Kursplan fastställd 2020-02-13 av programansvarig (eller motsvarande).
Kursöversikt
- Engelskt namnPower electronic devices and applications
- KurskodENM070
- Omfattning7,5 Högskolepoäng
- ÄgareMPEPO
- UtbildningsnivåAvancerad nivå
- HuvudområdeElektroteknik
- InstitutionELEKTROTEKNIK
- BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd
Kurstillfälle 1
- Undervisningsspråk Engelska
- Anmälningskod 21128
- Blockschema
- Sökbar för utbytesstudenterJa
Poängfördelning
Modul | LP1 | LP2 | LP3 | LP4 | Sommar | Ej LP | Tentamensdatum |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0107 Tentamen 7,5 hp Betygsskala: TH | 7,5 hp |
|
I program
- MPEPO - ELKRAFTTEKNIK, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (obligatoriskt valbar)
- MPSYS - SYSTEMTEKNIK, REGLERTEKNIK OCH MEKATRONIK, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (valbar)
Examinator
Torbjörn Thiringer- Professor, Elkraftteknik, Elektroteknik
Behörighet
Grundläggande behörighet för avancerad nivåSökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Särskild behörighet
Engelska 6Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Kursspecifika förkunskaper
Kraftelektroniska omvandlareSyfte
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, såväl för drivning som tillståndsmonitorering.
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. Vidare hur mätningar skall genomföras i denna miljö.
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 kunna genomföra enklare beräkningar på olika PFC-kretsar samt isolerade dc/dc-omriktare såsom DAB och strömdubblare.
Genomföra termiska beräkningar på passive och aktiva komponenter.
Genomföra livslängdsberäkningar utifrån temperaturprofiler.
Beskriva omriktare för elektriska drivsystem samt för nätapplikationer. Genomföra förlustberäkningar på såväl halvledarna som dc-ledskondensatorn
Illustrera användandet av energilagring (t.ex. batterier samt superkapacitorer) i en kraftelektronisk applikation. Kunna genomföra elektriska och enklare termiska beräkningar på batterier och superkondensatorer.
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
- Olika PFC-kretsar och isolerade dc/dc-omriktare, såsom DAB och strömdubblarkrets
- Termiska beräkningar på aktiva och passiva komponenter.
- Livstidsmodellering utifrån temperaturprofiler
- Energilagring med elektriskt interface: batterier och superkondensatorer.
- Elektriska drivsystem och omriktare för elnätsapplikationer.
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.