Pretvorniki v močnostni elektroniki

Visokošolski učitelji: Zajec Peter
Sodelavci: Nedeljković David, Vončina Danjel

Opis predmeta

Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti:

• Formalni pogoj je vpis v 1. letnik študijskega programa 3. stopnje.
• Od študenta se za uspešno vključitev pričakuje: osnovno predznanje s področja močnostne elektronike in regulacijske tehnike, zaželeno je poznavanje simulacijskega orodja Matlab/Simulink.

Vsebina:

Sodobni študij močnostne elektronike ne obravnava pretvorniških naprav le v luči splošno poznanih kriterijev (izgube, specifična moč pretvornika, ocena njegove življenjske dobe ter stroški izdelave). Vse pomembnejše postaja razumevanje povezovalnih vlog teh pretvorniških naprav v kompleksnih sistemih za učinkovito pretvorbo energije obnovljivih virov v električno energijo in njeno nadaljnjo smotrno pretvorbo ter končno rabo (inteligentno hlajenje in gretje stavb, hibridna vozila, pametna omrežja). Detajlnejša vsebina:

1) Seznanitev s sodobnimi polprevodniškimi močnostnimi stikali ter z izzivi odvajanja izgubne toplote in zmanjšanja parazitnih induktivnosti povezav. Pregled izzivov in študije aktualnih rešitev pri integraciji sestavnih delov pretvornika v enovito celoto (sistemsko in geometrijsko). Mehanizmi odvajanja odvečne toplote, zmanjšanja medsebojnega elektromagnetnega vpliva, doseganje ustrezne prebojne trdnosti in zanesljivosti.

2) Problemi napetostnih in tokovnih strmin v močnostnem delu pretvornikov, razbremenilna vezja, izkoristki in izgube.

3) Pregled osnovnih modulacijskih postopkov (pulznoširinska modulacija, modulacija prostorskega vektorja in ostale) in z njimi povezane specifične rešitve na primeru mejnega obratovanja (obratovanje z majhnim vklopnim razmerjem) obstoječih polprevodniških stikal. Različni principi vodenja polprevodniških pretvornikov. Prediktivni in repetitivni pristopi k vodenju pretvornikov.

4) Povratni vplivi polprevodniških pretvornikov na omrežje in njihovo odpravljanje. Načini razširjanja elektromagnetnih motenj ter ukrepi za njihovo zmanjšanje ali odpravljanje. Merilni sistemi in priprave za diagnostiko prevodnih emisij. Merjenje bližnjih električnih in magnetnih polj.

5) Pregled in analiza sodobnejših trendov pri načrtovanju specifičnih pretvorniških topologij (zaporedna/vzporedna več-celična zasnova pretvornikov, zaporedna/vzporedna vezava močnostnih stikal, združevanje različnih načinov delovanja).

6) Sistemsko orientirana analiza obratovalnih razmer, stabilnostnih pogojev v izbranih, tehnično aktualnih pretvorniških sistemih. Občutljivostne analize v namen zagotavljanja optimalnih obratovalnih lastnosti - s stališča vodenja in pretoka moči (popačenje, izogibanje nezaželenim resonančnim pojavom).

Cilji in kompetence:

Cilji: Spodbujati poglobljeno razumevanje o delovanju, tehnoloških in snovnih omejitvah ter vpetosti modernih pretvornikov električne energije v širši znanstveni kontekst. Spodbujati zasledovanje in obvladovanje najsodobnejših postopkov, tehnologij. Okrepiti zavedanje povezovalnih učinkov več-celičnih ter porazdeljenih pretvornikov v primeru njihovega centralnega vodenja.

Kompetence: Nadgradnja temeljnih znanj s področja močnostne elektronike in regulacijske tehnike. Dopolnitev z znanji komplementarnih tehniških vej.

Predvideni študijski rezultati:

• Poglobljeno razumevanje delovanja pretvornikov in njihovih fizikalnih omejitev.
• Poznavanje analiznih in načrtovalskih korakov pri reševanju specifičnih problemih pretvorniških vezij. Sposobnost opravljanja in vrednotenja sistemsko orientiranih analiz.

Metode poučevanja in učenja:

Predavanja ter konzultacije pri izdelavi seminarske naloge in samostojnem študiju po literaturi, vse v navezavi z lastnim raziskovalnim delom.

Gradiva

1. Bimal. K. Bose , “Power Electronics And Motor Drives: Advances and Trends”, Academic Press, 2010.
2. Ryszard Michal Strzelecki, Grzegorz Benysek, “Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks”, Springer, 2008.
3. Teresa Orłowska-Kowalska, Frede Blaabjerg, José Rodríguez, “Advanced and Intelligent Control in Power Electronics and Drives”, Springer, 2014.
4. Ewald Fuchs, Mohammad A. S. Masoum, “Power Quality in Power Systems and Electrical Machines”, Academic Press, 2011.
5. Zbirke publikacij: IEEE.org (Power Electronics, Industrial Electronics, Control Systems, Power&Energy Society)

Spletna stran predmeta