Energoelektronika jest dziedziną
łączącą wiedzę z elektroniki,
elektrotechniki i automatyki.
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