EN w01 wprowadzenie

background image

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)

Jan.Deskur@put.poznan.pl

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

background image

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

background image

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.

background image

EN- w01

4

Pomoce dydaktyczne: komputerowe ćwiczenia interaktywne

http://dsplab.iee.put.poznan.pl/wile.html

background image

EN_08n3_w01

5

Pomoce dydaktyczne: komputerowe ćwiczenia interaktywne

background image

EN_08n3_w01

6

Wirtualne Internetowe Laboratorium Energoelektroniki

background image

EN_08n3_w01

7

Układ (system) energoelektroniczny

Schemat blokowy

Rola przekształtnika w systemie

Powody szybkiego rozwoju energoelektroniki

background image

EN_08n3_w01

8

Zasilacz (mikro-)elektroniczny o działaniu ciągłym

Tranzystor jako sterowany rezystor

Niska sprawność

Duży i ciężki

background image

EN_08n3_w01

9

Zasilacz impulsowy (mikro- lub energoelektroniczny)

Tranzystor jako

sterowany

łącznik

Wysoka

sprawność

Transformator

wysokiej

częstotliwości

background image

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

background image

EN_08n3_w01

11

Zastosowanie energoelektroniki w napędach
o nastawialnej prędkości

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

20

3: Rola energoelektroniki w ważnych zastosowaniach

Power Electronic Loads: Adjustable Speed Drives

Controller

Motor

Utility

Rectifier

Switch-mode

Converter

EN_08n3_w01

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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

background image

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