Jõuelektroonika põhifunktsioonid ja muundurite liigitus

Jõuelektroonika ja elektrienergia muundamise põhifunktsioonid on järgmised:

1. alaldamine, s.o. vahelduvvoolu muundamine alalisvooluks. Seejuures energia edastub
2. vahelduvvoolusüsteemist alalisvoolusüsteemi.
3. vaheldamine, s.o. alalisvoolu muundamine vahelduvvooluks. Seejuures energia edastub
4. alalisvoolusüsteemist vahelduvvoolusüsteemi.
5. alalisvoolu muundamine teise pinge või polaarsusega alalisvooluks.
6. vahelduvvoolu muundamine teistsuguse pinge, sageduse või faaside arvuga vahelduvvooluks.

 

Alaldite ja vaheldite korral on energia suund pidevalt ühesugune, alalis- javahelduvvoolumuundurite 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 vahelduvvooluvõrku. Seda nimetatakse vahelditalitlusesks ja vastavat seadet võruguga sünkroniseeritud vaheldiks (inverteriks).

Vaheldi saab energiat vahelduvoolvõrku anda ainult siis, kui vahelduvvooluvõrgus on olemas vahelduvpinge ning energiat tarbida suutvad toiteallikad või seadmed. Tüüritavad alaldid ja võrguga sünkroniseeritud vaheldid moodustavad duaalse süsteemi, st. ühed ja samad tüüritavad muundurilülitused 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 alalisvoolulülitit 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-masinate asünkroon- ja sükroonmootoritega ajamites.

Neid toodetakse 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.

Resonantsmuundurid 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 

Tekkis küsimusi? Võta ühendust:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]