Energoelektronika

Energoelektronika

Dr hab. inż. Lech M. Grzesiak, prof.

Dr hab. inż. Lech M. Grzesiak, prof.

nzw

nzw

.

.

[e-mail]

[e-mail]

[e-mail]

[e-mail]

Regulamin Przedmiotu

• Wykład 30h

• Egzamin (sesja zimowa)

– Ustny

• Konsultacje –

czwartek 18:15-20:00

Literatura

Literatura

1. Tunia H., Barlik R.:

Teoria

przekształtników

, PW 2003

2. Nowak M., Barlik R.:

Poradnik inżyniera

energoelektronika

, WNT 1998

3. Mikołajuk K.:

Podstawy analizy

obwodów energoelektronicznych

, PWN

1998

Czym zajmuje się energoelektronika?

Czym zajmuje się energoelektronika?

• Budowa i właściwości elementów

energoelektronicznych (łączników 2-

stanowych)

• Analiza i projektowanie obwodów

przekształtnikowych (topologie

przekształtników)

• Metody i struktury układów sterowania

przekształtnikami

Moce układów przekształtnikowych

Moce układów przekształtnikowych

•

•

0,1

0,1 W do

10

10 GW (

10

10

-

-

1

1

W do 10

W do 10

10

10

W

W

)

• Liczba przekształtników

10

10

10

10

• Blisko

70%

70%

energii jest przetwarzana w

układach energoelektronicznych (kraje
wysokorozwinięte)

Układy przekształcania energii

Układy przekształcania energii

•

•

Źródła zasilania

Źródła zasilania

•

•

Przekształtniki

Przekształtniki

•

•

Odbiorniki

Odbiorniki

Program wykładu

Program wykładu

• Wprowadzenie do problematyki przekształcania energii
• Klasyfikacja układów przekształtnikowych

– Przekształtniki o komutacji sieciowej

• Diodowe
• Tyrystorowe

– Przekształtniki o komutacji wymuszonej

• Podstawowe topologie przekształtników energoelektronicznych:

– DC/DC
– DC/AC
– AC/DC
– AC/AC
– AC/DC/AC

Program wykładu

Program wykładu

• Przyrządy energoelektroniczne
• Klasyfikacja

– Diody
– Tyrystory
– GTO
– IGCT
– IGBT
– MOSFET

• Właściwości i charakterystyki łączników energoelektronicznych
• Układy wyzwalania
• Zabezpieczenia
• Metody sterowania przekształtników

Łą

Łą

cznik idealny

cznik idealny

Nie ma przekształcania energii w
stanie aktywnym załącz i wyłącz

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Podstawowe procesy łączeniowe

Twarde przełączanie

Twarde przełączanie

Miękkie przełączanie

Miękkie przełączanie

Rezonansowe przełączanie

Rezonansowe przełączanie

Przełączanie neutralne

Przełączanie neutralne

Łą

Łą

cznik energoelektroniczny

cznik energoelektroniczny

-

-

zespół urządzeń

zespół urządzeń

Izolacja galwaniczna

Driver

IGBT

snubber

Indukcyjności pasożytnicze

Kombinacje połączeń przyrządów

Kombinacje połączeń przyrządów

energoelektronicznych

energoelektronicznych

Kombinacje połączeń przyrządów

Kombinacje połączeń przyrządów

energoelektronicznych

energoelektronicznych

Obwody komutacji HS

Obwody komutacji HS

Obwody komutacji HS

Obwody komutacji HS

Obwody komutacji ZCS

Obwody komutacji ZCS

Obwody komutacji ZVS

Obwody komutacji ZVS

Obwód komutacji ZCRC

Obwód komutacji ZCRC

Obwód komutacji ZVRC

Obwód komutacji ZVRC

Obwody komutacji naturalnej

Obwody komutacji naturalnej

Łą

Łą

czniki energoelektroniczne

czniki energoelektroniczne

Obszary zastosowań modułów mocy

Obszary zastosowań modułów mocy

Charakterystyki wyjściowe

Charakterystyki wyjściowe

tranzystora mocy

tranzystora mocy

MOSFET

MOSFET

–

–

charakterystyki wyjściowe

charakterystyki wyjściowe

IGBT

IGBT

–

–

charakterystyki wyjściowe

charakterystyki wyjściowe

Twarde przełączanie MOSFET i IGBT

Twarde przełączanie MOSFET i IGBT

Twarde przełączanie MOSFET i IGBT

Twarde przełączanie MOSFET i IGBT

Prostowniki

Prostowniki

niesterowane

niesterowane

-

-

diodowe

diodowe

• Klasyfikacja

–

–

1

1

pulsowy

–

–

2

2

-pulsowy

–

–

3

3

-pulsowy

–

–

6

6

-pulsowy

–

–

12

12

-pulsowy

–

–

n

n

-pulsowy

Prostownik diodowy

Prostownik diodowy

–

–

napięcie

napięcie

wyprostowane

wyprostowane

( )

2

2

2

0

2

2

0

45

,

0

2

1

1

2

2

1

2

2

1

sin

2

2

1

cos

U

U

U

U

t

d

t

U

U

t

d

≅

=

+

=

=

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

=

=

=

−

∫

π

π

π

ω

ω

π

π

π

ω

Prostownik diodowy

Prostownik diodowy

–

–

1

1

pulsowy

pulsowy

• Analiza pracy dla obciążenia rezystancyjnego:

– Napięcie wyprostowane (kształt)
– Prąd wyprostowany (kształt)
– Wartość średnia napięcia wyprostowanego

– Napięcie szczytowe ??
– Prąd przewodzenia diody

2

2

0

45

,

0

2

U

U

U

d

≅

=

π

d

D

I

I

=

Prostownik diodowy

Prostownik diodowy

–

–

2

2

pulsowy

pulsowy

• Analiza pracy dla obciążenia

rezystancyjnego:

– Napięcie wyprostowane (kształt)
– Prąd wyprostowany (kształt)
– Wartość średnia napięcia wyprostowanego

– Napięcie szczytowe ??
– Prąd przewodzenia diody

2

2

0

9

,

0

2

2

U

U

U

d

≅

=

π

d

D

I

I

2

1

=

Prostownik diodowy

Prostownik diodowy

–

–

2

2

pulsowy

pulsowy

mostkowy

mostkowy

• Analiza pracy dla obciążenia

rezystancyjnego:

– Napięcie wyprostowane (kształt)
– Prąd wyprostowany (kształt)
– Wartość średnia napięcia wyprostowanego

– Napięcie szczytowe ??
– Prąd przewodzenia diody

2

2

0

9

,

0

2

2

U

U

U

d

≅

=

π

d

D

I

I

2

1

=

Prostownik diodowy

Prostownik diodowy

–

–

3

3

pulsowy

pulsowy

• Analiza pracy dla obciążenia

rezystancyjnego:

– Napięcie wyprostowane (kształt)
– Prąd wyprostowany (kształt)
– Wartość średnia napięcia wyprostowanego

– Napięcie szczytowe ??
– Prąd przewodzenia diody

2

2

0

17

,

1

2

6

3

U

U

U

d

≅

=

π

d

D

I

I

3

1

=

Prostownik diodowy

Prostownik diodowy

–

–

6

6

pulsowy

pulsowy

mostkowy

mostkowy

• Analiza pracy dla obciążenia

rezystancyjnego:

– Napięcie wyprostowane (kształt)
– Prąd wyprostowany (kształt)
– Wartość średnia napięcia wyprostowanego

– Napięcie szczytowe ??
– Prąd przewodzenia diody

2

2

0

34

,

2

6

3

U

U

U

d

≅

=

π

d

D

I

I

3

1

=

Prostownik diodowy

Prostownik diodowy

–

–

12

12

pulsowy

pulsowy

2 mostki połączone szeregowo

2 mostki połączone szeregowo

• Analiza pracy dla obciążenia

rezystancyjnego:

– Napięcie wyprostowane (kształt)
– Prąd wyprostowany (kształt)
– Wartość średnia napięcia wyprostowanego

– Napięcie szczytowe ??
– Prąd przewodzenia diody

2

2

0

68

,

4

6

6

U

U

U

d

≅

=

π

d

D

I

I

3

1

=