Jõuelektroonika
Jõuelektroonika on elektroonikaharu, mis tegeleb elektrienergia muundamise ja juhtimisega elektrooniliste muundurite abil. Jõuelektroonika definitsioon ei ole seotud võimsusega. Jõuelektroonika muundureid ehitatakse nii milli- kui megavatiste koormuste juhtimiseks. Jõuelektroonika kasutab elektrienergia muundamiseks selliseid elektroonikakomponente nagu jõutransistorid, dioodid, türistorid jms.
Jõuelektroonika abil saab muuta pingete ja voolude kuju, tugevust ning sagedust . Muundurid jagunevad funktsiooni järgi alalispingemuunduriteks, vahelduvpingemuunduriteks, alalditeks ja vahelditeks.
Jõupooljuhtkomponendid töötavad muundurites valdavalt lülitina, mistõttu neid nimetatakse sageli ka jõupooljuhtlülititeks. Jõupooljuhtlüliteid juhitakse kasutades mikrokontrollereid, signaaliprotsessoreid, loogikalülitusi, nt FPGA, või rakendusspetsiifilisi kiipe ASIC. Elektriajamites võimaldab jõuelektroonika juhtida elektrimasinate tööd paindlikult ja suure kasuteguriga. Seetõttu kasutatakse jõupooljuhtmuundureid masinaajamites ja elektertranspordivahendites, sh elektersõidukites.
Jõuelektroonika komponendid[muuda | muuda lähteteksti]
Peamised jõuelektroonikakomponendid on järgmised:
- 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);
- metallioksiid-väljatransistor ehk MOSFET;
- sümistor ehk Triac (kasutatakse hämardites, vt hämardamine);
- diood (alaldusdioodid, vabavooludioodid jt);
- kondensaatorid (sh kõrgepingekondensaatorid, häirefiltrites kasutatavad kõrgsageduskondensaatorid ja suure energiamahutavusega superkondensaatorid).
Türistoride erinevad kestad
Avatud kestaga IGBT moodul
3x125A dioodisild
Pinge stabilisaator
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[muuda | muuda lähteteksti]
Jõuelektroonikat kasutatakse:
- muutuva kiirusega pöörlevate sünkroonmasinate, näiteks tuulegeneraatorite elektrivõrguga sidumiseks (pinge ja sageduse muutmiseks elektrivõrgu pingele sobivaks);
- päikesepatareide sidumiseks elektrivõrguga;
- elektrivõrkudevahelistes 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, elektri- ja hübriidautode ning muude elektersõidukite veoajamites;
- reservtoiteseadmetes ja katkematu toite seadmes e puhvertoiteallikas (UPS);
- olmeseadmetes (pesumasinad, käsitööriistad, liftid jms);
- valgustehnikas (elektervalgustuse hämardamine, lülitamine jms);
- tööstusseadmete sagedusmuundurites elektriajamite kiiruse reguleerimiseks;
- pumbajaamades ehk pumplates veepumpade kiiruse reguleerimiseks;
- elektriajamite sujuvkäivitites;
- akulaadijates ja toiteplokkides.
Kõrgepingelise alalisvooluühenduse (HVDC) türistorventiilide torn kõrgusega 16,8m Baltic Cable AB muundusalajaamas Rootsis
Reaktiivvõimsuse kompensaator, 75 kvar
Väikese võimsusega sagedusmuundur asünkroonmootoritele
Akulaadija
Personaalarvuti toiteplokk
Mootori pöörlemiskiiruse regulaator
Valgustusregulaator
