Det är lätt att kraftelektronik för tankarna till elnät och elsystem med hög spänning. Men kraftelektronik handlar om att omvandla energier för att anpassa till det användningsområde man har.
Kraftelektronik är ett teknikområde som spelar en avgörande roll i dagens elektrifierade samhälle även om det ofta sker bakom kulisserna. Det handlar kortfattat om konsten att styra, omvandla och kontrollera elektrisk energi med hjälp av elektroniska komponenter.
Grunden i kraftelektronik ligger i att kunna omvandla elektrisk energi från en form till en annan på ett effektivt sätt. Det kan till exempel handla om att konvertera växelström (AC) till likström (DC), höja eller sänka spänningsnivåer, eller att reglera strömflödet till en elektrisk motor. För att uppnå detta används en rad olika halvledarkomponenter, såsom dioder, transistorer och tyristorer (exempelvis MOSFET och IGBT). Dessa komponenter fungerar som snabba elektroniska strömbrytare som kan slå på och av strömmen med hög precision, vilket möjliggör avancerad styrning av elektriska system.
Till skillnad från signalbehandlande elektronik, som hanterar information, fokuserar kraftelektronik på att hantera elektrisk energi. Genom att använda komponenter som dioder, transistorer och tyristorer kan elektrisk energi omvandlas från en form till en annan – till exempel från växelström till likström, eller mellan olika spänningsnivåer. En vanlig användning är den enhet som omvandlar 230 V växelström till din laptop som vill ha 20 V likspänning, eller mobilladdaren som ska ha 5 V likspänning.
Kraftelektronikens tillämpningar är många och varierade. Inom industrin används den för att styra motorer och automatisera produktionsprocesser. I hushållsapparater som tvättmaskiner och mikrovågsugnar bidrar kraftelektronik till energieffektiv drift. Inom transportsektorn är den helt avgörande för elbilar, elbussar och tåg, där den används för att reglera batteriladdning, styra drivsystemet och återvinna bromsenergi. Även inom förnybar energi är kraftelektronik central – solpaneler och vindkraftverk kräver avancerad omvandlingsteknik för att kunna leverera stabil och användbar el till elnätet. Kraftelektroniken kan vara i en separat modul, eller finnas integrerat på kretskortet som strömförsörjs. Det är viktigt att ha hög effektivitet och verkningsgrad i omvandlingen, inte bara för att spara energi, utan även för att undvika att förlusterna gör utrustningen för varm.
Utvecklingen inom området går snabbt. Nya material som kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN) håller på att ersätta traditionell kisel i vissa komponenter. Dessa material har bättre elektriska egenskaper som ger lägre förluster, vilket gör det möjligt att bygga mindre, snabbare och mer effektiva system. Det är särskilt viktigt i en tid då hållbara och energieffektiva lösningar ökar när elektrifiering och energieffektivisering står högt på agendan.
Kraftelektronik är med andra ord en nyckelteknik i övergången till ett mer hållbart och elektrifierat samhälle. Den möjliggör smart energihantering, minskar förluster och bidrar till att tekniska system fungerar på ett säkert och effektivt sätt. Trots att tekniken ofta är osynlig för användaren, är dess påverkan på vår vardag både djupgående och avgörande.
