Energoelektronika Cyfrowa

Energoelektronika
Cyfrowa
dr inż. Maciej Piotrowicz
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych PŁ
[email protected]
http://fiona.dmcs.pl/~piotrowi -> Energoelektr...
Energoelektronika
Dziedzina łącząca wiedzę z elektroniki, elektrotechniki i automatyki.
Zajmuje się regulacją i przetwarzaniem energii elektrycznej przy
pomocy elementów półprzewodnikowych mocy. Szeroki zakres
energii - od kilku VA/Watów do kilku MVA/MW
Zadania urządzeń energoelektronicznych:
przetwarzanie energii elektrycznej
łączenie obwodów elektrycznych
Procesy te powinny być wykonywane bez strat energii.
Układ energoelektroniczny
sprzężenie zwrotne
układ sterujący
sterowanie
przekształtnik
Przekształtniki
Układy zamieniające postacie energii.
Rodzaje przekształtników
• prostowniki - ang. rectifier
• falowniki - ang. inverter
• przekształtniki prądu zmiennego - ang. cycloconverter,
cycloinverter
• przekształtniki prądu stałego - ang.chopper
• dodatkowo: łączniki prądu zmiennego i stałego.
Działanie elementów
energoelektronicznych
Dwa stany elementów przełączających:
– wyłączony – duże napięcie, prąd teoretycznie nie płynie: P=UI=0.
– włączony – przez element przepływa prąd o dużej wartości,
niewielki spadek napięcia (dla dużych napięć roboczych pomijalny)
P=UI=~0.
Stany pośrednie – niepomijalne wartości napięcia i prądu -> straty
mocy – niebezpieczeństwo przegrzania i uszkodzenia
Rodzaje elementów
energoelektronicznych
Niesterowalne
- diody mocy
Częściowo sterowalne
- tyrystory SCR
- triaki SCR
W pełni sterowalne
- tranzystory bipolarne mocy
- tranzystory MOSFET mocy
- tranzystory IGBT
- tyrystory wyłączalne – GTO, MCT, SITH
Silniki krokowe
Urządzenie elektromechaniczne przekształcające impulsy
elektryczne w dyskretne ruchy mechaniczne.
Oś silnika krokowego obraca się o niewielki kąt pod wpływem
impulsów elektrycznych podawanych w odpowiedniej
kolejności.
Kierunek obrotów osi jest ściśle związany z sekwencją
podawanych impulsów.
Prędkość obrotów zależy od częstotliwości tych impulsów, a kąt
obrotu – od ich ilości.
Budowa silników krokowych
silnik o zmiennej
reluktancji (VR)
silnik z magnesem
trwałym (PM)
silnik
hybrydowy (HB)
silnik tarczowy
(metale ziem rzadkich)
Zalety silników krokowych
Kąt obrotu silnika jest proporcjonalny do ilości impulsów
wejściowych.
Silnik pracuje z pełnym momentem w stanie spoczynku.
Precyzyjne pozycjonowanie i powtarzalność ruchu.
Możliwość bardzo szybkiego rozbiegu, hamowania i zmiany
kierunku.
Niezawodne – ze względu na brak szczotek.
Zależność obrotów silnika od dyskretnych impulsów
umożliwia sterowanie w pętli otwartej.
Możliwość
osiągnięcia
bardzo
niskich
prędkości
synchronicznych obrotów z obciążeniem umocowanym
bezpośrednia na osi.
Szeroki zakres prędkości obrotowych.
Wady silników krokowych
Rezonanse mechaniczne pojawiające się przy niewłaściwym
sterowaniu.
Trudności przy pracy z bardzo dużymi prędkościami.
Układ uzwojeń silnika krokowego
silnik unipolarny
(5 lub 6 końcówek,
1 uzwojenie na fazę z odczepem)
silnik bipolarny
(4 końcówki,
1 uzwojenie na fazę)
Istnieją silniki z 2 uzwojeniami na fazę –
mogą one pracować w obu trybach
silnik wielofazowy
Sterowanie silnikiem krokowym
1 przełącznik dwupozycyjny
lub 2 tranzystory na fazę,
jednokierunkowy przepływ
prądu przez połowę uzwojenia
2 przełączniki dwupozycyjne
lub 4 tranzystory na fazę,
dwukierunkowy przepływ
prądu przez całe uzwojenie
Sterowanie silnikiem krokowym
Praca jednofazowa (sterowanie falowe)
Sterowanie silnikiem krokowym
Praca dwufazowa (sterowanie pełnokrokowe)
Sterowanie silnikiem krokowym
Praca półkrokowa
Sterowanie silnikiem krokowym
Praca mikrokrokowa – podział kroku na 9 mikrokroków
Sterowanie silnikiem krokowym
Przepływ prądu przez cewkę
uzwojenia w funkcji czasu
Zasilanie silnika krokowego
sterowanie L/R
niewielkie prędkości
obrotowe
sterowanie L/nR
silniki małej mocy
Zasilanie silnika krokowego
sterowanie z kluczowaniem prądu
Nowoczesny układ sterujący
Źródło: TI