Kraftelektroniska omvandlare

Lärandemål

• Kunna sätta in kraftelektroniska grundkunskaper, komponenter och dess egenskap i fungerande applikationer.
• Beräkna Fourier-komponenter och THD för grundläggande spännings- och strömkurvformer.
• Beskriva funktionsprincipen för de vanligast förekommande aktiva komponenterna (t.ex. dioder, tyristorer, IGBTer och MOSFETar) och passiva komponenterna (t.ex. kondensatorer, transformatorer och induktorer).
• Förklara och ge exempel på hur Pulse Width Modulation (PWM) fungerar. Identifiera behovet av en kontrollerkrets i en switchad omvandlare, beskriva dess syfte samt förstå hur den önskade storheten kan kontrolleras.
• Utföra analytiska beräkningar på ideala DC/DC-omvandlare såsom buck, boost, buck-boost, flyback och forwardomvandlare. Funktionsprincipen för de olika topologierna skall urskiljas och noggrant granskas i både kontinuerlig och diskontinuerlig drift genom analys av ström och spänningskurvformer. Förutom de ovan nämnda topologierna skall även andra topologier (t.ex. push-pull, halvbrygga och fullbrygga) samt kretsförbättringar (t.ex. parallellkopplade omvandlare) kunna identifieras och exemplifieras.
• Utföra analytiska beräkningar samt förstå funktionsprincipen för både 1-fas och 3-fas DC/AC omriktare. Olika moduleringsstrategier (t.ex. PWM och square-wave) implementeras och de resulterande kurvformerna utvärderas och jämförs.
• Förklara funktionsprincipen för flernivåomriktare (t.ex. 3-nivå och 5-nivå NPC- och MMC-omriktare) genom analys av spännings- och strömkurvformer samt applicera för- och nackdelar på t.ex. övertoner och förluster.
• Förklara funktionsprincipen samt utföra analytiska beräkningar på 1-fas och 3-fas diodbryggor i både diskontinuerlig drift med spänningsstyv DC-sida samt i kontinuerlig drift med strömstyv DC-sida. Kombinera nätimpedansen med diodbryggan och illustrera dess påverkan i kretsen.
• Förklara funktionsprincipen samt utföra analytiska beräkningar på 1-fas och 3-fas tyristorbryggor i kontinuerlig drift med strömstyv DC-sida. Kombinera nätimpedansen med tyristorbryggan och illustrera dess påverkan i kretsen. Analysera mer avancerade topologier (t.ex. 12-puls koppling) av tyristorbryggor samt särskilja deras för- respektive nackdelar.
• Identifiera och tolka enkla scheman över olika omvandlare. Urskilja olika komponenter i en fysisk krets samt utföra grundläggande mätningar av kurvformer och beräkning av verkningsgrad.
• Utföra en småsignal-modellering av en nedspänningshackare med syftet att demonstrerar hur en tillhörande analog eller digital styrning kan utformas.
• Beräkna förluster i både passiva och aktiva komponenter. Den resulterande komponenttemperaturen i de aktiva komponenterna utvärderas och en lämplig kylfläns dimensioneras. Ha en grundläggande förståelse för hur livslängden hos en komponent kan uppskattas.
• Implementera och testa olika kraftelektroniska kretsar, innehållandes diskreta element. Vidare, använda Spice-baserade datorprogram samt genomföra praktiska laborationer för att kunna beskriva hur dc/dc-omriktare fungerar. Övningarna syftar till att de grundläggande driftprinciperna skall kunna beskrivas, vågformer analyseras via t.ex fft, samt att parametervariationsstudier kan utföras.