Opracowanie-energoelektronika PDF

Preview

Summary

notatki...

Description

Energoelektronika Energoelektronika jest działem elektrotechniki obejmującym zagadnienia związane z przetwarzaniem i sterowaniem energii elektrycznej przy pomocy urządzeń zwanych przekształtnikami. Podstawowe części przekształtnika: - transformator przekształtnikowy ( nie zawsze stosowany) łączący przekształtnik z siecią zasilającą -obwód prądowy przekształtnika (obwód mocy) -obwód sterowania przekształtnika -obwody pomiarowe Podstawowymi elementami obwodu prądowego przekształtnika energoelektrycznego są półprzewodnikowe przyrządy mocy. Przekształcanie energii elektrycznej w przekształtnikach opiera się na zjawisku komutacji tj. na procesie przełączania prądu obciążenia pomiędzy wybranymi częściami obwodu przekształtnika. Zjawisko komutacji polega na tym, że łącznik jednej gałęzi przekształtnika przestaje przewodzić prąd, a łącznik innej gałęzi przekształtnika ten prąd przejmuje. Ze względu na proces komutacji przekształtniki można podzielić na: - przekształtniki z komutacją naturalną (zewnętrzną, sieciową) w których komutacja jest powodowana przez zewnętrzną sieć zasilającą prądu przemiennego (niekiedy źródłem komutacji może być odbiornik) -przekształtniki z komutacją wymuszoną (wewnętrzną), w których proces komutacji jest realizowany za pomocą elementów wchodzących w skład przekształtnika. Ze względu na postać przetwarzanej energii przekształtniki można podzielić na: - przekształtniki prądu przemiennego na prąd stały, AC-DC, prostowniki - przekształtniki prądu przemiennego na prąd przemienny, AC-AC, przemienniki częstotliwości - przekształtniki prądu stałego na prąd stały, DC-DC, zasilacze impulsowe - przekształtniki prądu stałego na prąd przemienny, DC-AC falowniki Prostowniki można podzielić na dwie grupy - niesterowane, dla których U2 = cons - sterowane U2 = var Prostowniki są układami o komutacji sieciowej. Przekształtniki AC-AC, przekształtniki prądu przemiennego są także układami o komutacji sieciowej, wyróżnia się dwie grupy układów: - bezpośrednie przemienniki częstotliwości (cyklokonwertery), o zmiennej częstotliwości i napięciu wyjściowym f1>f2 , U1 >=U2 , są stosowane w regulowanych napędach prądu przemiennego dużych mocy, umożliwiają dwukierunkowy przepływ prądu -sterowniki napięcia przemiennego, o częstotliwości wyjściowej równej częstotliwości wejściowej f1=f2 , ale o sterowanym napięciu wyjściowym U2 = var. Stosowane powszechnie w układach jednofazowych i trójfazowych. Przekształtniki DC-DC są układami o komutacji wewnętrznej, przekształtniki impulsowe prądu (napięcia) stałęgo obejmują kilka grup układów, najważniejsze to dławikowe i transformatorowe zasilacze prądu stałego. Przekształtniki DC-AC, falowniki, to układy o komutacji wewnętrznej umożliwiające terowanie częstotliwości i napięcia wyjściowego f2 = var, U2 = var. Mogą być zasilane ze źródła napięcia stałego (falowniki napięcia) lub ze źródła prądu stałego (falowniki prądu). Przez połączenie falownika z prostownikiem uzyskuje się pośredni przemiennik częstotliwości.

2) Właściwości łączników energoelektronicznych Półprzewodnikowe przyrządy mocy pracują w układach przekształtnikowych jako łączniki, dzięki ich zastosowaniu możliwa jest komutacja, czyli przełączanie prądu pomiędzy obwodami przekształtnika. Idealny łącznik energoelektroniczny może znajdować się w jednym z dwóch stanów statycznych: - załączenia (zamknięcia), wtedy łącznik przewodzi prąd, którego wartość wynika z parametrów obwodu zewnętrznego, a spadek napięcia na łączniku jest równy zeru - wyłączenia (otwarcia), wtedy łącznik nie przewodzi prądu, prąd łącznika jest równy zeru, a spadek napięcia na łączniku wynika z parametrów obwody zewnętrznego. Właściwości dynamiczne idealnego łącznika, tzn. natychmiastowa zmiana ze stanu załączenia do stany wyłączenia i odwrotnie powodują, że straty w stanach dynamicznych są także zerowe. Przy pominięciu strat związanych ze sterowaniem, całkowite straty w łączniku idealnym są równe zeru. Rzeczywisty łącznik energoelektroniczny charakteryzuje się niezerowym spadkiem napięcia w stanie załączenia, a w stanie wyłączenia niezerową wartością prądu. A skończone czasy przełączania powodują straty dynamiczne.

3) Jednopulsowy prostownik niesterowany

*Sinusoidalne napięcie przemienne u(t) jest określone wzorem: u (t )  U m sin t Um – amplituda napięcia zasilającego ω = 2πf – pulsacja napięcia zasilającego f – częstotliwość t – czas Wprowadzamy pojęcie kąta elektrycznego ϑ = ωt (theta) wtedy wzór napięcia jest funkcją kąta elektrycznego: u (t )  U m sin 

a) Obciążenie R Napięcie strony wtórnej transformatora: u 2 ( )  U 2 m sin   2U 2 sin  U2 – napięcie skuteczne Przyjmując że dioda jest elementem idealnym, napięcie na obciążeniu jest określone: U obc( )  U2 m sin   2U 2 sin  dla 0  

U obc ( )  0 Prąd obciążenia na podstawie prawa Ohma: U sin  I obc ()  2 m R I obc ( )  0

dla

    2

dla

0   

dla

    2

T

Wartość średnia napięcia – wzór definicyjny:

U

1 u (t ) dt T 0

Wartość średnia napięcia obciążenia:

U U 2U 2 1  U 2m sin  d   2 m  cos   cos 0  2 m   0,45U 2  2 0 2   Wartość średnią prądu wyznacza się z wartości średniej napięcia: 2U 2 U I  2m  R R Prąd strony wtórnej transformatora tak naprawdę nie jest sinusoidalny, jest odkształcony ze względu na składową stałą, która odmagnesowuje rdzeń transformatora. U

b) Obciążenie RE Przewodzenie prądu jest wyłącznie możliwe wyłącznie dla kątów, dla których napięcie strony wtórnej transformatora jest większe niż siła elektromotoryczna E, tzn. dla kątów z przedziału α, π-α.

Napięcie na obciążeniu jest równe napięciu strony wtórnej transformatora dla przedziałów kątowych, w których płynie prąd obciążenia, a w pozostałych przedziałach jest równe sile elektromotorycznej: U obc ()  U 2 m sin   2U 2 sin  dla   

U obc ( )  E

dla

0     ...i ...      2

c) Obciążenie RL Aby wyznaczyć prąd w obciążeniu należy rozwiązać równanie różniczkowe dla szeregowego połączenia RL zasilanego napięciem sinusoidalnym z warunkiem początkowym Iobc(0)=0: dI () U 2 m sin   RI obc ( )  L obc d

W zakresie kąta π...