Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Elektryczny

Podobne dokumenty
Koncepcja interfejsu energoelektronicznego dla mikroinstalacji prosumenckiej

Badania przekształtnika sieciowego w prosumenckiej mikroinfrastrukturze energetycznej w stanach statycznych i dynamicznych

PLAN PREZENTACJI. 2 z 30

Funkcjonalności realizowane w przekształtniku sieciowym AC/DC, przeznaczonym dla prosumenckiej mikroinfrastruktury energoelektrycznej PME

Bezpośrednie sterowanie momentem silnika indukcyjnego zasilanego z 3-poziomowego. przekształtnika MSI z kondensatorami o zmiennym potencjale

Elementy indukcyjne. Konstrukcja i właściwości

Zarządzanie energią i regulacja mocy w prosumenckiej mikroinfrastrukturze energetycznej

Przegląd półprzewodnikowych przyrządów mocy

Dobór współczynnika modulacji częstotliwości

BADANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO Z IZOLOWANĄ BRAMKĄ (IGBT)

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

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

Półprzewodnikowe przyrządy mocy

Temat: Analiza pracy transformatora: stan jałowy, obciążenia i zwarcia.

SILNIK INDUKCYJNY STEROWANY Z WEKTOROWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI

Rys. 1. Przebieg napięcia u D na diodzie D

Ćwiczenie - 3. Parametry i charakterystyki tranzystorów

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2014/2015

Właściwości przetwornicy zaporowej

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

Centrum Energetyki Prosumenckiej. Konwersatorium Inteligentna Energetyka

Przekształtniki impulsowe prądu stałego (dc/dc)

Układy energoelektroniczne na osłonach kontrolnych rynku horyzontalno- wertykalnego

PSPower.pl. PSPower MULTIFAL (Basic ; PV)

Część 2. Sterowanie fazowe

Zasilacze: - prostowniki, - filtry tętnień, - powielacze napięcia. Rodzaje transformatorów sieciowych

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

ELEMENTY UKŁADÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH

Plan Prezentacji Wprowadzenie Specyficzne zagadnienia i związane z rozpływemł zaburzeń ń przewodzonych w systemach Smart Grid Rozpływ zaburzeń wrozleg

Zaznacz właściwą odpowiedź (właściwych odpowiedzi może być więcej niż jedna)

Analiza wpływu źródeł PV i akumulatorów na zdolności integracyjne sieci nn dr inż. Krzysztof Bodzek

Porównanie uzysku energetycznego z użyciem falownika centralnego i mikrofalowników

Część 2. Sterowanie fazowe

Energetyka Prosumencka w Wymiarach Zrównoważonego Rozwoju. SYMULATOR HYBRYDOWY KLASTRA ENERGETYCZNEGO Krzysztof Bodzek

Przekształtniki napięcia stałego na stałe

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 20/12

Impulsowe przekształtniki napięcia stałego. Włodzimierz Janke Katedra Elektroniki, Zespół Energoelektroniki

Przykładowe pytania do przygotowania się do zaliczenia poszczególnych ćwiczeń z laboratorium Energoelektroniki I. Seria 1

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ Odkształcenie napięć i pradów. Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

STEROWANIE PRZEKSZTAŁTNIKIEM AC/DC W INTERFEJSIE ENERGOELEKTRONICZNYM DLA MIKROINSTALACJI PROSUMENCKIEJ

Trójfazowy falownik napięcia z łagodnym przełączaniem tranzystorów odpornym na zakłócenia sterowania

Sterowane źródło mocy

Ć wiczenie 2 POMIARY REZYSTANCJI, INDUKCYJNOŚCI I POJEMNOŚCI

Elektronika przemysłowa

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY ZAKŁAD ENERGOELEKTRONIKI KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI, NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO I ROBOTYKI. Marcin Zygmanowski

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ Odkształcenie napięć i pradów. Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

PowerFlex 700AFE. Funkcja. Numery katalogowe. Produkty Napędy i aparatura rozruchowa Przemienniki czestotliwości PowerFlex PowerFlex serii 7

Wykaz symboli, oznaczeń i skrótów

Rozmaite dziwne i specjalne

Badania symulacyjne zdolności integracyjnych zautomatyzowanej infrastruktury sieciowej SN/nN dr inż. Krzysztof Bodzek

POWERSTOCC. Inwertery fotowoltaiczne

Obwody sprzężone magnetycznie.

R 1 = 20 V J = 4,0 A R 1 = 5,0 Ω R 2 = 3,0 Ω X L = 6,0 Ω X C = 2,5 Ω. Rys. 1.

ENERGETYKA PROSUMENCKA

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

[RAPORT zapowiedź] CHARAKTźRYSTYKI OBCIĄ źnia TYPOWYCH ODBIORNIKÓW źnźrgii W GOSPODARSTWACH DOMOWYCH Jarosław Michalak*, Marcin Zygmanowski*

W4. UKŁADY ZŁOŻONE I SPECJALNE PRZEKSZTAŁTNIKÓW SIECIOWYCH (AC/DC, AC/AC)

AC/DC. Jedno połówkowy, jednofazowy prostownik

PRZEKSZTAŁTNIKI IMPULSOWE zadania zaliczeniowe

Współpraca rozproszonych źródeł energii z sieciami elektroenergetycznymi. dr inż. Marek Adamowicz Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego

ĆWICZENIE nr 5. Pomiary rezystancji, pojemności, indukcyjności, impedancji

Centrum Energetyki Prosumenckiej. Konwersatorium Inteligentna Energetyka. Mono rynek energii elektrycznej OZE - innowacyjność przełomowa

INSTRUKCJA LABORATORIUM TECHNIK INFORMACYJNYCH

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 14. Pomiary przemieszczeń liniowych

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2016/2017. Zadania z elektrotechniki na zawody I stopnia

Część 3. Przegląd przyrządów półprzewodnikowych mocy. Łukasz Starzak, Przyrządy i układy mocy, studia niestacjonarne, lato 2018/19 51

Elementy elektroniczne Wykład 9: Elementy przełączające

IMPULSOWY PRZEKSZTAŁTNIK ENERGII Z TRANZYSTOREM SZEREGOWYM

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Dielektryki i Magnetyki

X L = jωl. Impedancja Z cewki przy danej częstotliwości jest wartością zespoloną

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Modelowanie i badania transformatorowych przekształtników napięcia na przykładzie przetwornicy FLYBACK. mgr inż. Maciej Bączek

PL B1. POLITECHNIKA OPOLSKA, Opole, PL BUP 05/18. JAROSŁAW ZYGARLICKI, Krzyżowice, PL WUP 09/18

Część 4. Zmiana wartości napięcia stałego. Stabilizatory liniowe Przetwornice transformatorowe

Modelowanie i badania wybranych impulsowych przetwornic napięcia stałego, pracujących w trybie nieciągłego przewodzenia (DCM)

X X. Rysunek 1. Rozwiązanie zadania 1 Dane są: impedancje zespolone cewek. a, gdzie a = e 3

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY ZAKŁAD ENERGOELEKTRONIKI KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI, NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO I ROBOTYKI. Marcin Zygmanowski

MIERNIK RLC ESCORT ELC-132A DANE TECHNICZNE

5. Elektronika i Energoelektronika

Rozmaite dziwne i specjalne

Zasilacze sieciowe. Rodzaje transformatorów sieciowych. Główne parametry transformatora sieciowego

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Przetworniki Elektromaszynowe st. n.st. sem. V (zima) 2016/2017

Przedsiębiorstwo. Klient. Projekt

Ćwiczenie: "Obwody ze sprzężeniami magnetycznymi"

Dane Techniczne. UPS modułowy serii ESTER-MOD Typ: RM

ELASTYCZNY SYSTEM PRZETWARZANIA I PRZEKSZTAŁCANIA ENERGII MAŁEJ MOCY DLA MASOWEGO WYKORZYSTANIA W GOSPODARCE ENERGETYCZNEJ KRAJU

LABORATORIUM POMIARÓW WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH. Pomiary statycznych parametrów indukcyjnościowych przetworników przemieszczenia liniowego

Systemy autonomiczne (Stand-Alone / Autonomous)

Zastosowanie dławika składowej zerowej w falownikowym napędzie silnika indukcyjnego

Elementy elektroniczne Wykłady 7: Tranzystory polowe

Załącznik nr 5. do Umowy nr ND-D/W/ /. z dnia o świadczenie usług. dystrybucji. zawartej pomiędzy. RWE Stoen Operator Sp. z o.o.

Zastosowanie elektrycznego układu napędowego do elektryfikacji samochodów dostawczych

Lista projektów w tematyce - BEZPRZEWODOWY PRZESYŁ ENERGII ELEKTRYCZNEJ

TRANSFORMATORY. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Właściwości tranzystora MOSFET jako przyrządu (klucza) mocy

Modelowanie diod półprzewodnikowych

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

Transkrypt:

Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Elektryczny Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki Straty mocy w wybranych topologiach przekształtnika sieciowego dla prosumenckiej mikroinfrastruktury energetycznej Autorzy: Marcin Zygmanowski, Jarosław Michalak Michał Jeleń, Grzegorz Jarek Energetyka Prosumencka w Wymiarach Zrównoważonego Rozwoju 216 9 Listopada 216 Koszęcin

2 / 15 PLAN PREZENTACJI 1. Wstęp 2. Cel badań 3. Porównanie topologii przekształtników 4. Wyniki symulacji 5. Wyniki badań eksperymentalnych 6. Wnioski

3 / 15 1. WSTĘP Sieć ac Wyłącznik sieciowy Przekształnik sieciowy AC Przekształtnik obdiorników dc Przekształtnik solarny (MPPT) Obwód dc Przekształtnik wiatrowy Interfejs energoelektroniczny PME AC Przekształtnik zasobnikowy Odbiorniki ac Odbiorniki dc Panel słoneczny Turbina wiatrowa G Zasobnik energii W proponowanej prosumenckiej mikroinfrastrukturze energetycznej wszystkie przekształtniki połączone są do wspólnego obwodu dc. Przekształtniki te mogą mieć budowę modułową. Czas działania proponowanej instalacji przekształtnikowej może być dłuższy niż 2 lat.

4 / 15 2. CEL BADAŃ Wybór topologii przekształtnika o mocy 5 kw przeznaczonego dla przekształtnika sieciowego prosumenckiej mikroinfrastruktury energetycznej Rozważa się trzy rozwiązania różniące się topologią i technologią wykonania tranzystorów. 2-poziomowy przekształtnik z tranzystorami Si-IGBT, 3-poziomowy przekształtnik typu T z tranzystorami Si-IGBT, 2-poziomowy przekształtnik z tranzystorami SiC-MOSFET. Wszystkie rozwiązania analizowane są jako przekształtniki mostkowe Dodatkowo przedstawiono procedurę doboru dławika wyjściowego (5 µh/ 3 A)

5 / 15 3. PORÓWNANIE TOPOLOGII Si-IGBT 2L Si-IGBT typu T 3L SiC-MOSFET 2L V dc V dc V dc T 1 T 3 T 1 T 1 i o i o i o T 2 T 4 T 2 T 2 Napięcie blokowania wszystkich tranzystorów wynosi 12 V Prąd kolektora IC, (A) 1 75 5 25 Si-IGBT 2-poziomowy F4-75R12KS4 T j = 125ºC 1 2 V T 3 1/r T Napięcie kolektor-emiter V CE, (V) Prąd kolektora IC, (A) 1 75 5 25 Si-IGBT typu T 12MBI75VN-12-5 T 1 T 2 2 3 4 V T T1T2 V T T3T4 Napięcie kolektor-emiter V CE, (V) T 3 T 4 T j = 125ºC 1/r T T3T4 Prąd drenu ID, (A) 1 75 5 25 SiC-MOSFET C2M812D T j = 125ºC 1 2 3 1/r T Napięcie dren-źródło V DS, (V) 4

6 / 15 4. ANALIZA STRAT MOCY SYMULACJE Model symulacyjny w programie GeckoCIRCUIT (mostek H 2-L Si-IGBT) D3 F4-75R12KS4D.scl pt1 a) pv [PT1] FLOW pl pl pl pl b) pt1 ploss ploss D1 pt2 4 pv [PT2] FLOW T1 F4-75R12KS4D.scl pt2 ADD pl G1>> T3 pt3 ADD pt3 F4-75R12KS4.scl pv [PT3] FLOW G3>> pt4 PT1 U U F4-75R12KS4.scl V V pt4 pv [PT4] FLOW U @ V U V pd1 VOLT Uo Uo PT2 pd1 L.1 R.1 pd2 Io Io pv [PD1] FLOW U U V V AMP U.2 U.2 pd3 ADD PT3 I [L.1] pd2 D2 pd4 L.1 pv [PD2] FLOW -4 F4-75R12KS4D.scl VL VL VOLT PT4 T2 T4 pd3 G2>> G4>> IL IL pv [PD3] FLOW AMP F4-75R12KS4.scl mn mn F4-75R12KS4.scl mn mn PD1 D4 i [L.1] pd4 F4-75R12KS4D.scl 4 pv [PD4] FLOW pt1 pd1 PD2 pt2 pd2 I_sin=86e-3 GATE >> T1 PD3 AND pt3 pd3 SINE DEL GE pt4 pd4 TRI NOT GATE Tri-Type >> T2 PD4 T=2e-9 OR I=1 DT f=1e3 r=-1 GATE >> T3 R.1 offset= AND po P DEL VOLT phase= GE MUL TREF duty=5e-3 NOT GATE >> T4 AMP T=2e-9 OR -4 i [R.1] Napięcie wyjściowe, (V) 5. 1. 15. 2. Prąd wyjściowy, (A) 5. 1. 15. 2. czas, (ms) Nazwa parametru Symbol Wartość Napięcie obwodu dc V dc 38 V Moc znamionowa P 5 kw Częstotliwość podstawowa f m 5 Hz Głębokość modulacji m a.85 Częstotliwość przełączania f S 1 khz (2.5 khz - 4 khz) Kąt przesunięcia fazowego odb. ϕ.9 deg Rezystancja odbiornika R 1 Ω Indukcyjność odbiornika L.5 mh

7 / 15 4. ANALIZA STRAT MOCY SYMULACJE Całkowite straty mocy Ptot, (W) 25 2 15 1 5 Si-IGBT 2-poziomowy symulacja pomiary P tot Straty mocy na przełączanie P sw Straty mocy na przewodzenie P con 4 8 12 16 2 Całkowite straty mocy Ptot, (W) 25 2 15 1 5 Si-IGBT NPC typu T 3-poziomowy symulacja P tot Straty mocy na przełączanie P sw Straty mocy na przewodzenie P con 4 8 12 16 2 Całkowite straty mocy Ptot, (W) 25 2 15 1 5 SiC-MOSFET 2-poziomowy symulacja P tot Straty mocy na przełączanie P sw Straty mocy na przewodzenie P con 4 8 12 16 2

Koszt użytkowania przekształtnika, (k ) Koszt użytkowania przekształtnika, (k ) 8 / 15 4. KOSZT UŻYTKOWANIA PRZEKSZTAŁTNIKA 1,,8,6,4,2 Działanie z 1% mocy znamionowej przez 2 lat Si-IGBT typu T 3L Si-IGBT 2L SiC-MOSFET 2L 4 8 12 16 2 Częstotliwość przełączania, f S (khz) 4, 3, 2, 1, Działanie z 5% mocy znamionowej przez 2 lat Si-IGBT 2L Si-IGBT typu T 3L SiC-MOSFET 2L 4 8 12 16 2 Częstotliwość przełączania, f S (khz)

9 / 15 5. WYNIKI BADAŃ PROTOTYPÓW Si-IGBT 2-poziomowy Si-IGBT typu T 3-poziomowy SiC-MOSFET 2-poziomowy V dc = 25 V, f S = 2,5 khz m a =,85, R = 9 Ω V dc = 25 V, f S = 37,5 khz m a =,85, R = 9 Ω V dc = 25 V, f S = 37,5 khz m a =,85, R = 9 Ω

1 / 15 5. WYNIKI BADAŃ PROTOTYPÓW Całkowite straty mocy Ptot, (W) 15 12 9 6 3 15 15 Si-IGBT 2-poziomowy Si-IGBT typu T SiC-MOSFET 2-poziomowy 12 12 pomiary pomiary 9 analiza 9 analiza pomiary analiza 4 8 12 16 2 6 3 4 8 12 16 2 6 3 4 8 12 16 2 Napięcie obwodu dc V dc = 25 V, Brak kontroli temperatury złącz tranzystorów (w analizie T j = 125 o C), Głębokość modulacji m a =,85, Wpływ składowej zmiennej prądu przy niskich f S i czasu martwego przy dużych f S Całkowite straty mocy Ptot, (W) 15 12 9 6 3 15 V dc = 25 V; P 2.5kW V dc = 15 V, 12 4 8 12 16 2 9 6 3 P 1.5kW 4 8 12 16 2

h = 32,8 mm 11 / 15 6. DOBÓR PARAMETRÓW DŁAWIKA Straty w dławiku L = 5 μh I sat > 35 A otrzymano za pomocą oprogramowania GeckoMAGNETICS Analiza obejmuje: wybór materiału rdzenia wybór rozmiaru rdzenia (EE) dobór szczeliny powietrznej l g i liczby zwojów N 4xE65 l = 27,4 mm #1 #2 #3 #4 N stack = 4 Materiał rdzenia Liczba rdzeni, N stack Stal elektro. M165-35S Ferryt 3C9 --- 4 Grubość rdzenia (mm) 313x,35 4x27,4 Liczba zwojów, N 29 23 Proszek -26 4 4x27,4 19 w = 65 mm Typ licy 63x,1 2x,2 2x,2 w m 2 mm Indukcja maks. B max (T),275,35 Szczelina powiet., l g (mm) 4,2 1,95,3 --- l g Indukcyjność, L (µh) 495,9 53,6 48,9 Straty w uzwojeniu, P w (W) 2,9 11, 11, l g = 1 l g A w Straty w rdzeniu, P c (W) 29,2 Straty całkowite, P tot (W) 5,1 1, 12, 4,1 51,1

12 / 15 6. DOBÓR PARAMETRÓW DŁAWIKA Bazując na Prawie Ampera dla obwodów magnetycznych: Liczba zwojów, N 4 3 2 1 N(l g ) N l ' 2,5 5, 7,5 Szczelina pow., l g (mm) g B A l l ' Imax c Ac Ac ll g max c c g N stack = 3 N L = 5 µh stack = 4 N stack = 5 N stack = 6 4 ' ln 1 2 Liczba zwojów N dla danego B max /I max jest funkcją szczeliny powietrznej l g. Indukcyjność jest funkcją N i l g. 2 2 N l ' g N l ' g Ac L N, N stack E65 L > 5 µh E71 E8 E1 N N max = 27 max = 29 N stack = 3 N stack = 4 L = 5 µh N stack = 5 N stack = 6 N stack = 7 L < 5 µh N stack = 8 R c R g l l c g 14 ll ' ln 12 2,5 5, 7,5 2,5 5, 7,5 2,5 5, 7,5 Szczelina pow., l g (mm) Szczelina pow., l g (mm) Szczelina pow., l g (mm) A c g c N stack = 4 N L = 5 µh stack = 5 N stack = 6 N stack = 7 N N max stack L = 5 µh N stack = 2

13 / 15 6. KOSZT UŻYTKOWANIA DŁAWIKA 12, Straty mocy w dławiku (W) x4 x3 x5 x4 x4 x6 E65 x5 E71 x5 E8 E1 11, 1, 9, 8, x6 7, x7 6,,5,6,7,8,9 Objętość dławika, V ind (dm 3 ) x8 x6 x7 x2 1, 4, 3, 2, 1, Względny koszt dławika (materiałowy) 4 E65 Koszt licy Koszt rdzenia 3C9 E71 E8 E1 5 6 7 8 3 4 5 6 4 5 6 7 2 Liczba rdzeni w stosie, N stack 16 12 8 Szacunkowy koszt użytkowania dławika, ( ) E65 E71 E8 E1 Działanie z 5% mocy znamionowej przez 2 lat 4 4 5 6 7 8 3 4 5 6 4 5 6 7 2 Działanie z 1% mocy znamionowej przez 2 lat Liczba rdzeni w stosie, N stack

14 / 15 7. WNIOSKI 1. Wykonano porównanie strat mocy w trzech topologiach przekształtników przewidzianych do zastosowania w przekształtniku sieciowym PME. 2. Straty w przekształtnikach typu T i 2-poziomowym SiC MOSFET są mniejsze niż w przekształtniku 2- poziomowym Si-IGBT powodując, że całkowity koszt użytkowania tych przekształtników może być niższy. 3. Dla dławików rdzenie ferrytowe są znacznie lepsze niż rdzenie wykonane ze stali elektrotechnicznej czy rdzenie proszkowe.

15 / 15 Dziękuję za uwagę