Electronică de Putere - Convertoare și Dispozitive Semiconductoare

Flashcards detaliate pentru noțiunile de bază, dispozitivele semiconductoare de putere și schemele de redresare monofazate și trifazate din cursul de Electronică de Putere.

Convertor static de putere (CSP)

Circuit electronic poziționat în instalația electrică între sursa de energie electrică și consumator, care asigură conversia formei curentului electric, reglarea sau stabilizarea parametrilor acestuia și comutarea sensului fluxului de energie (cum ar fi la frânarea recuperativă).

Cicloconvertor (Cicloconverter)

Convertor static de putere care transformă curentul alternativ de intrare $(\sim U_1, f_1)$ în curent alternativ de ieșire cu tensiune și frecvență redusă $(\sim U_2, f_2 < f_1)$.

Chopper

Convertor static de curent continuu în curent continuu care transformă o tensiune continuă fixă de intrare $(= U_{d1})$ într-o tensiune continuă reglabilă sau în impulsuri $(\sqcap U_{d2})$.

Regim de comutație al DSP

Mod de funcționare a dispozitivelor semiconductoare de putere ca întrerupătoare electronice: în stare blocată sunt parcurse de un curent neglijabil la tensiune înaltă aplicată (putere consumată apropiată de zero), iar în stare de conducție prezintă o cădere de tensiune minimă la curenți mari impuși de sarcină.

Jonctiune p-s-n

Structură semiconductoare a diodelor de putere în care între domeniile puternic dopate $p$ și $n$ este intercalat un domeniu slab dopat $s$ (de tip $p$), permițând funcționarea la tensiuni inverse repetitive $U_{RRM}$ de câțiva kilovolți fără creșterea excesivă a intensității câmpului electric intern.

Timp de comutație directă ($t_{fr}$)

Intervalul de timp măsurat din momentul aplicării tensiunii de polarizare directă pe diodă până la stabilirea căderii de tensiune la valoarea de $1{,}1 \cdot U_F$, reprezentând durata în care purtătorii de sarcină invadează domeniul slab dopat $s$.

Curent invers de revenire maximal ($I_{RRM}$)

Valoarea de vârf atinsă de curentul invers în timpul procesului de blocare (comutație în invers) a diodei, corespunzătoare eliminării sarcinii mobile stocate prin difuzie, recombinare și acțiunea tensiunii inverse externe.

Diodă Schottky

Diodă semiconductoare unipolară bazată pe o joncțiune metal-semiconductor ($M\text{-}S$), în care conducția este asigurată exclusiv de purtători majoritari (electroni), având o cădere mică de tensiune în conducție (circa $0{,}3\,\text{V}$ pentru siliciu) și pierderi de comutație reduse datorită sarcinii stocate de circa 10 ori mai mici comparativ cu dioda $p\text{-}s\text{-}n$.

Tiristor convențional

Dispozitiv semiconductor cu patru straturi $p\text{-}n\text{-}p\text{-}n$ și două stări stabile (conducție/amorsat și blocat), a cărui trecere în starea de conducție este declanșată printr-un impuls extern aplicat pe terminalul de comandă (grilă).

Tensiune de amorsare a tiristorului ($U_{BO}$)

Tensiunea anodică la polarizare directă necesară pentru comutarea tiristorului din starea de blocare în starea de conducție, corespunzătoare punctului de pe caracteristica statică în care curentul anodic începe să crească brusc.

Curent de menținere al tiristorului ($I_H$)

Valoarea minimă a curentului anodic direct la care tiristorul rămâne în starea de conducție fără a se dezamorsa.

Tiristor GTO (Gate Turn-Off)

Tiristor complet comandat pe ambele sensuri de comutare, care se amorsează la aplicarea unei tensiuni pozitive pe grilă și se blochează (dezamorsează) prin aplicarea unei tensiuni/curent negativ pe grilă, ce reduce curentul bazei $p_2$ prin reacție pozitivă.

Optotiristor (LTT - Light Triggering Thyristor)

Tiristor a cărui amorsare este realizată optic printr-un semnal luminos de comandă, atingând tensiuni anodice de până la $8\,\text{kV}$ și curenți anodici de până la $4\,\text{kA}$, utilizat în aplicații de megawați ($\text{MW}$).

Regim de saturație al tranzistorului bipolar de putere (PBT)

Regim de conducție în care atât joncțiunea emitorului, cât și joncțiunea colectorului sunt polarizate direct ($U_E > 0$, $U_C > 0$), căderea de tensiune $U_{CE}$ situându-se în intervalul $0{,}1\text{--}2{,}0\,\text{V}$.

Tranzistor cu efect de câmp (TEC / FET)

Dispozitiv semiconductor unipolar cu trei terminale (sursă, drenă, grilă), la care curentul de conducție format din purtători majoritari este comandat în tensiune prin modificarea secțiunii transversale și a conductivității canalului prin efect de câmp.

Tranzistor bipolar cu grilă izolată (IGBT)

Dispozitiv semiconductor de putere complet comandat ce combină avantajele tranzistorului bipolar PBT (căderi de tensiune reduse în conducție la tensiuni și curenți mari) cu avantajele MOSFET-ului (comandă în tensiune cu impedanță foarte mare de intrare și putere de comandă redusă).

Structură IGBT Punch-Through (PT)

Structură epitaxială de IGBT realizată prin creșterea secvențială a unui strat tampon $n+$ pe un substrat $p+$ puternic dopat, caracterizată prin limitarea tensiunii de blocare la circa $1000\,\text{V}$ și un coeficient de temperatură negativ pronunțat al tensiunii $U_{CEsat}$.

Structură IGBT Non Punch-Through (NPT)

Structură omogenă de IGBT realizată pe siliciu monocristalin de înaltă rezistență de tip $n$, fără strat tampon $n+$, prezentând o dependență de temperatură pozitivă a tensiunii $U_{CEsat}$ care facilitează conectarea directă în paralel a dispozitivelor.

Tranzistor IEGT (Injection Enhanced Gate Transistor)

Tranzistor bipolar cu grilă izolată și injecție intensificată elaborat pentru puteri mari, care combină puterea mică de comandă și pierderile reduse de comutație ale IGBT-ului cu căderea mică de tensiune în conducție directă specifică tiristoarelor GTO.

Modul de putere inteligent IPM

Modul integrat constructiv ce reunește într-o structură unică circuitul de forță (de exemplu puntea invertorului trifazat), circuitele driver de comandă, traductoarele și circuitele rapide de protecție și diagnostică.

Redresor

Convertor static de putere ce realizează transformarea curentului alternativ (c.a.) în curent continuu (c.c.), compus în principal dintr-un transformator de putere (T), un grup de ventile semiconductoare și un filtru de netezire (F).

Factor de pulsații ($k_p$)

Parametru de calitate al redresorului definit ca raportul dintre suma amplitudinilor armonicilor tensiunii de ieșire și valoarea medie a tensiunii redresate: $k_p = \frac{\sum_{i=1}^{\infty} U_{im}}{U_d}$.

Redresor monofazat monoalternanță

Circuit de redresare cu un singur ventil în care conducția are loc doar pe durata semiperioadei pozitive a tensiunii secundare, furnizând o tensiune medie $U_d = \frac{\sqrt{2}}{\pi} U_2 \approx 0{,}45 U_2$, cu factorul de pulsații $k_p = 1{,}57$ și frecvența pulsațiilor egală cu a rețelei ($f_p = f_r$).

Redresor monofazat dublă alternanță cu punct neutru

Circuit de redresare cu două înfășurări secundare în antifază și două ventile ce conduc alternativ, asigurând o tensiune medie $U_d = \frac{2\sqrt{2}}{\pi} U_2 \approx 0{,}9 U_2$, factor de pulsații $k_p = 0{,}67$, frecvență $f_p = 2 f_r$ și o tensiune inversă maximă pe ventil $U_{RRM} = 2\sqrt{2} U_2 = \pi U_d$.

Redresor monofazat în punte

Schemă de redresare cu patru ventile conectate în punte care asigură dublă alternanță pe sarcină, având tensiunea medie $U_d \approx 0{,}9 U_2$ și o solicitare inversă maximă pe ventil de $U_{RRM} = \sqrt{2} U_2 = \frac{\pi}{2} U_d$, adică jumătate din tensiunea inversă apărută în schema cu punct neutru.

Filtru de netezire capacitiv

Filtru format dintr-un condensator montat în paralel cu sarcina ce îndeplinește condiția $C \gg \frac{1}{\omega_f R_s}$, utilizat pentru sarcini de rezistență mare și curenți mici în scopul șuntării componentelor alternative ale tensiunii redresate.

Filtru de netezire inductiv

Filtru format dintr-o bobină (drosel) montată în serie cu sarcina ce îndeplinește condiția $L \gg \frac{R_s}{\omega_f}$, utilizat pentru sarcini de rezistență mică și curenți mari pentru a prelua căderea de tensiune alternativă și a netezi pulsațiile de curent.

Caracteristică externă a redresorului ($U_d = f(I_d)$)

Curba ce exprimă dependența tensiunii medii redresate de curentul de sarcină; la redresorul fără filtru tensiunea la mers în gol este $U_{d0} \approx 0{,}9 U_2$, iar la redresorul cu filtru capacitiv tensiunea la mers în gol urcă la $U_{d0} = \sqrt{2} U_2$ (creștere de circa 1,5 ori).

Multiplicator de tensiune monoalternanță

Circuit de redresare cu diode și condensatoare utilizat pentru alimentarea sarcinilor de rezistență foarte mare și curenți mici, în care adăugarea fiecărui grup suplimentar diodă-condensator ($VD_3, C_3$) sporește factorul de multiplicare a tensiunii cu o unitate.

Redresor trifazat cu conductor neutru

Redresor polifazat alimentat de la un transformator cu secundarul conectat în stea și trei ventile, în care fiecare ventil conduce pe durata în care tensiunea fazei sale este maximă, asigurând $U_d = \frac{3\sqrt{6}}{2\pi} U_2 \approx 1{,}17 U_2$, factor de pulsații $k_p = 0{,}25$ și frecvență a pulsațiilor $f_p = 3 f_r$.

Grup catodic și grup anodic (în puntea trifazată)

Cele două secțiuni ale punții trifazate: grupul catodic conține diodele cu catozii legați împreună ($VD_1, VD_3, VD_5$), conducând dioda cu potențialul anodic cel mai ridicat; grupul anodic conține diodele cu anozii legați împreună ($VD_2, VD_4, VD_6$), conducând dioda cu potențialul catodic cel mai coborât.

Punte redresoare trifazată

Redresor cu șase ventile a cărui tensiune de ieșire reprezintă diferența potențialelor grupurilor catodic și anodic $u_d = \varphi_d(+) - \varphi_d(-)$, furnizând o tensiune medie $U_d = \frac{3\sqrt{6}}{\pi} U_2 \approx 2{,}34 U_2$, un factor de pulsații extrem de scăzut $k_p = 0{,}057$ și frecvența pulsațiilor $f_p = 6 f_r$.

Conexiune serie stea-triunghi a punților redresoare

Schemă formată din două punți trifazate conectate în serie pe sarcină, alimentate din înfășurări secundare ale transformatorului defazate reciproc cu $30^\circ$ (una conectată în stea, cealaltă în triunghi), rezultând o tensiune redresată cu frecvența pulsațiilor de 12 ori mai mare decât frecvența rețelei ($f_p = 12 f_r$).