Ηλεκτρονικά Ισχύος Ι (Εργαστήριο) (ECE-K720 )

Στόχοι του μαθήματος

Η κατανόηση της βασικής θεωρίας και του σχεδιασμού Ηλεκτρονικών Μετατροπέων Ισχύος, καθώς και η απόκτηση των βάσεων για την ανάλυση της λειτουργίας νέων μετατροπέων είναι οι στόχοι του μαθήματος. Για να επιτευχθεί ο στόχος αυτός είναι απαραίτητη η γνώση αναλογικών ηλεκτρονικών, ηλεκτροτεχνίας, μαθηματικών και συνιστάται η γνώση ηλεκτρικών μηχανών.

Περιεχόμενο του μαθήματος

Εργαστήριο

Μετρήσεις και πειραματική μελέτη των μετατροπέων ισχύος που προαναφέρθηκαν. Στο εργαστήριο γίνονται χειροπιαστές οι θεωρητικές έννοιες. Έτσι, οι φοιτητές κατανοούν ότι η θεωρία είναι υλοποιήσιμη. Οι εργαστηριακές ασκήσεις που πραγματοποιούνται στα πλαίσια του εργαστηρίου Ηλεκτρονικών Ισχύος είναι οι έξης:

1. Μελέτη του θυρίστορ. Εδώ σχεδιάζονται πειραματικά α) η στατική χαρακτηριστική του θυρίστορ, β) της πύλης καθόδου, γ) υπολογίζονται το ρεύμα συγκράτησης και διατήρησης του θυρίστορ, δ) υπολογίζεται η εσωτερική παρασιτική αντίσταση του στοιχείου και η πτώση τάσης του.

2α.                         Ρυθμιζόμενος διακόπτης εναλλασσόμενου ρεύματος με αντιπαράλληλα θυρίστορ. Εξετάζεται ο μετατροπέας εναλλασσόμενης τάσης σε εναλλασσόμενη χαμηλότερης τιμής, σταθερής συχνότητας. Κυρίως εξετάζονται οι επιπτώσεις του ελέγχου επί του φορτίου αλλά και στο δίκτυο, όταν έχουμε ωμικό, σύνθετο ή επαγωγικό φορτίο.

2β.                          Ρυθμιζόμενος διακόπτης εναλλασσόμενου ρεύματος με triac (όμοια με τον προηγούμενο μετατροπέα).

3α, 3β.             3α) Ψαλιδιστής με θυρίστορ αλλά και 3β) ψαλιδιστής με IGBT. Εξετάζεται η αρχή λειτουργίας τέτοιων μετατροπέων αλλά και η επίπτωση της χρήσης τους σε παθητικά φορτία με ωμικό χαρακτήρα αλλά και με πηνίο εξομάλυνσης. Επίσης, εξετάζεται η επίπτωση του πηνίου και της συχνότητας στην εξομάλυνση του ρεύματος φορτίου, καθώς και στο βαθμό απόδοσης και τον συντελεστή ισχύος.

4α, 4β.             4α) Ανορθωτική διάταξη με γέφυρα πλήρως ελεγχόμενη και ημιελεγχόμενη. 4β) Ανορθωτική διάταξη με μετασχηματιστή με μεσαία λήψη πλήρως ελεγχόμενη αλλά και ημιελεγχόμενη. Εξετάζεται η αρχή λειτουργίας αυτών των μετατροπέων, αλλά και η επίπτωση της λειτουργίας τους επί παθητικών φορτίων αλλά και επί του δικτύου εναλλασσόμενου ρεύματος.

5α, 5β.             5α) Αντιστροφέας με εξαναγκασμένη οδήγηση και 5β) αντιστροφέας με οδήγηση φορτίου (συντονισμού). Εξετάζεται η αρχή λειτουργίας τους και οι δυνατότητες απόκτησης υψηλής ή χαμηλής συχνότητας. Επίσης, εξετάζεται ο ρόλος της τιμής της συχνότητας εξόδου.

6α, 6β.             Ελεγχόμενη και ημιελεγχόμενη τριφασική ανορθωτική γέφυρα με θυρίστορ. Όπως και στους προηγούμενους μετατροπείς εξετάζεται η επίπτωση της λειτουργίας επί του φορτίου αλλά και του δικτύου, όμως εδώ οι φοιτητές έρχονται σε επαφή με τις «ιδιομορφίες» των τριφασικών συστημάτων, καθώς απαιτείται από αυτούς η γνώση σε βάθος της επίτευξης τριφασικής παλμοδότησης.    

Γεωργάκας Κωνσταντίνος georgakas@uop.gr

Διαλέξεις θεωρίας στο e-class.

Φυλλάδιο εργαστηρίου στο e-class. Όποιος επιθυμεί το λαμβάνει και έντυπα από το εργαστήριο.

Το εργαστήριο εξετάζεται ως εξής: α) 25% - προφορικά κάθε εβδομάδα (πριν ξεκινήσει το πειραματικό μέρος), αλλά και αξιολογείται και η προσπάθεια της πειραματικής διαδικασίας, β) 15% - εργασίες από τα αποτελέσματα των πειραμάτων, γ) 60% - τελική εξέταση στις συνδεσμολογίες και στην αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. 

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος προκύπτει από το βαθμό της θεωρίας και του εργαστηρίου.

Συνιστώμενη βιβλιογραφία

Μ. Χατζηπροκοπίου, Ηλεκτρονικά Ισχύος και Βιομηχανικά Ηλεκτρονικά, Έκδοση Μ. Χατζηπροκοπίου, Πάτρα, Νοέμβριος 2004.

Σ. Ν. Μανιάς Ηλεκτρονικά Ισχύος, Εκδόσεις Συμεών.

Mohan/Undeland/Robins, Ηλεκτρονικά Ισχύος, Εκδόσεις Τζιόλα.

Α. Ν. Σαφάκας, Ηλεκτρονικά Ισχύος, Ο.Ε.Δ.Β., Αθήνα 1985.

Κ. Γεωργάκας, Σημειώσεις Θεωρίας, e-class.

Κ. Γεωργάκας, Διδακτορική Διατριβή, Ηλεκτρονική Βιβλιοθήκη Πανεπιστημίου Πάτρας – Σύστημα Νημερτής.

Muhammad H. Rashid, “Power Electronics Handbook”,PensacolaFlorida, Academic Press, 2001.

TIMOTHY L. SKVARENINA, “The Power Electronics Handbook”, CRC Press, 2002.

Robert W. Erickson, Dragan Maksimovic “Fundamentals of Power Electronics”, SECOND EDITION, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS.

Philip T. Krein, “Elements of Power Electronics”,OxfordUniversityPress, 1998.

Daniel W. Hart, "Power Electronics”, Jan 22, 2010.

J. Michael Jacob, “Power Electronics: Principles and Applications”, 08/03/2001.

BOR-REN, “High Power Factor AC/DC/AC Converter With Random PWM”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol.35, No.3, July 1999, pp. 935-943.

Oscar Garcia, José A. Cobos, Roberto Prieto, Pedro Alou, Javier Uceda, “Single Phase Power Factor Correction: A Survey”, IEEE transactions on Power Electronics, vol. 18, No. 3, May 2003, pp. 749-755.

Nabil A. Ahmed, Kenji Amei, Masaaki Sakui, “AC chopper voltage controller-fed single-phase induction motor employing symmetrical PWM control technique”, Elsevier Sciences, Electric Power System Research, 55(2000), pp. 15-20.

Bhim Singh, Brij N. Singh, Ambrish Chandra, Kamal Al-Haddad, Ashish Pandey, Dwarka P. Kothari, “A Review of Single-Phase Improved Power Quality AC-DC Converters”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.50, No.5, October 2003, pp.962-981.

Jose R. Rodriguez, Juan W. Dixon, Jose R. Espinoza, Jorge Pontt, Pablo Lezana, “PWM Regenerative Rectifiers: State of the Art”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.52, No.1, February 2005, pp.5-22.

Ali S. Ba-thunya, Rahul Khopkar, Kexin Wei, Hamid A. Toliyat, “Single Phase Induction Motor Drives – A Literature Survey”, IEEE Conference of Electric Machines and Drives, IEMDC 2001, pp. 911-916.

Επικοινωνία

georgakas@uop.gr