UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” SIBIU FACULTATEA DE INGINERIE „HERMANN OBERTH” Specializarea ELECTRONICA APLICATA
DISCIPLINA ELECTRONICA DE PUTERE
Programa analitica a cursului
Programa analitica a laboratorului
Programa analitica a proiectelor
Bibliografie
Modalitati de evaluare a cunostintelor
Subiecte de examen
Referat
Coordonator: Francisc Török
Student: Vida Cornel Ionut Grupa: Anul III 332/1
ANUL UNIVERSITAR 2011-2012
Programa analitica a cursului 1. Conversii energetice. 2. Conversia
parametrică a energiei electrice.
3. Conversia energiei electrice. 4. Dioda semiconductoare. 5. Tiristorul. 6. Diacul. 7. Triacul. 8. Tranzistorul bipolar de putere. 9. Tranzistorul MOS de putere. 10. Tiristorul cu comandă bilaterală (GTO). 11. Tranzistoul bipolar cu poartă izolată (IGBT). 12. Tranzistorul controlat MOS (MCT). 13. Tranzistorul cu inducţie statică şi
tiristorul cu inducţie statică. 14. Comparaţii între dispozitivele semiconductoare de putere. 15. Comutaţia în circuitele electronice cu circuite semiconductoare. 16. Întrerupătoare statice. 17. Variatoare de curent alternativ. 18. Convertorul monofazat cu nul. 19. Convertorul monofazat în punte . 20. Convertorul trifazat cu nul. 21. Convertorul trifazat în punte. 22. Regimul
de conducţie întreruptă .
23. Convertoare de patru cadrane. Cicloconvertoare. 24. Variatoare de tensiune continuă 25. Invertoare cu comutaţie forţată. Modulaţia în durată 26. Invertoare de tensiune PWM. 27. Invertoare de curent PWM. 28. Convertoare de frecvenţă. 29. Surse Alimentare în tampon. 30. Surse neîntreruptibile de tensiune (UPS). 31. Surse pentru sudarea cu arc electric. 32. Energetica conversiei energiei. -2-
a impulsurilor (PWM) .
Programa analitica a laboratorului Influenţa curentului electric asupra corpului omenesc. 2. Norme de protecţie a muncii în laboratorul de electronică de putere. 1. 3.
Studiul aparatelor de laborator.
4.
Studiul regimurilor staţionare ale dispozitivelor semiconductoare de comutaţie energetică
5.
Studiul regimurilor dinamice ale dispozitivelor semiconductoare de
8.
comutaţie energetică . Studiul convertoarelor monofazate cu nul şi în punte. Studiul convertoarelor trifazate cu nul şi în punte . Studiul variatoarelor de tensiune continuă de tip BUCK .
9.
Studiul variatoarelor de tensiune de tip BOOST.
6. 7.
10. Studiul invertoarelor de tensiune PWM. 11. Studiul convertoarelor de frecvenţă de ca/cc . 12. Studiul unui invertor monofazat cu circuit rezonant în
serie
13. Studiul unor surse de rezervă . 14. Studiul unor surse în
comutaţie. 15. Studiul unui convertor de ca/cc cu izolare galvanică . 16. Studiul regimului deformant
Programa analitica a proiectelor 1.
2. 3.
Etapele întocmirii unui proiect (fundamentarea teoretică, justificări de soluţii, scheme bloc, scheme desfăşurate, proiectul de an, proiectul de diplomă) . Proiectarea unui transformator de sudură de 3 KVA. Proiectarea unor module de putere cu tiristoare şi a unui invertor monofazat cu tiristoare cu circuit rezonant serie.
4. 5. 6. 7.
Proiectarea unei surse în comutaţie de mare putere . Proiectarea unor variatoare de tensiune continua. Proiectarea unei surse de încărcare în tampon a bateriilor de accumulator. Proiectarea unui corector de factor de putere (PFC). -3-
Referatul
Un subiect din tematica cursului sau din subiectele de examen. 1. Titlu 2. Rezumat 3. Textul referatului 4. Concluzii 5. Bibliografie Referatul trebuie sa aiba 3-4 pagini, maxim 5.
Bibliografie 1. 2. 3.
Kelemen, A. şi col.: Electronică de putere, EDP, Bucureşti 1983 Ionescu, F. şi col.: Electronică de putere.Convertoare statice. Ed.tehnică Bucureşti 1996 Bitoleanu, A.: Convertoare statice şi structuri de comandă performante. Ed.Sitech Craiova 2000
4. 5. 6. 7.
Alexa, D.: Aplicaţii ale convertoarelor statice de putere. Ed.tehnică Bucureşti 1989 Popescu, V.: Electronică de putere. Ed.de Vest Timişoara 1996 Golovanov, C. şi col.: Probleme moderne de măsurare în electroenergetică, Ed.tehnică Bucureşti 2001 Popescu, V.: Stabilizatoare de tensiune în comutaţie. Ed.de Vest Timişoara
1992 8. Williams, B.W.: Power Electronics, Ed.Macmillian 1987 9. Ericson, R.W.: Fundamentals of Power Electronics, ED.Chapman and Hall, New York 1997 10. Maschalko, R: Convertoare de ca/cc cu modulare in durata a impulsurilor, Ed. Mediamira, Cluj Napoca, 1997. 11. Floricau, D: Sisteme de comanda pentru convertoare statice de putere, Ed. Printech, Bucuresti, 1997.
-4-
12. Ionescu, F: Dispozitive semiconductoare de putere, Indrumar de laborator, Universitatea Politehnica, Bucuresti, 1997. 13. Ionescu, F: Convertoare statice de putere, Indrumar de laborator, Universitatea Politehnica, Bucuresti, 1997. 14. Bitoleanu, A: Convertoare statice, Indrumar de laborator, Universitatea din Craiova, 1993. 15. Cerbulescu, D: Convertoare statice de putere, Ed. Universitare din Craiova, 1995. 16. Ionescu, F: Electronica de putere, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1998. 17. Alexa, D: Convertoare de putere cu circuite rezonante, Ed, Tehnica Bucuresti, 1998. 18. Ionescu, F si col: Electronica de putere, Modelare si simulare, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1997. 19. Lungu, M si col: Echipamente de modulare cu semiconductoare de putereproiectare, verificare, utilizare + IPA, Bucuresti. 20. Hauler, E: Mutatoare – Indrumar de laborator, Timisoara, 1984 21. Radoi, C si col: Electronica si informatica industriala – Aplicatii practice, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1977. 22. Iordache, M si col: Calitatea energiei electrice, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1997. 23. Popescu, V: Stabilizatoare de tensiune in comutatie, Ed. de Vest, Timisoara, 1992. 24. Bodea, M. si col: Circuite integrate liniare. Manuale de utilizare, vol. IV, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1985. 25. Nicolae, P.M.: Calitatea energiei electrice in sistemele electromagnetice de putere limitata, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1998. 26. Fansua, A.: Conversia electromecanica a energiei, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1999. 27. Popescu, V.: Convertoare de putere in comutatie, Ed. de Vest, Timisoara, 1999. 28. Popescu, V.: Electronica de putere, Ed. de Vest, Timisoara, 1999. 29. Popescu, M.O.: Convertoare statice de c.c. – c.c. cu comutatie fortata, Ed. ICPE, Bucuresti, 1999. 30. Ionescu, F.: Electronica de putere, Ed. ICPE, Bucuresti, 2000. 31. Ghita, C: Convertoare electromecanice. Vol. I, Ed. ICPE, Bucuresti, 1998. 32. Ghita, C: Convertoare electromecanice. Vol. II, Ed. ICPE, Bucuresti, 1999.
-5-
Modalitati de evaluare a cunostintelor Capacitatea de analiză şi sinteză a studenţilor şi de -a lungul semestrului , atât la orele de curs cât şi de laborator. Nota finala N obţinută de student ca o măsură a cunoştinţelor acumulate şi a disponibilitatilor de utilizare a acestor cunostinte are urmatoarele componente: N1- nota pentru prezenta N2- nota pentru activitatea desfăşurată la laborator N3- nota pentru referat N4- nota pentru lucrări de control N5- nota de examen final N= 0,05 x N1 + 0,1 x N2 + 0,25 x N3 + 0,1 x N4 + 0,5 x N5 Prezenta este obligatorie la laborator si proiect. Activitatea de laborator este
finalizată în urma efectuării tuturor lucrărilor, absenţe maxim 4 , care se recuperează la sfârşitul semestrului. În timpul semestrului fiecare student va întocmi un referat pe o temă aleasă din programa analitică a cursului (acesta va fi predat şi pe suport electronic). Se va face o cercetare tematică pe internet, de asemenea fiecare student va contacta o firmă care produce dispozitive de electronică de putere. Lucrările de control sunt considerate , testele de debut şi sfârşit de disciplină în care se verifică cunoştinţele minime legate de prezenţa la disciplină. Examenul final este oral cu răspuns după biletul de examen, care conţine 3 subiecte.
Obţinerea notei cinci după subiectele de examen dă dreptul studentului la un joc interactiv de îmbunătăţire a notei obţinute. Nota finală se măreşte in procent de 20% pentru activităţi deosebite în interesul disciplinei.
Subiecte de examen 1. Conceptul de energie 2. Forme energie 3. Elemente pasive de circuit (rezistorul) 4. Elemente pasive de circuit (condensatorul) 5. Elemente pasive de circuit (bobina) 6. Intrerupatoare in electronica de putere; dispozitive semiconductoare 7. Diode semiconductoare 8. Diode redresoare 9. Diode rapide 10. Tiristorul: caracteristici, regim dinamic 11. Tiristorul: comanda, puteri disipate, protectii 12. Diacul, triacul
-6-
13. Tiristorul GTO 14. Tranzistor bipolar de putere 15. Tranzistorul MOS de putere 16. IGBT 17. MCT 18. SIT, SITH 19. Conectarea c.a. monofazat, intrerupatoare de c.a. monofazat 20. Intrerupatoare de c.a. trifazat 21. Variatoare de c.a. (monofazat si trifazat) 22. Cicloconvertoare 23. Variatoare de tensiune continuua 24. Invertoare 25. Modulatia in durata a impulsurilor (PWM) 26. Convertoare de frecventa 27. Surse in comutatie 28. Surse neintreruptibile de tensiune 29. Protectia convertoarelor statice de putere 30. Convertoare BUCK cu izolare galvanica 31. Convertoare BOOST cu izolare galvanica 32. Convertoare FORWARD cu izolare galvanica 33. Convertoare FLYBACK cu izolare galvanica 34. Puteri, energii in regimul deformant 35. Parametrii regimului deformant 36. Regimul deformant in sisteme energetice 37. Regimul deformant produs de convertoarele c.a/c.c 38. Masurarea regimului deformant 39. Filtre active 40. Redresor monofazat ideal PWM 41. Redresor trifazat ideal PWM 42. Convertoare PFC 43. Comanda PFC prin curent de varf 44. Circuite integrate pentru convertoare PFC 45. Convertoare cvasirezonante ZCS 46. Convertoare cvasirezonante ZVS 47. Convertoare cu circuit de sarcina rezonanta 48. Surse in comutatie in contratimp 49. Circuite integrate PWM pentru surse de comutatie 50. Circuit integrat UC 1846 51. Surse neintreruptibile de tensiune UPS
-7-
Referat Redresor Trifazat In Punte Semicomandata 1.
Introducere
O punte semicomandată se obţin e dintr-o punte complet cmandată la care jumătatea din tiristoare sunt înlocuite cu diode. O punte trifazata este formată din 3 braţe cu diode în cazul redresorului necomandat sau cu tiristoare în cazul redresorului complet comandat. În total rezultă 6 dispozitive redresoare ce pot fi grupate în două structuri cu punct median M3p şi M 3n. La redresorul trifazat în punte semicomandată cele două structuri componente M 3 sunt realizate cu dispozitive diferite diode, respectiv tiristoare precum în figura 2.1. Ca şi în cazul redresoarelor monofazate în punte şi la redresorul trifazat în punte curentul de sarcini trece prin două elemente redresoare legate în serie. 2.
Conţinut
În figura 2.1 structura M 3p este formată din tiristoare(T 1, T2, T3) şi structura M3n este formată din diode (D1, D2, D3). Aşadar, primul braţ al punţii, alimentat de tensiunea uR, este format din tiristorul T 1 şi dioda D1, braţul al doilea din tiristorul T 2 şi dioda D2, iar barţul 3 din tiristorul T 3 şi dioda D3. S-au figurat doar inductanţele echivalente ale fazelor sursei de curent alternativ (Ls), rezistenţele fiind neglijate. Tiristoarele lucrează doar pe alternanţele pozitive ale tensiunilor de fază. Acestea se comandă cu unghiul α măsurat faţă de punctele de comutaţie naturală notate cu P1, P2, P3. Diodele vor lucra doar pe alternanţele negative şi vor comuta singure în punctele de comutaţie naturală (N 1, N2, N3).
Figura 2.1(redresor trifazat în punte semicomandată)
-8-
Funcţionarea punţii trifazate semicomandate este mai complexă decât a punţii monofazate deoarece prezintă particularităţi în funcţie de valoarea unghiului de comandă. În continuare se va trata această punte în trei ipostaze de funcţionare distincte în care unda de tensiune de la ieşire prezintă forme diferite. Cele trei situaţii sunt luate în considerare în funcţie de următoarele valori ale unghiului de comandă α : a ) [0 60), b)
60,
c )
(60 180).
Relaţia undei ieşirii pentru un redresor trifazat în punte semicomandată : ud )
a
udp
udN
3 6
2
us 1 cos U do
1 cos 2
[0 60)
Formele de undă corespunzătoare ale acestui interval de comandă sunt prezentate în figura 2.2. Observăm că unda tensiunii de ieşire u d(t) prezintă doar 3 pulsuri identice într -o perioadă a tensiunii de alimntare T cu perioada Tp=2π/3rad. La rândului fiecare puls principal este format din două pulsuri secundare diferite ca formă. La primul lăţimea scade odată cu creşterea unghiului de comandă (π/ 3-α), iar la al doilea creşte odata cu creşterea unghiului de comandă (π/3+α). Această diferenţă faţă de puntea complet comandată se datorează faptului că unda uM3n are o formă fixă indiferent de comandă (înfăşurarea semialternanţelor negative ale tensiunilor de fază), iar unda uM3p este formată din pulsuri care se deplasează spre dreapta odata cu creşterea unghiului de comandă. Astfel, din combinaţia celor două tensiuni rezultă forma de undă: din figura 2.2: ud (t )
u M 3 p (t ) u M 3n (t )
Figura 2.2 (formele de undă corespunzătoare unui redresor trifzat în punte semicomandată – unghi de comandă: α=30°)
-9-
Cu toate că
au loc la distanţe inegale în timp, comutaţiile curentului i d se produc succesiv, la fel ca în cazul punţii complet comandate. Pe durata conducţiei unei diode are loc o comutaţie comandată între două tiristoare şi pe durata conducţiei unui tiristor are loc o comutaţie necomandată a curentului între două diode din partea inferioară a punţii. În ultima diagramă din figura 2.2 este prezentată forma de undă a curentului de fază (iR) pentru a evdenţia modul în care puntea semicomandată interferează cu reţeaua. Putem observa că unda curentului absornit de aceasta este alternativă şi prezintă întreruperi. Întreruperile dintre ciclurile identice sunt mai mari şi cresc odată cu unghiul de comandă (π/3+α), iar cele de la jumătatea perioadei sunt mai mici şi scad odată cu unghiul de comandă (π/3-α). Forma dreptunghiulară a alternanţelor curentului de fază, cu întreruperile menţionate mai sus determină o poluare armonică consistentă a reţelei de către puntea trifzată semicomandată. În plus, dacă filtrarea curentului i d nu este perfectă , între alternanţa pozitivă a curentului de fază şi alternanţa negativă apare o uşoară asimetrie. Un aspect care trebuie evidenţiat constă în defazarea armonic ii fundamentale a curentului de fază (i R) în urma tensiunii cu jumătatea unghiului de comandă (φ1=α/2). b)
60
Pentru această valoare a unghiului α are loc o suprapunere de comutaţii sau o comuţie dublă a curentului id, atât între două tiristoare din partea superioară a punţii cât şi între două diode din partea inferioară a punţii. Formele de undă sunt prezentate in figura 2.3
Putem observa că, la un unghi de α =60°, intervalele de conducţie ale perechilor (T 1+D2), (T2+D3), (T3+D1) dispar şi rămân să se rotească pentru conducţie doar cele trei perechi de dispozitive redresoare (T1+D3), (T2+D1) şi (T3+D2) pe intervalele ( π/3+α). Astfel într -o perioadă a tensiunii de
alimentare T în forma de undă a tensiunii ud apar 3 pulsuri bine conturate, fără pulsuri secundare. Fiecare puls este format dintr-o
porţiune a semialternanţelor tensiunilor de linie:uRT, uSR şi uTS. Figura 2.3 (α=60°)
- 10 -
)
c
(60 180)
Având unghiul de comandă α>60° forma de undă a tensiunii instantanee redresate ud conţine, ca şi în cazul α=60°, trei pulsuri identice ale tensiunilor de linie într -o perioadă T a tensiunii de alimentare, aşa cum se prezintă în figura 2.4. Deosebirea faţă de cazul anterior constă în faptul că laţimea pulsurilor scade odată cu mărimea unghiului de comandă. În plus, apar intervalele în care tesiunea ud se anulează, atunci când aceasta are tendinţa să îşi schimbe polaritatea, datorită apariţiei căilor de descărcare formate din tiristorul aflat în conducţie şi dioda de pe acelaşi braţ cu el.
Figura 2.4 (α>60°)
3.
Concluzii
Aşadar redresorul trifazat în punte semicomandată devine mai simplu, mai ieftin şi mai uşor de comandat, însă poate fi folosit doar ca sursă de curent continuu reglabilă cu funcţionare într -un singur cadran.
4.
Bibliografie Dimitrie Alexa şi colectivul – Convertoare de putere cu circuite rezonante, Editura Tehnică Bucureşti 1998 b. Popescu Viorel – Electronică de Putere a.
- 11 -
