Қуат электроникасы технологиясы

Кіріспе

Қуат электроникасы – электр қуатын басқару және түрлендіру үшін электрониканы қолдану. Алғашқы жоғары қуатты электрондық құрылғылар сынап аркалы клапандарды пайдалана отырып жасалды. Қазіргі заманғы жүйелерде түрлендіру диодтар, тиристорлар және қуатты MOSFET және IGBT сияқты жартылай өткізгіштік коммутациялық құрылғылармен орындалады. Сигналдар мен деректерді беру және өңдеумен айналысатын электрондық жүйелерден айырмашылығы, қуат электроникасында электр энергиясының көп мөлшері өңделеді. AC/DC түрлендіргіші (түзгіш) – көптеген тұтынушы электронды құрылғыларында кездесетін ең көп таралған қуаттық электроника құрылғысы, мысалы, телевизорлар, дербес компьютерлер, батарея зарядтағыштар және т.б. Қуат диапазоны әдетте ондаған ватттан бірнеше жүз ваттқа дейін. Өнеркәсіпте жиі қолданылатын құрылғы – индукциялық қозғалтқышты басқару үшін қолданылатын өзгермелі жылдамдықты жетек (VSD). VSD-нің қуат диапазоны бірнеше жүз ватттан басталып, ондаған мегаваттқа дейін жетеді. Қуатты түрлендіру жүйелерін кіріс және шығыс қуатының түріне қарай жіктеуге болады:
Кезелті токтан тұрақты токқа (түзгіш)
Тұрақты токтан кезелті токқа (инвертор)
Тұрақты токтан тұрақты токқа (DC-DC түрлендіргіші)
Кезелті токтан кезелті токқа (AC-AC түрлендіргіші)

Тарих

Қуат электроникасы ртуть доғасы түзетушісінің дамуымен басталды. Питер Купер Хьюитт 1902 жылы ойлап тапқан, ол айнымалы ток (AC) тікелей токқа (DC) түрлендіру үшін пайдаланылды. 1920 жылдардан бастап тиратрондар мен тормен басқарылатын сынап аркасы клапандарын электр қуатын беруде қолдану бойынша зерттеулер жалғасты. Уно Ламм жоғары кернеулі тұрақты токпен электр беруге жарамды электрлік клапанды жасады. 1933 жылы селендік түзетушілер ойлап табылды. Джулиус Эдгар Лилиенфельд 1926 жылы өріс эффектілі транзистор тұжырымдамасын ұсынды, бірақ сол кезде жұмыс істейтін құрылғыны жасау мүмкін болмады. 1947 жылы биполярлы нүктелік контактілі транзисторды Уолтер Х. Браттейн мен Джон Бардин Bell Labs-те Уильям Шоклидің басшылығымен ойлап тапты. 1948 жылы Шоклидің биполярлы қосылысты транзисторды (BJT) ойлап табуы транзисторлардың тұрақтылығы мен өнімділігін жақсартты және құнын төмендетті. 1950 жылдары жоғары қуатты жартылай өткізгіш диодтар пайда болды және вакуумдық түтіктерді алмастыра бастады. 1956 жылы General Electric компаниясы кремнийлік басқарылатын түзетушіні (SCR) енгізді, бұл қуат электроникасы қолданылу аясын едәуір кеңейтті. 1960 жылдары биполярлы қосылысты транзисторлардың айналу жылдамдығының жақсаруы жоғары жиілікті DC/DC түрлендіргіштеріне мүмкіндік берді. Р. Д. Миддлбрук қуат электроникасына маңызды үлес қосты. 1970 жылы ол Caltech-те Қуат электроникасы тобын құрды. Ол қазіргі заманғы қуат электроникасын жобалау үшін маңызды күй әдебиетін орташалау әдісін және басқа да құралдарды жасады.

Қуаттылық MOSFET

Қуат электроникасындағы маңызды жаңалық 1959 жылы Мохамед Атала мен Давон Кангтың Белл Лабораториясында MOSFET (металл-оксид-жартылайөткізгіш өрістік эффектті транзистор) ойлап табуымен болды. MOSFET транзисторларының келесі буындары қуатты жобалаушыларға биполярлы транзисторлармен мүмкін болмаған деңгейдегі өнімділікке және тығыздыққа қол жеткізуге мүмкіндік берді. MOSFET технологиясының жақсаруы (алғашқыда интегралды схемаларды өндіру үшін қолданылған) нәтижесінде, қуатты MOSFET 1970-ші жылдары қолжетімді болды. 1969 жылы Hitachi компаниясы алғашқы тік қуатты MOSFET-ті ұсынды, ол кейін VMOS (V-ойыс MOSFET) деп аталды. 1974 жылдан бастап Yamaha, JVC, Pioneer Corporation, Sony және Toshiba компаниялары қуатты MOSFET-терді қолданатын аудио күшейткіштерді шығара бастады. 1978 жылы International Rectifier компаниясы 25 А, 400 В қуатты MOSFET-ті таныстырды. Бұл құрылғы биполярлы транзисторларға қарағанда жоғары жиілікте жұмыс істеуге мүмкіндік береді, бірақ төмен кернеуде қолданумен шектеледі. Қуатты MOSFET кіші шлюздік қуаты, жылдам қосқыштық жылдамдығы, оңай параллель қосылу мүмкіндігі, кең жолақтылығы, сенімділігі, басқарудың қарапайымдығы, оңай реттелуі, қолдану және жөндеудің қарапайымдығы сияқты артықшылықтарының арқасында әлемдегі ең көп таралған қуат құрылғысы болып табылады. 1982 жылы оқшауланған қақпалы биполярлы транзистор (IGBT) енгізілді. Ол 1990-шы жылдары кеңінен қолданыла бастады. Бұл компонент биполярлы транзистордың қуатты басқару қабілетіне және қуатты MOSFET-тің оқшауланған қақпасының артықшылықтарына ие.

Құралдар

Қуат электроникасы жүйесінің мүмкіндіктері мен экономикасы қолданыстағы активті құрылғылармен анықталады. Олардың сипаттамалары мен шектеулері қуат электроникасы жүйелерін жобалаудағы маңызды элемент болып табылады. Бұрын электр электроникасында сынап аркалық клапан, жоғары вакуумдық және газға толы диодты термоэлектрондық түзетушілер, тиратрон және игнитрон сияқты қосылатын құрылғылар кеңінен қолданылған. Қатты күйдегі құрылғылардың кернеу және ток жүктемесіне қабілеті жақсарған сайын, вакуумдық құрылғылар дерлік толығымен қатты күйдегі құрылғылармен алмастырылды. Қуат электронды құрылғыларды қосқыштар немесе күшейткіштер ретінде пайдалануға болады. Идеалды қосқыш ашық немесе жабық болады және қуатты таратпайды; ол қолданылатын кернеуге төтеп береді және ток өткізбейді немесе кернеудің төмендеуі жоқ токтың кез келген мөлшерін өткізеді. Қосқыштар ретінде қолданылатын жартылай өткізгіш құрылғылар осы идеалды қасиетке жақын болуы мүмкін, сондықтан көптеген қуат электронды қолданбалар қосқышты қосу және өшіру құрылғыларына сүйенеді, бұл жүйелерді өте тиімді етеді, себебі қосқышта өте аз қуат ысырапқа кетеді. Керісінше, күшейткіш жағдайында құрылғы арқылы өтетін ток басқарылатын кіріске сәйкес үздіксіз өзгереді. Құрылғының терминалдарындағы кернеу мен ток жүктеме сызығын ұстанады, ал құрылғы ішіндегі қуаттың кемуі жүктемеге жеткізілетін қуатпен салыстырғанда үлкен. Құрылғыларды пайдаланудың бірнеше атрибуттары бар. Диодтар сияқты құрылғылар алға бағытталған кернеуді қолданғанда өткізеді және өткізудің басталуын сыртқы басқарусыз жүзеге асырады. Кремниймен басқарылатын түзеткіштер мен тиристорлар (сондай-ақ сынап клапаны мен тиратроны) өткізудің басталуын басқаруға мүмкіндік береді, бірақ оларды өшіру үшін ток ағынының мерзімдік кері бұрылуына сенеді. Gate-тің көмегімен тиристорды өшіруге болатын, BJT және MOSFET транзисторлары толық қосқыштық басқаруды қамтамасыз етеді және олар арқылы өтетін ток ағынына қарамастан қосылуы немесе өшірілуі мүмкін. Транзисторлық құрылғылар пропорционалды күшейтуге мүмкіндік береді, бірақ бұл бірнеше жүз ваттан астам қуатты жүйелер үшін сирек қолданылады. Құрылғының басқару кірісінің сипаттамалары да жобалауға маңызды әсер етеді; кейде басқару кірісі жерге қатысты өте жоғары кернеуде болады және оқшауланған көзден қуат алады. Қуат электронды түрлендіргіште тиімділік маңызды болғандықтан, қуат электронды құрылғыдан туындайтын шығындар мүмкіндігінше төмен болуы керек. Құрылғылардың ауысу жылдамдығы әртүрлі болады. Кейбір диодтар мен тиристорлар салыстырмалы түрде баяу жылдамдыққа жарамды және қуат жиілігін ауыстыру және басқару үшін пайдалы; кейбір тиристорлар бірнеше килогерцте пайдалы. MOSFET және BJT сияқты құрылғылар қуатты қосымшаларда ондаған килогерцтен бірнеше мегагерцке дейін ауыса алады, бірақ қуат деңгейі төмендеген сайын. Вакуумдық құбыр құрылғылары өте жоғары жиілікті (жүздеген немесе мыңдаған мегагерц) жоғары қуатты (жүздеген киловатт) қосымшаларда басым. Жылдам ауысатын құрылғылар қосылудан өшіруге және кері ауысуда жоғалған энергияны азайтады, бірақ сәулеленген электромагниттік кедергілерге байланысты проблемалар тудыруы мүмкін. Gate драйвері (немесе эквиваленті) тізбектері құрылғымен мүмкін болатын толық ауысу жылдамдығына жету үшін жеткілікті драйверлік токты беруге арналған болуы тиіс. Жедел ауысу үшін жеткілікті қуаты жоқ құрылғы артық қызудан зардап шегуі мүмкін. Практикалық құрылғылардың кернеуінің нөлдік емес төмендеуі бар және олар қосылған кезде қуатты таратады, ал "қосылған" немесе "өшірілген" күйге жеткенше белсенді аймақтан өту үшін біраз уақыт қажет. Бұл шығындар түрлендіргіштегі жоғалған қуаттың маңызды бөлігін құрайды. Құрылғылардың қуатты басқаруы және таратуы да жобалауда маңызды фактор болып табылады. Қуат электронды құрылғылар ондаған немесе жүздеген ватт қалдық жылуды таратуы керек, тіпті өткізгіш және өткізбейтін күйлер арасында мүмкіндігінше тиімді ауысуы керек. Қосқыш режимінде басқарылатын қуат қосқышта таратылатын қуаттан әлдеқайда үлкен. Жетекші күйдегі алға бағытталған кернеудің төмендеуі ыстыққа айналады, оны тарату керек. Жоғары қуатты жартылай өткізгіштерге олардың түйісу температурасын басқару үшін арнайы жылу тоңдырғыштары немесе белсенді салқындату жүйелері қажет; кремний карбиді сияқты экзотикалық жартылай өткізгіштер осы тұрғыдан қарағанда таза кремнийге артықшылықтары бар, ал германий, бір кезде қатты күйдегі электрониканың негізгі құралы болған, қазір оның нашар жоғары температуралық қасиеттеріне байланысты сирек қолданылады. Жартылай өткізгіш құрылғылар бір құрылғыда бірнеше киловольтқа дейін номиналмен қол жетімді. Өте жоғары кернеуді басқару қажет болған жағдайда, бірнеше құрылғылар тізбекке қосылуы керек, барлық құрылғыларға кернеуді теңестіру үшін желілер қолданылады. Тағы да, ауысу жылдамдығы маңызды фактор болып табылады, өйткені ең баяу ауысатын құрылғы жалпы кернеудің үлесіне қарамастан, одан да көп бөлігін көтеруі керек. Снап аркалық клапандар бір кезде 100 кВ дейін номиналмен қол жетімді болды, бұл оларды HVDC жүйелерінде қолдануды жеңілдетті. Жартылай өткізгіш құрылғының ток номиналы құрылғылардың ішінде туындайтын жылумен және қосылыс сымдарының кедергісінде дамитын жылумен шектеледі. Жартылай өткізгіш құрылғылар олардың ішкі түйісулерінде (немесе арналарында) ток тең бөлінетіндей етіп жобалануы керек; "қызған орын" пайда болған кезде, бұзу эффектілері құрылғыны жылдам жоюы мүмкін. Кейбір SCR құрылғылары бір құрылғыда 3000 амперге дейін ток номиналымен қол жетімді.

The capabilities and economy of power electronics system are determined by the active devices that are available. Their characteristics and limitations are a key element in the design of power electronics systems. Formerly, the mercury arc valve, the high vacuum and gas filled diode thermionic rectifiers, and triggered devices such as the thyratron and ignitron were widely used in power electronics. As the ratings of solid state devices improved in both voltage and current handling capacity, vacuum devices have been nearly entirely replaced by solid state devices. Power electronic devices may be used as switches, or as amplifiers. An ideal switch is either open or closed and so dissipates no power; it withstands an applied voltage and passes no current or passes any amount of current with no voltage drop. Semiconductor devices used as switches can approximate this ideal property and so most power electronic applications rely on switching devices on and off, which makes systems very efficient as very little power is wasted in the switch. By contrast, in the case of the amplifier, the current through the device varies continuously according to a controlled input. The voltage and current at the device terminals follow a load line, and the power dissipation inside the device is large compared with the power delivered to the load. Several attributes dictate how devices are used. Devices such as diodes conduct when a forward voltage is applied and have no external control of the start of conduction. Power devices such as silicon controlled rectifiers and thyristors (as well as the mercury valve and thyratron) allow control of the start of conduction but rely on periodic reversal of current flow to turn them off. Devices such as gate turn off thyristors, BJT and MOSFET transistors provide full switching control and can be turned on or off without regard to the current flow through them. Transistor devices also allow proportional amplification, but this is rarely used for systems rated more than a few hundred watts. The control input characteristics of a device also significantly affect design; sometimes, the control input is at a very high voltage with respect to ground and must be driven by an isolated source. As efficiency is at a premium in a power electronic converter, the losses generated by a power electronic device should be as low as possible. Devices vary in switching speed. Some diodes and thyristors are suited for relatively slow speed and are useful for power frequency switching and control; certain thyristors are useful at a few kilohertz. Devices such as MOSFETS and BJTs can switch at tens of kilohertz up to a few megahertz in power applications, but with decreasing power levels. Vacuum tube devices dominate high power (hundreds of kilowatts) at very high frequency (hundreds or thousands of megahertz) applications. Faster switching devices minimize energy lost in the transitions from on to off and back but may create problems with radiated electromagnetic interference. Gate drive (or equivalent) circuits must be designed to supply sufficient drive current to achieve the full switching speed possible with a device. A device without sufficient drive to switch rapidly may be destroyed by excess heating. Practical devices have a non zero voltage drop and dissipate power when on, and take some time to pass through an active region until they reach the "on" or "off" state. These losses are a significant part of the total lost power in a converter. Power handling and dissipation of devices is also critical factor in design. Power electronic devices may have to dissipate tens or hundreds of watts of waste heat, even switching as efficiently as possible between conducting and non conducting states. In the switching mode, the power controlled is much larger than the power dissipated in the switch. The forward voltage drop in the conducting state translates into heat that must be dissipated. High power semiconductors require specialized heat sinks or active cooling systems to manage their junction temperature; exotic semiconductors such as silicon carbide have an advantage over straight silicon in this respect, and germanium, once the main stay of solid state electronics is now little used due to its unfavorable high temperature properties. Semiconductor devices exist with ratings up to a few kilovolts in a single device. Where very high voltage must be controlled, multiple devices must be used in series, with networks to equalize voltage across all devices. Again, switching speed is a critical factor since the slowest switching device will have to withstand a disproportionate share of the overall voltage. Mercury valves were once available with ratings to 100 kV in a single unit, simplifying their application in HVDC systems. The current rating of a semiconductor device is limited by the heat generated within the dies and the heat developed in the resistance of the interconnecting leads. Semiconductor devices must be designed so that current is evenly distributed within the device across its internal junctions (or channels); once a "hot spot" develops, breakdown effects can rapidly destroy the device. Certain SCRs are available with current ratings to 3000 amperes in a single unit.

Қолданбалар

Қуатты электрониканың қолданылу саласы AC адаптеріндегі коммутациялық қуат көзінен бастап, аккумулятор зарядтағыштардан, аудио күшейткіштерден, люминесценттік шамдардың балласттарынан, сорғыларды, желдеткіштерді және өндірістік жабдықтарды іске қосуға арналған өзгермелі жиілікті жетектер мен DC электрмотор жетектеріне дейін, тіпті гигаватт өлшемдегі жоғары кернеулі тұрақты ток электр энергиясын беру жүйелеріне дейін электр желілерін байланыстыру үшін қолданылады. Қуатты электрондық жүйелерге дерлік барлық электрондық құрылымдарда кездесесіз. Мысалы: DC/DC түрлендіргіштері көптеген мобильді құрылғыларда (ұялы телефондар, PDA және т.б.) аккумулятордың кернеу деңгейіне қарамастан кернеуді тұрақты деңдей ұстап тұру үшін қолданылады. Бұл түрлендіргіштер электрондық оқшаулау және қуат коэффициентін түзету үшін де пайдаланылады. Қуаттылықты арттырушы (power optimizer) – күн фотоэлектрлік немесе жел турбиналары жүйелерінен энергияны барынша жинауға арналған DC/DC түрлендіргішінің бір түрі. AC/DC түрлендіргіштері (түзеткіштер) электрондық құрылғыны электр желісіне қосылған кезде (компьютер, теледидар және т.б.) қолданылады. Олар AC тогын DC токқа ауыстыруға ғана емес, сонымен қатар жұмыс істеу процесінің бір бөлігі ретінде кернеу деңгейін де өзгерте алады. AC/AC түрлендіргіштері кернеу деңгейін немесе жиілікті өзгерту үшін қолданылады (халықаралық қуат адаптерлері, жарық диммерлері). Электр тарату желілерінде 50 Гц және 60 Гц жиілікті электр желілері арасында қуат алмасу үшін AC/AC түрлендіргіштерін пайдалануға болады. DC/AC түрлендіргіштері (инверторлар) көбінесе UPS немесе жаңартылатын энергия жүйелерінде немесе авариялық жарықтандыру жүйелерінде қолданылады. Желілік қуат DC аккумуляторын зарядтайды. Желіде ақаулық туындаса, инвертор DC аккумуляторынан желілік кернеуде AC электр қуатын өндіреді. Күн инверторлары, кішкентай тізбекті және үлкен орталық инверторлар, сондай-ақ күн микроинверторлары фотоэлектрлік жүйеде PV жүйесінің құрамдас бөлігі ретінде қолданылады. Мотор жетектері сорғыларда, үрлегіштерде және тоқыма, қағаз, цемент және басқа да осындай кәсіпорындардағы дискілерде қолданылады. Жетектер қуатты түрлендіру және қозғалысты басқару үшін пайдаланылуы мүмкін. AC электрмоторлары үшін қолданылатындарға өзгермелі жиілікті жетектер, электрмотордың жұмсақ іске қосылғыштары және қоздыру жүйелері жатады. Гибридті электрлік көліктерде (HEV) қуатты электроника екі форматта қолданылады: сериялық гибрид және параллельді гибрид. Сериялық гибрид пен параллельді гибридтің арасындағы айырмашылық электрмотордың ішкі жану қозғалтқышымен (ICE) байланысында. Электр көліктерінде қолданылатын құрылғылар негізінен аккумуляторларды зарядтау үшін DC/DC түрлендіргіштерінен және қозғалыс моторын қуаттандыру үшін DC/AC түрлендіргіштерінен тұрады. Электр пойыздары қуат алу үшін, сондай-ақ импульстік ендік модуляциясы (PWM) түзеткіштерін пайдалана отырып, векторлық басқару үшін қуатты электрондық құрылғыларды пайдаланады. Пойыздар қуатты электр желілерінен алады. Қуатты электрониканың тағы бір жаңа қолданылуы – лифт жүйелерінде. Бұл жүйелер тиристорларды, инверторларды, тұрақты магнитті электрмоторларды немесе PWM жүйелері мен стандартты электрмоторларды біріктіретін әртүрлі гибридтік жүйелерді пайдалана алады.

Applications of power electronics range in size from a switched mode power supply in an AC adapter, battery chargers, audio amplifiers, fluorescent lamp ballasts, through variable frequency drives and DC motor drives used to operate pumps, fans, and manufacturing machinery, up to gigawatt scale high voltage direct current power transmission systems used to interconnect electrical grids. Power electronic systems are found in virtually every electronic device. For example:
DC/DC converters are used in most mobile devices (mobile phones, PDA etc.) to maintain the voltage at a fixed value whatever the voltage level of the battery is. These converters are also used for electronic isolation and power factor correction. A power optimizer is a type of DC/DC converter developed to maximize the energy harvest from solar photovoltaic or wind turbine systems. AC/DC converters (rectifiers) are used every time an electronic device is connected to the mains (computer, television etc.). These may simply change AC to DC or can also change the voltage level as part of their operation. AC/AC converters are used to change either the voltage level or the frequency (international power adapters, light dimmer). In power distribution networks, AC/AC converters may be used to exchange power between utility frequency 50 Hz and 60 Hz power grids. DC/AC converters (inverters) are used primarily in UPS or renewable energy systems or emergency lighting systems. Mains power charges the DC battery. If the mains fails, an inverter produces AC electricity at mains voltage from the DC battery. Solar inverter, both smaller string and larger central inverters, as well as solar micro inverter are used in photovoltaics as a component of a PV system. Motor drives are found in pumps, blowers, and mill drives for textile, paper, cement and other such facilities. Drives may be used for power conversion and for motion control. For AC motors, applications include variable frequency drives, motor soft starters and excitation systems. In hybrid electric vehicles (HEVs), power electronics are used in two formats: series hybrid and parallel hybrid. The difference between a series hybrid and a parallel hybrid is the relationship of the electric motor to the internal combustion engine (ICE). Devices used in electric vehicles consist mostly of dc/dc converters for battery charging and dc/ac converters to power the propulsion motor. Electric trains use power electronic devices to obtain power, as well as for vector control using pulse width modulation (PWM) rectifiers. The trains obtain their power from power lines. Another new usage for power electronics is in elevator systems. These systems may use thyristors, inverters, permanent magnet motors, or various hybrid systems that incorporate PWM systems and standard motors.

Инверторлар

Жалпы алғанда, инверторлар электр энергиясын тікелей тұрақты токтан (DC) айнымалы токқа (AC) немесе жанама түрде айнымалы токтан айнымалы токқа түрлендіруді қажет ететін қолданыстарда пайдаланылады. DC-ден AC-ге түрлендіру қуатты кондициялау, гармоникалық компенсация, электродвигательдерді басқару, жаңару энергия көздерін желіге қосу және ғарыш аппараттарының күн энергиясы жүйелері сияқты көптеген салаларда қолданыс табады. Электр жүйелерінде желілік токтардағы гармоникалық құрамды жою жиі қажет болады. Осы компенсацияны қамтамасыз ету үшін VSI-лерді белсенді қуат сүзгілері ретінде қолдануға болады. Өлшенген желілік ток пен кернеу негізінде басқару жүйесі әрбір фаза үшін анықтамалық ток сигналдарын анықтайды. Бұл сигналдар сыртқы контур арқылы кері байланысқа жіберіліп, нақты ток сигналдарынан алынып, инверторға ішкі контур үшін ток сигналдарын жасауға бағытталады. Бұл сигналдар инвертордың гармоникалық құрамды өтемалдайтын шығыс тоқтарын тудырады. Бұл конфигурацияда қосымша қуат тұтынылмайды, себебі ол толығымен желіден қуат алады; DC байланысы – басқару жүйесі тұрақты кернеуді сақтайтын конденсатор ғана. Индукциялық генераторларды пайдаланатын жел және су электр стансаларында өндірілген электр қуатының жиілігінде ауытқулар туындауы мүмкін. Бұл жүйелерде электр электрондық құрылғылар пайдаланылып, өндірілген айнымалы ток кернеуі жоғары кернеулі тұрақты токқа (HVDC) түрлендіріледі. HVDC қуатын қолданыстағы электр желісімен үйлесімді үш фазалы қуатқа оңай түрлендіруге болады. Осы құрылғылар арқылы осы жүйелерден берілетін қуат тазаланып, қуат коэффициенті жоғарылайды. Жел электр стансаларының оңтайлы айналу моменті беріліс қорабы немесе электр электрондық құрылғының мөлшерін азайтатын тікелей жетек технологиясы арқылы қамтамасыз етіледі. Электр қуатын фотоэлектрлік элементтер арқылы қуат электрондық құрылғыларды пайдалану арқылы өндіруге болады. Өндірілген қуат әдетте күн инверторлары арқылы түрлендіріледі. Инверторлар үш түрге бөлінеді: орталық, модульге ендірілген және тізбекті. Орталық түрлендіргіштер жүйенің DC жағында параллель немесе тізбекті түрде қосылуы мүмкін. Фотоэлектрлік "фермаларда" бүкіл жүйе үшін бір орталық түрлендіргіш қолданылады. Модульге ендірілген түрлендіргіштер DC немесе AC жағында тізбекті түрде қосылады. Фотоэлектрлік жүйеде әдетте бірнеше модуль қолданылады, себебі жүйеге DC және AC терминалдарында осы түрлендіргіштер қажет. Тізбекті түрлендіргіш әртүрлі бағытта орналасқан фотоэлектрлік элементтерді пайдаланатын жүйеде қолданылады. Ол фотоэлектрлік жасушалардың өзара әрекеттесетін әрбір тізбегінен немесе желісінен алынған қуатты түрлендіруге қолданылады. Басқа бір тәсіл бойынша, 16 батыс коммуналдық мекемеден тұратын "Батыс электр өнеркәсібінің көшбасшылары" тобы "ақылды инверторларды" міндетті түрде пайдалануға шақырды. Бұл құрылғылар тұрақты токты үй шаруашылығына арналған айнымалы токқа түрлендіреді және қуат сапасын жақсартуға көмектеседі. Мұндай құрылғылар коммуналдық жабдықтарды жаңарту қажеттілігін жойып, жалпы құнын айтарлықтай төмендетуі мүмкін.

In general, inverters are utilized in applications requiring direct conversion of electrical energy from DC to AC or indirect conversion from AC to AC. DC to AC conversion is useful for many fields, including power conditioning, harmonic compensation, motor drives, renewable energy grid integration, and spacecraft solar power systems. In power systems it is often desired to eliminate harmonic content found in line currents. VSIs can be used as active power filters to provide this compensation. Based on measured line currents and voltages, a control system determines reference current signals for each phase. This is fed back through an outer loop and subtracted from actual current signals to create current signals for an inner loop to the inverter. These signals then cause the inverter to generate output currents that compensate for the harmonic content. This configuration requires no real power consumption, as it is fully fed by the line; the DC link is simply a capacitor that is kept at a constant voltage by the control system. Electric power generated by wind turbines and hydroelectric turbines by using induction generators can cause variances in the frequency at which power is generated. Power electronic devices are utilized in these systems to convert the generated ac voltages into high voltage direct current (HVDC). The HVDC power can be more easily converted into three phase power that is coherent with the power associated to the existing power grid. Through these devices, the power delivered by these systems is cleaner and has a higher associated power factor. Wind power systems optimum torque is obtained either through a gearbox or direct drive technologies that can reduce the size of the power electronics device. Electric power can be generated through photovoltaic cells by using power electronic devices. The produced power is usually then transformed by solar inverters. Inverters are divided into three different types: central, module integrated, and string. Central converters can be connected either in parallel or in series on the DC side of the system. For photovoltaic "farms", a single central converter is used for the entire system. Module integrated converters are connected in series on either the DC or AC side. Normally several modules are used within a photovoltaic system, since the system requires these converters on both DC and AC terminals. A string converter is used in a system that utilizes photovoltaic cells that are facing different directions. It is used to convert the power generated to each string, or line, in which the photovoltaic cells are interacting. In another approach, a group of 16 western utilities called the Western Electric Industry Leaders called for the mandatory use of "smart inverters." These devices convert DC to household AC and can also help with power quality. Such devices could eliminate the need for expensive utility equipment upgrades at a much lower total cost.