مرداد
الکترونیک قدرت؛ و تاثیر آن بر زندگی
در این برگه قصد داریم به معرفی اصول اولیه الکترونیک قدرت بپردازیم و تاثیر آن بر زندگی روزانه را بررسی کنیم. پس با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
1- مقدمه
2- الکترونیک قدرت چیست؟
3- کاربردهای الکترونیک قدرت در زندگی روزمره
——————————
1- مقدمه
تا به حال به این فکر کرده‌اید که منبع ۲۴۰ ولتی AC در خانه، چگونه باتری ۵ ولتی تلفن همراه شما را شارژ می‌کند، یا چگونه برق DC از منابع تجدیدپذیر مانند خورشیدی، باد، برق متناوب مورد نیاز را برای تامین نیازهای خانگی شما تامین می‌کنند؟
اگر عمیق‌تر در مورد این فناوری‌ها مطالعه کنید، مداری را کشف خواهیدکرد که در آن ادوات الکترونیکی نقش مهمی ایفا می‌کنند. این مدارها تحت رادار الکترونیک‌قدرت قرار می‌گیرند؛ علم نوظهوری که به مهندسان قدرت و مهندسان الکترونیک به طور یکسان مرتبط است.
هدف این مقاله ارائه یک ایده اولیه در مورد اصول الکترونیک قدرت است. اجازه دهید با بحث در مورد مفهوم الکترونیک قدرت شروع کنیم تا تعریف اصلی آن را بیشتر درک کنیم.
——————————
2- الکترونیک قدرت چیست؟
انرژی الکتریکی بدون شک یکی از بخش‌های ضروری زندگی ما است. حتما متوجه شده‌اید که، در حالیکه همه وسایل برقی روی یک منبع مشترک، برق AC خانه، کار می‌کنند، نیازهای برق متفاوتی دارند.
برای برآوردن این موارد، مدارهای مختلفی استفاده می‌شود که در آن توان به شکل مورد نظر تغییر می‌کند. برای مثال، تلفن همراه شما به برق DC با مقدار کم نیاز دارد، بنابراین یک مدار بین منبع تغذیه اصلی خانه و باتری، عمل می‌کند تا ورودی AC را به DC تغییر دهد. همچنین، ولتاژ را نیز به‌گونه‌ای تغییر می‌دهد تا به ولتاژ پایین DC مورد نیاز برسد.
این مدارهای قدرت از دستگاه‌های سوئیچینگ حالت جامد استفاده می‌کنند که معمولاً در کاربردهای سیگنال کم دیده می‌شوند. یک شاخه اختصاصی در مهندسی برق وجود دارد که به بررسی کاربرد این وسایل الکترونیکی در مدارهای مختلف قدرت می‌پردازد و به الکترونیک‌قدرت معروف است.
با این حال، الکترونیک قدرت مفهوم جدیدی نیست.
قدمت آن به سال 1902، زمانی که پیتر کوپر هویت یک یکسو کننده قوس جیوه‌ای را برای تبدیل AC به DC توسعه داد، برمی‌گردد. اکنون پس از 100 سال، الکترونیک‌قدرت تقریباً از تمام زمینه‌های انرژی الکتریکی فراتر رفته است و اصطلاحی را بیان می‌کند که برای همه مدارهای تبدیل و کنترل توان رایج است.
اساساً مدارهای الکترونیک قدرت از ادوات پسیو و اکتیو مختلفی مانند GTO، SCR و غیره استفاده می‌کنند. این دستگاه‌های فعال عمدتاً به عنوان سوئیچ کار می‌کنند که به کنترل یا تبدیل توان الکتریکی از یک شکل به شکل دیگر کمک می‌کنند. تکنیک‌های مختلف سوئیچینگ مانند PWM، در طول سال‌ها توسعه یافته‌اند که به آنها کمک می‌کند تا به همان هدف دست یابند.
تبدیل و کنترل توان به دلیل مولفه‌های متغیر توان الکتریکی امکان پذیر است. همانطور که می دانیم توان الکتریکی حاصل ضرب ولتاژ، جریان و فرکانس (در صورت سیگنال AC) است. تغییر در هر یک از اینها یا ترکیبی از آنها می تواند توان را نیز تغییر دهد.
به عنوان مثال، یکسو‌کننده‌ها که یکی از پرکاربردترین مدارهای الکترونیک قدرت هستند، با تغییر جریان ورودی از AC دو طرفه به DC یک طرفه، برق ورودی AC را با استفاده از دستگاه‌های سوئیچینگ مختلف و اجزای پسیو مانند سلف‌ها، مقاومت‌ها و خازن‌ها به برق DC تبدیل می‌کنند.
نمونه دیگری از مدارهای الکترونیک قدرت، مبدل ولتاژ باک است، که در آن ولتاژ ورودی در سمت بار، با استفاده از ترکیبی از کلیدهای حالت جامد و اجزای الکتریکی پسیو، کاهش می‌یابد.
اکنون که ایده‌ای در مورد الکترونیک‌قدرت به دست آوردید، اجازه دهید برای درک بهتر، به چگونگی تأثیر آن بر زندگی شما بپردازیم.
——————————
3- الکترونیک قدرت در زندگی روزمره
ما در عصری زندگی می‌کنیم که فناوری‌های زیادی برای کشف راه‌های مختلف برای استفاده بهینه از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید، باد و غیره در حال ظهور هستند و بهمین دلیل، افراد بیشتری تشویق می‌شوند که از پنل‌های خورشیدی استفاده کنند تا نیاز اولیه یک خانواده متوسط را برای کاهش استفاده از انرژی معمولی برآورده کنند. اما، چالش اصلی در اجرای این روش‌های غیر متعارف، توان متغیر و کم تولید شده از این منابع است که نمی‌توان مستقیماً از آن برای برآورده کردن تقاضای برق معمولی که نیاز به توان ثابت و بالا است، استفاده کرد.
اینجا جایی است که نقش الکترونیک قدرت برجسته می‌شود. بطور مثال، برق از یک پنل خورشیدی با استفاده از ترکیبی از مدارهای الکترونیک‌قدرت مختلف، مانند مبدل Buck/Boost، اینورتر، یکسو کننده، به یک منبع AC ثابت با توان بالا تبدیل می‌شود.
کاربردها
– یکی از کاربردهای برجسته در آداپتورهای کوچک لپ‌تاپ/تبلت/دستگاه‌های تلفن همراه است که در آن برق 240 ولت AC به 5 ولت DC تبدیل می‌شود تا باتری‌های آنها شارژ شود.
– اگر به اطراف خود نگاهی بیندازید، مدارهای الکترونیکی برق را در رگولاتور فن، تثبیت کننده ولتاژ دستگاه‌های پر قدرت خود مانند تلویزیون، یخچال و غیره خواهید یافت. چراغ‌های اتاق خواب شما یکی از ساده‌ترین و جدیدترین پیاده سازی‌های مدار کنترل برق هستند.
– کاربرد الکترونیک‌قدرت در آشپزخانه نیز قابل مشاهده‌است. گرمایش القایی مورد استفاده برای پخت غذا در اجاق القایی یک مثال کلاسیک است که در آن گرما از طریق یک مدار کنترل قدرت، کنترل می‌شود.
– سیستم‌های منبع تغذیه بدون وقفه، که کامپیوتر شما را در هنگام قطع برق روشن می‌کنند، نمونه دیگری از کاربردهای الکترونیک‌قدرت هستند.
– خودروهای الکتریکی نیز از مدارهای الکترونیک قدرت استفاده می‌کنند.
کاربرد الکترونیک قدرت بسیار زیاد است. همه این مدارها در استفاده از سوئیچ‌هایی مانند GTO، SCR، IGBT، MOSFET، BJT و تکنیک‌های مختلف سوئیچینگ، که برای کاربردهای مختلف و متناسب با نیاز استفاده می‌شوند، متفاوت هستند.
——————————
نتیجه‌گیری
انرژی الکتریکی یکی از پرکاربردترین اشکال تبدیل انرژی و توان الکتریکی است و کنترل یکی از رو به رشد ترین گرایش‌های مهندسی برق است. الکترونیک قدرت ترکیبی از مدارهای قدرت است که با مدارهای الکترونیکی ترکیب شده‌اند تا تقاضای همیشگی برق در نوسان را برآورده کند. این مدارها شامل سوئیچ‌هایی با توان بالا مانند GTO، SCR، BJT، MOSFET و غیره، و اجزای پسیو مختلف برای دریافت خروجی مورد نظر هستند.
کاربرد الکترونیک قدرت به نحوی است که از یک رگولاتور ساده در خانه گرفته تا مدارهای پیچیده در صنایع مختلف، قابل مشاهده است. با توجه به روند فعلی انرژی‌های تجدیدپذیر، الکترونیک قدرت بدون شک نه تنها حال، بلکه آینده مهندسی برق در سراسر جهان است.
مرجع
?What Is Power Electronics And How Does It Affect Your Life
مطالب مرتبط