uČinska elektronika
DESCRIPTION
UČINSKA ELEKTRONIKA. POWER ELECTRONICS. LEISTUNGSELEKTRONIK. Definicija učinske elektronike - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Definicija učinske elektronike
Definicija mora iskazati u koje veće područje spada predmet definicije i u čemu se predmet definicije razlikuje od tog većeg područja. Dakle, mora se iskazati najbliži rod (genus proximum) i vrsna razlika (differentia specifica).
Energetska elektronika je dio elektronike Energetska elektronika je dio elektronike (najbliži rod)(najbliži rod) koji se koristi za pretvorbu obilježja koji se koristi za pretvorbu obilježja električne energije i za upravljanje tokom električne energije i za upravljanje tokom električne energije električne energije (vrsna razlika).(vrsna razlika).
Važno je da se pretvorba obilježja odvija uz veliku djelotvornost.
U definiciji javljaju se dva ključna pojma: U definiciji javljaju se dva ključna pojma: elektronikaelektronika i i obilježja električne energijeobilježja električne energije. .
ElektronikaElektronika je grana znanosti i tehnike koja je grana znanosti i tehnike koja obuhvaća izučavanje i primjenu onih pojava obuhvaća izučavanje i primjenu onih pojava povezanih s gibanjem slobodnih elektrona i električki povezanih s gibanjem slobodnih elektrona i električki nabijenih čestica u vakuumu, plinovima, tekućinama i nabijenih čestica u vakuumu, plinovima, tekućinama i poluvodičima koje se ostvaruju u komponentama poluvodičima koje se ostvaruju u komponentama elektroničkih uređaja. Dakle, ako neki sklop sadrži elektroničkih uređaja. Dakle, ako neki sklop sadrži elektroničku komponentu onda je to elektronički sklop elektroničku komponentu onda je to elektronički sklop i pripada grani znanosti koja se naziva elektronika. i pripada grani znanosti koja se naziva elektronika.
ObilježjaObilježja električne energije su: valni oblik napona, električne energije su: valni oblik napona, valni oblik struje, frekvencija i broj faza.valni oblik struje, frekvencija i broj faza.
Definicija učinske elektronike
Analizirajmo sljedeći problem
ISTOSMJERNI PRETVARAČ
(DC/DC)
Napon izvora: 100 V
Trošilo: 50 V, 10 A, 500 W
Kako se ovaj pretvarač može ostvariti?
Pokušajmo pomoću disipativne komponente…promjenjivi otpornik
……ili možda pomoću tranzistora u linearnom području rada
Linearno pojačalo i upravljanje strujom baze
Pokušajmo pomoću preklopke
Položaj
preklopke
Preklopka mijenja srednju vrijednost napona na trošilu – obilježje električne energije
faktor opterećenja sklopke
sklopna perioda
sklopna frekvencija
Istosmjerna komponenta
srednja vrijednost
Položaj
preklopke
Dodavanje niskopropusnog filtra “gladi” napon na trošilu
maleni
Potrebno je odabrati filtar presječne frekvencije f0 mnogo manje od sklopne frekvencije fS.
Kasnije će te ovaj sklop prepoznati kao silazni istosmjerni pretvarač !
Gdje sve susrećemo učinsku elektroniku ?…pogledajmo elektroenergetski sustav
Procesna industrija
- istosmjerni elektromotorni pogoni
- izmjenični elektromotorni pogoni
- elektrotermija
- elektrokemija
Napajanje električnom energijom
- neprekinuto napajanje izmjeničnim naponom
- neprekinuto napajanje istosmjernim naponom
- uklapanje i isklapanje trošila
Primjeri trošila učinske elektronike
Stanovi i uredi
- klimatizacija (grijanje i hlađenje)
- rasvjeta
- računala i uredska oprema
- dizala
Primjeri trošila učinske elektronike
Učinska elektronika i elektroenergetika u budućnosti ???
Učinska elektronika i elektroenergetika u budućnosti ???
Važne buduće primjene učinske elektronike
-primjena i prilagodba novih i alternativnih izvora energije (vjetar, sunce, gorive ćelije, …)
- bolja kvaliteta i dostupnost električne energije
(FACTS, SVC, UPFC, …)
- novi materijali za poluvodičke sklopke (SiC)
- primjena u transportnim sustavima na zemlji, tračnicama, moru,…
Različite tehnologije pretvorbe energije vjetra
Zastupljenost pojedinih izvora električne energije u Europi
Različite tehnologije pretvorbe energije sunca
Klasični tiristorski i neki napredni sustavi za kompenzaciju
Primjena u željezničkom transportu
Pretvorba 3-faznog u jednofazni sustav napajanja
Elektromotorni pogoni vlakova
Jedna grana usmjerivača istosmjernog veleprijenosa
Podaci tiristora: probojni napon 7 kV, sklopna snaga 10 MW, promjer silicijeve pločice 150 mm.
Primjena učinske elektronike u elektroenergetici …
Krajnja stanica istosmjernog veleprijenosa (Brazil)
Vratimo se sada malo u prošlost
Načela energetske elektronike bila su poznata i početkom prošlog stoljeća (1935.)
I danas se mogu prepoznati ovakvi pretvarački sklopovi
Učinska elektronika razvijala se i u Hrvatskoj
Tiristorski usmjerivač – HE Đerdap
Tiristorski usmjerivač za napajanje uzbude sinkronog generatora u HE Đerdap (1500 V, 1500 A, Končar)
Diodni ispravljač za napajanje istosmjernih motora na diodnoj lokomotivi (Končar)
Napajanje vučnih motora tiristorske lokomotive
Izmjenjivač (4 kVA, 115 V) za napajanje izmjeničnih trošila na podmornici
I danas, nastavljajući tradiciju, Hrvatska proizvodi sofisticirane uređaje učinske elektronike
Novi zagrebački električni tramvaj. Končar – Institut za elektrotehniku razvio je glavni EMP-on i pretvarač za napajanje pomoćnih pogona, proizvodnja u tvornici Končar – INEM.
Podaci tramvaja (serija TMK 2200)
– duljina: 31,5 m– širina: 2,3 m– visina: 3,4 m– visina poda od ceste: 30-35 cm– težina kompozicije: 36 t– gustoća putnika: četiri osobe/m2
– najveća brzina: 70 km/sat– pogonska postolja: 3– motori (asinkroni): 65 kW (trajna
snaga)– pojna mreža (istosmjerna): 600 V (+20%, –30%)
Elektronička energetska (učinska) pretvorba
Mijenjanje jednog ili više obilježja električne energije bez značajnog gubitka snage upotrebom elektroničkih komponenti.
Elektronički učinski pretvarači spajaju dva, po nekom od obilježja električne energije, različita električka sustava.
Vrste elektroničke energetske pretvorbe
IZMJENIČNAPRETVORBA
ISTOSMJERNAPRETVORBA
IZRAVNA IZRAVNA
NEIZRAVNANEIZRAVNA
∼ –
∼ –
– ∼
tok energije
ISPRAVLJANJE
IZMJENJIVANJE
ISTOSMJERNAPRETVORBA
IZMJENIČNA
PRETVORBA
Primjer ispravljanja(izmjenično-istosmjerna pretvorba, AC/DC)
Ovo je važno, zapamtite !
Objašnjenje crtanja trofaznog sustava napona:
- najprije se nacrta trokutna funkcija,
- zatim se povuku paralele na dvostrukoj amplitudi trokutne funkcije i
- dodaju vrhovi sinusoida.
Primjer izmjenjivanja(istosmjerno-izmjenična pretvorba, DC/AC)
Najjednostavniji primjer izravne izmjenične pretvorbe (AC/AC), jednofazni regulator napona
Nešto složeniji primjer izravne izmjenične pretvorbe (izmjenično-izmjenična pretvorba (AC/AC))
Načelo neizravne izmjenične pretvorbe
Primjer neizravne izmjenične pretvorbe
ispravljač izmjenjivač
neizravni izmjenični pretvarač
Još jedan primjer izravne istosmjerne pretvorbe (DC/DC), tiristorski čoper
Načelo neizravne istosmjerne pretvorbe
Primjer neizravne istosmjerne pretvorbe
Ovo je jedan od simbola IGBT-a.
Usporedba informacijske a) i učinske b) elektronike
Već smo napomenuli da je u učinskoj elektronici ključna djelotvornost
out
loss
P
P
Visoka djelotvornost znači male gubitke u pretvaraču.
U tom su slučaju ostvarive male izmjere uređaja i pouzdan rad.
Djelotvornost je dobar pokazatelj ponašanja pretvarača.
Pokazatelji procesa pretvorbe
Djelotvornost:
Stupanj djelovanja procesa pretvorbe:
Faktor snage:
1
2
P
P
1
2
P
P fk
1
1
S
P
djelatna snaga trošiladjelatna snaga pojne mreže
djelatna snaga pojne mreže
djelatna snaga na željenoj frekvenciji
djelatna snaga pojne mreže
prividna snaga pojne mreže
Primjer izračunastupnja djelovanja procesa pretvorbe
1
2
P
P fk
djelatna snaga pojne mreže
djelatna snaga na željenoj frekvenciji
R
UDI
UDU
Bd
Bd
RUDP Bd
22
DP
Pdk
R
UDD
R
UUP BBB
2
T
tD on
Definicija elektroničkog učinskog pretvarača
Elektronički učinski pretvarač je operativna jedinica za elektroničku energetsku pretvorbu koja sadrži jedan ili više elektroničkih ventila, te transformatore, filtre i upravljačke sklopove ako je potrebno i ostale pomoćne sklopove ako ih ima.
Struktura elektroničkog učinskog pretvarača
Izmjenična mreža
3 x 380 V, 50 HzRegulirani objekt
(motor)Pretvarački sklop
Referentni signal
Okidni
uređaj
Upravljanje,
regulacija,
zaštita,
signalizacija i
mjerenje
Odgovor
Sinkronizacija
INFORMACIJSKIDIO
Povratne veze
ENERGETSKI DIO
Struktura elektroničkog učinskog pretvarača za napajanje motora
Predmet proučavanja učinske elektronike
Komponente sklopova
-elektronički učinski ventili (općenito)
- poluvodički učinski ventili
- magnetske komponente (transformatori i prigušnice)
- kondenzatori
- ostale komponente (osigurači, prigušni članovi i sl.)
Sklopovi
- za ispravljanje
- za izmjenjivanje
- za istosmjernu pretvorbu
- za izmjeničnu pretvorbu
Komponente uređaja
-elektronički sklopovi
- regulacijski krugovi
- krugovi upravljanja, signalizacije i zaštite
- ostale komponente (filtri, titrajni krugovi i sl.)
Uređaji
-pretvarači (ispravljači, izmjenjivači, istosmjerni pretvarači, izmjenični pretvarači)
- istosmjerne i izmjenične sklopke
Upotreba uređaja u postrojenjima
- djelovanje na izvore električne energije
- djelovanje na trošila
- ostali problemi elektromagnetske kompatibilnosti
Koja predznanja su potrebna za inženjersko bavljenje učinskom elektronikom?
- fenomenologija poluvodičkih komponenata
- elektromagnetika
- linearne i nelinearne mreže
- elektronika
- regulacija
- energetika
- strojarstvo (mehaničke konstrukcije)
- nauka o toplini
- elektromagnetska kompatibilnost
Što možete očekivati od predavanja iz učinske elektronike?
Najprije, upoznavanje s zadaćama koje rješava energetska elektronika. A zatim s postupcima i metodama rješavanja tih zadaća. Možemo reći: upoznavanje s pravilima igre energetske elektronike. No, nitko ne će naučiti energetsku elektroniku studirajući njena pravila igre!
Slično: nitko ne će naučiti igrati nogomet studirajući pravila nogometa, nego jednostavno igrajući; nitko ne će naučiti jedriti studirajući pravila jedrenja, nego jednostavno jedreći.
Zapamtite
Učinska elektronika je dio elektronike koji se koristi Učinska elektronika je dio elektronike koji se koristi za pretvorbu obilježja električne energije.za pretvorbu obilježja električne energije.
Pretvorba obilježja električne energije odigrava se u Pretvorba obilježja električne energije odigrava se u nelinearnoj mreži. Bitna komponenta ove nelinearne nelinearnoj mreži. Bitna komponenta ove nelinearne mreže je elektronički ventil.mreže je elektronički ventil.