Kursplan för Kraftelektroniska komponenter och deras tillämpningar

Kursplanen innehåller ändringar
Se ändringar

Kursplan fastställd 2019-02-25 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnPower electronic devices and applications
  • KurskodENM070
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPEPO
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeElektroteknik
  • InstitutionELEKTROTEKNIK
  • BetygsskalaTH - Fem, Fyra, Tre, Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 21117
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0107 Tentamen 7,5 hp
Betygsskala: TH		 7,5 hp
  • 05 Jun 2020 em J
  • 11 Okt 2019 em M
  • 28 Aug 2020 em J

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Ersätter

  • EEK180 Power electronics-2

Behörighet

Information saknas

Särskild 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

Kraftelektroniska omvandlare

Syfte

Syftet med kursen är att studenterna ska utveckla och uppvisa en förhöjd kunskapsnivå rörande kraftelektroniska komponenter, design av kraftelektroniska omvandlare och deras användningsområden. För de kraftelektroniska komponenterna är det framförallt halvledarkomponenter för kraftelektronik som studeras. Syftet är att belysa vilka egenskaper de olika krafthalvledarna har utifrån ett kraftelektronikperspektiv och hur de påverkar designen av den kraftelektroniska omvandlaren.

Omvandlardesignen innefattar design av drivkretsar för olika ändamål och prestanda, termiska beräkningar, design av snubberkretsar för begränsning av EMI (elektromagnetisk interferens), överström och överspänning samt omvandlar-topologier med mjukswitchning och resonanta kopplingar. Syftet är att studera viktiga aspekter av omvandlardesignen, förutom val av huvudkretskomponenternas märkdata, som behöver tas i beaktning för att en välfungerande omvandlardesign skall erhållas.

Inom användningsområdet studeras applikationer med omvandlare kopplade till elnätet, såsom HVDC och FACTS (High Voltage Direct Current, Flexible Alternative Current Transmission Systems). Exempel på objekt som studeras är UPS-er och elkvalitéförbättringsapparater.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • Använda ekvivalenta modeller av en MOSFET för att beskriva dess tillslags- och frånslagstransienter.
  • Beskriva drivkretsar för MOSFET och IGBT-transistorer.
  • Beskriva hur en tillslags-, frånslags- och överspänningssnubber är konstruerad och hur den fungerar.
  • Dimensionera komponenter för tillslags-, frånslags- och överspänningssnubbers baserat på kretsbehovet.
  • Analysera oscillationerna över de switchande komponenterna i en verklig krets och designa en snubber som reducerar dessa oscillationer. Förbättringarna skall slutligen kunna implementeras i en verklig krets.
  • Teoretiskt beskriva funktionen av en styrkrets för en dc/dc-omvandlare. Designa och praktiskt implementera en styrkrets med tillgörande gatedrivning för att erhålla spänningsreglering, strömstyrning samt överströmsskydd.
  • Beräkna ström- och spänningskurvformer i lastresonanta, ZVS och ZCS resonanta omvandlare i det fall då initialvärdena är kända.
  • Beskriva hur HVDC-omriktare samt FACTS-utrustning (t.ex. SVC, TSCR och TCR) fungerar och vilka komponenter som används för dessa applikationer.
  • Beskriva viktiga aspekter kring elkvalité/EMI/EMC såsom krav och standarder, kopplingsmekanismer, generering, påverkan samt reduktionsåtgärder.
  • Utföra förenklade beräkningar av hur kapacitivt och induktivt kopplade störningar propagerar från källa till påverkad krets.
  • Välja ett lämpligt filter för olika applikationer såsom DC/DC-omvandlare, begränsning av EMI samt FACTS-omvandlare.
  • Beskriva hur en diod, tyristor, GTO, BJT, IGBT, IGCT och en MOSFET är uppbyggd samt dess funktionsprincip.
  • Beskriva och jämföra omriktare för elektriska drivsystem samt för nätapplikationer.
  • Illustrera användandet av energilagring (t.ex. batterier samt superkapacitorer) i en kraftelektronisk applikation.
  • Ur en ingenjörsmässig synvinkel skall lämpliga komponenter identifieras och dimensioneras för olika omvandlartopologier så att den analyserade omvandlaren uppfyller krav på t.ex. storlek och vikt.
  • Modellera kraftelektroniska kretsar med Spice-baserad programvara samt simulera och analysera påverkan på kretsens och dess komponenters prestanda och elektriska stress.

Innehåll

Föreläsningar och övningar:
  • Drivkretsar: för transistorer, MOSFETar, tyristorer och GTOer, unipolär och bipolär drivning, styrkretsar.
  • Snubber kretsar: tillslags-, frånslags- och överspänningssnubber. Förlustfria och RCD-snubber kretsar. Design av snubberkretsar för olika applikationer.
  • Mjukswitchande omvandlare: Serie- och parallellresonanta omvandlare, omvandlare där omslag sker vid ingen spänning eller ingen ström (ZVS, ZCS).
  • Styrning av DC/DC-omvandlare: Användande och design av styrkrets, ström- och spänningsskydd, reglering av spänning och ström, design av omvandlarens bandbredd.
  • Kraftelektroniska apparater anslutna till elnätet: Elkvalitéförbättrande applikationer och avbrottsfri kraft.
  • HVDC: klassisk tyristorbaserad HVDC, HVDC baserad på spänningsstyva omvandlare, uppbyggnad av en SVC och TCSC.
  • Övertoner: uppkomst, påverkan av samt filtrering av övertoner. EMI överväganden.
  • Uppbyggnad och beteende av halvledarkomponenter: dioder, tyristorer, GTOer, MOSFETar, BJTer och IGBTer
  • Energilagring med elektriskt interface: batterier och superkondensatorer.
  • Elektriska drivsystem och omriktare för elnätsapplikationer.
Projektarbete (obligatoriskt):
Ett obligatoriskt projekt som innefattar experimentellt arbete runt designen av en kraftelektronisk omvandlare samt design, modellering och simulering av elektriska kretsar. Mät-, beräknings- och simuleringsresultat från projektet skall presenteras i en skriftlig rapport.

Organisation

Kursen består av 19 föreläsningar (2 x 45 min), 13 övningar (2 x 45 min) och ett praktiskt laborativt projektarbete (28 tim)

Litteratur

Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics, Converters, applications and design, Wiley 2003, 3rd ed.

Examination inklusive obligatoriska moment

Skriftlig tentamen. Betygsskala, U, 3, 4, 5. Godkänt projektarbete samt godkända skriftliga rapporter.

Kursplanen innehåller ändringar

  • Ändring gjord på tentamen:
    • 2019-09-04: Plats Plats ändrat från Johanneberg till M av grunnet
      [2019-10-11 7,5 hp, 0107]