Sedan tidigare För att varvtalsreglera likströmsmotor måste spänningen ändras För att varvtalsreglera synkron- och

Transkript

1 Kraftelektronik

2 Sedan tidigare För att varvtalsreglera likströmsmotor måste spänningen ändras För att varvtalsreglera synkron- och asynkronmotorer måste spänning och frekvens ändras

3 Ändra spänning och frekvens Seriereglering Stor effektförlust Transformator Fungerar bara för växelspänning Ändrar inte frekvensen Roterande omformare Fast förhållande mellan f 1 och f 2 Mekaniskt slitage Lösning Kraftelektronik

4 Vi vill sänka medelström och medelspänning Hur regleras temperaturen i ett hus? Jämför Tillförd effekt spänning Temperatur ström

5 Allt som behövs för att förstå Kraftelektronik u L = L i C = C di dt du dt Ström motsvarar energi WL = 1 Li 2 Spänning motsvarar energi WC = Antingen TILL (bottnad) eller FRÅN (strypt) 2 1 Cu 2 2 Fungerar som backventil (kan här anses ideal)

6 Nedspänningsomvandlare R-last Halva medelspänningen Halva medelströmmen Pulskvot (duty-cycle) Switchfrekvens t p δ = T 1 fsw = = T sw 1 T Ingen snygg ström! Använd induktans

7 Nedspänningsomvandlare RL-last U u T=TILL: i T Frånslag av T: i L L = di dt u T dc u = U = 0 T uut R dc L di dt di PROBLEM! u ut L u dt ut = 0

8 Nedspänningsomvandlare RL-last T = TILL: Positiv strömderivata Induktansen upptar energi u ut = Udc L di dt T = FRÅN: Negativ strömderivata Induktansen avger energi u ut = L di dt

9 Nedspänningsomvandlare T = TILL: T = FRÅN: v Positiv strömderivata Induktansen upptar energi v o = V v dc d o + L di dt di L dt = dioden framspänd Negativ strömderivata Induktansen avger energi

10 Exempel Nedspänningsomvandlare Stabiliserar u ut En nedspänningsomvandlare matas med en mellanledsspänning på 100 V och switchas med en switchfrekvens på 10 khz och en duty-cycle på 0,4. På omvandlarens utgång är en 10 mh induktans och en 20 Ω lastresistans ansluten. Utspänningen glättas med en kondensator parallellt med belastningen och kan därmed anses konstant. a. Rita spänningen u L som funktion av tid, ange siffervärde b. Rita strömmen i L som funktion av tid, ange siffervärde

11 Gör tvärt om Uppspänningsomvandlare T = TILL: T = FRÅN: Utspänning: Positiv strömderivata Induktansen upptar energi Negativ strömderivata Induktansen avger energi 1 Vdc = e 1 δ di L = dt V dc e = e L di dt i = 1 L e dt

12 PWM Pulsbreddsmodulering u ref > u triangel : T=TILL Variera u ref : Pulskvoten (duty-cycle) t p /T varieras mellan 0 och 100% Utspänningens medelvärde varieras mellan 0 och U dc

13 Kraftelektronik för LM 1-kvadrant LS-omvandlare Accelerera framåt Likströmsmotor: Varvtal ~ spänning Moment ~ ström 2-kvadrant LS-omvandlare Accelerera / bromsa framåt 4-kvadrant LS-omvandlare Accelerera / bromsa framåt i i i u u u Accelerera / bromsa bakåt 13

14 Nedspänningsomvandlare Positiv spänning Positiv ström 1-kvadrant omvandlare i u

15 Kombinera Ned- och uppspänningsomvandlare 2-kvadrantomvandlare Antingen T1 eller T2 är till i u

16 Kombinera två stycken tvåkvadrantomvandlare 4-kvadrantomvandlare i u

17 4-kvadrantomvandlare DC/DC T1=TILL T2=TILL T3=TILL T4=TILL u ut =u a -u b

18 4-kvadrantomvandlare DC/AC Sinusformiga referenser Medelvärdet av utspänningen sinusformigt u ˆ = ut U,max dc

19 12 V DC till 230 V AC

20 230V AC till 5V DC Seriereglering Stor förlusteffekt Stor och tung transformator Mycket stabil spänning Switchning Liten förlusteffekt Liten och lätt transformator Mer störningar

21 Kraftelektronik för 3-fas växelströmsmotor Motor med tre lindningar vridna 120 Likspänningsmatning (U dc ) oftast från likriktad 3-fas 3 bryggben (6 transistorer) 3-fas ut

22 Kraftelektronik för växelströmsmotor Försök efterlikna trefas sinus osv

23 Spänningsvektor, six-step

24 Flödesvektor, six-step Flödet är integralen av spänningen Flödet hexagonformat Stort momentrippel

25 Vik in hörnen Kortare tid på varje spänningsvektor Fler switchningar Jämnare flöde Jämnare moment

26 PWM Sex aktiva vektorer Två nollvektorer Kombinera flera vektorer (tex 000, 100, 110, 111), växla snabbt mellan dessa Trefasig växelriktning ger medelvektor Switchning mellan sex riktningar valbar medelriktning Switchning mellan aktiv/nollvektor valbar medelamplitud

27 Spännings- och flödesvektorer Spänningsvektorer väljs för bästa medelvektor Målet är en flödesvektor med konstant hastighet och längd Spetsen följer då en cirkel Resultat med PWM kan bli ganska nära I medel följer flödesvektorns spets en cirkel Litet momentrippel

28 PWM-kurvformer 28

29 Sammanfattning Switchning ger låga förluster Idealt är antingen u(t) över eller i(t) genom transistorn noll PWM ger medelvärde under en period U/I-kvadranter motsvarar varvtal / moment för LM 1-kvadrant nedspänningsomvandlare (1/2 bryggben) 1-kvadrant uppspänningsomvandlare (1/2 bryggben) 2-kvadrantomvandlare (1 bryggben) 4-kvadrantomvandlare (2 bryggben) Sinusformade referensvärden Ger PWM-spänningar med valfri frekvens och spänning Ger enfasig växelspänning från 4-kvadrantomv. (2 bryggben) Ger trefasig växelspänning från trefasig växelriktare (3 bryggben) Trefas PWM ger nästan konstant flöde