ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα ηλεκτρονικά ισχύος είναι µια ιδιαίτερη κατηγορία ηλεκτρονικών διατάξεων, οι οποίες χρησιµοποιούνται στην επεξεργασία τον έλεγχο και τη µετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας. Μια διάταξη ηλεκτρονικών ισχύος αναφέρεται και ως µετατροπέας ηλεκτρικής ενέργειας. Η ανάγκη για την επεξεργασία της ηλεκτρικής ενέργειας προκύπτει από το γεγονός ότι η ηλεκτρική ισχύς παρέχεται µε σταθερά χαρακτηριστικά. Συνήθως η διαθέσιµη πηγή ισχύος (δίκτυο ισχύος), είναι µια τριφασική πηγή σταθερής τάσης και συχνότητας. Όταν οι απαιτήσεις του φορτίου δεν είναι συµβατές µε τα χαρακτηριστικά του διαθέσιµου δικτύου, είναι αναγκαία η χρήση ενός µετατροπέα ηλεκτρικής ενέργειας (Μ.Η.Ε.). Στο Σχ. 1.1 παρουσιάζεται το γενικό λειτουργικό διάγραµµα του Μ.Η.Ε. Η διάταξη ισχύος µορφοποιεί κατάλληλα τις παραµέτρους εξόδου (τάση, ένταση, συχνότητα), έτσι ώστε να ικανοποιούν τις απαιτήσεις του φορτίου. Από τη συνολικά παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια σε εναλλασσόµενη µορφή, ένα ποσοστό της τάξης από 30% ως 40% το οποίο αυξάνεται συνεχώς, υφίσταται κάποιου είδους µετατροπή. f Ισχύς Εισόδου ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΙΣΧΥΟΣ) (αποτελούµενος από ηµιαγωγούς διακόπτες) o o f o Ισχύς Εξόδου ΦΟΡΤΙΟ Σήµατα Ελέγχου Μετρήσεις Σήµατα Αναφοράς ΕΛΕΓΚΤΗΣ (αναλογικός-ψηφιακός- µικροεπεξεργαστής) Σχ. 1.1 Γενικό λειτουργικό διάγραµµα των µετατροπέων ηλεκτρικής ενέργειας

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ ΚΕΦ. 1 1.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Στη µετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας χρησιµοποιήθηκαν αρχικά (πριν από το 1900) ηλεκτροµηχανικοί µετατροπείς, οι οποίοι ονοµάζονται και στρεφόµενοι µετατροπείς. Οι στρεφόµενοι µετατροπείς υλοποιούνται µε τη χρήση κατάλληλων ηλεκτρικών µηχανών, οι οποίες λειτουργούν ως γεννήτριες ή κινητήρες. Ειδικότερα, ο στρεφόµενος µετατροπέας που εξασφαλίζει τη µετατροπή της εναλλασσόµενης τάσης σε συνεχή, αποτελείται από µια µηχανή συνεχούς ρεύµατος (d) και µια µηχανή εναλλασσόµενου ρεύµατος (a). Η διάταξη του στρεφόµενου µετατροπέα παρουσιάζεται στο Σχ. 1.2. Η µηχανή εναλλασσοµένου ρεύµατος τροφοδοτείται από το διαθέσιµο a δίκτυο και λειτουργεί ως κινητήρας. Ο κινητήρας εξαναγκάζει σε περιστροφή τη µηχανή συνεχούς ρεύµατος, η οποία λειτουργεί ως γεννήτρια. Ο µετατροπέας του Σχ. 1.2 µπορεί να λειτουργήσει και αντίστροφα, για τη µετατροπή της συνεχούς τάσης σε εναλλασσόµενη. Τότε, η µηχανή συνεχούς ρεύµατος λειτουργεί ως κινητήρας και η µηχανή εναλλασσοµένου ρεύµατος ως γεννήτρια. Οι στρεφόµενοι µετατροπείς αν και µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε εφαρµογές πολύ µεγάλης ισχύος, παρουσιάζουν πολλά µειονεκτήµατα, τα κυριότερα από τα οποία είναι: Έχουν µεγάλο όγκο και βάρος, εποµένως απαιτούν µεγάλο χώρο για την εγκατάστασή τους. Προκαλούν θορύβους και ταλαντώσεις στις επιφάνειες στήριξης. Απαιτούν, εξαιτίας των κινούµενων µερών τους, συντήρηση. Κατά τη µετατροπή της ενέργειας υπάρχουν µεγάλες απώλειες ισχύος, µε αποτέλεσµα ο βαθµός απόδοσης να είναι µικρός. Ο ολικός βαθµός απόδοσης του στρεφόµενου µετατροπέα προκύπτει από το γινόµενο του βαθµού απόδοσης της κάθε ηλεκτρικής µηχανής. Εξαιτίας της αδράνειας των στρεφόµενων µαζών τους, δεν παρουσιάζουν καλή δυναµική συµπεριφορά. Η δυναµική συµπεριφορά αναφέρεται στη διαταραχή της τάσης εξόδου του µετατροπέα, εξαιτίας µιας ισχυρής και απότοµης µεταβολής κάποιας παραµέτρου, όπως η τάση εισόδου ή το φορτίο. Τα µειονεκτήµατα των στρεφόµενων µετατροπέων υπερνικήθηκαν µε την ανάπτυξη των στατών µετατροπέων, δηλαδή µετατροπέων χωρίς κινούµενα µέρη. Στους στατούς µετατροπείς η επεξεργασία της ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχάνεται µε τη χρήση διακοπτών. Ο διακόπτης που χρησιµοποιήθηκε στους πρώτους στατούς µετατροπείς ήταν ο διακόπτης υδραργύρου. Ο διακόπτης υδραργύρου αποτελείται από ένα κατάλληλο δοχείο, γυάλινο ή µεταλλικό, το οποίο περιέχει υγρό υδράργυρο. Ο υδράργυρος θερµαίνεται και παράγει ατµό. Με τη βοήθεια ηλεκτροδίων έναυσης επιτυγχάνεται η ελεγχόµενη ροή του ρεύµατος µεταξύ των ηλεκτροδίων της καθόδου και της ανόδου του διακόπτη. V 3φ M G R V o + Σχ. 1.2 Στρεφόµενος µετατροπέας της εναλλασσόµενης τάσης σε συνεχή 1 2

ΚΕΦ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ Οι διακόπτες υδραργύρου µπορούν να ελέγξουν ισχυρά ρεύµατα, ως 8000Α και τάσεις ως 20000V. Οι µετατροπείς µε διακόπτες υδραργύρου, όπως και οι στρεφόµενοι, παρουσιάζουν κακή δυναµική συµπεριφορά, µικρή αξιοπιστία και µικρό σχετικά βαθµό απόδοσης. Ο µικρός βαθµός απόδοσης οφείλεται στη µεγάλη πτώση τάσης στα άκρα του διακόπτη, περίπου 20V. Η µεγάλη ανάπτυξη των στατών µετατροπέων ισχύος σηµειώθηκε µετά το έτος 1958. Το 1958 κατασκευάστηκε στις Ηνωµένες Πολιτείες από την General Eletr 1, ο ελεγχόµενος ανορθωτής πυριτίου (SCR), ο οποίος αναφέρεται καταχρηστικά και ως thyrstor. Ο SCR προκάλεσε στην τεχνική των ηλεκτρονικών ισχύος την επανάσταση που επέφερε το transstor 8 χρόνια νωρίτερα στα ηλεκτρονικά ελέγχου. Έτσι, ο SCR κυριάρχησε στους µετατροπείς ηλεκτρικής ενέργειας, εκτοπίζοντας τους στρεφόµενους µετατροπείς και τους διακόπτες υδραργύρου. Η πρόοδος που σηµειώνεται τα τελευταία χρόνια στην ανάπτυξη νέων ηµιαγωγών διακοπτών ισχύος, έχει οδηγήσει σε µεγάλη ανάπτυξη τον τοµέα των συστηµάτων ισχύος, ανοίγοντας νέα πεδία εφαρµογών. Οι νέες τεχνολογίες κατασκευής των ηµιαγωγών διακοπών, προσφέρουν σήµερα στοιχεία ικανά να χειρισθούν υψηλές τάσεις και ρεύµατα σε µεγάλες ταχύτητες και ταυτόχρονα µε απλό τρόπο ελέγχου. Οι διακόπτες αυτοί, κυρίως ειδικοί τύποι transstors, έχουν εκτοπίσει τον SCR από τις εφαρµογές χαµηλής και µέσης ισχύος. Στην ανάπτυξη των συστηµάτων ισχύος έχει συµβάλει ιδιαίτερα και η πρόοδος της µικροηλεκτρονικής, η οποία έχει επιτρέψει την υλοποίηση εξαιρετικά ισχυρών ελεγκτών. Παλαιότερα η σχεδίαση της διάταξης ελέγχου (Σχ. 1.1), βασίζονταν σε αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώµατα. Σήµερα µια µεγάλη ποικιλία µικροεπεξεργαστών, ειδικά σχεδιασµένων για εφαρµογές ηλεκτρονικών ισχύος, είναι διαθέσιµη από πολλούς κατασκευαστές. Με τη χρήση των µικροεπεξεργαστών η υλοποίηση του ελεγκτή απλοποιείται σηµαντικά. Ταυτόχρονα είναι δυνατή η εκτέλεση πολύπλοκων τεχνικών ελέγχου, µε παράλληλη αύξηση της αξιοπιστίας και ελαχιστοποίηση των διαστάσεων της διάταξης. Έτσι, οι σύγχρονες διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος µε ηµιαγωγούς διακόπτες προσφέρουν τα παρακάτω πλεονεκτήµατα: Μικρό όγκο και βάρος. Μικρές απώλειες, εποµένως υψηλό βαθµό απόδοσης. Υψηλή αξιοπιστία. Πολύ καλή δυναµική συµπεριφορά. 1.3 ΕΙ Η ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Οι µετατροπείς ηλεκτρικής ενέργειας (ισχύος) διακρίνονται σε τέσσερις κύριες κατηγορίες, ανάλογα µε τη µορφή της ισχύος εισόδου και εξόδου. Αυτές είναι: Μετατροπείς a d ή Ανορθωτές (Retfers). Ανορθωτές ονοµάζονται οι διατάξεις ισχύος, οι οποίες µετατρέπουν το εναλλασσόµενο ρεύµα σε συνεχές. Ανάλογα µε τη µορφή της εναλλασσόµενης εισόδου οι ανορθωτές διακρίνονται σε µονοφασικούς και πολυφασικούς (διφασικούς, τριφασικούς, εξαφασικούς). Ακόµη διακρίνονται σε ελεγχόµενους και µη ελεγχόµενους, ανάλογα µε το αν η τάση εξόδου είναι µεταβαλλόµενη ή σταθερή. Το γενικό σύµβολο των µετατροπέων a d εικονίζεται στο Σχ. 1.3. AC DC Σχ. 1.3 Γενικό σύµβολο του ανορθωτή 1 Η General Eletr ιδρύθηκε το 1892 από τη συγχώνευση της Thompson Hoston Company µε την Edsson General Eletr Company, την οποία είχε ιδρύσει τρία χρόνια πριν ο µεγάλος εφευρέτης Τόµας Άλβα Έντισον (1847 1931). 1 3

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ ΚΕΦ. 1 Μετατροπείς d a ή Αντιστροφείς (Inverters). Οι αντιστροφείς µετατρέπουν την ενέργεια συνεχούς µορφής σε εναλλασσόµενη. Η λειτουργία τους είναι δηλαδή αντίθετη από εκείνη των ανορθωτών. Η έξοδος των αντιστροφέων είναι µονοφασική είτε πολυφασική (συνήθως τριφασική). Επίσης, η συχνότητα και το πλάτος της τάσης ή του ρεύµατος εξόδου είναι ελεγχό- µενα. Το γενικό σύµβολο των αντιστροφέων εικονίζεται στο Σχ. 1.4. DC AC Σχ. 1.4 Γενικό σύµβολο του αντιστροφέα Μετατροπείς συνεχούς ρεύµατος (d d onverters, hoppers). Οι µετατροπείς συνεχούς ρεύµατος µετατρέπουν τη συνεχή τάση µε ορισµένο πλάτος και πολικότητα σε συνεχή τάση µε διαφορετικό πλάτος ή/και πολικότητα. ιακρίνονται σε µετατροπείς υποβιβασµού (step down) και ανύψωσης (step p) της τάσης, ανάλογα µε το αν η τάση εξόδου είναι µικρότερη ή µεγαλύτερη της τάσης εισόδου. Ακόµη, διακρίνονται σε µετατροπείς µε αποµόνωση και χωρίς αποµόνωση της εξόδου από την είσοδό τους. Το γενικό σύµβολο των µετατροπέων συνεχούς ρεύµατος δίνεται στο Σχ. 1.5. DC DC Σχ. 1.5 Γενικό σύµβολο του µετατροπέα συνεχούς ρεύµατος Μετατροπείς εναλλασσοµένου ρεύµατος ή Κυκλοµετατροπείς (Cyloonverters). Οι κυκλοµετατροπείς µετατρέπουν απευθείας, την εναλλασσόµενη τάση σταθερού πλάτους και συχνότητας, σε εναλλασσόµενη τάση µε ρυθµιζόµενο πλάτος και συχνότητα. Ο κυκλοµετατροπέας ονοµάζεται υποβιβασµού συχνότητας (step down) όταν η συχνότητα εξόδου είναι µικρότερη της συχνότητας εισόδου. ιαφορετικά χαρακτηρίζεται ως ανύψωσης συχνότητας (step p). Οι κυκλοµετατροπείς χρησιµοποιούνται σε εφαρµογές πολύ µεγάλης ισχύος. Μια ειδική κατηγορία των µετατροπέων εναλλασσοµένου ρεύµατος είναι οι ρυθµιστές εναλλασσόµενης τάσης (a voltage ontrollers). Οι ρυθµιστές εναλλασσόµενης τάσης παρέχουν στην έξοδό τους µια τάση µεταβαλλόµενου πλάτους, η συχνότητα της οποίας είναι σταθερή και ίση µε τη συχνότητα της a πηγής εισόδου. AC AC Σχ. 1.6 Γενικό σύµβολο του κυκλοµετατροπέα 1 4

ΚΕΦ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ AC Λειτουργία Αντιστροφέα P Θετική Ρ Αρνητική Λειτουργία Ανορθωτή DC 2 Αντιστροφέας Ανορθωτής 1 Ανορθωτής Αντιστροφέας 3 4 Ο συµβατικός ανορθωτής µπορεί να λειτουγήσει µόνο στα τεταρτηµόρια 1 και 2 Σχ. 1.7 Αµφίδροµη ροή της ισχύος στους µετατροπείς. Ένας µετατροπέας όπως ο ανορθωτής µπορεί να λειτουργήσει ανάλογα µε τη δοµή του σ ένα, σε δύο ή και στα τέσσερα τεταρτηµόρια του επιπέδου o o Η παραπάνω διάκριση των µετατροπέων ισχύος δεν είναι απόλυτα ακριβής, καθώς προϋποθέτει ότι η ροή της ισχύος είναι µονόδροµη, από την είσοδο προς την έξοδο του µετατροπέα. Στην πραγµατικότητα η ροή της ισχύος στους περισσότερους µετατροπείς είναι αµφίδροµη. Αυτό σηµαίνει ότι η ισχύς µπορεί να ρέει και από την έξοδο του µετατροπέα προς την είσοδό του. Η αµφίδροµη ροή της ισχύος παριστάνεται στο Σχ. 1.7, στην περίπτωση του µετατροπέα που χαρακτηρίσαµε ανορθωτή. Ο µετατροπέας αυτός λειτουργεί συµβατικά ως ανορθωτής, δηλαδή µετατρέπει την εναλλασσόµενη τάση εισόδου σε συνεχή τάση στην έξοδο. Στην περίπτωση αυτή η ροή της ισχύος είναι θετική, από την είσοδο στην έξοδο του µετατροπέα. Ο ίδιος µετατροπέας µε κατάλληλο έλεγχο των διακοπτών του µπορεί να λειτουργήσει και ως αντιστροφέας, µεταφέροντας αρνητική ισχύ. Τότε, ο µετατροπέας µεταφέρει ισχύ συνεχούς µορφής από την έξοδό του, στο εναλλασσόµενο δίκτυο. Η αµφίδροµη ροή της ισχύος προϋποθέτει ότι ο µετατροπέας µπορεί να λειτουργήσει και στα τέσσερα τεταρτηµόρια του επιπέδου o o όπου, o είναι το ρεύµα εξόδου και o η τάση εξόδου του µετατροπέα. Σ ένα µετατροπέα τεσσάρων τεταρτηµορίων η φορά του ρεύµατος o µπορεί να αντιστραφεί, ενώ η πολικότητα της o µπορεί να είναι θετική ή αρνητική ανεξάρτητα από τη φορά του ρεύµατος. Ο συµβατικός ανορθωτής µε SCR λειτουργεί µόνο στα δύο από τα τέσσερα τεταρτηµόρια και ειδικότερα στο πρώτο και το δεύτερο (Σχ. 1.7). Ένας πρακτικός µετατροπέας ηλεκτρικής ενέργειας συχνά περιλαµβάνει περισσότερους από ένα στοιχειώδεις µετατροπείς ισχύος. Έτσι η συνεχής τάση εισόδου των αντιστροφέων παρέχεται συνήθως από ένα ανορθωτή, καθώς το διαθέσιµο δίκτυο ισχύος είναι εναλλασσόµενο (Σχ. 1.8). Στην περίπτωση αυτή απαιτείται η αποσύζευξη των δύο µετατροπέων. Η αποσύζευξη εξασφαλίζει ότι η λειτουργία του κάθε µετατροπέα δεν επηρεάζει τους υπόλοιπους. Η αποσύζευξη επιτυγχάνεται µε την προσθήκη µεταξύ των µετατροπέων στοιχείων που αποθηκεύουν ενέργεια, δηλαδή πυκνωτών ή πηνίων. Σύνθετος Μετατροπέας o o AC Πυκνωτής ή Πηνίο AC Ανορθωτής Αντιστροφέας Σχ. 1.8 Λειτουργικό διάγραµµα ενός σύνθετου µετατροπέα, ο οποίος αποτελείται από ένα ανορθωτή και ένα αντιστροφέα. Αξιοσηµείωτη είναι η παρουσία του στοιχείου που αποθηκεύει ενέργεια (πυκνωτής ή πηνίο), το οποίο απεµπλέκει τη λειτουργία των δύο µετατροπέων 1 5

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ ΚΕΦ. 1 Οι µετατροπείς ισχύος διακρίνονται ακόµη σε τρεις κατηγορίες, ανάλογα µε τον τρόπο µετάβασης των διακοπτικών στοιχείων τους: Μετατροπείς µε φυσική µετάβαση (natral, lne, load ommtated ή phase ontrolled onverters). Οι διακόπτες των µετατροπέων µε φυσική µετάβαση ανοίγουν ή και κλείνουν µε τη βοήθεια της εναλλασσόµενης τάσης του δικτύου (εισόδου), ή των συνθηκών που επιβάλει το φορτίο. Οι µετατροπείς µε φυσική µετάβαση έχουν περιορισµένες δυνατότητες και χρήσεις. Η εξέλιξή τους έχει σηµειωθεί άλλωστε πριν από αρκετές δεκαετίες, µε την κατασκευή του SCR. Η τάση εξόδου των µετατροπέων µε φυσική µετάβαση αποτελείται από τµήµατα της τάσης εισόδου, µε αποτέλεσµα να εµφανίζονται ισχυρές αρµονικές συνιστώσες στην είσοδο και την έξοδο του µετατροπέα. Έτσι, ένας αντιστροφέας τάσης δεν µπορεί να ανήκει στην κατηγορία των µετατροπέων µε φυσική µετάβαση. Αντίθετα, οι τυπικοί ανορθωτές µε διόδους ή SCR και οι κυκλοµετατροπείς υποβιβασµού της συχνότητας, είναι µετατροπείς µε φυσική µετάβαση. Μετατροπείς µε εξαναγκασµένη µετάβαση (fore ommtated ή swth mode onverters). Η κατάσταση των διακοπτών στους µετατροπείς µε εξαναγκασµένη µετάβαση ορίζεται αποκλειστικά από τη µονάδα ελέγχου της διάταξης ισχύος. Οι διακόπτες των µετατροπέων αυτών λειτουργούν συνήθως σε υψηλές συχνότητες και έτσι µπορούν να θεωρηθούν ως διακοπτικοί ενισχυτές ισχύος µε υψηλό κέρδος (swthng mode power amplfers). Μετατροπείς συντονισµού (resonant onverters). Η έναυση και η σβέση των διακοπτών στους µετατροπείς συντονισµού επιτελείται όταν η τάση στα άκρα τους, ή/και το ρεύµα που τους διαρρέει, είναι µηδέν. Επειδή οι περισσότερες τοπολογίες των µετατροπέων αυτών απαιτούν κάποιο κύκλωµα συντονισµού LC, επικράτησε να ονοµάζονται µετατροπείς συντονισµού. Τα πλεονεκτήµατα των µετατροπέων συντονισµού έναντι των δύο προηγούµενων τύπων είναι ότι περιορίζονται δραστικά οι µεταβατικές απώλειες ισχύος στους διακόπτες και η ηλεκτροµαγνητική παρεµβολή. 1.4 ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ ΙΑΚΟΠΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ Οι στατοί µετατροπείς ηλεκτρικής ενέργειας υλοποιούνται µε τη χρήση ηµιαγωγών στοιχείων ισχύος, τα οποία λειτουργούν ως διακόπτες. Η χρήση των διακοπτών στην κατασκευή των µετατροπέων ισχύος είναι αναγκαία, προκειµένου ο βαθµός απόδοσης να είναι υψηλός. Ο υψηλός βαθµός απόδοσης σηµαίνει αποδοτική χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας, περιορίζοντας τις απώλειες ισχύος. Επιπλέον, οι απώλειες ισχύος προκαλούν τη θέρµανση του µετατροπέα, µε αποτέλεσµα να απαιτείται η χρησιµοποίηση ψυκτικών µέσων µε φυσική ή εξαναγκασµένη ροή αέρα είτε νερού για την απαγωγή της θερµότητας. Οι διατάξεις ψύξης είναι ανεπιθύµητες, καθώς αυξάνουν τον όγκο και το κόστος των συστηµάτων ισχύος. Όπως εξηγείται αναλυτικά στο κεφ. 8, η θερµοκρασία στο εσωτερικό κάθε ηµιαγωγού διακόπτη ισχύος πρέπει να διατηρείται µικρότερη από κάποια µέγιστη τιµή για την ασφαλή λειτουργία του. Η απαίτηση για υψηλό βαθµό απόδοσης είναι τόσο µεγαλύτερη, όσο υψηλότερη είναι η ισχύς που χειρίζεται ο µετατροπέας. Έτσι ένας µετατροπέας που ελέγχει µια ποσότητα ισχύος 100MW, ακόµη και αν έχει βαθµό απόδοσης 99% προκαλεί απώλειες 1MW. Για την απαγωγή του 1MW από τη διάταξη του µετατροπέα απαιτούνται εξαιρετικά δαπανηρά συστήµατα. Οι κυριότεροι ηµιαγωγοί διακόπτες είναι η δίοδος, διάφορα είδη transstors, ο SCR και το GTO (Gate Trn Off). Οι διακόπτες αυτοί και αρκετοί ακόµη αναλύονται διεξοδικά στα επόµενα κεφάλαια, ενώ πρέπει να σηµειωθεί ότι οι κατασκευαστές παρουσιάζουν συνεχώς νέους τύπους διακοπτών ισχύος, µε βελτιωµένα λειτουργικά χαρακτηριστικά. 1.4.1 Καταστάσεις Λειτουργίας Οι διακόπτες ισχύος έχουν δύο καταστάσεις λειτουργίας, την κατάσταση αποκοπής και την κατάσταση αγωγιµότητας ή αγωγής. Σηµειώνουµε ότι τα transstors έχουν µια επιπλέον περιοχή 1 6

ΚΕΦ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ Z L ΦΟΡΤΙΟ L L s ιακόπτης β α Sw Sw Σχ. 1.9 Κύκλωµα ισχύος στο οποίο ο ηµιαγωγός διακόπτης κάθε είδους παριστάνεται ως ένας µηχανικός διακόπτης. Ο ακροδέκτης ελέγχου υπάρχει σε ορισµένους τύπους διακοπτών λειτουργίας, την ενεργό περιοχή. Η λειτουργία των transstors ισχύος στην ενεργό περιοχή δεν είναι επιθυµητή, εξαιτίας των υψηλών απωλειών ισχύος σ αυτή. Ο ηµιαγωγός διακόπτης κάθε είδους παριστάνεται συχνά για τη διευκόλυνση της ανάλυση των µετατροπέων ισχύος ως µηχανικός διακόπτης µε ιδανικά λειτουργικά χαρακτηριστικά, όπως στο Σχ. 1.9. Η θέση α αντιστοιχεί στην κατάσταση αποκοπής του διακόπτη, ή κατάσταση OFF. Στην κατάσταση αποκοπής ο διακόπτης δεν επιτρέπει τη ροή του ρεύµατος ( Sw = L = 0), ενώ η τάση στα άκρα ισχύος του διακόπτη ( και ) είναι ίση µε την τάση της πηγής τροφοδοσίας του κυκλώ- µατος ( Sw = s ). Η τάση στα άκρα του φορτίου είναι µηδενική, όταν ο διακόπτης είναι στην κατάσταση αποκοπής ( L = 0). Η παραπάνω περιγραφή αναφέρεται σ ένα ιδανικό διακόπτη ισχύος. Στους πραγµατικούς ηµιαγωγούς διακόπτες υπάρχει ένα ρεύµα διαρροής στην κατάσταση αποκοπής, το οποίο είναι εξαιρετικά µικρό. Η τάση της πηγής τροφοδοσίας πρέπει να είναι µικρότερη από µια µέγιστη τιµή, η οποία είναι χαρακτηριστική για τον κάθε διακόπτη και ονο- µάζεται τάση διάσπασης ή τάση αποκοπής (blokng voltage). Αν η τάση της πηγής s υπερβεί την τάση διάσπασης του διακόπτη, τότε ο διακόπτης καταστρέφεται από υπερθέρµανση. Επιπλέον, η πολικότητα της πηγής πρέπει να είναι η κατάλληλη. Έτσι, κάποια είδη διακοπτών όπως τα transstor, απαιτούν συνεχή τάση τροφοδοσίας. Αντίθετα, η τάση της πηγής µπορεί να είναι εναλλασσόµενη στη δίοδο και το SCR. Στη θέση αγωγής β ή κατάσταση ΟΝ, ο διακόπτης επιτρέπει τη ροή του ρεύµατος. Η τιµή του ρεύµατος δεν εξαρτάται από το διακόπτη, αλλά αποκλειστικά από το εξωτερικό κύκλωµα ισχύος, σύµφωνα µε τη σχέση I SwF V s = IL = (1.1) ZL Η τιµή του ρεύµατος αγωγιµότητας I SwF, µαζί µε την τάση διάσπασης, αποτελούν τα δύο κυριότερα χαρακτηριστικά µεγέθη κάθε διακόπτη ισχύος. Η τάση στα άκρα του ιδανικού διακόπτη στην κατάσταση αγωγής είναι µηδενική ( Sw = 0). Αντίθετα, η τάση στα άκρα ενός πραγµατικού ηµιαγωγού διακόπτη στην αγώγιµη κατάσταση, η οποία ονοµάζεται τάση αγωγιµότητας, είναι µη µηδενική. Η τιµή της τάσης αγωγιµότητας έχει καθοριστική επίδραση στις απώλειες ισχύος του διακόπτη. Οι κατασκευαστές χρησιµοποιούν διάφορες τεχνικές για την υλοποίηση διακοπτών µε την ελάχιστη δυνατή τάση αγωγιµότητας. Οι καταστάσεις αποκοπής και αγωγιµότητας αποτελούν τις δύο καταστάσεις µόνιµης λειτουργίας κάθε διακόπτη. Η διαδικασία της µετάβασης ενός διακόπτη από τη µια µόνιµη κατάσταση στην άλλη έχει καθοριστική επίδραση στη λειτουργία του µετατροπέα ισχύος, ιδιαίτερα όταν η συχνότητα των µεταβάσεων είναι υψηλή. 1 7

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ ΚΕΦ. 1 Πίνακας 1.1 Κύρια χαρακτηριστικά µεγέθη των ηµιαγωγών διακοπτών Τάση διάσπασης Είναι η µέγιστη τάση που µπορεί να επιβληθεί στα άκρα ισχύος του ή αποκοπής διακόπτη σε κατάσταση αποκοπής. Είναι το µέγιστο ρεύµα που επιτρέπεται να ρέει µέσω του διακόπτη Ρεύµα αγωγής σε κατάσταση αγωγιµότητας. Ορίζονται ως το χρονικό διάστηµα που απαιτείται για τη µετάβαση του διακόπτη από την κατάσταση αποκοπής στην κατάσταση αγωγής (χρόνος έναυσης) και το αντίθετο (χρόνος σβέσης). Οι χρόνοι Χρόνοι µετάβασης µετάβασης είναι µηδενικοί στον ιδανικό διακόπτη. Είναι η πτώση τάσης στα άκρα ισχύος του διακόπτη σε κατάσταση Τάση αγωγιµότητας αγωγιµότητας. Η τάση αγωγιµότητας είναι µηδέν στον ιδανικό διακόπτη. Είναι το ρεύµα µέσω του διακόπτη σε κατάσταση αποκοπής. Ο ιδανικός διακόπτης έχει µηδενικό ρεύµα Ρεύµα διαρροής διαρροής. Στον ιδανικό διακόπτη ο χρόνος µετάβασης είναι µηδέν. Αντίθετα, το χρονικό διάστηµα που απαιτείται για τη µετάβαση ενός πραγµατικού διακόπτη, αποτελεί µια από τις σηµαντικότερες παραµέτρους του. Κατά το διάστηµα της µετάβασης, ο διακόπτης υπόκειται ταυτόχρονα σε υψηλές τάσεις και ρεύµατα. Εποµένως, ο χρόνος µετάβασης του διακόπτη πρέπει να είναι πολύ µικρότερος από το διάστηµα της µόνιµης λειτουργίας (ON ή OFF), καθώς οι απώλειες ισχύος κατά τη µετάβαση είναι πολλαπλάσιες των απωλειών αγωγιµότητας. Μεγάλη σηµασία, εκτός από το χρονικό διάστηµα της µετάβασης, έχει ο τρόπος που µεταβάλλονται η τάση και το ρεύµα, έτσι ώστε να µην προκληθούν υπερτάσεις ή υψηλά ρεύµατα στη διάταξη ισχύος. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά µεγέθη κάθε ηµιαγωγού διακόπτη ισχύος συνοψίζονται στον Πίνακα 1.1. 1.4.2 Τρόποι Μετάβασης Η διαδικασία µετάβασης ενός διακόπτη από την κατάσταση αποκοπής, στην οποία ο διακόπτης δεν επιτρέπει τη ροή του ρεύµατος, στην κατάσταση αγωγιµότητας όπου ο διακόπτης διαρρέετε από το υψηλό ρεύµα του φορτίου, ονοµάζεται έναυση (trn on). Αντίστοιχα, η µετάβαση του διακόπτη από την κατάσταση αγωγής στην κατάσταση αποκοπής ονοµάζεται σβέση (trn off). Η σβέση των διακοπτών είναι περισσότερο δύσκολη και χρονοβόρα από την έναυση. Οι διακόπτες ισχύος διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες, ανάλογα µε τον τρόπο που επιτελείται η διαδικασία της έναυση και της σβέση: Μη ελεγχόµενοι διακόπτες. Η έναυση και η σβέση στους µη ελεγχόµενους διακόπτες επιβάλλεται από το κύκλωµα ισχύος. Εποµένως, οι µη ελεγχόµενοι διακόπτες δεν έχουν ακροδέκτη ελέγχου, αλλά µόνο ακροδέκτες ισχύος. Η δίοδος είναι ο κυριότερος διακόπτης αυτής της κατηγορίας. Πλήρως ελεγχόµενοι διακόπτες. Η έναυση και η σβέση στους πλήρως ελεγχόµενους διακόπτες καθορίζεται από ένα σήµα οδήγησης σε µορφή παλµού, το οποίο επιβάλλεται στον ακροδέκτη ελέγχου του διακόπτη (Σχ. 1.9). Τα transstors είναι οι πλέον διαδεδοµένοι πλήρως ελεγχόµενοι διακόπτες. Μερικός ελεγχόµενοι ή ηµιελεγχόµενοι διακόπτες. Οι διακόπτες της κατηγορίας αυτής διαθέτουν ακροδέκτη ελέγχου, µέσω του οποίου ελέγχεται µόνο η διαδικασία της έναυσης. Αντίθετα, η σβέση του διακόπτη επιβάλλεται από την τάση ή το ρεύµα του κυκλώµατος ισχύος. Ο SCR είναι ο σηµαντικότερος ηµιελεγχόµενος διακόπτης. 1.4.3 Τεταρτηµόρια Λειτουργίας Οι µετατροπείς ισχύος ανάλογα µε την πολικότητα της τάσης εξόδου και τη φορά του ρεύ- 1 8

ΚΕΦ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ Ρεύµα αγωγής Τάση αποκοπής (α) (β) (γ) (δ) Σχ. 1.10 ιακόπτης ενός τεταρτηµορίου (α), δύο τεταρτηµορίων µε αµφίδροµο ρεύµα (β), δύο τεταρτηµορίων µε θετική ή αρνητική τάση (γ) και τεσσάρων τεταρτηµορίων (δ) µατος εξόδου χαρακτηρίζονται ως µετατροπείς ενός, δύο ή τεσσάρων τεταρτηµορίων, όπως έχει αναφερθεί στην παρ. 1.3. Οι ηµιαγωγοί διακόπτες που χρησιµοποιούνται στην υλοποίηση των µετατροπέων διακρίνονται σε αντίστοιχες κατηγορίες, ανάλογα µε την πολικότητα της τάσης στους ακροδέκτες ισχύος σε κατάσταση αποκοπής και τη φορά του ρεύµατος σε κατάσταση αγωγιµότητας. Έτσι διακρίνουµε τους διακόπτες ενός, δύο και τεσσάρων τεταρτηµορίων, όπως παρουσιάζονται στο Σχ. 1.10. Ο οριζόντιος άξονας του επιπέδου παριστά την τάση του διακόπτη σε κατάσταση αποκοπής και ο κατακόρυφος άξονας το ρεύµα αγωγής. + OFF ON ίοδος Σχ. 1.11 Χαρακτηριστική ενός τεταρτηµορίου της διόδου ισχύος. Η θετική πολικότητα της τάσης και η θετική φορά του ρεύµατος ορίζονται από τους άξονες του επιπέδου και εικονίζονται στο σύµβολο του διακόπτη 1 9

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ ΚΕΦ. 1 + ON OFF BJT Σχ. 1.12 Χαρακτηριστική ενός τεταρτηµορίου του διπολικού transstor επαφής Στο διακόπτη ενός τεταρτηµορίου (sngle qadrant swth), το ρεύµα αγωγής και η τάση α- ποκοπής είναι µονοπολικά µεγέθη. Ειδικότερα η δίοδος ως διακόπτης ενός τεταρτηµορίου άγει µόνο θετικό ρεύµα, ενώ η τάση στην αποκοπή είναι αποκλειστικά αρνητική, όπως εικονίζεται στο Σχ. 1.11. Η θετική φορά της τάσης και του ρεύµατος ορίζονται από τους άξονες του επιπέδου, όπως και στο κυκλωµατικό σύµβολο του κάθε διακόπτη. Το διπολικό transstor επαφής (Bpolar Jnton Transstor, BJT), είναι ένας πλήρως ελεγχόµενος διακόπτης ενός τεταρτηµορίου. Το BJT άγει θετικό ρεύµα και αποκόπτει θετική τάση, αντίθετα από τη δίοδο, σύµφωνα µε το Σχ. 1.12. + + ON transstor OFF ON δίοδος BJT µε MOSFET αντιπαράλληλη δίοδο Σχ. 1.13 Χαρακτηριστική δύο τεταρτηµορίων µε αµφίδροµη ροή του ρεύµατος, του BJT µε αντιπαράλληλη δίοδο και του MOSFET + OFF δίοδος BJT µε δίοδο σειράς Σχ. 1.14 Χαρακτηριστική δύο τεταρτηµορίων µε διπολική τάση, του διακόπτη που προκύπτει από τη σύνδεση σειράς ενός BJT και µιας διόδου ON OFF transstor 1 10

ΚΕΦ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ + + + Σχ. 1.15 Τρεις τρόποι για την υλοποίηση ενός διακόπτη τεσσάρων τεταρτηµορίων, µε τη σύνδεση transstor(s) και διόδων To BJT µε µια αντιπαράλληλη δίοδο και το MOSFET (Metal Oxde Semondtor Feld Effet Transstor) αποτελούν διακόπτες δύο τεταρτηµορίων µε αµφίδροµη ροή του ρεύµατος (rrent bdretonal two qadrant swth), ενώ η τάση αποκοπής είναι θετική (Σχ. 1.13). Το MOSFET ισχύος, όπως εξηγείται στο κεφ. 5 και απεικονίζεται στο κυκλωµατικό σύµβολο του στοιχείου, φέρει ενσωµατωµένη µια δίοδο στην κατασκευαστική του δοµή. Το transstor άγει το θετικό ρεύµα, ενώ η δίοδος φέρει το αρνητικό ρεύµα. Ένα BJT µε µια δίοδο σε σειρά, σύµφωνα µε το Σχ. 1.14, αποτελούν ένα διακόπτη δύο τεταρτηµορίων ο οποίος άγει θετικό ρεύµα και αποκόπτει θετική είτε αρνητική τάση (voltage bdretonal two qadrant swth). Το transstor αποκόπτει τη θετική τάση και η δίοδος την αρνητική τάση. Συνδυάζοντας µε τους τρόπους που εικονίζονται στο Σχ. 1.15 transstor(s) και διόδους, προκύπτει ένας διακόπτης τεσσάρων τεταρτηµορίων (for qadrant swth), ο οποίος µπορεί να άγει αµφίδροµο ρεύµα, αλλά και να αποκόπτει θετική είτε αρνητική τάση (Σχ. 1.16). 1.5 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Οι µετατροπείς ηλεκτρικής ενέργειας χρησιµοποιούνται στις ακόλουθες εφαρµογές: Μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια διανέµεται συνήθως µε τη µορφή εναλλασσόµενης τάσης πολύ υψηλής τιµής µέσω τριφασικών γραµµών µεταφοράς, έτσι ώστε οι απώλειες ισχύος να είναι µικρές. Η χρήση της εναλλασσόµενης τάσης οφείλεται στην ευ- ON OFF OFF ON Σχ. 1.16 Χαρακτηριστική ενός διακόπτη τεσσάρων τεταρτηµορίων που προκύπτει από το συνδυασµό BJT και διόδων στο Σχ. 1.15 1 11

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ ΚΕΦ. 1 Σχ. 1.17 Μονάδες SCR σ ένα σταθµό HVDC, ο οποίος µεταφέρει ισχύ 600MW µεταξύ του Hokkado της Ιαπωνίας και του νησιού Honsh κολία µε την οποία µετασχηµατίζεται. Όµως, σε ορισµένες περιπτώσεις όπως είναι η µεταφορά υψηλής ισχύος σε πολύ µεγάλες αποστάσεις, η µεταφορά της ενέργειας είναι αποδοτικότερη µε τη µορφή συνεχούς υψηλής τάσης (Hgh Voltage Dret Crrent, HVDC). Οι απώλειες ισχύος στις γραµµές µεταφοράς είναι µικρότερες στο συνεχές ρεύµα, ενώ βελτιώνεται και η ευστάθεια του συστήµατος. Η µέθοδος HVDC χρησιµοποιείται συχνότερα στην υποθαλάσσια µεταφορά, όπου για δεδοµένη ισχύ το µέγιστο µήκος µεταφοράς είναι πολύ µικρότερο σε σχέση µε τη µεταφορά µέσω εναέριων γραµµών. Στη µέθοδο HVDC απαιτούνται µετατροπείς της εναλλασσόµενης τάσης σε συνεχή και το αντίστροφο, οι οποίες εξαιτίας της εξαιρετικά µεγάλης ισχύος (100δες MW), υλοποιούνται συνήθως µε τη χρήση πολλών εκατοντάδων ή και χιλιάδων SCR. Στο Σχ. 1.17 εικονίζονται οι µονάδες µε τα SCR που χρησιµοποιούνται στο σταθµό µεταφοράς ενέργειας HVDC µεταξύ της περιοχής Hokkado της Ιαπωνίας και του νησιού Honsh. Ζεύξη ενεργειακών δικτύων διαφορετικής συχνότητας. Όπως είναι γνωστό τα δίκτυα διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωµένες Πολιτείες λειτουργούν στα 60Hz, αντίθετα µε τα Ευρωπαϊκά που εργάζονται στα 50Hz. Το πρόβληµα είναι ιδιαίτερα έντονο στην Ιαπωνία, το σύ- Σχ. 1.18 Σταθµός ζεύξης των δικτύων 50Hz της ανατολικής, µε τα δίκτυα 60Ηz της δυτικής Ιαπωνίας. O σταθµός ξεκίνησε τη λειτουργία του το 1977 µε ισχύ 300MW και αναβαθµίστηκε το 1992 στα 600MW, µε τη χρήση των πρώτων οπτικά διεγειρόµενων thyrstors 1 12

ΚΕΦ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ στηµα ισχύος της οποίας περιλαµβάνει και τις δύο συχνότητες. Η σύζευξη δικτύων διαφορετικής συχνότητας µπορεί να γίνει µόνο µε τη χρήση των κατάλληλων µετατροπέων, οι οποίοι µετατρέπουν τις δύο a τάσεις σε συνεχή τάση. Στο Σχ. 1.18 εικονίζεται ένας πλήρης σταθµός ζεύξης δύο ενεργειακών δικτύων, ο οποίος είναι εγκατεστηµένος στην περιοχή Shn Shnano της Ιαπωνίας. Ήπιες µορφές ενέργειας. Στην παραγωγή της ενέργειας χρησιµοποιούνται τα τελευταία χρόνια διάφορες διατάξεις, οι οποίες µετατρέπουν την ηλιακή, την αιολική και άλλες ανανεώσι- µες πηγές ενέργειας σε ηλεκτρική. Για τη διασύνδεση των διατάξεων αυτών µε το υπάρχον ηλεκτρικό δίκτυο είναι απαραίτητη η χρήση των κατάλληλων µετατροπέων. Μεταφορές. Τα ηλεκτρικά τρένα είναι ήδη διαδεδοµένα σε πολλές χώρες. Επίσης γίνονται προσπάθειες για αποδοτικά ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Σε κάθε περίπτωση απαιτείται µια διάταξη ηλεκτρονικών ισχύος, για τον έλεγχο της ροπής και της ταχύτητας του ηλεκτρικού κινητήρα του οχήµατος. ιακοπτικά τροφοδοτικά συνεχούς ρεύµατος και συστήµατα αδιάλειπτης παροχής ενέργειας (Unnterrptble Power Spples, U.P.S.). Τα διακοπτικά τροφοδοτικά έχουν διαδοθεί πολύ τα τελευταία χρόνια και σε κάποιες εφαρµογές, όπως τα τροφοδοτικά των υπολογιστών, έχουν εκτοπίσει πλήρως τις κλασικές γραµµικές διατάξεις. Επίσης, η χρήση των συστηµάτων U.P.S. επεκτείνεται συνεχώς. Η λειτουργία των συστηµάτων αυτών βασίζεται στους µετατροπείς συνεχούς ρεύµατος και τους αντιστροφείς. Η εξέλιξη στην κατασκευή των µετατροπέων αυτών είναι ιδιαίτερα έντονη, αναφορικά µε το βαθµό απόδοσης την αξιοπιστία και το µέγεθος, καθώς οι απαιτήσεις από τα φορτία αυξάνονται διαρκώς. Ενδεικτικά στο Σχ. 1.19 παρουσιάζεται η δοµή ενός σύγχρονου διακοπτικού τροφοδοτικού µε γαλβανική αποµόνωση της εξόδου, το οποίο εξαιτίας του υψηλού βαθµού απόδοσης καταργεί τη χρήση απαγωγέα θερµότητας. Έλεγχος των ηλεκτρικών κινητήρων. Υπάρχει µια µεγάλη ποικιλία ηλεκτροκινητήρων. Για κάθε τύπο κινητήρα έχουν αναπτυχθεί κατάλληλοι µετατροπείς, µέσω των οποίων ελέγχουµε τα λειτουργικά του χαρακτηριστικά (ροπή, ταχύτητα περιστροφής, θέση). Τα ροµποτικά συστή- µατα παίρνουν κίνηση από κατάλληλους κινητήρες, οι οποίοι τροφοδοτούνται από υψηλής ακρίβειας µετατροπείς ισχύος (servo drves). Ακόµη, µε τον έλεγχο της ταχύτητας των κινητήρων είναι δυνατή η σηµαντική εξοικονόµηση ηλεκτρικής ενέργειας. Η πλέον χαρακτηριστική εφαρµογή είναι το σύστηµα κινητήρα αντλίας. Στα συµβατικά συστήµατα άντλησης ο κινητήρας τροφοδοτείται απευθείας από το δίκτυο και στρέφεται µε σταθερή ταχύτητα, ενώ η παροχή της αντλίας ρυθµίζεται µε βάνες. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας προκαλεί µεγάλη σπατάλη ενέργειας, όταν η επιθυµητή παροχή από την αντλία είναι σηµαντικά µικρότερη της ονοµαστικής. Ο κινητήρας απορροφά από το δίκτυο την ίδια περίπου ισχύ, όπως και στην περίπτωση της ονοµαστικής ροής, η οποία καταναλώνεται στις βάνες. Σχ. 1.19 ιακοπτικό τροφοδοτικό της εταιρείας SynQor, το οποίο παρέχει στην έξοδο τάσεις από 1.2V και ρεύµατα έως 100A µε εξαιρετικά υψηλό βαθµό απόδοσης, έτσι ώστε να µην απαιτείται η χρήση απαγωγέα θερµότητας 1 13

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ ΚΕΦ. 1 Οι απώλειες ισχύος στις βάνες αποφεύγονται ρυθµίζοντας την ταχύτητα του κινητήρα µέσω ενός µετατροπέα ισχύος. Έτσι, η ρύθµιση της παροχής επιτυγχάνεται µε τον έλεγχο της ταχύτητας περιστροφής του κινητήρα, χωρίς τη χρήση βανών. 1 14