Detail předmětu

Technika výkonových měničů

FEKT-LTVMAk. rok: 2017/2018

Tepelné jevy ve výkonové elektronice. Činný výkon, jeho výpočet a měření. Výpočet ztrát v měniči. Stejnosměrné pulsní měniče. Střídače. Analýza jednokvadrantového měniče, snižujícího napětí. Pulsní šířková modulace - PWM. Výkonové spínací tranzistory. Budiče výkonových spínacích tranzistorů. Analýza zapínacího a vypínacího děje v tranzistoru.

Výsledky učení předmětu

Písemnou a ústní zkouškou se ověřuje, že absolvent předmětu je schopen:
- Analyzovat a počítat dynamické tepelné jevy. Spočítat a konstruovat vzduchový i kapalinový chladič s požadovaným tepelným odporem. Popsat princip činnosti tepelné trubice.
- Definovat činný výkon, spočítat a změřit jej v typických případech vyskytujících se ve výkonové elektronice.
- Definovat kritéria EMC v nf. a vf. oblasti. Definovat kvalitu elektrických spotřebičů podle norem EMC.
- Vyjmenovat a znázornit stejnosměrné tranzistorové pulsní měniče (ss/ss): Měniče pracující v 1Q, 2Q, 1+2Q, 1+4Q, 1 až 4Q, měnič se společnou tlumivkou, měniče Čuk, SEPIC, Zeta.
- Měnič pracující v 1Q analyzovat v režimu spojitých i přerušovaných proudů. Navrhnout a spočítat výstupní LC-filtr pro tento měnič.
- Analyzovat střídače (ss/stř) 1-fáz., 3-fáz. Definovat všechna napětí v soustavě 3-fáz. střídač - motor.
- Popsat a analyzovat PWM pro řízení ss. pulsních měničů i střídačů.
- Vyjmenovat a definovat mezní, statické a dynamické parametry výkonových spínacích součástek (D, Tyr., Tr., BJT, MOS-FET, IGBT, GTO).
- Analyzovat zapínací a vypínací děj v tranzistoru. Definovat RBSOA. Spočítat spínací ztráty v tranzistoru.
- Popsat obvodové řešení a všechny funkce budiče spínacích tranzistorů.

V laboratorních cvičeních student měří a pomocí osciloskopu analyzuje signály v různých výkonových elektronických měničích. Student se naučí následující dovednosti:
- Ovládat a používat základní měřicí přístroje v laboratoři výkonové elektroniky: osciloskop, voltmetr, ampérmetr, stejnosměrné a střídavé laboratorní zdroje.
- Změřit a analyzovat stejnosměrné síťové napaječe.
- Sestavit a zapojit pracoviště pro měření výkonových tranzistorových spínačů.
- Oscilograficky zaznamenat a analyzovat zapínací i vypínací děj v tranzistoru IGBT.
- Snímat oscilografické průběhy impulsních proudů pomocí bezindukčního koaxiálního bočníku.
- Změřit ztrátové energie při zapnutí a vypnutí tranzistoru IGBT.
- Analyzovat funkci odlehčovacích obvodů a porovnat jejich vliv na vypínací děj v tranzistoru.
- Zaznamenat oscilografické průběhy v pulsním měniči pracujícím v 1Q. a průběhy analyzovat.
- Zaznamenat oscilografické průběhy v 1-fáz. střídači pracujícím v režimu sinusové PWM a průběhy analyzovat.

V numerických cvičeních se student naučí následující dovednosti:
- Proudově a napěťově dimenzovat výkonové spínací tranzistory.
- Spočítat ztrátový výkon výkonové spínací součástky způsobený vedením proudu.
- Spočítat a konstruovat vzduchový i kapalinový chladič s požadovaným tepelným odporem.
- Spočítat činný výkon v různých uzlech stejnosměrných pulsních měničů.

Prerekvizity

Z oblasti aplikované matematiky musí mít student tyto předchozí znalosti: - Využívat a aplikovat matematické operace s komplexními čísly ve složkovém i polárním tvaru (sčítání, odečítání, násobení, dělení dvou čísel, absolutní hodnota, usměrňování komplexního zlomku). - Aplikovat základní principy integrálního a diferenciálního počtu funkce jedné proměnné: popis funkce cívky, tj. indukční zákon v diferenciálním a integrálním tvaru, podobně vztah mezi okamžitými hodnotami proudu a napětí na kondenzátoru v dif. a integr. tvaru, výpočet střední a efektivní hodnoty periodické funkce. Student, který si zapíše předmět, musí mít tyto předchozí znalosti: - Popsat základní vlastnosti diskrétních elektronických součástek (diod, bipolárních a unipolárních tranzistorů). - Absolvovat předmět BREB (Řídicí elektronika). - Prakticky umět využívat a aplikovat následující nástroje pro analýzu a syntézu elektrických obvodů: 1. Kirchhoffův zákon, 2. Kirchhoffův zákon, Ohmův zákon, Indukční zákon v diferenciálním i integrálním tvaru.

Doporučená nebo povinná literatura

Chee-Mun Ong: Dynamic Simulation of Electric Machinery. Prentice-Hall, 1998. (EN)
Patočka M.: Vybrané statě z výkonové elektroniky, sv.I. (CS)
Patočka M.: Vybrané statě z výkonové elektroniky, sv.II. (CS)
Bose, B.K.: Power electronics and AC Drives. Prentice Hall 1986 (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednášky probíhají s velmi výraznou podporou Power-Pointu. Studenti mají soubor v Power-Pointu k dispozici (navíc, kromě el. učebních textů).
V laboratorních cvičeních studenti měří a analyzují pomocí osciloskopu 4 laboratorní úlohy (tranzistorové výkonové měniče).
V numerických cvičeních se počítají typické úlohy (návrhy aktivních a pasivních prvků výkonových měničů).

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Tepelné jevy ve výkonové elektronice. Návrh vzduchových chladičů.
2.Kapalinové chladiče, chlazení skříní, tepelné trubice. Dynamika tepelných jevů.
3. Činný výkon, jeho výpočet a měření ve výkonové elektronice. Výpočet ztrát v měniči.
4. Stejnosměrné pulsní měniče - princip, přehled. Střídače - princip, přehled.
5. Analýza jednokvadrantového měniče, snižujícího napětí. Návrh LC-filtru. Pulsní šířková modulace - PWM pro stejnosměrné měniče, sinusová PWM pro střídače.
6. Výkonové spínací tranzistory. Budiče výkonových spínacích tranzistorů. Analýza zapínacího a vypínacího děje v tranzistoru.

Cíl

Konstrukční a elektrický návrh výkonových měničů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-ML magisterský navazující

    obor ML-SVE , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

  • Program EEKR-ML1 magisterský navazující

    obor ML1-SVE , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení odb. zák.

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor