Väike-Männiku 3, 11216 Tallinn Eesti
+372 655 1312
info@energiatehnika.ee

Ülevaade jõuelektroonikast

Ülevaade jõuelektroonikast

Jõuelektroonika põhifunktsioonid ja muundurite liigitus

 Jõuelektroonika ja elektrienergia muundamise põhifunktsioonid on järgmised:

  1. Alaldamine, s.o. vahelduvvoolu muundamine alalisvooluks. Seejuures energia edastub

vahelduvvoolusüsteemist alalisvoolusüsteemi.

  1. Vaheldamine, s.o. alalisvoolu muundamine vahelduvvooluks. Seejuures energia edastub

alalisvoolusüsteemist vahelduvvoolusüsteemi.

  1. Alalisvoolu muundamine teise pinge või polaarsusega alalisvooluks.
  2. Vahelduvvoolu muundamine teistsuguse pinge, sageduse või faaside arvuga

vahelduvvooluks. Alaldite ja vaheldite korral on energia suund pidevalt ühesugune, alalis- ja

vahelduvvoolumuundurite puhul võib energiavoo suund ajaliselt muutuda.

 

Muundurite tähtsaimad komponendid on jõupooljuhtseadised ehk jõupooljuhid – jõudioodid, –

türistorid ja -transistorid. Jõupooljuhte lülitatakse vaheldumisi sisse ja välja, juhtides

(kommuteerides) voolu kord ühte, kord teise muunduri harusse. Voolu üleminekut muunduri

ühest harust teise nimetatakse kommutatsiooniks.

 

Muundurid sisaldavad lisaks jõupooljuhtidele hulgaliselt teisi seadmeid – toitetrafosid,

siludrosseleid, kondensaatoreid, elektromagnetiliste häirete filtreid, voolu- ja pingetrafosid,

tüürahelate impulsstrafosid jne. Muundurit juhib juhtsüsteem, mis on jõuahelatest

galvaaniliselt eraldatud. Juhtsüsteem peab lisaks optimaalse talitluse tagamisele teostama

muunduri väljundsuuruse mõõtmisi, reguleerimist, tagama liigpinge- ja liig¬koormuskaitse,

sünkronisatsiooni toitevõrguga, side juhtarvutiga jne. Keerulisemate muundurite juhtseadmed

sisaldavad mikroprotsessorit.

 

Vahelduvvoolu pooljuhtlülitid ja -regulaatorid

Vahelduvvoolu pooljuhtlüliteid kasutatakse elektriseadmete (elektriajami, kuumu¬tusseadme

jms.) jõuahelate kontaktivabaks lülitamiseks. Kui pooljuhtlüliti juh¬timissüsteemi täiustada

nii, et pooljuhtlüliteid, nt. türistore, saab sisse lülitada teatud viitega perioodi algusest, siis

saab viite muutmisega reguleerida väljundpinge ja -voolu parameetreid. Sellist seadet

nimetatakse vahelduvpinge regulaatoriks.

 

Alaldiga muundatakse vahelduvpinge alalispingeks. Voolu üleminek ühest alaldi harust teise

toimub sisendpingete mõjul e. loomuliku kommutatsiooniga. Alaldid võivad olla kas

mittetüüritavad – dioodlülitused – või tüüritavad, kus kasutatakse türis¬tore. Kasutatakse ka

osaliselt tüüritavaid alaldilülitusi, kus ainult pooled ventiilidest on türistorid ja ülejäänud

dioodid. Tüüritavate ja osaliselt tüüritavate alaldite väljundpinget saab reguleerida muutes

türistoride sisselülitamishetke alates türistoridel päripinge tekkimise hetkedest.

 

Kui tüüritava alaldi türistoride viide sisselülitamisel on suur ja väljundpinge osutub

madalamaks koormuse pingest, siis tagastatakse koormuses salvestunud energiat va-

helduvvooluvõrku. Seda nimetatakse vahelditalitlusesks ja vastavat seadet võr¬guga

sünkroniseeritud vaheldiks (inverteriks). Vaheldi saab energiat vahelduvoolu¬võrku anda

ainult siis, kui vahelduvvooluvõrgus on olemas vahelduvpinge ning energiat tarbida suutvad

toiteallikad või seadmed. Tüüritavad alaldid ja võrguga sünkroniseeri¬tud vaheldid

moodustavad duaalse süsteemi, st. ühed ja samad tüüritavad muundurilüli¬tused võivad

töötada nii alaldi kui vaheldina.

 

Selliseid seadmeid, mis muundavad toitevõrgu vahelduvpinge teise sageduse ja/või faaside

arvuga vahelduvpingeks seda vahepeal alaldamata, nimetatakse vahetuteks ehk võrguga

sünkroniseeritud sagedusmuunduriteks.

Koormusega sünkroniseeritud ja resonantsmuundurid

Koormusega sünkroniseeritud vaheldi koormuseks on LC-võnkering, mille koosseisu kuulub

vahelduvvoolu tarbija. Resonantsvaheldi koosseisu kuulub LC-võnkering, mille väljundist

saadakse vahelduvpinge koormuse toiteks. Kui resonantsvaheldi väljundisse lülitada alaldi,

siis saame resonants-alalispingemuunduri.  LC-võnkeringi resonants-sagedus on mõlemal

muunduril ligilähedane  vaheldi väljundsagedusele. Kasutades pooljuhtlülititena türistore on

võimalik saavutada selline olukord, kus türistorid sulgu¬vad väljundpinge mõjul loomuliku

kommutatsiooniga samuti kui võrguga sünkroni¬seeritud muundurites. Väljundpinge sagedus

on siis määratud võnkeringi resonants-sagedusega, mitte juhtsüsteemi etteandesagedusega.

Transistoride kasutamisel lülita¬takse neid nii, et LC-võnkering töötaks resonantsi läheduses.

Olenevalt sellest, kas võnkering on rööbitine (vooluresonants) või jadavõnkering

(pingeresonants), nimetatakse muundureid vastavalt kas rööpresonantsvahelditeks või

jadaresonantsvahelditeks.

 

Autonoomsed muundurid

Alalisvoolulülitid võimaldavad alalisvoolutarbijaid sisse ja välja lülitada. Kui alalisvoolu-

lülitit suure sagedusega sisse-välja lülitada, siis on võimalik tarbija pinget ja voolu

reguleerida. Sellist seadet, mis reguleerib pinget tarbijal alalisvoolulüliti suletud oleku kestuse

muutmisega lülitusperioodi suhtes, nimetatakse alalisvoolu regulaatoriks.

 

Kui lülitada alalispinge koormusele vaheldumisi päri- ja vastusuunas, siis saadakse koormusel

vahelduvpinge. Vastav seade on autonoomne vaheldi ehk autonoomne inverter. Vaheldi

üheks näiteks on katkematu toite allikas (UPS).

 

Kui vaheldi toiteallikaks on pingeallikas, näiteks võrguga sünkroniseeritud alaldi, mille

väljundis on rööbiti suur mahtuvus, siis nimetatakse seda vaheldit pingevaheldiks. Kui

toiteallikaks on vooluallikas, näiteks võrguga sünkroniseeritud alaldi, mille väljundahelas on

jadamisi suur induktiivsus, siis nimetatakse vaheldit vooluvaheldiks.

 

Alalisvoolu vahelüliga sagedusmuundurid koosnevad alaldist ja muudetava väljundsageduse

ja  -pingega autonoomsest vaheldist. Tavaliselt mõistetakse sagedusmuunduri all sellist

seadet, mis muudab ühe sagedusega vahelduvpinge teise, muudetava sageduse ja pingega

vahelduvpingeks.

Muundurite kasutus- ja võimsusalad

Võrguga sünkroniseeritud muunduritest on kõige suurema võimsusega kõrgepingeliste

alalisvoolu-ülekandeliinide muundurid (alaldid ja inverterid), millede võimsus võib olla

mitmeid GW, pinged üle miljoni V  ja vool mitmeid kA. Võimsuselt veidi väiksemad on

elektrolüüsi- ja galvaanikaseadmete alaldid. Sellesse muundurite gruppi kuuluvad ka

elektritranspordi alaldusalajaamad, alalisvoolu ventiilajamite muundurid, akulaadijad,

alalisvoolu toiteplokid ja stabiliseeritud voolu allikad.

 

Autonoomsetest muunduritest on tähtsaimad staatilised sagedusmuundurid, mida

kasutatakse üha laialdasemalt. Sagedusmuundureid kasutatakse elektritranspordi, tööpinkide,

pumpade, ventilaatorite, kompressorite, konveierite, tsentrifuugide, veskite, saagide,

segumasinate, kraanade, ekstruuderite, valtspinkide, kalandrite, kaevandus-, tekstiili-, paberi-

  1. masinate asünkroon- ja sükroonmootoritega ajamites. Neid toode¬takse pingeni kuni 10

kV, võimsusega mitmeid MW ja väljundsagedusega mitmeid kHz. Töömasina muutuva

koormusmomendi korral annab sagedusjuhtimisega ajami kasutamine teiste ajamitega

võrreldes suurt energia kokkuhoidu. Reguleeritava kiirusega ajamites saab kasutada

alalisvoolu mootorite asemel töökindlamaid asünkroon- ja sünkroonmootoreid.

 

Autonoomsete muundurite gruppi kuuluvad vahelduvvoolu asünkroon- ja sünkroonmootorite

ventiilajamid, mis juhivad nende kiirust muutuval või konstantsel toitesagedusel, staatori või

rootori pingel või voolul jne. Ventiilajamite üheks liigiks on ka staatilised sagedusmuundurid,

millest oli eespool juba juttu.

 

Arvutite laialdane levik esitab kõrgeid nõudmisi elektrienergia kvaliteedile. Järjest rohkem

kasutatakse staatilisi katkematu toite allikaid (UPS).

 

Alalisvoolu impulssmuundurite pingete ja võimsuste ala on kitsam ja nende kasutamine

alalisvooluajamites väheneb, kuid suureneb alalisvoolumuunduriga (DC-DC muunduriga)

toiteallikate osas.

 

Koormusega sünkroniseeritavate ja resonantsmuundurite tähtsaim kasutusala on elektrotermia

(induktiivne kuumutus, sulatus ja karastus). Neid kasutatakse ka mikrolaineahjude,

ultraheliseadmete muundurites ja luminestsentslampide pingemuundurites. Reso-

nantsmuundurid töötavad tavaliselt suurel sagedusel ja võimsused võivad ulatuda kümnete

MW-deni. Sagedusvahemik on türistoride kasutamisel 0,75 … 20 kHz, transistoride puhul 10

… ca 500 kHz ja võimsate elektronlampide kasutamisel kuni ca 100 MHz.

 

Lülitite ja regulaatorite grupis on kõige suurema võimsusega reaktiivvõimsuse

kompensaatorite muundurid. Sellesse gruppi kuuluvad ka vahelduvpinge regulaatorid ja

elektroonilised kaitselülitused. Vahelduvpinge regulaatoreid kasutatakse laialdaselt

kodumasinate mootorite kiiruse juhtimiseks (elektritrellid, pesumasinad, tolmuimejad jne.) ja

valgustite valgustugevuse regulaatorid.

Muundurite põhilised lülitused

Enamkasutatavad muundurite lülitused on standardiseeritud. Muundurite põhilised lülitused ja

tähistused vastavalt DIN standardile on kujutatud tabelis 1.1.

Lisa kommentaar

Sinu e-postiaadressi ei avaldata. Nõutavad väljad on tähistatud *-ga