Výkonový polovodičový měnič Konstrukce polovodičových měničů Výkonový polovodičový měnič obsah prezentace Výkonový polovodičový měnič. Přehled norem pro rozvaděče a polovodičové měniče.. Výběr z výkonových polovodičových měničů. KPM 2012/2013 Výkonový polovodičový měnič Petr Vaculík Výkonový polovodičový měnič Výkonový polovodičový měnič (VPM) je statický měnič, kterým je možné měnit druh a parametry elektrické energie. Základní druhy VPM: USMĚRŇOVAČ měnič určený pro přeměnu střídavého proudu na proud stejnosměrný. STŘÍDAČ měnič určený pro přeměnu stejnosměrného proudu na proud střídaný. STŘÍDAVÝ MĚNIČ určený pro přeměnu střídavého proudu daných parametrů na střídavý proud jiných parametrů. STEJNOSMĚRNÝ MĚNIČ určený pro přeměnu střední hodnoty stejnosměrného napětí. Složitější typy měničů v sobě obsahují několik základních typů měničů, s tím že mohou současně měnit několik parametrů současně (frekvenci, napětí a počet fází). KPM 2012/2013 Výkonový polovodičový měnič Petr Vaculík 1
Hlavní bloky výkonového polovodičového měniče Hlavní obvody měniče ve kterých se mění parametry elektrické energie výkonové polovodičové součástky např. diody, tyristory, GTO, IGCT, IGBT, MOSFET. Vedlejší obvody, které umožňují činnost hlavních obvodů odlehčovací, komutační. Pomocné obvody, které slouží k zabezpečení spolehlivé činnosti měniče ochrany proti nadproudu, přepětí (např. RC členy), pomocné napájecí zdroje, aj. Řídicí a budicí obvody pomocí kterých se řídí činnost celého měniče. Součástí těchto obvodů jsou i budiče hradlových impulzů sloužící k zapínání a vypínání výkonových polovodičových součástek. KPM 2012/2013 Výkonový polovodičový měnič Petr Vaculík Normy pro rozvaděče a polovodičové měniče ČSN EN 60439-1 Rozvaděče nn. Část 1: Typově zkoušené a částečně zkoušené rozvaděče: Norma platí pro rozvaděče, jejichž jmenovité AC napětí o kmitočtu do 1kHz nepřesahuje 1000V, nebo jejichž DC jmenovité napětí nepřesahuje 1500V. Obsahuje rozvaděče určené pro výrobu, přenos, rozvod a přeměnu elektrické energie a rozvaděče pro řízení provozu elektrických spotřebičů. Účelem normy je stanovit názvy a definice, provozní podmínky, konstrukční požadavky, technické charakteristiky a zkoušky pro rozvaděče nn. Normy pro rozvaděče a polovodičové měniče ČSN EN 60146-1-1 Polovodičové měniče se síťovou komutací. Část 1-1: Stanovení základních požadavků: Norma specifikuje požadavky na provedení všech elektronických výkonových měničů a elektronických výkonových spínačů, které používají řízené nebo neřízené elektronické výkonové součástky. Přednostně je určena pro specifikaci požadavků týkající se měničů komutovaných sítí pro přeměnu AC na DC proud a naopak. Části této normy jsou použitelné i pro jiné druhy výkonových měničů. 2
Normy pro rozvaděče a polovodičové měniče ČSN IEC 146-1-2 Polovodičové měniče Všeobecné požadavky a měniče se síťovou komutací. Část 1-2: Aplikační návod: Norma obsahuje aplikační návod pro měniče komutované sítí. Jsou zde uvedeny základní informace pro výpočty měničů a jejich vlivů na napájecí síť. ČSN EN 60146-1-3 Polovodičové měniče Všeobecné požadavky a měniče se síťovou komutací. Část 1-3: Transformátory a tlumivky: Norma se vztahuje na ty charakteristické vlastnosti, ve kterých se měničové transformátory liší od běžných výkonových transformátorů. ČSN EN 61287-1 Drážní zařízení. Výkonové měniče instalované v drážních vozidlech. Část 1: Charakteristiky a zkušební metody: (nahrazení ČSN EN 50207) Norma platí pro výkonové elektronické měniče instalované na drážních vozidlech a určené pro napájení trakčních obvodů a pomocných obvodů hnacích vozidel a tažených vozidel. Definuje terminologii, provozní podmínky, všeobecné charakteristiky a zkušební metody výkonových polovodičových měničů na drážních vozidlech. Zahrnuje kompletní sestavu měniče s montážními celky: sestavy polovodičových součástek chladicí systémy součásti DC link regulační, řídicí a spínací obvody a přidružená čidla vestavěné a ochranné obvody ČSN EN 50155 Drážní zařízení. Elektronická zařízení pro drážní vozidla: Norma platí pro všechna elektronická zařízení, ochranu, napájení atd. instalovaná na kolejových vozidlech a spojená buď s akumulátorovou baterií nebo s napájecí sítí. Norma zahrnuje pracovní podmínky, návrh, konstrukci a zkoušení elektronických zařízení, a také základní požadavky na HW a SW. Pro účely této normy je elektronické zařízení definováno jako zařízení sestávající se hlavně z polovodičových součástek a příslušných připojených součástek, které jsou montovány zejména na desky plošných spojů. 3
ČSN EN 61373 Drážní zařízení. Zařízení drážních vozidel. Zkoušky rázy a vibracemi: Norma zahrnuje požadavky na zkoušení mechanických, pneumatických, elektrických a elektronických zařízení/součástí, která mají být upevněna na drážní vozidla, náhodnými vibracemi a rázy. Zkušební hladiny, které mají být aplikovány na zkoušený prvek, jsou dány pouze jeho umístěním na vozidle (montáží na nápravě, podvozku nebo skříni vozidla). ČSN EN 60077-1 Drážní zařízení. Elektrická zařízení drážních vozidel. Část 1: Všeobecné provozní podmínky a všeobecné pravidla: Norma stanoví všeobecné provozní podmínky a požadavky na všechna elektrická zařízení instalovaná ve výkonových obvodech, pomocných obvodech a řídicích obvodech drážních vozidel. ČSN 36 2255 Elektrická trakční výzbroj. Elektrické přístroje hnacích vozidel: Norma se vztahuje na tyto přístroje: kontaktní spínací přístroje, elektrická relé kontaktní, přístroje pro kontrolu, indikaci apod. a pojistky na stejnosměrný proud od 600V. 4
ČSN EN 50124-1 Drážní zařízení. Koordinace izolace. Část 1: Základní požadavky. Vzdušné vzdálenosti a povrchové cesty pro všechna elektrická a elektronická zařízení: Koordinace izolace se týká volby, dimenzování a vzájemného vztahu mezi izolací, jak uvnitř zařízení, tak mezi jeho částmi. Při dimenzování izolace se berou v úvahu elektrická namáhání a podmínky okolního prostředí. Tato norma stanovuje: požadavky na vzdušné vzdálenosti a povrchové cesty pro zařízení všeobecné požadavky na zkoušky týkající se koordinace izolace ČSN EN 50153 Drážní zařízení. Drážní vozidla. Opatření na ochranu před úrazem elektrickým proudem: Norma stanovuje soubor předpisů, které se používají pro konstrukci a výrobu elektrických zařízení a prostředků drážních vozidel na ochranu osob před úrazem elektrickým proudem. ČSN EN 60310 Drážní zařízení. Trakční transformátory a tlumivky drážních vozidel: Norma platí pro trakční transformátory instalované v drážních vozidlech a pro různé typy tlumivek používaných v měničích. 5
Výběr z výkonových polovodičových měničů (VPM) průmyslové pohony trolejbusy tramvaje metro železniční dopravu lodní dopravu Výkonové měniče pro průmyslové pohony spolupráce s DC nebo AC motory splnění technologických požadavků vyhovění provoznímu prostředí (okolní teplota, prašnost, vlhkost, otřesy apod.) dlouhodobá vysoká provozní spolehlivost využití stavebnicového systému měničových jednotek Výkonové měniče pro průmyslové pohony 6
Výkonové měniče pro průmyslové pohony Výkonové měniče pro průmyslové pohony Výkonové měniče pro průmyslové pohony 7
Výkonové měniče pro trolejbusy v současné době jsou měniče připojeny většinou k asynchronním nebo k synchronním motorům rozsah provozních teplot -30 C až +40 C vysoké krytí IP55 umístění na střeše vozidla - odolnost proti veškerým povětrnostním podmínkám odolnost vůči vibracím a rázům provedení měniče s dvojitou izolací hlídač izolačního stavu trolejbus je v ČR zařazen mezi drážní vozidla jmenovité napětí troleje: DC 600 V / DC 750 V Výkonové měniče pro trolejbusy Výkonové měniče pro trolejbusy 8
Výkonové měniče pro trolejbusy Výkonové měniče pro tramvaje a metro v současné době jsou měniče připojeny většinou k asynchronním nebo k synchronním motorům rozsah provozních teplot -30 C až +40 C vysoké krytí IP55 umístění v podlaze vozidla odolnost vůči vibracím a rázům měniče nemusí mít dvojitou izolaci jmenovité napětí troleje: DC 600 V / DC 750 V Výkonové měniče pro tramvaje 9
Výkonové měniče pro tramvaje Výkonové měniče pro metro Výkonové měniče pro železniční dopravu různé umístění měničových jednotek ve vozech lokomotivy měničové skříně ve strojovně vozidla motorové jednotky LRV kontejnery nad či pod vozidlem napájecí napětí 3 kv DC, 25 kv 50 Hz, 15 kv 16,7 Hz vícesystémové napájení výkonová oblast 1 10 MW kapalinové chlazení ztrátový výkon 10 120kW vzduchové chlazení tlumivky, trakční trafo zvýšený požadavek na povrchové a přeskokové vzdálenosti přenos spínacích pulsů pomocí světlovodných kabelů 10
Výkonové měniče pro železniční dopravu - měniče pro lokomotivy Výkonové měniče pro železniční dopravu - měniče pro lokomotivy Výkonové měniče pro železniční dopravu - měniče pro motorové jednotky LRV 11
Výkonové měniče pro železniční dopravu - měniče pro centrální zdroje energie a osobní vagóny Výkonové měniče pro lodní dopravu měniče nejvyšších výkonů 0,3 72MW napěťové hladiny 2,3 kv - 10kV spínací prvky IGCT modulární design vysoká spolehlivost a životnost Výkonové měniče pro lodní dopravu 12
Výkonové měniče pro lodní dopravu Reference Vondrášek, F.: Výkonová elektronika svazek 6, Projektování výkonových polovodičových měničů vybrané stati, ZČU Plzeň 2008 http://www.skoda.cz/cs/produkty/pohony/ http://www.abb.com/marine http://www.abb.cz/ děkuji za pozornost Konstrukce polovodičových měničů 13