Pretvorniki v močnostni elektroniki

Opis predmeta

Sodobni študij močnostne elektronike ne obravnava pretvorniških naprav le v luči splošno poznanih kriterijev (izgube, specifična moč pretvornika, ocena njegove življenjske dobe ter stroški izdelave). Vse pomembnejše postaja razumevanje povezovalnih vlog teh pretvorniških naprav v kompleksnih sistemih za učinkovito pretvorbo energije obnovljivih virov v električno energijo in njeno nadaljnjo smotrno pretvorbo ter končno rabo (inteligentno hlajenje in gretje stavb, hibridna vozila, pametna omrežja).

Detajlnejša vsebina:

1) Seznanitev s sodobnimi polprevodniškimi močnostnimi stikali ter z izzivi odvajanja izgubne toplote in zmanjšanja parazitnih induktivnosti povezav. Pregled izzivov in študije aktualnih rešitev pri integraciji sestavnih delov pretvornika v enovito celoto (sistemsko in geometrijsko). Mehanizmi odvajanja odvečne toplote, zmanjšanja medsebojnega elektromagnetnega vpliva, doseganje ustrezne prebojne trdnosti in zanesljivosti.

2) Problemi napetostnih in tokovnih strmin v močnostnem delu pretvornikov, razbremenilna vezja, izkoristki in izgube.

3) Pregled osnovnih modulacijskih postopkov (pulznoširinska modulacija, modulacija prostorskega vektorja in ostale) in z njimi povezane specifične rešitve na primeru mejnega obratovanja (obratovanje z majhnim vklopnim razmerjem) obstoječih polprevodniških stikal. Različni principi vodenja polprevodniških pretvornikov. Prediktivni in repetitivni pristopi k vodenju pretvornikov.

4) Povratni vplivi polprevodniških pretvornikov na omrežje in njihovo odpravljanje. Načini razširjanja elektromagnetnih motenj ter ukrepi za njihovo zmanjšanje ali odpravljanje. Merilni sistemi in priprave za diagnostiko prevodnih emisij. Merjenje bližnjih električnih in magnetnih polj.

5) Pregled in analiza sodobnejših trendov pri načrtovanju specifičnih pretvorniških topologij (zaporedna/vzporedna več-celična zasnova pretvornikov, zaporedna/vzporedna vezava močnostnih stikal, združevanje različnih načinov delovanja).

6) Sistemsko orientirana analiza obratovalnih razmer, stabilnostnih pogojev v izbranih, tehnično aktualnih pretvorniških sistemih. Občutljivostne analize v namen zagotavljanja optimalnih obratovalnih lastnosti – s stališča vodenja in pretoka moči (popačenje, izogibanje nezaželenim resonančnim pojavom).

Predmet učimo na programih

Cilji in kompetence

Cilji: Spodbujati poglobljeno razumevanje o delovanju, tehnoloških in snovnih omejitvah ter vpetosti modernih pretvornikov električne energije v širši znanstveni kontekst. Spodbujati zasledovanje in obvladovanje najsodobnejših postopkov, tehnologij. Okrepiti zavedanje povezovalnih učinkov več-celičnih ter porazdeljenih pretvornikov v primeru njihovega centralnega vodenja.

Kompetence: Nadgradnja temeljnih znanj s področja močnostne elektronike in regulacijske tehnike. Dopolnitev z znanji komplementarnih tehniških vej.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja ter konzultacije pri izdelavi seminarske naloge in samostojnem študiju po literaturi, vse v navezavi z lastnim raziskovalnim delom.

Predvideni študijski rezultati

Poglobljeno razumevanje delovanja pretvornikov in njihovih fizikalnih omejitev.

Poznavanje analiznih in načrtovalskih korakov pri reševanju specifičnih problemih pretvorniških vezij. Sposobnost opravljanja in vrednotenja sistemsko orientiranih analiz.

Temeljni viri in literatura

Bose BK (2010) Power Electronics And Motor Drives: Advances and Trends. Academic Press, London
Strzelecki R, Benysek G (2008) Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks. Springer, London
Orłowska-Kowalska T, Blaabjerg F, Rodríguez J (2014) Advanced and Intelligent Control in Power Electronics and Drives. Springer, New York
Fuchs E, Masoum MAS (2011) Power Quality in Power Systems and Electrical Machines. Academic Press, London