Kraftelektronik
Sedan tidigare För att varvtalsreglera likströmsmotor måste spänningen ändras För att varvtalsreglera synkron- och asynkronmotorer måste spänning och frekvens ändras
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
Vi vill sänka medelström och medelspänning Hur regleras temperaturen i ett hus? Jämför Tillförd effekt spänning Temperatur ström
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)
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
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
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
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
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
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
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
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
Nedspänningsomvandlare Positiv spänning Positiv ström 1-kvadrant omvandlare i u
Kombinera Ned- och uppspänningsomvandlare 2-kvadrantomvandlare Antingen T1 eller T2 är till i u
Kombinera två stycken tvåkvadrantomvandlare 4-kvadrantomvandlare i u
4-kvadrantomvandlare DC/DC T1=TILL T2=TILL T3=TILL T4=TILL u ut =u a -u b
4-kvadrantomvandlare DC/AC Sinusformiga referenser Medelvärdet av utspänningen sinusformigt u ˆ = ut U,max dc
12 V DC till 230 V AC
230V AC till 5V DC Seriereglering Stor förlusteffekt Stor och tung transformator Mycket stabil spänning Switchning Liten förlusteffekt Liten och lätt transformator Mer störningar
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
Kraftelektronik för växelströmsmotor Försök efterlikna trefas sinus osv
Spänningsvektor, six-step
Flödesvektor, six-step Flödet är integralen av spänningen Flödet hexagonformat Stort momentrippel
Vik in hörnen Kortare tid på varje spänningsvektor Fler switchningar Jämnare flöde Jämnare moment
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
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
PWM-kurvformer 28
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