عنوان :

مقاله کاربرد الکترونیک قدرت

تعداد صفحات :۲۵

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

الکترونیک قدرت ، جایگاه مهمی در تکنولوژی مدرن به خود اختصاص داده است و امروزه از ان در محصولات صنعتی با قدرت بالا مانند کنترل کننده های حرارت ،نور ، موتورها ، منابع تغذیه قدرت ، سیستم های محرک وسایل نقلیه و سیستم های ولتاژ بالا (فشار قوی) با جریان مستقیم استفاده می کنند . مشکل بتوان حد مرزی برای کاربرد الکترونیک قدرت تعین کرد ، بویژه باروند موجود در توسعه افزارهای قدرت و میکروپروسسورها ، حد نهایی الکترونیک قدرت نا مشخص است .

مقاله حاضر به بررسی کاربرد الکترونیک قدرت ، تاریخچه الکترونیک قدرت، الکترونیک قدرت و محرکهای الکتریکی چرخان، محرک های الکتریکی چرخان، محرکهای الکترونیکی جریان مستقیم، برشگرهای dc، اصول کار کاهش ولتاژ و … می پردازد.

برشگرهای dc

در بسیاری  از کارهای صنعتی لازم است که منبع ولتاژ dc ثابتی به منبع ولتاژ dc متغیری تبدیل شود . برشگر dc مستقیماً dc را به dc تبدیل می کند و آن را مبدل dc به dc نیز می نامند .

برشگر را می توان معادل dc ترانسفورمر ac در نظر گرفت که نسبت دورهای آن به طور پیوسته قابل تغییر باشد . از برشگر dc مانند ترانسفورمر می توان برای افزایش یا کاهش ولتاژ منبع dc استفاده کرد .

برشگرها کاربرد گسترده ای در کنترل موتورهای کششی در اتومبیلهای برقی ، واگن های برقی شهری ، جرثقیلهای دریایی ، بالابرها و وسایل بارکشی در معادن دارند . آنها شتاب را با ملایمت و یکنواختی کنترل  می کنند ، راندمان زیاد و پاسخ دینامیکی سریعی دارند .

واژه های کلیدی: الکترنیک قدرت، محرک های الکتریکی چرخان، برشگرهای dc، رکولاتورهای سویچینگ

 فهرست مطالب

مقدمه   ۴
تاریخچه الکترونیک قدرت   ۶
الکترونیک قدرت و محرکهای الکتریکی چرخان   ۷
محرکهای الکتریکی چرخان   ۹
محرکهای الکتریکی جریان مستقیم   ۱۰
برشگرهای dc   ۱۴
اصول کار کاهش ولتاژ   ۱۵
اصول کار افزایش   ۱۶
پارامترهای عملکرد   ۱۷
طبقه بندی برشگر   ۱۸
برشگر کلاس A    ۱۸
برشگر کلاس B    ۱۹
برشگر کلاس C    ۱۹
برشگر کلاس D    ۲۰
برشگر کلاس E    ۲۰
رگولاتورهای سویچینگ   ۲۱
رگولاتورهای کاهنده   ۲۲
رگولاتورهای افزاینده   ۲۳
رگولاتورهای کاهنده – افزاینده   ۲۴
مدارهای برشگر تایریستوری   ۲۵

مقدمه

از سالها پیش ، نیاز به کنترل قدرت الکتریکی در سیستم های محرک موتورهای الکتریکی و کنترل کننده های صنعتی احساس می شد . این نیاز ، در ابتدا منجر به ظهور سیستم وارد – لئونارد شد که از آن می توان ولتاژ dc متغیری برای کنترل محرکهای موتورهای dc به دست آورد . الکترونیک قدرت ، انقلابی در مفهوم کنترل قدرت ، برای تبدیل قدرت و کنترل محرکهای موتورهای الکتریکی ، به وجود آورده است .

الکترونیک قدرت تلفیقی از الکترونیک ، قدرت و کنترل است . در کنترل ، مشخصات حالت پایدار و دینامیک سیستم های حلقه بسته بررسی می شود . در قدرت ، تجهیزات ساکن و گردان قدرت جهت تولید ، انتقال و توزیع قدرت الکتریکی مورد مطالعه قرار می گیرد . الکترونیک درباره قطعات حالت جامد و مدارهای پردازش سیگنال ، جهت دستیابی به اهداف کنترل مورد نظر تحقیق و بررسی می کند . می توان الکترونیک قدرت را چنین تعریف کرد : کاربرد الکترونیک حالت جامد برای کنترل و تبدیل قدرت الکتریکی .ارتباط متقابل الکترونیک قدرت با الکترونیک ، قدرت و کنترل در شکل نشان داده شده است .

 الکترونیک قدرت مبتنی بر قطع و وصل افزارهای نیمه هادی قدرت .با توسعه تکنولوژی نیمه هادی قدرت ، توانایی در کنترل قدرت و سرعت و وصل افزارهای قدرت به طور چشمگیری بهبود یافته است . پیشرفت تکنولوژی میکروپرسسور / میکروکامپیوتر تاثیر زیادی روی کنترل و ابداع روشهای کنترل برای قطعات نیمه هادی قدرت داشته است . تجهیزات الکترونیک قدرت مدرن از (۱) نیمه هادیهای قدرت استفاده می کند  که می توان آنها را مانند ماهیچه در نظر گرفت ، و (۲) از میکروالکترونیک بهره می جوید که دارای قدرت و هوش مغز است .

الکترونیک قدرت ، جایگاه مهمی در تکنولوژی مدرن به خود اختصاص داده است و امروزه از ان در محصولات صنعتی با قدرت بالا مانند کنترل کننده های حرارت ،نور ، موتورها ، منابع تغذیه قدرت ، سیستم های محرک وسایل نقلیه و سیستم های ولتاژ بالا (فشار قوی) با جریان مستقیم استفاده می کنند . مشکل بتوان حد مرزی برای کاربرد الکترونیک قدرت تعین کرد ، بویژه باروند موجود در توسعه افزارهای قدرت و میکروپروسسورها ، حد نهایی الکترونیک قدرت نا مشخص است . جدول زیر بعضی از کاربردهای الکترونیک قدرت را نشان می دهد .

تاریخچه الکترونیک قدرت

تاریخچه الکترونیک قدرت با ارائه یکسو ساز قوس جیوه ای ، در سال ۱۹۰۰ شروع شد . سپس ، به تدریج یکسو ساز تانک فلزی ، یکسو ساز لامپ خلاء با شبکه قابل کنترل ، اینگنیترون ، فانوترون ، و تایراترون ارائه شدند . تا دهه پنجاه برای کنترل قدرت از این افزارها استفاده می شد .

اولین انقلاب در صنعت الکترونیک با اختراع ترانزیستور سیلیکونی در سال ۱۹۴۸ توسط باردین ، براتین ، و شاکلی ، درآزمایشگاه تلفن بل ، آ‎غاز شد . اغلب تکنولوژی های الکترونیک پشرفته امروزی مدیون این اختراع است . در طی سالها ، با رشد و تکامل نیمه هادیهای سیلیکونی ،‌میکروالکترونیک جدید به وجود آمد . پیشرفت غیر منتظره بعدی نیز ، در سال ۱۹۵۶ در آزمایشگاه بل به وقوع پیوست ، اختراع ترانزیستور تریگردار PNPN ، که به تایریستور یا یکسوساز قابل کنترل سیلیکونی (SCR)  معروف شد .

 انقلاب دوم الکترونیک در سال ۱۹۵۸ با ساخت تایریستور تجاری توسط کمپانی جنرال الکتریک ، شروع شد . این آغاز عصر نوینی در الکترونیک قدرت بود . از آن زمان ، انواع مختلف افزارهای نیمه هادی قدرت و تکنیکهای گوناگون تبدیل قدرت ابداع شده است . انقلاب میکروالکترونیک توانایی پردازش انبوهی از اطلاعات را با سرعتی باورنکردنی به ما داده است . انقلاب الکترونیک قدرت ، امکان تغییر شکل و کنترل قدرتهای بالا رابا راندمان فزاینده ای فراهم ساخته است .

امروزه با پیوند الکترونیک قدرت ، ماهیچه ، با میکروالکترونیک ، مغز ، بسیاری از کاربردهای بالقوه الکترونیک قدرت ظهور می کند و این روند به طور مستمر ادامه خواهد یافت . در سی سال آینده الکترونیک قدرت انرژی الکتریکی را در هر نقطه از مسیر انتقال، بین تولید و مصرف ،‌تغییر شکل می دهد و به صورتی مناسبی تبدیل    می کند . انقلاب الکترونیک قدرت از اواخردهه هشتاد و اوایل دهه نود تحرک تازه ای یافته است .

الکترونیک قدرت و محرکهای الکتریکی چرخان

از سالهای ۱۹۵۰ به بعد تکاپوی شدیدی در توسعه ، تولید ، و کاربرد وسایل نیمه هادی وجود داشته است . امروزه بیش از ۱۰۰ میلیون وسیله در هر سال تولید می شود و میزان رشد آن بیشتر از ۱۰ میلیون وسیله در سال است . این تعداد به تنهایی مشخص کننده اهمیت نیمه هادیها در صنایع الکتریکی است .

کنترل بلوکهای بزرگ قدرت توسط نیمه هادیها از اوایل سال های ۱۹۶۰ شروع شد .بلوکهای بزرگ قدرت که قبلاً به چندین کیلو وات اطلاق می شد ، امروزه متضمن چندین مگا وات است .

اینک تولید تعداد نیمه هادیهایی که قادرند جریانی بیشتر از ۵/۷ آمپر از خود عبور دهند بالغ بر ۵ میلیون در سال است که ارزش کل انها در حدود ۵/۸ میلیون لیره استرلینک یا ۲۰ میلیون دلار (و یا ۵/۱ میلیارد رسال ) است . نرخ رشد نیمه هادیهای قدرت که به تیریستور موسومند به پای نرخ رشد ترانزیستور رسیده است .

عمده ترین جزء مدارهای الکترونیک قدرت تریستور است ، و آن یک نیمه هادی سریعاً راه گزین است که کارکردش مدوله کردن قدرت سیسمتهای الکتریکی جریان مستقیم و جریان متناوب است . عناصر دیگر مورد استفاده در الکترونیک قدرت تمامی به منظور فرمان و محافظت تریستورها به کار گرفته می شوند . مدوله کردن قدرت بین ۱۰۰ وات تا ۱۰۰ مگا وات با روشن و خاموش کردن تریستور با ترتیب زمانی خاص امکان پذیر است .

خانواده تیریستور که یک گروهی از وسایل چهار لایه سیلیکونی است ، مرکب از دیود، تریود ، وتترود است . مهمترین کلید نیمه هادی قابل کنترل که در کنترل قدرت به کار میرود یکسو کننده قابل کنترل سیلیکونی است ، که یک کلید قدرت یک طرفه است ، و نیز تریاک که به صورت یک کلید قدرت دو طرفه  عمل کی کند.

کلیدهای فوق می توانند در عمل یکسو سازی ، عمل تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب و عمل تنظیم توان الکتریکی به کار گرفته شوند. جای تعجب نیست که مردم از دیدن کلیدی به اندازه یک بند انگشت ولی با قابلیت تبادل قدرتی نزدیک به یک مگاوات برانگیخته شوند تیریستور این چنین کلید است . این کلید اصولاً یک ابزار دو حالتی (قطع و وصل) است ، لکن اگز از خروجی نسبت به زمان میانگین گرفته شود می تواند به طور خطی کنترل شود . لذابرای کنترل محرکهای الکتریکی مفید است .

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

محرکهای الکتریکی چرخان

یکی از مهمترین موارد استعمال الکترونیک قدرت کنترل محرکهای الکتریکی است . البته زمینه های کاربرد مهم دیگری نیز زا قبیل واگردانی معمولی قدرت الکتریکی (مبدلهای جریان مستقیم به جریان متناوب و بالعکس ) ایجاد حرارت القایی (کوره های القایی) کنترل شدت نور (در لامپهای الکتریکی )و گوش به زنگ نگه داشتن منابع تغذیه یدکی وجود دارد .

ولتاژ پایانه (ورودی )(محرکهای الکتریکی ) یکی از عمده ترین پارامترهای تنظیم کردنی است که برای کنترل مشخصه های یک موتور، مورد استفاده قرار می گیرد . مهمترین مشخصه مورد کنترل در موتورهای الکتریکی 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 کموتاتوری مناسبتر و رضایتبخش تر بودند . گاهی نیز سیتم تغییر فرکانس و یا تغییر قطب مورد استفاده قرار می گرفتند . همچنین زمانی یکسو کننده های جیوه ای و تقویت کننده های مغناطیسی در سیتهای کنترل جایگاهی پیدا کردند، اما اکنون به نظر می رسد که فقط در موارد خاصی سیستمهای کنترل تیریستوری نتوانسته اند جایگزین روشهای  کنترل قدیمی شوند .

تیریستورها برای کنترل محرکهای الکتریکی ، از وسایل خانگی مثل مته برقی ، مخلوط کنها ، آسیابها و دستگاههای تهویه گرفته تا سیستمهایی با محرکهای فرکانس متغیر مورد استفاده در کارخانه های نساجی ، به قدرت ۵ مگا وات و یادستگاههای کنترل شده با نیمه هادی برای تحریک توربو – آلترناتور ها در کارخانه های نورد فولاد به قدرتهای ۵۰ مگاوات مورد استفاده قرار گرفته اند .

محرکهای الکتریکی جریان مستقیم

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .