AD1M14VE2. Přednášející: Ing. Jan Bauer Ph.D. bauerja2(at)fel.cvut.cz. Speciální aplikace výkonové elektroniky + řízení pohonů

Transkript

1 AD1M14VE2 Přednášející: Ing. Jan Bauer Ph.D. bauerja2(at)fel.cvut.cz Obsah: Speciální aplikace výkonové elektroniky + řízení pohonů Harmonogram: 7+ soustředění Literatura: Skripta Výkonová elektronika

2 Nepohonářské aplikace výkonové elektroniky 11/2011_v1 Jan Bauer

3 Nepohonářské aplikace - dělení 80% - 90% výkonová elektronika nasazena v pohonech 10% nepohonářské aplikace - elektrochemie (elektrolýza, galvanochemie) - indukční ohřev (hutnictví) - stejnosměrné přenosy VVN - tepelná, světelná technika - záskokové/nepřerušitelné napájecí zdroje (UPS) - letectví (rozběh proudových motorů) - nabíječky, svářečky - elektrostatické odlučovače - katodická ochrana - řízené kompenzace - magnetické zásobníky energie 3 Jan Bauer

4 Nepohonářské aplikace - charakteristika zátěž není konstantní přítomna aktivní složka zátěže (protinapětí) požadavek regulace na konstantní proud extrémní parametry U,I (kv, ma) (V, ka) 4 Jan Bauer

5 Nepohonářské aplikace druhy měničů usměrňovače malá napětí (0 15V, A) galvanotechnologie (2 50V, A) katodická ochrana (25 60V, A) svářečky nízká napětí (50 500V, A) elektrolýza vysoká napětí (10 100kV, mA) el. stat. odlučovače střídače záskokové zdroje (50Hz, 230/400V, A) středofrekvenční ( V, A, 5 20kHz) ind. ohřev vysokofrekvenční (50 400V, 1 100A, kHz) střídavé měniče bezkontaktní spínače ( V, A) osvětlení, topení ( V, 1 500A) kompenzace regulace vstupního napětí transformátorů 5 Jan Bauer

6 Usměrňovač s aktivní zátěží I d AC U d U i případ U i > 0 tyristor lze sepnout nejdříve u 1 >U i pro řídicí úhel platí a > x U i I d U d po sepnutí začne protékat proud i d, jeho velikost závisí na parametrech zátěže O x π/2 π 3π/2 2π když i d klesne k nule, tyristor zavře a a u 1 U i na tyristoru u 1 se objeví napětí u r = u 1 - U i u r U RWM O x π/2 π 3π/2 2π a 6 Jan Bauer

7 Usměrňovač s aktivní zátěží I d případ U i < 0 tyristor lze sepnout dokud u 1 >U i AC a x 1 U d U i x 2 O π/2 π 3π/2 2π U d I d u 1 pro řídicí úhel platí a < x 1 po sepnutí začne protékat proud i d, jeho velikost závisí na parametrech zátěže pokud i d neklesne k nule před dosažením úhlu x 2, dojde k tzv. prohoření = zničení měniče a x 2 x 1 O π/2 π 3π/2 2π u r u 1 7 Jan Bauer

8 Elektrostatické odlučovače prostředek k omezení škodlivin nástroj pro čištění vzduchu - zdravotnictví 99% účinnost extrémní parametry U,I (kv, ma) Čistý vzduch Ionizační elektroda - E Sběrací elektroda r Špinavý vzduch Odpad 8 Jan Bauer

9 Elektrostatické odlučovače - komorový průmysl spalovny, teplárny, apod. desky cca 2 x 3m zapojení více komor paralelně nutnost čištění tvar drátů ostré hrany Špinavý vzduch Odpad Příklad: 99,8% při optimální četnosti přeskoků /min v předních sekcích -těsně pod hranicí oblouku 9 Jan Bauer

10 realizace měniče Elektrostatické odlučovače 1fM L 1 L mA ~ u 60 kv + a Reg L 1 omezuje zkraty přeskok L 2 tlumí oscilace desky = C - vyhlazuje proud 10 Jan Bauer

11 Elektrostatické odlučovače funkce regulátoru L 1 L mA ohledávací znečištění desek ~ u 60 kv + regulace napětí a Reg omezení proudu ochrana proti koroně u i c 20ms 50ms 11 Jan Bauer

12 Svařování lze střídavým i stejnosměrným proudem svářečky diodové tyristorové tranzistorové zátěž elektrický oblouk ve vzduchu U U 0 = 20V I U U U V k 0,04 ki pro zapálení U z > U 0 cca 2x 12 Jan Bauer

13 Svařování diodové svářečky menší proudy rozptylové trafo přepínání odboček na sloupku = změna rozptylové reaktance = změna sklonu charakteristiky proud i k > i svař lepení, tavení svaru u 1 Tr. f 1 u 2 U U z = 60V u d U 0 = 20V Tl. f 1 i 1 i 3 i k1 oblo uk i k3 I U U U U z 0 Z k ki I 13 Jan Bauer

14 Svařování tyristorové svářečky dobré vlastnosti - malý i k plynulá regulace špatný cosj, produkce harmonických U U z = 60V U 0 = 20V u 1 Tr. f 1 u 2 f 1 a u d Reg Tl. I* U U U U z 0 i k1 Z k ki I i k3 I 14 Jan Bauer

15 Svařování tranzistorové svářečky trafo na vf = nižší hmotnost plynulá regulace nižší objem tlumivky L khz u 1 f 1 = ~ Tl. Reg I* 15 Jan Bauer

16 Indukční ohřev úprava povrchu obrobků využití vířivých proudů skin efekt hloubka vniku a 2 0 r 16 Jan Bauer

17 Indukční ohřev - měniče střídače měnií stejnosměrný proud an střídavý počet fází můstkové / uzlové proudové / napěťové tranzistory / tyristory V 1 D 1 V 3 D 3 i load DC u load V 4 D 4 V 2 D 2 17 Jan Bauer

18 Indukční ohřev - měniče řízení amplitudové řízení pomocí u d střídání 2 hladin +u d ; -u d V 1 V 2 D 3 D 4 u d i d DC i load + - DC i load + - V 3 V 4 D 1 D 2 DC i load + - DC i load Jan Bauer

19 Indukční ohřev - měniče řízení šířkové střídání 3 hladin +u d ; 0 ; -u d D 1 V 1 V 2 i d u d D 2 V 3 D 2 V 1 D 3 D 3 T/2 d) D 4 V 3 V 4 i load i load i load i load DC + - DC + - DC + - DC + - i load i load DC + - DC Jan Bauer

20 Indukční ohřev - měniče řízení šířkově pulzní střídání 2 a 3 hladin snížení obsahu harmonických šířka pulzu konstantní u d 20 Jan Bauer

21 řízení pulzně šířkové Indukční ohřev - měniče u ref U d 21 Jan Bauer

22 Indukční ohřev - měniče rezonanční střídač RL zátěž doplněna C rezonanční obvod pro málo proměnnou zátěž výstupní frekvence khz u z / i z sinusové výkon v řádu MW typy sériový / paralelní 22 Jan Bauer

23 Indukční ohřev - měniče rezonanční střídač - sériový V 1 D 1 V 3 D 3 rezonance komutuje tyristory V 4 D 4 V 2 D 2 ideální případ R = 0 u c(0) 0 i z U Z 0 sin t 0 Z u c 0 0 U L C 1 LC 1 cos t 0 23 Jan Bauer

24 Indukční ohřev - měniče 6U 2U U Z 0 5U Z 0 i z u z -3U Z 0-4U 24 Jan Bauer

25 25 Jan Bauer Indukční ohřev - měniče R > 0 s růstem u c rostou ztráty obvod se ustálí na U cmax > U t 0 > t q bezproudá pauza frekvence střídače < vlastní frekvence zátěže vypnutí tyristorů poklesem i z k nule L L R L R L R LC R i z u z

26 rezonanční střídač - paralelní Indukční ohřev - měniče C komutuje tyristory potřeba nabít indukčnost V 1 D 1 V 3 D 3 V 4 D 4 V 2 D 2 nadrezonanční chod u z i z 26 Jan Bauer