ELEKTRONIKA
SS-I, AiR, III sem. Wykład 30h, Laboratorium 30h (H22/B3)
SS-I, AiR, IV sem. Wykład 30h, Laboratorium 30h ( p.620 )
Wykład (IVsem):
Energoelektronika
dr inż. Jan Deskur, pok. 626,
tel. 665-2735, 8776135 (dom)
www.put.poznan.pl\~deskur
Zakład Sterowania i Elektroniki Przemysłowej
Instutut Automatyki i Inżynierii Informatycznej
Laboratorium (p.620) : Zakład Energoelektroniki i Sterowania,
Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej
michal.krystkowiak@put.poznan.pl
EN- w01
2
Program wykładów
• Wprowadzenie
2
h
• Przegląd półprzewodnikowych przyrządów mocy
2h
• Przekształtniki o komutacji sieciowej
6
h
• Przekształtniki impulsowe
6h
• Przekształtniki rezonansowe
4h
• Wybrane zastosowania układów energoelektronicznych
6
h
• Wybrane zagadnienia projektowe i eksploatacyjne
4h
EN- w01
3
Literatura przedmiotu - książki i skrypty
1. Marian P. Kaźmierkowski, Jerzy T. Matysik WPROWADZENIE DO
ELEKTRONIKI I ENERGOELEKTRONIKI Oficyna Wyd. PW, Warszawa
2005, 432s.
2. Leszek Frąckowiak, Stefan Januszewski ENERGOELEKTRONIKA,
Część I – Półprzewodnikowe przyrządy i moduły
energoelektroniczne,
WPP, Poznań 2001, 166s.
3. Leszek Frąckowiak, ENERGOELEKTRONIKA, cz.2, wyd.5, WPP,
Poznań 2003, 354s.
4. Henryk Tunia, Roman Barlik, TEORIA PRZEKASZTAŁTNIKÓW,
Oficyna Wydawnicza Poltechniki Warszawskiej, Warszawa 2003,
304s.
5. S. Januszewski, A. Pytlak, M. Rosnowska-Nowaczyk, H. Świątek,
ENERGOELEKTRONIKA, WSiP, Warszawa 2004, 296s.
6. Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robins, POWER
ELECTRONICS, Converters, Applications and Design, 3-rd edition,
Wiley, 2003, 802 pp.
EN- w01
4
Pomoce dydaktyczne: komputerowe ćwiczenia interaktywne
EN_08n3_w01
5
Pomoce dydaktyczne: komputerowe ćwiczenia interaktywne
EN_08n3_w01
6
Wirtualne Internetowe Laboratorium Energoelektroniki
EN_08n3_w01
7
Układ (system) energoelektroniczny
Schemat blokowy
Rola przekształtnika w systemie
Powody szybkiego rozwoju energoelektroniki
EN_08n3_w01
8
Zasilacz (mikro-)elektroniczny o działaniu ciągłym
Tranzystor jako sterowany rezystor
Niska sprawność
Duży i ciężki
EN_08n3_w01
9
Zasilacz impulsowy (mikro- lub energoelektroniczny)
Tranzystor jako
sterowany
łącznik
Wysoka
sprawność
Transformator
wysokiej
częstotliwości
EN_08n3_w01
10
Podstawy działania przekształtników impulsowych
Stała
częstotliwość
przełączeń
Sterowanie
wartością średnią
przez zmianę
szerokości
impulsów
(MSI,
PWM
)
Filtr L-C wygładza
tętnienia
EN_08n3_w01
11
Zastosowanie energoelektroniki w napędach
o nastawialnej prędkości
12
Kolejność omawiania zagadnień (Mohan [ ])
Znaczenie omawianych układów energoelektronicznych
Opis układu – w czterech segmentach (krokach):
Opis funkcjonalny urządzeń
Możliwości PPE (półprzewodnikowych przyrządów mocy) i struktur
przekształtników
Rola energoelektroniki w przetwarzaniu energii
Szczegóły budowy i działania przekształtników
EN_08n3_w01
13
Znaczenie energoelektroniki w przetwarzaniu energii
Zwiększa się ilość zastosowań
energoelektroniki
w systemie elektroenergetycznym
Wzrost możliwości PPE
Rozproszone odnawialne
źródła energii
Wzrost przepustowości
istniejących łączy
energetycznych
Skuteczne sterowanie przepływem
mocy
Normy jakości mocy
Future Power System
EN_08n3_w01
Centrum zarządzające
Mikro-turbiny
Szpital
Ogniwa paliwowe
Budynki inteligentne,
o podwyższonym
komforcie
Elektrociepłownie
Zakłady wytwórcze
Budynki przemysłowe
Domy mieszkalne
Elektrownie wiatrowe
Wieś
Strefy handlowe
Elektrownie
Ogniwa słoneczne
Budynki
energooszczędne
Strefy handlowe
14
Podejście do nauczania energoelektroniki
Z góry w dół, w czterech krokach
Funkcja
energoelektroniki
jako
układów
sprzęgających,
wyliczenie zastosowań
Możliwości PPE i wynikające z nich możliwe struktury
przekształtników sprzęgających podsystemy energetyczne
Znaczenie i rola sprzęgów energoelektronicznych w różnych
zastosowaniach
Omówienie szczegółów konstrukcyjnych i charakterystyk różnych
urządzeń
EN_08n3_w01
15
1. Funkcje przekształtnika energoelektronicznego
Pozwala połączyć dwa różne podsystemy elektryczne (np.
ac/dc , ac/ac), np.:
Połączenie dwóch podsystemów prądu zmiennego
Przekształcenie mocy dc/as potrzebne np. do dołączenia baterii
ogniw fotowoltaicznych do sieci prądu przemiennego
EN_08n3_w01
Przekształtnik
Regulator
Źródło
Obciążenie
16
1. Przykłady zastosowań
Rozproszona produkcja energii elektrycznej
Źródła odnawialne (turbiny wiatrowe, ogniwa fotowoltaiczne)
Ogniwa paliwowe i mikroturbiny
Magazynowanie energii: baterie, koła zamachowe, superprzewodzące
magnesy
Odbiorniki energoelektroniczne: regulowane napędy elektryczne
Poprawa jakości i niezawodności dostaw energii
Podwójne zasilanie
Bezprzerwowe zasilanie (UPS)
Dynamiczne odtwarzacze napięcia
Przesył i rozdział energii)
Linie prądu stałego wysokiego (HVDC) i średniego napięcia
Flexible AC Transmission Systems (FACTS):
Kompensacja szeregowa i równoległa, przepływ energii przy
jednostkowym współczynniku mocy
EN_08n3_w01
17
2: Możliwości PPE (półprzewodnikowych przyrządów mocy)
i wynikające z nich struktury przekształtników
PPE i ich możliwości
Polaryzacja napięć blokowanych i kierunek prądu przewodzenia
Prędkości przełączania i moce znamionowe
IGBT
MOSFET
Thyristor
IGCT
10
1
10
2
10
3
10
4
10
2
10
4
10
6
10
8
T
h
y
ristor
IGBT
MOSFET
P
ow
er
(
VA
)
Switching Frequency (Hz)
IGCT
EN_08n3_w01
18
2: Struktury przekształtników energoelektronicznych
Przekształtniki ze sprzężeniem napięciowym
Tranzystory i diody, które mogą
blokować napięcia tylko
w jednym kierunku
Sprzężenie prądowe
Tyrystory mają większą moc
i mogą blokować napięcia
w obu kierunkach
Łączniki bezstykowe
Dwukierunkowe blokowanie napięcia
i dwukierunkowe przewodzenie prądu
AC1
AC2
AC1
AC2
EN_08n3_w01
19
3: Rola energoelektroniki w ważnych zastosowaniach
Energoelektroniczny przekształtnik sprzęgający zależy od
charakterystyk niekonwencjonalnego źródła energii
Isolated
DC-DC
Converter
PWM
Converter
Max. Power-
point Tracker
Utility
1f
Wind Power Generation with
Doubly Fed Induction Motors
AC
DC
DC
AC
Wound rotor
Induction Generator
Generator-side
Converter
Grid-side
Converter
Wind
Turbine
EN_08n3_w01
20
3: Rola energoelektroniki w ważnych zastosowaniach
Power Electronic Loads: Adjustable Speed Drives
Controller
Motor
Utility
Rectifier
Switch-mode
Converter
EN_08n3_w01
21
3: Rola energoelektroniki w ważnych zastosowaniach
Jakość energii
Odkształcenie napięcia
Niesymetrie fazowe
Spadki i załamania napięcia
Zanik mocy zasilania
Load
Feeder 1
Feeder 2
Dual Feeders
Power Electronic
Interface
Load
Dynamic Voltage Restorers (DVR)
Uninterruptible Power Supplies
Rectifier
Inverter
Filter
Critical
Load
Energy
Storage
EN_08n3_w01
22
3: Rola energoelektroniki w ważnych zastosowaniach
Transmission and Distribution: DC Transmission
most flexible solution for connection of two ac systems
AC1
AC2
HVDC
AC1
AC2
MVDC
EN_08n3_w01
23
3: Rola energoelektroniki w ważnych zastosowaniach
Transmission and Distribution: Flexible AC Transmission
Systems (FACTS)
1
2
sin
E E
P
X
1
E
2
E
3
E
+
-
3
E
1
E
2
E
Shunt
converter
Series
converter
I
Shunt and Series Compensation
Series Compensation
Shunt Compensation
Utility
STATCOM
jX
EN_08n3_w01
24
4: Omówienie szczegółów konstrukcji i działania układów
przekształtnikowych
Podstawowe koncepcje przekształtników
Układy o sprzężeniu napięciowym
Układy o sprzężeniu prądowym
Bezstykowe łączniki
EN_08n3_w01
25
Przekształtnik ze sprzężeniem napięciowym
Przekształcanie mocy z zastosowaniem modulacji szerokości
impulsów napięcia (PWM)
Zmiana kierunku mocy przez zmianę znaku prądu iA
Uśrednione napięcie:
dA
i
A
v
A
i
d
V
control
v
1 or 0
A
q
A
s
d T
+
-
+
-
PWM
Voltage
port
Current
port
A
v
t
d
V
A
v
A s
d T
s
T
on
A
d
A
d
s
T
v
V
d V
T
EN_08n3_w01
26
Przekształtnik ze sprzężeniem napięciowym
Averaged Representation of Power Pole
Average quantities are of main interest
dA
i
A
v
A
i
d
V
control
v
A
s
d T
+
-
+
-
PWM
1:
A
d
dA
i
A
v
A
i
d
V
control
v
1 or 0
A
q
A
s
d T
+
-
+
-
PWM
Voltag
e
port
Current
port
( )
( )
A
A
d
v t
d t V
( )
( )
( )
dA
A
A
i
t
d
t
i t
EN_08n3_w01
27
Przekształtnik ze sprzężeniem napięciowym
Synteza napięcia sinusoidalnego
voltage to be synthesized
duty ratio needed
dc side current
A
i
t
0
v
d
V
d
V
2
0
t
A
v
I
( )
sin
2
d
AN
V
v
t
V
t
1
sin
2
A
d
d
t
1
( )
sin
( )
2
1
ˆ
sin
sin(
)
2
1 ˆ
cos
sin(
)
cos(2
)
2
dA
a
i
t
d
t
i t
d
t
I
t
I
d
t
d
t
EN_08n3_w01
28
Przekształtnik ze sprzężeniem napięciowym
Realizacja dwupozycyjnego przełącznika
A
i
d
V
+
-
A
q
A
q
1
A
A
q
q
dA
i
A
v
A
i
d
V
1 or 0
A
q
A
s
d T
+
-
+
-
EN_08n3_w01
29
Przekształtnik ze sprzężeniem prądowym
Wyłącznie tyrystory
Jeden z (T
1
, T
2
, T
3
) oraz (T
2
, T
4
, T
6
)
przewodzi w danej chwili
Średnie napięcie Vd sterowane
kątem załączenia α
Zmiana kierunku mocy przez zmianę
znaku napięcia Vd
AC1
AC2
3 2
3
cos
d
LL
c d
V
V
L I
a
i
b
i
c
i
d
v
+
-
d
I
1
T
3
T
5
T
4
T
6
T
2
T
c
L
b
L
a
L
EN_08n3_w01
30
Łącznik bezstykowy prądu zmiennego
Może przewodzić prąd w obu kierunkach
Załączanie i wyłączanie w jednej połówce okresu napięcia sieci
EN_08n3_w01
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
więcej podobnych podstron