什麼是電力電子

在本文中，我們將討論電力電子。什麼是電力電子，它的基礎是什麼，有什麼優勢，前景如何？讓我們詳細了解電力電子元件，簡要了解它們是什麼、它們之間有何不同以及這些或那些類型的半導體開關適用於哪些應用。以下是日常生活、製造和日常生活中使用的電力電子設備的示例。

近年來，電力電子器件在節能方面取得重大技術突破。功率半導體器件由於其靈活的可控性，可實現高效的電能轉換。今天的重量和尺寸以及效率指標已經將轉換器提升到一個新的質量水平。

許多行業使用軟啟動器、速度控制器、不間斷電源，在現代半導體基礎上運行並表現出高效率。都是電力電子。

電力電子中控制電能的流動是藉助於半導體開關來進行的，它取代了機械開關，可以根據必要的算法進行控制，以獲得所需的平均功率和這個或那個工作體的精確動作設備。

因此，電力電子被用於交通、採礦業、通信領域，以及許多行業，今天沒有一個強大的家用電器在其設計中沒有包含電力電子單元。

電力電子的基本構建塊恰恰是半導體關鍵元件，可以以高達兆赫茲的各種速度打開和關閉電路。在導通狀態下，開關的電阻是歐姆的單位和分數，在關斷狀態下，是兆歐。

密鑰管理不需要太大的功率，並且在切換過程中發生的密鑰損失，通過設計良好的驅動程序，不會超過百分之一。因此，與鐵變壓器和傳統繼電器等機械開關的損耗位置相比，電力電子設備的效率更高。

電力電子設備是有效電流大於或等於10安培的設備。在這種情況下，關鍵的半導體元件可以是：雙極晶體管、場效應晶體管、IGBT晶體管、晶閘管、雙向晶閘管、自鎖晶閘管和集成控制的自鎖晶閘管。

低控制功率還允許您創建功率微電路，其中同時組合了多個塊：開關本身、控制電路和控制電路，這些就是所謂的智能電路。

這些電子積木用於大功率工業裝置和家用電器。幾兆瓦的電磁爐或幾千瓦的家用蒸鍋——兩者都有固態電源開關，可以簡單地以不同的瓦數運行。

因此，功率晶閘管在容量超過 1 MVA 的轉換器中工作，在直流和高壓交流電驅動電路中工作，用於無功功率補償裝置，感應熔化裝置。

鎖定晶閘管控制更靈活，用於控制容量為數百kVA的壓縮機、風扇、水泵，潛在開關功率超過3MVA。 IGBT晶體管 允許部署容量高達 MVA 單位的轉換器用於各種目的，既用於電機控制，也用於在許多靜態裝置中提供連續電源和大電流開關。

MOSFET在數百千赫茲的頻率下具有出色的可控性，這與IGBT相比大大擴展了其適用範圍。

三端雙向可控矽開關元件是啟動和控制交流電機的最佳選擇，它們可以在高達 50 kHz 的頻率下運行，並且比 IGBT 晶體管需要更少的能量來控制。

如今，IGBT 的最大開關電壓為 3500 伏，可能達到 7000 伏。這些組件可能會在未來幾年取代雙極晶體管，並將用於高達 MVA 單位的設備。對於低功率轉換器，MOSFET 將更容易被接受，對於超過 3 MVA - 鎖定晶閘管。

根據分析人士的預測，未來大部分半導體將採用模塊化設計，即在一個封裝中放置兩到六個關鍵元件。使用模塊可以減少使用它們的設備的重量、尺寸和成本。

對於 IGBT 晶體管，進展將是在高達 3.5 kV 的電壓下將電流增加到 2 kA，並通過簡化的控制方案將工作頻率增加到 70 kHz。一個模塊不僅可以包含開關和整流器，還可以包含驅動器和主動保護電路。

近年來製造的三極管、二極體、晶閘管等參數，如電流、電壓、速度等，已經有了明顯的改善，而且進步不會停滯不前。

為了更好地將交流電轉換為直流電，使用了可控整流器，它允許整流電壓在從零到標稱值的範圍內平滑變化。

今天，在直流電驅動勵磁系統中，晶閘管主要用於同步電動機。雙晶閘管——三端雙向可控矽開關——只有一個柵電極用於兩個連接的反並聯晶閘管，這使得控制更加容易。

要執行反向過程，使用直流電壓到交流電壓的轉換 逆變器…獨立的半導體開關逆變器提供由電子電路而非網絡決定的輸出頻率、形狀和振幅。逆變器是根據不同類型的關鍵元件製造的，但對於大功率，超過 1 MVA，IGBT 晶體管逆變器再次名列前茅。

與晶閘管不同，IGBT 提供更寬、更準確的輸出電流和電壓整形。低功率汽車逆變器在其工作中使用場效應晶體管，其功率高達 3 kW，可以出色地將 12 伏電池的直流電轉換為直流電，首先通過高頻脈沖轉換器運行以 50 kHz 至數百千赫茲的頻率，然後交替 50 或 60 赫茲。

要將一種頻率的電流轉換為另一種頻率的電流，請使用 半導體變頻器……以前，這完全是基於晶閘管來完成的，晶閘管不具備完全的可控性；有必要開髮用於強制鎖定晶閘管的複雜方案。

場效應 MOSFET 和 IGBT 等開關的使用促進了變頻器的設計和實現，並且可以預見未來晶閘管，尤其是在低功率設備中，將被晶體管所取代。

晶閘管仍用於反轉電力驅動；有兩組晶閘管轉換器就可以提供兩個不同的電流方向而無需切換。這就是現代非接觸式可逆啟動器的工作原理。

我們希望我們的簡短文章對您有所幫助，現在您知道什麼是電力電子、電力電子設備中使用了哪些電力電子元件以及電力電子對我們未來的潛力有多大。