1. No category

Kraftelektronik
Industrial Electrical Engineering and Automation
Sedan tidigare…
• För att varvtalsreglera likströmsmotor måste
spänningen ändras
• För att varvtalsreglera synkron- och
asynkronmotorer måste spänning och
frekvens ändras
Industrial Electrical Engineering and Automation
Ändra spänning och frekvens
• Seriereglering
– Stor effektförlust
• Transformator
– Fungerar bara för växelspänning
– Ändrar inte frekvensen
• Roterande omformare
– Fast förhållande mellan f1 och f2
– Mekaniskt slitage
• Lösning
– Kraftelektronik…
Industrial Electrical Engineering and Automation
Vi vill sänka
medelström och medelspänning
• Hur regleras temperatur i ett hus?
• Jämför
– Tillförd effekt – spänning
– Temperatur – ström
Industrial Electrical Engineering and Automation
Allt som behövs för att förstå
Kraftelektronik
Ström motsvarar energi
di
uL = L
dt
iC = C
WL =
du
dt
1 2
Li
2
Spänning motsvarar energi
1
WC = Cu 2
2
Antingen TILL (bottnad) eller FRÅN (strypt)
Fungerar som backventil
(kan här anses ideal)
Industrial Electrical Engineering and Automation
Nedspänningsomvandlare
R-last
Halva medelspänningen
Halva medelströmmen
tp
Pulskvot (duty-cycle)
δ=
Switchfrekvens
f sw =
T
1
1
=
Tsw T
Ingen snygg ström!
Använd induktans
Nedspänningsomvandlare
RL-last U − u − L di − u
dc
T
Industrial Electrical Engineering and Automation
T=TILL:
iL =
uut
R
Frånslag av T:
iL = 0
di
→ −∞
dt
uT → ∞
PROBLEM!
Nedspänningsomvandlare
RL-last
Industrial Electrical Engineering and Automation
ut
dt
di
uT = U dc − L − uut
dt
T = TILL:
Positiv strömderivata
Induktansen upptar energi
uut = Udc − L
T = FRÅN:
Negativ strömderivata
Induktansen avger energi
uut = − L
di
dt
di
dt
=0
Exempel
Nedspänningsomvandlare
Industrial Electrical Engineering and Automation
Stabiliserar uut
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.
a. Rita spänningen uL som funktion av tid, ange siffervärde
b. Rita strömmen iL som funktion av tid, ange siffervärde
Industrial Electrical Engineering and Automation
Gör tvärt om…
Uppspänningsomvandlare
di
1
= uin ⇒ i = ∫ uin ⋅ dt
dt
L
T = TILL:
Positiv strömderivata
Induktansen upptar energi
L
T = FRÅN:
Negativ strömderivata
Induktansen avger energi
U dc = uin − L
di
dt
Industrial Electrical Engineering and Automation
PWM
Pulsbreddsmodulering
uref > utriangel: T=TILL
Variera uref :
Pulskvoten (duty-cycle) tp/T varieras mellan 0 och 100%
Utspänningens medelvärde varieras mellan 0 och Udc
Kvadranter
Industrial Electrical Engineering and Automation
i
i
u
1-kvadrant
i
u
2-kvadrant
Ovanlig
i
u
2-kvadrant
u
4-kvadrant
Industrial Electrical Engineering and Automation
Kraftelektronik för LM
Likströmsmotor:
Varvtal ~ spänning
Moment ~ ström
• 1-kvadrant LS-omvandlare
i
– Accelerera framåt
• 2-kvadrant LS-omvandlare
u
i
– Accelerera / bromsa framåt
• 4-kvadrant LS-omvandlare
u
i
– Accelerera / bromsa framåt
– Accelerera / bromsa bakåt
u
13
Industrial Electrical Engineering and Automation
Nedspänningsomvandlare
• Positiv spänning
• Positiv ström
• 1-kvadrant omvandlare
i
u
Industrial Electrical Engineering and Automation
Kombinera
Ned- och uppspänningsomvandlare
2-kvadrantomvandlare
i
Antingen
T1 eller T2
är till
u
Industrial Electrical Engineering and Automation
Kombinera
två stycken tvåkvadrantomvandlare
4-kvadrantomvandlare
i
u
Industrial Electrical Engineering and Automation
4-kvadrantomvandlare DC/DC
T1=TILL
T2=TILL
T3=TILL
T4=TILL
uut=ua-ub
Industrial Electrical Engineering and Automation
4-kvadrantomvandlare DC/AC
• Sinusformiga referenser
• Medelvärdet av utspänningen sinusformigt
uˆut ,max = U dc
Industrial Electrical Engineering and Automation
12 V DC till 230 V AC
Industrial Electrical Engineering and Automation
Kraftelektronik för 3-fas växelströmsmotor
• Motor med tre
lindningar vridna 120°
• Likspänningsmatning (Udc)
oftast från likriktad 3-fas
• 3 bryggben
(6 transistorer)
• 3-fas ut
Kraftelektronik för växelströmsmotor
Industrial Electrical Engineering and Automation
• Försök efterlikna trefas sinus
osv…
Industrial Electrical Engineering and Automation
Spänningsvektor, six-step
Industrial Electrical Engineering and Automation
Flödesvektor, six-step
• Flödet är integralen av spänningen
• Flödet hexagonformat
• Stort momentrippel
Industrial Electrical Engineering and Automation
Vik in hörnen
•
•
•
•
Kortare tid på varje spänningsvektor
Fler switchningar
Jämnare flöde
Jämnare moment
Industrial Electrical Engineering and Automation
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 Î valbar medelriktning
– Switchning mellan aktiv/nollvektor Î valbar medelamplitud
Industrial Electrical Engineering and Automation
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
Industrial Electrical Engineering and Automation
PWM-kurvformer
27
Sammanfattning
Industrial Electrical Engineering and Automation
• 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