مقاله بررسی آزمایشگاه الكترونیك صنعتی (كاربرد الكترونیك قدرت)

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 .

برشگر كلاس C : همانطور كه در شكل ج نشان داده شده است جریان بار مثبت یا منفی و ولتاژ بار همیشه مثبت است . این برشگر به برشگر دو ربعی معروف است .همانطور كه درشكل نشان داده شده است با تركیب برشگر ها در كلاس A,B       می توان برشگر كلاس C را به دست آورد . S1,D2 به عنوان برشگر كلاس A عمل می كند . S2,D1 به عنوان برشگر كلاس B عمل می كنند . بایستی دقت لازم برای جلوگیری از اینكه دو سوئیچ باعث آتش همدیگر شوند .صورت گیرد . در غیر این صورت منبع تغذیه Vs اتصال كوتاه خواهد شد . برشگر كلاس C می تواند هم به عنوان یكسو ساز و هم اینورتر عمل كند .

برشگر كلاس D : جریان بار همیشه مثبت است . همانطور كه در شكل د نشان داده شده است ولتاژ یا مثبت یا منفی است . همانطور كه در شكل نشان داده شده است برشگر كلاس D نیز می تواند به عنوان یكسو ساز یا اینورتر عمل كند . اگر S1 و S4 وصل شوند ، VL,Il مثبت می شوند . اگر S1,S4 قطع شوند ، جریان بار il مثبت خواهد شد و در بارهایی با خاصیت سلی زیاد به جریان خود ادامه خواهد داد . دیودهای D2,D3 مسیری را برای جریان بار تامین می كنند و Vl معكوس می شود .

برشگر كلاس E : همانطور كه در شكل ه نشان داده شده است جریان بار یا مثبت یا منفی است . ولتاژ بار نیز یا مثبت یا منفی است . این برشگر به برشگر چهار ربعی معروف است . پولاریته های ولتاژ و جریان بار در شكل ب نشان داده شده است . افزارهایی كه در ربعهای مختلف فعال هستند در شكل ج نشان داده شده است . برای كار در ربع چهارم جهت باتری E بایستی معكوس شود . این برشگر اساس اینورتر تمام پل تك فاز است .

رگولاتورهای سویچینگ

از برشگرهای dc می توان به عنوان رگولاتورهای سویچینگ برای تبدیل dc معمولاً تنظیم نشده به ولتاژ dc خروجی تنظیم شده استفاده كرد . رگولاسیون معمولاً با مدولاسیون عرض پالس در فركانس ثابت انجام می گیرد و افزار سویچینگ معمولاً BJT,MOSFET , LGBT  قدرت است .