مقاله الکترونیک قدرت

موضوع : مقاله الکترونیک قدرت

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

مقدمه اي راجع به الكترونيك قدرت
در 35 سال اخير در كاربرد موتورهاي الكتريكي انقلابي رخ داده است . ساخت بسته هاي حالت جامد راه انداز موتور جايي رسيده كه عملاًٌ هر مسئله كنترلي را مي توان با استفاده از آنها حل كرد . با اين راه اندازهاي حالت جامد مي توان موتورهاي dc را با منابع تغذيه ac و موتورهاي ac را با منابع تغذيه dc راه انداخت . حتي مي توان ac  را به توان ac فركانس ديگز تبديل كرد .
از طرفي ديگر هزينه سيستمهاي راه انداز حالت جامد به شدت پايين آمده و قابليت اظمينان آنها بالا رفته است انعطاف و قيمت نسبتاً كم كنترل كننده ها و راه اندازهاي حالت جامد باعث شده موتورهاي ac كاربردهاي جديد ، بيايند ، كاربردهايي كه قبلاًٌ تنها با استفاده از ماشينهاي dc انجام مي شد . همچنين با استفاده از راه اندازهاي حالت جامد موتورهاي dc نيز قابليت انعطاف بيشتري پيدا كرده اند .
تغيير عمده از ساخت و بهبود عناصر حالت جامد توان بالا حاصل شده است . گرچه مطالعه تفصيلي مدارها ، الكترونيك قدرت و عناصر آنها خود كتاب مستقلي مي خواهد ولي كمي آشنايي با آنها در فهم كاربردهاي موتورهاي جديد بسيار لازم است .
عناصر الكترونيك قدرت
در مدارهاي كنترل موتور چند نوع وسيله نيمه هادي عمده مورد استفاده قرار مي گيرد . مهمترين اينها عبارت اند از :
1-    ديود
2-    تريستور دو سيمه (يا ديود PNPN)
3-    تريستور سه سيمه ( يكسوز ساز كنترل شده سيليسيومي SCR)
4-    تريستور باگيت خاموش كن (GTO )
5-    داياك
6-    ترياك
7-    ترانزيستور قدرت (PTR )
8-    ترانزيستور دو قطبي باگيت مجزا شده (IGBT )
ديود
ديود يك عنصر نيمه هادي است كه براي عبور جريان در يك جهت طراحي شده است . نماد اين عنصر در شكل نشان داده شده است . ديود طوري طراحي شده كه جريان را از آند به كاتد بگذارند ولي در جهت عكس نه .
مشخصه ولتاژ جريان ديود در شكل زير نشان داده شده است . با اعمال يك ولتاژ مستقيم به ديود جريان بزرگي از آن مي گذرد . ولي اگر ولتاژ در جهت معكوس به آن اعمال شود . جريان گذرنده بسيار كوچك خواهد بود ( در رده ميكروآمپر يا كمتر) . اگر ولتاژ معكوس اعمالي به حد كافي بزرگ باشد ، سرانجام ديود مي شكند و اجازه مي دهد كه جريان در جهت عكس هم بگذرد . اين سه ناحيه كاري ديود روي منحني مشخصه شكل زير نشان داده شده است .
ديودها با توجه به مقدار تواني كه مي تواند مصرف كنند و ماكزيمم ولتاژ معكوسي كه مي توانند بدون شكستن تحمل كنند دسته بندي مي شوند . تواني كه ديود در هنگام عمل در جهت مستقيم مصرف مي كند ، با حاصلضرب افت ولتاژ مستقيم روي آن و جرياني كه از ديود مي گذرد برابر ست . اين توان بايد محدود شود تا ديود بيش از حد گرم نشود . ماكزيمم ولتاژ معكوس ديود با عبارت ولتاژ معكوس ماكزيمم (PIV ) مشخص مي شود . اين مقدار بايد آنقدر بزرگ باشد كه ديود هنگام كار نشكند و در جهت معكوس جريان نگذراند .
ديودها را از لحاظ زمان قطع و وصل نيز دسته بندي مي كنند ، منظور مقدار زماني است كه طول مي كشد تا ديود از حالت روشن به حالت قطع برود و بر عكس . چون ديودهاي قدرتي بزرگ هستند ، و بار زيادي در پيوند عناصر توان بالا ذخيره مي شود ، بسيار كندتر از ديودهايي كه در مدارهاي الكترونيكي معمولي يافت مي شود تغيير حالت مي دهند تمام ديودهاي قدرتي اساساً آنقدر سريع هستند كه بتوان در مدارهاي Hz 50 يا Hz 60 به عنوان يكسو كننده به كارشان برد . ولي در بعضي كاربردها مثل مدولاسيون عرض پالس (PWM ) بايد ديودهايي به كاربرد كه بتوانند با آهنگي سريعتر از Hz 10000 تغيير حالت دهند . براي اين كاربردهاي سويچينگ سريع دييودهاي خاصي موسوم به ديودهاي با بازيابي سريع به كار مي رود .
تريستور دو سيمه يا ديود PNPN
تريستور نامي است كه به خانواده اي از عناصر نيمه هادي متشكل از چهار لايه نيمه هادي داده است . تريستور دو سيمه ، كه ديود PNPN يا ديود تريگر شونده هم خوانده مي شود يكي از اعضاي اين خانواده است . نام اين عنصر در استاندارد IEEE براي نمادهاي ترسيمي تريستور ديودي با سد كردن معكوس است . نماد اين عنصر در شكل زير به چشم مي خورد .
ديود PNPN يك يكسوساز يا ديودست كه مشخصه ولتاژ – جرياني غيرعادي در ناحيه باياس مستقيم دارد . مشخصه ولتاژ – جريان آن در شكل زير به چشم مي خورد . منحني مشخصه از سه ناحيه تشكيل مي شود .
1-    ناحيه سد كردن معكوس
2-    ناحيه سدكردن مستقيم
3-    ناحيه هدايت
در ناحيه سدكردن معكوس ، ديود PNPN مل يك ديود معمولي عمل كرده ، جلوي عبور جريان را مي گيرد ، مگر اينكه ولتاژ معكوس از ولتاژ شكست معكوس بگذرد . در ناحيه هدايت باز هم ديود PNPN مثل يك ديود معمولي عمل مي كند و به ازاي يك افت ولتاژ كوچك اجازه عبور جريان بزرگي را مي دهد . اين ناحيه سد كردن مستقيم است كه باعث تمييز يك ديود PNPN از يك ديود معمولي مي شود .
وقتي ديود PNPN در، باياس مستقيم قرار مي گيرد از آن جرياني نمي گذرد ، مگر اينكه ولتاژ مستقيم روي ديود از مقدار خاصي موسوم به ولتاژ شكست VBO بگذرد. وقتي ولتاژ مستقيم روي ديود PNPN از VBO فراتر مي رود ، ديود روشن مي شود و روشن مي ماند مگر اينكه جرياني كه از آن مي گذرد از يك مقدار مي نيمم مشخص (نوعاٌ چند ميلي آمپر) پايين تر بيايد . اگر جريان از اين مقدار مي نيمم ( كه جريان نگهداري IH ناميده مي شود) كمتر شود ، ديود PNPN خاموش شده و ديگر هدايت نمي كند ، تا اينكه دوباره ولتاژ روي آن از VBO بگذرد .
فهرست مطالب
مقدمه اي راجع به الكترونيك قدرت    1
ديود    1
تريستور دو سيمه يا ديود PNPN    3
خلاصه اينكه ديود PNPN    4
تريستور سه سيمه يا SCR    4
تريستور با گيت خاموش كن    6
داياك    6
ترياك    7
ترانزيستور قدرت    8
ترانزيستور دو قطبي با گيت عايق شده    9
ترانسفورماتورها    10
اهميت ترانسفورماتورها در زندگي امروزي    10
انواع ترانسفورماتورها و ساختمان آنها    11
يكسو كننده هاي سه فاز    14
مشخصات فني يكسوكننده    16
سيستمهاي حفاظتي استاندارد دستگاه    16
نصب ، بهره برداري و عيب يابي    18
سيني كنترل    18
سيني دراپر    19
سيني خازن    20
سيني ورودي / خروجي    20
نصب دستگاه    23
راه اندازي يكسو كننده    23
حالت شارژ دستي    25
نكاتي درباره سيستم حفاظتي يكسوكننده    26
چند نكته مهم درباره عيب يابي دستگاه    28