Střídavé měniče Přednášky – výkonová elektronika
Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.
Střídavé měniče
• Vstupní a výstupní proud – střídavý • Rozdělení střídavých měničů – fvst=fvýst – mění se střední napětí, komutace z napájení - fázové regulátory – fvst> fvýst, - změna napětí, násobně nižší frekvence, komutace z napájecí strany - cyklokonvertory – fvst ≠ fvýst, komutace nezávislá na napájecí frekvenci, frekvence a velikost napětí výstupu nezávislá na vstupních parametrech - střídavé měniče • přímé – maticové měniče • nepřímé – usměrňovač, ss-mezibvod, střídač
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
2
Střídavé měniče
• Fázové regulátory – odporová zátěž – komutují z napájecího napětí – změna amplitudy – zpoždění za průchodem proudu nulou – problém s harmonickým rušením napájecí sítě: • předřazení dolnopropustného filtru 1 𝜋 𝜋 𝛼
– 𝑈𝑜𝑢𝑡 = = 𝑈𝑖𝑛
– 𝑃𝑜𝑢𝑡 =
2
2𝑈𝑖𝑛 sin 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡 =
2 𝜋−𝛼 +sin 2𝛼 2𝜋 2 𝑈𝑖𝑛
𝑅
⋅
2 𝜋−𝛼 +sin 2𝛼 2𝜋
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
3
Střídavé měniče
• Fázové regulátory – absolutní velikost harmonických v odebíraném proudu se sítě na úhlu řízení – fázové posunutí 1 harmonické na úhlu řízení
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
4
Střídavé měniče
• fázové regulátory – poměrná velikost harmonických v odebíraném proudu ze sítě na úhlu řízení
– růst vlivu harmonických s rostoucím úhlem řízení • velké hodnoty proudu při rozběhu
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
5
Střídavé měniče
• Fázové regulátory – induktivní zátěž – indukčnost prodlužuje dobu vypnutí triaku – αmin – minimální úhel, od kterého lze řídit • (pro R -> 0 je αmin = 90°)
min arctg
U out U in
L R
2 1 sin 2 2
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
6
Střídavé měniče
• fázové regulátory – čistě induktivní zátěž – velikost proudu (vč. vyšších harmonických)
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
7
Střídavé měniče
• fázové regulátory – čistě induktivní zátěž – přehled harmonických • fázové zpoždění první harmonické proudu – vždy 90° • pro zátěž RL se mění mezi αmin a 90° podle úhlu řízení
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
8
Střídavé měniče
• Třífázový fázový regulátor – zapojení ve hvězdě nebo trojúhelníku – při symetrické zátěži se eliminuje 3 harmonická složka – při nízkém napětí a proudy do 20 A – použití triaku
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
9
Střídavé měniče
• Jednofázové cyklokonvertory – řízení frekvence a proudu řídícím úhlem tyristoru – rozsah frekvencí pro 50 Hz síť max. 25 Hz – umožňují řídit směr toku energie – subharmonické složky v odebíraném proudu
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
10
Střídavé měniče
• Cyklokonvertory - třífázové – komutace z napájecího obvodu (tyristory) – velké pohony s nízkou frekvencí – rozběh velkých asynchronních strojů (>1 MW výstupního výkonu)
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
11
Střídavé měniče
• Maticové měniče – vlastní komutace, nezávisí na frekvenci napájení (spínače, které pracují v obou směrech) – náročné na řízení - simulace nepřímého měniče (usměrněný průběh – střídání)
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
12
Střídavé měniče
• Nepřímé měniče kmitočtu – obsahují stejnosměrný meziobvod
• Rozdělení – napěťové – ss meziobvod napěťový – velký kapacitor (DC link) – proudové – ss meziobvod proudový – tlumivka
• Schéma nepřímého měniče kmitočtu s asynchronním motorem
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
13
Střídavé měniče
• třífázové nepřímé střídavé měniče – řízení asynchronního motoru – skalární řízení (U/f) – • změna synchronních otáček, výstupní napětí podle režimu (konstantní moment/konstantní výstupní výkon) • jednoúčelové řídící obvody (generátory PWM pro 3f. soustavu)
– vektorové řízení • řízení momentu motoru v čase, nezbytné použití mikropočítače (nejčastěji signálového procesoru), snímání otáček
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
14
Střídavé měniče – Brzdění motoru – odebírání elektrické energie z motoru (4. kvadrantová funkce měniče) • nastavení vhodného řídícího úhlu ve střídači – zvyšování napětí v meziobvodu. • snižování přepětí v meziobvodu (vzniká při generátorovém režimu motoru)
připojení brzdného odporu RR – energie se maří v měniči
rekuperace do sítě (4. kvadrantový usměrňovač – řízený usměrňovač, tyristorový nebo spínaný) – energie z přepětí se vrací do sítě Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
15
Střídavé měniče
• napájení výbojek v úsporných žárovkách – nutné střídavé napětí (šetří elektrody) – vysoká frekvence (zářivky neblikají, běžně 40 kHz) – vysoké napětí při startu – zajišťuje LC obvod v rezonanci (po zapálení výboje klesne jakost a řádově se sníží napětí) – samokmitající střídavý dvojčinný měnič
Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
16
Střídavé měniče Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů
Děkuji za pozornost
Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.