power electronic

รายวชา อเลกทรอนกสกาลง (EE370) สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส

บทเรยนวชา อเลกทรอนกสกาลง (Power Electronics) EE370

1. แนะนาเบองตนและการประยกตใชงาน 2. การออกแบบชดทดลองสวตซชง (Switching Power Pole) 3. ดซทดซ คอนเวอรเตอร และแบบจาลองไดนามก 4. การควบคมปอนกลบของวงจรดซ ท ดซ คอนเวอรเตอร 5. วงจรเรยงกระแสดวยไดโอด 6. วงจรแกไขคาตวประกอบกาลง (PFC) 7. วงจรแมเหลก 8. สวตซชงเพาเวอรซพพลาย 9. การออกแบบขดลวดเหนยวนาและหมอแปลงสวตซชง 10. ซอฟทสวตซชงและการประยกตใชงาน 11. คอนเวอรเตอรสาหรบการขบเคลอนมอเตอรไฟฟา 12. ไทรสเตอรคอนเวอรเตอร 13. ประโยชนของอเลกทรอนกสกาลง

บทท 1 อเลกทรอนกสกาลงและการขบเคลอน

1.1 แนะนาวงจรอเลกทรอนกสกาลงและการขบเคลอน 1.2 การประยกตและกฏของอเลกทรอนกสกาลง 1.3 พลงงานและสงแวดลอม 1.4 ความตองการประสทธภาพสง และ พกดกาลงสง 1.5 โครงสรางของการเชอมตออเลกทรอนกสกาลง 1.6 คอนเวอรเตอรดานโหลดแบบสวตซโหมด 1.7 ปจจบนและอนาคตของอเลกทรอนกสกาลง

บทบาทของอเลกทรอนกสกาลง (Role of power Electronics)

รปท1.1 อเลกทรอนกสกาลงเชอมโยงระหวางแหลงจายและโหลด

อเลกทรอนกสกาลงทาหนาทเชอมโยงเพอสงผานกาลงไฟฟาจากแหลงจายสโหลดโดยแปลงผนแรงดนและกระแสจากแหลงหนงสแหลงอนๆ ในขณะเดยวกนกอาจจะมการสงกาลงไฟฟากลบจากโหลดกลบสแหลงจาย ตวควบคม (Controller) ในรปท 1 จะเปนตวจดการควบคมกระบวนการสงผานแรงดนและกระแส เพอใหเกดประสทธภาพและพกดสงสด ประสทธภาพของเทคโนโลยขาวสาร(Powering the information technology)

รปท 1.2 การรกษาแรงดนระดบแรงดนตาของ เพาเวอรซพพลาย

Power ElectronicInterface

Converter

Controller

Source Load

PowerConverter

Controller

inV oV

,o refV

Φ Γa

Utility

Φ Γ24V dc Φ Γ5V dc

Φ Γ3.3V dc

Φ Γ0.5V dc

Φ Γb

คอนเวอรเตอรแบบบส (Boost Converters)

รปท 1.3 ตวอยางวงจรคอนเวอรเตอรแบบบสสาหรบยกระดบแรงดนจากแบตเตอร

การขบเคลอนแบบปรบความเรว (Adjustable Speed Drives)

รปท 1.4 บลอกไดอะแกรมของการขบเคลอนแบบปรบความเรว

Γ Η1.5BatteryCell V

Γ Η9V dc

DC DCConverter

ElectricDrive

Electric Source

Utility

fixedform

PowerProcessingUnit PPU

adjustable

/speedposition

Sensors

Controller

Γ Η/input commandspeed position

Signal

การเหนยวนาความรอน (Induction Heat)

รปท 1.5 อเลกทรอนกสกาลงสาหรบเหนยวนาความรอน

การเชอมไฟฟา (Electric Welding)

รปท 1.6 อเลกทรอนกสกาลงสาหรบเชอมไฟฟา

Utility

PowerElectronicsInterface

HighFrequencyAC

Utility

พลงงานและสงแวดลอม : อตราการใชพลงงาน (Energy and the Environment : The Percentage Energy Consumption)

รปท 1.7 เปอรเซนตการใชไฟฟาใน สหรฐอเมรกาแบงตามประเภทของโหลด

บทบาทของการปรบความเรวขบเคลอนในระบบปม (Role of adjustable speed drives in pump-driven systems)

รปท 1.8 การปรบตามความเรวขบเคลอนมอเตอรในระบบปม

19%Lighting

16%HVAC 15%Motors

Utility Γ Η

AdjustableSpeed Drive

Outlet

หลอดฟลออเรสเซนต (Compact Fluorescent Lamps)

รปท 1.9 อเลกทรอนกสกาลงสาหรบหลอดฟลออเรสเซนต

ระบบขนสง (Transportion)

รปท 1.10 รถไฟฟา

� ลดการใชนามนทาใหมลพษลดลง � ใชพลงงานทดแทน � มประสทธภาพสง

Utility

พลงงานทดแทน (Renewable Energy) ระบบพลงงานแสงอาทตย (Photovoltaic)

รปท 1.11 ระบบพลงงานแสงอาทตย

ระบบพลงงานลม (Wind-Electric System)

รปท 1.12 ระบบพลงงานลม

Utility

DC Input

Utility

GeneratorandPower Electronics

ระบบแหลงจายไฟสารอง (Uninterruptible Power Supplies)

รปท 1.13 ระบบแหลงจายไฟสารอง (UPS)

ยทธศาสตรทางอากาศและการทหาร (Strategic Space and Defense Applications)

Utility

UninterruptiblePower Supply

CriticalLoad

ความตองการประสทธภาพสงและความหนาแนนกาลงสง (Need for high efficiency and high power density)

(1.1)1

po p po lossp po loss

♦♦

♦[ [

รปท 1.14 กราฟกาลงงานเอาทพทตอประสทธภาพ

สรปบทบาทของอเลกทรอนกสกาลง (Summarizing the role of power electronics)

รปท 1.15 บลอกไดอะแกรมของการเชอมโยงดวยอเลกทรอนกสกาลง

Utility

Output to LoadAdjustable DCSinusoidal ACHigh frequency AC

0.8 0.84 0.88 0.92 0.960

200lossPower W[

10lossPower W[

Efficiency

โครงสรางของการเชอมโยงดวยอเลกทรอนกสกาลง (Structure of Power Electronics Interface)

รปท 1.16 แรงดนเชอมโยงของระบบอเลกทรอนกสกาลงเชอมตอสองคอนเวอรเตอร

1. การเชอมโยงดวยอเลกทรอนกสกาลง � แหลงจายเดยว � เชอมตอของสองคอนเวอรเตอร � คงทนตอการสะดดชวขณะของกาลงงาน

2. การเชอมโยงดวยกระแส 3. เมทรกซคอนเวอรเตอร

คอนเวอรเตอรดานโหลดแบบสวตชโหมด (Switch-Mode Load-Side Converter) กลม1 ปรบแรงดนไฟตรงหรอแรงดนไฟสลบทมการสวตชความเรวตา

� มอเตอรไฟฟากระแสตรง และกระแสสลบ � แหลงจายไฟฟาฉกเฉน � รกษาระดบแรงดนไฟฟา โดยไมมการแยกทางไฟฟา

กลม2 แรงดนไฟสลบทมการสวตชความถสง � หลอดฟลออเรสเซนต � ขดลวดความรอนเหนยวนา � สวตชชงเพาเวอรซพพลายแบบแยกทางไฟฟา

Utility

1CONV 2CONV

Controller

การแปลงผนแบบสวตซชง : การสรางบลอกสวตซเพาเวอรโพล

รปท 1.17 การสรางบลอกสวตซชงเพาเวอรโพลในคอนเวอรเตอร สวตซชงเพาเวอรโพลดวยพลซวทมอดดเลชน

รปท 1.18 PWM ของสวตซชงเพาเวอรโพล

/ (1.2)

0 1 (1.3)

d T TA up sTupv V d V dA in A in ATs

� �∴ � ��

∴ ∴ ℜ ℜ

Γ Ηa

0∴Aq lor

Γ Ηb

d TA siA

Γ Ηa

Γ Ηb

สวตซชงเพาเวอรโพลในบคดซทดซ คอนเวอรเตอร : ตวอยาง

รปท 1.19 สวตซชงเพาเวอรโพลในบคดซทดซ คอนเวอรเตอร

0 (1.4)V v d V V VAo A in o in∴ ∴ ℜ

qAΓ Ηa

d TA ATs

Γ Ηb

ทรานซสเตอรและไดโอดในรปของสวตซชงเพาเวอรโพล (บคคอนเวอรเตอร)

รปท 1.20 ทรานซสเตอรและไดโอดในรปของสวตซชงเพาเวอรโพล (บคคอนเวอรเตอร)

ปจจบนและความกาวหนาขนตอไป

� อปกรณสามารถรองรบแรงดนในระดบ KVs และกระแสในระดบ KAs � เทคโนโลย ASICs � DSPs � ไมโครคอนโทลเลอร (Micro-controllers) � Integrated and intelligent power modules � การหบหอ (Packaging) � โซลทสเตทบน SIC � ตวเกบประจแบบจพลงงานสง

Γ Ηa

1qA ∴

Γ Ηb

0qA ∴

Γ ΗC

บทท 2 การออกแบบสวตซชงเพาเวอรโพล

2.1 ทรานซสเตอรกาลงและไดโอดกาลง 2.2 การเลอกทรานซสเตอรกาลง 2.3 การเลอกไดโอดกาลง 2.4 ลกษณะสมบตการสวตซและกาลงสญเสยในเพาเวอรโพล 2.5 ลกษณะสวตซและไดโอดทางอดมคต 2.6 ขอพจารณาในการออกแบบ 2.7 ไอซควบคม PWM

ทรานซสเตอรกาลงและไดโอดกาลง

� พกดแรงดน � พกดกระแส � ความเรวสวตซ � แรงดนสภาวะนากระแส

การเลอกทรานซสเตอรกาลง

� มอสเฟต � ไอจบท � ไอจซท � จทโอ

IGCT IGBT MOSFET

Φ Γa

Thyristor

IGBTIGCT

MOSFET

Switching Frequency Φ ΓHz

Φ Γb

110 210 310 410

มอสเฟต

รปท 2.1 มอสเฟต (a) สญลกษณ (b) ลกษณะสมบต (c) ทรานเฟอรฟงกชน

Γ Η2.5 2.7 (2.1)toR VDSSDS on ′

ไอจบท

รปท 2.2 ไอจบท (a) สญลกษณ (b) ลกษณะสมบต กระแสตอแรงดน (I-V)

Γ Ηa

Di Γ Η 1/DS onR slope∴

11GSV V∴

9V7V5V

Γ Η GS GS thV Vℜ

Γ ΗbΓ Η GS thV Γ Η

oGS IV GSV

Γ Ηc

Γ Ηa

Γ Ηb

แนวโนมราคาสารกงตวนากาลง

การคานวณกาลงสญเสยในมอสเฟตสมมตใหไอโอดอดมคต

Γ Η2 : (2.2)

1: (2.3), ,2

Conduction Loss P dR Icond oDS on

Switching Losses P V I t t fsw in o c on c off s

� �∴ ϑ� ��

1990 1995 2000 2005

Pr ( / ) 1200 icing USD A V IGBTs

/USD A

,t t tc on ri fv∴ ϑ

,t t tc off rv fi∴ ϑ

รปท 2.7 กาลงสญเสยสวตซในมอสเฟต วงจรขบเกตทมการปองกนการผดพลาด

รปท 2.8 ไดอะแกรมหนาทของวงจรขบเกต

rit fvt

,c ont

rvt fit

,c offt

swpin oV I

,c ont

swpin oV I

,c offtt

12extV V∴

ขอกาหนดในการออกแบบ � ความถสวตซ � เลอกทรานซสเตอรและไดโอด � อปกรณแมเหลก � การเลอกตวเกบประจ

รปท 2.9 ตวตานทานและตวเหนยวนาแฝงในตวเกบประจ

การออกแบบเกยวกบความรอน

(2.5)T T R R R Pj a jc cs sa diss″ ″ ″

� �∴ ϑ ϑ ϑ� ��

รปท 2.10 การออกแบบเกยวกบความรอน (a) สารกงตวนาแบบฮทซงค (b) วงจรสมมลยทางไฟฟา

C ESL ESR

รปท 2.11 สญญาณเอาทพทสวตซชงในรปของทรานซสเตอรสวตซชงฟงกชน (eq)

ไอซควบคม PWM

รปท 1.12 รปคลนของไอซ PWM

Ψ ΖΨ Ζ

� (2.6)

v tcd tVr

sizeHeatsink

Magnetics and

capacitors

Ψ Ζq t

Ψ Ζcv trV

การฟนตวยอนกลบของไอโอดและกาลงสญเสย

Φ Γ : 1 (2.7),1 : (2.8), ,2

Diode Forward Loss P d V Idiode F FM o

Diode Swiching Loss P I t V fdiode sw RRM b d neg s

∴ Λ

� �∴ � ��

คณลกษณะฟนตวยอนกลบของไดโอด

รปท 2A-1 คณลกษณะฟนตวยอนกลบของไอโอด

at bt0

RRMI rrQ

,d negV

บทท 3 สวตซชงดซทดซคอนเวอรเตอร, การวเคราะห, การเลอกและการออกแบบ

3.1 ดซทดซ คอนเวอรเตอร 3.2 สวตชชงเพาเวอรโพลในโหมดแรงดนไฟตรงคงตว 3.3 สมมตฐานอยางงาย 3.4 การควบคมพนฐานอยางงาย 3.5 การวเคราะหบคคอนเวอรเตอรในสภาวะแรงดนไฟตรงคงตว 3.6 การวเคราะหบสคอนเวอรเตอรในสภาวะแรงดนไฟตรงคงตว 3.7 การวเคราะห บค-บสคอนเวอรเตอรในสภาวะแรงดนไฟตรงคงตว 3.8 วธการเลอก 3.9 การออกแบบในสภาวะเลวรายทสด 3.10 บคคอนเวอรเตอรแรงดนตาแบบซงโครนสเรกตฟาย

3.11 อนเตอลฟคอนเวอรเตอร 3.12 การควบคมดซทดซคอนเวอรเตอรโดยพลซวทชมอดดเลชน

3.13 การแสดงคาเฉลยไดนามกของคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสตอเนอง 3.14 สวตชเพาเวอรโพลสองทศทาง 3.15 โหมดไมตอเนองและตอเนอง

สวตซชงโหมดดซเพาเวอรซพพลายแบบคงคา

รปท 3.1 สวตซชงโหมดดซเพาเวอรซพพลายแบบคงคา

สรางบลอกดซทดซคอนเวอรเตอรดวยสวตซชงเพาเวอรโพล

รปท 3.2 สรางบลอกดซทดซคอนเวอรเตอรดวยสวตซชงเพาเวอรโพล

dc dcconvertertopo y

controller,o refV

inV oV ,in oV V

,in oI I

Ψ Ζa Ψ Ζb

∴ ⊥Lv

Ψ Ζa

0tΨ Ζb

การวเคราะหบคคอนเวอรเตอรในสภาวะคงตว

รปท 3.3 บคดซทดซคอนเวอรเตอร

ϑ ϑLv

Av CioI

AvLv Ci oI

1q ∴ L in ov V V∴ Λ

Γ Ηa

Γ Ηb

0q ∴

L ov V∴ Λ

0Av ∴

ϑϑ ϑ

Γ Ηc

L oI I∴

inV A oV V∴

A Γ Ηin oV VΛ

Γ ΗoVΛB

,L ripplei0

Γ Ηd

Pspice Modeling

การวเคราะหบสคอนเวอรเตอรในสภาวะคงตว

รปท 3.4 บสดซทดซคอนเวอรเตอร

Γ Ηa Γ Ηb

C oVLv

บสคอนเวอรเตอร การควบคมและรปคลน

1 (3.10)1

1 (3.11)

Vo V Vo inV Din

V V Vin o ini DT D TL s sL LV I V Iin in o o

∴ ]Λ

χ ∴ ∴ Λ

Γ Η Γ Η

(3.12)

1 (3.13)1 1

V I Vo o oI I IL in oV D D Rini t i t i IC diode ripple diode O

∴ ∴ ∴ ∴Λ Λ

∴ Λ� (3.14)

รปท 3.5 บสคอนเวอรเตอร การควบคมและรปคลน

L inv V∴

1q ∴

0Av ∴

Γ Ηa

oV A inV V∴

Γ Ηo inV VΛ Λ

,L ripplei0

L inv V∴

1q ∴

0Av ∴

Γ Ηb

Γ Η1 sD TΛ

0diodei

Γ Ηdiode oI I∴

L oI I∴

Γ Ηc

บสคอนเวอรเตอร : อตราถายโอนแรงดน

รปท 3.6 บสคอนเวอรเตอร : อตราถายโอนแรงดน

11 DΛ

CCM,L critIDMC

วเคราะหบค-บส คอนเวอรเตอรในสภาวะไฟตรงคงตว

รปท 3.7 บค-บสดซทดซ คอนเวอรเตอร

q diodei

Γ Ηa

inV LvLi

Γ Ηb

บค-บส คอนเวอรเตอร : การควบคมและรปคลน

รปท 3.8 บค-บสคอนเวอรเตอร : การควบคมและรปคลน

A in ov V V∴ ϑ

Γ Ηa

iniL inv V∴

Γ Η Γ Η,C diode ripplei t i t_

diodei Γ Ηdiode oi I∴

,Li rippleLiχ

Lv AinV

oVΛ B

Av Γ Ηin oV VϑA oV V∴

Γ Η1 D TaΛ

0Av ∴

Γ Ηb

iniL ov V∴ Λ

Γ Ηc

บค-บส คอนเวอรเตอร : อตราถายโอนแรงดน

รปท 3.9 บค-บส คอนเวอรเตอร : อตราถายโอนแรงดน โครงสรางบค-บสแบบอน ๆ

� ซฟค (SEPIC) คอนเวอรเตอร � ชค (Cuk) คอนเวอรเตอร

11 DΛ

CCM,L critIDMC

ซฟค คอนเวอรเตอร (Sepic Converter)

รปท 3.10 ซฟคคอนเวอรเตอร

Γ Η1 1

V DDV D VV D

∴ Λ ∴

ชคคอนเวอรเตอร (Cuk Converter)

รปท 3.11 ชคคอนเวอรเตอร

Γ Η1 (3.15)1 1

in oo in

I VD DDI D II D V D

∴ Λ ∴ ∴

Γ Ηb inV oV

1q ∴

inV oV

0q ∴

Γ Ηcinioi ini oi

oVΓ Ηa

1L C 2Lϑ

diodei

oVΓ Ηa

Γ Ηb

2Lv2Li

inV oV

1q ∴

2L Cv v∴

inV oV

0q ∴

2Lv Vo∴ Λ

Γ Ηcϑ

แนวการเลอกใชคอนเวอรเตอร (Topology Selecfion)

Criterion Buck Boost Buck BoostΛ Transistor V inV oV Γ Ηin oV Vϑ Transistor I oI inI in oI Iϑ

rmsI Transistor oDI inDI Γ Ηin oD I Iϑ Transistor oDI inDI Γ Ηin oD I Iϑ avgI

Diode Γ Η1 oD IΛ Γ Η1 inD IΛ Γ ΗΓ Η1 in oD I IΛ ϑ LI oI inI in oI Iϑ

Effect of L on C significant little little Pulsating Current input output both

บคคอนเวอรเตอรแรงดนตาแบบซงโครนสเรกตฟาย (Synchronous – Rectified Buck Converter For Very Low OutPut Power )

รปท 3.12 บคคอนเวอรเตอร ซงโครนสเรกตฟาย

0t ∴

qϑ qΛ

Γ Ηb

Γ Ηa

AvT Λ

อนเตอรลฟคอนเวอรเตอร (Interleaving of Converter)

รปท 3.13 อนเตอรลฟคอนเวอรเตอร

การควบคม ดซทดซคอนเวอรเตอรโดยพลซวทชมอดดเลชน (Regulation of DC-DC Converter By PWM)

รปท 3.14 การควบคมแรงดนเอาทพตดวย PWM

Ψ ΖΨ Ζ

(3.16)ˆc

v td t

Ψ Ζa

Ψ Ζb

dc dcconvertertopology

controller,o refV

Ψ Ζa 0

Ψ Ζq t

tΨ Ζb

Ψ Ζcv trV

การแสดงคาเฉลยไดนามกของคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสตอเนอง (Dynamic Average Representation of Converter in CCM)

รปท 3.15 แบบจาลองเฉลยไดนามกของสวตชชงเพาเวอรโพล

Φ Γ Φ Γ Φ Γ

(3.17)

(3.18)cp vp cp vp

vp o vp cp

V DV v t d t v t

I DI i t d t i t

สามคอนเวอรเตอรในรปของแบบจาลองเฉลยไดนามก (Average Dynamic Models of Three Converter)

รปท 3.16 สามคอนเวอรเตอรในรปของแบบจาลองเฉลยไดนามก

Φ Γq t

Φ Γa

Φ Γcv t

Φ Γrv t

Φ Γ1: d t

Φ Γc1

rvΦ Γcv t

Φ Γb

PΦ ΓΦ Γ1: 1 d tΚ

Φ Γ1: d t

Li inV

Φ ΓaLv

Φ Γ1: d t

Φ Γb

Ι ΙΚ

Pspice Modeling

สวตชซงเพาเวอรโพลแบบสองทศทาง (BI-Directional Switching Power – Pole)

รปท 3.17 การไหลของไฟฟาแบบสองทศทางของสวตชซงเพาเวอรโพล

Buck Boost

qΓ Η1q qΛ

∴ Λ

1q ∴

1 0q or∴

0q ∴

1 0q orΛ

Γ Ηa Γ Η Lb i positive∴Γ Η Lc i negative∴

แบบจาลองเฉลยไดนามกของสวตชซงเพาเวอรโพลแบบกาลงไฟฟาไหลสองทศทาง (Average Dynamic Model of the Switching Power-Pole With BI- directional Power flow)

รปท 3.18 แบบจาลองเฉลยไดนามกของสวตชซงเพาเวอรโพลแบบกาลงไฟฟาไหลสองทศทาง

โหมดไมตอเนองและตอเนอง (DCM, CCM) (Discontinuous-Conduction Mode (DCM))

รปท 3.19 กระแสขดลวดเหนยวนาทโหลดตางๆเมอดวตไซเคลคงท

Buck Boost

qΦ Γ1q qΚ

Φ ΓaΦ Γb

,L criti2Li1Li

,L criti2Li

กระแสขดลวดเหนยวนาวกฤต (Critical Inductor Current)

รปท 3.20 รปคลนทงสามคอนเวอรเตอรทขอบเขต CCM / DCM

Γ Η, ,

, , , ,

1 (3.19)2

(3.20)2

inL crit Buck

inL crit Boost L crit Buck Boost

VI D D

I I DLfΛ

∴ Λ

∴ ∴

Γ Ηa 0

in oV VΛ

sDT Γ Η1 sD TΛ

Γ Ηb 0

sDT Γ Η1 sD TΛ

Γ Ηc 0

in oV Vϑ

sDT Γ Η1 sD TΛ

บคคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไมตอเนอง (DCM) (Buck Converter in DCM)

รปท 3A-1 บคคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไมตอเนอง (DCM)

บสคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไมตอเนอง (DCM) (Boost Converter in DCM)

รปท 3A-2 บสคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไมตอเนอง (DCM)

CCM,L critIDMC

Γ Ηa

D ,1offD

,2offD

Γ Ηb

Γ Ηa

D,1offD

,2offD

11 DΛ

CCM,L critIDMC

Γ Ηb

บค-บส คอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไมตอเนอง (DCM) (Buck-Boost Converter in DCM)

รปท 3A-3 บค-บส คอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไมตอเนอง (DCM)

แสดงคาเฉลยของดซทดซคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไมตอเนอง (DCM) (Average Representation Of DC-DC Converter In DCM) แหลงจายไมอสระในบค-บส,บคคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไมตอเนอง (DCM) (Dependent Sources in Buck And Buck-Boost Converters In DCM)

รปท 3A-4 แบบจาลองเฉลยไดนามกสาหรบบค และบค-บส คอนเวอรเตอร

Φ Γa

in oV VΙ

D,1offD

,2offD

11 DΚ

CCM,L critIDMC

Φ Γb

Φ Γ1: d t

ki cpvvpv

cpivpi

Γ Η,

21 (3.21)

s Lk Buck o

s Lk Buck Boost o

Lf iv v

� �∴ Λ� �

Λ� �

∴ Λ� � �

Γ Η2

(3.23)2

(3.24)2

k Buck in o L

k Buck Boost in L

di V v diLf

di V diLfΛ

∴ Λ Λ

∴ Λ

แหลงจายไมอสระในบคคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไมตอเนอง (Dependent Sources in Boost Converter DCM)

รปท 3A-5 แบบจาลองเฉลยไดนามกของบค-บสคอนเวอรเตอร

Ψ Ζ,

21 (3.25)

(3.26)2

s Lk Boost in o

k Boost in Ls

Lf iv V v

di V diLf

� �ν ⊥ ⊥� ��

ν ⊥

Ψ Ζ1 :1d⊥

kicpvvpv

cpi vpi

บทท4 การออกแบบตวควบคมปอนกลบสาหรบสวตชซงโหมดเพาเวอรซพพลาย (Designing Feedback Controllers in Switch-Mode DC Power Supplies)

1. วตถประสงคของการควบคมปอนกลบ 2. ทบทวนทฤษฎการควบคมแบบเชงเสน 3. การทาเปนเชงเสนของบลอกไดอะแกรมแตละสวน 4. การออกแบบตวควบคมปอนกลบโหมดแรงดน 5. การควบคมโหมดกระแสสงสด 6. การออกแบบตวควบคมในโหมดกระแสไมตอเนอง

วตถประสงคของการควบคมแบบปอนกลบ (Objectives of Feedback Control)

รปท 4.1 เพาเวอรซพลายแบบคงคา

- คาผดพลาดคงตวเปนศนย (Zero steady stage error) - มผลตอบสนองเรว (Fast response) - โอเวอรชทตา (Low overshoot) - ความไวตอสญญาณรบกวนตา (Low noise susceptibility)

DC DCConverter

Controller,o refV

ขนตอนการออกตวควบคมแบบปอนกลบ (The Steps in Designing the Feedback Controller)

- การทาใหเปนเชงเสนทบรเวณจดทางานคาสภาวะคงตว (Linearization) - ออกแบบตวควบคมแบบเชงเสน - ประเมนสมรรถณะของผลตอบสนองของระบบดวยการจาลองการทางาน

ทบทวนทฤษฎ การควบคมแบบเชงเสน (Review of Linear Control Theory)

รปท 4.2 การควบคมแบบปอนกลบ

การแทนดวยสญญาณขนาดเลก (Small Signal Representation)

รปท 4.2 ระบบควบคมดวยแบบจาลองขนาดเลก

ControllerController Pulse WidthModulation

cv d Power Stageand Load

PWM ICΚ

Φ Γ 0oV sΗ

ControllerController Pulse WidthModulation

Φ Γcv s� Φ Γd s�Power Stageand Load

Φ Γov s�

Φ ΓcG s

Φ ΓPWMG s Φ ΓPsG s

ลปทรานเฟอรฟงกชน (Loop Transfer Function)

เฟสมาจน

การทาเปนเชงเสนของบลอกทรานเฟอรฟงกชนตางๆ (Linearization of Various Transfer Function Block)

รปท 4.5 รปคลน PWM

การทาเปนเชงเสนสวนวงจรกาลงดซทดซคอนเวอรเตอรในโหมดกระแสไหลตอเนอง (CCM) ( Linearizing the Power Stage of DC – DC Converters in CCM )

รปท 4.6 การทาเปนเชงเสนของสวตชชงเพาเวอรโพล

การทาเปนเชงเสนของคอนเวอรเตอรแบบใชสวตชตวเดยว (Linearizing Single – Switch Converters)

รปท 4.7 การทาเปนเชงเสนของคอนเวอรเตอรแบบใชสวตชตวเดยว

วงจรสมมลสญญาณขนาดเลกสาหรบบค,บส และบค – บส คอนเวอรเตอร (Small Signal Equivalent Circuit for Buck,Boost and Buck – Boost Converters )

รปท 4.8 วงจรสมมลสญญาณขนาดเลกสาหรบบค,บส และบค – บส คอนเวอรเตอร

Buck BoostΚ

Φ Γ1: d t

Φ ΓΦ Γ1 :1d tΚ

Φ Γ1:d t

Φ Γa

LdI�

indV�

Φ Γ1 :1DΚ

0inv [�

indV�

LdI�

0inv [�

LdI�

Φ Γind V VoΙ� Li�

Φ Γb

eqv�

Φ Γ21

L LLLD

ตวอยาง 4.2 บคคอนเวอรเตอรมคาพารามเตอรดงน 100L uH∴ , 697C uF∴ ,

0.1r ∴ ϖ , 100f kHz∴ , 30inV V∴ และ 36oP W∴ ควบคมในโหมดกระแสตอเนอง ดวตไซเคลปรบเพอคาคงทแรงดนท Γ ΗoV เทากบ12V หาแกนและเฟสของสวนกาลง Φ ΓpsG ในชวงความถตงแต 1kHz ถง 100kHz

C3100uF

V20.75V

8.000V

Buck & Buck-BoostAVG_2PORT1

VP1 CP1

{RLoad}

7.313V

1.000V

7.313V

750.0mV

{L}IC =

7.314V

AVERAGEDCircuitRepresentation

vout_avg

PARAMETERS:L = 5uHfs = 100kHzk = {2*{L}*{fs}}RLoad = 4.0

รปท 4.10 The gain and the Phase of the power stage

การออกแบบตวควบคมปอนกลบโหมดแรงดน (Feedback Control desin in Voltage-mode Control) ตวอยาง 4.3 การออกแบบตวควบคมสาหรบบคคอนเวอรเตอรอธบายตามตวอยางท 4.2 โดยพลซวดมอดเลชนไอซในตวอยางท 4.1 แรงดนเอาพทถกปอนกลบดวยอตราลดทอน 0.2FBk ν คาผดพลาดสดทายทตองการคอศนยและเฟสมารจน60⟨ ทความถหกมม

1. ความถหกมม Ψ ΖCf ของระบบเปดตองมคาสงเทาทจะเปนไปไดเพอผลตอบสนองทเรวในระบบปด

2. มมเฟสของทรานเฟอรฟงกชนควรจะมเฟสมารจน60⟨ ทความถหกมมเพอใหผลตอบสนองระบบปดเขาสคาทตงไวโดยเรวปราศจากการออสซลเลท

3. มมเฟสของทรานเฟอรฟงกชนตองไมตากวา 180∈Κ ทความถตากวาความถหกมม

รปท4.11 โบดพลอต Γ ΗCG s ในสมการ 4.18 ขนท1เลอกความถหกมม (Crossover frequency)เลอกความถหกมม Ψ ΖCf ทถดไปจากความถรโซแนนซ

Γ ΗΓ Η1 2 LC± ในตวอยางมคาประมาณ 600Hz ดงนนเลอกคาความถ Ψ ΖCf ท 1kHz ซงรบรองไดวามมเฟสของลปยงมคามากวา 180∈

Κ ททก ๆ ความถ ขนท2 คานวณมมเฟสบสทตองการ เมอตองการเฟสมารจน PM♣ ท 60⟨ มมเฟสบส Γ Ηboost♣ ทตองการทความถหกมมสามารถคานวณไดดงตอไปน

Φ Γ Φ Γ Φ Γ

(4.19)

180 (4.20)

L PS Cfc fc fc

L PMfc

C boostfc

G s G s G s

∴ ϑ

∴ Λ ϑ

∴ Λ ϑ (4.21)

แทนสมการ 4.20 และ 4.21 แทนใน 4.19

ในรปท4.10 เมอแทนในสมการ 4.22 จะไดเฟสบสทตองการเทากบ ขนท 3 คานวณคาเกนควบคมทความถหกมมจากสมการ 4.2 ทความถ

ในรป 4.10 ท ดงนนในสมการ 4.23 ใชเกนของบลอก PWM คานวณตามตวอยาง 4.1

รปท 4.3 ระบบควบคมแทนดวยสญญาณขนาดเลก

สรางวงจรควบคมดวยออปแอมป (Implementation of the controller by an op-amp)

รปท 4.3 สรางวงจรควบคมดวยออปแอมป

ในคาตามตวอยางเมอ 1cf kHz∴ , 108boost♣ ∉∴ และ Γ Η 0.5263

C fcG s ∴ จะสามารถคานวณ

3.078boostk [ ในสมการท4.27 ถง4.30 3.24zf Hz∴ , 3078pf Hz∴ และ 349.1ck ∴ เมอสรางดวยออปแอมป เลอกคาอปกรณทตอดงนคอ 1 100R k∴ ϖ จากสมการ4.30 , 2 3.0C nF∴ ,

1 25.6C nF∴ , 2 11.8R k∴ ϖ และ 3 4.4C nF∴ จาลองการทางานวงจรควบคมบคคอนเวอรเตอรดวยโหมดแรงดน

1+s/1.85E4

1+s/5.4E5

TWO_PORT1

VP1 CP1

C12000uFIC = 4V

TD = 200usV2 = 4.05VV1 = 4V

5uHIC = 20A

3.16E5

IC = 1.47V

รปท 4.13 จาลองการทางานวงจรควบคมบคคอนเวอรเตอรดวยโหมดแรงดน

รปท 4.14 ผลตอบสนองตอการเปลยนแปลงโหลดแบบขนบนได

การควบคมโหมดกระแสสงสด (Peak-Current Mode Control) -การควบคมกระแสสงสด (Peak-Current Mode Control) -การควบคมกระแสเฉลย (Average-Current Mode Control)

รปท 4.14 การควบคมโหมดกระแสสงสด

รปท 4.16 การควบคมโหมดกระแสสงสดดวยการชดเชยสโลป ตวอยาง 4.4 จากตวอยางเมอตองการออกแบบตวควบคมกระแสสงสดสาหรบบคบสคอนเวอรเตอร โดยมพารามเตอรและเงอนไขการควบคมดงน

100L uH∴ , 697C uF∴ , 0.01r ∴ ϖ , 100sf kHz∴ , 30inV V∴ กาลงไฟฟาเอาพท Φ Γ 18oP W∴

ในโหมดระแสตอเนองและดวตไซเคล Γ ΗD ถกปรบใหคงคาแรงดนเอาพท 12oV V∴ เฟสมารจนสาหรบลปแรงดนคอ 60∉ และเกนของสวนปอนกลบเทากบหนง Γ Η1FBk ∴

Λϑ Controller Λ

ciLiΙ

SlopeCompensation

Flip flopΛ Comparator

รปท 4.17 วงจรบค-บสคอนเวอรเตอรจาลองการทางานดวย Pspice

รปท 4.18 ผลตอบสนองทางความถของ o Lv i��

จากรปท 4.18 มมเฟสของทรานเฟอรฟงชนกสวนกาลงประมาณ 90∈ท ความถ1kHz ความถหกมมถกเลอกท 5sf kHz[ จากคณสมบตของวงจรบค-บสคอนเวอรเตอรทมซโรดานขวาระนาบเชงซอน (Right-half-plane-zero)RHP ในโหมดระแสตอเนอง (CCM) ดงนนความถหกมมจะถกเลอกใหตากวาความถ RHP

รปท 4.19 สรางตวควบคมตามสมการ 4.32 ดวยออปแอมป

table_in

COMPHYS_HF1

IC_SW = -11VVHYS = 1V

IN OUT

In Out-1 10.0

-0.005 10.00 0

5uHIC = 23A

PER = 10usV2 = -10V

HNOM C12000uFIC = 5V

table_out

TR = 10us-2nsV2 = 5

0 รปท 4.20 จาลองการทางานของระบบดวยการควบคมโหมกกระแสสงสด

รปท 4.21 โหมดควบคมกระแสสงสด : รปคลนแรงดนเอาทพท

บทท 5 วงจรเรยงกระแสดวยไดโอด (Rectification of Utility input using diode rectifiers) 5.1 บทนา 5.2 ความผดเพยนและคาตวประกอบกาลง (Power factor) 5.3 การแบงของวงจรสวนหนาทางอเลกทรอนกสกาลง 5.4 ไอโอดเรยงกระแส : เปนวงจรสวนหนา 5.5 การปองกนกระแสพงในชวงเรมตน 5.6 วงจรสวนหนาทสงผานพลงงานไดสองทศทาง

รปท 5.1 บลอกไดอะแกรมของระบบอเลกทรอนกสกาลง

โหลดแบบเชงเสนและไมเชงเสน (Linear and Nonlinear Loads)

โหลดเชงเสน (Linear Load)

( )a ( )b

Controller

Source Load

Converter

รปท 5.2 เฟสเซอรกระแสและแรงดนในวงจร R-L

cos (5.1)

P V IPPF

∴ ∴ (5.2)

(5.3)ss

PIV PF

โหลดไมเชงเสน (Nonlinear Load)

รปท 5.3 กระแสถกดงโดยวงจรเรยงกระแสดวยไดโอด

: % 100

distortion

ITotal Harmonic Distortion THDI

Displacement Power Factor DPFI DPFPF DPFI THD

∴ ∴

� โหลดทไมเปนเชงเสนจะทาใหคาตวประกอบกาลงลดลง

1( )distortion s si i i[ Κ

รปท 5.4 จากตวอยางท 5.1 เมอไอโอดไมเปนเชงเสน

(Harmonic Currents Lower Power Factor)

� อตราสวนของตวประกอบกาลงจรงตอคาตวประกอบกาลงกระจดเมอคา THD เพม

1si4 /I °

distortioni I

50 300100 250150 200

แนวทางของฮารมอนกส (Harmonic Guidelines)

1. IEEE-519 2. จากดกระแสฮารโมนกสทถกจายแกโหลดทขนาดตาง ๆ

(5.4)sc

เมอ SCI คอ กระแสลดวงจรและ 1SI คอกระแสหลก 3. ความสมพนธขนาดของกระแสทโหลดโดยมพนฐานบนอตราลดวงจร (SCR) กระแสลดวงจร (Short-Circuit Current : SCI )

รปท 5.6 (a) แหลงจายใชงาน

(b) กระแสลดวงจร

/ 1I ISC 11h [ 11 17hℜ ℜ 17 23hℜ ℜ 23 35hℜ ℜ 35 hℜ(%)

TotalHarmonicDistortion

20 50Λ

50 100Λ

100 1000Λ

7.010.0

12.015.0

3.54.5

5.57.0

2.54.05.06.0

1.01.52.02.5

0.30.5

0.71.01.4

5.08.0

12.015.020.0

Odd Harmonic Order h

sZ scI

ชนดของวงจรสวนหนาของระบบขบเคลอน (Types of Electric Drive Front-Ends)

รปท 5.7 วงจรอเลกทรอนกสกาลงสวนหนา

� วงจรเรยงกระแสดวยไดโอด � วงจรสวตซโหมดคอนเวอรเตอร � วงจรไทรสเตอรคอนเวอรเตอร

วงจรเรยงกระแสแบบหนงเฟส (Single-Phase, Diode-Bridge Rectifier)

รปท 5.8 วงไดโอดเรยงกระแสแบบฟลบรดจ

� กาลงไฟฟาสงถงหลกกโลวตต � กระแสดงจากแหลงจายเฉพาะชวงสน ๆ ทแรงดนชวขณะทแหลงจายมากกวาแรงดนทตวเกบประจ

( )a ( )b ( )c

dri di

dv dCeR q

Peak-Charging Circuit

รปท 5.9 รปคลนกระแสและแรงดนในวงจรเรยงกระแสดวยไดโอด

� กระแสจะมลกษณะใกลเคยงสเหลยมมากขนเมอ SL มากขน

1000uFIC = 150V

{Ls_Value}

PARAMETERS:Ls_Value = 1mH

1t 2t 3t

วงจรเรยงกระแสดวยไดโอดสามเฟส (Three-Phase, Diode-Bridge Rectifier)

รปท 5.11 วงจรเรยงกระแสดวยไดโอดสามเฟส

dv dCeR q

แรงดนและกระแสเมอปราศจาก dC (Voltage and Current Without dC )

รปท 5.12 รปคลนในวงจรเรยงกระแสสามเฟส ( dri คงท)

� pv ตองมคาเปนบวกตลอดชวงการนากระแส � Nv ตองมคาเปนลบตลอดชวงการนากระแส � เมอไมม dC กระแสเฟสจะไหลตลอดชวง 120∈

IC = 280V

D3 D5 5m

Va 0.1mH

Φ Γb

120�

Φ Γc

av bv cv

Φ ΓaNv

การหลกเลยงกระแสพง (Avoiding Large Inrush Currents)

รปท 5.14 การหลกเลยงกระแสพง

� ตวตานทานจากดกระแสพงชวงเรมตน � ตวตานทานถกสวตซออกเมอเรมทางาน

Φ Γa Φ Γb

บทท 6 วงจรแกไขตวประกอบกาลงและการออกแบบสวนควบคมปอนกลบ (Power-factor-Correction (PFC) Circuits and Designing the Feedback Controller)

6.1 บทนา 6.2 วงจรแกไขตวประกอบกาลงเฟสเดยว (PFC) 6.3 สวนควบคม PFC 6.4 การออกแบบสวนควบคมกระแสวงใน 6.5 การออกแบบสวนควบคมแรงดนดานเอาทพท 6.6 ตวอยางวงจรแกไขคาตวประกอบกาลง 6.7 ผลจาลองการทางาน 6.8 สวนปอนไปขางหนาของแรงดนอนพท

การสรางวงจรแกไขตวประกอบกาลง (PFC)

� มพนฐานบนวงจรดซทดซคอนเวอรเตอรเพอรกษารปรางของกระแสอนพท

�d sV V] (6.1)

รปท 6.1 วงจรแกไขคาตวประกอบกาลงและรปคลน

si 1 2

dC R dV

Φ Γq t

Φ Γa

siΦ Γb

Γ Η� Γ Η

Vv d t

V sin td t

{ ∴ Λ

รปท 6.2 แบบจาลองเฉลยและรปคลน

รปท 6.3 กระแสในภาคเอาทพท

Γ Ηb

Γ Ηd t

Γ ΗLi tΛ

Γ Η1 dΛ 1

Γ Ηdi tΛ

Γ Ηa

2di dI

สวนควบคมของวงจรแกไขคาตวประกอบกาลง (Control of PFCs)

รปท 6.4 สวนควบคมของวงจรแกไขคาตวประกอบกาลง

VoltageController

CurrentController

PowerStage

Φ Γcv tΦ Γq t d

Φ Γ*

Li t^*

การออกแบบวงปดกระแสแบบคาเฉลย (Designing Inner Average-Current-Control Loop)

รปท 6.5 สวนควบคมกระแสในวงจรแกไขคาตวประกอบกาลง

CurrentController

PowerStage

Φ Γa

dvΦ Γd tΦ Γcv t

Φ Γ*Li t

CurrentController

PowerStage

Φ ΓiG s ^1

Φ Γd s�

Φ ΓLi s�

Φ Γ*

Li S�

Φ Γb

Φ Γcv s�

การออกแบบลปแรงดน (Designing the Outer Voltage Loop)

รปท 6.6 สวนควบคมแรงดน

ตวอยางการออกแบบวงจรแกไขคาตวประกอบกาลงแบบเฟสเดยว (Example of Single-Phase PFC System)

ตารางท 6.1 คาพารามเตอร

การออกแบบลปกระแส (Design of the Current Loop)

การออกแบบลปแรงดน (Designing the Outer Voltage Loop)

, , s rmsNominal input ac source voltage V ,Line frequency f

, dOutput voltage V Maximum Power Output , sSwitching frequency f

,Output Filter capacitor r, dInduction L

,Full Load Equivalant Resistance RΚ

120V60Hz

Φ Γ250V dc250W

100kHz220 F↑100mυ

ในตวอยางนทโหลดเตมพกด (Full Load) ทรานเฟอรฟงกชนระบบตามสมการท 6.15 มโพลทความถ 18.18 /rad s (2.89 ) Hz กระแส � 2.946LI A∴ ทโหลดเตมพกดและสมการ 6.8 แรงดน �

2dV = 6.029 V จากการสรปในหวขอทผานมานน ฮารโมนกสอนดบสองถกจากดอยท 1.5 % ของ LI� ซงกคอ � 0.442LI A[ เมอใชคาเหลานแลวจากสมการ 6.17-6.18 คาพารามเตอรตางๆ ในทรานเฟอรฟงกชนของตวควบคมแรงดนตามสมการ 6.16 จะมคาดงน 0.0722Vk ∴ และ

Γ Η76.634 / 12.2cv rad s Hz÷ ∴

Γ Η (6.19)1

s÷∴

รปท 6.7 วงจรออปแอมปสาหรบทรานเฟอรฟงกชน Φ ΓvG s

100 7.2 1.8

R kR kC F↑

∴ υ

R4125.0

TWO_PORT1

VP1CP1

abs(sin(376.99*time))

C22200uF

IC = 250V1-V(%IN)

k1+s/wp

FIRST_ORDER_SUBCKT1

k = 0.72wp = 78.92

TOPEN = 100ms

170*abs(sin(376.99*time))

R3100m

k*(1+s/wz)s*(1+s/wp)

TYPE_TWO_SUBCKT1

wz = 1.68E4k = 843.52

wp = 2.34E5

สวนปอนไปขางหนาของแรงดนอนพท (Feeedforward of the input voltage)

รปท 6.10 สวนปอนไปขางหนาของแรงดนอนพท

VoltageController

sin t÷

⋅ CurrentController

Γ Ηcv t

Γ Ηq t

dvΓ Η*

บทท 7 วงจรแมเหลกไฟฟา (Magnetic Circuit) 7.1 กระแสตอรอบและฟลกซ 7.2 ขดลวดเหนยวนา (L) 7.3 กฏของฟาราเดย 7.4 ฟลกซรวและคาเหนยวนาแมาเหลก 7.5 หมอแปลง กระแสตอรอบและฟลกซ (Ampere-Turns and Flux)

รปท 7.1 โครงสรางแมเหลกเมอมชองอากาศ

i m g♣ ♣ ♣∴ ∴

คาเหนยวนา (Inductance)

(7.5)m m mN L i↑ ♣∴ ∴

รปท 7.2 ขดลวดเหนยวนา พลงงานสะสมในรปของสนามแมเหลก (Energy Storage due to Magnetic Filds)

1 (7.6)21 / (7.7)2

mW L i J

Bw J m→

� �∴ � �

(Faraday’s law : Induced voltage in a coil due to time-rate of change of flux linkage)

รปท 7.3 ขวแรงดนและทศทางของฟลกซและกระแส

6 7 6 7 6 7 m mm

m m m mi H B{

�ℜ⌡ �

ℜ ℜ ℜ �⊂⊂⊂… ⊂⊂⊂… ⊂⊂⊂… ⊂⊂⊂…i

6 7tτ

6 7i t

6 7e t

Γ Η Γ ΗΓ Η

Γ Η Γ Η Γ Η1

10 (7.9)

d de t t N tdt d t

t e dN

↑ ♣

♣ ♣ ∝ ∝

∴ ∴

∴ ϑ � i

ฟลกซรวและฟลกซแมเหลก (Leakage and Magnetizing Inductances)

รปท 7.4 (a) ฟลกซแมเหลกและฟลกรว (b) วงจรแมเหลกเทยบเคยง

รปท 7.5 (a) แทนดวยวงจร (b) ฟลกซรวแยกจากแกน

mτ( )i t

( )i t1diLdt

( )e t ( )e t( )me t

mL ( )v t ( )me t

( )a ( )b

หมอแปลง (Transformers)

รปท 7.6 หมอแปลงเมอมขดลวดพนรอบแกน

บทท 8 แหลงจายไฟตรงแบบสวตซชง (Switch-Mode DC Power Supplies) 8.1 วเคราะหแหลงจายไฟตรงแบบสวตซชง 8.2 การแยกทางไฟฟา 8.3 การแบงประเภทของแหลงจาย 8.4 ฟายแบคคอนเวอรเตอร 8.5 ฟอรเวรดคอนเวอรเตอร 8.6 ฟลบรดจคอนเวอรเตอร 8.7 ฮารฟบรจดและพชพลคอนเวอรเตอร 8.8 ขอพจารณาทางปฎบต แหลงจายไฟตรงแบบสวตซชง (Switch-Mode DC Power Supplies)

รปท 8.1 บลอกไดอะแกรมของแหลงจายไฟตรงแบบสวตซชง

� ตองการการแยกทางไฟฟา

dc to HF ac

transformerHF

Feedbackcontroller

inputrectifier

60Hzac

topo y to convertdc to dc with isolation

OutputV

การแบงประเภท � ฟลายแบคคอนเวอรเตอรมพนฐานจากบค-บสคอนเวอรเตอร � ฟอรเวรด คอนเวอรเตอรมพนฐานจากวงจรบคคอนเวอรเตอร � ฟลบรดจและฮารฟบรดจคอนเวอรเตอรมพนฐานจากบคคอนเวอรเตอร

ฟลายแบคคอนเวอรเตอร (Flyback Converters)

รปท 8.2 บค-บส และฟลายแบคคอนเวอรเตอร

Γ Ηa

Li inVΛ

Γ Ηb

ini outi

Γ Ηc

รปท 8.3 รปคลนฟลายแบคคอนเวอรเตอร

V20.4V

C1100uFIC = 4.15V

COUPLING = 0.999L1_VALUE = 30uHL2_VALUE = 1.875uH

100.0PWM_SAW1

fs = 200kHz

1 2c s

ฟอรเวรดคอนเวอรเตอร (Forward Converters)

รปท 8.4 บคและฟอรเวรดคอนเวอรเตอร

รปท 8.5 การควบคมฟอรเวรดคอนเวอรเตอร

(8.2)o mN

� �∴ � ��

oVinV Λ

Γ Ηq t

2D Avϑ

Γ Ηq t

Γ Ηa Γ Ηb

Γ Η2 / 2 inN N V

Γ Η2 / 2 inN N DV

รปท 8.6 ฟลกซของฟอรเวรด คอนเวอรเตอร

V20.4V

7.5uHIC = 3A C1100uF

IC = 4.15V

XFRM_3W1

PWM_SAW1

fs = 200kHz

1 2c s

demagT

ฟอรเวรดคอนเวอรเตอรแบบสวตซสองตว (Two-Switch Forward Converters)

รปท 8.7 ฟอรเวรดคอนเวอรเตอรแบบสวตซสองตว

ฟลบรดจคอนเวอรเตอร (Full-Bridge Converters)

รปท 8.8 ฟลบรดจคอนเวอรเตอร

รปท 8.9 รปคลนฟลบรดจคอนเวอรเตอร

( )q t

sDT sDT

1v inV

( )inVΛt

� Pulse-Width Modulated (PWM), and � Phase-Shift Modulated (PSM)

การควบคมพสซวทมอดดเลชน (PWM Control)

รปท 8.10 พสซวทมอดดเลชนไอซ และสญญาณควบคมทรานซสเตอร

รปท 8.11 วงจรยอยฟลบรดจ

1 2 to T and T

3 4 to T and T

1 2,T Ton

3 4,T Ton

1 2,T Ton

alloff

2v 0Av ∴

2vℑΛ

( )a ( )b

รปท 8.12 รปคลนฟลบรดจ คอนเวอรเตอร

2 (8.3)o

V N� �

∴ � ��

1 2,T T

3 4,T T

2A inNV V DVN

∴ ∴

ฮารฟบรดจ และพชพล คอนเวอรเตอร (Half-Bridge and Push-Pull Converters)

รปท 8.13 ฮารฟบรดจ และพชพล คอนเวอรเตอร

ϑ2inV 1T

1T 2TinVΛ

บทท 9 การออกแบบขดลวดและหมอแปลงความถสง (Design of High-Frequency Inductors and Transfomers) 9.1 บทนา 9.2 การออกแบบแมเหลกไฟฟาเบองตน 9.3 โครงสรางขดลวดและหมอแปลงไฟฟา 9.4 วธผลคณพนท 9.5 ตวอยางการออกแบบตวเหนยวนา 9.6 ตวอยางการออกแบบหมอแปลงสาหรบฟอรเวรดคอนเวอรเตอร 9.7 ขอพจารณาทางความรอน พนฐานของการออกแบบแมเหลกไฟฟา (Basics of Magnetic Design)

� ความหนาแนนฟลกซสงสง ( maxB ) ในแกนแมเหลกถกจากดดวยความสญเสยของแกน � ความเขมกระแสสงสง ( maxJ ) ในขดลวดตวนาถกจากดดวยเงอนไขการสญเสย

โครงสรางของขดลวดเหนยวนาและหมอแปลง (Inductor and Transformer Construction)

รปท 9.1 ภาพตดขวาง

windowA

( )a ( )b

วธผลคณพนท (Area-Product Method) พนแกนใชงาน

พนทแกนตดขวาง

รปท 9.2 รปคลนในหมอแปลงสาหรบฟอรเวรดคอนเวอรเตอร

Core Area-Product p core windowA A A∴ (9.8)

ตวเหนยวนา : rmsp

w max max

LIIAk J B

หมอแปลง : ,cond y y rmsp

w max max s

k V IA

k J B f∑

= (9.10)

การออกแบบ

ตวเหนยวนา : 22

g coreg

max core g core

l N ALI NN L lB A A L

µ= ℜ =

� � (9.11)

หมอแปลง : cond yy

core s max

A f B= (9.12)

ตวอยางการออกแบบขดลวดเหนยวนา

ในตวอยางนจะพดถงการออกแบบขดลวดเหนยวนาทมคาเทากบ 100 H↑ กระแสทไหลผานขดลวดเหนยวนามากทสดตามรปท 9.3 เมอกระแสเฉลย Φ Γ 5I A[ และกระแสกระเพอม 0.75I Aβ [ ทความถสวตซชง Φ Γ 100sf kHz[ , สมมตใหคาสงสดของความหนาแนนฟลกซ Φ ΓmaxB และความหนาแนนกระแส Φ ΓmaxJ เทากบ 0.25T และ 26.0 /A mm ตามลาดบ (แตสาหรบแกนขนาดใหญจะอยในชวง 23 4 /A mmΚ ) สาหรบคาแฟคเตอร Φ Γ 0.5wk [

รปท 9.3 รปคลนกระแสตวเหนยวนา

จากแคตตาลอกของแมเหลก [2] เลอกใชชนดวสดชนด P ซงมความหนาแนนฟลกซอมตว

0.5T และเหมาะสมสาหรบใชในความถสวตซชงท 100kHz แกนแบบพอตขนาด 16 16 ดงแสดงในรปท 9.4 โดยใชในชดทดลองมพนทของแกน Φ Γ 293.1coreA mm[ และพนทหนาตาง Γ Η 239windowA mm∴ ดงนนเมอเลอกใชแกนนจะมผลคณของพนท 293.1 39 3631pA mm[ [

รปท 9.4 แกนแบบพอตตดตงแบบปลกอน

ตวอยางการออกแบบหมอแปลงสาหรบฟอรเวรดคอนเวอรเตอร ขอกาหนดและพารามเตอรสาหรบการออกแบบหมอแปลงในฟอรเวรดคอนเวอรเตอรมดงน ความถสวตซชง Φ Γ 100sf kHz[ และ 1 2 3 30V V V V[ [ [ สมมตใหคา rms ของกระแสในแตละขดมคา 2.5A เลอกคา สาหรบออกแบบ 0.25maxB T[ และ 25 /maxJ A mm[ 0.5wk [ 0.5convk [

� 2, 1800y rms y

kconvA V I mmp k f B Jw s max max[ [�

สาหรบแกนพอต ψ {22 13 2 , 263.9 ,coreA mm[ 229.2 ,windowA mm[ ดงนน

41866pA mm[

1, 2,1

2.5 0.55

rmscond

J[ [ [

เมอใชขดลวดมาตรฐาน 25AWG แตละขดลวดมพนทตดขวาง 20.16mm

Γ Η Γ Η1 6 3

0.5 30 1063.9 10 100 10 0.25

∑ ∑ ∑ ∑

� 1 2 3 10N N Nν ν ν

บทท 10 ซอฟทสวตซสาหรบดซทดซ คอนเวอรเตอร ประยกตใชงานกบขดลวดเหนยวนา และหลอดฟลออเรสเซนต (Soft-Switching in DC-DC Converters and Converters for Induction Heating and compact Fluorescent Lamps) 10.1 บทนา

10.2 ฮารดสวตซชงในสวตซชงเพาเวอรโพล 10.3 ซอฟทสวตซชงในสวตซชงเพาเวอรโพล 10.4 อนเวอรเตอรสาหรบขดลวดเหนยวนาความรอนและหลอดฟลออเรสเซนต

ฮารดสวตชชงในสวตชชงเพาเวอรโพล (Hard-Switching in Switching Power-Poles)

รปท 10.1 ฮารดสวตชชงในเพาเวอรโพล

ซอฟทสวตชชงในเพาเวอรโพล (Soft-Switching in Switching Power-Pole) สามารถแบงไดคอ

- ZVS (zero voltage switching) - ZCS (zero current switching)

inVGGv GGR Ι

Φ Γa

rit fvt

,c ont

rvt fit

,c offt

swpin oV I

,c ont

swpin oV I

,c offtt

Φ Γb

- Zero Voltage Switching (ZVS)

รปท 10.2 ZVS ในมอสเฟต ซงโครนสเรกตฟาย บคคอนเวอรเตอร (Synchronous Buck Converter With ZVS)

รปท 10.3 ซงโครนสเรกตฟาย บคคอนเวอรเตอร

รปท 10.4 ซงโครนสเรกตฟาย บคคอนเวอรเตอร (ZVS)

Γ Ηa Γ Ηb

PARAMETERS:

PulseWidth = 4.5us

Period = 10us

TDLY1 = 5.5us

TDLY2 = 0.5us

TD = {TDLY2}

20uHIC = 2A

TD = {TDLY1}

C21000uFIC = 10V

เลอนเฟสมอดดเลชนดซทดซ คอนเวอรเตอร

รปท 10.6 มอดดเลชนแบบเลอนเฟสดซทดซคอนเวอรเตอร

Γ Ηa

Γ Ηb

การใชงาน คอนเวอรเตอรแบบผสม (Hybrid Converter)

รปท 10.7A การใชงานคอนเวอรเตอรแบบผสมทใหประสทธภาพสง

บทท 11 การขบเคลอนมอเตอรไฟฟา (Electric Motor Drives) 11.1 บทนา 11.2 ความตองการทางกล 11. 3 แนะนาการขบเคลอนมอเตอรไฟฟา และการควบคม 11.4 มอเตอรไฟฟากระตรง 11.5 มอเตอรไฟฟากระแสสลบแบบแมเหลกถาวร 11.6 มอเตอรเหนยวนา 11.7 สรป

ElectricDrive

Electric Source

Utility

fixedform

PowerProcessingUnit PPU

adjustable

/speedposition

Sensors

Controller

input commandspeed position

รปท 11.1 บลอกไดอะแกรมของระบบขบเคลอนไฟฟา

ความตองการทางระบบจกรกล (Mechanical System Requirements) ระบบโหลดมอเตอรแบบหมน (Rotational Motor-Load Systems)

Motor emTm÷ Load

Γ Ηa

ζ | ζ |ζ |mNNfrT

�emT

JTeqJ1

� �m″m÷′

Γ Ηb รปท 11.2 มอเตอรและโหลดทอรกทมการเชอมโยงทางกล

Γ Η Γ Η Γ Η

∝∝÷″″

∝∝′÷÷

�ϑ∴

มอเตอรกระแสตรง (DC Motors)

รปท 11.9 มอเตอรกระแสตรง

บทท 12 การสงเคราะหระบบไฟตรงและไฟสลบความถตาสาหรบระบบขบเคลอนไฟฟาและแหลงจายไฟสารอง (UPS) (Synthesis of DC and low-frequency Sinusoid AC Voltages for Motor Drives and UPS) 12.1 บทนา 12.2 การสรางบลอกไดอะแกรมสวตซชงเพาเวอร 12.3 ระบบขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระสตรง 12.4 ระบบขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสสลบ 12.5 แหลงจายไฟแรงดนแบบสงผานกาลงไฟฟาสองทศทาง 12.6 แหลงจายไฟสารอง

รปท 12.1 ระบบแรงดนเชอมโยง

รปท 12.2 คอนเวอรเตอรสาหรบระบบขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง และกระแสสลบ

Utility

1CONV 2CONV

Controller

dc motor

Φ Γa

ac motor

Φ Γb

การสรางบลอกไดอะแกรมของสวตชชงเพาเวอรโพล (Switching Power – Pole as the Building Block)

รปท 12.3 สวตชชงเพาเวอรโพลแบบสองทศทาง พลซวทมอดเลชนสาหรบสวตชเพาเวอรเพาเวอรโพลแบบสองทศทาง (Pulse – Width – Modolation (PWM) of the Bi – Directtional Swithch Power – Pole )

รปท 12.4 ปรบดวตไซเคลทบรเวณรอบ 0.5 โดยปรบ ANv รอบๆ

Γ Ηa

Buck Boost

Γ Ηb Γ Ηc

Γ Ηa

Γ Ηb

รปท 12.5 สวตชชงเพาเวอรโพล และรปคลนแรงดน, กระแส

Γ ΗAq t

Γ Η,c Av t

Γ Ηtriv t

Γ Ηa

triV Γ Ηtriv t ,c Av

Γ ΗAq t

Γ ΗAd t

0Γ ΗAd t T

tΓ Ηb

Γ ΗANv t

รปท 12.6 พลซวทมอดดเลชนเพาเวอรโพลในรปคาเฉลย

ฮารมอนกส aV และ dAi ในรปคลน PWM (Harmonics in the PWM Wavefroms aV and dAi )

รปท 12.7 ฮารมอนกสสวตชชงเพาเวอรโพล

ระบบขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง (DC-Motor Dives)

รปท 12.8 ระบบขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบสจตภาค

Γ Η Γ Η�

Γ Η Γ Η Γ Η��

0.5 0.5 (12.4)

0.5 0.5 (12.5)

o AN BN

dA d d c

dB d d c

Vv t d t V V v t

v t d t V V v tV

Vv t v t v t v t

∴ ∴ ϑ

∴ ∴ Λ

∴ Λ ∴ (12.6)

Γ Η Γ Η Γ Η Γ Η Γ Η

Γ Η Γ Η

Γ ΗΓ Η

�Γ Η

(12.7)

(12.8)

d dA dB A B

i t i i d t i t d t i t

i i t i t

V ti t i t

∴ ϑ ∴ ϑ ϑ

∴ Λ ∴

∴ (12.9)

Γ Ηa

dc motor

Γ Ηb

รปท 12.9 คอนเวอรเตอรสาหรบระบบขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง

( )Aq t

( )Bq t

dBiAidAi

Φ ΓAd t

DC Motor

( )BNv t

( )ANv t

Κ0 ( )v t

, ( )c Av t

1Κ( )cv t

, ( )c Bv t

12 tr iV

Φ ΓBd t

( )Aq t

( )Bq t

0 t0 ( )i t

( )dAi t dAi

0 t( )dBi t

( )di t d dA dBi i i[ Ι

การขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสสลบ (AC-Motor Drives)

รปท 12.10 คอนเวอรเตอรสาหรบระบบขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสสลบและแหลงจายสารอง

Φ Γ �

Φ Γ � Φ Γ

Φ Γ �

(12.10)

120 (12.11)

v t V sin t

[ Κ ∈

[ Φ Γ1 240 (12.12)sin t• Κ ∈

Φ Γ�

Φ Γ� Φ Γ

Φ Γ�

0.5 (12.13)

1200.5 (12.14)

V sin td tV

V sin td t

Κ ∈[ Ι

[ ΙΦ Γ�

1 240 (12.15)

• Κ ∈

Φ ΓAd t Φ ΓBd t Φ ΓCd t

Φ Γb

Φ Γ,c Av t

Φ Γ,c Bv t

Φ Γ,c Cv t

Φ Γtriv t

Φ Γa

ac moter

��

รปท 12.12 Duty -Ratioและคาเฉลยแรงดนเอาทพทในเพาเวอรโพล

Γ Η�

� Γ Η

Γ Η�

0.5 (12.16)

0.5 120 (12.17)

Vv t V sin t

v t V sin tVV

� �∴ � ��

� �∴ Λ� ��

� Γ Η

��

1 240 (12.18)

(12.19)2

V sin t

� �Λ� �

� �

� �∴ � ��

Ad CdBd

ANv CNvBNv

,c Av ,c Bv ,c Cv

รปท 12.11 รปคลนสวตซชงในคอนเวอรเตอรแบบสามเฟส

GB1V14

IC = -7.07AV1

313.97V

vneutral

IC = -7.07A

IC = 14.14A

PWM_TRI_3PH_SUBCKT1

fs = 1kHz

GB1GB2GC1GC2

GA1GA2

GC1GB1

โครงสรางแรงดนเชอมโยงสาหรบสงผานกาลงไฟฟาสองทศทาง (Voltage – Link Structure with Bi – Directional Power Flow)

Φ Γai tΦ Γav tΙ Κ

Φ ΓAi tΦ ΓAe t

nΦ Γa

AC motor

Rectifier P motoringmode

regenerativebraking mode

Φ Γsav tΙ

Φ Γai t

cdbd ad

dVA B C

AdBd Cd

ac moter��

Φ ΓAi t Φ ΓAe t

neqL( )b

1saV 1aVΙ

( )cΙ

1AieqL

1AnVsinusodal

(12.20)

V VIJ L

V EIJ L

∴ (12.21)

รปท 12.13 โครงสรางแรงดนเชอมโยงสาหรบสงผานกาลงไฟฟาสองทศทาง

แหลงจายไฟฟาสารอง (Uninterruptible Power Supplies (UPS))

รปท 12.14 บลอกไดอะแกรมของแหลงจายไฟฟาสารอง

รปท 12.15 แหลงจายไฟฟาสารองเฟสเดยว

Φ Γ �

Φ Γ � Φ Γ �

(12.22)

180 (12.23)C c

c B c c

v t V sin t

v t V sin t V sin t

⊇ ⊇

ν ⊥ ⟨ ν ⊥

Rectifier Inverter FilterCriticalLoad

EnergyStorage

CriticalLoad

BiBdAd

CriticalLoad

บทท 13 การออกแบบระบบควบคมปอนกลบสาหรบระบบขบเคลอนไฟฟา (Designing Feedback Controllers for Motor Drive)

13.1 บทนา 13.2 วตถประสงคของการควบคม 13.3 โครงสรางควบคมแบบลาดบขน 13.4 ขนตอนในการออกแบบตวควบคมปอนกลบ 13.5 แบบจาลองสญญาณขนาดเลกของระบบ 13.6 การออกแบบตวควบคม 13.7 ตวอยางของการออกแบบตวควบคม

วตถประสงคของการควบคมปอนกลบ (Feedback Control Objectives)

การควบคมปอนกลบ (Feedback Control) - ตองการใหระบบคงทนตอสญญาณรบกวน และการเปลยนแปลงของพารามเตอร

วตถประสงคของการควบคม (Control Objectives) - มคาผดพลาดสภาวะคงตวเปนศนย - มผลตอบสนองทางไดนามกทเรว และโอเวอรชตตา

( )desiredreference

signal

error erroramplifier

ElectricMachine

MechLoad

output

measured output signal

ElectricSystem

��

MachanicalSystem

��

Controller Plant

( )cG s ( )pG s( )E s

*( )X s ( )X s

- เกนมารจน ( Gian Margin ) - เฟสมารจน ( Phase Margin ) มากกวา 45∉ ทนยมคอ 60∉ การควบคมลาดบขน (Cascaded Control)

- ลปทอรก : เรวทสด - ลปความเรว : ชา - ลปตาแหนง : ชาทสด

Positioncontroller

Position*Position

*speed

Speedcontroller

*torque

( )torque current

Torquecontroller

ElectricalSystem

MechSystem

torque speed

ขนตอนในการออกแบบตวควบคม (Steps in Designing the Controller)

- สมมตใหระบบเชงเสนทสภาวะคงตวรอบๆจดทางาน ( operating point ) จากนนออกแบบตวควบคมดวยทฤษฎควบคมแบบเชงเสน

- จาลองระบบดวยเงอนไขแบบจาลองสญญาณขนาดใหญ ในระบบแบบจาลองสญญาณขนาดเลก

- ระบบมสภาวะคงตวทจดทางาน - แบนดวทสงสดตองนอยกวาอนดบสาคญทตาทสดของความถสวตช - ละเลยองคประกอบของความถสวตช

ตวควบคมพไอ (PI Controller)

Φ Γ1 (13.4)

/c i i

v s k k skE s s s k k

� �[ Ι [ Ι� ��

� �

� ในระบบควบคมทอรกและความเรว ตวควบคมแบบไอทาใหคาความผดพลาดสภาวะ

คงตวลดลง

Φ Γ*X s

Φ ΓE sΙ

pkΦ Γ,c pv s

Φ Γ,c pv sik

Ι Φ Γcontrolv s

Φ ΓcG s

��

Φ ΓpG

��

Φ ΓX s

การออกแบบตวควบคม (Controller Design) ลาดบขน (Procedure)

� ออกแบบลปทอรกเปนลาดบแรก � ออกแบบลปความเรวโดยสมมตใหลปทอรกอดมคต � ออกแบบลปตาแหนง (ชาทสด) โดยสมมตใหลปความเรวอดมคต

การออกแบลปทอรก (กระแส) (Design of the Torque (Current) Loop ) การเลอกคาพารามเตอร (Selecting Parameters) - เลอกคาศนยของพไอเพอกาจดโพลของมอเตอร - เลอก ilk เพอใหไดคาความถหกมม 1, CIk OL ÷∴ การออกแบบลปความเรว (Design of the Speed Loop)

� สมมตใหลปความเรวอดมคต � คาเกนตองเพยงพอสาหรบตวอนทรกรล

บทท 14 ไทรสเตอรคอนเวอรเตอร ( Thyristor Converters )

14.4 บทนา 14.2 ไทรสเตอร ( SCRs ) 14.3 ไทรสเตอรควบคมคอนเวอรเตอรแบบเฟสเดยว 14.4 ไทรสเตอรคอนเวอรเตอรควบคมแบบสามเฟสเตมคลน 14.5 ระบบเชอมโยงกระแส

ไทรสเตอร ( Thyristors ( SCRs )

รปท 4.1 ไทรสเตอร

รปท 14.2 วงจรไทรสเตอรแบบงาย

Γ Ηa

1pn2pn3pn( )b

ไทรสเตอรคอนเวอรเตอรควบคมแบบเฟสเดยว (Single – Phase,Phase – Controlled Thyristor Converters )

รปท 14.3 ไทรสเตอรคอนเวอรเตอรเฟสเดยวแบบเตมคลน

รปท 14.5 ผลของมมลาหลง′

Γ Ηa

Γ Ηb

Rectifier

Γ Ηb

d dP V I∴ ∴ ϑ

d dP V I∴ ∴ Λ

Inverter

Γ Ηa

150� 180�

ผลของ sL ตอกระแสสลบคอมมเตชน (The Effect of sL on Current Commutation)

รปท 14.6 ผลของ sL ตอกระแสคอมมเตชน

0.2mH2k

control voltage

RLoad5.0

cTHY_TRIG_SUBCKT1

f = 60C PV

THY_TRIG_SUBCKT2

f = 60C PV

1mH10k

+ - Ld20mH200k

Γ Ηa

ไทรสเตอรคอนเวอรเตอรฟลบรดจชนดสามเฟส (Three – Phase,Full - Bridge Thyristor Converters )

รปท 14.7 ไทรสเตอรคอนเวอรเตอรฟลบรดจชนดสามเฟส

Γ Ηa

Γ Ηb

บทท 15 การประยกตใชงานของอเลกทรอนกสกาลง (Utility Application of Power Electronics)

15.1 บทนา 15.2 อปกรณสารกงตวนา และความสามารถของอปกรณ 15.3 ประเภทของระบบอเลกทรอนกสกาลง 15.4 การประยกตใชงาน DG 15.5 โหลดของอเลกทรอนกสกาลง 15.6 ประสทธภาพของกาลงไฟฟา 15.7 การประยกตใชงานระบบสงกาลง

∏Distributed Generation (DG) - แหลงพลงงานใหม ( Renewable Resources ) เชน ลม ( Wind ) แสงอาทตย

( Photovoltaic ) ∏ โหลดของอเลกทรอนกสกาลง (Power Electronic Load )

- การปรบความเรวระบบขบเคลอน ( Adjustable Speed Drives ) ∏ การแกไขประสทธภาพกาลงไฟฟา (Power Quality Solution )

- Dual Feeder - แหลงจายไฟฟาสารอง ( UPS ) - Dymamic Voltage Restorers

∏ ระบบสงกาลง และกระจาย - แรงดนสง DC ( HVDC ) และ แสง ( HVDC ) - Flexible AC Transmission ( FACTS ) � การชดเชยแบบขนาด ( Shunt Compensation ) � การชดเชยแบบอนกรม ( Seris Compensation ) � ระบบควบคมเฟส และการควบคมการไหลของพลงงาน ( Static Phase Angle Control and

Unified Power Flow Controllers )

ความสามารถของอปกรณสารกงตวนากาลงแตละชนด (Power Semiconductor Device and their Capabilities)

รปท 15.1 อปกรณสารกงตวนากาลง ประเภทของระบบอเลกทรอนกสกาลง (Categorizing Power Electronic System) สวตชโซลดสเตท (Solid - State Switches)

รปท 15.2 การใชไทรสเตอรตอ back to back เปน Solid - State Switch

IGCT IGBT MOSFET

Φ Γa

Thyristor

IGBTIGCT

MOSFET

Switching Frequency Φ ΓHz

Φ Γb

110 210 310 410

คอนเวอรเตอรในการเชอมตอ (Converters as an Interface)

รปท 15.3 การเชอมตออเลกทรอนกสกาลง

ระบบเชอมโยงดวยแรงดน (Voltage – Link Systems)

รปท 15.4 บลอกไดอะแกรมของระบบเชอมโยงแรงดน

ระบบเชอมโยงดวยกระแส (Current – Link Systems)

รปท 15.5 บลอกไดอะแกรมของระบบเชอมโยงกระแส

Controller

Source Load

Converter

Λ1AC 2AC

1AC 2AC

การประยกตใชงาน (Distributed Generation (DG))

รปท 15.6 Distributed Generation (DG) Systems

Control Center

Central PowerStation

Combined Heat and PowerPlant CHP

FactoryCommercial BuildingHouseApartment Buileing

Fuel CellSmart HousePerformance Building

Solar Power PlantsCHP House

Wind Power PlantVillageCommercial

Building

Micro TurbineHospitalCommercial

Building

ระบบไฟฟาแรงลม (Wind – Electric Systems)

รปท 15.7 Doubly – Fed ในเครองกาเนดเหนยวนาสาหรบระบบไฟฟาแรงลม

ระบบไฟฟาแสงอาทตย (Photovoltaic (PV) Systems)

รปท 15.8 ระบบไฟฟาแสงอาทตย

WindTurbine AC

Generator sideConverter

Λ Grid sideConverter

Wound rotorInduction Generator

IsolatedDC DCConverter

PWMConverter

1Untility↔.

Max Powerpoint Tracker

ระบบเซลลเชอเพลง (Fuel Cell Systems)

ระบบการเกบพลงงาน (Energy Storage Systems)

รปท 15.9 ระบบ Flywheel

Machine sideConverter

Λ Grid sideConverter

Flywheel

โหลดของอเลกทรอนกสกาลง (Power Electronic Loads)

รปท 15.10 ระบบปรบความเรวขบเคลอนทางไฟฟา

การปรบปรงประสทธภาพกาลงไฟฟา (Power Quality Solutions) Dual Feeders

รปท 15.11 Dual Feeders

Uninterruptible Power Supplies

รปท 15.12 แหลงจายไฟสารอง (UPS)

Utility

Rectifier

Switch modeConverter

Controller

1Feeder

2Feeder

Rectifier

EnergyStorage

Inverter FilterCriticalLoad

Dynamic Voltage Restorers

รปท 15.13 Dynamic Voltage Restorers

Transmission and Distribution (T&D) applications) High Voltage DC (HVDC) Transmission

รปท 15.14 บลอกไดอะแกรมของระบบ HVDC

Medium Voltage DC (MVDC)

รปท 15.15 บลอกไดอะแกรมของระบบ Medium Voltage DC Transmission

Power ElectronicInterface

Loadsvϑ

injv ϑΛ

1AC 2AC

Flexible AC Transmission Systems (FACTS)

รปท 15.16 Power Flow on a transmission line

1 2E EP sinX

∞∴

Shunt – Connected Device to Control the Bus Voltage Magnitude

รปท 15.17 Shunt – Connected Device for Voltage Control

Series – Connected Device to Control the Effective Series Reactance

รปท 15.18 Thyristor – Controlled Series Capacitor

1AC 2AC

jX1 0E � 2E •�⊥

Ψ Ζb

Utility

Ψ Ζc

STATCOM

Ψ Ζa

Unified Power Flow Controller (UPFC)

1. การควบขนาดของแรงดน ( E )

2. การเปลยนคารแอคแตนซ ( X ) ของสายสง หรอ

3. การเปลยนของมม Power angle Γ Η∞

รปท 15.19 UPFC

ShuntConverter

2, 2P Q

1, 1P Q

SeriesConverter

3E ϑΛ

Sub StationΛ

Γ Ηa

1 3 2E E Eϑ ∴

Γ Ηb

power electronic

Documents

power electronic converters

electronic power conversion

power electronic

high power electronic crimping tool operation guide ·...

electronic power steering

low power electronic design

integrated power electronic

high penetration of power electronic interfaced power

electronic power and control

electronic equipment distribution power electronic...

technician power electronic systems

electronic power units

power electronic 1_1445774767068

power electronic interfaces in smart...

eps-electronic power steering

power electronic overview

power electronic switches

power electronic lecture

01-pendahuluan power electronic

[123doc.vn] - power electronic control