تحقیق بررسی كاربرد الكترونیك قدرت، مدارهای برشگر چرخان

تحقیق بررسی كاربرد الكترونیك قدرت،مدارهای برشگر چرخان در 23 صفحه ورد قابل ویرایش
دسته بندی الکترونیک و مخابرات
فرمت فایل doc
حجم فایل 14 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل 23

تحقیق بررسی كاربرد الكترونیك قدرت، مدارهای برشگر چرخان

فروشنده فایل

کد کاربری 6017

تحقیق بررسی كاربرد الكترونیك قدرت،مدارهای برشگر چرخان 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 .

متوسط ولتاژ خروجی از رابطه زیر بدست می آید :

و متوسط جریان بار Ia= Va/R = KVs/R كه T دوره تناوب برش ، K=t1/T كاركرد برشگر و f فركانس برش است . فركانس برش F (یا دوره تناوب برش t) ثابت نگه داشته می شود و زمان روشن بودن ، t1 ، تغییر داده می شود . پهنای پالس تغییر می كند و این نوع كنترل مدولاسیون عرض پالس (PWM) نامیده می شود .

فركانس برش f تغییر می كند. زمان روشن بودن ، t1 ، یا زمان خاموش بودن ، t2 ثابت نگهداشته می شود . این روش مدولاسیون فركانس نامیده می شود . فركانس باید در محدوده وسیعی تغییر داده شود تا محدوده كامل ولتاژ خروجی حاصل شود . این روش كنترل باعث ایجاد هارمونیكهای در فركانسهای غیر قابل پیش بینی می شود و طراحی فیلترها مشكل خواهد بود .

كار برشگر را می توان به دو حالت تقسیم كرد . در حالت 1 برشگر روشن می شود و جریان از منبع تغذیه به بار جاری می شود . در حالت 2 برشگر خاموش می شود و جریان بار از طریق دیود هرز گرد Dm جاری می شود . مدارهای معادل برای این دو حالت در شكل زیر الف نشان داده شده است . شكل موجهای جریان بار و ولتاژ خروجی در شكل زیر ب نشان داده شده است .

اگر زمان خاموشی بویژه در فركانس پایین و ولتاژ خروجی كم طولانی باشد ، جریان بار ممكن است ناپیوسته شود . جریان بار هنگامی پیوسته خواهد بود كه L/R>>T یا Lf>> R باشد .

اصول كار افزایش

از برشگر می توان برای افزایش ولتاژ dc استفاده كرد و آرایش مداری كار افزایش در شكل الف نشان داده شده است . هنگامی كه سوئیچ SW به مدت t1 بسته می شود ، جریان سلف افزایش می یابد و انرژی در سلف L ذخیره می شود . اگر سوئیچ به مدت t2 باز بماند ، انرژی ذخیره شده در سلف از طریق دیود D1 به بار منتقل می شود . و جریان سلف افت می كند . با فرض پیوسته بودن جریان ، شكل موج جریان سلف در شكل پائین ب نشان داده شده است .

هنگامی كه برشگر روشن می شود ولتاژ دو سر سلف عبات است از :

اگر خازن بزرگ CL همانطور كه در شكل بالا الف با خط چین نشان داده شده است ، به دو سربار وصل شود ، ولتاژ خروجی پیوسته خواهد بود و V0 همان مقدار متوسط Va را خواهد داشت .

ولتاژ دو سر بار را می توان با تغییر دوره كاركرد K افزایش داد و حداقل ولتاژ خروجی ، هرگاه K=0 باشد ، برابر Vs است . اما برشگر نمی تواند به طور مداوم روشن باشد تا K=1 شود . به ازای مقادیر K كه به سمت یك میل كند ، ولتاژ خروجی بسیار بزرگ و همانطور كه در شكل بالا ج نشان داده شده است به تغییرات K بسیار حساس می شود .

پارامترهای عملكرد

افزارهای نیمه هادی قدرت احتیاج به حداقل زمانی برای روشن و خاموش شدن دارند . بنابراین دوره كاركرد K را فقط می توان بین حداقل Kmin و مقدار حداكثر Kmax كنترل كرد ، و بدین طریق حداقل و حداكثر ولتاژ خروجی محدود می شود . فركانس سویچینگ برشگر نیز محدود می شود . ضربان جریان بار به طور معكوس به فركانس برش f بستگی دارد . فركانس بایستی تا حد ممكن بالا باشد تا ریپل جریان بار را كاهش دهد و اندازه سلف اضافی سری در مدار بار را به حداقل برساند .

طبقه بندی برشگر

برشگرها را می توان بر حسب جهت عبور جریان و ولتاژ به پنچ نوع زیر طبقه بندی كرد :

برشگر كلاس A

برشگر كلاس B

برشگر كلاس C

برشگر كلاس D

برشگر كلاس E

برشگر كلاس A :جریان بار به داخل بار جاری می شود . همانطور كه در شكل نشان الف داده شده است ولتاژ و جریان بار هر دو مثبت هستند . این برشگر یك ربعی است و مانند یكسو ساز عمل می كند .

پاسخ دهید

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