Podstawowe układy energoelektroniczne

Transkrypt

1 WYKŁAD 3

2 Podstawowe układy energoelektroniczne Podział ze względu na charakter przebiegów wejściowych i wyjściowych Przebieg wejściowy Przemienny (AC) Przemienny (AC) Stały (DC) Stały (DC) Przebieg wyjściowy Stały (DC) Przemienny (AC) Stały (DC) Przemienny (AC) Nazwa (AC/DC) Prostownik (AC/AC) Przekształtnik prądu przemiennego Cyklokonwertor Przekształtnik matrycowy (DC/DC) Przetwornik prądu stałego (ang. chopper) (DC/AC) Falownik

3 a) podział ze względu na sposób przekształcania energii źródeł: - pośrednie (np. przemienniki częstotliwości) - bezpośrednie (np. prostowniki) b) podział ze względu na budowę: - proste - złożone połączenie kaskadowe połączenie równoległe c) podział ze względu na kierunek przepływu prądu i energii, zwrot napięcia: - nawrotne i nienawrotne - odzyskowe i nieodzyskowe

4 Układy prostownikowe Układy prostownikowe służą do przekształcania napięcia przemiennego na napięcie jednokierunkowe, nazywane napięciem wyprostowanym lub stałym. Napięcie zasilające układy prostownikowe jest napięciem sinusoidalnym 1- lub 3-fazowym.

5 Podstawowymi zespołami układu są: transformator prostownikowy, układ (blok) zaworów półprzewodnikowych, układ sterowania zaworów, gdy zawory są sterowane, urządzenia pomocnicze, układy ochronne i zabezpieczające, układy pomiarowe i sygnalizacyjne.

6 KLASYFIKACJA UKŁADÓW POSTOWNIKOWYCH 1. Podział ze względu na zastosowane zawory: niesterowane (diodowe), sterowane, nazywane także w pełni sterowane (tyrystorowe), półsterowane (tyrystorowo-diodowe).. Podział ze względu na liczbę grup komutacyjnych: proste zawierające tylko jedną grupę komutacyjną, złożone zestawione z dwóch lub kilku grup komutacyjnych.

7 3. Podział ze względu na charakter pracy odbiornika zasilanego z układu prostownikowego: nienawrotne (zarówno proste, jak i złożone), nawrotne, czyli rewersyjne (tylko złożone). 4. Podział ze względu na liczbę faz uzwojenia pierwotnego transformatora sieciowego: 1-fazowe, 3-fazowe. 5. Podział ze względu na liczbę faz uzwojenia wtórnego transformatora sieciowego: 1-fazowe, -fazowe, 3-fazowe, 6-fazowe,

8 6. Podział ze względu na wskaźnik tętnienia nazywany liczbą pulsów: jednopulsowe, dwupulsowe, trójpulsowe, sześciopulsowe, dwunastopulsowe, itd.. 7. Podział ze względu na sposób połączenia uzwojenia wtórnego transformatora z układem zaworów: jednokierunkowe, dwukierunkowe. 8. Podział ze względu na liczbę kwadrantów (ćwiartek układu współrzędnych) charakterystyk zewnętrznych: jednokwadrantowe, dwukwadrantowe, czterokwadrantowe.

9 Modele elementów układu prostownikowego Stosowane charakterystyki elementów Dioda i F i F 0 u F F 0 0 r u F r F = 0 = 0 u i 0 i u F u i = 0 i u F

10 Stosowane charakterystyki elementów Tyrystor i T i T u T T 0 0 u T r T = 0 = 0 u i 0 0 i D i D 0 0 ud u T u r i = 0 i r D i D = 0 ud u T

11 Stosowane charakterystyki elementów Tranzystor i C i C u CE C 0 0 u CE r C = 0 = 0 CE 0 r CE i CE 0 u CE i CE = 0 u CE

12 Pspice, OrCAD, PSIM Matlab

13 W i d i ( t) = e( t) ~ i e(t) e(t) d ( t) u W W u W ud i d ud L Z i d t = e( t) = E sin( ω t + ψ m E ( t) = m sin( ω t + ψ di( t) i ( t) + L = e( t) dt = t i( t ) = i = Em = (sin( ωt + ψ ϕ) sin( ψ ϕ)e Z + ω L ) L 0 t ) ϕ = arctg ω L )

14 W i d ~ e(t) u W u d L E i( t) di( t) + L = e( t) d t t = t0 i( t0) = i0 = 0 E i( t) = E Z m [ ωt( ctgϕ) sin( ωt + ψ ϕ) sin( ψ ϕ) e ]. E [ ωt( ctgϕ) ] 1 e

15 Komutacją nazywamy zmiany pewnych parametrów obwodu elektrycznego lub jego struktury (schematu geometrycznego, grafu) zachodzące w określonej chwili.

16 Prawa komutacji Prawa komutacji obwodu elektrycznego wyrażają się przez pewne zasady, wynikające z zasady zachowania energii: 1. Zasada ciągłości strumienia magnetycznego skojarzonego z cewką w chwili komutacji: Ψ (0 ) =Ψ (0. Zasada ciągłości prądu w cewce w chwili komutacji: + ) i(0 ) = i(0 + ) 3. Zasada ciągłości ładunku kondensatora w chwili komutacji: q(0 ) = q(0 + ) 4. Zasada ciągłości napięcia na kondensatorze w chwili komutacji: u(0 ) = u(0 + )

17 i d u D ~ e(t) u d Em sinωt = i d ( t) = E m i d sin ωt ( t) u i e( t) = ud ( t) i d (t) 0 π / π 3π / π ωt

18 ~ e(t) u D i d ud L i d di( t) E m sin ωt = i( t) + L dt ( t) Em = (sin( ωt ϕ) + sinϕ e Z L t ) u i e( t) = u ( t) d i d (t) 0 π / π 3π / π ωt

19 D i D i d u D (t) ~ e(t) D o ud L i d ( t) U Z m t = t L sin( ω ϕ) + sinϕ e + io e L t

20 i d u D ~ e(t) u d L E i( t) di( t) E m sinωt = i( t) + L + E d t Em = sin( ωt ϕ) E + sinϕ E Z + e ωt( ctgϕ)

21 i d i d u D ~ e(t) u d ~ e(t) u D u d E i d i D i d u D u D ~ e(t) u d L ~ e(t) D o u d L E E

22 Praca układu energoelektronicznego polega na cyklicznym, w ramach ustalonego okresu pracy, dołączaniu wybranych źródeł energii do wybranych gałęzi odbiornikowych. Przebiegi wielkości wyjściowych (napięć, prądów) w okresie pracy układu są złożeniem (w sensie następstwa) przebiegów napięć i prądów generowanych przez następujące po sobie stany nieustalone obwodów powstałych w kolejnych cyklach pracy układu.

23 i d i d u T ~ e(t) ) u d ~ e(t) u T u d E i d i T i d u T u T ~ e(t) u d L ~ e(t ) D o u d L E E

24 Transformator idealny jest: 1. bezstratny,. bezrozproszeniowy, 3. bezpojemnościowy, 4. ma zerowy prąd magnesujący. 1 * * ównanie łańcuchowe transformatora idealnego (przeciwny zwrot nawinięcia uzwojeń): 1 w : 1 U I 1 1 = w w U I w przekładnia napięciowa

25 Tr i i d i 1 ~ e(t) u 1 * * u u D u d i I + o = i 1 = ~ i ~ 1 i w I = Io + = k 1 I k = I o + I ~ I~ = I Io

26 I 1 1 w i = 1 i + w i µ = I I d 1 ~ ~ i L u L I L U L chwilowy prąd sieci chwilowe napięcie sieci skuteczny prąd sieci skuteczne napięcie sieci

27 i 1 chwilowy prąd strony pierwotnej transformator u 1 chwilowe napięcie strony pierwotnej transformatora I 1 skuteczny prąd strony pierwotnej transformatora U 1 skuteczne napięcie strony pierwotnej transformatora

28 i chwilowy prąd strony wtórnej transformatora u chwilowe napięcie strony wtórnej transformatora I skuteczny prąd strony wtórnej transformatora U skuteczne napięcie strony wtórnej transformatora i chwilowy prąd zaworu (tyrystora) T u T chwilowe napięcie zaworu (tyrystora)

29 i d chwilowy prąd odbiornika u d I d U d chwilowe napięcie odbiornika średni prąd odbiornika średnie napięcie odbiornika