Dreiphasige Brückenschaltung
2.2.5. Mehrbrückenschaltungen
2.2.6. Harmonische Zusammensetzung gleichgerichteter Spannung und Primärströme in Gleichrichterkreisen
2.3. Schalt- und Betriebsarten von Gleichrichtern
2.3.1. Schaltströme in Gleichrichterkreisen
2.3.2. Äußere Eigenschaften von Gleichrichtern
2.4. Energieeigenschaften von Gleichrichtern und Möglichkeiten zu ihrer Verbesserung
2.4.1. Leistungsfaktor und Wirkungsgrad von Gleichrichtern
2.4.2. Verbesserung des Leistungsfaktors gesteuerter Gleichrichter
2.5. Merkmale des Betriebs von Gleichrichtern für kapazitive Last und Gegen-EMF
2.6. Anti-Aliasing-Filter
2.7. Betrieb eines Gleichrichters an einer Quelle vergleichbarer Leistung

Kapitel drei. Wechselrichter und Frequenzumrichter
3.1. Netzbetriebene Wechselrichter
3.1.1. Einphasiger Mid-Point-Wechselrichter
3.1.2. Dreiphasen-Brückenwechselrichter
3.1.3. Leistungsbilanz in einem netzgekoppelten Wechselrichter
3.1.4. Hauptmerkmale und Betriebsarten netzgekoppelter Wechselrichter
3.2. Autonome Wechselrichter
3.2.1. Aktuelle Wechselrichter
3.2.2. Spannungswechselrichter
3.2.3. Spannungswechselrichter auf Basis von Thyristoren
3.2.4. Resonanzwechselrichter
3.3. Frequenzumrichter
3.3.1. Frequenzumrichter mit Zwischenkreis
3.3.2. Direkt gekoppelte Frequenzumrichter
3.4. Regelung der Ausgangsspannung autonomer Wechselrichter
3.4.1. Allgemeine Grundsätze der Regulierung
3.4.2. Steuergeräte für Stromwechselrichter
3.4.3. Ausgangsspannungsregelung über Pulsweitenmodulation (PWM)
3.4.4. Geometrische Addition von Spannungen
3.5. Methoden zur Verbesserung der Ausgangsspannungswellenform von Wechselrichtern und Frequenzumrichtern
3.5.1. Der Einfluss nichtsinusförmiger Spannung auf Stromverbraucher
3.5.2. Ausgangsfilter des Wechselrichters
3.5.3. Reduzierung höherer Harmonischer in der Ausgangsspannung ohne Einsatz von Filtern

Kapitel Vier. Regler-Stabilisatoren und statische Schütze
4.1. Wechselspannungsregler
4.2. Gleichstromregler-Stabilisatoren
4.2.1. Parametrische Stabilisatoren
4.2.2. Kontinuierliche Stabilisatoren
4.2.3. Schaltregler
4.2.4. Entwicklung von Schaltreglerstrukturen
4.2.5. Thyristor-Kondensator-Gleichstromregler mit dosierter Energieübertragung an die Last
4.2.6. Kombinierte Wandler-Regler
4.3. Statische Schütze
4.3.1. Thyristor-Wechselstromschütze
4.3.2. Thyristor-Gleichstromschütze

Kapitel fünf. Konvertersteuerungssysteme
5.1. allgemeine Informationen
5.2. Blockschaltbilder von Steuerungssystemen für Umrichtergeräte
5.2.1. Steuerungssysteme für Gleichrichter und abhängige Wechselrichter
5.2.2. Direkt gekoppelte Frequenzumrichter-Steuerungssysteme
5.2.3. Steuerungssysteme für autonome Wechselrichter
5.2.4. Steuerungssysteme für Regler und Stabilisatoren
5.3. Mikroprozessorsysteme in Umrichtertechnik
5.3.1. Typische verallgemeinerte Mikroprozessorstrukturen
5.3.2. Beispiele für den Einsatz von Mikroprozessor-Steuerungssystemen

Kapitel sechs. Anwendungen leistungselektronischer Geräte
6.1. Bereiche rationaler Anwendung
6.2. Allgemeine technische Anforderungen
6.3. Schutz im Notfallmodus
6.4. Betriebsüberwachung und technische Zustandsdiagnose
6.5. Sicherstellung des Parallelbetriebs von Umrichtern
6.6. Elektromagnetische Interferenz
Referenzliste

Referenzliste
1. GOST 20859.1-89 (ST SEV 1135-88). Halbleiter-Leistungsgeräte einer einzigen einheitlichen Serie. Allgemeine technische Bedingungen.

2. Chebovsky O. G., Moiseev L. G., Nedoshivin R. P. Leistungshalbleiterbauelemente: Handbuch. -2. Aufl., überarbeitet. und zusätzlich M.: Energoatomizdat, 1985.

3 Iravis V. Diskrete Leistungshalbleiter //EDN. 1984. Bd. 29, N 18. S. 106-127.

4. Nakagawa A.e.a. 1800-V-Bipolarmodus-MOSFET (IGBT) /A. Nakagawa, K. Imamure, K. Furukawa //Toshiba Review. 1987. N 161. S. 34-37.

5 Chen D. Halbleiter: schnell, robust und kompakt // IEEE Spectrum. 1987. Bd. 24, N 9. S. 30-35.

6. Leistungshalbleitermodule im Ausland / V. B. Zilbershtein, S. V. Mashin, V. A. Potapchuk usw. // Elektroindustrie. Ser. 05. Energieumwandlungstechnologie. 1988. Bd. 18. S. 1-44.

7. Rischmüller K. Smatries intelligente Ihstungshalbleitereine neue Halblieter-Generation // Electronikpraxis. 1987. N6. S. 118-122.

8. Rusin Yu. S., Gorsky A. N., Rozanov Yu. K. Untersuchung der Abhängigkeit der Volumina elektromagnetischer Elemente von der Frequenz // Elektroindustrie. Konvertierungstechnologie. 1983. Nr. 10. S. 3-6.

9. Elektrische Kondensatoren und Kondensatoranlagen: Handbuch / V. P. Berzan, B. Yu. Gelikman, M. N. Guraevsky und andere. Ed. G. S. Kuchinsky. M.: Energoatomizdat, 1987.

10. Halbleitergleichrichter / Ed. F. I. Kovalev und G. P. Mostkova. M.: Energie, 1978.

11. Schaltungskonfiguration des GTO-Konverters für die supraleitende magnetische Energiespeicherung / Toshifumi JSE, James J. Skiles, Kohert L., K. V. Stom, J. Wang//IEEE 19th Power Electronics Specialists Conference (PESC"88), Kyoto, Japan, 11. – 14. April 1988. S. 108–115.

12. Rozanov Yu. K. Grundlagen der Stromrichtertechnologie. M.: Energie, 1979.

13. Chizhenko I. M., Rudenko V. S., Seyko V. I. Grundlagen der Konvertertechnologie. M.: Handelshochschule, 1974.

14. Ivanov V. A. Dynamik autonomer Wechselrichter mit Direktschaltung. M.: Energie, 1979.

15. Kovalev F.I., Mustafa G.M., Baregemyan G.V. Steuerung durch berechnete Prognose eines Impulswandlers mit sinusförmiger Ausgangsspannung // Elektroindustrie. Konvertierungstechnologie. 1981. Nr. 6(34).P. 10-14.

16. Middelbrook R. D. Isolation und Mehrfachausgangserweiterungen eines neuen DC-TV-DC-Wandlers mit optimaler Topologieschaltung // IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC) 78, 1978. S. 256-264.

17. Bulatov O. G., Tsarenko A. I. Thyristor-Kondensator-Wandler. M. Energoizdat, 1982.

18. Rozinov Yu. K. Halbleiterwandler mit Hochfrequenzverbindung. M.: Energoatomizdat, 1987.

19. Kalabekov A. A. Mikroprozessoren und ihre Anwendung in Signalübertragungs- und -verarbeitungssystemen. M.: Radio und Kommunikation, 1988.

20. Stroganov R.P. Kontrollmaschinen und ihre Anwendung. M.: Höhere Schule, 1986.

21. Obukhov S.T., Ramizevich T.V. Anwendung von Mikrocomputern zur Steuerung von Ventilwandlern // Elektroindustrie. Konvertierungstechnologie. 1983. Bd. 3(151). S. 9

22. Steuerung von Ventilwandlern auf Basis von Mikroprozessoren / Yu. M. Bykov, I. T. Par, L. Ya. Raskin, L. P. Detkin // Elektroindustrie. Konvertierungstechnologie. 1985. Bd. 10. S. 117.

23. Matsui N., Takeshk T., Vura M. Ein-Chip-Mikro-Computer-basierter Controller für den MC Hurray Juneter // IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1984. Bd. JE-31, N 3. S. 249-254.

24. Bulatov O. G., Ivanov V. S., Panfilov D. I. Semiconductor Ladegerät kapazitive Energiespeicher. M.: Radio und Kommunikation, 1986.

VORWORT

Die Leistungselektronik ist ein sich ständig weiterentwickelndes und zukunftsträchtiges Gebiet der Elektrotechnik. Fortschritte in der modernen Leistungselektronik haben großen Einfluss auf das Tempo des technologischen Fortschritts in allen fortgeschrittenen Industriegesellschaften. In diesem Zusammenhang besteht der Bedarf, dass ein breites Spektrum von wissenschaftlichen und technischen Mitarbeitern ein klareres Verständnis der Grundlagen moderner Leistungselektronik erlangt.

Die Leistungselektronik verfügt derzeit über recht gut entwickelte theoretische Grundlagen, der Autor hat es sich jedoch nicht zur Aufgabe gemacht, diese auch nur teilweise darzustellen, da sich zahlreiche Monographien und Lehrbücher diesen Themen widmen. Der Inhalt dieses Buches und die Methodik seiner Präsentation richten sich in erster Linie an Ingenieure und technische Fachkräfte, die keine Spezialisten auf dem Gebiet der Leistungselektronik sind, aber mit der Verwendung und dem Betrieb elektronischer Geräte und Apparate verbunden sind und sich ein Verständnis dafür aneignen möchten über die Grundprinzipien der Funktionsweise elektronischer Geräte, deren Schaltungen und allgemeine Bestimmungen für Entwicklung und Betrieb. Darüber hinaus können die meisten Teile des Buches auch von Studierenden verschiedener technischer Bildungseinrichtungen im Rahmen des Studiums von Fachrichtungen genutzt werden, deren Lehrplan Themen der Leistungselektronik umfasst.

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• hinzugefügt am 24. Oktober 2008

Lehrbuch. – Nowosibirsk: NSTU-Verlag, 1999.

Teile: 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4

Dieses Lehrbuch richtet sich (mit zwei Ebenen der Präsentationstiefe) an Studierende der Fakultäten FES, EMF, die keine „Spezialisten“ auf dem Gebiet der Leistungselektronik sind, sondern Kurse unterschiedlicher Titel zum Einsatz leistungselektronischer Geräte studieren in elektrischer Energie, Elektromechanik und elektrischen Systemen. In Blockschrift hervorgehobene Abschnitte des Lehrbuchs sind (ebenfalls in zwei Ebenen der Darstellungstiefe) für ein zusätzliches, vertieftes Studium der Lehrveranstaltung gedacht, das Ihnen die Verwendung als solche ermöglicht Lernprogramm für Studierende der Fachrichtung „Promelelectronics“ REF, die sich „als Fachkräfte“ in Leistungselektronik vorbereiten. Somit setzt die vorgeschlagene Ausgabe das „Vier in Eins“-Prinzip um. Die zu den einzelnen Abschnitten ergänzten Rezensionen wissenschaftlicher und technischer Literatur zu den relevanten Abschnitten des Kurses ermöglichen es, das Handbuch sowohl für Studenten als auch für Doktoranden als Informationspublikation zu empfehlen.

Vorwort.
Wissenschaftliche, technische und methodische Grundlagen für die Untersuchung leistungselektronischer Geräte.
Methodik eines Systemansatzes zur Analyse leistungselektronischer Geräte.
Energieindikatoren für die Qualität der Energieumwandlung in Ventilwandlern.
Energieindikatoren für die Qualität elektromagnetischer Prozesse.
Energieindikatoren für die Nutzungsqualität der Geräteelemente und des Geräts als Ganzes.
Elementbasis von Ventilwandlern.
Leistungshalbleitergeräte.
Ventile mit unvollständiger Steuerung.
Ventile mit voller Kontrolle.
Sperrbare Thyristoren, Transistoren.
Transformatoren und Reaktoren.
Kondensatoren.
Arten von elektrischen Energiewandlern.
Methoden zur Berechnung von Energieindikatoren.
Mathematische Modelle von Ventilwandlern.
Methoden zur Berechnung der Energieleistung von Konvertern.
Integrale Methode.
Spektrale Methode.
Direkte Methode.
Adu-Methode.
Adu-Methode.
Adu-Methode(1).
Methoden AduM1, Adum2, Adum(1).
Die Theorie der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom mit idealen Parametern des Wandlers.
Gleichrichter als System. Grundlegende Definitionen und Notationen.
Mechanismus zur Umwandlung von Wechselstrom in gleichgerichteten Strom in der Basiszelle Dt/Ot.
Zweiphasiger Einphasen-Stromgleichrichter (m1 = 1, m2 = 2, q = 1).
Einphasengleichrichter in Brückenschaltung (m1 = m2 = 1, q = 2).
Drehstromgleichrichter mit Transwicklungsanschlussplan.
Dreieck-Sternbildner mit Nullanschluss (m1 = m2 = 3, q ​​​​= 1).
Drehstromgleichrichter mit Stern-Zickzack-Transfomit Null (m1 = m2 = 3, q ​​​​= 1).
Sechsphasiger Drehstromgleichrichter mit einer Verbindung der Sekundärwicklungen eines Stern-Umkehr-Sterntransformators mit Ausgleichsdrossel (m1 = 3, m2 = 2 x 3, q ​​​​= 1).
Drehstromgleichrichter in Brückenschaltung (m1=m2=3, q=2).
Gesteuerte Gleichrichter. Regelcharakteristiktheorie der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom (mit Rekuperation) unter Berücksichtigung der realen Parameter der Wandlerelemente.
Schaltvorgang in einem gesteuerten Gleichrichter mit echtem Transformator. Äußere Merkmale.
Die Theorie des Gleichrichterbetriebs mit Gegen-EMK bei einem endlichen Wert der Induktivität Ld.
Intermittierender Strommodus (? 2?/qm2).
Extrem kontinuierlicher Strommodus (? = 2?/qm2).
Dauerstrombetrieb (? 2?/qm2).
Betrieb eines Gleichrichters mit Kondensator-Glättungsfilter.
Umkehr der Richtung des Wirkleistungsflusses in einem Ventilwandler mit Gegen-EMK im Gleichstromzwischenkreis – abhängiger Umkehrmodus.
Abhängiger Einphasenstromwechselrichter (m1=1, m2=2, q=1).
Abhängiger Drehstromwechselrichter (m1=3, m2=3, q=1).
Allgemeine Abhängigkeit des Primärgleichrichterstroms von der Anode und den gleichgerichteten Strömen (Gesetz von Tschernyschew).
Spektren der Primärströme von Transformatoren, Gleichrichtern und abhängigen Wechselrichtern.
Spektren gleichgerichteter und invertierter Spannungen des Ventilwandlers.
Optimierung der Anzahl der Sekundärphasen des Gleichrichtertransformators. Äquivalente Mehrphasen-Gleichrichterschaltungen.
Der Einfluss der Kommutierung auf die Effektivwerte der Transformatorströme und ihre typische Leistung.
Wirkungsgrad und Leistungsfaktor eines Ventilwandlers im Gleichrichtungs- und abhängigen Umkehrmodus.
Effizienz.
Leistungsfaktor.
Gleichrichter mit vollständig gesteuerten Ventilen.
Gleichrichter mit fortschrittlicher Phasensteuerung.
Gleichrichter mit Pulsweitenregelung der gleichgerichteten Spannung.
Gleichrichter mit erzwungener Bildung einer Stromkurve aus dem Versorgungsnetz.
Reversibler Ventilwandler (reversibler Gleichrichter).
Elektromagnetische Verträglichkeit des Ventilwandlers mit dem Stromversorgungsnetz.
Modellbeispiel für den elektrischen Aufbau eines Gleichrichters.
Auswahl einer Gleichrichterschaltung (strukturelle Synthesestufe).
Berechnung der Parameter gesteuerter Gleichrichterschaltungselemente (parametrische Synthesestufe).
Abschluss.
Literatur.
Subject Index.

siehe auch

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• hinzugefügt am 20. April 2011

Nowosibirsk: NSTU, 1999. - 204 S. Dieses Lehrbuch richtet sich (mit zwei Ebenen der Präsentationstiefe) an Studierende der Fakultäten FES, EMF, die keine „Spezialisten“ auf dem Gebiet der Leistungselektronik sind, sondern Kurse unterschiedlicher Titel zum Einsatz leistungselektronischer Geräte studieren in elektrischer Energie, elektromechanisch, elektrisch technische Systeme Oh. In Blockschrift hervorgehobene Abschnitte des Lehrbuchs sollen (auch in zwei Tiefenstufen)...

Sinowew G.S. Grundlagen der Leistungselektronik. Teil 1

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• hinzugefügt am 11. Oktober 2010

Nowosibirsk: NSTU, 1999. Dieses Lehrbuch richtet sich (auf zwei Ebenen der Präsentationstiefe des Materials) an Studierende der Fakultäten FES, EMF, die keine „Spezialisten“ auf dem Gebiet der Leistungselektronik sind, sondern Kurse mit unterschiedlichen Titeln studieren der Einsatz leistungselektronischer Geräte in elektrischen, elektromechanischen, elektrischen Systemen. In Blockschrift hervorgehobene Abschnitte des Lehrbuchs sollen (ebenfalls mit zwei Ebenen der Beschriftungstiefe)...

Sinowjew G.S. Grundlagen der Leistungselektronik (1/2)

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• hinzugefügt am 19. Juni 2007

Lehrbuch. – Nowosibirsk: NSTU-Verlag, Teil Eins. 1999. – 199 S. Dieses Lehrbuch richtet sich (mit zwei Ebenen der Präsentationstiefe) an Studierende der Fakultäten FES, EMF, die keine „Spezialisten“ auf dem Gebiet der Leistungselektronik sind, sondern Kurse unterschiedlicher Titel zum Einsatz leistungselektronischer Geräte studieren in elektrischer Energie, Elektromechanik und elektrischen Systemen. In Blockschrift hervorgehobene Abschnitte des Lehrbuchs sind für...

Sinowjew G.S. Grundlagen der Leistungselektronik. Band 2,3,4

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• hinzugefügt am 18. November 2009

Lehrbuch. – Nowosibirsk: NSTU-Verlag, Teile zwei, drei und vier. 2000. – 197 S. Der zweite Teil des Lehrbuchs, eine Fortsetzung des 1999 erschienenen ersten Teils, widmet sich der Darstellung der Grundschaltungen von Wandlern von Gleichspannung in Gleichspannung, Konstantspannung in Wechselspannung (autarke Wechselrichter) und Wechselspannung in Wechselspannung Spannung mit konstanter oder einstellbarer Frequenz. Auch das Material ist nach dem Prinzip „...“ aufgebaut.

Sinowjew G.S. Grundlagen der Leistungselektronik. Band 5

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• hinzugefügt am 18. Mai 2009

Lehrbuch. – Nowosibirsk: NSTU-Verlag, Teil Fünf. 2000. – 197 S. Der zweite Teil des Lehrbuchs, eine Fortsetzung des 1999 erschienenen ersten Teils, widmet sich der Darstellung der Grundschaltungen von Wandlern von Gleichspannung in Gleichspannung, Konstantspannung in Wechselspannung (autarke Wechselrichter) und Wechselspannung in Wechselspannung Spannung mit konstanter oder einstellbarer Frequenz. Auch das Material ist nach dem Vier-in-eins-Prinzip aufgebaut...

Sinowjew G.S. Grundlagen der Leistungselektronik. Teil 2

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• hinzugefügt am 20. April 2011

Nowosibirsk: NSTU, 2000. Dieses Lehrbuch ist der zweite von drei Teilen, die für den Kurs „Grundlagen der Leistungselektronik“ geplant sind. Dem ersten Teil des Lehrbuchs liegt ein methodischer Leitfaden bei Labor arbeit, implementiert mit dem Abteilungssoftwarepaket zur Modellierung leistungselektronischer Geräte PARUS-PARAGRAPH. Der Stoff im zweiten Teil des Lehrbuchs wird durch computergestützte Laborkurse unterstützt.

Buch „Grundlagen der Leistungselektronik“ ermöglicht es einem beginnenden Funkamateur, Schritt für Schritt mit einem Lötkolben in der Hand durch die Dornen zu den Sternen zu gelangen – vom Verständnis der Grundlagen der Leistungselektronik bis hin zu den Gipfeln des professionellen Könnens.

Die im Buch präsentierten Informationen sind in drei Kategorien von Ausbildungsstufen für Fachkräfte im Bereich Leistungselektronik unterteilt. Nachdem der Student die nächste Vorbereitungsstufe gemeistert und einzigartige Prüfungsfragen beantwortet hat, wird er auf die nächste Wissensebene „überführt“.

Das Buch bietet ausreichende praktische, theoretische und Hintergrundinformationen, die es dem Leser ermöglichen, beim Durchblättern des Buches selbstständig das elektronische Design zu berechnen, zusammenzubauen und zu konfigurieren, das ihm gefällt. Um die beruflichen Fähigkeiten des Lesers zu verbessern, enthält das Buch zahlreiche praxiserprobte Texte hilfreiche Ratschläge sowie reale Schaltkreise elektronischer Geräte.
Die Veröffentlichung kann für Leser unterschiedlichen Alters und Ausbildungsniveaus nützlich sein, die sich für die Entwicklung, Konstruktion, Verbesserung und Reparatur von Elementen und Komponenten der Leistungselektronik interessieren.

Einführung

Kapitel I. Beherrschung der Grundlagen der Leistungselektronik
1.1. Definitionen und Gesetze der Elektrotechnik
1.2. Grundelemente der Leistungselektronik
1.3. Serien-Parallel- und andere Verbindung
Elemente der Funkelektronik
Reihenparallelschaltung von Widerständen
Reihenparallelschaltung von Kondensatoren
Reihenparallelschaltung von Induktoren
Reihenparallelschaltung von Halbleiterdioden
Verbundtransistoren
Darlington- und Sziklai-Norton-Systeme
Parallelschaltung von Transistoren
Reihenschaltung von Transistoren
1.4. Transienten in RLC-Schaltungen
Transienten in CR- und RC-Schaltungen
Transiente Prozesse in LR- und RL-Kreisen
Transienten in CL- und LC-Schaltungen
1.5. Lineartransformator-Netzteile
Typisches Blockschaltbild einer klassischen Sekundärstromversorgung
Transformator
1.6. Gleichrichter
1.7. Leistungsglättungsfilter
Einzelelement-Einzelabschnitt-C-Filter
Einzelelement-Single-Link-L-Filter
L-förmiger Single-Link-LC-Filter mit zwei Elementen
L-förmiger RC-Filter mit zwei Elementen und einem Abschnitt
Dreielementiger Single-Link-U-förmiger Diodenglättungsfilter
Kompensationsfilter
Multi-Link-Anti-Aliasing-Filter
Aktive Filter
Transistor-Anti-Aliasing-Filter
Filter mit Reihentransistor
Filter mit Parallelschaltung eines Transistors
Vergleichende Eigenschaften von Stromversorgungsfiltern
1.8. Überspannungsschutz
Paralleler Spannungsstabilisator
für erhöhte Ladeleistung
Serienspannungsregler
Serienkompensationsregler
unter Verwendung eines Operationsverstärkers
Spannungsstabilisatoren auf integrierten Schaltkreisen
1.9. Spannungswandler
Kondensator-Spannungswandler
Selbsterregte Spannungswandler
Spannungswandler mit externer Erregung
Spannungswandler schalten
1.10. Fragen und Aufgaben zum Selbsttest von Wissen

Kapitel II. Praktische Leistungselektronik-Designs
2.1. Gleichrichter
Einphasige Zweikanal- und stufengeregelte Gleichrichter
Schemata von dreiphasigen (mehrphasigen) Gleichrichtern
Halbwellen-Mehrphasengleichrichter
2.2. Spannungsvervielfacher
2.3. Leistungsglättungsfilter
2.4. Gleichstromstabilisatoren
Stabile Stromgeneratoren
Aktueller Spiegel
Stabile Stromgeneratoren auf Basis von Feldeffekttransistoren
Stabile Stromgeneratoren auf Basis von Feldeffekt- und Bipolartransistoren
Stabile Stromgeneratoren mit Operationsverstärkern
GTS mit speziellen Mikroschaltungen
2.5. Überspannungsschutz
Spannungsreferenzen
Spannungsstabilisatoren vom Paralleltyp
auf Spezialchips
Schaltstabilisierter Spannungsregler
Abwärtsschaltender Spannungsregler
Laborstabilisiertes Netzteil
Schaltspannungsstabilisatoren
2.6. Spannungswandler
Boost-DC/DC-Wandler
Stabilisierter Spannungswandler
Spannungswandler 1,5/9 V zur Versorgung des Multimeters
Einfacher Spannungswandler 12/220 V 50 Hz
Spannungswandler 12V/230V 50 Hz
Typische Schaltung eines DC/DC-Wandlers mit galvanischer Trennung am TOPSwitch
Spannungswandler 5/5 V mit galvanischer Trennung
2.7. Spannungswandler zur Stromversorgung von Gasentladungslampen und LEDs
Lichtquellen
Niederspannungsnetzteil für LDS mit einstellbarer Helligkeit
Spannungswandler zum Betreiben einer Leuchtstofflampe
Konverter zur Stromversorgung von LDS zu TVS-110LA
Energiesparlampen-Stromwandler
Treiber zur Stromversorgung von LED-Lichtquellen
zur Stromversorgung von LED-Lichtquellen aus galvanischer Verbindung
AA- oder wiederaufladbare Batterien
Spannungswandler auf Mikroschaltungen
zur Stromversorgung von LED-Lichtquellen über das Wechselstromnetz
2.8. Dimmer
Dimmer zur Steuerung der Intensität von Glühlampen
Dimmer zur Steuerung der Strahlungsintensität
LED-Lichtquellen
2.9. Batterien und Ladegeräte
Vergleichende Batterieeigenschaften
Universelle Ladegeräte
zum Laden von NiCd/NiMH-Akkus
Li-Pol-Laderegler Batterie auf einem Chip
Ladegerät für Li-Pol-Akku
Gerät zum Laden von LiFePO4- und Li-Ion-Akkus
Automatische Solarladegeräte
Kabellose Ladegeräte
2.10. Regler und Stabilisatoren der Wellengeschwindigkeit von Elektromotoren
Eigenschaften von Elektromotoren
Gleichstrommotoren
Drehzahlregler für Gleichstrommotoren
auf integrierten Schaltkreisen
Automatischer Kühlergeschwindigkeitsregler für Computer
Temperaturabhängiger Lüfterschalter
Drehzahlstabilisator der Elektromotorwelle
Einstellen und Stabilisieren der Drehzahl eines Gleichstrommotors
Geschwindigkeitsregler für Gleichstrommotor
PWM-Geschwindigkeitsregler für Gleichstrommotoren
Drehzahlregler für Elektromotoren mit Reversierung
Wechselstrommotoren
Anschluss eines dreiphasigen Asynchron-Elektromotors
zu einem einphasigen Netzwerk
Dreiphasenspannung vom Elektromotor
Einphasen-zu-Dreiphasen-Spannungswandler
Dreiphasige Spannungsformer basierend auf
elektronisches Analogon des Scott-Transformators
Dreiphasen-Spannungsgenerator mit großem Bereich
Frequenzumrichter zur Stromversorgung von dreiphasigen Asynchronmotoren
Elektromotoren
Verwendung der Pulsweitenmodulation
zur Regelung der Drehzahl von Elektromotoren
Schrittmotor-Geschwindigkeitsregler
Motorüberlastschutzvorrichtung
2.11. Leistungsfaktorkorrektoren
Kapazitätsdreieck
Methoden zur Leistungsfaktorkorrektur
Passive Leistungsfaktorkorrektur
Aktive Leistungsfaktorkorrektur
2.12. Netzspannungsstabilisatoren
Hauptmerkmale von Stabilisatoren
Ferroresonante Stabilisatoren
Elektromechanische Stabilisatoren
Elektronische Stabilisatoren
Wechselrichterstabilisatoren
Unterbrechungsfreie oder Notstromversorgungen
2.13. Reparatur und Anpassung von Leistungselektronikkomponenten
2.14. Fragen und Aufgaben zum Selbsttest von Wissen
um zum nächsten Schritt zu gelangen

Kapitel III. Fachmann technische Lösungen Probleme mit der Leistungselektronik
3.1. Methodische Grundlagen des Ingenieurwesens und technische Kreativität beim Lösen
Praktische Probleme der Funkelektronik
3.2. Methoden zur Lösung kreativer Probleme
Lösung kreativer Probleme der ersten Komplexitätsstufe
Zeit- oder Zoomobjektivmethode
Lösung kreativer Probleme der zweiten Komplexitätsebene
Brainstorming (Brainstorming, Brainstorming)
Lösung kreativer Probleme der dritten Komplexitätsebene
Funktionale Kostenanalyse
Probleme mit der Leistungselektronik
zur Entwicklung kreativer Vorstellungskraft
3.3. Patente und neue Ideen im Bereich Leistungselektronik
Neue Patente im Bereich Leistungselektronik
Kompensierender Gleichspannungsstabilisator
Gleichspannungsstabilisator
AC/DC-Abwärtswandler
Unipolarer zu bipolarer Spannungswandler
Mikroleistungs-Unipolar-Bipolar-Spannungswandler
Barriereresistive Elemente – Baristoren und ihre Anwendung
Induktionsheizung
Stromwandler zum Erhitzen von Kühlmittel
3.4. Leistungselektronik ungewöhnlicher Phänomene
Paradoxe Experimente und ihre Interpretation
Kirlian-Fototechnik
Anlage zur Untersuchung von Gasentladungsprozessen
Schaltung von Geräten für die Kirlian-Fotografie
Generator zum Erhalten von Kirlian-Fotos
Geräte zur Ultratontherapie
Elektronische radioaktive Staubsammler – elektronischer Staubsauger
Ionenmotor
Ionolett
Ionophon oder Gesangsbogen
Plasmakugel
Einfacher Linearbeschleuniger – Gauss-Kanone
Railgun
3.5. Merkmale des Einsatzes passiver Elemente in der Leistungselektronik
Reihen mit Widerstands- und Kondensatorwerten
Widerstände für die Leistungselektronik
Kondensatoren für die Leistungselektronik
Frequenzeigenschaften von Kondensatoren verschiedene Arten
Aluminium-Elektrolytkondensatoren
Tantal-Elektrolytkondensatoren
Induktivitäten für die Leistungselektronik
Grundparameter von Induktoren
Frequenzeigenschaften von Induktoren
3.6. Merkmale des Einsatzes von Halbleiterbauelementen in der Leistungselektronik
Eigenschaften eines p-p-Übergangs
Bipolartransistoren
MOSFET- und IGBT-Transistoren
3.7.Snubber
3.8. Kühlung von Leistungselektronikelementen
Vergleichende Eigenschaften von Kühlsystemen
Luftkühlung
Flüssigkeitskühlung
Thermische Kühler nutzen den Peltier-Effekt
Piezoelektrische aktive Kühlmodule
3.9. Fragen und Aufgaben zum Selbsttest von Wissen

Anhang 1. Methoden zum Wickeln von Ringkerntransformatoren
Anhang 2. Sicherheitsvorkehrungen während der Herstellung und Inbetriebnahme
und Betrieb leistungselektronischer Geräte
Liste der Literatur- und Internetressourcen

Download Grundlagen der Leistungselektronik (2017) Shustov M.A.

• Vorwort
• Einführung
• Kapitel zuerst. Grundelemente der Leistungselektronik
  • 1.1. Leistungshalbleiter
    • 1.1.1. Leistungsdioden
    • 1.1.2. Leistungstransistoren
    • 1.1.3. Thyristoren
    • 1.1.4. Anwendungen von Leistungshalbleiterbauelementen
  • 1.2. Transformatoren und Reaktoren
  • 1.3. Kondensatoren
• Kapitel Zwei. Gleichrichter
  • 2.1. allgemeine Informationen
  • 2.2. Grundlegende Gleichrichterschaltungen
    • 2.2.1. Einphasige Vollwellenschaltung mit Mittelpunkt
    • 2.2.2. Einphasige Brückenschaltung
    • 2.2.3. Dreiphasenschaltung mit Mittelpunkt
    • 2.2.4. Dreiphasige Brückenschaltung
    • 2.2.5. Mehrbrückenschaltungen
    • 2.2.6. Harmonische Zusammensetzung gleichgerichteter Spannung und Primärströme in Gleichrichterkreisen
  • 2.3. Schalt- und Betriebsarten von Gleichrichtern
    • 2.3.1. Schaltströme in Gleichrichterkreisen
    • 2.3.2. Äußere Eigenschaften von Gleichrichtern
  • 2.4. Energieeigenschaften von Gleichrichtern und Möglichkeiten zu ihrer Verbesserung
    • 2.4.1. Leistungsfaktor und Wirkungsgrad von Gleichrichtern
    • 2.4.2. Verbesserung des Leistungsfaktors gesteuerter Gleichrichter
  • 2.5. Merkmale des Betriebs von Gleichrichtern für kapazitive Last und Gegen-EMF
  • 2.6. Anti-Aliasing-Filter
  • 2.7. Betrieb eines Gleichrichters an einer Quelle vergleichbarer Leistung
• Kapitel drei. Wechselrichter und Frequenzumrichter
  • 3.1. Netzbetriebene Wechselrichter
    • 3.1.1. Einphasiger Mid-Point-Wechselrichter
    • 3.1.2. Dreiphasen-Brückenwechselrichter
    • 3.1.3. Leistungsbilanz in einem netzgekoppelten Wechselrichter
    • 3.1.4. Hauptmerkmale und Betriebsarten netzgekoppelter Wechselrichter
  • 3.2. Autonome Wechselrichter
    • 3.2.1. Aktuelle Wechselrichter
    • 3.2.2. Spannungswechselrichter
    • 3.2.3. Spannungswechselrichter auf Basis von Thyristoren
    • 3.2.4. Resonanzwechselrichter
  • 3.3. Frequenzumrichter
    • 3.3.1. Frequenzumrichter mit Zwischenkreis
    • 3.3.2. Direkt gekoppelte Frequenzumrichter
  • 3.4. Regelung der Ausgangsspannung autonomer Wechselrichter
    • 3.4.1. Allgemeine Grundsätze der Regulierung
    • 3.4.2. Steuergeräte für Stromwechselrichter
    • 3.4.3. Ausgangsspannungsregelung über Radiofrequenzmodulation (PWM)
    • 3.4.4. Geometrische Addition von Spannungen
  • 3.5. Methoden zur Verbesserung der Ausgangsspannungswellenform von Wechselrichtern und Frequenzumrichtern
    • 3.5.1. Der Einfluss nichtsinusförmiger Spannung auf Stromverbraucher
    • 3.5.2. Ausgangsfilter des Wechselrichters
    • 3.5.3. Reduzierung höherer Harmonischer in der Ausgangsspannung ohne Einsatz von Filtern
• Kapitel Vier. Regler-Stabilisatoren und statische Schütze
  • 4.1. Wechselspannungsregler
  • 4.2. Gleichstromregler-Stabilisatoren
    • 4.2.1. Parametrische Stabilisatoren
    • 4.2.2. Kontinuierliche Stabilisatoren
    • 4.2.3. Schaltregler
    • 4.2.4. Entwicklung von Schaltreglerstrukturen
    • 4.2.5. Thyristor-Kondensator-Gleichstromregler mit dosierter Energieübertragung an die Last
    • 4.2.6. Kombinierte Wandler-Regler
  • 4.3. Statische Schütze
    • 4.3.1. Thyristor-Wechselstromschütze
    • 4.3.2. Thyristor-Gleichstromschütze
• Kapitel fünf. Konvertersteuerungssysteme
  • 5.1. allgemeine Informationen
  • 5.2. Blockschaltbilder von Steuerungssystemen für Umrichtergeräte
    • 5.2.1. Steuerungssysteme für Gleichrichter und abhängige Wechselrichter
    • 5.2.2. Direkt gekoppelte Frequenzumrichter-Steuerungssysteme
    • 5.2.3. Steuerungssysteme für autonome Wechselrichter
    • 5.2.4. Steuerungssysteme für Regler und Stabilisatoren
  • 5.3. Mikroprozessorsysteme in Umrichtertechnik
    • 5.3.1. Typische verallgemeinerte Mikroprozessorstrukturen
    • 5.3.2. Beispiele für den Einsatz von Mikroprozessor-Steuerungssystemen
• Kapitel sechs. Anwendungen leistungselektronischer Geräte
  • 6.1. Bereiche rationaler Anwendung
  • 6.2. Allgemeine technische Anforderungen
  • 6.3. Schutz im Notfallmodus
  • 6.4. Betriebsüberwachung und technische Zustandsdiagnose
  • 6.5. Sicherstellung des Parallelbetriebs von Umrichtern
  • 6.6. Elektromagnetische Interferenz
• Referenzliste

EINFÜHRUNG

In der Elektrotechnik wird zwischen Leistungselektronik und Informationselektronik unterschieden. Die Leistungselektronik entstand ursprünglich als ein Technologiebereich, der sich hauptsächlich mit der Wandlung befasste verschiedene Arten Strom basierend auf der Nutzung elektronischer Geräte. Spätere Fortschritte in der Halbleitertechnologie ermöglichten eine deutliche Erweiterung Funktionalität, leistungselektronische Geräte und dementsprechend deren Einsatzgebiete.

Mit modernen Leistungselektronikgeräten können Sie den Stromfluss nicht nur steuern, um ihn von einem Typ in einen anderen umzuwandeln, sondern auch um ihn zu verteilen und einen Hochgeschwindigkeitsschutz zu organisieren Stromkreise, Entschädigung Blindleistung usw. Diese Funktionen, die eng mit den traditionellen Aufgaben der Elektrizitätswirtschaft verbunden sind, haben einen anderen Namen für die Leistungselektronik bestimmt – Leistungselektronik. Die Informationselektronik dient vor allem der Steuerung Informationsprozesse. Insbesondere sind informationselektronische Geräte die Grundlage für Steuerungs- und Regelungssysteme verschiedener Objekte, darunter auch leistungselektronischer Geräte.

Trotz der intensiven Erweiterung der Funktionen leistungselektronischer Geräte und ihrer Anwendungsbereiche sind jedoch die wesentlichen wissenschaftlichen und technischen Probleme und gelösten Aufgaben auf dem Gebiet der Leistungselektronik damit verbunden. Umwandlung elektrischer Energie.

Strom wird in verschiedenen Formen genutzt: in Form von Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz, in Form von Gleichstrom (über 20 % des gesamten erzeugten Stroms) sowie Wechselstrom hoher Frequenz oder Ströme besonderer Form (zum Beispiel gepulst usw.). Dieser Unterschied ist hauptsächlich auf die Vielfalt und Spezifität der Verbraucher und in einigen Fällen (z. B. in autonomen Stromversorgungssystemen) auch auf die primären Stromquellen zurückzuführen.

Die Vielfalt der verbrauchten und erzeugten Arten von Strom erfordert eine Umwandlung. Die wichtigsten Arten der Stromumwandlung sind:

• 1) Gleichrichtung (Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom);
• 2) Inversion (Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom);
• 3) Frequenzumwandlung (Umwandlung von Wechselstrom einer Frequenz in Wechselstrom unterschiedliche Frequenz).

Darüber hinaus gibt es noch eine Reihe anderer, weniger gebräuchlicher Konvertierungsarten: Stromwellenformen, Anzahl der Phasen usw. In manchen Fällen kommt eine Kombination mehrerer Konvertierungsarten zum Einsatz. Darüber hinaus kann Strom umgewandelt werden, um die Qualität seiner Parameter zu verbessern, beispielsweise um die Spannung oder Frequenz von Wechselstrom zu stabilisieren.

Stromumwandlung ist möglich verschiedene Wege. Traditionell in der Elektrotechnik ist insbesondere die Transformation durch elektrische Maschineneinheiten, die aus einem Motor und einem Generator bestehen, die durch eine gemeinsame Welle verbunden sind. Diese Umwandlungsmethode weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf: das Vorhandensein beweglicher Teile, Trägheit usw. Daher wurde parallel zur Entwicklung der Umwandlung elektrischer Maschinen in der Elektrotechnik große Aufmerksamkeit auf die Entwicklung von Methoden zur statischen Umwandlung von Elektrizität gelegt . Die meisten dieser Entwicklungen basierten auf der Nutzung nichtlinearer Elemente der elektronischen Technologie. Die Hauptelemente der Leistungselektronik, die die Grundlage für die Entwicklung statischer Wandler bildeten, waren Halbleiterbauelemente. Die Leitfähigkeit der meisten Halbleiterbauelemente hängt stark von der Richtung ab elektrischer Strom: In Vorwärtsrichtung ist ihre Leitfähigkeit hoch, in Rückwärtsrichtung ist sie klein (das heißt, ein Halbleiterbauelement hat zwei klar definierte Zustände: offen und geschlossen). Halbleiterbauelemente können unkontrolliert oder kontrolliert sein. Bei letzteren ist es möglich, den Zeitpunkt des Einsetzens ihrer hohen Leitfähigkeit (Einschalten) durch Steuerimpulse geringer Leistung zu steuern. Die ersten inländischen Arbeiten, die sich mit der Untersuchung von Halbleiterbauelementen und ihrer Verwendung zur Stromumwandlung befassten, waren die Werke der Akademiker V. F. Mitkevich, N. D. Papeleksi und anderer.

In den 1930er Jahren waren Gasentladungsgeräte (Quecksilberventile, Thyratrons, Gastrons usw.) in der UdSSR und im Ausland weit verbreitet. Gleichzeitig mit der Entwicklung von Gasentladungsgeräten wurde die Theorie der Stromumwandlung entwickelt. Es wurden grundlegende Schaltungstypen entwickelt und umfangreiche Untersuchungen zu den elektromagnetischen Prozessen durchgeführt, die bei der Gleichrichtung und Umkehrung von Wechselstrom auftreten. Gleichzeitig erschienen die ersten Arbeiten zur Analyse von Schaltkreisen autonomer Wechselrichter. Bei der Entwicklung der Theorie der Ionenkonverter spielten die Arbeiten der sowjetischen Wissenschaftler I. L. Kaganov, M. A. Chernyshev, D. A. Zavalishin sowie ausländischer Wissenschaftler eine wichtige Rolle: K. Müller-Lübeck, M. Demontvigne, V. Schiling und Andere.

Eine neue Etappe in der Entwicklung der Wandlertechnologie begann Ende der 50er Jahre, als leistungsstarke Halbleiterbauelemente auf den Markt kamen – Dioden und Thyristoren. Diese auf Siliziumbasis entwickelten Geräte haben ihre eigenen technische Spezifikationen Gasentladungsgeräten weit überlegen. Sie sind klein in Größe und Gewicht, haben einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Geschwindigkeit und eine erhöhte Zuverlässigkeit beim Betrieb in einem weiten Temperaturbereich.

Der Einsatz von Leistungshalbleiterbauelementen hat die Entwicklung der Leistungselektronik maßgeblich beeinflusst. Sie wurden zur Grundlage für die Entwicklung hocheffizienter Wandlergeräte aller Art. Bei diesen Entwicklungen wurden viele grundlegend neue Schaltungs- und Designlösungen übernommen. Die Entwicklung von Leistungshalbleiterbauelementen durch die Industrie hat die Forschung in diesem Bereich und die Entwicklung neuer Technologien intensiviert. Unter Berücksichtigung der Besonderheiten von Leistungshalbleiterbauelementen wurden alte Methoden der Schaltungsanalyse verfeinert und neue Methoden entwickelt. Die Schaltungsklassen für autonome Wechselrichter, Frequenzumrichter, Gleichstromregler und viele andere haben sich erheblich erweitert, und es sind neue Arten leistungselektronischer Geräte aufgetaucht – statische Schütze mit natürlicher und künstlicher Umschaltung, Thyristor-Blindleistungskompensatoren, Hochgeschwindigkeitsschutzgeräte mit Spannung Begrenzer usw.

Elektrische Antriebe sind zu einem der Hauptbereiche für den effektiven Einsatz von Leistungselektronik geworden. Thyristoreinheiten und Komplettgeräte wurden für elektrische Gleichstromantriebe entwickelt und werden erfolgreich in der Metallurgie, im Werkzeugmaschinenbau, im Transportwesen und in anderen Industrien eingesetzt. Die Entwicklung von Thyristoren hat zu erheblichen Fortschritten auf dem Gebiet der regelbaren elektrischen Wechselstromantriebe geführt.

Es wurden hocheffiziente Geräte entwickelt, die Industriefrequenzstrom in Wechselstrom mit variabler Frequenz umwandeln, um die Drehzahl von Elektromotoren zu steuern. Für verschiedene Technologiebereiche wurden viele Arten von Frequenzumrichtern mit stabilisierten Ausgangsparametern entwickelt. Insbesondere für die Induktionserwärmung von Metall wurden hochfrequente, leistungsstarke Thyristoreinheiten geschaffen, die einen großen technischen und wirtschaftlichen Effekt erzielen, indem sie ihre Lebensdauer im Vergleich zu elektrischen Maschineneinheiten erhöhen.

Basierend auf der Einführung von Halbleiterwandlern wurde der Umbau von Umspannwerken für den mobilen Elektrotransport durchgeführt. Teilweise deutlich verbesserte Qualität technologische Prozesse in der elektrometallurgischen und chemischen Industrie durch die Einführung von Gleichrichtereinheiten mit tiefgreifender Regelung von Ausgangsspannung und -strom.

Die Vorteile von Halbleiterwandlern haben zu ihrem weit verbreiteten Einsatz in unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen geführt. Der Anwendungsbereich leistungselektronischer Geräte im Bereich der Unterhaltungselektronik (Spannungsregler etc.) hat sich erweitert.

Dank der intensiven Entwicklung der Elektronik begann seit Anfang der 80er Jahre die Entwicklung einer neuen Generation von Leistungselektronikprodukten. Grundlage dafür war die Entwicklung und Industrialisierung neuartiger Leistungshalbleiterbauelemente: Abschaltthyristoren, Bipolartransistoren, MOS-Transistoren usw. Gleichzeitig haben sich die Geschwindigkeit von Halbleiterbauelementen, die Werte der Grenzparameter von Dioden und Thyristoren, integrierte und hybride Technologien zur Herstellung von Halbleiterbauelementen verschiedener Typen entwickelt und Die Mikroprozessortechnologie zur Steuerung und Überwachung von Umrichtergeräten hat begonnen, sich in großem Umfang durchzusetzen.

Verwendung eines neuen Elementbasis ermöglichte es, so wichtige technische und wirtschaftliche Indikatoren wie Effizienz, spezifische Massen- und Volumenwerte, Zuverlässigkeit, Qualität der Ausgangsparameter usw. grundlegend zu verbessern. Es wurde ein Trend zur Erhöhung der Häufigkeit der Stromumwandlung festgestellt. Derzeit wurden Miniatur-Sekundärstromquellen niedriger und mittlerer Leistung mit Zwischenumwandlung von Elektrizität bei Frequenzen im Überschallbereich entwickelt. Die Entwicklung des Hochfrequenzbereichs (über 1 MHz) hat dazu geführt, dass eine Reihe wissenschaftlicher und technischer Probleme bei der Entwicklung von Wandlergeräten und der Gewährleistung ihrer elektromagnetischen Verträglichkeit als Teil technischer Systeme gelöst werden müssen. Der technische und wirtschaftliche Effekt der Umstellung auf höhere Frequenzen kompensierte die Kosten für die Lösung dieser Probleme vollständig. Daher besteht derzeit weiterhin die Tendenz, viele Arten von Wandlergeräten mit einer zwischengeschalteten Hochfrequenzverbindung zu schaffen.

Es ist zu beachten, dass der Einsatz vollständig gesteuerter Hochgeschwindigkeits-Halbleiterbauelemente in herkömmlichen Schaltkreisen deren Möglichkeiten zur Bereitstellung neuer Betriebsmodi und damit neuer Funktionseigenschaften von Leistungselektronikprodukten erheblich erweitert.

Veröffentlichungsdatum: 12.10.2017

Kennen Sie die Grundlagen der Leistungselektronik?

Konzept der Leistungselektronik

Leistungselektronik- eines der modernen Themen der Elektrotechnik, das in In letzter Zeit hat große Erfolge erzielt und das Leben der Menschen in fast allen Bereichen beeinflusst. Wir selbst nutzen in unserem täglichen Leben so viele Anwendungen der Leistungselektronik, ohne es überhaupt zu merken. Nun stellt sich die Frage: „Was ist Leistungselektronik?“

Wir können Leistungselektronik als ein Fachgebiet definieren, das eine Mischung aus Leistungselektronik, analoger Elektronik, Halbleiterbauelementen und Steuerungssystemen darstellt. Wir legen die Grundlagen jeder Einheit zugrunde und wenden sie in kombinierter Form an, um eine regulierte Form elektrischer Energie zu erzeugen. Elektrische Energie selbst ist erst nutzbar, wenn sie in eine greifbare Energieform wie Bewegung, Licht, Ton, Wärme usw. umgewandelt wird. Um diese Energieformen zu regulieren, effektiver Weg ist die Regulierung der elektrischen Energie selbst, und diese Formen sind Gegenstand der Leistungselektronik.

Wir können den überwältigenden Fortschritt in dieser Angelegenheit auf die Entwicklung kommerzieller Thyristoren oder Siliziumgleichrichter (SCRs) durch General Electric Co. zurückführen. im Jahr 1958. Bisher erfolgte die Steuerung elektrischer Energie hauptsächlich mit Thyratronen und Quecksilberlichtbogengleichrichtern, die auf dem Prinzip physikalischer Phänomene in Gasen und Dämpfen basieren. Nach SCR erschienen viele elektronische Hochleistungsgeräte wie GTO, IGBT, SIT, MCT, TRIAC, DIAC, IEGT, IGCT und so weiter. Diese Geräte sind für mehrere hundert Volt und Ampere ausgelegt, im Gegensatz zu Signalpegelgeräten, die mit einigen Volt und Ampere arbeiten.

Um den Zweck der Leistungselektronik zu erfüllen, fungieren die Geräte lediglich als Schalter. Alle leistungselektronischen Geräte fungieren als Schalter und verfügen über zwei Modi, nämlich EIN und AUS. Beispielsweise verfügt der BJT (Bipolar Junction Transistor) über drei Betriebsbereiche in den Ausgangscharakteristiken deaktiviert, aktiv und gesättigt. In der analogen Elektronik, wo der BJT als Verstärker fungieren muss, ist die Schaltung so ausgelegt, dass er ihn in den aktiven Betriebsbereich vorspannt. In der Leistungselektronik arbeitet ein BJT jedoch im ausgeschalteten Zustand im Grenzbereich und im eingeschalteten Zustand im Sättigungsbereich. Wenn Geräte nun als Schalter arbeiten sollen, müssen sie den grundlegenden Eigenschaften eines Schalters folgen, d hat den vollen Spannungsabfall darüber und es fließt kein Strom durch ihn.

Da nun in beiden Modi der Wert von V oder I Null ist, ist auch die Leistung des Schalters immer Null. Diese Eigenschaft lässt sich bei einem mechanischen Schalter leicht erkennen und muss auch bei einem leistungselektronischen Schalter beachtet werden. Allerdings fließt fast immer ein Leckstrom durch die Geräte, wenn diese im AUS-Zustand sind, d. h. Ileakage ≠ 0 und es gibt immer einen Spannungsabfall im EIN-Zustand, d. h. Von ≠ 0. Allerdings ist die Größe von Von oder Ileakage sehr gering und daher ist auch die durch das Gerät fließende Leistung sehr gering, in der Größenordnung von einigen Millivolt . Diese Energie wird im Gerät abgeführt und daher ist eine ordnungsgemäße Wärmeableitung aus dem Gerät ein wichtiger Aspekt. Neben diesen Zustands- und Aus-Zustandsverlusten gibt es auch Schaltverluste in leistungselektronischen Geräten. Dies geschieht hauptsächlich, wenn der Schalter von einem Modus in einen anderen wechselt und sich V und I durch das Gerät ändern. In der Leistungselektronik sind beide Verluste wichtige Parameter jedes Geräts und zur Bestimmung seiner Spannungs- und Stromwerte erforderlich.

Nur leistungselektronische Geräte sind nicht so nützlich praktische Anwendungen und erfordern daher ein Design mit der Schaltung zusammen mit anderen unterstützenden Komponenten. Diese unterstützenden Komponenten ähneln dem Entscheidungsteil, der die leistungselektronischen Schalter steuert, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Dazu gehören das Zündmuster und die Schaltung Rückmeldung. Das folgende Blockschaltbild zeigt ein einfaches leistungselektronisches System.

Die Steuereinheit empfängt die Ausgangssignale der Sensoren, vergleicht sie mit den Referenzen und gibt dementsprechend das Eingangssignal in den Zündkreis ein. Bei der Zündschaltung handelt es sich grundsätzlich um eine Impulserzeugungsschaltung, die einen Impulsausgang erzeugt, um die leistungselektronischen Schalter im Hauptschaltungsblock zu steuern. Das Endergebnis ist, dass die Last das Erforderliche erhält elektrische Energie und liefert somit das gewünschte Ergebnis. Ein typisches Beispiel für das obige System wäre die Steuerung der Drehzahl von Motoren.

Es gibt im Wesentlichen fünf Arten von leistungselektronischen Schaltkreisen mit jeweils unterschiedlichem Zweck:

1. Gleichrichter – Wandelt festen Wechselstrom in Wechselstrom um
2. Chopper – konvertiert dauerhaft D.C. zu AC DC
3. Wechselrichter – wandeln Gleichstrom in Wechselstrom mit variabler Amplitude und variabler Frequenz um
4. Wechselspannungsregler – Wandeln Sie festen Wechselstrom in Wechselstrom bei gleicher Eingangsfrequenz um
5. Zyklokonverter – wandelt festen Wechselstrom in Wechselstrom mit variabler Frequenz um

Es gibt ein weit verbreitetes Missverständnis bezüglich des Begriffs Konverter. Ein Konverter ist im Grunde jeder Schaltkreis, der Elektrizität von einer Form in eine andere umwandelt. Daher handelt es sich bei allen fünf aufgeführten Konvertern um Konvertertypen.