2. Budowa, elementy składowe

Urządzenie energoelektroniczne jest złożone z kilku zespołów funkcjonalnych ( uproszczony schemat

blokowy przedstawino na rys. 1.)

Rys. 1. Zespoły funkcjonalne urządzenia energoelektronicznego.

W skład układu energoelektronicznego wchodzi najczęściej trzy części:

a) przekształtnik umieszczony w szafie (obudowie) lub kilku szafach,

b) pulpit sterowania (w niektórych wykonaniach jest umieszczony na drzwiach szafy),

c) obiekt regulacji (silnik napędowy lub inny odbiornik energi ).

Najważniejszym elementem układu jest przekształtnik zbudowany z półprzewodnikowych elementów,

zwanych łącznikami lub zaworami, współpracujących z elementami magazynującymi energię tzn. dławikami i

kondensatorami, a niekiedy także z elementami rozpraszającymi energię np. rezystorami.

Do przekształcenia energii w przekształtnikach są stosowane zawory niesterowane (diody), półsterowane

(tyrystory klasyczne), w których steruje się tylko ich włączaniem i w pełni sterowalne (tyrystory typu GTO lub

tranzystory IGBT), pozwalające sterować ich załączanie i wyłączanie.

W układzie energoelektronicznym jest szereg obwodów, które ze względu na jego funkcjonowanie są od

siebie oddzielone podstawową względnie podwójną izolacją. Należą do nich następujące obwody:

a) obwody główne przekształtnika — oddzielone od sieci zasilającej przez transformator

prostownikowy lub dławiki (dławiki sieciowe nie powodują oddzielenia galwanicznego od sieci,

jednak mają istotny wpływ na przebieg prądu w przypadku doziemienia),

b) obwody sterowania załączaniem zaworów,

c) obwody regulacji,

d) obwody diagnostyki,

e) obwody pomiarowe,

f) obwody pomocnicze (sterowania przekaźnikowe i sterowania pracą wentylatorów).

Obwód a) jest obwodem energetycznym, silnoprądowym, natomiast pozostałe obwody b), c), d), e), i f) są

zazwyczaj obwodami prądu stałego niskiego napięcia.

Urządzenia energoelektryczne są urządzeniami o dużym stopniu złożoności i różnorodności. Przykładowy

typowy energoelektroniczny układ napędowy dużej mocy z silnikiem indukcyjnym prądu przemiennego

pokazano na rys. 2.

Rys. 2. Energoelektroniczny układ napędowy dużej mocy z silnikiem prądu przemiennego:

a) schemat blokowy układu, b) schemat ideowy układu.

W niektórych przypadkach mogą one przekształcać energię wielokrotnie i być zlokalizowane w kilku

obudowach. Ponadto kilka układów energoelektronicznych może ze sobą współpracować, np. napędzając

wielolosilnikową maszynę papierniczą lub drukarską. Urządzenia energoelektroniczne są odbiornikami

powodującymi zakłócenia radioelektryczne, wymagają więc stosowania filtrów umieszczanych bezpośrednio

na wejściu do układu energoelektronicznego. Filtry do ograniczenia bądź eliminacji zakłóceń

radioelektrycznych nie są stosowane we wszystkich układach.

Układy energoelektroniczne charakteryzują się specyficznymi właściwościami, a zwłaszcza:

— dużym prądem w przewodzie ochronnym PE ( I > 10mA),

— prądem zwarcia, zależnym od kąta wysterowania zaworów,

— składową stałą prądu zwarcia w przewodzie ochronnym,

— prądem upływowym w przewodzie ochronnym, o częstotliwości f = 50÷20000 Hz (w przypadku

falowników).

Wymienione czynniki utrudniają dobór środków ochrony przeciwporażeniowej i przeciwpożarowej,

zapewniającej bezpieczną pracę obsługi i urządzenia. Przekształtniki są urządzeniami energoelektronicznymi,

w których przy przekształceniach energii wydziela się ciepło. Stąd istotny jest problem jego odprowadzenia,

szczególnie w przekształtnikach dużej mocy.

Półprzewodnikowe przyrządy mocy odznaczają się dużą sprawnością energetyczną, lecz ich małe

wymiary w porównaniu z przenoszonymi mocami utrudniają odprowadzenie wydzielonego ciepła.

Straty mocy w elementach półprzewodnikowych (diodach, tranzystorach czy tyrystorach) powodują wzrost

ich temperatury oraz wywołują wzrost temperatury innych elementów urządzenia energoelektronicznego.

Przekroczenie temperatury maksymalnej może spowodować cieplne uszkodzenie struktury elementu, a więc

ma wpływ na jego niezawodność.

W celu odprowadzenia ciepła z elementów półprzewodnikowych instaluje się je na specjalnych

radiatorach (zwykle aluminiowych) chłodzonych powietrzem, wodą lub innym medium chłodzącym.