TNE102 Tillämpad effektelektronik

Transkript

1 LINKÖPINGS UNIVERSITET KURSINFORMATION ITN TNE102 Tillämpad effektelektronik Allmänt Förkunskaper Kretsteori, Kretsteori fk, Halvledarteknik och tillverkning, Analog elektronik 1 och 2 Kurssekreterare: Marie-Louise Gustafsson, tel E-post: marie-louise.gustafsson@liu.se Arb.rum: TP 6155, Täppan plan 6. Kursansvarig/examinator/undervisning: Kjell Karlsson, tel E-post: kjell.karlsson@liu.se Arb.rum: TP 6167, Täppan plan 6. Om kursen - Del 1 (Kursen består av två delar och dessa redovisas separat i denna kursinformation.) Mål Efter genomgången (del)kurs ska studenterna kunna: Göra beräkningar på symmetriska och enkla osymmetriska trefassystem och göra enkla beräkningar med hjälp av symmetriska komponenter Beskriva och göra beräkningar på effektelektroniska komponenter och kylning av sådana Beskriva och göra beräkningar på vanliga elektriska maskiner och strömriktare Beskriva och göra beräkningar på strömförsörjningsaggregat Beräkna storheter som beskriver elkvalitet Beskriva och redogöra för de problem som kan uppstå med störningar, EMC och nätåterverkan i system med effekthalvledare Beskriva och göra dimensionerande beräkningar på strömriktarmatade AC- och DC-motordrifter Beskriva och genomföra enklare beräkningar på system för effektöverföring med högspänd likström (CSC-HVDC) Använda mättekniska metoder i system med effekthalvledare Ha kännedom om sätt att simulera effektelektroniska system med för ändamålet avsedd programvara

2 Organisation Undervisningen bedrivs i form av storseminarier (föreläsningar med övningsräkning inkluderat) och laborationer. Kursinnehåll Trefassystem. Elektriska maskiner; Likströmsmaskinen, asynkronmaskinen, synkronmaskinen, Enfas- och trefastransformatorn. Effekthalvledare och deras halvledarfysik. Klassificering av strömriktare. Strömriktare för en- och trefas. Strömriktare med induktiva laster. Behov av reaktiv effekt. Effektsamband. Fyrkvadrantdrift av motorer. Kommersiella omriktare och deras industriella användning. DC-choppers och likspänningsomriktare. Växelriktare för DC/AC-omvandling. Flerstegsinvertrar. Resonanta omvandlare. Strömförsörjningsaggregat och system för avbrottsfri kraft. Dynamisk beskrivning av switchade strömförsörjningsaggregat. Termiska beräkningar. Termisk resistans och termisk impedans. Simulering av effektelektroniska system. Kurslitteratur 1/ Mohan, Undeland, Robbins: Power Electronics. Wiley. ISBN: (MUR) 2/ Lab-PM 3/ Kompletterande material. 1/ säljs i bokhandeln, 2/ och 3/ publiceras på Lisam och distribueras under kursens gång. Kompletterande litteratur på svenska: Franzén-Lundgren, Elkraftteknik, Studentlitteratur, ISBN: (FL) Examination Skriftlig tentamen 4 hp. Hjälpmedel: Kursboken. (Tentamen ges första gången 15 mars 2017 kl ) Laborationskursen 2 hp.

3 Planering - Del 1 (Vissa modifieringar kan uppstå under kursens gång. Kontrollera datum och tider mot schemat i TimeEdit.) Vecka Avsnitt Kursmaterial 3 SS1 Ti 17 Jan 08:15-10:00 TP44 SS2 Fr 20 Jan 4 SS3 Ti 24 Jan 08:15-10:00 TP41 Introduktion till kursen. Trefassystemet, inledning. Trefassystemet (fortsättning) Trefasberäkningar, symmetriska komponenter 1/ MUR Kap 1, 4 1/ MUR Kap 3 SS4 On 25 Jan 10:15-12:00 TP52 Transformatorn 1/ MUR Kap 3 (FL Elkraftteknik Kap 2) SS5 To 26 Jan 13:15-15:00 TP43 SS6 Fr 27 Jan 5 Trefastransformatorn Mättransformatorer och andra speciella transformatortyper. 1/ MUR Kap 3 (FL Elkraftteknik Kap 2) LA1 Må 30 Jan 17:15-21:00 SS7 Ti 31 Jan 08:15-10:00 TP41 SS8 On 1 Feb 10:15-12:00 TP55 Trefastransformatorn 2/ DC-motorn/maskinen 1/ MUR Kap 13 (FL Elkraftteknik Kap 3) DC-motorn/maskinen (fortsättning), SS9 Fr 3 Feb 6 SS10 Ti 7 Feb 08:15-10:00 TP41 Effekthalvledare, Ostyrda likriktare Ostyrda likriktare (fortsättning) 1/ MUR Kap , 5, 13 1/ MUR Kap 5, 13

4 6 (forts.) SS11 On 8 Feb 10:15-12:00 TP41 SS12 To 9 Feb 13:15-15:00 TP41 Effekthalvledare, tyristorn Styrda likriktare Styrda likriktare (fortsättning) 1/ MUR Kap 6, 13, 23 1/ MUR Kap 6, 13 SS13 Fr 10 Feb DC-DC-omvandling och DC-choppers 1/ MUR Kap 7, 10-4, /Utdelat material 7 SS14 On 15 Feb DC-DC omvandlare och DC-choppers (fortsättning) 1/ MUR Kap 7, 13 SS15 To 16 Feb 13:15-15:00 TP41 Asynkronmaskinen 1/ MUR Kap 14 (FL Elkraftteknik Kap. 4) SS16 Fr 17 Feb 8 Asynkronmaskinen (fortsättning) Synkronmaskinen. 1/ MUR Kap 14, 15 (FL Elkraftteknik Kap. 4, 6) SS17 On 22 Feb LA2 To 23 Feb 13:15-17:00 SS18 Fr 24 Feb 08:15-10:00 TP42 Växelriktare 1/ MUR Kap 8, 14, 15 DC-motorn. Tyristorkoppling. 2/ Frekvensomriktare. 1/ MUR Kap 10, 14, 15 9 SS19 Ti 28 Feb 8:15-10:00 TP42 Resonanta invertrar 1/ MUR Kap 9, SS20 On 1 Mars Multilevelinvertrar LA3 To 2 Mars 13:15-17:00 Asynkronmotorn 2/ SS21 Fr 3 Mars Kylning av komponenter Exempel 1/ MUR Kap 29

5 10 LA4 Må 4 Mars 17:15-21:00 SS22 On 8 Mars 10:15-12:00 T43 Measurements on commercial battery chargers and other power electronic devices. Electric quality. Simulation of power electronic converters. Reglerteknisk skiss av modellering av switchkonvertrar. 2/ 1/ MUR Kap 10, 14, 15, 29 Om kursen - Del 2 Mål Efter genomgången (del)kurs ska studenterna kunna: Ge exempel på användning och genomföra enklare beräkningar på effektelektroniska system använda vid transmission av elektrisk energi. (VSC-HVDC) Göra beräkningar på snubbers och drivkretsar Använda space vectorer och tillhörande transformationer, hantera effekt och övertoner med space vectorer samt användning av space vectorer för att modellera olika typer av omriktarmatade AC-maskiner och genomföra beräkningar i anslutning till modellerna. Redogöra för enfas och trefas VSC:er och hur praktiska problem med avseende på pulsbreddsmodulation löses Organisation Undervisningen bedrivs i form av storseminarier (föreläsningar med övningsräkning inkluderat) och grupparbete med handledning vid gruppmöten. Kurslitteratur 1a/ Mohan, Undeland, Robbins: Power Electronics. Wiley. ISBN: (MUR) 1b/ L. Harnefors;M. Hinkkanen, J.Luomi;Control of PowerElectronicConverters and Variable Speed Drives (kompendium) (LH) 1c/ IEEE-artikeln Power-Electronic Systems for the Grid Integration of Renewable Energy Sources (IEEE) 2/ Kompletterande material 1a/ säljs i bokhandeln, 1b, 1c och 2/ och publiceras via Lisam och distribueras under kursens gång.

6 Kursinnehåll Space Vectors och tillämpningar på VSC. Transformation mellan stationära och synkrona koordinatsystemen. Strömriktarmatade DC-motordrifter. Modellering av AC-maskiner; inverse gamma- modellen för IM, dynamisk modell för PMSM och reluctance SM. Vektorreglering. Sensorless Control. Direct Torque Control. Kommersiella frekvensomriktare. Anslutning av förnybara energikällor via effektelektroniska system till elnätet. Gränssnitt mellan förnyelsebara energikällor och elnätet. Överföring av elenergi med högspänd likström; HVDC-Classic, VSC-HVDC, FACTS och SVCutrustningar. Skyddskretsar. Snubbers. Drivkretsar. Examination UPG1 Inlämningsuppgift, 2hp Grupparbete bestående av en utredning av något område inom Effektelektroniken och tillämpningar. Arbetet redovisas muntligt och i en skriftlig rapport. Obligatorisk närvaro på inbokade gruppmöten med handledare och vid gruppers redovisning. Dessutom, i samband med den egna redovisningen inlämnas lösningar på några uppgifter som knyter annan till Del 2:s gemensamma inledande teoridel. Planering - Del 2 (Vissa modifieringar kan uppstå under kursens gång. Kontrollera datum och tider mot schemat i TimeEdit.) SS1 SS2 SS3 SS4 Kursdelsintroduktion. Eventuell översikt av användningsområden, solcellsanläggningar och MPPT. Snubbers och gate drivers. (MUR 27,28) Circuits and systems in Power Electronics. (LH 2.1, 2.2, 2.3, 2.4) Space vectors and complex valued dynamic systems. (LH 2.5,2.6) Översikt, HVDC, SVC (LH 3, MUR 17 + utdelat material för eget stadium) Start grupparbete (LH 4 för eget studium) Prel. Gästföreläsning med ABB Preliminära projektarbeten GRP1: Inverse gammamodellen för en induktionsmotor. (LH5) GRP2: En dynamisk modell för en PMSM. (LH5) GRP3: Vektorreglering (LH6, 7.1, 7.2, 7.3)