Kraftelektronik - komponenter, omvandlare, reglering och tillämpningar
Power Electronics - Devices, Converters, Control and Applications

EIEN25F, 15 högskolepoäng

Gäller från och med: Vårterminen 2019
Beslutad av: Professor Thomas Johansson
Datum för fastställande: 2019-03-13

Allmänna uppgifter

Avdelning: Industriell elektroteknik och automation
Kurstyp: Gemensam kurs, avancerad nivå och forskarnivå
Kursen ges även på avancerad nivå med kurskod: EIEN25
Undervisningsspråk: Engelska, svenska

Syfte

Syftet med kursen är att ge en orientering om egenskaperna hos moderna halvledarkomponenter och passiva komponenter som används för kraftelektroniska omvandlare. Kursen ger också förståelse rörande funktionen hos kraftelektroniska omvandlare som likriktare, switchade nätaggregat, växelriktare för motorstyrning och högspänd likström (HVDC) överföring. Kursen ger kunskaper rörande reglering av kraftelektroniska omvandlare i allmänhet och även i speciella tillämpningar där kraftelektronik används som elektromekaniska drivsystem, såsom roterande elektriska maskiner, linjärmotorer, högtalare, osv. Kraftelektronik i kraftsystemtillämpningar är ett annat område som också behandlas i kursen, där speciellt aktiva nätfilter och transistorbaserad HVDC undersöks. Projektarbetena syftar till att ge ett aktivt kunnande inom simulering, experimentellt arbete och utvärdering av kretsar och system inom området kraftelektronik.

Mål

Kunskap och förståelse

För godkänd kurs skall doktoranden

• enskilt och skriftligt kunna analysera och förstå kraftelektroniska kopplingar,
• enskilt och skriftligt kunna analysera modulationsmetoder (bärvåg och toleransband) för kraftelektroniska omvandlare, enskilt och skriftligt kunna analysera modeller av elektriska maskiner lämpliga för att härleda ström-, moment och varvtalsregulatorer.

Färdighet och förmåga

För godkänd kurs skall doktoranden

• uppskatta halvledarförlusterna hos switchande kraftelektroniska effektomvandlare,
• formulera modeller av elektriska maskiner lämpliga för att härleda ström-, moment och varvtalsregulatorer,
• härleda och implementera ström-, moment- och varvtalsregulatorer för elektriska drivsystem i digitala signalprocessorer.

Värderingsförmåga och förhållningssätt

För godkänd kurs skall doktoranden

• enskilt kunna välja komponenter för kraftelektroniska effektomvandlare baserat på ström- och spänningsnivå samt switch-frekvens,
• enskilt kunna bedöma egenskaperna hos ett elektriskt drivsystem i jämförelse med andra, icke-kraftelektroniska alternativ.

Kursinnehåll

• Föreläsningar: Switchade nätaggregat, principerna för forward- och flyback-omvandlare. Likriktare och växelriktare. Modulation av kraftelektroniska effektomvandlare. Reglering av kraftelektroniska effektomvandlare. Elektriska maskiner. Regleralgoritmer för position, varvtal, moment, flöde och ström härleds baserat på dynamiska modeller av elektriska maskiner och modulationsmetoder för kraftelektroniska effektomvandlare. Nätanslutna kraftelektroniska effektomvandlare: aktiva nätfilter, HVDC överföring samt transistorbaserad HVDC överföring. Förnyelsebara energisystem. Komponenter: Dioder, bipolära krafttransistorer, fälteffektkrafttransistorer (MOSFET), insulated gate bipolar transistors (IGBT), tyristorer, släckbara tyristorer samt passiva komponenter för kraftelektroniska kretsar. Egenskaper, begränsningar, driv- och skyddskretsar diskuteras för respektive komponent. Förlustuppskattningar (beräkningar) och kylning av kraftelektroniska komponenter och apparater. • Simuleringar: Analys av komponenter och byggblock i det switchade nätaggregatet och transistorfullbryggan som även undersöks experimentellt vid laborationer. Simuleringsprogrammet som används är ett kommersiellt tillgängligt programpaket för simulering av kraftelektronik. • Hemuppgifter: 6 hemuppgifter bestående av beräknings- och simuleringsarbete täcker kursinnehållet med avseende på elektriska maskiner och reglering av elektriska drivsystem. Övningstimmarna används för handledning av dessa hemuppgifter. • Laborativt arbete: Praktiska aspekter på kraftelektronisk reglering av elektriska drivsystem framhålls vid ett flertal laborationstillfällen och simuleringsövningar. Experimentell utvärdering av funktionen och specification för ett switchat nätaggregat och en transistorfullbrygga. • Projekt: En rapport rörande praktiska aspekter på kraftelektronisk reglering av elektriska drivsystem inklusive resultat baserade på hemuppgifterna. En rapport rörande simulering och experimentell utvärdering av funktionen och specifikation för ett switchat nätaggregat och en transistorfullbrygga. Totalt två rapporter.

Kurslitteratur

Alaküla M, Karlsson P: Kompendium i Power Electronics – Devices, Circuits, Control and Applications. IEA, LTH.

Kursens undervisningsformer

Undervisningsformer: Föreläsningar, laborationer, övningar

Kursens examination

Examinationsformer: Skriftlig tentamen, inlämningsuppgifter. För slutbetyg fordras godkända laborationer och simuleringar som redovisas fortlöpande i rapportform. Individuell skriftlig tentamen (5 tim) av problemlösningstyp med insprängda teorifrågor vid kursens slut.
Betygsskala: Underkänd, godkänd
Examinator: Professor Mats Alaküla

Antagningsuppgifter

Förutsatta förkunskaper: ESSF01 Analog elektronik, ESS030, ESSF20 Komponentfysik, ESSF15 Elenergiteknik (E) eller MIE012, EIEF35 Elektroteknikens grunder (M) samt FRT010, FRTF05 Reglerteknik, Allmän kurs.
Minsta antal deltagare: 1

Övrig information

Kursen ges på begäran på engelska

Kurstillfällesinformation

Startdatum: 2019-01-01
Slutdatum: 2019-08-30
Kursfart: Helfart

Kontaktinformation och övrigt

Kursansvarig: Mats Alaküla <mats.alakula@iea.lth.se>
Hemsida: http://www.iea.lth.se/kel/