Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050

Modernizace didaktických metod

a inovace výuky technických předmětů.

Střídavé měniče

Přednášky – výkonová elektronika

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 2

Střídavé měniče

• Vstupní a výstupní proud – střídavý

• Rozdělení střídavých měničů – fvst=fvýst – mění se střední napětí, komutace z napájení - fázové

regulátory

– fvst> fvýst, - změna napětí, násobně nižší frekvence, komutace z napájecí strany - cyklokonvertory

– fvst ≠ fvýst, komutace nezávislá na napájecí frekvenci, frekvence a velikost napětí výstupu nezávislá na vstupních parametrech - střídavé měniče

• přímé – maticové měniče

• nepřímé – usměrňovač, ss-mezibvod, střídač

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 3

Střídavé měniče

• Fázové regulátory – odporová zátěž – komutují z napájecího napětí

– změna amplitudy – zpoždění za průchodem proudu nulou

– problém s harmonickým rušením napájecí sítě:

• předřazení dolnopropustného filtru

– 𝑈𝑜𝑢𝑡 =1

𝜋 2𝑈𝑖𝑛 sin𝜔𝑡

2𝑑𝜔𝑡

𝜋

𝛼=

= 𝑈𝑖𝑛2 𝜋−𝛼 +sin 2𝛼

2𝜋

– 𝑃𝑜𝑢𝑡 =𝑈𝑖𝑛2

𝑅⋅2 𝜋−𝛼 +sin 2𝛼

2𝜋

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 4

Střídavé měniče

• Fázové regulátory – absolutní velikost

harmonických v odebíraném proudu se sítě na úhlu řízení

– fázové posunutí 1 harmonické na úhlu řízení

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 5

Střídavé měniče

• fázové regulátory – poměrná velikost

harmonických v odebíraném proudu ze sítě na úhlu řízení

– růst vlivu harmonických s rostoucím úhlem řízení

• velké hodnoty proudu při rozběhu

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 6

Střídavé měniče

• Fázové regulátory – induktivní zátěž – indukčnost prodlužuje dobu vypnutí triaku

– αmin – minimální úhel, od kterého lze řídit

• (pro R -> 0 je αmin = 90°)

R

L arctgmin

2sin

2

12inout UU

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 7

Střídavé měniče

• fázové regulátory – čistě induktivní zátěž – velikost proudu (vč. vyšších harmonických)

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 8

Střídavé měniče

• fázové regulátory – čistě induktivní zátěž – přehled harmonických

• fázové zpoždění první harmonické proudu – vždy 90°

• pro zátěž RL se mění

mezi αmin a 90° podle úhlu řízení

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 9

Střídavé měniče

• Třífázový fázový regulátor – zapojení ve hvězdě nebo trojúhelníku

– při symetrické zátěži se eliminuje 3 harmonická složka

– při nízkém napětí a proudy do 20 A – použití triaku

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 10

Střídavé měniče

• Jednofázové cyklokonvertory – řízení frekvence a proudu řídícím úhlem

tyristoru

– rozsah frekvencí pro 50 Hz síť max. 25 Hz

– umožňují řídit směr toku

energie

– subharmonické složky v odebíraném proudu

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 11

Střídavé měniče

• Cyklokonvertory - třífázové – komutace z napájecího obvodu

(tyristory)

– velké pohony s nízkou frekvencí

– rozběh velkých asynchronních strojů (>1 MW výstupního výkonu)

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 12

Střídavé měniče

• Maticové měniče – vlastní komutace, nezávisí na frekvenci napájení (spínače, které

pracují v obou směrech)

– náročné na řízení - simulace nepřímého měniče (usměrněný průběh – střídání)

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 13

Střídavé měniče

• Nepřímé měniče kmitočtu – obsahují stejnosměrný meziobvod

• Rozdělení – napěťové – ss meziobvod napěťový – velký kapacitor (DC link)

– proudové – ss meziobvod proudový – tlumivka

• Schéma nepřímého měniče kmitočtu s asynchronním motorem

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 14

Střídavé měniče

• třífázové nepřímé střídavé měniče – řízení asynchronního motoru – skalární řízení (U/f) –

• změna synchronních otáček, výstupní napětí podle režimu (konstantní moment/konstantní výstupní výkon)

• jednoúčelové řídící obvody (generátory PWM pro 3f. soustavu)

– vektorové řízení

• řízení momentu motoru v čase, nezbytné použití mikropočítače (nejčastěji signálového procesoru), snímání otáček

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 15

Střídavé měniče

– Brzdění motoru – odebírání elektrické energie z motoru (4. kvadrantová funkce měniče)

• nastavení vhodného řídícího úhlu ve střídači – zvyšování napětí v meziobvodu.

• snižování přepětí v meziobvodu (vzniká při generátorovém režimu motoru)

připojení brzdného odporu RR – energie se maří v měniči

rekuperace do sítě (4. kvadrantový usměrňovač – řízený usměrňovač, tyristorový nebo spínaný) – energie z přepětí se vrací do sítě

Modernizace didaktických metod a inovace

výuky technických předmětů 16

Střídavé měniče

• napájení výbojek v úsporných žárovkách – nutné střídavé napětí (šetří elektrody)

– vysoká frekvence (zářivky neblikají, běžně 40 kHz)

– vysoké napětí při startu – zajišťuje LC obvod v rezonanci (po zapálení výboje klesne jakost a řádově se sníží napětí)

– samokmitající střídavý dvojčinný měnič

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů,

který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

Děkuji za pozornost

Střídavé měniče