Základní pojmy z oboru výkonová elektronika

Základní pojmy z oboru výkonová elektronika prezentace k přednášce 2013

Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.

výkonová elektronika - úvod

• výkonová elektronika – obor, který se zabývá přeměnou nebo spínáním elektrického výkonu s jeho řízením nebo bez řízení. Přitom přeměna znamená změnu jedné nebo více charakteristických veličin výkonového systému prostřednictvím elektronických spínacích součástek bez značnější ztráty výkonu • zařízení výkonové elektroniky – provozní jednotka elektronické výkonové přeměny, zpracovává elektrický výkon ze vstupu (zdroj elektrického výkon, elektrická síť, akumulátor, ultrakapacitor) na výstup (spotřebič), kde má elektrický výkon požadované elektrické parametry. Obsahuje jednu nebo více elektronických spínacích součástek transformátorů a filtrů – zkrácený název měnič Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

2


• základní rozdělení měničů – podle typu vstupního a výstupního proudu

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

3


• Energetická účinnost měniče – energie ztracená přenosem ze vstupu na výstup se mění v teplo – účinnost:

Pin  U S I S

Pout  U Z I Z

PZ  Pin  Pout Pout  Pin Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

4


• Způsoby řízení výkonu – spojitý (lineární) • snížení napětí na zátěži zařazením sériového rezistoru (reostat nebo přepínání, případně lineární tranzistor) • v režimu regulace velké ztráty na elektronickém obvodu • vhodné pro malé výkony • jednoduché pro konstrukci a řízení

U Z  U S U R

PR  I ZU R


5


• Způsoby řízení výkonu – spínaný (impulzní) • periodické připínání zátěže • použití pulzně-šířkové modulace PWM – konstantní frekvence • střída D

D

t1 t  1 T t1  t 2

f  1/ T


6


• Řízení výkonu – přerušováním – zastavení proudu (ne pro induktivní zátěže !)

– komutací – přenesení proudu z jedné větve na jinou větev


7


• Komutace – soubor jevů při přechodu proudu v měniči z jedné vodivé větve na jinou větev spojenou v jeden společný uzel, aniž by byl na výstupu z uzlu přerušen tok proudu – vnější vedení komutace • komutace způsobená změnou vně měniče, přerušení odebíraného proudu, přechod proudu z kladné do záporné půlvlny • síťová komutace – usměrňovač,střídavý měnič…

– vlastní vedení komutace • komutace je způsobená spínáním a rozpínáním řídících prvků měniče • střídače, měniče,

• Přerušování – ukončení toku proudu ve větvi bez komutace (přenesení proudu jinam), při induktoru v sérii se spínačem – při vypnutí vysoké napětí na pólech spínače Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

8


• PWM – harmonický rozbor – PWM je neharmonický periodický průběh – obsahuje stejnosměrnou složku a vyšší harmonické složky – SS – roste lineárně se střídou U 0  D U M – harmonické složky – změna podle střídy, maximum: U Mn 

2U M n

– měniče se doplňují filtry, aby se vyšší harmonické potlačily Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

9


• Kvadranty funkce měniče – tok energie, polarita – jednokvadrantový • lineární měniče, základní stejnosměrné měniče

– dvoukvadrantový 1. opačný tok energie při brzdění 1. napěťový měnič

2. opačný tok energie při reverzaci otáček 1. proudový měnič

– čtyřkvadrantový • universální měnič (nejsložitější)


10


• spínací prvky v měničích – mechanický spínač • ruční spínač, relé, stykač • výhody – proudová a napěťová přetížitelnost, případná opravitelnost, nízký úbytek napětí při proudu (nízké propustné ztráty), optická kontrola sepnutí (možnost) • nevýhoda – pomalý (10-1…10-3 s), nízké množství spínacích cyklů (104-107), obtížné elektronické ovládání, nákladné

– polovodičový spínač • tranzistor, tyristor, dioda • výhody – rychlost (10-3…10-7 s), >109 cyklů, elektronické ovládání, nižší cena (obdobné parametry – proud, napětí) • nevýhody – při přetížení se snadno zničí a nejde opravit, úbytek napětí v propustném směru (tepelné ztráty)


11


• ideální spínač – stav vypnuto (závěrný stav,stav vysoké impedance) • neomezená napěťová odolnost (velikost, polarita) • nulový svodový proud (bez závěrných ztrát)

– stav zapnuto (propustný stav, stav nízké impedance) • proud bez omezení (velikost polarita) • nulový sériový odpor (úbytek napětí, ztráty

– spínání, vypínání • bez doby zpoždění • okamžitě po sepnutí má všechny parametry (neomezený proud, neomezené napětí, nulový svod, nulový úbytek napětí)


12


• reálný spínač (polovodičový, mechanický) – stav vypnuto (závěrný stav) • omezené blokovací nebo závěrné napětí, mění se s teplotou, • svodový proud • polarita

– stav zapnuto (propustný stav) • omezený proud při sepnutí (v souvislosti s úbytkem, výkonovými ztrátami a omezenou teplotou, v souvislosti s konstrukcí – omezení shora i zdola) • úbytek napětí (vznik výkonových ztrát, omezení při konstrukci nízkovoltových výkonových obvodů) • polarita

– spínání vypínání • časové zpoždění procesu vůči řídícímu signálů • změna probíhá určitou dobu • po změně trvá jistou dobu, než spínač dosáhne optimálních parametrů (nízký úbytek napětí, plné blokovací napětí, odolnost vůči opětovnému sepnutí nebo vypnutí) Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

13


• popis práce spínače – časový průběh • funkce napětí a proudu v časové oblasti • základní popis, někdy nepřehledné

– výstupní voltampérová charakteristika • vodorovná osa – napětí • svislá osa – proud • zobrazení pracovního bodu, SOA, mezní výkon, trajektorie spínání


14


• charakter spínání – průběh napětí a proudu na spínači – měkké spínání - malé spínací ztráty, složitý obvod, malé rušení

– tvrdé spínání - velké spínací ztráty, velké rušení, jednoduchý obvod


15


• charakter spínání – znázornění na výstupní voltampérové charakteristice


16


• zvláštní typy spínání – rezonanční • vnější rezonanční obvod zajistí měkký charakter spínání

– s komutačním obvodem • vnější obvod zpozdí náběh napětí nebo proudu po vypnutí tyristorové stejnosměrné měniče

– s vnější komutací • změna polarity zdroje způsobí zapnutí nebo vypnutí – dioda, tyristor, triak… Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

17


• Literatura – ČSN EN 60146-1-1 (351530) Polovodičové měniče - Všeobecné požadavky a měniče se síťovou komutací - Část 1-1: Stanovení základních požadavků


18


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.

Základní pojmy z oboru výkonová elektronika

Recommend Documents