ENERGETSKA ELEKTRONIKA

nastavnik:V.prof.dr Nijaz Hadžimejlić

asistent:Senad Huseinbegović

Broj ECTS: 5,5Predavanja: 39 – 13X3Vježbi: 11 – 5X2 + 1Tutorijali: 10 – 5X2

Ispit: - 2 parcijalna ispita;- 4 domaće zadaće;- 6 laboratorijskih vježbi;- usmeni ispit sa 4 kratka pitanja.

1. Osnovni principi rada uređaja za pretvaranje električne energije. Funkcionalne karakteristike poluprovodničkih prekidača.

2. Elementi za akumulaciju električne energije i njihova uloga u pretvaračima. Volt-sekundni i amper-sekundni balans.

3. Analiza rada osnovnih pretvarača istosmjernog napona: BUCK, BOOST i BUCK/BOOST.

4. Jednokvadrantni, dvokvadratni i četverokvadrantni pretvarači.5. Nezavisni invertori. Invertori sa širinsko impulsnom modulacijom napona.6. Rezonantni invertori.7. Pretvarači sa prirodnom komutacijom. Jednofazni i višefazni ispravljači i mrežom

vođeni invertori. Komutacija u pretvaračima.8. Matematički opis pretvarača. Varijable stanja. Stacionarno stanje i dinamika

pretvarača. 9. Metode usrednjavanja. Linearizacija oko radne tačke. 10. Sistemi upravljanja pretvarača. Naponska i strujna regulacija.11. Napojne jedinice. Galvanski izolovani pretvarači. Besprekidna napajanja.12. Primjeri primjene pretvarača u industriji. Regulisani elektromotorni pogoni sa

mašinama istosmjerne i naizmjenične struje.

SADRŽAJ

ŠTA JE ENERGETSKA ELEKTRONIKA?

OBRAĐUJE ENERGIJU (SNAGU) ELEKTRONIČKI SKLOPOVI

NAUČNA OBLAST KOJA IZUČAVA UREĐAJEZA OBRADU ELEKTRIČNE ENERGIJE ILI SNAGENA BAZI ELEKTRONIČKIH SKLOPOVA

PRIPADA I OBLASTI ELEKTROENERGETIKE I ELEKTRONIKE

Elektronički sklop za obradu signala

Analogni ili digitalni elektronički sklop

Izvor električneenergijeInformacija Obrađena informacija

Pojačansignal

Filtriransignal

Digitaliziransignal

Elektronički sklop za obradu energije

Uređaj energetskeelektronike

InformacijeDC ili AC izvorelektrične energije Obrađena enegija

Potrošač

Ovi elementi u principu nisu prisutni u pretvaračima

Korištenje poluprovodnika u prekidačkom režimu rada

Sklop za prilagođenje

µPpotrošač5 V

10 A

12 V

SKLOP ZA NAPAJANJE µP POTROŠAČA

- izvor napajanja je akumulatorska baterija nominalnog napona 12 V;- potrošač je mikroračunar koji zahtijeva konstantan napon 5 V,

i maksimalnu struju 10 A.- napon izvora je obično promjenjiv (12 – 16 V), a trenutno može biti

i izvan ovih granica (napr. pri “verglanju”, u zimskim uslovima).

Sklop za prilagođenje

µPpotrošač5 V

10 A

12 V

10 A

7 V

a.loš stepen iskorištenja;b.u slučaju promjenjivog opterećenja ili napona napajanja treba promjenjivi otpornik;c.ne trebaju posebni filteri za više harmonike.

-snaga izvora: Piz = 10x12 = 120 W;-snaga potrošača: Ppot = 10x5 = 50 W;-stepen korisnog dejstva: η = 50/120 = 0.417

KAKO RIJEŠITI PROBLEM PRILAGOĐENJA NAPONA?

1.Sklop za prilagođenje na bazi otpornika (ili tranzistora u linearnom režimu)

2. Sklop za prilagođenje na bazi prekidača

µPpotrošač5 V

10 A

12 V FILTER FILTER

1

2

12 V

5 V

t1 t2

•stepen iskorištenja se približava 1;•u slučaju promjenjivog opterećenja ili napona mijenjaju se trajanja t1 i t2;•trebaju posebni filteri za više harmonike.

•snaga izvora: Piz = (10x12xt1+0x12xt2)/(t1+t2) = 50 W;•snaga potrošača: Ppot = 10x5 = 50 W;•stepen korisnog dejstva: η = 50/50 = 1Karakteristike:

•na izlazu iz prekidačkog sistema je složeni valni oblik napona sa srednjom vrijednošću 5 V i određenim sadržajem viših harmonika;

•zavisno od osnovne periode (t1+t2) javljaju se harmonici te periode i viših frekvencijai njih je potrebno filtrirati, kako napona prema potrošaču, tako i struje prema izvoru;

Tipična blok struktura uređajaenergetske elektronike

Energetsko kolo

Drajveri

Kontroler

Izlaznifilter

DavačiElektričnihveličina

DavačiNeelektričnihveličina

Ulaznifilter Opterećenje

ulaz

Tipovi uređaja energetske elektronike

DC AC

DC/AC

AC/DC

AC/ACDC/DC

invertori

ispravljačiDC/DC pretvarači ciklokonvertori

Ohmov zakon:

Lentzov zakon:

Coulombov zakon:

1R Ri u

R=

1;LL L L

diL u i u dtdt L

= = ∫

1;CC C C

duC i u i dtdt C

= = ∫

Potrebna znanja i zakoni

Prvi Kirhofov zakon, drugi Kirhofov zakon i sl.

Algebarske i diferencijalne jednačine, Furijeova analiza.

1;LL L L

diL u i u dtdt L

= = ∫

1;CC C C

duC i u i dtdt C

= = ∫

uL – konačno;

LdiLdt

- konačno;

iL – neprekidna!

Neprekidnost dinamičkih varijabli

Slično za C:

uC, iC

uL, iL

Stacionarno stanje u sistemu

LL

diL udt

= ⇒

T

Promjenastrukturekola

iL

iL1 iL2

2

1

2 110

t

L L Lt

i i u dtL

− = = ⇒∫

t1 t2

uC1 uC2

Stacionarno stanje u kolunastaje kada se struje i naponi na elementimaponavljaju.

iz jednačine: Volt-sekundni balans nainduktivitetu u stac. st. je 0

Slično je i Amper-sekundni balans na kondenzatoru u stac. st. 0

Korištenje poluprovodničkih prekidača i primjena Furijeove analize za stac. stanje

Primjena filtera u pretvaračima

Primjena filtera u pretvaračima

Primjena pretvarača električne energije

-Računari;-Automobili;-Upravljani elektromotorni pogoni;-Telekomunikacioni uređaji;-Osvjetljenje;-HVDC (prenos energije na visokom istosmjernom naponu;-Alternativni izvori električne energije (sunčeva, vjetra i sl.);-....

Šta je interesantno za uređaje energetske elektronike?

-Poluprovodnički prekidači (tranzistori, diode, tiristori i sl.);-Upravljački i regulacioni podsistem;-Strukture pretvarača (topologije, električne šeme);-Magnentne komponente i strukture;-Pakovanje i proizvodnja elektroničkih kola;-Upravljanje električnih mašina;-....

Zahtjev za napone u mikroračunaru

Primjer pretvarača za napajanje mikroračunara

Primjer studentskog rada BOOST pretvarača

Primjena pretvarača kod izvora sa gorivnim čelijama

Korištenje alternativnih izvora energije

Korištenje alternativnih izvora energije

Primjer primjene uređaja energetske elektronike

Primjer primjene uređaja energetske elektronike

Slike ispravljača iz knjige:EIN FÜHRUNG IN DIE THEORIE DER STROMRICHTER

Von A.Glaser und K.Müller-Lübeck