Хүчний электроникийн түлхүүр хэрэгслүүд: диод, тиристор, IGBT-г хэрхэн сонгох вэ

Хүчний хагас дамжуулагчийн үүрэг

Хүчний электроник нь цахилгаан эрчим хүчийг нэг хэлбэрээс нөгөөд — тогтмол гүйдлээс хувьсах гүйдэл рүү, хүчдэл, давтамжийг өөрчлөх зорилгоор хувиргах салбар юм. Энэ хувиргалтын гол ажлыг удирдлагатай залгалт хийх чадвартай хагас дамжуулагч хэрэгслүүд гүйцэтгэдэг. Тэдгээр нь механик таслуураас ялгаатай нь секундэд хэдэн мянга, бүр хэдэн зуун мянган удаа залгаж таслах чадвартай бөгөөд хөдөлгөөнт эд ангигүй тул элэгдэлгүй ажилладаг.

Диод — шулуутгагчийн суурь элемент

Диод нь p ба n төрлийн хагас дамжуулагчийн шилжилт (PN залгаас) дээр суурилсан хамгийн энгийн элемент. Гүйдлийг зөвхөн нэг чиглэлд нэвтрүүлж, эсрэг чиглэлд хаадаг тул хувьсах гүйдлийг шулуутгах үндсэн үүрэгтэй. Хүчний диодыг сонгохдоо урагш чиглэлийн хүчдэлийн уналт (ойролцоогоор 0.7–1.5 В), зөвшөөрөгдөх урвуу хүчдэл, дундаж болон оргил гүйдлийг харгалзана. Өндөр давтамжийн хэлхээнд урвуу сэргэлтийн хугацаа (t_rr) бага, хурдан диодыг сонгох нь чухал — эс бөгөөс залгалт бүрт нэмэлт алдагдал үүсэж, халалт нэмэгдэнэ.

Тиристор ба удирдлагатай залгалт

Тиристор (SCR) нь дөрвөн давхаргат PNPN бүтэцтэй, удирдлагын электрод (gate)-д богино импульс өгснөөр нээгддэг. Нэгэнт нээгдсэн бол удирдлагын дохио арилсан ч гүйдэл дамжуулсаар байх ба гүйдэл нь барих утгаас (holding current) доош буурч, тэг рүү дайрах үед л унтардаг. Ийм байгалийн унтралт буюу шугамын коммутаци нь тиристорыг хувьсах гүйдлийн хэлхээнд — удирдлагатай шулуутгагч, зөөлөн залгагч (soft-starter), өндөр хүчдэлийн тогтмол гүйдлийн дамжуулалт (HVDC)-д өргөн ашиглах боломж олгодог. Гэвч гүйдлийн өсөлтийн хурд (di/dt) болон хүчдэлийн өсөлтийн хурд (dv/dt)-ыг хязгаарлахгүй бол хэрэгсэл орон нутгийн халалтаас гэмтэх эрсдэлтэй.

IGBT — орчин үеийн бүх нийтийн түлхүүр

IGBT (тусгаарлагдсан удирдлагатай биполяр транзистор) нь талбайн транзисторын (MOSFET) хялбар, чадал бага удирдлагыг биполяр транзисторын бага дамжуулалтын алдагдалтай хослуулсан хэрэгсэл. Удирдлагын электродод +15 В орчим хүчдэл өгснөөр нээж, сөрөг хүчдэлээр найдвартай хаадаг. 1200 В-оос 6500 В хүртэлх ажлын хүчдэл, килогерцийн зэрэглэлийн залгалтын давтамж нь түүнийг инвертор, хувьсах давтамжийн хөтлөгч, нар салхины хувиргуурын гол элемент болгожээ.

Монголын нөхцөл дэх найдвартай ажиллагаа

Дулааны горим нь хүчний хагас дамжуулагчийн ашиглалтын хугацааг тодорхойлдог гол хүчин зүйл. Монголын −40 °С хүйтэн болон зуны халуун хоёрын хооронд үүсэх температурын мөчлөг нь тусгаарлага болон гагнаасны давхаргад механик ачаалал өгч, ядаргааны хагарал үүсгэдэг. Хүйтэнд урагш хүчдэлийн уналт нэмэгдэж, удирдлагын электродын босго хүчдэл шилжих тул хөтлөгч хэлхээг зохих хэмжээгээр тооцох шаардлагатай. Мөн конденсацийн чийг тусгаарлагад нөлөөлөхөөс сэргийлж, шүүгээний хаалттай, дулаан тараагчийн зохион байгуулалтыг зөв төлөвлөнө.