Kursplan för Kraftelektroniska omvandlare

Kursplanen innehåller ändringar
Se ändringar

Kursplan fastställd 2020-02-14 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnPower electronic converters
  • KurskodENM061
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPEPO
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeElektroteknik
  • InstitutionELEKTROTEKNIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 21127
  • Max antal deltagare96
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0116 Tentamen 6 hp
Betygsskala: TH
6 hp
  • 16 Jan 2021 em J
  • 07 Apr 2021 em J
  • 24 Aug 2021 em J
0216 Laboration 1,5 hp
Betygsskala: UG
1,5 hp

    I program

    Examinator

    Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

    Behörighet

    Grundläggande behörighet för avancerad nivå
    Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

    Särskild behörighet

    Engelska 6
    Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

    Kursspecifika förkunskaper

    Se behörigshetskrav

    Syfte

    Målet med kursen är att göra studenterna bekanta med funktionsprinciperna hos de vanligaste topologierna av switchade spänningsomvandlare. Grundläggande design av omvandlare, analys av kurvformer samt beräkning av verkningsgrad är några av de uppgifter som studenterna kan utföra efter att ha fullföljt kursen. Studenterna kommer att utföra både datorsimuleringar med Cadence PSpice såväl som experimentellt arbete på riktiga DC/DC-omvandlare. Innehållet utgör en grund för fortsättningskursen 'Power Electronic Devices and Applications'. Kursen är även lämplig för ingenjörsarbete inom många olika områden såsom design av strömförsörjningar, elektriska drivsystem samt elnätsapplikationer.

    Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

    • Beräkna Fourier-komponenter och THD för grundläggande spännings- och strömkurvformer.
    • Beskriva funktionsprincipen för de vanligast förekommande aktiva komponenterna (t.ex. dioder, tyristorer, IGBTer och MOSFETar) och passiva komponenterna (t.ex. kondensatorer, transformatorer och induktorer).
    • Förklara och ge exempel på hur Pulse Width Modulation (PWM) fungerar. Identifiera behovet av en kontrollerkrets i en switchad omvandlare, beskriva dess syfte samt förstå hur den önskade storheten kan kontrolleras.
    • Utföra analytiska beräkningar på ideala DC/DC-omvandlare såsom buck, boost, buck-boost, flyback och forwardomvandlare. Funktionsprincipen för de olika topologierna skall urskiljas och noggrant granskas i både kontinuerlig och diskontinuerlig drift genom analys av ström och spänningskurvformer. Förutom de ovan nämnda topologierna skall även andra topologier (t.ex. push-pull, halvbrygga och fullbrygga) samt kretsförbättringar (t.ex. parallellkopplade omvandlare) kunna identifieras och exemplifieras.
    • Utföra analytiska beräkningar samt förstå funktionsprincipen för både 1-fas och 3-fas DC/AC omriktare. Olika moduleringsstrategier (t.ex. PWM och square-wave) implementeras och de resulterande kurvformerna utvärderas och jämförs.
    • Förklara funktionsprincipen för flernivåomriktare (t.ex. 3-nivå och 5-nivå NPC- och MMC-omriktare) genom analys av spännings- och strömkurvformer samt applicera för- och nackdelar på t.ex. övertoner och förluster.
    • Förklara funktionsprincipen samt utföra analytiska beräkningar på 1-fas och 3-fas diodbryggor i både diskontinuerlig drift med spänningsstyv DC-sida samt i kontinuerlig drift med strömstyv DC-sida. Kombinera nätimpedansen med diodbryggan och illustrera dess påverkan i kretsen.
    • Förklara funktionsprincipen samt utföra analytiska beräkningar på 1-fas och 3-fas tyristorbryggor i kontinuerlig drift med strömstyv DC-sida. Kombinera nätimpedansen med tyristorbryggan och illustrera dess påverkan i kretsen. Analysera mer avancerade topologier (t.ex. 12-puls koppling) av tyristorbryggor samt särskilja deras för- respektive nackdelar.
    • Identifiera och tolka enkla scheman över olika omvandlare. Urskilja olika komponenter i en fysisk krets samt utföra grundläggande mätningar av kurvformer och beräkning av verkningsgrad.
    • Utföra en småsignal-modellering av en nedspänningshackare med syftet att demonstrerar hur en tillhörande analog eller digital styrning kan utformas.
    • Beräkna förluster i både passiva och aktiva komponenter. Den resulterande komponenttemperaturen i de aktiva komponenterna utvärderas och en lämplig kylfläns dimensioneras. Ha en grundläggande förståelse för hur livslängden hos en komponent kan uppskattas.
    • Implementera och testa olika kraftelektroniska kretsar, innehållandes diskreta element. Vidare, använda Spice-baserade datorprogram samt genomföra praktiska laborationer för att kunna beskriva hur dc/dc-omriktare fungerar. Övningarna syftar till att de grundläggande driftprinciperna skall kunna beskrivas, vågformer analyseras via t.ex fft, samt att parametervariationsstudier kan utföras.

    Innehåll

    Föreläsningar och räkneövningar:
    • Bakgrund: elektriska och matematiska förkunskaper, spänningar och strömmar för passiva komponenter, medelvärde och RMS-värde, Fourieranalys av periodiska kurvformer.
    • Aktiva och passiva komponenter: dioder, tyristorer, MOSFETar, GTOer, IGBTer, induktorer, transformatorer och kondensatorer.
    • Icke-isolerade DC/DC-omvandlare: buck, boost, buck-boost samt H-brygga.
    • Isolerade DC/DC-omvandlare: flyback, forward, halvbrygga, push-pull samt fullbrygga.
    • DC/AC-omvandlare: generering av 1-fas och 3-fas växelspänningar, moduleringssätt (såsom square-wave och PWM), flernivåomvandlare.
    • Diodbryggor: 1-fas och 3-fas diodbryggor med både kontinuerlig och diskontinuerlig DC-ström.
    • Tyristorbryggor: 1-fas och 3-fas tyristorbryggor med varierande DC-sid belastning.
    • Omvandlare förbättringar: dynamisk modellering, controller design och förbättrade konfigurationer.
    • Temperaturfördelning och livslängd: beräkning av förluster, termiska beräkningar, dimensionering av kylflänsar samt uppskattning av komponenters livslängd.

    Praktiska laborationer (obligatoriska):
    • Buck-omvandlare
    • Flyback-omvandlare

    PSpice-uppgifter (obligatoriska):
    • 7st PSpice datorlabbar som behandlar de flesta omvandlartyperna i kursen.

    Organisation

    Kursen består ungefärligen av:

    • 18 föreläsningar (2 x 45min)
    • 13 räkneövningar (2 x 45min)
    • 2 praktiska laborationer (4h)
    • 7 datorlaborationer med PSpice (2h)

    Litteratur

    Mohan, Undeland, Robbins.
    Power Electronics Converters, Applications and Design.
    Wiley 2003, 3rd ed.

    Examination inklusive obligatoriska moment

    Skriftlig tentamen med betyg U, 3, 4 eller 5.
    Godkända laborationer samt PSpice-uppgifter.    

    Kursplanen innehåller ändringar

    • Ändring gjord på tentamen:
      • 2020-09-30: Plussning Inte längre plussning av GRULG
        Beslut GRULG, plussning ej tillåten