مقاله بررسی آزمایشگاه الكترونیك صنعتی (كاربرد الكترونیك قدرت)

مقاله بررسی آزمایشگاه الكترونیك صنعتی (كاربرد الكترونیك قدرت) در 23 صفحه ورد قابل ویرایش
دسته بندی الکترونیک و مخابرات
فرمت فایل doc
حجم فایل 14 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل 23

مقاله بررسی آزمایشگاه الكترونیك صنعتی (كاربرد الكترونیك قدرت)

فروشنده فایل

کد کاربری 6017

مقاله بررسی آزمایشگاه الكترونیك صنعتی (كاربرد الكترونیك قدرت) در 23 صفحه ورد قابل ویرایش

كاربرد الكترونیك قدرت

از سالها پیش ، نیاز به كنترل قدرت الكتریكی در سیستم های محرك موتورهای الكتریكی و كنترل كننده های صنعتی احساس می شد . این نیاز ، در ابتدا منجر به ظهور سیستم وارد – لئونارد شد كه از آن می توان ولتاژ dc متغیری برای كنترل محركهای موتورهای dc به دست آورد . الكترونیك قدرت ، انقلابی در مفهوم كنترل قدرت ، برای تبدیل قدرت و كنترل محركهای موتورهای الكتریكی ، به وجود آورده است .

الكترونیك قدرت تلفیقی از الكترونیك ، قدرت و كنترل است . در كنترل ، مشخصات حالت پایدار و دینامیك سیستم های حلقه بسته بررسی می شود . در قدرت ، تجهیزات ساكن و گردان قدرت جهت تولید ، انتقال و توزیع قدرت الكتریكی مورد مطالعه قرار می گیرد . الكترونیك درباره قطعات حالت جامد و مدارهای پردازش سیگنال ، جهت دستیابی به اهداف كنترل مورد نظر تحقیق و بررسی می كند . می توان الكترونیك قدرت را چنین تعریف كرد : كاربرد الكترونیك حالت جامد برای كنترل و تبدیل قدرت الكتریكی .ارتباط متقابل الكترونیك قدرت با الكترونیك ، قدرت و كنترل در شكل نشان داده شده است .

الكترونیك قدرت مبتنی بر قطع و وصل افزارهای نیمه هادی قدرت .با توسعه تكنولوژی نیمه هادی قدرت ، توانایی در كنترل قدرت و سرعت و وصل افزارهای قدرت به طور چشمگیری بهبود یافته است . پیشرفت تكنولوژی میكروپرسسور / میكروكامپیوتر تاثیر زیادی روی كنترل و ابداع روشهای كنترل برای قطعات نیمه هادی قدرت داشته است . تجهیزات الكترونیك قدرت مدرن از (1) نیمه هادیهای قدرت استفاده می كند كه می توان آنها را مانند ماهیچه در نظر گرفت ، و (2) از میكروالكترونیك بهره می جوید كه دارای قدرت و هوش مغز است .

الكترونیك قدرت ، جایگاه مهمی در تكنولوژی مدرن به خود اختصاص داده است و امروزه از ان در محصولات صنعتی با قدرت بالا مانند كنترل كننده های حرارت ،نور ، موتورها ، منابع تغذیه قدرت ، سیستم های محرك وسایل نقلیه و سیستم های ولتاژ بالا (فشار قوی) با جریان مستقیم استفاده می كنند . مشكل بتوان حد مرزی برای كاربرد الكترونیك قدرت تعین كرد ، بویژه باروند موجود در توسعه افزارهای قدرت و میكروپروسسورها ، حد نهایی الكترونیك قدرت نا مشخص است . جدول زیر بعضی از كاربردهای الكترونیك قدرت را نشان می دهد .

تاریخچه الكترونیك قدرت

تاریخچه الكترونیك قدرت با ارائه یكسو ساز قوس جیوه ای ، در سال 1900 شروع شد . سپس ، به تدریج یكسو ساز تانك فلزی ، یكسو ساز لامپ خلاء با شبكه قابل كنترل ، اینگنیترون ، فانوترون ، و تایراترون ارائه شدند . تا دهه پنجاه برای كنترل قدرت از این افزارها استفاده می شد .

اولین انقلاب در صنعت الكترونیك با اختراع ترانزیستور سیلیكونی در سال 1948 توسط باردین ، براتین ، و شاكلی ، درآزمایشگاه تلفن بل ، آ‎غاز شد . اغلب تكنولوژی های الكترونیك پشرفته امروزی مدیون این اختراع است . در طی سالها ، با رشد و تكامل نیمه هادیهای سیلیكونی ،‌میكروالكترونیك جدید به وجود آمد . پیشرفت غیر منتظره بعدی نیز ، در سال 1956 در آزمایشگاه بل به وقوع پیوست ، اختراع ترانزیستور تریگردار PNPN ، كه به تایریستور یا یكسوساز قابل كنترل سیلیكونی (SCR) معروف شد .

انقلاب دوم الكترونیك در سال 1958 با ساخت تایریستور تجاری توسط كمپانی جنرال الكتریك ، شروع شد . این آغاز عصر نوینی در الكترونیك قدرت بود . از آن زمان ، انواع مختلف افزارهای نیمه هادی قدرت و تكنیكهای گوناگون تبدیل قدرت ابداع شده است . انقلاب میكروالكترونیك توانایی پردازش انبوهی از اطلاعات را با سرعتی باورنكردنی به ما داده است . انقلاب الكترونیك قدرت ، امكان تغییر شكل و كنترل قدرتهای بالا رابا راندمان فزاینده ای فراهم ساخته است .

امروزه با پیوند الكترونیك قدرت ، ماهیچه ، با میكروالكترونیك ، مغز ، بسیاری از كاربردهای بالقوه الكترونیك قدرت ظهور می كند و این روند به طور مستمر ادامه خواهد یافت . در سی سال آینده الكترونیك قدرت انرژی الكتریكی را در هر نقطه از مسیر انتقال، بین تولید و مصرف ،‌تغییر شكل می دهد و به صورتی مناسبی تبدیل می كند . انقلاب الكترونیك قدرت از اواخردهه هشتاد و اوایل دهه نود تحرك تازه ای یافته است .

الكترونیك قدرت و محركهای الكتریكی چرخان

از سالهای 1950 به بعد تكاپوی شدیدی در توسعه ، تولید ، و كاربرد وسایل نیمه هادی وجود داشته است . امروزه بیش از 100 میلیون وسیله در هر سال تولید می شود و میزان رشد آن بیشتر از 10 میلیون وسیله در سال است . این تعداد به تنهایی مشخص كننده اهمیت نیمه هادیها در صنایع الكتریكی است .

كنترل بلوكهای بزرگ قدرت توسط نیمه هادیها از اوایل سال های 1960 شروع شد .بلوكهای بزرگ قدرت كه قبلاً به چندین كیلو وات اطلاق می شد ، امروزه متضمن چندین مگا وات است .

اینك تولید تعداد نیمه هادیهایی كه قادرند جریانی بیشتر از 5/7 آمپر از خود عبور دهند بالغ بر 5 میلیون در سال است كه ارزش كل انها در حدود 5/8 میلیون لیره استرلینك یا 20 میلیون دلار (و یا 5/1 میلیارد رسال ) است . نرخ رشد نیمه هادیهای قدرت كه به تیریستور موسومند به پای نرخ رشد ترانزیستور رسیده است .

عمده ترین جزء مدارهای الكترونیك قدرت تریستور است ، و آن یك نیمه هادی سریعاً راه گزین است كه كاركردش مدوله كردن قدرت سیسمتهای الكتریكی جریان مستقیم و جریان متناوب است . عناصر دیگر مورد استفاده در الكترونیك قدرت تمامی به منظور فرمان و محافظت تریستورها به كار گرفته می شوند . مدوله كردن قدرت بین 100 وات تا 100 مگا وات با روشن و خاموش كردن تریستور با ترتیب زمانی خاص امكان پذیر است .

خانواده تیریستور كه یك گروهی از وسایل چهار لایه سیلیكونی است ، مركب از دیود، تریود ، وتترود است . مهمترین كلید نیمه هادی قابل كنترل كه در كنترل قدرت به كار میرود یكسو كننده قابل كنترل سیلیكونی است ، كه یك كلید قدرت یك طرفه است ، و نیز تریاك كه به صورت یك كلید قدرت دو طرفه عمل كی كند.

كلیدهای فوق می توانند در عمل یكسو سازی ، عمل تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب و عمل تنظیم توان الكتریكی به كار گرفته شوند. جای تعجب نیست كه مردم از دیدن كلیدی به اندازه یك بند انگشت ولی با قابلیت تبادل قدرتی نزدیك به یك مگاوات برانگیخته شوند تیریستور این چنین كلید است . این كلید اصولاً یك ابزار دو حالتی (قطع و وصل) است ، لكن اگز از خروجی نسبت به زمان میانگین گرفته شود می تواند به طور خطی كنترل شود . لذابرای كنترل محركهای الكتریكی مفید است .

تیریستور به علت قابلیت ارائه یك آمپدانس بی نهایت یا صفر در دو سر خروجی خود یك عنصر ایده ال برای واگردانها (مبدلها) محسوب می شود . سیستم تیریستوری می توان یك منبع قدرت نا مناسب را به یك منبع تغذیه مناسب تبدیل كند . مثلاً ایجاد یك منبع تغذیه جریان مستقیم از یك منبع تغذیه جریان متناوب و یا به دست آوردن یك منبع تغذیه فركانس متغیر از یك منبع فركانس ثابت ،تنوع زیاد الكترونیك قدرت را نشان میدهد .

محركهای الكتریكی چرخان

یكی از مهمترین موارد استعمال الكترونیك قدرت كنترل محركهای الكتریكی است . البته زمینه های كاربرد مهم دیگری نیز زا قبیل واگردانی معمولی قدرت الكتریكی (مبدلهای جریان مستقیم به جریان متناوب و بالعكس ) ایجاد حرارت القایی (كوره های القایی) كنترل شدت نور (در لامپهای الكتریكی )و گوش به زنگ نگه داشتن منابع تغذیه یدكی وجود دارد .

ولتاژ پایانه (ورودی )(محركهای الكتریكی ) یكی از عمده ترین پارامترهای تنظیم كردنی است كه برای كنترل مشخصه های یك موتور، مورد استفاده قرار می گیرد . مهمترین مشخصه مورد كنترل در موتورهای الكتریكی سرعت است . قبل از اختراع تیریستور روشهای مرسوم برای تنظیم سرعت افزودن مقاومت به خط و یا استفاده ازدستگاههای موتور – ژنراتور بود . در این روشها موتورهای كموتاتوری مناسبتر و رضایتبخش تر بودند . گاهی نیز سیتم تغییر فركانس و یا تغییر قطب مورد استفاده قرار می گرفتند . همچنین زمانی یكسو كننده های جیوه ای و تقویت كننده های مغناطیسی در سیتهای كنترل جایگاهی پیدا كردند، اما اكنون به نظر می رسد كه فقط در موارد خاصی سیستمهای كنترل تیریستوری نتوانسته اند جایگزین روشهای كنترل قدیمی شوند .

تیریستورها برای كنترل محركهای الكتریكی ، از وسایل خانگی مثل مته برقی ، مخلوط كنها ، آسیابها و دستگاههای تهویه گرفته تا سیستمهایی با محركهای فركانس متغیر مورد استفاده در كارخانه های نساجی ، به قدرت 5 مگا وات و یادستگاههای كنترل شده با نیمه هادی برای تحریك توربو – آلترناتور ها در كارخانه های نورد فولاد به قدرتهای 50 مگاوات مورد استفاده قرار گرفته اند .

محركهای الكتریكی جریان مستقیم

موتور جریان مستقیم برغم اینكه جا به جا كن (كموتور ) دارد و از موتور جریان متناوب با موتور اسمی مشابه بزرگتر است ، ولی به علت اماكن وسیع كنترل سرعتش كه توسط كنترل ولتاژ ورودی آن صورت می گیرد ، رایجتر است . به این منظور منبع تغذیه به طور غیر پیوسته به نحو موثری توسط مدار تیرستوری قطع و وصل می شود. با تغییر نسبت زمان قطع به وصل منبع تغذیه می توان مقدار متوسط ولتاژ را در پایانه های (دو سر ورودی ) موتور تنظیم كرد . فركانس قطع و وصل با كلید زنی تیریستور به قدری سریع است كه موتور به جای ضربه های تكی با مقدار متوسط ولتاژ كار می كند .

در شكل زیر برای مدوله كردن مقدار متوسط ولتاژ مستقیم در پایانه های موتور چهار روش نشان داده شده است . در دو روش اول منبع تغذیه جریان متناوب است و این جریان توسط پل یكسو ساز قابل كنترل به جریان مستقیم تبدیل می شود. در روش كنترل سیكلی انتگرالی یك یا چند تا از نیم سیكلها درخروجی یكسو ساز در یك زمان حذف می شوند . این روش فقط در جریانهای متناوب فركانس بالا برای اجتناب از نوسان موتور در حوالی سرعت متوسطش مناسب است . در این روش ضریب قدرت بار الكتریكی مربوط به طرف a.c زیادی است .

رگولاتورهای كاهنده

در رگولاتورهای كاهنده متوسط ولتاژ خروجی Va كمتر از ولتاژ ورودی Vs است . بنابراین نام «كاهنده » بسیار مناسب است . این نوع رگولاتور كاربرد زیادی دارد واین رگولاتور مشابه برشگر كاهنده است . كار مدار را می توان به دو حالت تقسیم كرد . حالت 1 هنگامی آغاز می شود كه ترانزیستور Q1 و t=0 روشن شود . جریان ورودی كه در حال افزایش است از طریق سلف فیلتر C و مقاومت بار جاری می شود . حالت 2 وقتی شروع می شود كه ترانزیستور Q1 و t=t1 خاموش شود . دیود هرز گرد Dm در اثر انرژی ذخیره شده در سلف هدایت می كند و جریان سلف از طریق L,C بار دیود و Dm ادامه می یابد . جریان سلف تا هنگامی كه ترانزیستور Q1 دوباره در سیكل بعدی روشن شود افت می كند . بسته به فركانس سویچینگ سلف فیلتر و ظرفیت خازن جریان سلف می تواند ناپیوسته باشد .

رگولاتورهای كاهنده كه فقط به یك ترانزیستور احتیاج دارد ساده است و راندمان بالایی بیش از 90 %دارد یلف L di.dt جریان بار را محدود می كند . با وجود این چون جریان ورودی ناپیوسته است معمولاً فیلتری در ورودی مورد نیاز است . ولتاژ خروجی این رگولاتور دارای یك پلاریته و جریان آن نیز یك طرفه است . در ضمن به دلیل احتمال اتصال كوتاه شدن دو سر دیود نیاز به مدار محافظ است .

رگولاتورهای افزاینده

در رگولاتورهای افزاینده ولتاژ خروجی بزرگتر از ولتاژ ورودی است . بنابراین نام «افزاینده » برای ان انتخاب شده است . كار مدار را می توان به دو حالت تقسیم كرد . حالت 1 هنگامی آغاز می شود كه ترانزیستور M1 در t=0 روشن شود . جریان ورودی كه در حال افزایش است از طریق سلف L و ترانزیستور Q1 جاری می شود . حالت 2 وقتی شروع می شود كه ترانزیستور M1 در t=t1 خاموش شود . جریانی كه از ترانزیستور عبور می كرد حال از طریق L,C بار دیود Dm جاری می شود . جریان سلف تا هنگامی كه كه ترانزیستور M1 دوباره در سیكل بعدی روشن شود افت می كند . انرژی ذخیره شدهدر سلف L به بار منتقل می شود .

رگولاتور افزاینده بدون ترانسفورمر می تواند ولتاژ خروجی را افزایش دهد . این رگولاتور به علت استفاده از یك ترانزیستور راندمان بالایی دارد . جریان ورودی پیوسته است . ولی باید جریانی با پیك بالا از ترانزیستور قدرت عبور كند . ولتاژ خروجی نسبت به تغییرات دوره كار كرد K بسیار حساس است و این باعث مشكل بودن تثبیت رگولاتور می شود . متوسط جریان خروجی با ضریب (1-K) از متوسط جریان سلف كمتر است و مقدار موثر جریان عبوری از خازن فیلتر بسیارزیاد است . این امر باعث كاربرد فیلتر خازنی و سلفی بزرگتری نسبت به خازن و سلف رگولاتور كاهنده می شود .

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *