Tillämpad kraftelektronik
Applied Power Electronics

EIEN60F, 7,5 högskolepoäng

Gäller från och med: Vårterminen 2023
Beslutad av: Maria Sandsten
Datum för fastställande: 2023-04-24

Allmänna uppgifter

Avdelning: Industriell elektroteknik och automation
Kurstyp: Gemensam kurs, avancerad nivå och forskarnivå
Kursen ges även på avancerad nivå med kurskod: EIEN60
Undervisningsspråk: Engelska, svenska

Syfte

Syftet med kursen är att ge goda kunskaper om grunderna i kraftelektroniskt styrd energiomvandling i drivsystem för t.ex. elfordon, vindkraftsgenerering, solcellsteknik och nätanslutna batterier. Kursen bygger upp förståelsen för styr- och reglertekniska metoder i detaljerad fysikalisk modellering av olika energiomvandlare. Generiska modeller utgör grunden för metodutvecklingen och ger studenten verktyg för att tillämpa metoderna även på andra energiomvandlare än de som berörs i kursen. I kursen tillämpas metoderna på ett urval av linjära och roterande lik- och växelströmsmaskiner, switchade audiosystem, DC/DC-omvandlare, aktiva elnätsfilter, högspända likströmssystem (HVDC), batteriladdsystem och strömförsörjning för elfordon (olika typer av laddare samt elvägar).

Mål

Kunskap och förståelse

För godkänd kurs skall doktoranden

• enskilt och skriftligt kunna redovisa
• förståelse för hur de viktigaste fysikaliska egenskaperna hos en given energikälla (t.ex. ett eldrivsystem i fordon i generatorisk drift, en vindkraftsgenerator eller ett solcellssystem), energiomvandlare (elmaskin, högtalare) eller energilager (batteri, elektrolysanläggning) modelleras med avseende på kraftelektronisk energistyrning,
• förståelse för funktion och egenskaper för ett urval av kraftelektroniska omvandlare,
• förståelse för hur de fysikaliska egenskaperna enligt punkt 1 påverkar valet av styr- och reglermetoder samt modulationsmetod för tillämpliga kraftelektroniska omvandlare.

Färdighet och förmåga

För godkänd kurs skall doktoranden

• enskilt och skriftligt kunna
• modellera de viktigaste fysikaliska egenskaperna hos en given energikälla (t.ex. ett eldrivsystem i fordon i generatorisk drift, en vindkraftsgenerator eller ett solcellssystem), energiomvandlare (elmaskin, högtalare) eller energilager (batteri, elektrolysanläggning), med avseende på kraftelektronisk energistyrning,
• beskriva funktion och egenskaper för ett urval av kraftelektroniska omvandlare,
• beskriva hur de fysikaliska egenskaperna enligt punkt 1 påverkar valet av styr- och reglermetoder samt modulationsmetod för tillämpliga kraftelektroniska omvandlare,
• i simuleringsmiljö implementera generiska modeller för energiomvandlare med tillhörande kraftelektroniska styr- och reglersystem,
• verifiera simuleringsresultat enligt punkt 4 med kraftelektroniska reglersystem i laborativ miljö.

Värderingsförmåga och förhållningssätt

För godkänd kurs skall doktoranden

• enskilt kunna
• bedöma lämpligheten av kraftelektroniska lösningar avseende fysisk och elektromagnetisk miljöpåverkan samt energieffektivitet.

Kursinnehåll

Föreläsningar och räkneövningar Källor och laster: Fysikaliska egenskaper för elmaskiner, kablar, batterier mm. Dessa egenskaper modelleras ur ett kraftelektroniskt reglerperspektiv, inkluderande parasitiska komponenter, lastströmmar och jordströmmar. Kraftelektroniska omvandlare: Sammanfattning av egenskaperna för kraftelektroniska bryggor såsom 1Q, 2Q och 3-fas 2-nivåomvandlare. Modulation och reglering: Bärvågsmodulation, övermodulation, strömreglering (samplad och med toleransband), spänningsreglering, momentstyrning, varvtalsreglering, optimering av verkningsgrad, minimering av rippel. Tillämpningar: Kraft- och momentstyrning av linjära och roterande lik- och växelströmsmaskiner inklusive fätförsvagning, optimering av verkningsgrad samt minimering av momentrippel. Aktiva nätfilter samt koppling av batterier mot elnätet som energi- och effektkällor. Oisolerade och isolerade DC/DC-omvandlare för anpassning av spänningsnivåer samt galvanisk isolation av spänningssystem. Kraftsystem i fordon med många kraftelektroniska omvandlare mot samma DC-länk/batteri, med avseende på ledningsbunden elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Simuleringsuppgifter och laborationer Aktivt nätfilter DC/DC-omvandlare Elmaskin (PMSM) i fordonsdrivsystem. Dessa laborationer förbereds genom simuleringsarbete vilket rapporteras som en hemuppgift före laborationen. Efter laborationen skrivs en rapport där simuleringar och mätningar jämförs.

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, skriftlig rapport. 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, W), MIE012/EIEF35 Elektroteknikens grunder (M) eller EITF90 Ellära och elektronik (F) samt FRT010/FRTF05 Reglerteknik, Allmän kurs.

Övrig information

får inte ingå i examen tillsammans med ETEF10 Kraftelektronik.

Kurstillfällesinformation

Startdatum: 2024-03-18
Slutdatum: 2024-06-02
Kursfart: Helfart

Anmälningsinformation

Sänd ett e-mail till kursens examinator

Kontaktinformation och övrigt

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