1.)Czym zajmuje się energoelektronika?Energoelektronika jest działem elektro­techniki obejmującym wszelkiego typu urządzenia z półprzewodnikowymi przy­rządami mocy, służące do przekształcania energii elektrycznej prądu stałego i prze­miennego, sterowania jej przepływu oraz dla celów łączeniowych.Urządzenia energoelektroniczne dzieli się na następujące główne grupy: prostow­niki diodowe i tyrystorowe, falowniki ty­rystorowe, przekształtniki prądu prze­miennego, przekształtniki prądu stałego, łączniki tyrystorowe prądu stałego i przemiennego

2.)Jakie znasz rodzaje przekształ-tników energoelektronicznych i gdzie znajdują zastosowanie. Prostowniki - zamiana napięcia zmiennego (AC) na stałe (DC) ang. rectifier -zastosowanie w ukł.: zautomatyzowanych napędów z silnikiem prądu stałego,ładowania akumulatorów,stacje,prostownikowe trakcji kolejowych lub tramwajowej,

Falowniki - odwrotnie tzn. DC -> AC - ang. Inverter zastosowanie zasilanie silników indukcyjnych klatkowych, budowa prądnic wałowych na statkach, ukł. bezprzerwowego zasilania różnych urządzeń,

Przerywacze sterowniki prądu stałego (płynna regulacja napięcia)zastosowanie: napędy trakcji kolejowej tramwajowej i trojlebusowej, pojazdy zasilane z akumulatorów,

Przekształtniki prądu stałego - DC -> DC - ang.chopper Sterowniki prądu przemiennego-urządzenia,automatyki,grzejnictwa, oświetlenia,urz.gosp.domowego,

Przekształtniki prądu zmiennego - AC -> AC (o innych parametrach) - ang. Cycloconverter

3.)Podaj symbol i omów własciwości tyrystorów,podaj przebieg i właś. Impulsu załączającego.

Tyrystory to półprzewodnikowe elementy wielozłączowe o charakterystyce niesymetrycznej: małe napięcie i duży prąd w stanie przewodzenia oraz duże napięcie i mały prąd w stanie blokoania i zaporowym. Przejście ze stanu blokowania do przewodzenia odbywa się pod wpływem impulsu prądowego załączającego podawanego na bramkę tyrystora i_g. Przyrost napięcia dv/dt Przekroczenie napięcia blokowania. Należy zadbać aby wartości napięcia i prądu impulsu podawanego na bramkę przekraczały wartości katalogowe I_GT oraz V_GT. Dla tyrystorów SCR impuls musi być dodatni względem katody. Natomiast jeśli chodzi o triaki impuls może być zarówno dodatni jak i ujemny. Tyrystor jest elementem wielozłączowym(npnp lub pnpn) Działanie tyrystora wynika z własności trzech złączy p-n, zawartych pomiędzy anodą i katodą. W zależności od polaryzacji poszczególnych elektrod, wyróżnia się następujące stany jego pracy: zaporowy(U_ak<0;U_gk-dowolne), blokowania(U_ak>0;U_gk=0), przewodzenia(U_ak>0;U_gk>0). W czasie załączania można wyróżnić obszary: obszar nieprzełącza-nia, możliwych przełączeń, pewnych przełączeń, możliwych uszkodzen obwodu bramkowego Do parametrów granicznych należą: dopuszczalne:wartość szczytowa napięcia blokowania, wartość szczytowa napięcia wstecznego, prąd przewodzenia, szczytowa wartość prądu przewodzenia. stany zwrotne

4.)MOSFET i JGBT

Mosfet(unipolarny) Tranzystory uni­polarne dzielimy na dwie grupy: złączowe (z ang. JFET lub FET) oraz na tranzystory z izolowaną bramką (z ang. MOSFET, IGFET lub krótko MOS)

główną zaleta jest mała moc sygnałów sterowania. Wykonane z kanałem typu n lub p, produkowane na mniejsze napięcia wsteczne, mają krótkie czasy przełączania, duże napięcie U_DS, częstotliwość pracy większa niż 100kHz, duża odporność na przeciążenia lub i przepięcia, duże straty przewodzenia, mała moc sygnału sterującego. Jest to tranzystor sterowany polem elektrycznym, w którym występuje tylko jeden rodzaj prądu, a mianowicie utwo­rzony tylko przez nośniki większościowe: tylko elektrony lub tylko dziury . W tranzystorze unipolarnym sygnał doprowadzany do wejścia wpływa na szerokość drogi prze­pływu ładunków przez tranzystor, przy czym na tej drodze nie istnieje warstwa zaporowa powstająca na złączu n-p lub p-n. Tranzystory unipolarne nazywa-my również tranzystorami polowymi lub tranzystorami z efektem polowym,

IGBT

Tranzystory bipolarne z izolowaną bramką IGBT (Insuled Gate Bipolar Transistor) Własności: niskie napięcie nasycenia,krótkie czasy przełączania, częstotliwość pracy 10÷100 kHz, duża impedancja wejściowa, szybkość działania, duży obszar bezpiecznej pracy, stosowanie szybkich diod prostownikowych na zaciskach kol-emit. W tranzystorze bipolarnym występują — jednocześnie oba rodzaje prądów związane z istnieniem obu rodzajów nośników: większościowych i mniej­szościowych, tj. elektronów i dziur. W tranzystorze bipolar­nym sygnał doprowadzony do wejścia tranzystora wpływ na wielkość ładunku przepływającego przez tranzystor w wy­niku zmiany warunków pracy złącza spolaryzo-wanego w kie­runku przewodzenia. Spotykana jest również nazwa: tranzystory FET.

5)Straty w tranz. Mocy pracującym impulsowo(klucz)

straty przewodzenia prądu-do wyznaczenia w oparciu o chrakt. I-U. Straty w stanie zaporowym i blokowania-małe znaczenie pod warunkiem nie przekracza-nia dop. napięcia w obu kierunk. Str. obwodu bramkowego-małe znaczenie pod warunkiem prawidłowego doboru parame-trów impulsów bramkowych.

Straty komutacyjne-przy dużych częstotliwościach.

6.)Omów działanie prostownika jednofazowego jednoimpulsowego z obciąże-niem R. Prostownikiem jednopolówkowym lub pólokresowym na­zywamy taki prostownik, w którym po procesie prostowania pozostają tylko te części przebiegu, które są jednego znaku, a części przeciwnego znaku pozostają wyeliminowane. Układ prostownika jednopołówkowego sterowanego sygnałem si­nusoidalnym. Dioda jest tak załączona, że przewodzi tylko dla dodatnich połówek przebiegu wejściowego, gdyż tylko wówczas napięcie dodatnie na jej anodzie jest większe niż potencjał katody.W półokresie ujemnym dioda nie przewodzi i całe napięcie doprowadzone do prostownika występuje na diodzie jako tzw. napięcie wsteczne prostownika. W układzie tyrystorowym kąt załączenia może być zmienny od 0÷Π. Największą wartość średnią napięcia „wyprostowanego” uzyskuje się dla kąta wysterowania równego 0.

7.)Podaj schemat prostownika tyrystorowego i omów jego działanie

W tym przypadku prostowane są obie połówki napięcia przemiennego, dzieki wykorzystaniu mostka Gretza.W każdym półokresie przewodzi jeden tyrystor z grupy anodowej i 1 z gr, katodowej. W prostownikach dwupulsowych jest lepsze niż w 1-pulsowych wykorzystanie mocy trnsforma-tora oraz mniejsza pulsacja prądu i napięcia. W praktyce stosuje się dwie wersje tych układów: z dzielonym uzwojeniem, układ mostkowy.

8.)Jakie znasz prostowniki trójfazowe podaj schemat i omów.

a)trójpulsowe(gwiazdowe z przewodem zerowym)

b)sześciopulsowe(mostkowe)

c)wielopulsowe(12)

d)nawrotne

a)

Używane do ładowania dużych akumulatorów,zasilania silników. Wymagają transf. Z przewodem zerowym po stronie wtórnej oraz dławiki sieciowe. Przepływ ciągły prądu prz kącie wyst. (Π/3;0). Do 20 kW.

b)

Dla dużych mocy. W tym układzie występuje dwukieru-nkowy przepływ prądu w uzwojeniu wtórnym trans. poszczególne tyrystory przewodzą przez 1/3 okresu. Ekonomiczny, często stosowany

c)Zmniejszona pulsacja napięcia wyprostowanego dzięki układom prostowników sterowanych i półsterowanych. Przesunięcie fazowe o kąt uzyskuje się dzięki połączeniu jednego uzwojenia w gwiazdę, a drugiego w trójkąt. Można też łączyć prostowniki szeregowo bez przesunięcia fazowego.

10.)Podaj schemat blokowy prostownika nawrotnego omów sposoby jego strerowania. Cel:koniecznośc bezprzerwowej zmiany kierunku przepływu prądu odbiornika.

a)sterowanie na przemian- wysterowanie dla jednego kierunku przepływu prądu jednego prostownika a bloko-waniu innego. Napędy dużych mocy. Wada: przerwa w przepływie prądu w procesie nawrotu

b)sterownie symetryczne-Oba prostowniki pracują równo-cześnie, jeden jako prostownik, a drugi jako falownik. Występują wówczas prądy wyrównawcze, które się ogranicza dławikami wyrówna-wczymi. Napędy małe i średnie.

11.)Jakie znasz sposoby sterowania sterowników prądu przemiennego.

Sterowniki prądu zmiennego służą do ciągłej zmiany wartości skutecznej napięcia, prądu bądź mocy czynnej odbiornika Sposoby: impulsowe i grupowe

W sterownikach załączenie tyrystora odbywa się przez doprowadzenie im­pulsu do jego bramki. Wyłączenie w obwodach prądu zmiennego następuje z chwilą zmiany polaryzacji napięcia anoda-katoda.Najprostszym ukła-dem sterownika prądu zmiennego jest tzw. układ odwrotnierównoległy . Do obwodu zasilania są dołączone przeciwsobnie dwa tyrystory połączone równolegle. Obydwa elementy są sterowane w taki sposób, że jeden z nich przewodzi prąd w czasie dodatniej, drugi zaś w czasie ujemnej półfali napięcia zasilania. Przebiegi sterujące bramką muszą być więc zsynchronizowane z napięciem zasilania .Jeżeli obciążeniem jest rezystancja , to prąd ma kształt wycinków sinuso-idy zgodnej w fazie z napięciem zasilania.

Impulsowe-minimalizuje odkształcenia prądu, stały współczynnik mocy,

Grupowe-duża stała czaso-wa(duża bezwładność), załą-czenia tyrystorów następuje w chwili naturalnego przejścia prądu przez 0, okres impulsowania jest równy wielokrotności okresu siecio-wego.

12.)Podaj schemat blokowy tyrystora.Tyrystor , zwany także sterowaną diodą krzemową, składa się z czterech warstw półprzewodnika p-n-p-n . Trzy wyprowadzone na zewnątrz końcówki są dołączone do trzech warstw półprzewodnika: anoda A do skrajnej warstwy p₁, katoda K do skrajnej warstwy n₂ oraz trzecia koń­cówka zwana bramką G do wewnętrznej warstwy p₂. Taka struktura cztero-warstwowa może być uważana za połączenie dwóch tranzystorów n-p-n i p-n-p.

12.Schemat blokowy układu sterownania tyrystora.

Napięcie sinusoidalne zostaje przekształcone na impulsy w detektorze zera sieci. Detektor ten wysyła impuls w momencie zaniku napięcia, następnie poprzez obwód formowania impulsów pikokształtnych, napięcie uzyskuje przebieg pikokształtny i zostaje podane do komparatora. Tam za pomocą napięcia sterującego zostaje odcięta górna część przebiegu pikokształtnego formując przebieg prostokątny. Napięcie ster. Zmienia się za pomocą rezystancji-sterownie kąta opó-źnienia wysterowania tyrystora. Następnie impulsy są skracane w generatorze impulsów bramkowych.

13.)zabezpieczenia w układzie tyrystorowym. Przeciązeniowe-prądowe; przepięciowe; przed wytwarzaniem zakłóceń przez układ tyrystorowy. Nadprądowe przy wolno zmieniającym się prądzie tyrystora ograniczenie prądu odbiornika przez układ automatycznej regulacji poprzez blokowanie impulsów bramko-wych sterujących tyrystorem. Czynione są próby zabezpieczeń termicznych poprzez pomiar temp. radiatora. ZWARCIOWE z dużą stromością narastania prądu najczęściej stosuje się bezpieczniki topikowe tzw. szybkie,ZABEZPIECZENIA PRZEPIĘCIOWE w tyrystorach mogą pojawić się powtarzalne napięcie w kierunku zapo-rowym. Mogą pojawić się przepięcia, które przy braku ochrony przepięciowej zniszczą tyrystor. PRZED PRZEPIĘCIAMI ŁĄCZE-NIOWYMI stosuje się szeregowe połączenie RiC, równolegle podłączone do transformatora. PRZED PRZEPIĘCIAMI KOMUTA-CYJNYMI również połączenie szeregowe CiR lub też włączenie nieliniowych ograniczników przepięcia NON.

14.)co to jest Czoper.

Służy do płynnej regulacji napięcia stałego

Sposoby sterownia wartością średnią napięcia

a)typ PNM-modulacja, gdzie czas trwania impulsu napię-ciowego jest zmienny, a okres stały

b)modulacja napięcia typu FM, gdzie zmienny jest okres, a czas trwania impulsu stały.

15.)Co to jest falownik Falowniki służą do przetwarzania prądu stałego na zmienny o częstotliwości dostosowanej do właściwości odbiornika energii, a nie związanej z częstotliwością sieci.Zasada działania falowników polega na okresowym dołączaniu i odłącza­niu obciążenia do źródła napięcia stałego. Najprostszy falownik zawiera jeden przełącznik, potocznie zwany kluczem, którego periodyczne zwieranie i rozwieranie powoduje, ze prąd w obwodzie ma postać impulsów o wartości średnicj zależnej od stosunku czasów zwarcia i rozwarcia przełącz­nika. Mamy falowniki: symetryczne,trójfazowe,szeregowe,w układzie mostkowym, równoległe, w/g budowy(z tyrystorów wyłaczalnych GTO i klasyczne,z tranz.mocy IGBT I MOSFET) w/g źródła zasilania (falowniki napięciowe i prądowe).

16. Podaj główne obszary zastosowania przekształtników energoelektronicznych na statkach i korzyści z ich stosowania.

FALOWNIKI-napędy sterów strumioeniowych, pomp, wenty-latorów, wciągarek cum.,dźwigi, bomy, prądnice wałowe. Cechy: szybka zmiana kierunku dziania zamiana prądu stałego na zmienny itp.

PROSTOWNIKI-ładowanie akumulatorów, napęd silników pr, stałego, zamiana napięcia zmiennego na stałe, w odpowiednim układzie możli-wość sterowania obrotami silnika

PRZERYWACZE-podgrzewacze wody, klimatyzacja kabin, oświetlenie.

Korzyści zastosowania-zmniej-szenie hałasu, drgań, oszczę-dność paliwa, zmniejszenie zanieczyszczenia środ., zmniej-szenie gabarytów urządzeń, zwiększenie ogólnej sprawności siłowni.