Kursplan för |
|
ENM060 - Kraftelektroniska omvandlare
|
| |
| Kursplanen fastställd 2015-02-11 av programansvarig (eller motsvarande) |
| Ägare: MPEPO |
|
|
7,5 Poäng |
| Betygskala: TH - Fem, Fyra, Tre, Underkänt |
| Utbildningsnivå: Avancerad nivå |
|
Huvudområde: Elektroteknik
|
|
Institution: 47 - ENERGI OCH MILJÖ
|
Kurstillfället är platsbegränsat. Kontakta studentcentrum om du inte själv kan lägga till kursen i ditt val.
Undervisningsspråk: Engelska
Sökbar för utbytesstudenter
Blockschema:
A
Max antal deltagare: 96
| Modul |
|
Poängfördelning |
|
Tentamensdatum |
|
Lp1 |
Lp2 |
Lp3 |
Lp4 |
Sommarkurs |
Ej Lp |
| 0107 |
Tentamen |
7,5 hp |
Betygskala: TH |
|
|
7,5 hp
|
|
|
|
|
|
11 Jan 2016 em SB
|
05 Apr 2016 em M, |
23 Aug 2016 em M |
I program
MPEPO ELKRAFTTEKNIK, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (obligatorisk)
MPEES INBYGGDA ELEKTRONIKSYSTEM, MASTERPROGRAM, Årskurs 2 (valbar)
MPSYS SYSTEMTEKNIK, REGLERTEKNIK OCH MEKATRONIK, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (valbar)
TIELL ELEKTROTEKNIK, HÖGSKOLEINGENJÖR - elkraftsteknik, Årskurs 3 (obligatorisk)
TIELL ELEKTROTEKNIK, HÖGSKOLEINGENJÖR - Allmän inriktning, Årskurs 3 (obligatoriskt valbar)
Examinator:
Tekniklektor Stefan Lundberg
Professor Torbjörn Thiringer
Ersätter
EEK175
Power electronics-1
Behörighet:
För kurser på avancerad nivå gäller samma grundläggande och särskilda behörighetskrav som till det kursägande programmet. (När kursen är på avancerad nivå men ägs av ett grundnivåprogram gäller dock tillträdeskrav för avancerad nivå.)
Undantag från tillträdeskraven:
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Kursspecifika förkunskaper
-
Syfte
Målet med kursen är att göra studenterna bekanta med funktionsprinciperna hos de vanligaste topologierna av switchade spänningsomvandlare. Grundläggande design av omvandlare, analys av kurvformer samt beräkning av verkningsgrad är några av de uppgifter som studenterna kan utföra efter att ha fullföljt kursen. Studenterna kommer att utföra både datorsimuleringar med Cadence PSpice såväl som experimentellt arbete på riktiga DC/DC-omvandlare. Innehållet utgör en grund för fortsättningskursen 'Power Electronic Devices and Applications'. Kursen är även lämplig för ingenjörsarbete inom många olika områden såsom design av strömförsörjningar, elektriska drivsystem samt elnätsapplikationer.
Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)
- Beräkna Fourier-komponenter och THD för grundläggande spännings- och strömkurvformer.
- Beskriva funktionsprincipen för de vanligast förekommande aktiva komponenterna (t.ex. dioder, tyristorer, IGBTer och MOSFETar) och passiva komponenterna (t.ex. kondensatorer, transformatorer och induktorer).
- Förklara och ge exempel på hur Pulse Width Modulation (PWM) fungerar. Identifiera behovet av en kontrollerkrets i en switchad omvandlare, beskriva dess syfte samt förstå hur den önskade storheten kan kontrolleras.
- Utföra analytiska beräkningar på ideala DC/DC-omvandlare såsom buck, boost, buck-boost, flyback och forwardomvandlare. Funktionsprincipen för de olika topologierna skall urskiljas och noggrant granskas i både kontinuerlig och diskontinuerlig drift genom analys av ström och spänningskurvformer. Förutom de ovan nämnda topologierna skall även andra topologier (t.ex. push-pull, halvbrygga och fullbrygga) samt kretsförbättringar (t.ex. parallellkopplade omvandlare och avmagnetisering med active clamp-koppling) kunna identifieras och exemplifieras.
- Utföra analytiska beräkningar samt förstå funktionsprincipen för både 1-fas och 3-fas AC/DC omriktare. Olika moduleringsstrategier (t.ex. PWM och square-wave) implementeras och de resulterande kurvformerna utvärderas och jämförs.
- Förklara funktionsprincipen för flernivåomriktare (t.ex. 3-nivå och 5-nivå, NPC- och MMC-omriktare) genom analys av spännings- och strömkurvformer samt applicera för- och nackdelar på t.ex. övertoner och förluster.
- Förklara funktionsprincipen samt utföra analytiska beräkningar på 1-fas och 3-fas diodbryggor i både diskontinuerlig drift med spänningsstyv DC-sida samt i kontinuerlig drift med strömstyv DC-sida. Kombinera nätimpedansen med diodbryggan och illustrera dess påverkan i kretsen.
- Förklara funktionsprincipen samt utföra analytiska beräkningar på 1-fas och 3-fas tyristorbryggor i kontinuerlig drift med strömstyv DC-sida.. Kombinera nätimpedansen med tyristorbryggan och illustrera dess påverkan i kretsen. Analysera mer avancerade topologier (t.ex. 6-puls och 12-puls koppling) av tyristorbryggor samt särskilja deras för- respektive nackdelar.
- Identifiera och tolka enkla scheman över olika omvandlare. Urskilja olika komponenter i en fysisk krets samt utföra grundläggande mätningar av kurvformer och beräkning av verkningsgrad.
- Beräkna förluster i både passiva och aktiva komponenter. Den resulterande komponenttemperaturen i de aktiva komponenterna utvärderas och en lämplig kylfläns dimensioneras. Ha en grundläggande förståelse för hur livslängden hos en komponent kan uppskattas.
- Använda simuleringsmjukvaran Cadence PSpice för att simulera grundläggande switchade omvandlare. Laborationernas syfte är att förstå kretsens funktionsprincip, kunna analysera kurvformer, utvärdera parametervariationer samt utföra Fourieranalys av de ingående kurvformerna.
Innehåll
Föreläsningar och räkneövningar: - Bakgrund: elektriska och matematiska förkunskaper, spänningar och strömmar för passiva komponenter, medelvärde och RMS-värde, Fourieranalys av periodiska kurvformer.
- Aktiva och passiva komponenter: dioder, tyristorer, MOSFETar, GTOer, IGBTer, induktorer, transformatorer och kondensatorer.
- Icke-isolerade DC/DC-omvandlare: buck, boost, buck-boost samt H-brygga.
- Isolerade DC/DC-omvandlare: flyback, forward, halvbrygga, push-pull samt fullbrygga.
- DC/AC-omvandlare: generering av 1-fas och 3-fas växelspänningar, moduleringssätt (såsom square-wave och PWM), flernivåomvandlare.
- Diodbryggor: 1-fas och 3-fas diodbryggor med både kontinuerlig och diskontinuerlig DC-ström.
- Tyristorbryggor: 1-fas och 3-fas tyristorbryggor med varierande DC-ledsspänning.
- Temperaturfördelning och livslängd: beräkning av förluster, termiska beräkningar, dimensionering av kylflänsar samt uppskattning av komponenters livslängd.
Praktiska laborationer (obligatoriska):- Buck-omvandlare
- Flyback-omvandlare
PSpice-uppgifter (obligatoriska):- 7st PSpice datorlabbar som behandlar de flesta omvandlartyperna i kursen.
Organisation
Kursen består ungefärligen av: - 18 föreläsningar (2 x 45min)
- 13 räkneövningar (2 x 45min)
- 2 praktiska laborationer (4h)
- 7 datorlaborationer med PSpice (2h)
Litteratur
Mohan, Undeland, Robbins. Power Electronics Converters, Applications and Design. Wiley 2003, 3rd ed.
Examination
Skriftlig tentamen med betyg U, 3, 4 eller 5. Godkända laborationer samt PSpice-uppgifter.
|
|