Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Falowniki średniej i wysokiej częstotliwości
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EELT-2-301-AP-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Automatyka przemysłowa i automatyka budynków
Kierunek:
Elektrotechnika
Semestr:
3
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr inż. Waradzyn Zbigniew (waradzyn@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Obwody rezonansowe. „Miękkie” przełączanie łączników energoelektronicznych, Falowniki średniej i wysokiej częstotliwości: szeregowy, równoległy, klasy E, klasy DE, itd. Metody sterowania falowników.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę z zakresu topologii, właściwości, sposobów sterowania i zastosowań falowników średniej i wysokiej częstotliwości ELT2A_W08 Kolokwium,
Sprawozdanie
M_W002 zna aktualne trendy rozwojowe oraz najistotniejsze nowe osiągnięcia z zakresu falowników średniej i wysokiej częstotliwości ELT2A_W03 Kolokwium,
Sprawozdanie
Umiejętności: potrafi
M_U001 potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować pozyskane informacje, dokonywać ich interpretacji i krytycznej oceny, a także wyciągać wnioski oraz formułować i wyczerpująco uzasadniać opinie ELT2A_U01 Kolokwium,
Sprawozdanie
M_U002 potrafi przygotować opracowanie zawierające omówienie wyników uzyskanych w ramach komputerowej symulacji pracy falowników ELT2A_U03 Sprawozdanie
M_U003 potrafi dokonać analizy obwodów liniowych z uwzględnieniem różnych kryteriów ELT2A_U05 Kolokwium,
Sprawozdanie
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny ELT2A_K01 Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
48 28 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę z zakresu topologii, właściwości, sposobów sterowania i zastosowań falowników średniej i wysokiej częstotliwości + - - - - - - - - - -
M_W002 zna aktualne trendy rozwojowe oraz najistotniejsze nowe osiągnięcia z zakresu falowników średniej i wysokiej częstotliwości + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować pozyskane informacje, dokonywać ich interpretacji i krytycznej oceny, a także wyciągać wnioski oraz formułować i wyczerpująco uzasadniać opinie - - + - - - - - - - -
M_U002 potrafi przygotować opracowanie zawierające omówienie wyników uzyskanych w ramach komputerowej symulacji pracy falowników - - + - - - - - - - -
M_U003 potrafi dokonać analizy obwodów liniowych z uwzględnieniem różnych kryteriów - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 78 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 48 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 15 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):
  1. Wprowadzenie do przedmiotu
  2. Szeregowe obwody rezonansowe LC i RLC – powtórzenie i rozszerzenie wiadomości z elektrotechniki

    Drgania wymuszone i swobodne. Równania prądów i napięć w stanie nieustalonym po wymuszeniu skokowym. Analiza pracy obwodu LC. Wpływ rezystancji na przebiegi prądów i napięć w obwodzie. Wpływ niezerowych wartości początkowych prądu w obwodzie i napięcia na kondensatorze na przebiegi.

  3. Szeregowy rezonansowy falownik w układzie mostkowym

    Zasada działania falownika. Omówienie różnych trybów pracy falownika przy sterowaniu częstotliwościowym. Analiza uproszczona falownika. Zawartość harmonicznych w prądzie odbiornika. Analiza szczegółowa falownika (uwzględniająca odkształcenie prądów i napięć w falowniku od sinusoidy). Właściwości falownika.

  4. Właściwości najczęściej stosowanych zaworów energoelektronicznych. Procesy przełączania zaworów energoelektronicznych

    „Twarde” i „miękkie” przełączanie zaworów energoelektronicznych. Przełączanie przy zerowym prądzie (ZCS) i przełączanie przy zerowym napięciu (ZVS). Warunki przełączania zaworów energoelektronicznych w falowniku napięcia w poszczególnych trybach jego pracy.

  5. Równoległy mostkowy rezonansowy falownik prądu

    Zasada działania falownika równoległego. Tryby pracy falownika. Napięcia na nieprzewodzących łącznikach. Falownik tyrystorowy a tranzystorowy. Specyfika pracy falownika tyrystorowego. Analiza uproszczona falownika. Analiza szczegółowa falownika. Moc falownika. Kąt i czas wstecznego spolaryzowania tyrystorów. Maksymalne napięcie na łącznikach. Skuteczna wartość prądu odbiornika. Zawartość harmonicznych w prądzie odbiornika i napięciu na kondensatorze rezonansowym. Warunki przełączania łączników w falowniku. Rozruch falownika tyrystorowego. Sterowanie optymalne falownika tranzystorowego.

  6. Falowniki klasy E

    Falownik klasy E – topologia podstawowa. Optymalna praca falownika – wymagane warunki i właściwości falownika. Praca suboptymalna i nieoptymalna. Celowość stosowania źródeł zasilania o częstotliwości rzędu megaherców – zastosowania falownika. Falownik do nagrzewania indukcyjnego – układ dopasowujący. Inne konfiguracje falownika klasy E i ich właściwości.

  7. Falowniki szeregowe półmostkowe i falownik o konfiguracji jednobiegunowej

    Zasada działania falowników półmostkowych. Falownik z dzieloną pojemnością na zasilaniu. Falownik z dzieloną pojemnością rezonansową. Falownik dwułącznikowy o topologii jednobiegunowej. Porównanie właściwości poszczególnych falowników.

  8. Falowniki szeregowe klasy DE

    Rola dodatkowych pojemności bocznikujących tranzystory. Analiza uproszczona falownika. Sterowanie optymalne falownika klasy DE.

  9. Inne układy falowników rezonansowych

    Falownik z rezonansem szeregowym i obciążeniem równoległym do obciążenia. Falownik o układzie CLL. Falownik szeregowo-równoległy. Inne układy falowników.

  10. Metody sterowania falowników

    Metody modulacyjne i integracyjne. Przykładowe układy sterowania przemienników częstotliwości.

  11. Układy zasilania falowników
  12. Zastosowania falowników średniej i wysokiej częstotliwości. Podsumowanie
Ćwiczenia laboratoryjne (20h):
  1. Symulacja komputerowa szeregowych układów LC i RLC

    Przebiegi prądów i napięć w obwodzie po wymuszeniu skokowym. Wpływ wielkości rezystancji oraz wartości początkowych prądu w obwodzie i napięcia na kondensatorze na przebiegi prądów i napięć w obwodzie.

  2. Symulacja komputerowa pracy szeregowego rezonansowego falownika napięcia na podstawie analizy uproszczonej

    Zależność różnych parametrów falownika od dobroci obwodu oraz względnej częstotliwości sterowania przy sterowaniu częstotliwościowym. Przebiegi prądów i napięć w falowniku.

  3. Symulacja komputerowa pracy szeregowego rezonansowego falownika napięcia na podstawie analizy szczegółowej

    Przebiegi prądów i napięć w falowniku przy sterowaniu częstotliwościowym. Wyznaczenie zależności różnych parametrów falownika, w tym zależności wartości początkowych prądu i napięcia, od dobroci obwodu oraz względnej częstotliwości sterowania przy sterowaniu częstotliwościowym. W symulacjach stosowane są wartości względne poszczególnych wielkości oraz wykonywane dodatkowe obliczenia dla falowników o zadanych parametrach.

  4. Symulacja komputerowa pracy falownika klasy E o konfiguracji podstawowej

    Wyznaczenie parametrów falownika na podstawie zadanych wartości mocy, częstotliwości itd. Przebiegi prądów i napięć w falowniku przy sterowaniu optymalnym.

  5. Symulacja komputerowa przebiegów prądów i napięć w równoległym rezonansowym falowniku prądu

    Zależność różnych parametrów falownika od dobroci obwodu oraz względnej częstotliwości sterowania przy sterowaniu częstotliwościowym. Przebiegi prądów i napięć w falowniku.

  6. Budowa i działanie nagrzewnicy do nagrzewania indukcyjnego z szeregowym falownikiem napięcia o mocy 10 kW i częstotliwości 50 kHz

    Omówienie funkcji i analiza pracy poszczególnych bloków nagrzewnicy (prostownik diodowy, układ wstępnego ładowania kondensatorów rezonansowych, tranzystorowy półmostkowy falownik szeregowy napięciowy); omówienie zabezpieczeń; zagadnienia pomiaru prądu i napięcia w układach w.cz; omówienie punktów pomiarowych prądu i napięcia w układzie; regulacja mocy; prezentacja pracy urządzenia; obserwacja i rejestracja charakterystycznych przebiegów w układzie przemiennika.

  7. Budowa i działanie przemiennika częstotliwości do nagrzewania indukcyjnego z równoległym falownikiem prądu 10 kW 35 kHz

    Omówienie funkcji i analiza pracy poszczególnych bloków przemiennika (przekształtnik DC-DC, tranzystorowy falownik równoległy prądu); omówienie zabezpieczeń; omówienie punktów pomiarowych prądu i napięcia w układzie; regulacja mocy; prezentacja pracy urządzenia; obserwacja i rejestracja charakterystycznych przebiegów w układzie przemiennika.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Kolokwia, sprawozdania z ćwiczeń laboratoryjnych. Dwa terminy zaliczeń poprawkowych.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium. Kolokwia pisane podczas ćwiczeń laboratoryjnych weryfikują także wiedzę z wykładów.
2. Ocena końcowa jest zasadniczo oceną z laboratorium, przy czym może ona zostać podniesiona o pół stopnia w przypadku aktywności studenta podczas semestru.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Konieczność wykonania wymaganych sprawozdań i/lub napisania kolokwium w dodatkowym terminie.
Możliwa dodatkowa rozmowa z prowadzącym i/lub konieczność wykonania dodatkowego zadania.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Znajomość podstawowych zależności i praw elektrotechniki.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Citko T.: Energoelektronika. Układy wysokiej częstotliwości. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 2007.
2. Kazimierczuk M. K., Czarkowski D.: Resonant Power Converters. (second edition) John Wiley & Sons Inc., 2011.
3. Nowak M., Barlik R.: Poradnik inżyniera energoelektronika. WNT, Warszawa 1998.
4. Kurbiel A.: Indukcyjne urządzenia elektrotermiczne. Skrypty uczelniane Nr 1308, Wydawnictwa AGH, Kraków 1992.
5. Dokumentacja techniczno-ruchowa nagrzewnicy 10 kW/50 kHz z falownikiem szeregowym.
6. Dokumentacja techniczno-ruchowa nagrzewnicy 10 kW/35 kHz z falownikiem równoległym.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Waradzyn Z., Skała A., Świątek B., Klempka R., Kieroński R.: ZVS single-switch inverter for induction heating – optimum operation. Przegląd Elektrotechniczny, 2014 R. 90 nr 2, s. 32–35.
2. Kurbiel A., Waradzyn Z.: Analysis of the operation of a single-switch inverter for induction heating. Archives of Electrical Engineering, vol. LII No 203 – 1/2003, Polish Academy of Science, Electrical Engineering Committee, Warsaw, s. 21-33.
3. Kurbiel A., Waradzyn Z.: Starting a thyristor current-fed inverter for induction heating. Archives of Electrical Engineering, vol. XLVI No 179 – 1/1997, Polish Scientific Publishers PWN, Warsaw 1997, pp. 65-74.
4. Waradzyn Z.: Control circuit for induction heating current-fed inverter. Elektrotechnika Kwartalnik AGH w Krakowie, Tom 16, Zeszyt 3, Kraków 1997, pp. 139-144.
5. Płatek M., Waradzyn Z.: Operation Modes of Full-Bridge Voltage-Source Series Resonant Inverter with PFM Control for Induction Heating Applications. Elektrotechnika i Elektronika, półrocznik AGH, t. 25, z. 1, Kraków 2006, pp. 58-67, ISSN 1640-7202.
6. Waradzyn Z., Kieroński R.: Falowniki rezonansowe z miękkim przełączaniem dla elektrotermii. Kierunki działalności i współpraca naukowa Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki. Materiały konferencji zorganizowanej z okazji Jubileuszu 90-lecia AGH. Kraków, 28-29 maja 2009. s. 77-78.

Informacje dodatkowe:

Brak