Jõuelektroonika

Jõuelektroonika on elektroonikaharu, mis tegeleb elektrienergia muundamise ja juhtimisega elektrooniliste muundurite abil. Jõuelektroonika definitsioon ei ole seotud võimsusega. Jõuelektroonika muundureid ehitatakse nii milli- kui megavatiste koormuste juhtimiseks. Jõuelektroonika kasutab elektrienergia muundamiseks selliseid elektroonikakomponente nagu jõutransistorid, dioodid, türistorid jms.

Jõuelektroonika abil saab muuta pingete ja voolude kuju, tugevust ning sagedust . Muundurid jagunevad funktsiooni järgi alalispingemuunduriteks, vahelduvpingemuunduriteks, alalditeks ja vahelditeks.

Jõupooljuhtkomponendid töötavad muundurites valdavalt lülitina, mistõttu neid nimetatakse sageli ka jõupooljuhtlülititeks. Jõupooljuhtlüliteid juhitakse kasutades mikrokontrollereid, signaaliprotsessoreid, loogikalülitusi, nt FPGA, või rakendusspetsiifilisi kiipe ASIC. Elektriajamites võimaldab jõuelektroonika juhtida elektrimasinate tööd paindlikult ja suure kasuteguriga. Seetõttu kasutatakse jõupooljuhtmuundureid masinaajamites ja elektertranspordivahendites, sh elektersõidukites.

Peamised jõuelektroonika komponendid on järgmised:

• mittetäielikult juhitav türistor;
• paisu kaudu suletav türistor (GTO-türistor), kasutusel näiteks toiteplokkides;
• integreeritud paisuga suletav türistor (IGCT), suure võimsusega muundusseadmetes;
• sümmeetriline dioodtüristor ehk diiak, peamiselt türistori tüürahelas;
• sümmeetriline trioodtüristor ehk triiak, hämardites, pooljuhtreleedes;
• suure võimsusega isoleeritud paisuga väljatransistor (jõu-MOSFET), alalispingemuundurites;
• jõu-bipolaartransistor, alalispingemuundurites;
• isoleeritud paisuga bipolaartransistor (IGBT), pinge ja sageduse muundurites;
• alaldusdiood, kaitsediood;
• superkondensaator.

• 
  Türistoride erinevad kestad
• 
  Avatud kestaga IGBT-moodul
• 
  3x125A dioodsild
• 
  Pingestabilisaator

Jõupooljuhtseadiseid kasutatakse lülitirežiimis: takistus seadise väljundkontaktide vahel on kas nullilähedane (seadis voolule avatud) või võimalikult suur (seadis voolule suletud). Lülitamise juhitavuse (tüürimisvõimaluste) järgi liigitatakse jõupooljuhtseadiseid järgmiselt.

• Mittejuhitaval jõupooljuhtseadisel – dioodil , diiakil – puudub tüürelektrood ja teda läbivat voolu saab muuta ainult lülituse parameetrite (pinge polaarsus ja suurus ning ahela takistus) muutmise teel.
• Pooleldi (mittetäielikult) juhitavat jõupooljuhtseadist – türistori – saab tüürelektroodi abil ainult sisse lülitada. Pärast tüürpinge eemaldamist jääb türistor päripingel voolu juhtivaks.
• Juhitav jõupooljuhtseadis juhib voolu ainult siis, kui tüürelektroodile on rakendatud vool (bipolaartransistor) või pinge (väljatransistor). Juhitavate jõuseadiste hulka kuuluvad ka tüürelektroodi kaudu suletavad (väljalülitatavad) IGCT ja GTO-türistorid.

Jõuelektroonikat kasutatakse:

• muutuva kiirusega pöörlevate sünkroonmasinate, näiteks tuulegeneraatorite elektrivõrguga sidumiseks (pinge ja sageduse muutmiseks elektrivõrgu pingele sobivaks);
• päikesepatareide sidumiseks elektrivõrguga;
• elektrivõrkudevahelistes kõrgepingelistes alalisvooluühendustes (HVDC);
• juhitavates vahelduvvooluülekandesüsteemides (FACTS);
• võimsusteguri korrigeerimisseadmetes (PFC);
• reaktiivvõimsuse kompensaatorite juhtimiseks;
• staatilistes (ilma pöörlevate osadeta) sünkroonkompensaatorites (STATCOM);
• elektertranspordisüsteemide (trammide, elektrirongide ja trollibusside toitevõrgu) veoalajaamades;
• elektriautode akulaadimisjaamades;
• trammide, trollibusside, elektrirongide, elektri- ja hübriidautode ning muude elektersõidukite veoajamites;
• reservtoiteseadmetes ja katkematu toite seadmes e puhvertoiteallikas (UPS);
• olmeseadmetes (pesumasinad, käsitööriistad, liftid jms);
• valgustehnikas (elektervalgustuse hämardamine, lülitamine jms);
• tööstusseadmete sagedusmuundurites elektriajamite kiiruse reguleerimiseks;
• pumbajaamades ehk pumplates veepumpade kiiruse reguleerimiseks;
• elektriajamite sujuvkäivitites;
• akulaadijates ja toiteplokkides.

• 
  Päikesepatarei muundur hoone elektripaigaldises
• 
  Kõrgepingelise alalisvooluühenduse (HVDC) türistorventiilide torn kõrgusega 16,8m Baltic Cable AB muundusalajaamas Rootsis
• 
  Reaktiivvõimsuse kompensaator, 75 kvar
• 
  Väikese võimsusega sagedusmuundur asünkroonmootoritele
• 
  Akulaadija
• 
  Personaalarvuti toiteplokk
• 
  Mootori pöörlemiskiiruse regulaator
• 
  Valgustusregulaator

• IEEE PELS

• Sagedusmuunduri tasuvusajast