Ηλεκτρονικά Ισχύος Ι (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

Θεωρία

Ορισμός, εφαρμογές και αναγκαιότητα χρησιμοποίησης των Ηλεκτρονικών Ισχύος.

Ανασκόπηση των βασικότερων ημιαγωγικών στοιχείων ισχύος.

Λεπτομερής ανάλυση των κυριοτέρων ημιαγωγικών στοιχείων ισχύος. Στατική χαρακτηριστική, απώλειες, διαδικασία έναυσης και σβέσης αυτών.

Γενικές αρχές για τα κυκλώματα παλμοδότησης των ημιαγωγικών στοιχείων ισχύος.

Ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος οδηγούμενοι από το δίκτυο αλλά και αυτοοδηγούμενοι.

1. Ανορθωτές. Ελεγχόμενες ανορθωτικές διατάξεις κατάλληλες για την οδήγηση κινητήριων συστημάτων συνεχούς ρεύματος, για την τροφοδοσία αντιστροφέων ή για τροφοδοτικά συνεχούς ρεύματος.
2. Αντιστροφείς. Για την τροφοδοσία με εναλλασσόμενο ρεύμα παθητικών φορτίων ή εναλλασσόμενων κινητήρων. Αναλύεται η ανάγκη αλλά και ο τρόπος λήψης εναλλασσόμενου ρεύματος μεταβλητής συχνότητας αλλά και πλάτους.
3. Ρυθμιζόμενοι διακόπτες εναλλασσόμενου ρεύματος. Αναλύεται ο τρόπος για να αποκτηθεί τάση χαμηλότερης τιμής από αυτή του δικτύου εναλλασσόμενου ρεύματος, ίδιας συχνότητας αλλά και αναφέρεται η λειτουργία απόκτησης διαφορετικής συχνότητας.
4. Ψαλιδιστές. Αρχή λειτουργίας αλλά και λεπτομερής ανάλυση των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος συνεχούς ρεύματος σε συνεχές, χαμηλότερης τιμής τάσης, αλλά και περιγραφική ανάλυση μετατροπέων συνεχούς ρεύματος σε συνεχές, υψηλότερης τιμής τάσης.

Σε όλους αυτούς τους μετατροπείς αναλύονται διεξοδικά, η αρχή λειτουργίας αλλά και τα στάδια για την κατασκευή τους στην πράξη. Συζητούνται και αναλύονται κατασκευαστικές λεπτομέρειες απαραίτητες για τη σχεδίαση ενός ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος.

Δίνεται σημασία στην επίπτωση της λειτουργίας των μετατροπέων επί των ηλεκτρομηχανικών μεγεθών και κυρίως επί του βαθμού απόδοσης του συντελεστή ισχύος και την ποιότητα της τάσης φορτίου (π.χ. την κυμάτωση της τάσης). Όπως είναι γνωστό τέτοιοι παράγοντες είναι εξαιρετικά σημαντικοί στην επιλογή και τη χρησιμοποίηση τροφοδοτικού σε φορτία αλλά και την επίπτωση στο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.

Το πρόγραμμα των διαλέξεων πραγματοποιείται σύμφωνα με την αρίθμηση αυτών. 

 1^η Εβδομάδα: Παρουσίαση, γενική λειτουργία των ημιαγωγικών στοιχείων ισχύος (θυρίστορ δίοδος ισχύος, τρανζίστορ ισχύος).

2^η Εβδομάδα: Λεπτομερής ανάλυση του θυρίστορ.

3^η Εβδομάδα: Ρυθμιζόμενος Διακόπτης Εναλλασσόμενου Ρεύματος Σταθερής Συχνότητας (AC-AC Controller).

4^η Εβδομάδα: Ασκήσεις στον Ρυθμιζόμενος Διακόπτης Εναλλασσόμενου Ρεύματος Σταθερής Συχνότητας

5^η Εβδομάδα: Α Πρόοδος. Ψαλιδιστής (DC – chopper).

6^η Εβδομάδα: Ασκήσεις στο ψαλιδιστή.

7^η Εβδομάδα: Μονοφασικό ανορθωτή πλήρως ελεγχόμενο – ημιελεγχόμενο.

8^η Εβδομάδα: Μελέτη του IGBT.

9^η Εβδομάδα: Ασκήσεις στο μονοφασικό ανορθωτή πλήρως ελεγχόμενο – ημιελεγχόμενο.

10^η Εβδομάδα: 3-φασικός ανορθωτής.

11^η Εβδομάδα: Ασκήσεις στον 3-φασικό ανορθωτή.

12^η Εβδομάδα: Μονοφασικός αντιστροφέας ισχύος.

13^η Εβδομάδα: Β πρόοδος. Επαναληπτικό μάθημα. 

Γεωργάκας Κωνσταντίνος

- Θεωρία

α) Δύο Τεστ κατά τη διάρκεια του εξαμήνου  

• Προαιρετικά.
• Απροειδοποίητα.
• Αν ο βαθμός των τεστ είναι > 5, τότε λαμβάνεται υπόψη στον τελικό βαθμό.
• Το 10 θα προσθέσει στον τελικό βαθμό μία μονάδα (το 5 μισή μονάδα).

    Έτσι, αν κάποιος βαθμολογηθεί και στα 2 τεστ με 5 και στην τελική εξέταση του μαθήματος βαθμολογηθεί με 4, τότε ο τελικός βαθμός θα είναι 5. Δηλαδή, ο βαθμός των τεστ είναι επιπρόσθετος (Bonus).

β) Υποχρεωτική γραπτή εξέταση στην εξεταστική του μαθήματος.

- Εργαστήριο

α) Εβδομαδιαία εξέταση και β) τελική εξέταση

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