Electronică de putere

Rezumat

Aspectul energetic oferă o imagine elocventă asupra nivelului atins în dezvoltarea sa de o civilizație. Până în prezent programul s-a identificat cu o creștere continua a necesarului de energie. Datorită resurselor limitate și a problemelor ecologice (emanații de gaze, efectul de seră, deșeuri) viziunea strict cantitativă asupra energiei a lăsat loc unei viziuni calitative ce adduce în prim plan eficiența utilizării acesteia. Efortul creativ și tehnologic al societății are în vedere cu prioritate găsirea unor soluții de reducere a consumuriloe energetice specific și de valorificarea într-un procent cât mai ridicat a energiei regenerabile. În acest demers electronica de putere are un rol special, bine conturat.

Termenul de “electronica de putere” se referă la componentele de mare putere și sisteme care utilizează dispozitive semiconductoare ca dispozitive de comutație primară. Cu toate acestea, dispozitivele semiconductoare de putere cuprind doar o parte din sistemele electronice de putere. Dispozitive auxiliare, sub formă de senzori, filtre active, circuite de protecție și circuite logice de control sunt, de asemenea prezente în majoritatea sistemele electrice de putere.

Înainte de apariția electronicii de putere ca un domeniu distinct al tehnicii, conversia electric-electric era evitată în aplicații. Cauza o constituia dificultatea de a fi obținută la un moment respectiv. Soluția tehnică la îndemână consta în folosirea convertoarelor rotative formate din grupuri de mașini electrice (grup generator-motor). Dezavantajele acestei soluții sunt evidente: preț ridicat, fiabilitate scăzută datorită elementelor aflate în mișcare de rotație, randament scăzut al conversiei, gabarit de masă mare, zgomot etc.

O dată cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoare sunt fabricate primele diode de putere, iar în 1956 este conceput tiristorul, primul dispozitiv semiconductor de putere cu electrod de comandă. Pe baza acestor dispozitive electronica de putere se dezvoltă prin realizarea unor convertoare statice numite și convertoare electrice de putere (Power Electric Convertors).

Astfel electronica de putere oferă în principiu două servicii: conversia energetică și controlul distribuției energiei electrice. Într-o aplicație de conversie a energiei, electronica de putere se ocupă de conversia energiei electrice de la o formă la alta. Energia electrică existând în două forme, care sunt cunoscute ca și C.A. (curent alternativ) și C.C. (curent continuu).

Un sistem de conversie va convertii energia electrică în unul din cele patru moduri posibile: AC-AC, CC-CC (redresare), CC-CC, CC-AC (inversare).

I. Considerații teoretice

Electronica de putere studiază și realizează adaptarea parametrilor energiei electrice furnizate de producător la cerințele consumatorilor sau la transportul de energie. Modificarea parametrilor energiei electrice se face direct prin intermediul convertoarelor statie de putere, datorită construcției acestora cu dispozitive semiconductoare de putere, funcționând în regim de comutație.

Deci putem definii electronica de putere ca domeniul electronicii care are ca scop prelucrarea energiei electrice dintr-o formă în alta, cu posibilitatea de reglare a parametrilor de tensiune, curent, frecvență și randament, într-o formă optima, conform cerințelor pe care le impune sarcina consumatorului.

Putem reprezenta schematic acest lucru:

Fig.1 (Procesarea energiei în electronica de putere)

Electronica de putere, poate fi considerată o ramură distinctă a electronicii industrial și care conține două procese, unul de putere mare și celălalt de control și reglaj al energiei electrice

După formele de energie pe care le prelucrează, putem să grupăm schemele de conversie a energiei astfel: - conversia CC - CC: prin care se modifică și se controlează valoarea tensiunii. Denumirea utilizată pentru aceste scheme este de choppere. - conversia CA - CC: numită și redresare, poate controla valoarea tensiunii continue și curentului alternative; - conversia CC - CA: numită și inversie, produce tensiune sinusoidală cu amplitudine și frecvență controlabilă. Denumirea pentru aceste scheme este invertor. - conversia CA - CA: numită și cycloconversie, modifică și controlează amplitudinea și frecvența tensiunii alternative.

În procesul de conversie se folosesc așadar o diversitate mare de scheme electronice. Procesarea energiei în toate aceste categorii de conversie și scheme electronice urmărește realizarea: - unei conversii cu un randament foarte ridicat; - o disponibilitate și accesibilitate bună; - fiabilitate foarte bună; - dimensiuni reduse ale montajului; - preț de cost scăzut;

Putem să formăm în două grupe de aplicații ale electronicii de putere, după natura conectate la ieșire: - aplicații statice, la care sarcina nu conține componente în mișcare sau în rotație, ca de exemplu: surse de curent continuu, surse neîntreruptibile (UPS), acoperiri galvanice, sisteme de încălzire și frig. - aplicații privind acționările electrice, la care sarcina este o componentă în mișcare de rotație sau translație (motoare electrice), ca de exemplu: trenurile electrice, vehicole electrice, sisteme de aer condiționat, pompe etc.

Dezvoltaea electronicii de putere a crescut în ultima perioadă foarte mult datorită dispozitivelor din ce în ce mai performante precum: diode rapide, diode duble cu avalanșă controlată, tiristoare rapide cu stingere prin comandă pe poartă (GTO), fototiristoare etc. care fac față cerințelor tot mai diverse de transformare și adaptare a parametrilor energiei electrice la nevoile utilizatorilor.