Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Σχετικά έγγραφα
Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΙΙ

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. L d D F

Διοικητική Λογιστική

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 10η Άσκηση Αλγόριθμος Dijkstra

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 6

Διοικητική Λογιστική

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 3

Διδακτική Πληροφορικής

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εισαγωγή στους Η/Υ. Ενότητα 2β: Αντίστροφο Πρόβλημα. Δημήτρης Σαραβάνος, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗ

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

1 η Διάλεξη. Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 2

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Kruskal

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 1

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Prim

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

Ηλεκτροτεχνία ΙΙ. Ενότητα 2: Ηλεκτρικά κυκλώματα συνεχούς ρεύματος. Δημήτρης Στημονιάρης, Δημήτρης Τσιαμήτρος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Ηλεκτρονική. Ενότητα 5: DC λειτουργία Πόλωση του διπολικού τρανζίστορ. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΙ

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Μυελού των Οστών Ενότητα #1: Ερωτήσεις κατανόησης και αυτόαξιολόγησης

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 2

Μικροκύματα. Ενότητα 4: Προσαρμογή. Σταύρος Κουλουρίδης Πολυτεχνική Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών

Ηλεκτροτεχνία ΙΙ. Ενότητα 1: Βασικές Έννοιες Ηλεκτροτεχία Ηλεκτρονική. Δημήτρης Στημονιάρης, Δημήτρης Τσιαμήτρος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαχείρισης έργου υπό συνθήκες αβεβαιότητας

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΙ

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 8

Ηλεκτροτεχνία Ηλ. Μηχανές & Εγκαταστάσεις πλοίου (Θ)

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Ηλεκτρονική. Ενότητα 9: Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου (FET) Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΙ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 7

Εφαρμογές των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών στη διδασκαλία και τη μάθηση

Έλεγχος και Διασφάλιση Ποιότητας Ενότητα 4: Μελέτη ISO Κουππάρης Μιχαήλ Τμήμα Χημείας Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 5

Εργαστήριο Ανάλυσης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

Διαχείριση Πολιτισμικών Δεδομένων

Διδακτική Πληροφορικής

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Αερισμός. Ενότητα 1: Αερισμός και αιμάτωση. Κωνσταντίνος Σπυρόπουλος, Καθηγητής Σχολή Επιστημών Υγείας Τμήμα Ιατρικής

Ανάλυση Σ.Η.Ε. Ενότητα 1: Ανάλυση συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας

Εννοιες και Παράγοντες της Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Ηλεκτρονική. Ενότητα 8: Απόκριση κατά Συχνότητα των Ενισχυτών μιας βαθμίδας με διπολικά τρανζίστορ

Transcript:

Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ενότητα 1: (DC-DC Cnverters) Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών

Σκοποί ενότητας Παρουσίαση και επεξήγηση βασικών τοπολογιών των μετατροπέων συνεχούς τάσης σε συνεχή 2

Περιεχόμενα ενότητας Μετατροπείς συνεχούς τάσης σε συνεχή με τρανζίστορ ισχύος (Buck, Bst, Buck/Bst). Μετατροπείς συνεχούς τάσης σε συνεχή με θυρίστορ (Chpper) Ρύθμιση στροφών μηχανής συνεχούς ρεύματος με χρήση των ανωτέρω τοπολογιών 3

Διάλεξη 3η Μετατροπέας ΣΤ-ΣΤ υποβιβασμού τάσης (Buck) Μέρος 2ο 4

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΙΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΤΑΣΗΣ ΣΕ ΣΥΝΕΧΗ ΤΑΣΗ (DC-DC Cnverters) Ο ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΣΤ-ΣΤ ΥΠΟΒΙΒΑΣΜΟΥ ΤΑΣΗΣ (Buck DC-DC Cnverter) Μέρος 2 ο 5

ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ Σ.Τ. Σ.Τ. ΤΥΠΟΥ BUCK I I MOS L + + - C D C _ Κυκλωματικό διάγραμμα Όπως δηλώνει και το όνομά του, είναι ένας μετατροπέας Σ.Τ. σε Σ.Τ. υποβιβασμού τάσης (step-dwn ή buck cnverter) και παράγει μια συνεχή τάση εξόδου χαμηλότερη από τη συνεχή τάση εισόδου. 6

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ BUCK Η θεωρητική ανάλυση της λειτουργίας μετατροπέα Buck πραγματοποιείται στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας και στηρίζεται στην υπόθεση ότι όλα τα στοιχεία του κυκλώματος είναι ιδανικά. Δηλαδή: Οι ημιαγωγικοί διακόπτες παρουσιάζουν: μηδενικούς χρόνους έναυσης και σβέσης μηδενικές απώλειες αγωγής μηδενική πτώση τάσης Ο πυκνωτής εξόδου είναι πολύ μεγάλος (ώστε η τάση εξόδου να μπορεί να θεωρηθεί σχεδόν σταθερή). Δύο περιοχές λειτουργίας: Περιοχή συνεχούς αγωγής (CCM). Περιοχή ασυνεχούς αγωγής (DCM). 7

Βασικότερες εξισώσεις λειτουργίας Buck L I L - L Συνεχής αγωγή (CCM) I L,max - L - I I L,mn t n T s - t I +I I +I =δ, I = L,max L,mn, I = L,max L,mn δ 2 2 - I - I = δ T = δ 1-δ T 1-δ T L,max L,mn S S S L L L 8

Βασικότερες εξισώσεις λειτουργίας Buck L I L - L I L,max - - δ T s Δ1 T s Ασυνεχής αγωγή (DCM) - L I t T s δ δ = 2 I δ +2 TS L 2 2 2 δ +2 IN, 9

Βασικότερες εξισώσεις λειτουργίας Buck Όριο μεταξύ συνεχούς και ασυνεχούς αγωγής L I L - L I L,max - - L I b t n t T s - - δ T δ 1-δ 1-δ S T S TS I =I = = =,b L,b L 2 L 2 L 2 10

Buck: Χαρακτηριστικές εξόδου (με σταθερή) δ δ 2 2 =δ, CCM =, DCM 2 2 I N, δ +2 I δ +2 TS L T δ 1-δ T I,b = I s s,b,max L 2 8 L N = και I N = I,b,max I I T 8L Αν θέσουμε: s Θα έχουμε: 2 2 δ δ N =δ, CCM N =, DCM 2 2 I 1 δ+ 1 δ + IN 4 I 4,b,max 11

Buck: Χαρακτηριστικές εξόδου ( σταθερή) N ΣΥΝΕΧΗΣ ΑΓΩΓΗ δ=0.9 ΑΣΥΝΕΧΗΣ ΑΓΩΓΗ δ=0.7 δ=0.5 δ=0.3 δ=0.1 N = I I N = T s 8L Χαρακτηριστικές εξόδου για = ct IN 12

Buck: Χαρακτηριστικές εξόδου (με σταθερή) δ δ 2 2 =δ, CCM =, DCM 2 2 I N, δ +2 I δ +2 TS L T 1-δ T I,b = I 2 L 2 2 L Αν θέσουμε: Θα έχουμε: s s,b,max I = N = και N I,b,max I I T 2L I 1 1 I 1 I 1 1 1 1,b,max N δ=, CCM δ=, DCM N N N N N s 13

Buck: Χαρακτηριστικές εξόδου ( σταθερή) δ ΣΥΝΕΧΗΣ ΑΓΩΓΗ N=1,25 N=2,0 N = ΑΣΥΝΕΧΗΣ ΑΓΩΓΗ N=2,5 N=5,0 N=10 I I = N T s 2L Χαρακτηριστικές εξόδου για = ct INο 14

Μεταβολές Μεγεθών Buck: Μεταβολή φορτίου εξόδου Μεταβολή πηνίου εξομάλυνσης L I L I 1 I 2 I 3 L I L I t n - T s t t n - t T s - L I L - L T s I L,max - - δ T s Δ1 T s - L I t Συμπεράσματα για λειτουργία στην περιοχή ασυνεχούς αγωγής Χαμηλό ρεύμα εξόδου Μικρές τιμές πηνίου εξομάλυνσης Μικρός όγκος και βάρος Μειονεκτήματα; 15

Προσομοίωση, με το πρόγραμμα Pspce, του μετατροπέα Σ.Τ. Σ.Τ. Buck L 1 2 + - TR + - D 1 1 n pulse + - + - 2 C 2 R Κυκλωματικό διάγραμμα 16

Προσομοίωση του Buck στην περιοχή CCM Κυματομορφές Τάσεων στη CCM 17

Προσομοίωση του Buck στην περιοχή CCM Κυματομορφές Ρευμάτων στη CCM 18

Προσομοίωση του Buck στην περιοχή DCM Κυματομορφές Τάσεων στη DCM 19

Προσομοίωση του Buck στην περιοχή DCM Κυματομορφές Ρευμάτων στη DCM 20

Προσομοίωση του Buck στην εκκίνηση Κυματομορφές των στοιχείων κατά την εκκίνηση 21

Κυμάτωση της τάσης εξόδου του Buck ΔQ 1 1 ΔIL T Δ = = C C 2 2 2 ΔI L = 1-δ TS L T S Δ = 1-δ TS 8C L S u L L u 0 - L δt S Δ ΔQ T 2 S T S ΔI L 2 I L,mn - I L,max - - L I t Συνεπώς: 2 2 Δ 1 TS 1-δ π C = = 1-δ 8 L C 2 S Όπου c η συχνότητα αποκοπής του κατωδιαβατού φίλτρου: 2 1 C = 2 π L C Κυματομορφές τάσης - ρεύματος του πηνίου και τάσης εξόδου t 22

Ασκήσεις στο μετατροπέα Buck Άσκηση 1 η Ένας μετατροπέας Σ.Τ.-Σ.Τ. υποβιβασμού τάσης (Buck) τροφοδοτεί με τάση 24 ένα ωμικό φορτίο αντίστασης 6Ω. Η τάση εισόδου του μετατροπέα είναι ίση με 60, η διακοπτική συχνότητα λειτουργίας του είναι 100kHz, ενώ ο μετατροπέας λειτουργεί στην περιοχή συνεχούς αγωγής (CCM). Να υπολογισθούν: α) Ο λόγος κατάτμησης δ. β) Η ελάχιστη τιμή του πηνίου εξομάλυνσης L ώστε ο μετατροπέας να λειτουργεί στην περιοχή συνεχούς αγωγής. γ) Η μέγιστη και η ελάχιστη τιμή του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο εξομάλυνσης, εάν η τιμή της επαγωγής του πηνίου αυτού ισούται με 240μH. δ) Η ισχύς που απορροφάται από την πηγή και η ισχύς που καταναλώνεται στο ωμικό φορτίο. 23

Ασκήσεις στο μετατροπέα Buck Άσκηση 2 η Θεωρήστε μετατροπέα Σ.Τ.-Σ.Τ. υποβιβασμού τάσης (Buck) με τάση εισόδου =48, τάση εξόδου ο =6 και ισχύ εξόδου P ο =3W- 30W. Η συχνότητα λειτουργίας είναι s =30kHz. Να υπολογισθεί η τιμή του πηνίου εξομάλυνσης ώστε το κύκλωμα να λειτουργεί στην περιοχή συνεχούς αγωγής, σε οποιεσδήποτε συνθήκες λειτουργίας. 24

Τέλος Διάλεξης

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στ πλαίσι του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σημειώματα

Σημείωμα Αναφοράς Cpyrght Πανεπιστήμιο Πατρών, Εμμανουήλ Τατάκης 2014. Εμμανουήλ Τατάκης. «Ηλεκτρονικά Ισχύος ΙΙ.». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://eclass.upatras.gr/curses/ee898/.

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creatve Cmmns Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creatvecmmns.rg/lcenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Οι εικόνες των διαλέξεων δημιουργήθηκαν από τους κ. Τατάκη Εμμανουήλ, Συρίγο Στυλιανό στα πλαίσια του έργου «Ανοικτά ακαδημαϊκά μαθήματα Πανεπιστημίου Πατρών» εκτός κι αν αναφέρεται διαφορετικά παρακάτω:

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.