التطور الكبير الذي حدث في الصناعة عموماً وصناعة إنتاج الطاقة الكهربائية على وجه الخصوص أدى إلى الحاجة إلى التحكم في قيم عالية للجهد والتيار عن طريق النبائط الذكية والتي في العادة تتعامل مع قيم منخفضة للجهد والتيار مما أحدث حاجة ماسة لعلم إلكترونيات القدرة.
علم إلكترونيات القدرة: هو العلم الذي يستخدم الإلكترونيات للتحكم في القدرة الكهربائية، تمثل الإلكترونيات الدقيقة العقل المدبر؛ بسبب التطور الكبير في المتحكمات الدقيقة microprocessor، بينما تمثل أشباه موصلات القدرة power semiconductors العضلات؛ بسبب قدرتها على التعامل مع قيم عالية للتيار والجهد.
إلكترونيات القدرة تربط بين التحكم والإلكترونيات والقدرة، التحكم يتعامل مع الحالة المستقرة والخصائص الديناميكية للنظام، و القدرة تتمثل في التعامل مع جهاز القدرة في حالته الساكنة والمتحركة لتوليد ونقل وتوزيع الطاقة الكهربائية، أما الإلكترونيات فتستخدم نبائط ودوائر الحالة الصلبة لمعالجة الإشارة وتحقيق أهداف التحكم.
الفكرة الأساسية في إلكترونيات القدرة هي المبادلات switching، فنبائط إلكترونيات القدرة سريعة الفتح والقفل وتتحمل قدرة كهربائية عالية.
تصنع نبائط إلكترونيات القدرة من السيليكون، ويمكن تقسيمها إلى ثلاثة أقسام كبيرة وهي: الثنائيات (diodes)، الترانزستورات، الثايرستورات (thyristors)، تتحكم الثنائيات في مرور التيار في اتجاه واحد، بينما يتحكم الجهد في أحد أطراف الثايرستر والترانزستور في كمية التيار المار بين الطرفين الآخرين.
من الدوائر الشائعة في مجال إلكترونيات القدرة دوائر المقومات rectifiers والمحولات من التيار المستمر إلى التيار المتردد وبالعكس، وهناك أيضاً دوائر التحويل (ac to ac) للتحكم في الجهد ودوائر التحويل (dc to dc) بالإضافة إلى المبادلات الثابتة.
ساهم التطور في مجال إلكترونيات القدرة في الزيادة في استخدام الطاقة المتجددة، فقد ساعد في توليد الطاقة من المصادر المتجددة بكفاءة أكبر فمثلاً في مجال طاقة الرياح تستخدم محولات إلكترونيات القدرة في التحكم في سرعة دوران المولد وموائمتها مع سرعة الرياح لتوليد أقصى طاقة ممكنة من التوربين، أما في الطاقة الشمسية فتدخل إلكترونيات القدرة في أجهزة تتبع القدرة القصوى MPPT وفي العواكس inverters، و في مجال موائمة الطاقة المتجددة مع شبكة الكهرباء تستخدم إلكترونيات القدرة للتقليل من أثر التغير السريع لمصادر الطاقة المتجددة على استقرار الإمداد الكهربائي وبالتالي تساعد في استخدام أكثر للطاقة المتجددة في الشبكة.
وهنالك استخدامات أخرى لإلكترونيات القدرة في مجال توفير الطاقة بواسطة تطبيقات إلكترونيات القدرة، فمثلاً يوفر الضاغط متغير السرعة الذي يستخدم نبائط إلكترونيات القدرة في نظام تكييف الهواء توفيرًا بنسبة 30٪ مقارنةً بنظام التحكم في درجة الحرارة التقليدي.
لاتزال الأبحاث في علم إلكترونيات القدرة في بداياتها وكل يوم تتوسع الاستخدامات لهذه النبائط وتكتشف دوائر أخرى وطرق تحكم أخرى تزيد من إمكانيات وقدرة الآلات الكهربائية في مختلف المجالات لذا فهذا العلم هو أحد البوابات لوظائف المستقبل في مجال الهندسة الكهربائية.
