BADANIA MODELU WIELOPOZIOMOWEGO FALOWNIKA PRĄDU



Podobne dokumenty
WIELOPOZIOMOWY FALOWNIK PRĄDU

PL B1. C & T ELMECH SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Pruszcz Gdański, PL BUP 07/10

MODEL SYMULACYJNY JEDNOFAZOWEGO PROSTOWNIKA DIODOWEGO Z MODULATOREM PRĄDU

MODEL SYMULACYJNY ENERGOELEKTRONICZNEGO STEROWANEGO ŹRÓDŁA PRĄDOWEGO PRĄDU STAŁEGO BAZUJĄCEGO NA STRUKTURZE BUCK-BOOST CZĘŚĆ 2

CYFROWY REGULATOR PRĄDU DIOD LED STEROWANY MIKROKONTROLEREM AVR *)

Pulse width modulation control of three-phase three-level inverter Sterowanie modulacji szerokości impulsów trójpoziomowego trójfazowego falownika.

MODEL SYMULACYJNY I EKSPERYMENTALNY PRZEKSZTAŁTNIKA SOLARNEGO WSPÓŁPRACUJĄCEGO Z SIECIĄ ENERGETYCZNĄ

MODEL SYMULACYJNY ENERGOELEKTRONICZNEGO ZASILACZA AWARYJNEGO UPS O STRUKTURZE TYPU VFI

PLAN PREZENTACJI. 2 z 30

PRZEKSZTAŁTNIK ENERGOELEKTRONICZNY PEŁNIĄCY FUNKCJĘ SPRZĘGU MIĘDZY SIECIĄ ENERGETYCZNĄ A ZESPOŁEM PANELI FOTOWOLTAICZNYCH PV

Specjalność Elektronika Przemysłowa w ramach kierunku Elektrotechnika na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej

LABORATORYJNY FALOWNIK NAPIĘCIA

WPŁYW USZKODZENIA TRANZYSTORA IGBT PRZEKSZTAŁTNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI NA PRACĘ NAPĘDU INDUKCYJNEGO

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

W RAMACH STUDIÓW NIESTACJONARNYCH NA KIERUNKU ELEKTROTECHNIKA NA WYDZIALE ELEKTRYCZNYM POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

STEROWANIE MIKROPROCESOROWE FALOWNIKA 3-POZIOMOWEGO Z DIODAMI POZIOMUJĄCYMI IDEA I REALIZACJA

Elektrotechnika I stopień ogólnoakademicki. stacjonarne. przedmiot wspólny Katedra Energoelektroniki Dr inż. Jerzy Morawski. przedmiot kierunkowy

Wydział Elektrotechniki i Automatyki. Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych

PRZEKSZTAŁTNIK REZONANSOWY W UKŁADACH ZASILANIA URZĄDZEŃ PLAZMOWYCH

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 10/16. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL PATRYK STRANKOWSKI, Kościerzyna, PL

SPECJALNOŚĆ ELEKTRONIKA PRZEMYSŁOWA

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

Ćwiczenie 1. Symulacja układu napędowego z silnikiem DC i przekształtnikiem obniżającym.

Prototyp energoelektronicznego przekształtnika solarnego współpracującego z siecią energetyczną prądu przemiennego

ANALIZA I DIAGNOSTYKA USZKODZEŃ TRANZYSTORÓW W PRZEKSZTAŁTNIKU SIECIOWYM AC/DC

METODYKA BADAŃ MAŁYCH SIŁOWNI WIATROWYCH

MODELOWANIE PRZEKSZTAŁTNIKÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH W ŚRODOWISKU LABVIEW

BADANIA SYMULACYJNE PROSTOWNIKA PÓŁSTEROWANEGO

UKŁADY NAPĘDOWE Z SILNIKAMI INDUKCYJNYMI STEROWANE METODAMI WEKTOROWYMI DFOC ORAZ DTC-SVM ODPORNE NA USZKODZENIA PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

PL B1. Układ falownika obniżająco-podwyższającego zwłaszcza przeznaczonego do jednostopniowego przekształcania energii

PRZEKSZTAŁTNIK ENERGOELEKTRONICZNY DLA ELEKTROWNI FOTOWOLTAICZNEJ WSPÓŁPRACUJĄCEJ Z SIECIĄ ENERGETYCZNĄ

WYKORZYSTANIE PROCESORA SYGNAŁOWEGO DO STEROWANIA SILNIKIEM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Elektroniczne Systemy Przetwarzania Energii

Spis treści 1. Wstęp 2. Ćwiczenia laboratoryjne LPM

Napęd elektryczny. Główną funkcją jest sterowane przetwarzanie energii elektrycznej na mechaniczną i odwrotnie

Automatyka dla przemysłu

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Rozszerzony konspekt preskryptu do przedmiotu Sterowanie napędów i serwonapędów elektrycznych

Autoreferat Rozprawy Doktorskiej

Polepszenie jakości przekształcanej energii elektrycznej w układach prostownikowych mocy z modulatorem prądu

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Autoreferat przedstawiający informacje o osiągnięciach zawodowych i naukowych

Energoelektronika Cyfrowa

UKŁAD HAMOWANIA ELEKTRYCZNEGO DO BADANIA NAPĘDÓW

Prof. dr hab. inż. Lech M. Grzesiak Politechnika Warszawska, Wydział Elektryczny

ECTS - program studiów kierunku Automatyka i robotyka, Studia I stopnia, rok akademicki 2015/2016

studia I stopnia, niestacjonarne rok akademicki 2017/2018 Elektrotechnika

BADANIA SPRZĘGU ENERGOELEKTRONICZNEGO Z SIECIĄ ELEKTROENERGETYCZNĄ

Jednofazowy przekształtnik DC/AC dedykowany do współpracy z odnawialnymi źródłami energii

Stanowisko do badania filtrów dla napędów prądu przemiennego

studia I stopnia, stacjonarne rok akademicki 2017/2018 Elektrotechnika

REGULATOR NAPIĘCIA DC HYBRYDOWEGO ENERGETYCZNEGO FILTRU AKTYWNEGO DC BUS VOLTAGE CONTROLLER IN HYBRID ACTIVE POWER FILTER

TRANZYSTOROWE PROSTOWNIKI DLA SAMOCHODOWYCH PRĄDNIC PRĄDU STAŁEGO TRANSISTOR RECTIFIERS FOR THE AUTOMOTIVE DC GENERATORS

Przekształtniki energoelektroniczne wielkich mocy do zastosowań w energetyce

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem zewnętrznym cd...

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

PRZEKSZTAŁCENIE FOURIERA NARZĘDZIE NIE TYLKO ANALIZY PRZEBIEGÓW SCHODKOWYCH

Układ ENI-EBUS/URSUS stanowi kompletny zespół urządzeń napędu i sterowania przeznaczony do autobusu EKOVOLT produkcji firmy URSUS..

Trójfazowy trójpoziomowy falownik z obniżoną zawartością harmonicznych

ŁADOWANIE BATERII AKUMULATORÓW PRZY WYKORZYSTANIU PRZETWORNICY DC/DC ZE STEROWANIEM MIKROPROCESOROWYM

Badanie właściwości wysokorozdzielczych przetworników analogowo-cyfrowych w systemie programowalnym FPGA. Autor: Daniel Słowik

Tematyka prac doktorskich 1. Bezczujnikowe sterowanie oraz estymacja parametrów maszyn wielofazowych zasilanych przekształtnikowo

Proste układy wykonawcze

STRATY MOCY W ZAWORACH PIĘCIOPOZIOMOWEGO FALOWNIKA Z DIODAMI POZIOMUJĄCYMI POWER LOSSES AT SWITCHING DEVICES OF FIVE-LEVEL DIODE- CLAMPED INVERTER

f r = s*f s Rys. 1 Schemat układu maszyny dwustronnie zasilanej R S T P r Generator MDZ Transformator dopasowujący Przekształtnik wirnikowy

Stanisław SZABŁOWSKI BADANIA SYMULACYJNE W NAUCZANIU ENERGOELEKTRONIKI SIMULATION STUDIES IN TEACHING POWER ELECTRONICS

kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES) nieobowiązkowy (obowiązkowy / nieobowiązkowy) język polski II semestr zimowy (semestr zimowy / letni)

Przekształtniki napięcia stałego na stałe

PRZEKSZTAŁTNIKI ENERGOELEKTRONICZNE AC/DC/AC I AC/AC - UKŁADY TOPOLOGICZNE I STEROWANIE

ENERGOELEKTRONICZNE ŹRÓDŁO PRĄDU DLA ALTERNATYWNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII

E-E-P-1006-s5. Energoelektronika. Elektrotechnika I stopień ogólnoakademicki. stacjonarne. przedmiot kierunkowy

Przetwornica SEPIC. Single-Ended Primary Inductance Converter z przełączanym jednym końcem cewki pierwotnej Zalety. Wady

kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES) nieobowiązkowy (obowiązkowy / nieobowiązkowy) język polski II semestr zimowy (semestr zimowy / letni)

Przemiennik częstotliwości 1,8 MV A

EPPL 1-1. KOMUNIKACJA - Interfejs komunikacyjny RS Sieciowa Karta Zarządzająca SNMP/HTTP

Politechnika Białostocka

Cel zajęć: Program zajęć:

AKTYWNY KOMPENSATOR MOCY BIERNEJ DLA ELEKTROWNI WODNEJ Z GENERATOREM INDUKCYJNYM

Realizacja modelu symulacyjnego układu prostownikowego z modulacją prądów w obwodzie wyjściowym

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

MODEL SYMULACYJNY I EKSPERYMENTALNY ZASILACZA UPS Z MOŻLIWOŚCIĄ AKTYWNEJ KOMPENSACJI RÓWNOLEGŁEJ

PAKIET INFORMACYJNY - informacje uzupełniające

Specjalność: Komputerowe systemy sterowania i diagnostyki

STANOWISKO DO BADANIA DŁAWIKÓW DLA NAPĘDÓW

Analogowy sterownik silnika krokowego oparty na układzie avt 1314

Zdjęcia Elektrowni w Skawinie wykonał Marek Sanok

ANALIZA SYMPTOMÓW USZKODZEŃ ŁĄCZNIKÓW TRANZYSTOROWYCH FALOWNIKA NAPIĘCIA W NAPĘDZIE INDUKCYJNYM

Sterowanie przekształcaniem energii w falowniku kaskadowym

Badania maszyny reluktancyjnej przełączalnej, przeznaczonej do napędu lekkiego pojazdu elektrycznego

, przekształtnik 4QS, filtr (L 2. , układ hamowania (T h

KOMPUTEROWA ANALIZA PRACY UKŁADÓW PROSTOWNICZYCH WYKORZYSTANYCH W PRZEMYŚLE ROLNO-SPOŻYWCZYM

ZMODYFIKOWANY SZEROKOPASMOWY AKTYWNY KOMPENSATOR RÓWNOLEGŁY

PL B1. Układ do przetwarzania interwału czasu na słowo cyfrowe metodą kompensacji wagowej

BADANIA MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

przedmiot kierunkowy obowiązkowy polski semestr I

41 Przekształtniki napięcia przemiennego na napięcie stałe - typy, praca prostownika sterowanego

Zastosowanie dławika składowej zerowej w falownikowym napędzie silnika indukcyjnego

HYBRYDOWY ASYMETRYCZNY PRZEKSZTAŁTNIK WIELOPOZIOMOWY WYBRANE ZAGADNIENIA

Transkrypt:

Leszek WOLSKI BADANIA MODELU WIELOPOZIOMOWEGO FALOWNIKA PRĄDU STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań nad wielopoziomowym falownikiem prądu. Koncepcja sterowania proponowanego układu falownika przebadana przy zastosowaniu metod symulacyjnych została zaimplementowana w rzeczywistym układzie modelowym. Zademonstrowane wyniki badań symulacyjnych i ich weryfikacja eksperymentalna potwierdziła poprawność przyjętych założeń dotyczących budowy i sterowania wielopoziomowego falownika prądu. 1.WSTĘP Charakter fizyczny źródeł energii często wymaga konwersji jej parametrów. Źródła prądu stałego, takie jak fotoogniwa i ogniwa paliwowe, wymagają przekształtników w celu przetwarzania energii na postać użyteczną w powszechnych zastosowaniach. Ze względu na ich prądowy charakter najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie falowników prądu. Wady przekształtników dwupoziomowych doprowadziły w ostatnich latach do dynamicznego rozwoju falowników wielopoziomowych, których zaletą jest znaczna poprawa kształtu przebiegów wyjściowych. W ramach prac nad nowymi topologiami wielopoziomowych falowników prądu, prowadzonych w gdańskim oddziale Instytutu Elektrotechniki, skonstruowany został model potrójnego falownika prądu. Wyniki badań podwójnego falownika prądu zostały zaprezentowane na Warsztatach mgr inż. Leszek WOLSKI e-mail: leszek.wolski@iel.gda.pl Instytut Elektrotechniki, Oddział w Gdańsku PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 242, 2009

164 L. Wolski Doktoranckich w Kazimierzu nad Wisłą w 2008 roku i opublikowane w czasopiśmie naukowym "Prace Instytutu Elektrotechniki", zeszyt nr 236/2008 r. W pracy przedstawiono modelowe rozwiązanie potrójnego wielopoziomowego falownika prądu wraz z wynikami symulacyjnymi oraz eksperymentalnymi. 2. MODELOWY POTRÓJNY FALOWNIK PRĄDU Struktura potrójnego falownika prądu, zgodnie z przyjętą zasadą, zawie-- ra trzy standardowe falowniki prądu połączone galwanicznie wyjściami i pracujące na wspólne obciążenie. Schemat takiego układu został przedstawiony na rysunku 1a. Odpowiednie sterowanie trzeciego falownika prądu ma zapewnić ciągłość prądu w indukcyjnościach obwodów pośredniczących oraz przy jak najmniejszej ilości przełączeń zmniejszenie zawartości harmonicznych falownika potrójnego. Przebiegi sygnałów sterujących trzeciego falownika prądu przedstawiono na rysunkach 1b i 1c. a) b) c) Rys. 1. Struktura potrójnego falownika prądu (a) oraz przebiegi impulsów sterujących górnych (b) i dolnych (c) tranzystorów zespołu falownikowego W pierwszym etapie eksperymentu zmodernizowano stanowisko badawcze, przedstawione na rysunkach 2, 3 i 4, wyposażając podwójny falownik

Badania modelu wielopoziomowego falownika prądu 165 prądu w trzeci energoelektroniczny układ mocy przedstawiony na rysunku 1a oraz światłowodowy układ sprzęgający zintegrowany z układem sterowania z procesorem sygnałowym DSP TMS320F2812 przedstawiony na rysunku 8. Rys. 2. Widok modelowego potrójnego falownika prądu Widok stanowiska oraz jego części składowe przedstawione są na rysunku 3. Rys. 3. Widok stanowiska badawczego Rys. 4. Widok systemu sterowania i kontroli pracy falownika prądu Przy sterowaniu falownika zgodnie z rysunkami 1a i 1b uzyskano prądy wyjściowe o współczynniku zawartości harmonicznych w granicach 7,5%. Symulacyjne przebiegi prądów wyjściowych falownika przedstawiono na rysunkach 7a i 7b. Wyniki eksperymentalne zaprezentowane są na rysunkach 6a, 6b, 6c oraz 7c.

166 L. Wolski W celu zapewnienia bezpiecznego uruchamiania zespołu falowników i komfortu pracy, powstał program komputerowy nadrzędnego sterowania, współpracujący z procesorem sygnałowym DSP sterownika falownika, umożliwiający zmianę trybów pracy układu: pracę krokową; kontrolę prędkości przełączeń; wybór konfiguracji pracy falowników: głównego, pierwszego pomocniczego, drugiego pomocniczego, głównego z pierwszym pomocniczym, głównego z drugim pomocniczym, pierwszego pomocniczego z drugim pomocniczym. Możliwe jest też jednoczesne włączenie oraz wyłączenie wszystkich falowników. a) b) c) Rys. 6. Wyniki eksperymentalne (4,5 kw): prąd fazowy (1) i napięcie międzyfazowe (2) falownika na obciążeniu oraz analiza harmonicznych prądu (M): a) falownika głównego; b) falownika pomocniczego 1; c) falownika pomocniczego 2 a) 80 c) 60 40 20 0-20 -40-60 -80 b) -100 0.802 0.804 0.806 0.808 0.81 0.812 0.814 0.816 0.818 Rys. 7. Wyniki symulacji: a) prądy obciążenia; b) widmo harmonicznych prądu wyjściowego THD-7.51%; c) wyniki eksperymentalne (4,5 kw): prąd fazowy (1) i napięcie międzyfazowe (2) zespołu falowników na obciążeniu oraz analiza harmonicznych prądu (M) THD-7.24%

Badania modelu wielopoziomowego falownika prądu 167 3. WNIOSKI Proponowana struktura wielopoziomowego falownika prądu pozwala na poprawę kształtu przebiegu wyjściowego falownika prądu poprzez równoległe dołączanie kolejnych rekurencyjnych układów przekształtnikowych. Każdorazowa operacja dołączenia powoduje znaczną jakościową poprawę kształtu prądu wyjściowego układu przekształtników i obniżenie współczynnika zawartości wyższych harmonicznych THD (Total Harmonic Distortion). Łączenie równoległe falowników nie wymaga w tym wypadku budowania dodatkowych układów sprzęgających, a sterowanie kolejnych członów nie jest skomplikowane. Te zalety ułatwiają budowę nieskomplikowanych falowników prądu, spełniających wymogi niskiej zawartości harmonicznych w przebiegach wyjściowych. TABELA 1 Zestawienie wyników symulacyjnych i eksperymentalnych badania modelowych układów falowników prądu pojedynczy falownik prądu podwójny falownik prądu potrójny falownik prądu wyniki symulacyjne 30,33% 16,5% 7,51% wyniki eksperymentalne 29,67% 13,94% 7,24% W pracy wykazano, że możliwe jest sterowanie takiej struktury falowników przy pomocy sterownika opartego na procesorach sygnałowych (DSP). Do sterowania zespołu falowników wykorzystano pojedynczą kartę sterującą z jednym procesorem sygnałowym TM320F2812. Obsługuje on sterowanie całej 18-tranzystorowej struktury. a) b) Rys. 8. Widok dodatkowych układów: a) sprzęgającego; b)płytki sterującej z procesorem sygnałowymtms320f2812

168 L. Wolski Zaprezentowane wyniki badań symulacyjnych oraz eksperymentalnych w pełni potwierdzają tezę o możliwości poprawy kształtu prądu wyjściowego falownika prądu przy pomocy wielopoziomowych falowników prądu. Potwierdzona została możliwość galwanicznego łączenia wielu falowników prądu pracujących na wspólne obciążenie. Badania eksperymentalne potwierdziły, że przy odpowiednim doborze napięć zasilania możliwe jest ograniczenie zawartości wyższych harmonicznych w przebiegu wyjściowym przy niskiej liczbie łączeń tranzystorów IGBT. Minimalny osiągnięty poziom wskaźnika THD wyniósł 7,24% w wyjściowym prądzie fazowym zespołu falowników. LITERATURA 1. Iwaszkiewicz J.: Modele matematyczne energoelektronicznych przekształtników wielopoziomowych. Analiza właściwości i zastosowanie. Monografia. Prace Instytutu Elektrotechniki, 227/2006. 2. Iwaszkiewicz J.: Model matematyczny przekształtnika dla przebiegów dyskretnych. Prace Instytutu Elektrotechniki, 222/05/2005. 3. Iwaszkiewicz J., Perz J.: Mathematical Approach to THD Optimization in Multilevel Convertors. International Conference on Renewable Energy and Power Quality ICREPQ 06, Palma de Mallorca, 5 7 April, 2006, Spain. 4. Scheblykin S. V., Zinoviev G. S.: Research of three-phase active current rectifier Electron Devices and Materials, 2008. EDM 2008. 9th International Workshop and Tutorials on 1 5 July 2008, Page(s):196 199. 5. Sahan B., Notholt Vergara A., Henze N., Engler A., Zacharias P.: A single-stage PV module integrated converter based on low-power current-source inverter. Industrial Electronics, IEEE Transactions on Volume 55, Issue 7, July 2008 Page(s):2602 2609. 6. Wolski L.: Wielopoziomowy falownik prądu. Prace Instytutu Elektrotechniki 236/2008. Rękopis dostarczono dnia 27.10.2009 r. Opiniował: prof. dr hab. Marian Kaźmierkowski

Badania modelu wielopoziomowego falownika prądu 169 MODEL TESTING OF MULTILEVEL CURRENT CONVERTER L. WOLSKI ABSTRACT A new results of study on concept of multilevel current converters is presented in the paper. The control algorithms for proposed circuit have been tested using simulation and experimental methods. The results of the experimental tests confirm simulation tests and proof that idea of galvanic output connection of multilevel current converter are correct. Mgr inż. Leszek WOLSKI studia wyższe ukończył w 1996 r. na kierunku Przetwarzanie i Użytkowanie Energii Elektrycznej Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Od 1995 r. pracuje w gdańskim Oddziale Instytutu Elektrotechniki. Obecnie zajmuje się projektowaniem i oprogramowaniem układów mikroprocesorowych oraz procesorów sygnałowych, bezprzewodowymi i przewodowymi technikami komunikacyjnymi, technologiami wykorzystującymi alternatywne źródła energii oraz sterowaniem wielopoziomowych przekształtników energii.