Střídače. přednáška výkonová elektronika. Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/ Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.

Transkript

1 přednáška výkonová elektronika Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/ Modernizace didaktických metod a inovace výky technických předmětů.

2 Střídače Střídače obvody s vstpní strano stejnosměrno a výstpní střídavo Požité prvky s vlastní komtací typ spínačů - tranzistory (IGBT, MOSFET, BJT), tyristory GTO (IGCT) nebo rychlé tyristory s komtačním obvodem tyristory ntný komtační obvod (ke každém tyristor zvlášť nebo společný) výky technických předmětů 2

3 Rozdělení střídačů podle počt fází zátěže jednofázový střídač (PS) třífázový střídač (asynchronní nebo synchronní motory, fotovoltaické elektrárny) vícefázový střídač (vícefázové krokové motory) Podle typ napájení napěťové střídače (významnější) napájené ze zdroje napětí prodové střídače napájené ze zdroje prod výky technických předmětů 3

4 přenos elektrického výkon střídače vede elektrický výkon ve 4 kvadrantech střídavý průběh na výstp střídače, běžně neharmonický fázorový popis pro první harmonicko složk výstpního napětí a prod - napětí a prod svírají fázový úhel (nejčastěji zátěž s indktivním charakterem potlačje vyšší harmonické) výky technických předmětů 4

5 jednofázové střídače (napěťové), základní zapojení půlmost sepnto napětí na výstp S1 o = + d /2 S2 o = d /2 S1, S2 zakázáno - zkrat celý most sepnto napětí na výstp S1, S4 o = + d S2, S3 o = d S1, S3 o = 0 S2, S4 o = 0 S1, S2 zakázáno - zkrat S3, S4 zakázáno - zkrat výky technických předmětů 5

6 tok prod ve střídači typ plný H-most s indktivní zátěží strmost prod di dt = L tok energie růžová do zátěže oranžová do zdroje výky technických předmětů 6

7 Ochranná doba větve zpoždění sepntí a vypntí prvků -> krátké okamžiky zkrat (omezeno parazitními prvky), růst ztrát, riziko zničení spínače sepntí se zpožděním (ochranná nebo prázdná (blanking time) doba t 0 ) čas nastaven podle prvků MOSFET 1µs, IGBT 2-5 µs, IGCT 50 µs (závisí na spínacích parametrech) výky technických předmětů 7

8 základní obdélníkové řízení poloviční H-most, přepntí při průchod řídícího napětí nlo úhel otevření 180 ve výstpním signál řada harmonických složek - harmonické zkreslení nelze řídit velikost o velikost 1. harmonické: 4 d o 1 1, vyšší harmonické o 1 oh h d výky technických předmětů 8

9 Řízení střídače pomocí PWM výstpní střídavý signál spol s filtrací má téměř harmonický signál je možné řídit velikost a do jisté míry průběh výstpního signál vstp blokovaný kondenzátorem pro pokrytí odběr prodových špiček výstp filtr pro odstranění vyšších harmonických (vznik jalového výkon) generování PWM analogově nosný pilovitý průběh modlovaný průběh - komparátor digitálně čítač s generátorem, podle aktální hodnoty nastavje 1 nebo 0, řídí kombinační logický obvod jiné principy (napodobování analogového princip v DSP) výky technických předmětů 9

10 Parametry PWM střídače půlmost frekvenční poměr modlace m f f tri m contr tri : o f amplitdový poměr modlace m a f 2 1contr Mcontr m contr tri : o a Základní princip vznik PWM: 2 Mtri d d výky technických předmětů 10

11 Vlastnosti PWM vlastnosti m a amplitdový poměr modlace m a < 1 - lineární oblast, m o m a > 1 a maximální derivace řídícího napětí je menší, než derivace trojúhelníkového průběh: přechodná oblast d 4 d o 2 2 m a > 1 - obdélníková oblast (řídící signál protíná trojúhelníkový signál 2krát za period, výsledkem je obdélníkovitý průběh), velikost výstpního napětí nelze řídit 4 d o 2 a 2 d výky technických předmětů 11

12 poměr m f modlační frekvence co nejvyšší m f < 20: požadavek na sodělnost frekvence, mf msí být celé číslo. Pokd není, vznik sbharmonických složek, které moho být nežádocí pro spotřebič nebo síť m f > 20: přítomnost sbharmonických zanedbatelná Harmonické složky PWM pro 1 fázi širší spektrm harmonických složek, vedeny v tablce amplitda harmonických se mění podle velikosti modlovaného signál velikost složek na výstp modlátor podle přenosové fnkce filtr a vstpní impedance zátěže m a 0,2 0,4 0,6 0,8 1 zákl. harm 0,2 0,4 0,6 0,8 1 m f m f ± 2 m f ± 4 2m f ± 1 2m f ± 3 2m f ± 5 3m f 3m f ± 2 3m f ± 4 3m f ± 6 1,242 0,016 1,15 0,061 0,190 0,326 0,024 0,335 0,044 0,123 0,139 0,12 1,006 0,131 0,370 0,071 0,083 0,203 0,047 0,818 0,220 0,314 0,139 0,013 0,171 0,176 0,104 0,016 0,601 0,318 0,018 0,181 0,212 0,033 0,113 0,062 0,157 0,044 výky technických předmětů 12

13 Střídač Harmonické složky PWM pro 1 fázi - GRAF př. f c = 50 Hz, f m = 1700 Hz, d = 300 V, m a = 0,8, m f = 34, půlmost: f f f f f řešení - harmonické složky podle tablky 1 50 Hz: mf 2 mf mf 2 2mf 3 o Hz: 1700 Hz: 1800 Hz: 3250 Hz: 3000,8/ V omf omf ,22 / 2 33 V 300 0,818 / 2 122,7 V omf 2 omf 3000,22 / 2 33 V 300 0,139 / 2 20,85 V výky technických předmětů 13

14 nipolární řízení Střídač na celém H-most ve spektr schází liché násobky vyšších harmonických výky technických předmětů 14

15 řízení 1f. střídače šířko obdélníka realizovatelné jen celým h- mostem řízení amplitdy, vliv na harmonické (při konkrétním úhl řízení se některé harmonické zrší) nejmenší harmonické zkreslení výstpního napětí při δ = o( h) d sin h d h d cosh THD n j2 o1 2 oj výky technických předmětů 15

16 Psh-pll střídače s transformátorem pro menší zátěže (transformátor přenáší výkon první harmonické) obvykle není rčeno pro PWM (vysoké ztráty vyšších harmonických bdiče pro tranzistory mají stejný potenciál předřadníky do výbojek, ss měniče (počítačové zdroje) pro řízení je možné vyžít opačné fázové napětí z transformátor samokmitající měniče (neřízené!) omax m a n d n N N P S výky technických předmětů 16

17 Dimenzování tranzistorů a napájecího napětí ve střídači účinnost měniče teoreticky 100%, snížená ztrátami na spínacích prvcích Max. napětí tranzistor Max. prod tranzistorem Výstpní napětí mezi zly Poloviční most CE dmax IC 2I omax o 2 4 dmax 2 Celý most CE dmax IC 2I omax 4 o dmax 2 Psh-Pll střídač CE 2 dmax I C 2 I omax n o 4 2 dmax n výky technických předmětů 17

18 3 fázové můstky 3 zdroje střídavého napětí s posntím 120 spojení 3 1f měničů nákladné (12 spínačů + transformátor) jednodšší řešení - 3 fázové můstky se 6 spínači základní schémata: zapojení zátěže do hvězdy (Y) zapojení zátěže do trojúhelníka (D) základní zly střídače: A, B, C s přidrženými tranzistory, připojení na napětí d nebo 0 pro každo větev střídače (3 větve) v provoz 2 stavy 1) horní tranzistor sepntý, dolní vypntý 2) horní tranzistor vypntý, dolní sepntý možno 2 3 = 8 kombinací, 2 kombinace typ všechny horní tranzistory zapnté nebo vypnté dávaní na všech 3 zlech stejný potenciál výky technických předmětů 18

19 střídač zapojení zátěže do trojúhelník AB A B BC B C CA C A výky technických předmětů 19

20 3f můstek obdélníkové řízení zapojení do trojúhelník, výky technických předmětů 20

21 Střídač 3f můstek řízení PWM zapojení do trojúhelník, výky technických předmětů 21

22 základní parametry 3f můstk: maximální sdržené napětí L (mezi zly střídače) LMAX d obdélníkové řízení spínače jso otevřeny po dob půl periody sdržené napětí pro první harmonicko (efektivní hodnota): přehled harmonických složek: Lh d L1 6 L 1 proh 6n 1, n h d 1,2,3... výky technických předmětů 22

23 řízení PWM 3 fáze základní parametry modlace frekvenční a amplitdový poměr modlace m f a m a (pro m a > 1 dochází ke generování stejných harmonických jako obdélník) sdržené napětí L1 pro m a <1, ostatní harmonické složky v tablce (graf) m a 0,2 0,4 0,6 0,8 1 zákl. harm 0,122 0,245 0,367 0,490 0,612 m f ± 2 m f ± 4 2m f ± 1 2m f ± 5 3m f ± 2 3m f ± 4 L ,010 0,037 0,080 0,135 0,005 0,116 0,200 0,227 0,192 0,008 0,027 0,085 0,007 m a d 0,124 0,029 0,108 0,064 0,195 0,011 0,111 0,020 0,038 0,096 výky technických předmětů 23

24 výky technických předmětů 24 Střídače 3f střídač zapojení zátěže do hvězdy pro symetricko zátěž, střední zel N není nikam připojen A B C CN C A B BN C B A AN , ,

25 Obdélník - průběh 3 f napětí a, b, c, výky technických předmětů 25

26 Střídač Trojfázové řízení PWM zapojení symetrické zátěže do hvězdy s odpojeným středem výky technických předmětů 26

27 Střídač Víceúrovňové střídače - tříúrovňový střídač snížení napětí na tranzistorech, zmenšení harmonického zkreslení výky technických předmětů 27

28 Střídač Víceúrovňové střídače - tříúrovňový střídač výstpní napětí podle sepntých spínačů S 1A S 1B S 4A S 4B AN d / d /2 Synchronní PWM řízení spínač na on S 1A S 1B S 4A S 4B podmínka contra > tri1 contra > tri2 contra < tri1 contra < tri2 výky technických předmětů 28

29 Střídač Prodové střídače napájení zdroj prod, řízený tyristorový směrňovač při rekperaci se mění směr napětí na vstp třífázové, jen velké výkony PWM nebo obdélníkové řízení (úhel otevření 120 ) výky technických předmětů 29

30 výky technických předmětů Děkji za pozornost Tento materiál vznikl v rámci projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/ výky technických předmětů, který je spolfinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.