Energoelektronika jest dziedziną

łączącą wiedzę z elektroniki,

elektrotechniki i automatyki.

•

Prostowniki - zamiana napięcia

Prostowniki - zamiana napięcia

zmiennego (AC) na stałe (DC) - ang.

zmiennego (AC) na stałe (DC) - ang.

rectifier

rectifier

•

Falowniki - odwrotnie tzn. DC -> AC -

Falowniki - odwrotnie tzn. DC -> AC -

ang. inverter

ang. inverter

•

Przekształtniki prądu zmiennego -

Przekształtniki prądu zmiennego -

AC -> AC (o innych parametrach) -

AC -> AC (o innych parametrach) -

ang. Cycloconverter, cycloinverter

ang. Cycloconverter, cycloinverter

•

Przekształtniki prądu stałego - DC ->

Przekształtniki prądu stałego - DC ->

DC - ang. chopper

DC - ang. chopper

•

Przyrządy półprzewodnikowe polowe II

Przyrządy półprzewodnikowe polowe II

•

ZASILACZE IMPULSOWE

ZASILACZE IMPULSOWE

•

Falowniki

Falowniki

UKŁADY ENERGOELEKTRONICZNE W GRZEJNICTWIE

UKŁADY ENERGOELEKTRONICZNE W GRZEJNICTWIE

Układy napędowe

Układy napędowe

•

Energetyczne układy filtracji

Energetyczne układy filtracji

Układy bierne LC

Układy bierne LC

Układy aktywne (Active Power Filter - APF):

Układy aktywne (Active Power Filter - APF):

Systemy hybrydowe

Systemy hybrydowe

Kompensatory

Kompensatory

•

Sterowniki mocy prądu przemiennego

Sterowniki mocy prądu przemiennego

SMPP

SMPP

Rodzaje sterowników mocy prądu przemiennego

Rodzaje sterowników mocy prądu przemiennego

sposobów sterownia w tyrystorowych SMPP

sposobów sterownia w tyrystorowych SMPP

•

Przemienniki częstotliwości

Przemienniki częstotliwości

•

KOMPATYBILNOŚĆ ELEKTROMAGNETYCZNA

KOMPATYBILNOŚĆ ELEKTROMAGNETYCZNA

PRZEKSZTAŁTNIKOWYCH UKŁADÓW

PRZEKSZTAŁTNIKOWYCH UKŁADÓW

ZASILAJĄCYCH

ZASILAJĄCYCH

Dioda (mocy)

• Słowniczek indeksów:F,D - (forward,direct) w kierunku

przewodzenia np.:UF

R - (reverse) ÷ zaporowym; występuje samotnie lub na

pierwszej pozycji np.:URWM

R - (repeatable) powtarzalne; występuje na drugim

miejscu np.:URRM

M - (maximum) dopuszczalne

W - (work) robocze, podczas pracy

S - (single) pojedyncze tzn. niepowtarzalne np.:URSM

(TO) - (treshold) próg zatrzaśnięcia

(BR) - (breakdown) przebicie!

(OV) - (overload) przeciążenie

RMS - (real mean square) wartość skuteczna

AV - (avarage) wartość średnia

Prostownik:

pośredniczy w zasilaniu

zamienia napięcie zmienne na stałe o możliwie
małych
tętnieniach

zwykle zawiera transformator, układ
prostowniczy i filtr.

Transformator:

służy do uzyskania napięć, które bezpośrednio
będą
prostowane

na ogół ma przekładnię obniżającą

izoluje galwanicznie prostownik i zasilane
układy od sieci

moc przetwarzana:

P



f S B

.

powierzchnia rdzenia:

Prostowniki sieciowe

f

P

S 

Główne parametry układów prostowniczych:

U

2

/E

M

=

U

współczynnik wykorzystania napięcia

prostowanego
U

t

/U

2

=k

t

współczynnik zawartości tętnień (wart. skuteczna

tętnień/nap.
wyjsciowego)
I

2

wartość średnia prądu wyjściowego

I

t

prąd tętnień w kondensatorze filtru (zbiorczym)

I

DM

powtarzająca się wartość szczytowa prądu diody

I

M

wartość szczytowa pojedynczego impulsu prądu

diody (prądu
udarowego)
I

DRMS

wartość skuteczna prądu diody

U

ZW

wartość maksymalna napięcia polaryzacji zwrotnej

diody
m

ilość prostowanych połówek (1, 2, 3)



P

sprawność energetyczna

Prostowniki z obciążeniem ( filtr o wejściu ..) rezystancyjnym
Prostowniki z obciążeniem ( filtr o wejściu ..) pojemnościowym
Prostowniki z obciążeniem ( filtr o wejściu ..) indukcyjnym

Prostowniki półprzewodnikowe niesterowane
Prostowniki półprzewodnikowe sterowane (np. tyrystorowe)

Prostowniki lampowe (można spotkać)

lampy próżniowe - praktycznie już nie stosowane
lampy gazowane (ksenonowe, rteciowe)
lampy gazowane sterowane (tyratrony)

Prostowniki z obciążeniem rezystancyjnym

- stosowane, np. do ładowanie akumulatorów

Prostowniki z obciążeniem pojemnościowym

- małe i średnie moce do kilkudziesięciu W

Prostowniki z obciążeniem indukcyjnym

- duże i bardzo duże moce (setki - tysiące W)

Prostowniki lampowe z lampami gazowanymi

- megawaty (tysiące amperów i dziesiątki kilowoltów)

U

2

R

0

~

e

1

e

1

D

1

D

2

i

d1

i

d2

i

2

0  2 3

t

u

2

i

2

E

M

I

DM

U

2

R

0

~

0  2 3

t

u

2

i

2

E

M

I

DM

U

2

R

0

~

e

1

e

1

D

1

D

2

i

d1

i

d2

i

2

U

20

0  2 3

t

u

2

i

2

E

M

I

DM

i

2

u

2

U

20

2



Prostowniki z obciążeniem rezystancyjnym

Jednopołówkowy

Dwupołówkowy

Dwupołówkowy w obwodzie ładownia akumulatora

W analizie uproszczonej przyjmuje się, że przebiegi napięcia i prądu po wyprostowaniu składają
się z połówek sinusoidy.
Stąd:

U

E

I

U

R

M

2

2

2

0





/

/



dla układu jednopołówkowego,

U

E

I

U

R

M

2

2

2

0

2

2





/

/



dla układu dwupołówkowego.

Największy chwilowy prąd diody:

I

E

R

D M

M



/

0

w obu układach.

W układzie z rys.1.c):

i

e

U

R

R

s

2

2

20

20







R

S

- wewnętrzna rezystancja prostownika (złożona z rezystancji diod prostujących, rezystancji

zastępczej uzwojeń transformatora i ew. z rezystancji sieci zasilającej).

I

E

U

R

R

D M

M

S







20

20

Kąt 2



jest kątem przepływu prądu:

  arccos

U

E

M

20

Prostowniki z obciążeniem rezystancyjnym

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

a) b)

c)

d )

U

2

R

0

~

C

U

2

R

0

~

e

1

e

1

D

1

D

2

i

d1

i

d2

C

T

S

R

e

1

e

1

R

0

C

U

2

T

S

R

e

1

D

3

D

2

D

1

D

1

D

4

D

6

e

1

e

1

R

0

C

U

2

T

S

R

e

1

D

3

D

2

D

5

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowowym:

a) jednopołówkowy;
b) dwupołówkowy;
c) trójfazowy jednopołówkowy;
d) trójfazowy dwupołówkowy (sześciofazowy)

T

S

R

Tr

Tr

Przebiegi w prostowniku jednopołówkowym

z wejściem pojemnościowym

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

-prąd udarowy diody-

Przebiegi w prostowniku dwupołówkowym

z wejściem pojemnościowym i jednopołówkowym

Zmniejszanie się napięcia u

2

w czasie rozładowania można opisać zależnością:

u

E

t

R C

M

2

0















exp

(zakładając odczyt czasu od chwili skoku napięcia)

Napięcie międzyszczytowe tętnień:

U

E

T

mR C

E

T

mR C

t

M

M



























 

1

0

0

exp

m - liczba impulsów prądu ładujacych pojemność wejściową fi ltru w ciągu jednego okresu.

Zależność tętnień od poboru prądu:

U

I

T

mC

I

mfC

t





2

2

Prąd tętnień w kondensatorze zbiorczym :

C

m

U

I

t

t









Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

Prąd tętnień I

t

może zniszczyć pojemność zbiorczą C (filtru).

R

0

C

C

C

C

L

L

D

1

D

2

U

2

U

’

2

Filtr LC dla układu prostownika dwupołówkowego

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

- zmniejszenie tętnień-

0



2



3





t

B

A

U

2

U

2

U

2

E

M

I

D M

i

di

i

d2

0



2



3





t

2



R ys.4. Przebiegi prądów i napięć w prostow niku dw upołów kow ym

rozladow anie









 

ł adowanie

 





Prostownik dwupołówkowy z filtrem o wejściu pojemnościowym

a

)

U

2

U

2

U

t

E

t

R

C

M

e

x

p

0

0



2



3





t

m

2

e

1

i

d

e

1

,i

d

E

M

U

2

I

D

M

-



0

+





t





2





2

R

y

s

.5

. P

r

z

y

b

liż

o

n

e

p

r

z

e

b

ie

g

i: a

)

n

a

p

ię

c

ia

n

a

p

o

je

m

n

o

ś

c

i; b

)

im

p

u

ls

u

p

r

ą

d

u

d

io

d

y

la

d

u

ją

c

e

g

o

p

o

je

m

n

oś

ć

- s

t

o

s

o

w

a

n

e

w

a

n

a

liz

ie

u

k

ła

d

ó

w

p

r

o

s

t

o

w

n

ic

z

y

c

h

z

fi

lt

r

e

m

o

w

e

jś

c

iu

p

o

je

m

n

oś

c

io

w

y

m

W artość średnia napięcia wyprostowanego:

U

E

U

E

T

mR C

E

M

t

M

M

2

0

2

1

2

















 

.

W spółczynnik tętnień:

k

U

U

T

mR C

mfR C

t

t







2

0

0

1

.

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

0,25

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,15

0,20

0,10

0,05

0

R

S

/R

0



u

m=3

m=1

m=2

Rys.6. Współczynnik wykorzystania napięcia, jako funkcja stosunku

rezystancji R

S

/R

0

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

0,025

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,075

0,125

0,10

0,05

0

I

2

/I

M



u

m=3

m=1

m=2

Rys.7. Współczynnik wykorzystania napięcia, jako funkcja stosunku prądów I

2

/I

M

-

- wykresy przedstawiają również zależność napięcia wyjściowego od prądu
obciążenia w postaci unormowanej

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

P rą d u d a r o w y d i o d y :

S

M

M

R

E

I



M o c w y d z i e l a n a w o b c ią ż e n i u :

P

I U

I R

0

2

2

2

2

0





M o c t r a c o n a w e w ną t r z p r o s t o w n i k a :

P

m I

R

S

D e f

S



2

.

s tą d s p r a w n o ś ć e n e r g e t y c z n a p r o s t o w n i k a :



P

S

S

D e f

P

P

P

R

m R

m I

I



















0

0

0

2

2

1

1

.

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

W realizacji układów prostowniczych należy zapewnić możliwość rozładowania się pojemności
przez dołączenie opornika bocznikującego kondensator i pozwalającego rozładować kondensator
w określonym czasie po wyłączeniu prostownika. Może to zapobiec porażeniom, a również
uszkodzeniom układów dołączanych do wyłączonych i pozornie już nieaktywnych zasilaczy.

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

a) b)

D

4

D

3

D

2

D

1

R

0

C

~

e

1

U

2

U

2

R

0

C

1

C

2

~

e

1

u

c1

u

c2

Rys.8. Odmiany prostowników dwupołówkowych: a) układ Greatza; b) podwajacz napięcia

w układzie Delona

Przebiegi w podwajaczu Delona

 





2

0

2

0

2

1

t

2

t

mf

f

f

/

mf

1

1

LC

m

1

1

U

U

F



























C

C

L, R

LD

U

t1

U

t2

Rys.9. Ogniwo filtru
LC

Gdy powiększanie napięcia U

2

w celu odsunięcia zakresu tętnień od dolnej granicy poprawnej

pracy stabilizatora współpracującego z prostownikiem staje się nieracjonalne ze względu na
zwiększanie strat mocy, można stosować filtr LC.
Tłumienie tętnień przez pojedyncze ogniwo filtru:

Prostowniki z filtrem o wejściu pojemnościowym

Współczynnik wykorzystania napięcia

L

S

R

R

Wart. skuteczna prądu diody

Wart. szczytowa prądu diody

Współczynnik tętnień

a) c)

b)

U

2

L

C

C

R

0

C

L

D

D

1

D

2

C

L

D

D

1

D

2

U

2

R

0

U

2

R

0

L

D

D

1

D

2

i

2

i

d1

i

d2

e

2

e

1

~

Rys.10. Prostownik dwupołówkowy z filtrem o wejściu indukcyjnym: a) układ
podstawowy;

b) układ z dodatkowym kondensatorem; c) zastosowanie filtru wieloogniwowego

Prąd i napięcie w ciągu okresu wahają się wokół swoich wartości średnich, wynoszących
odpowiednio:

I

E

R R

E

R

M

S

M

2

0

0

2

2











,

U

R

R

R

E

E

S

M

M

2

0

0

2

2











.

Prostowniki z filtrem o wejściu indukcyjnym

Prostownik z filtrem o wejściu indukcyjnym

i id

2

2







 



  

i id

2

1







 



  

i id

2

2







 



  

i id

2

1







 



  

L

D

=

L

D

- w

artość średnia

L

D

=0

i

2











4



E

R

M

0



t

2

0



E

R

M

Rys.11. Przebiegi czasowe prądu i

2

płynącego przez dławik i obciążenie w układzie

prostownika z rys. 10b, przy trzech różnych wartościach indukcyjności L

D

Prostowniki z filtrem o wejściu indukcyjnym

Ocena zawartości tętnień może polegać na uwzględnianiu tylko zawartości składnika o
częstotliwości podstawowej 2



:

k

L

R

R

L

t

D

D

1

0

2

0

2

3 1

2

3





















przy 2

0



L

R

D

 .

Tętnienia maleją przy zwiększaniu indukcyjności L

D

.

Za dostatecznie dużą uważa się indukcyjność krytyczną, równą:

L

R

R

f

R

T

Dkr







0

0

0

3

20

20



.

W praktyce należy przyjąć L

L

D

Dkr



wyznaczaną z wzoru:

k

L

L

t

Dkr

D

1



.

Prostowniki z filtrem o wejściu indukcyjnym

P

r

o

s

t

o

w

a

n

i

e

s

z

c

z

y

t

o

w

e

I

n

d

u

k

c

y

j

n

oś

ć

L

D

m

ał

a

I

n

d

u

k

c

y

j

n

oś

ć

L

D

d

uż

a

U

2

I

2

E

M

0

2



E

M

C

h

a

r

a

k

t

e

r

y

s

t

y

k

a

p

rą

d

o

w

o

-

n

a

p

i

ę

c

i

o

w

a

p

r

o

s

t

o

w

n

i

k

a

d

w

u

p

oł

ó

w

k

o

w

e

g

o

z

fi

l

t

r

e

m

L

C

o

w

e

jś

c

i

u

i

n

d

u

k

c

y

j

n

y

m

i

z

k

o

n

d

e

n

s

a

t

o

r

e

m

z

(

r

y

s

1

0

b

)

Prostowniki z filtrem o wejściu indukcyjnym