כניסה ל- Thyristor-based Power control

הביקוש לניהול חשמל יעיל במתקנים מסחריים מעולם לא היה גבוה יותר.עם עלויות חשמל עולה ותקנות אנרגיה קפדניות יותר, עסקים מחפשים פתרונות אמינים, זולים עלות נמוכה לשלוט עומסים חשמליים.מודולים מבוססי כוח Thyristor התגלו כתשובה מוכחת. מתגים סמיונדקטורים אלה להתמודד עם מתחים גבוהים וזרמים עם הפסדים מינימליים, מה שהופך אותם אידיאליים למגוון רחב של יישומים מסחריים.

מאמר זה חוקר את יסודות הטכנולוגיה של Thyristor, את הבחירות עיצוב המפתח כי שמירה על מודול עולה נמוך, ואת היישומים המסחריים שבו מודולים אלה מספקים את ההשפעה הגדולה ביותר.We willבחן את היתרונות הכלכליים ואת השיקולים המעשיים של שילוב שליטה מבוססת על Thyristor במערכות קיימות.

הבנת הכמרים ותפקידם בשליטה

Thyristor הוא מכשיר תלת-שכבתי ארבע שכבות שפועל כ מתג דו-פעף.פעם מופעל להתנהלות על ידי אות שער, הוא נשאר תקוע עד הזרם דרך זה טיפות מתחת לסף אחזקה.נכס זה הוא מה שהופך את Thyristors יעיל במיוחד עבור שינוי-הווה (AC) שליטה כוח: הם יכולים להיות מופעלים בנקודות ספציפיות במחזור AC ולאחר מכן לכבות באופן אוטומטי את החלק של יכולת הבקרה הריקה של ה-החולה.

Thyristors באים במספר זנים, עם הנפוץ ביותר עבור שליטה בחשמל להיות מאמת נשלט הסיליקון (SCR) ואת triac. SCRs לשלוט הנוכחי בכיוון אחד והם משמשים לעתים קרובות בזוגות עבור שליטה מלאה גלי, בעוד triacs יכול לפעול בשני הכיוונים, מפשט עיצוב מעגלים עבור עומסים AC. שניהם מציעים יכולת גבוהה, rge, מגושמת, ו חיים תפעוליים ארוכים כאשר הם כראוי dereative.

במודולים מסחריים של בקרת כוח, האריסטוקרטים מחליפים טכנולוגיות ישנות כמו מתנגדים משתנים, ממסרים ומגישים מכניים.בניגוד למתנגדים, הם מתפוגגים מעט מאוד חום במדינה; בניגוד לממסרים, הם מספקים התאמה חלקה, רציפה, רציפה; ולא כמו מתגים מכניים, הם חסינים מפני מגע וקשת.מאפיינים אלה תורמים ישירות ליעילות ואמינות של מודולים המבוססים על ידי Thyristexing.

דרישות עיצוב עיקריות עבור מודולים עלות-אוויר

תכנון מודול בקרת כוח מבוסס על Thyristor לשימוש מסחרי דורש איזון ביצועים, אמינות, ועלויות הייצור.התתתת הבאה מתארת את הגורמים הקריטיים המשפיעים על המחיר והיעילות של המודול הסופי.

בחירת ה-Appropriate Thyristor Components

בחירתו של Thyristor היא נהג העלות החשוב ביותר. בחירת מכשיר עם מתח ודירוגים הנוכחיים מעל תנאי התפעול הצפוי להבטיח אמינות לטווח ארוך, אך הפיקוח מוסיף על עלויות מיותרות.עבור ציוד מסחרי טיפוסי (120 V ל 277 V, 50/60 הרץ), מחוקק מדורג עבור 600 עד 800 V מספק שוליים נאותים.

עלויות מושפעות גם ממכשירי ייצור אוטומטיים מסוג .משטח (כגון D2PAK או TO-263) זולות יותר להרכיב קווי ייצור אוטומטיים מאשר באמצעות חבילות חור (כמו עד 220 או עד-247) עם זאת, עבור מודולים המטפלים יותר מ-20 A, באמצעות חבילות חור עם כרטיסיות מתכת מציעים העברה תרמית טובה יותר ועדיין עולים יעילים.

התנצלות על יישומים מסחריים

עבור שליטה בסיסית של כוח, המעגל הפשוט ביותר הוא תצורה של שלב באמצעות triac ו-diac. זה טופולוגיה דורש רק כמה מרכיבים פסיביים: רב-עוצמה, התנגדות, ו acapacitor כדי להגדיר את זווית הירי.העין מפעילה את הטריק על סף מתח מדויק, מתן שליטה חלקה מכמעט אפס לעוצמה מלאה.

עבור יישומים בעלי עוצמה גבוהה או שלושה ציוד מסחרי של שלושה-phase, זוג SCR ב- Anti-מקבילה (או טריאק אחד אם קוטביות אינה בעיה) ניתןנע על ידי נהג השער ייעודי IC. Integrated Gate נהגים, כגון MOC3063 או IL410, כולל אפס זיהוי חוצה גבולות ואופטימיזציה, אשר מפשטים את העיצוב תוך עמידה בדרישות בטיחות.

במידת הצורך בתזמון מדויק – לדוגמה, בשליטה חמה או בכוננים מהירים קלים – מיקרובקר יכול ליצור דופקי שער.הבקר קורא אות משוב (טמפרטורה, זרם או מהירות) ומתאים את זווית הירי בהתאם. גישה מבוססת מיקרובקר זו עדיין עלות-תועלת, כי מיקרו-בקר זול (כמו סדרת ATtiny או PICF16) מספיקים להורדת מעגל זה יכול גם לפסול את התכונות של הגנה מיקרו-מול לחץ-מול לחץ-מול-מול-מול-מול-מול-מול-מול-מול-בקר זול (כמו קיבולת שאינה זולה).

ניהול וגמישות

למרות שהאריסטוקרטים יעילים, הם עדיין מתפזרים קצת חום במהלך ההתנהלות.עבור מודולים הפועלים מתחת 10 A, קירור חד-פעמי באמצעות מתחם מאוורר היטב הוא לעתים קרובות מספיק.עבור זרמים גבוהים יותר, תנור אלומיניום פשוט עם התנגדות תרמית של 2-4 מעלות צלזיוס / W הוא מספיק כדי לשמור על טמפרטורות צומת בתוך גבולות בטוחים.

חומרי ממשק תרמיים (TIMs) צריכים להיות נבחרים עבור תוחלת חיים. .Gase מבוסס TIM הם זולים אבל יכול לטבול לאורך זמן; כריות תרמיות או חומרי שינוי שלב הם מעט יותר יקר אבל לספק ביצועים עקביים ורכב קל יותר. כולל חיישן טמפרטורה, כגון חיישן טמפרטורה שלילי-tempture-coefficient (NTC) המrmistor, על תנור חום יכול להגן על מודול ולהפחית את הסיכוי של כישלונות שדה זה פחות.

ניתוק הטמפרטורה המקסימלית של הצומת על ידי 25 מעלות צלזיוס מתחת דירוג הנתונים מרחיב באופן משמעותי את חיי הרכיב.מודולים מסחריים רבים פועלים עם טמפרטורת צומת של 100-110 מעלות צלזיוס, אשר נמצא בתוך המקסימום טיפוסי 125 מעלות צלזיוס. Adhering להנחיות אלה, יחד עם נהלי פריסה PCB הממזערים את העוטה והקצבה, תוצאות במודול שנמשך שנים של שירות מתמשך.

המונחים: Simplification

ספירת רכיב הפחתה היא אחת הדרכים היעילות ביותר להוריד את עלויות הייצור תוך שיפור האמינות.ביישומים נפוצים רבים, טריאק יכול להיות מופעל ישירות על ידי רשת שלב ה-RC ללא נהג השער IC. עבור עומסים כי הם התנגדות בלבד, כגון אלמנטים חימום, גישה זו עובדת ללא פגמים.עבור עומסים אינדוקטיביים כמו אוהדים או משאבות, מעגל נחירות (סדרה של RC ברשת קידודית) לעתים קרובות הם מספיק כדי למנוע קידוד סטנדרטי.

כאשר מיקרובקר משמש, שילוב של אספקת החשמל עבור הבקר לתוך אותו לוח קטן ניתן לעשות עם אספקת Capacitor-drop או נמוך מעבר להחלפה הרגולטור.למרות אספקת Capacitor-drop אינם מחוסנים ודורשים טיפול זהיר, הם עולים מתחת ל 50 $ ויכולים לספק את 5 V או 3.3 V עבור המיקרובקר מבודד.

יישומים בהגדרות מסחריות

מודולי בקרת כוח מבוססי Thyristor נמצאים כמעט בכל בניין מסחרי, לעתים קרובות מוסתרים בתוך ציוד המפעילים לוקחים כמובן מאליו.למטה הם היישומים הנפוצים ביותר ואת גישות העיצוב מותאמים לכל אחד.

תאורה Dimmers

Dimming incandescent, halogen, ו לטעון LED תואם הוא השימוש הנפוץ ביותר של תלת-ממדית שליטה בשלב מבוסס triac. a סטנדרטי מוביל-edge-edgemmer משתמשת triac ו-diac, עם a Poweriometer הגדרת רמת dim. אלה dimmers מיוצרים בכמויות גדולות, מה שהופך את העלות שלהם ליחידה נמוכה מאוד - לעתים מתחת 5 עבור מודול שלם.

בעוד עומסי LED יכולים להיות מסובך יותר בשל אי-הלינארי שלהם, נוריות רבות נועדו לעבוד עם דימרנים תלת-ממדיים.בחירת טבול מוביל עם דירוג גבוה (600 או יותר) והוספת מעומס מינימלי (עיגול כפול) מבטיח תאימות ומונעת flicker.

בקרים מהירים לרכב HVAC

מערכות היסוס, אוורור ומיזוג אוויר הן צרכני אנרגיה מרכזיים בבניינים מסחריים.בקרי שלב מבוססי Thyristor לווסת את המהירות של מנועים אינדוקציה במעריצים ומשאבות, ומאפשרים מערכות משתנה-אוויר-ווליום (VAV) לרוץ בקיבולת מופחתת כאשר הביקוש הוא נמוך.מודול טיפוסי משתמש בזוג SCR לשליטה מלאה בגל, עם משוב משינוי הנוכחי למגבלות והגנת המנוע.

עיצובים יעילים עבור יישומי HVAC לעתים קרובות להמיט אלגוריתמים מורכבים או אלגוריתמים של שליטה על שדה, שלב פתוח פשוט שליטה עם טמפרטורה סגורה או אות לחץ מספיק. המיקרובקר קורא את המשוב ומתאים את זווית הירי כדי לשמור על נקודת המוצא הרצויה. גישה זו מפחיתה את דרישות העיבוד ומאפשרת שימוש של מיקרובקר זול 8 סיביות.

בקרה תעשייתית

חימום חשמלי משמש במטבחים מסחריים, מלונדים, תנורי תהליכים תעשייתיים.בקרי כוח מבוססי Thyristor (נקראים לעתים קרובות "מכירים מבוקרים של SCR) מציעים אפס-קרוס או שליטה בשלב-שלבי. עבור אלמנטים חימום, מעבר אפס-מעבר הוא המועדף כי הוא מייצר רעשים חשמליים מינימליים ומבטל משקעים עכשוויים גדולים הקשורים בשלב זהה של 8 גרם למחזור חשמלי שלם של מחזורים של 2CR הוא על גבי מספר שלם של מחזורי חשמל של 26%.

בקרים אלה בנויים עם מודול SCR (לעתים קרובות מכשיר חבילה יחיד המכיל שני SCRs ב- Anti-Los) מותקן על תנור חום.האות השער מסופק על ידי נהג מאומן, המאפשר הצצה בטוחה עם מערכת בקרת נמוך-התעלמות. מיקרובקר פשוט או לוגיקה ייעודית IC (כמו שער XOR) יכול ליצור דפוס מבוסס על בסיס סט של כ- 40 אינץ 'עלות' של 40 אינץ 'עלום' זה יכול להיות בעל משקל מסחרי.

תקנות כוח בנדלים מסחריים גדולים

ציוד מטבח גדול - תנורי תפוצה, מדיח כלים, ופריצים עמוקים - לעתים קרובות דורש כוח משתנה עבור מחזורי בישול שונים. Thyristor מודולים לשלוט אלמנטים חימום ולפעמים מנועים כונן. על ידי החלפת הודעות אלקטרו-מכאניות עם מודולים המבוססים על טריאק, יצרני יישומים להשיג פעולה שקטה, לחסל את הסימון מגע, ולהקטין את אחוזי הכשל בדרך כלל כולל מיקרו-בקר כי הם רצף החשמל, בעוד מתגיקרוסאונדקס, בעוד שגורם לקצביקרוסלה, תוך כדי להבטיח רק את לוח הבקרה של אפס, כאשר רק את לוח הבקרה של אפס הוא רק את הגלאייקפונקציה, למנוע את ה-ק-טווח רדיו.

יישום חשוב נוסף הוא באספקת חשמל בלתי ניתנת להפרדה (UPS) עבור ציוד IT מסחרי. מתגי עקף סטטי במערכות UPS משתמשים ב-SCRs כדי להעביר את העומס מהמטור כדי לספק כוח מיידי.ה-SCR חייב להתמודד עם זרמי עלייה גבוהה במהלך ההעברה, אבל המודול עצמו הוא פשוט וניתן לבנות עם זוג של SCRs הנוכחים גבוה ונהג השער.

יתרונות ועלויות ניתוח

המקרה העסקי של אימוץ מודולי בקרת כוח מבוססי-התריסטור נשענים על שלושה עמודים: חיסכון באנרגיה, עמידות ועלויות ייצור נמוכות. כל אחד מההיבטים הללו תורם ישירות לקו התחתון של בעלי מתקנים מסחריים ויצרניות ציוד.

חיסכון באנרגיה

בקרת בקרת כוח מפחיתה את הכוח הממוצע המסופק לעומס מבלי להציג הפסדים משמעותיים.עבור עומסים מנוגדים, מתח RMS מופחת באופן יחסי לזווית ההתנהגות.עבור עומסים אינדוקטיביים, שליטה על מהירות האוהדים או המשאבה תוצאות בהפחתה מעוקבת בצריכת החשמל עם ירידה (חוקי היעילות) מעריץ פועל ב 80 אחוזים בלבד, צורב רק 51 אחוזים של כוח הדירוג שלה, אפילו על ידי מדד האנרגיה שלך, אם יש יותר מ-2%.

חיסכון נוסף מגיע מחיסול ההפסדים המסוכנים.מכונות מסחריות רבות (למשל, מדיח כלים, תנורי חום) מבלים תקופות ארוכות בעמידה.מודול של חג המולד יכול להיות מתוכנן לצייר פחות מ-0.5 W כאשר העומס כבוי, בהשוואה למספר וואטים עבור מערכת מבוססת מס הכנסה עם זרם אחזקה מתמשך.

יציבות וארוכותיות

מודולי Thyristor אין חלקים נעים, מה שהופך אותם יציבים יותר מאשר מתגים מכניים. בסביבה מסחרית, הודעות מכניות עלול להיכשל לאחר 100,000 מחזורים עקב מגע מתחולל או עייפות באביב. Thyristors, מצד שני, להשיג באופן שגרתי 10 מיליון מחזורים ביישומים של שליטה בשלב. סיליקון שלהם צומת מסוגל לפעול במשך יותר מ -20 שנים כאשר קירור ראוי זה, זה חוסך עלויות תחזוקה וציוד, במיוחד, שבו מרכזי נתונים קריטיים כמו מרכזי נתונים.

העוצמה של האריסטוקרטים גם פירושה שניתן לתכנן מודולים לעמוד בעומסים זמניים. רבים מהנוצרים יש לדרג את הדירוג הנוכחי 10 פעמים גבוה יותר מאשר הדירוג המתמשך שלהם עבור מחזור AC אחד, המאפשר מודול לרכוב באמצעות זרמי מברשת קצר מבלי לזרז פורץ.זה מאפיין הגנה על מערכת פשטות ולהפחית את הצורך עבור מעבורת מעגלים גדולים יותר, עלויות נמוכות יותר.

אינטגרציה ותחזוקה

מודולים מבוססי Thyristor הם בדרך כלל קטנים ויכולים להיות רכובים ישירות על PCB או תנור בתוך המוצר הסופי. ממשקי הבקרה שלהם הם פשוטים - בדרך כלל a Poweriometer, מהפך הדופק, או אות פשוט PWM ממיקרובקר. תאימות זו הופכת אותם קלים להשתלב בעיצובים מסחריים קיימים.

מנקודת מבט ייצור, ניתן לאסוף את המודול באמצעות תהליכי הגל או ההתחדשות הרגילים, ושטר החומרים שלה מבוסס על רכיבים זמינים נרחב.העלות לייצר מודול 10-A תאורה הוא מתחת ל -3 דולר בנפח גבוה, בעוד מודול 40-A HVAC מורכב יותר ניתן לבנות עבור פחות מ-15 דולר. כאשר עלויות אלה הן בהשוואה לחיסכון באנרגיה שהם מספקים, החזרה על ההשקעה היא לעתים קרובות פחות מאשר שנה אחת של ציוד.

מסקנה

מודולים מבוססי כוח Thyristor מציעים דרך מעשית, כלכלית לניהול חשמל מסחרי. על ידי בחירת רכיבים מתאימים, פשט עיצוב מעגלים וניהול עומסים תרמיים, מהנדסים יכולים ליצור מודולים כי הם גם סבירים ואמינה.הגמישות של Thyristors - החל תאורה פשוטה dimmers למודולים מתוחכמות של מנועים ורגולטורים חימום - כלומר כמעט כל עומס חשמלי יכול להפיק תועלת מהשליטה מדויקת ויעילה הם מספקים כדי להגדיל את העלויות של פעילות יעילה רק כדי להפחית את האפקטיביות של העסק שלך.

(ב) לקראת ה[[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]