Jõuelektroonika

Jõuelektroonika on tugevvoolu elektrotehnika haru, mis kasutab elektrienergia muundamiseks elektroonikakomponente, nagu jõutransistorid, dioodid, türistorid jms.

Jõuelektroonika võimaldab elektrienergia pinge kuju, efektiivväärtust või voolutugevust ja sagedust muuta muundurite abil. Muundurid jagunevad funktsiooni järgi alalispingemuunduriteks, vahelduvpingemuunduriteks, alalditeks ja vahelditeks.

Jõupooljuhtkomponendid töötavad muundurites valdavalt lülitina, mistõttu neid nimetakse sageli ka jõupooljuhtlülititeks. Jõupooljuhtlüliteid juhitakse kasutades mikrokontrollereid, signaaliprotsessoreid, loogikalülitusi nt. FPGA, või rakendusspetsiifilisi kiipe ASIC. Elektriajamites võimldab jõuelektroonika elektrimasinate tööd paindlikult ja kõrge kasuteguriga juhtida. Seetõttu kasutakse jõupooljuhtmuundureid masinaajamites ja elektertranspordivahendites sh. elektersõidukites.

Jõuelektroonika komponendid

Peamised jõuelektroonikakomponendid on:

• Mittetäielikult juhitavad tavatüristorid (SCR)
• Jõu-bipolaartransistor (BJT)
• Isoleeritud paisuga bipolaartransistor (IGBT) (kasutatakse ajamites ja generaatorite muundurites)
• Suletavad türistorid ehk GTO-türistorid ja Integrated Gate-Commutated Thyristor ehk IGCT (kasutatakse kõrgetel pingetel)
• Jõu-väljatransistor ehk Jõu-MOSFET
• Sümistor e. Triac (kasutatakse dimmerites, vt. dimmimine)
• Alaldusdioodid ja vabavooludioodid
• Kondensaatorid (sh. kõrgepingekondensaatorid, häirefiltrites kasutatavad kõrgsageduskondensaatorid ja suure energiamahutavusega superkondensaatorid)

Jõupooljuhtseadised liigitatakse järgmiselt:

• Mittejuhitaval jõupooljuhtseadisel - dioodil - puudub tüürelektrood ja teda läbivat voolu saab muuta ainult skeemi parameetrite (pinge polaarsus ja suurus ning ahela takistus) muutmise teel.
• Pooleldi (mittetäielikult) juhitavat jõupooljuhtseadist - türistori - saab tüürelektroodi abil ainult sisse lülitada. Pärast tüürpinge eemaldamist jääb türistor päripingel voolujuhtivaks.
• Juhitav jõupooljuhtseadis - transistor - juhib voolu ainult siis, kui talle on rakendatud juhtimisvool (bipolaartransistor) või -pinge (väljatransistor). Jõutransistorid töötavad lülitirežiimis, s. t. kas on suletud või küllastuses. Juhitavate jõupooljuhtide hulka kuuluvad ka suletavad türistorid ehk GTO-türistorid, mida saab negatiivse tüürvoolu impulsiga välja lülitada.

Jõuelektroonika kasutusalad

Jõuelektroonikat kasutatakse:

• Muutuva kiirusega pöörlevate sünkroonmasinate näiteks tuulegeneraatorite elektrivõrguga sidumiseks (pinge ja sageduse muutmiseks elektrivõrgu pingele sobivaks).
• Päikesepatareide sidumiseks elektrivõrguga
• Elektrivõrkude vahelistes kõrgepingelistes alalisvooluühendustes (HVDC)
• Juhitavates vahelduvvooluülekandesüsteemides (FACTS)
• Võimsusteguri korrigeerimisseadmetes (PFC)
• Reaktiivvõimsuse kompensaatorite juhtimiseks
• Staatilistes (ilma pöörlevate osadeta) sünkroonkompensaatorites (STATCOM)
• Elektertranspordisüsteemide (trammide, elektrirongide ja trollibusside toitevõrgu) veoalajaamades
• Elektriautode akulaadimisjaamades
• Trammide, trollibusside, elektrirongide ning elektri- ja hübriidautode veoajamites
• Reservtoiteseadmetes ja katkematu toite seadmes e. puhvertoiteallikas (UPS)
• Olmeseadmetes (pesumasinad, käsitööriistad, liftid jms.)
• Valgustehnikas (elektervalgustuse dimmimine, lülitamine jms.)
• Tööstusseadmete sagedusmuundurites elektriajamite kiiruse reguleerimiseks
• Pumbajaamades ehk pumplates veepumpade kiiruse reguleerimiseks
• Elektriajamite sujuvkäivitites

Välislingid

Sagedusmuunduri tasuvusajast