Zvonko Benčić PROLEGOMENA ENERGETSKE ELEKTRONIKE (Predavanja u V. semestru smjera ELEKTRO STROJARSTVO akad. god. 200 3

1. Zvonko Benčić PROLEGOMENA ENERGETSKE ELEKTRONIKE (Predavanja u V. semestru smjera ELEKTROSTROJARSTVO akad. god. 2003/2004)

2. grč. prolegómenon = reći unaprijed prolegòmena = uvodno izlaganje temeljnih predpostavki nekog nauka Immanuel Kant: “Prolegomena za svaku buduću metafiziku” (1783.) Literatura Kassakian i dr.: Osnove energetske elektronike I., Graphis, Zagreb, 2000. Benčić, Plenković: Energetska elektronika – Poluvodički ventili, Školska knjiga, Zagreb, 1978. Pripremni materijali za vježbe.

3. Što je paradigma energetske elektronike? Osnovno značenje riječi paradigma je: primjer, obrazac. U gramatici, primjerice: amo ama-mus I.a konjugacija ama-sama-tis ama-tama-nt predstavlja paradigmu zbog toga što daje obrazac koji će biti primijenjen prigodom mijenjanja velikog broja drugih latinskih glagola, primjerice: laud-o lauda-mus laud-aslauda-tis laud-at lauda-nt Opus laud-at artificem.

4. No, riječ paradigma nema ovo značenje u pitanju: “Što je paradigma energetske elektronike?”. Ona ima značenje kao u knjizi: “Struktura znanstvenih revolucija” povjesničara znanosti Thomasa Kuhna. Pitanje se može preformulirati ovako: “Što je zajedničko svim inženjerima energetske elektronike?”. To je bavljenje nelinearnim mrežama s elektroničkim ventilima za pretvorbu parametara električne energije i za upravljanje tokom električne energije. Dakle, paradigma energetske elektronike je skup pravila i metoda za rješavanje nelinearnih mreža s elektroničkim ventilima za pretvorbu parametara električne energije i za upravljanje tokom električne energije.

5. Definicija energetske elektronike Definicija mora iskazati u koje veće područje spada predmet definicije i u čemu se predmet definicije razlikuje od tog većeg područja. Dakle, mora se iskazati najbliži rod (genus proximum) i vrsna razlika (differentia specifica). Energetska elektronika je dio elektronike (najbliži rod) koji se koristi za pretvorbu parametara električne energije i za upravljanje tokom električne energije (vrsna razlika).

6. U definiciji javljaju se dva ključna pojma: elektronika i parametri električne energije. Elektronika je grana znanosti i tehnike koja obuhvaća izučavanje i primjenu onih pojava povezanih s gibanjem slobodnih elektrona i električki nabijenih čestica u vakuumu, plinovima, tekućinama i poluvodičima koje se ostvaruju u komponentama elektroničkih uređaja. Dakle, ako neki sklop sadrži elektroničku komponentu onda je to elektronički sklop i pripada grani znanosti koja se naziva elektronika. Parametri električne energije su: valni oblik napona, valni oblik struje, frekvencija i broj faza.

10. Hrvatska ima tradiciju proizvodnje uređaja energetske elektronike Tiristorski usmjerivač za napajanje uzbude sinkronog generatora u HE Đerdap (1500 V, 1500 A, Končar)

11. Diodni ispravljač za napajanje istosmjernih motora na diodnoj lokomotivi (Končar)

13. Izmjenjivač (4 kVA, 115 V) za napajanje izmjeničnih trošila na podmornici

14. I danas, nastavljajući tradiciju, Hrvatska proizvodi sofisticirane uređaje energetske elektronike

15. Podaci tramvaja (serija TMK 2200) – duljina: 31,5 m – širina: 2,3 m – visina: 3,4 m – visina poda od ceste: 30-35 cm – težina kompozicije: 36 t – gustoća putnika: četiri osobe/m2 – najveća brzina: 70 km/sat – pogonska postolja: 3 – motori (asinkroni): 65 kW (trajna snaga) – pojna mreža (istosmjerna): 600 V (+20%, –30%) 24. veljače 2003. potpisani su ugovori vezani za nabavku 70 niskopodnih tramvaja za grad Zagreb. Vrijednost ugovora je 111,93 milijuna eura. Kilogram tramvaja košta 330 kn. Rok isporuke je 48,5 mjeseci.

16. Primjena energetske elektronike u elektroenergetici … Krajnja stanica istosmjernog veleprijenosa (Brazil)

17. Podaci tiristora: probojni napon 7 kV, sklopna snaga 10 MW, promjer silicijeve pločice 150 mm. Jedna grana usmjerivača istosmjernog veleprijenosa

18. Podaci geitom isklopivog tiristora: blokirni napon 5 kV. … u električnoj vuči …

19. … u postrojenjima za galvanizaciju …

20. … u automatizaciji postrojenja.

21. Trošila Procesna industrija - istosmjerni elektromotorni pogoni - izmjenični elektromotorni pogoni - elektrotermija - elektrokemija Napajanje električnom energijom - neprekinuto napajanje izmjeničnim naponom - neprekinuto napajanje istosmjernim naponom - uklapanje i isklapanje trošila

22. Stanovi i uredi - klimatizacija (grijanje i hlađenje) - rasvjeta - računala i uredska oprema - dizala

23. Funkcije pretvarača ISPRAVLJANJE ∼ – ISTOSMJERNA PRETVORBA IZMJENIČNA PRETVORBA – ∼ ∼ – tok energije IZMJENJIVANJE IZRAVNA IZRAVNA ISTOSMJERNA PRETVORBA IZMJENIČNA PRETVORBA NEIZRAVNA NEIZRAVNA

24. Elektronička energetska pretvorba Mijenjanje jednog ili više parametara električne energije bez značajnog gubitka snage upotrebom elektroničkih komponenti.

25. Elektronički pretvarači spajaju dva, po nekom od parametara električne energije, različita električka sustava:

27. Primjer ispravljanja (izmjenično-istosmjerna pretvorba, AC/DC)

28. Objašnjenje crtanja trofaznog sustava napona: - najprije se nacrta trokutna funkcija, - zatim se povuku paralele na dvostrukoj amplitudi trokutne funkcije i - dodaju vrhovi sinusoida.

29. Primjer izmjenjivanja (istosmjerno-izmjenična pretvorba, DC/AC)

30. Primjeri izravne izmjenične pretvorbe (izmjenično-izmjenična pretvorba (AC/AC)

31. Načelo upravljanja osnovnim harmonikom izlaznog napona

32. Još jedan primjer izravne izmjenične pretvorbe (AC/AC)

33. Primjer izravne istosmjerne pretvorbe (istosmjerno-istosmjerna pretvorba DC/DC)

34. Ostvarenje pomoću disipativne komponente

35. Ostvarenje pomoću disipativne komponente, ... drugo rješenje

36. Ostvarenje pomoću preklopke

37. Preklopka mijenja razinu istosmjernog napona!

38. Dodavanje niskopropusnog filtra

39. Još jedan primjer izravne istosmjerne pretvorbe (DC/DC)

40. Načela energetske elektronike bila su poznata i početkom prošlog stoljeća (1935.)

41. I danas se mogu prepoznati ovakvi pretvarački sklopovi

42. Načelna shema višefaznog ispravljača

43. Usporedba informacijske a) i energetske b) elektronike

44. U energetskoj elektronici važan je stupanj djelovanja

45. Pokazatelji procesa pretvorbe Stupanj djelovanja: djelatna snaga trošila djelatna snaga pojne mreže Stupanj djelovanja procesa pretvorbe: djelatna snaga na željenoj frekvenciji djelatna snaga pojne mreže Faktor snage: djelatna snaga pojne mreže prividna snaga pojne mreže

46. Primjer izračuna stupnja djelovanja procesa pretvorbe djelatna snaga na željenoj frekvenciji djelatna snaga pojne mreže

47. Definicija elektroničkog energetskog pretvarača Elektronički energetski pretvarač je operativna jedinica za elektroničku energetsku pretvorbu koja sadrži jedan ili više elektroničkih ventila, te transformatore, filtre i upravljačke sklopove ako je potrebno i ostale pomoćne sklopove ako ih ima.

48. Struktura elektroničkog energetskog pretvarača

49. Struktura elektroničkog energetskog pretvarača za napajanje motora

50. Predmet proučavanja energetske elektronike Komponente sklopova - elektronički učinski ventili (općenito) - poluvodički učinski ventili - magnetske komponente (transformatori i prigušnice) - kondenzatori - ostale komponente (osigurači, prigušni članovi i sl.) Sklopovi - za ispravljanje - za izmjenjivanje - za istosmjernu pretvorbu - za izmjeničnu pretvorbu