Curs cepe 1

CURS 1 INTRODUCERE in ELECTRONICA de PUTERE MODERNA 1
Introducere
INTRODUCERE in ELECTRONICA de PUTERE MODERNA
i. PREZENT ŞI PERSPECTIVE ÎN ELECTRONICA DE PUTERE
ii. TENDINŢE ÎN ELECTRONICA DE PUTERE
iii. CONTROLUL DIGITAL IN ELECTRONICA DE PUTERE
iv. APLICAŢII MODERNE ALE ELECTRONICII DE PUTERE
v. VITORUL PROCESĂRII ŞI CONVERSIEI PUTERII ELECTRICE
vi. CUPRINS CURS

Ce înseamnă Electronică de Putere?
Termenul de "electronica de putere" se referă la componentele de mare putere şi
sisteme care utilizează dispozitive semiconductoare (de obicei pe baza de siliciu), ca
dispozitive de comutaţie primară. Cu toate acestea, dispozitivele semiconductoare de
putere cuprind doar o parte din majoritatea sistemelor electronice de putere.
Dispozitive auxiliare, sub formă de senzori, filtre active, circuite de protecţie şi circuite
logice de control sunt, de asemenea, prezente în majoritatea sistemelor electronice
de putere.
Electronica de putere oferă în mod normal două
servicii principale: conversia energiei şi controlul
distribuţiei energiei. Într-o aplicaţie de conversie a
energiei, electronica de putere se ocupă de
conversia energiei electrice de la o forma la alta.
Energia electrică există în două forme, care sunt
cunoscute sub numele de curent continuu (CC) şi
curent alternativ (AC).
Un sistem de conversie va converti energia
electrică în unul din cele patru moduri posibile: AC –
AC, AC – DC (redresare), DC – DC şi DC – AC (invertare).

Într-o aplicaţie de control a distribuţiei energiei electrice, electronica de putere
este utilizată pentru a monitoriza nivelurile de curent într-o reţea de distribuţie şi
poate întrerupe sau permite fluxul de curent electric în funcţie de cerinţele
operaţionale ale reţelei. În acest caz, componentele electronice de putere sunt
folosite ca întreruptoare inteligente care pot fi închise sau deschise automat folosind
un control simplu. Semiconductorii de mare putere din siliciu au progresat până la
punctul în care aceştia sunt acum capabili de a controla mii de amperi şi mii de volţi.
Există o varietate de dispozitive semiconductoare de putere disponibile cum ar fi
tiristoare cu blocare în poartă (GTOs), Tranzistori bipolari cu poarta izolată (IGBT),
tiristoare controlate cu tranzistoare MOS (MCTs), redresoare controlate din siliciu
(SCR), şi tiristoare cu blocare în emitor (ETOs). De obicei, selectarea dispozitivului
depinde de care parametru de proiectare al sistemului este mai important,
capacitatea de curent electric sau viteza de comutaţie.
Capacitatea mare de curent electric permite proiectantului să folosească mai
puţine componente în sistemul de conversie, iar viteze de comutaţie mai mari produc
forme de undă la ieşire mai curate şi se micşorează componentele pasive de filtrare.
Tehnologia dispozitivelor de putere din siliciu a ajuns la maturitate şi dispozitivele
evoluează prin oferirea unei capacităţi de curent mai mare la viteze de comutaţie mai
mari.

Dezvoltarea tiristorului ETO
Unul dintre dispozitivele
semiconductoare recent realizate care
are un mare potenţial în aplicaţiile
militare şi de distribuţie a energiei
electrice este tiristorul cu blocare în
emitor (ETO). Acesta a fost realizat la
Virginia Tech în cadrul unui program
condus de Laboratoarele Sandia.
Tiristorul cu blocare în emitor a fost
dezvoltat iniţial ca un dispozitiv de mare putere pentru conversia energiei în cadrul
reţelelor de distribuţie. Totuşi acest tiristor are proprietăţi care îl face atractiv şi pentru
alte aplicaţii de mare putere cum ar fi controlul motoarelor în gama multi-
megawaţţilor. Tiristorul ETO poate comuta curenţi de până la 4000 amperi la tensiuni
de până la 6000 volţi.
Asamblarea unui tiristor ETO este foarte dificilă şi la ora actuală capacităţile de
producţie sunt limitate. Se fac eforturi pentru automatizarea procesului de asamblare.

Tehnici avansate de Packaging Electronic
Dispozitivele semiconductoare de putere sunt limitate
de legăturile cu restul sistemului. Legături prin fire
(wirebond) sau lipituri executate prost pot produce zone
fierbinţi la trecerea curentului electric prin dispozitiv.
Aceste zone fierbinţi diminuează performanţele
componentelor precum şi fiabilitatea lor. Legăturile de tip
wirebond adaugă inductanţă parazită capsulei care poate
duce la pierderi de putere şi supratensiuni.
Tehnologii noi de realizare a capsulelor, cum ar fi
„thinPak” dezvoltată de Silicon Power Corporation
(SPCO), elimină conexiunile prin fire ceea ce permite
curentului să treacă prin secţiuni mai mari micşorând
posibilitatea producerii zonelor fierbinţi. Tehnologia
thinPak a fost utilizată la IGBT-uri, MCT-uri, diode şi
necesită tehnici speciale de cositorire în zone extinse.
Metode asemănătoare au fost dezvoltate şi de alţi producători de componente
semiconductoare cum ar fi Texas Instruments şi gama de transistoare MOS numite
DUAL COOL TM
care permit o mai bună densitate energetică în sisteme cum ar
convertoarele DC – DC prin realizarea unei zone de transfer termic şi în partea
superioară a capsulei.

Utilizarea materialelor noi în construcţia dispozitivelor semiconductoare de
putere
Noi materiale semiconductoare de putere, care au potenţialul de a înlocui siliciul
încep sa apară. De exemplu, Carbura de Siliciu (Silicon Carbide (SiC)) are mare
potenţial ca material semiconductor deoarece este capabilă să funcţioneze la
temperaturi mult mai mari decât siliciu standard. Ca urmare, componentele din SiC
vor necesita mai putină răcire şi pot fi asamblate într-o capsulă mai mică. În viitor
este posibilă folosirea diamantului în construcţia dispozitivelor semiconductoare.
Diamantele au proprietăţi care le fac foarte atractive pentru folosirea lor ca
substrat în dispozitivele semiconductoare de putere. Diamantul are cea mai bună
conductivitate termică şi în acelaşi timp are o rezistenţă electrică foarte mare.
Tehnici noi de fabricaţie cum ar fi Depunerea prin vapori a Carbonului (Carbon
Vapor Deposition (CVD)) vor permite producerea diamantelor sintetice la un cost
rezonabil. Se estimează că un dispozitiv semiconductor de diamant ar putea rezista
la temperaturi de până la 5000 ° C, fără afectarea performanţei, ceea ce le face o
alternativa interesantă la dispozitivele semiconductoare cu siliciu.

Electronica de putere moderna
Electronica de putere clasică poate fi considerată, din mai multe puncte de
vedere, o disciplină matură, bine structurată. Tehnologiile şi ingineria de componente
discrete sunt pe deplin dezvoltate, în cazul în care nu se aşteaptă să întrezărească
orice inovaţie majoră, cel puţin în viitorul apropiat. Simetric, la momentul prezent,
domeniile de cercetare cu privire la topologiile convertoarelor de putere şi legate de
strategiile convenţionale, de control analogic par a fi fost bine explorate.Pe de altă
parte, putem identifica unele domenii foarte promiţătoare de cercetare în viitor in
cazul electronicii de putere. De exemplu in viitor, pot fi aşteptate noi oportunităţi în
domeniul dispozitivelor semiconductoare de frecvenţă mare, în special dacă luăm în
considerare tehnologiile de realizare de semiconductori pe bază de carbura de siliciu,
SiC, arseniură de galiu , GaAs, şi nitrură de galiu, GaN. Acestea ar putea, în viitorul
apropiat, să se dovedească a fi, practic, uşor de utilizat nu numai pentru amplificarea
de ultra-înaltă frecvenţă ale semnalelor radio, dar şi pentru conversia energiei, la
înaltă frecvenţă (multi-MHz) şi / sau de temperaturi ridicate şi, prin urmare, la un salt
foarte semnificativ în densităţile de putere realizabile.
În acest sens pot fi menţionate trei zone de interes şi care pot să joace un rol
foarte important în viitor în evoluţia conversiei de putere electrică.

Prima este integrarea într-un singur dispozitiv de componente magnetice şi
capacitive pasive, care ar putea permite punerea în aplicare a volumului minim,
pentru convertoare cvasimonolit.
Al doilea este legat de analiza şi de atenuarea interferenţelor electromagnetice
(EMI), care este posibil să devină fundamentale pentru proiectarea de frecvenţă
înaltă, de convertoare, unde problemele critice de autosusceptibilite pot fi de
întrezărite.
În al treilea rând este dezvoltarea de tehnologii şi instrumente de proiectare care
să permită integrarea de circuite de control şi dispozitive de putere pe acelaşi cip
semiconductor – on chip, în conformitate cu conceptul de aşa-numita putere
inteligentă.
Aceste domenii de cercetare reprezintă exemple bune de ceea ce, în viitor, pot fi
considerate ca orientări în electronica modernă de putere.
Din acest punct de vedere, aplicarea tehnicilor de control digital poate juca un rol
foarte important în integrarea complexă de funcţii de control, cum ar fi cele care sunt
susceptibile de a fi cerute de procesarea viitoare de energie.

Este estimat că în următorii câţiva ani aproape toată energia electrică va fi
procesată cu ajutorul Electronicii de Putere undeva în drumul de la generare la
utilizatorii finali. Electronica de putere (PE) ajută la utilizarea eficientă a energiei
electrice, reducând astfel consumul de energie. Gama largă de aplicaţii continuă să
se extindă în domenii cum ar fi sursele de tensiune, controlul motoarelor,
automatizările industriale, stocarea energiei, precum şi transmiterea energiei
electrice / distribuţie.
Viitorul Electronicii de Putere va evolua în următoarele direcţii:
 Viitorul va cere Sisteme Integrate pentru procesarea electronică a puterii
electrice. O abordare multi-disciplinară este necesară pentru noi realizări
în procesul de integrare, packaging, fiabilitate şi reducere a costurilor.
 Controlul inteligent şi gestionarea energiei va deveni uşor. Integrarea
componentelor pasive şi managementul termic sunt la fel de importante.
 Răspândirea electronicii de putere în sistemele de putere, în principal în
generarea distribuită.
 Folosirea pe scară largă a electronicii de putere în aplicaţii auto. Acest
lucru depinde în mare măsură de deciziile politice, precum şi de
tehnologiile avansate.

 Avansul tehnologic al dispozitivelor către un curent şi tensiune mai mare
va avea un impact major asupra aplicaţiilor de tracţiune.
 Aplicaţii în curs de dezvoltare în domeniile comerciale / zone rezidenţiale:
HVAC, gătit cu inducţie, iluminat, surse de calculator, etc.
 Costurile de utilizare a electronicii de putere va depinde de factori cum ar
fi:
• Reciclarea
• Standarde cu privire la EMI
• Inteligenţă / protecţie
• Convertoare modulare
• Consideraţii legate de fiabilitate
• Inginerie termică
• Integrarea electromagnetică
 Carbura de siliciu este o evoluţie importantă în viitorul dispozitivelor
semiconductoare de putere.
 Generarea distribuită şi calitatea energiei electrice sunt consideraţii
importante în viitor.
 Pentru aplicatii de putere foarte mare modularizare se va extinde, cu
condiţia ca eficienţa, costul sistemului şi flexibilitatea să fie acceptabile.
 Stocarea rapidă a energiei este necesară în numeroase aplicaţii. În
prezent, super – condensatorii par a fi soluţia cea mai promiţătoare pentru

energii de până la 5 kWh. În următorii zece ani, toate celelalte opţiuni de
stocare a energiei vor continua să fie luate în considerare.
 Aplicaţii în distribuţia puterii electrice includ convertoare DC-DC, filtre
dinamice, conversia frecvenţei şi dispozitive speciale.
Dezvoltarea continuă a standardelor şi reglementărilor de interconectare va
prezenta atât oportunităţi de piaţă cât şi provocări tehnologice pentru industria
electronicii de putere. Cercetările viitoare şi eforturile de dezvoltare vor trebui să se
concentreze pe îmbunătăţirea eficienţei şi fiabilităţii, comunicare, managementul
termic, reducerea numărului de componente folosite şi a punctelor de defectare,
ambalarea şi minimizarea costurilor.
De ce controlul digital
Aplicarea de tehnici de control digital pentru conversia de putere electrică a fost
întotdeauna considerată foarte interesantă, în principal datorită avantajelor create de
un control digital, comparativ cu unul analogic. Cu siguranţă, cea mai relevantă este
posibilitatea pe care le oferă controlul digital în aplicaţiile sofisticate de conversie a
puterii electrice, având grijă de neliniarităţile, variaţiile parametrilor sau toleranţele de
construcţie prin mijloacele de autoanaliză şi strategii de autoreglare, foarte dificil sau

imposibil să pună în aplicare într-un context analogic. Un alt avantaj major este
acela, care permite proiectantului să modifice strategia de control, sau chiar de a
reprograma complet aceasta, fără a fi nevoie de modificări semnificative de
hardware. De asemenea, foarte importante sunt toleranţa mai mare la semnal/
zgomot şi absenţa completă a efectelor îmbătrânirii sau cauzelor termice.
În plus, trebuie să considerăm că, în prezent, o mare varietate de dispozitive
electronice, de la cele electrocasnice la cele de instrumentaţie industriale, necesită
prezenţa unor forme de interfaţa om-maşină. Implementarea sa este aproape
imposibil fără a avea un sistem cu microprocesor încorporat. Utilizarea puterii de
calcul, care astfel devine disponibilă, de asemenea, pentru sarcini de control la nivel
inferior este aproape inevitabilă.
Din aceste motive, punerea în aplicare a controlului digital a fost din ce în ce
răspândită şi a devenit singura soluţie eficientă pentru o mulţime de zone industriale
de producţie. Pentru a da un exemplu, unităţile de acţionare electrică şi sursele de
alimentare neîntreruptibilă (UPS-uri) sunt în prezent aproape pe deplin controlate prin
mijloace digitale.
Creşterea disponibilităţii de low-cost, de înaltă performanţă, microcontrolere şi
procesoare de semnal digitale stimulează diseminarea de controlere digitale, de
asemenea, în zonele în care costurile de circuite de control sunt o problemă cu
adevărat critică, ca şi cea a furnizărilor de energie pentru echipamente portabile,
încărcătoare de baterii şi multe altele.

Cu toate acestea, o creştere semnificativă a cererilor de control digital în aceste
pieţe foarte concurente nu este de natură să aibă loc până la apariţia de noi metode
de punere în aplicare, diferit de microcontrolerele tradiţionale sau aplicarea de DSP-
uri.. Din acest punct de vedere, efortul de cercetare spre aplicaţii de control digital
este axat pe proiectarea de circuite integrate personalizate, pe sisteme dedicate
orientate mai mult pe design algoritmic şi aplicaţii. Chestiuni cum ar fi minimizarea,
scalabilitatea, reducerea consumului de putere şi de ciclu limită juca un rol cheie.
Ingineria electronica de putere este, în acest caz, profund implicată în soluţionarea
problemelor de control digital integrat, de design de circuit, un rol care va fi şi mai
mult aprofundat şi mai frecvent în viitor.
Perspective în controlul digital în electronica de putere
Din discuţia de mai sus, rezultă fără nici o surpriză dacă afirmăm că ne putem
gândi la elemente de creştere şi de utilizare a controlului digital în electronica de
putere, situaţie practic de neoprit. Avantajele circuitelor de control digital, aşa cum au
fost prezentate pe scurt în secţiunea anterioară, sunt atât de evidente că, în cele din
urmă, toate soluţiile disponibile în prezent de control analogic,în marea lor majoritate,
urmează să fie înlocuite de altele noi, integrarea făcându-se prin prelucrarea de
semnale digitale. Într-adevăr, aceasta este tendinţa imediată şi trebuie să se
recunoască faptul că , caracteristicile de control digital corespund nevoilor actuale şi,
chiar mai mult, în viitor în implementarea de soluţii puternic integrate de convertoare

inteligente de putere. Ideea este numai cât timp acest proces va lua. Putem încerca
să contureze dezvoltarea viitoare de controlere digitale distinge diferite domenii de
aplicare.
Mediile de aplicaţie de mare putere, cum ar fi unităţile de acţionare electrică,
sursele de alimentare convenţională sau dedicate, surse de alimentare
neîntreruptibile, interfeţele de surse de energie regenerabile, sunt susceptibile de a fi
dezvoltate în conformitate cu aceeaşi organizare hardware de bază pentru o lungă
perioadă de timp. Utilizarea de unităţi microcontrolere sau procesoare de semnale
digitale în acest domeniu este probabil să rămână foarte intensă. Tendinţa de
evoluţie va fi probabil reprezentată de integrarea tot mai mare de funcţii de nivel
superior, de exemplu, de tip CAN, interfeţe om - maşină, capacităţi de diagnosticare
la distanţă, care necesită în prezent adoptarea de diferite unităţi de procesare a
semnalului, cu funcţii de control de nivel scăzut.
În ceea ce priveşte cererile de consum redus de energie care sunt determinante,
aşa cum am menţionat în secţiunea anterioară, nu putem, în acest moment, descrie
o piaţă stabilită şi stabilă pentru controlerele digitale. Aplicarea de control digital în
acest domeniu este obiectul unor cercetări intense. În viitorul apropiat, noi soluţii de
control pot fi anticipate, care vor înlocui controlul analogic echivalent cu soluţii
digitale, într-un mod care poate fi considerat aproape transparent pentru utilizator.
Succesiv, integrarea completă a circuitelor de putere şi de control este de natură să
determine o schimbare radicală în modul în care convertoarele de putere de mare
eficienţă sunt proiectate şi realizate.

Electronica de putere în soluţii de calitate a energiei
Calitatea energiei devine o problemă de
actualitate datorită utilizării pe scară tot mai largă a
aparaturii electronice tot mai sofisticate şi care
necesită o alimentare cu energie de bună calitate.
Injectarea în reţea a puterii active provoacă noi
probleme în sistemul de distribuţie. Serviciile care
asigură calitatea energiei trebuie studiate cu atenţie
datorită diversificării necesităţilor clienţilor.
Oportunitatile care apar în Electronica de putere Auto
Necesitatea pentru electronica de putere în vehicule apare datorită a patru
factori: arhitecturi noi, conversia energiei la cerere, un control electronic precis şi
cereri de mare putere intermitente. Costul electronicii de putere este de aspect critic,
ceea ce duce la configuraţia optimă a sistemului pentru a face electronica de putere
mai mică şi mai puţin costisitoare pentru fabricarea în volume mari. Provocările

pentru electronica de putere auto sunt să se găsească soluţiile tehnice la costuri cât
mai mici pentru producţia de serie mare.
Două aspecte care generează un
consum important de putere în vehicule
sunt nivelul sporit de confort în masinile
noastre, precum şi îmbunătăţirea şi/sau
înlocuirea soluţiilor mecanice.
Necesitatea reducerii consumului de
carburant conduce la dezvoltarea de
pompe cu viteză variabilă de alimentare
cu combustibil, ungere şi răcire în
vehicule. Reţelele CAN au devenit
inevitabile în scopul de a reduce
costurile, complexitatea şi ratele de defectare a cablurilor. Electronica de putere este
deja angajată în controlul motorului şi sistemul de frânare ABS. Introducerea
alimentării la 42V (Powernet 42-V) este un pas intermediar pentru a introduce
electronica de putere în alte sisteme. Primele sisteme care vor beneficia de trecerea
la 42V Powernet sunt sistemele electrice, servodirectie, frâne electrice si motoarele
de ventilatoare de răcire. Din cauza tensiunii mare, aspectele de siguranţă nu ar
trebui să fie ignorate. Îmbunătăţirea fiabilităţii şi durata de viaţă a bateriilor este
necesara.

Vehicul electric hibrid oferă utilitate ne-compromisă şi beneficiile economiei de
combustibil variind de la 5% la 50% sau mai mare faţă deun vehicul non-hibrid.
Succesul noii generaţii Toyota Prius este un eveniment important. Prius are rapoarte
excelente de fiabilitate şi a marcat bine la testele de siguranta.
Packaging şi Sisteme inteligente
Un efort continuu în Electronica de Putere este de a
creşte densitatea de putere. Acest lucru este realizat prin
micşorarea dimensiunilor componentelor, poziţionarea
mai apropiată faţă de alte componente şi reducerea
numărului de componente.
O mai bună gestionare termică şi folosirea unor
materiale îmbunătăţiete pentru capsule poate creşte
densitatea componentelor în unitatea de suprafaţă.
Sistemele pe siliciu (System on Chip (SOC)) şi Sistemele
pe capsulă (System On Package (SOP)) permit densităţi
mai ridicate.
Multiple tehnologii de ambalare sunt necesare pentru a crea module integrate de
putere (integrated power modules (IPMS)) sau blocri electronice elementare de
putere (Power Electronic Building Block (PEBBs)). Aceste abordări vor fi economice
dacă sunt realizate cu scop multiplu şi cu caracteristici programabile.

Surse neîntreruptibile de alimentare
În ultimii ani a existat o creştere dramatică în vânzarile
sistemelor UPS din gama 11 - 50kVA, precum şi o scădere la
fel de rapidă în gama sub 2kVA. UPS-urile din gama 11-50kVA
sunt segmentul dominant la nivelul anilor 2000. În următorii
cinci ani, cu toate acestea, creşterea în segmentul 50kVA> şi
declinul corespunzător în segmentul 2-10kVA este cu ritm mai
rapid decât înainte. Pierderea cotei de piaţă în segmentul sub
2kVA este atribuită maturizării pieţei de PC şi Workstation.
Creşterea numărului de centre de date pe Internet (IDCs) a
generat o creştere în segmentul de 11 - 50kVA.
Generare distribuită şi cogenerare
Generarea distribuită şi cogenerarea (Distributed and cogeneration (DCG)) au un
potenţial foarte mare de creştere, pe măsură ce lumea devine din ce în ce mai
dependentă de energie şi consumă mai multă energie. DCG ajută la stabiilzarea
preţurilor asociate producţiei convenţionale de energie, asigură o fiabilitate sporită,
creşte utilizarea energiei ecologice, reduce emisiile de seră şi reduce deficitul de
energie şi sărăcia.

În noile tehnologii DCG, inclusiv celulele de combustie, panouri fotovoltaice,
microturbine si turbine eoliene, electronica de putere reprezintă 15% - 25% din costul
total al sistemului. Mai mult, dezvoltarea din domeniul electronicii de putere joacă un
rol foarte important în îmbunătăţirea performanţelor sistemelor, care va conduce la
penetrarea DCG pe piaţa de energie electrică.
Turbinele eoliene sunt cea mai mare piaţă pentru electronica
de putere, în timp ce panourile fotovoltaice, microturbinele şi
celulele de combistie vor avea rate mai mari de creştere. În urmă
cu câţiva ani, doar aproximativ 30% din turbinele eoliene utilizau
electronica de putere. Acest procent a crescut la 80% în recent
instalatele turbine eoliene. Invertoarele sunt folosite pentru
operarea cu viteză variabilă a generatoarelor eoliene, pentru a
atinge eficienţă bună şi pentru a îmbunătăţi calitatea energiei în
fermele eoliene.
Un invertor multifuncţional combină funcţionarea din
acumulator cu funcţionarea din reţea pentru a asigura fiabilitatea
sistemului. Invertoare cu controllere inteligente pot urmări punctul
optim de funcţionare a panourilor solare în diferite condiţii
atmosferice şi de sarcină.
Comutatoare de transfer static folosind tiristoare reduc timpul de detecţie-reacţie
la mai puţin de 4 ms, de şase ori mai rapid decât dispozitivele electromecanice.

UltraCapacitoare
UltraCapacitoarele sunt utilizate în Electronica de Putere
pentru a oferi putere mare la cerere. Ele sunt folosite cu
succes în vehiculele electrice pentru medierea cererii
instantanee de putere dubând durata de viaţă a bateriei şi
mărind autonomia cu până la 32%. Condensatori au aplicaţii
largi, dar sunt rareori folosiţi ca o sursă de alimentare de sine
stătătore.
UltraCapacitorul este alcătuit dintr-o folie de metal legată
la un strat de carbon activat. Stratul de carbon activat este
separat cu o folie de sticlă şi pot fi stratificate sau laminate într-
un container. Un electrolit apos sau organic se adaugă la
container şi UltraCapacitorul este sigilat. Electrolitul organic
oferă tensiuni mai mari de străpungere şi energie specifică mai mare, dar are
rezistenţă internă mai mare comparativ cu electrolitul apos.
Deoarece încărcarea şi descărcarea unui condensator nu este un proces chimic,
acestea pot fi folosite cu aproape nici o deteriorare. UltraCapacitoarele pot rezista
mai mult de 5000000 de cicluri de descărcare, au de 10 ori densitatea de energie a
condensatorilor electrolitici convenţionali şi de 10 ori densitatea de putere a
sistemelor de stocare cu acumulatori. Densitatea de putere este raportul dintre
capacitatea de livrare de putere şi greutatea dispozitivului.

Variatoare de frecvenţă
Tendinţe cheie de dezvoltare în unităţi industriale şi
de tracţiune de curent alternativ includ dominaţia
variatoarelor de frecvenţă. Tranzistoarele IGBT sunt
predominant folosite pe post de contactor electronic
atât în aplicaţii industriale cât şi de tracţiune de la
kilowaţi până la multi-MW. Realizări în tracţiune
electrică atât pentru transportul feroviar cât şi pentru
vehicule rutiere sunt aşteptate, inclusiv invertoare de
tracţiune în toate dimensiunile. Aspectele cheie
curente, cum ar fi calitatea puterii de intrare şi efectele
comutării tranzistoarelor IGBT rapide asupra maşinilor
şi interferenţele electromagnetice (EMI) urmează să fie
studiate în detaliu.
Câteva motive pentru folosirea variatoarelor de frecvenţă pentru controlul
motoarelor:
1. Economiile de energie - Mai mult de 65% din energia electrică industrială este
consumată de motoarele electrice. Din această cauză este logic să se adapteze
viteza motorului la cerinţle sarcinii. Diferite aplicaţii ca pompe centrifugale si
ventilatoare beneficiază cel mai mult de variatoarele de frecvenţă. De exemplu,

atunci când viteza pompei poate fi înjumătăţită, consumul de energie rezultat este
redus cu un factor de opt!
2. Controlul curentului de pornire - curenţii de pornire la motoarele de curent
alternativ pot fi de 6-10 ori mai mari decât curenţii nominali. Aceşti curenţi generează
stres în înfăşurări, generează căldură şi scurtează durata de viaţa a motorului.
Variatoarele de frecvenţă încep de la zero tensiunea şi frecvenţa, prelungind durata
de viaţă a motorului.
3. Reducerea perturbaţiilor pe liniile de alimentare – Variatoarele de frecvenţă,
prin controlul curentului de pornire, micşorează perturbaţiile ce ajung în liniile de
aliementare ceea ce împiedică dereglarea echipamentelor de tensiune sensibile,
reducând timpii de întreţinere.
4. Micşorarea cererii de putere maximă - Reducerea cererii de putere maximă
înregistrate în cursul unei perioade de timp poate reduce costurile de energie. Mai
puţină energie folosită în timpul pornirii motorului înseamnă taxe mai mici.
5. Controlul acceleraţiei - Această caracteristică a sistemelor cu variator de
frecvenţă reduce stresul mecanic din motor, precum şi asupra componentelor
sistemului. Echipamentul clienţilor şi produsele sensibile sunt de asemenea protejate.
6. Controlul fin al turaţiei – Sistemele cu variator de frecvenţă oferă posibilitatea
alegerii turaţiei optime procesului ceea ce permite optimizarea globală.

7. Controlul cuplului – Un sistem cu variator de frecvenţă poate limita cuplu
(curentul) furnizat unui motor AC pentru a proteja împotriva blocajelor mecanice sau
defecţiuni. De asemenea, protejează produsul care este fabricat, care poate fi fragil.
8. Inversarea sensului de rotaţie - Prin schimbarea ordinii de deschidere a
dispozitivelor semiconductoare interne, variatorul de frecvenţă poate intershimba
ordinea a două faza pentru a schimba sensul de rotaţie al motorului. Eliminarea
contactoarelor mecanice separate scade spaţiul necesar şi scade costurile de
întreţinere.
9. Eliminarea componentelor – Sistemele cu variatoare de frecvenţă pot elimina
componente externe-mecanice (curele, transmisii, cutii de viteze), electrice
(automate programabile, contactoare), precum şi alte controllere de proces.
10. Oprirea controlată - Controlul decelerării unui motor este la fel de important
ca şi controlul acceleraţiei. Timpul de oprire trebuie să se potrivească cu aplicaţia
variatorul de frecvenţă putând funcţiona ca o frână. Beneficiile sunt creşterea
productivităţii şi utilizarea eficientă a materiei prime.

Power over Ethernet (PoE)
Power over Ethernet (PoE) integrează trasferul de putere şi de date pe un singur
cablu de infrastructură, eliminând necesitatea de avea o priză de curent alternativ
disponibilă în toate locaţiile.
Transmisia de putere şi de date este integrată pe acelaşi cablu, compatibil Cat
5/5e cu o lungime de până la 100 de metri. În timpul penelor de curent, PoE asigură
funcţionarea continuă de la distanţă a
dispozitivelor conectate cum ar fi
telefoane IP, puncte wireless de
acces şi camerele IP de securitate,
atunci când este utilizat în conjuncţie
cu un sistem centralizat de alimentare
neîntreruptă (UPS).
PoEe, este deja adoptat pe scară
largă, economisind până la 50% din
totalul costurilor de instalare prin
eliminarea necesităţii de a instala
cabluri electrice.

v. VIITORUL PROCESĂRII ŞI CONVERSIEI PUTERII ELECTRICE
Trecerea de la electronica de putere la sisteme
 Trei nivele există în electronica de putere, şi anume componente, circuite şi
sisteme. Sistemele au nevoie de mai multă atenţie, iar pe acest lucru se va pune
accentul în viitor.
 Performanţa, probleme de control şi problemele de integrare de sistem au
devenit mai importante decât tehnologia electronicii de putere.
 Fiabilitatea şi costul vor fi foarte importante pentru acceptarea din partea
consumatorilor.
 Evoluţia pieţii de desfacere este un factor important pentru electronica de
putere.
 Electronica de putere este o tehnologie cu un rol de sprijin. Dacă vrem să
joace un rol mai mare, atunci trebuie să înţelegem problemele sistemelor.
Cererea este pentru integrarea procesării puterii electrice în sisteme.
 Electronica de putere îşi extinde rolul său odată cu prelucrarea inteligentă şi
eficientă de putere. Sistemele de putere şi sistemele de mecatronica oferă multe
posibilităţi.

 Noile tehnologii şi proiectarea termică mai bună pot avea un impact mai mare
în creşterea densităţii de putere decât abordarea convenţională de îmbunătăţire
a eficienţei.
Stocarea energiei
 Viitorul este pentru surse de energie alternative combinate cu alte surse de
energie foarte dinamice ce utilizează noi tehnologii fiabile PE.
 In gama kWh, super-condensatorii sunt propuşi şi folosiţi în prezent ca
elemente de depozitare corespunzătoare în scutere si propulsie diesel electrică.
 Economia hidrogenului va oferi o bună oportunitate pentru electronica de
putere pe termen lung. Cu toate acestea producţia, depozitarea şi transportul de
hidrogen sunt încă principalii factori limitatori.
 În aplicaţiile auto, ultra-condensatorii par a fi dispozitivele ideale pentru a
recupera energiile cinetice (de frânare).
 Stocarea eficientă a energiei este una dintre principalele provocări în următorii
zece ani, în vederea optimizării utilizării energiei.

Sisteme de alimentare
 Reţelele de distribuţie electrică din viitor trebuie să fie inteligente, tolerante la
defecţiuni, dinamic şi static controlabile şi eficiente energetic.
 Calitatea energiei electrice reprezintă o oportunitate semnificativă de a aplica
electronica de putere în sistemele de alimentare.
 HVDC din regiuni mai mari vor fi legate pentru a echilibra diferenţele regionale
în producerea de energie (eoliene) şi consumul de energie.
Tehnologia
 Este prevăzută o mare creştere a pieţei în domeniul electronicii de putere.
 Este un avantaj clar în creşterea puterii turbinelor eoliene în domeniul MW-lor.
 Densitatea de putere şi greutate a electronicii de putere au devenit factori de
limitare fundamentali.
 O mare provocare va fi integrarea surselor de producţie distribuită în reţea.

vi. CUPRINS CURS
CONVERSIA EFICIENTA A PUTERII ELECTRICE
CURS 1 INTRODUCERE IN EP MODERNA
v. VITORUL PROCESĂRII ŞI CONVERSIEI PUTERII ELECTRICE
vi. CUPRINS CURS
CURS 2 METODE DE MODULAŢIE PENTRU CONVERTOARE
2.1. PRINCIPIUL MODULAŢIEI PWM (PULSE WIDTH MODULATION)
2.2. MODULAŢIA PWM PENTRU INVERTOARE MONOFAZATE
2.3. ALTE METODE DE MODULAŢIE
CURS 3 MODULAŢIA PWM PENTRU CONVERTOARE DC-AC TRIFAZATE
3.1. INVERTOARE TRIFAZATE
3.2. MODULAŢIA PWM SINUSOIDALĂ PENTRU INVERTOARE TRIFAZATE
3.3. MODULAŢIA PWM CU FUNCŢII WALSH

CURS 4 MODULAŢIA PWM CU VECTORI SPAŢIALI (SV-PWM)
4.1. DEFINIREA VECTORILOR PARK (VECTORI SPAŢIALI)
4.2. VECTORII PARK DE TENSIUNE PENTRU UN INVERTOR TRIFAZAT ÎN PUNTE
COMANDAT CU SECVENŢE DE 180
4.3. VECTORII PARK DE TENSIUNE PENTRU UN INVERTOR TRIFAZAT ÎN PUNTE
COMANDAT PWM
CURS 5 ANALIZA CONVERTOARELOR REZONANTE
5.1 INTRODUCERE IN CONVERSIA REZONANTA A PUTERII
ELECTRICE.CLASIFICAREA CONVERTOARELOR REZONANTE
5.2 MODELUL RETELEI CU COMUTATOARE CONTROLATE
5.3 MODELEUL RETELEI DE REDRESARE SI A RETELEI FILTRU CAPACITIV
5.4 MODELUL RETELEI REZONANTE
5.5 CONVERTORUL REZONANT MODELAT PRIN FUNCTII DE TRANSFER
CURS 6 TEHNICI DE COMUTATIE LA CONVERTOARELE REZONANTE
6.1 COVERTORUL REZONANT SERIE
6.2 CONVERTORUL REZONONANT PARALEL
6.3 COMUTATIA SOFT
6.4 COMUTATOARE REZONANTE ZVS-ZCS

CURS 7 ELEMENTE DE EFICIENTA COMUTATOARELOR STATICE
7.1 COMUTATIA TRANZISTORULUI CU SARCINA REZISTIVA
7.2 SARCINA STOCATA LA DIODA
7.3 CAPACITATILE PARAZITE ALE DISPOZITIVELOR
7.4 EFICIENTA SI FRECVENTA DE COMUTATIE
CURS 8 PUTEREA ELECTRICĂ ŞI CALITATEA PUTERII . SOLUŢII PASIVE.
8.1 PUTEREA ELECTRICĂ ŞI CALITATEA PUTERII (POWER QUALITY)
8.2 SOLUŢII PASIVE DE ÎMBUNĂTĂŢIRE A CALITĂŢII PUTERII
CURS 9 CIRCUITE DE CORECTIE A FACTORULUI DE PUTERE (PFC) MONOFAZATE
9.1 TOPOLOGII DE CIRCUIT PFC MONOFAZATE
9.2 TOPOLOGIA REDRESORULUI CVASI-IDEAL
9.3 RELAŢII DE DIMENSIONARE
CURS 10 CIRCUITE DE CORECŢIE A FACTORULUI DE PUTERE (PFC) TRIFAZATE
10.1 REDRESORUL TRIFAZAT IDEAL ŞI REZISTORUL TRIFAZAT FĂRĂ PIERDERI
10.2 CIRCUITE PFC TRIFAZATE CU MAI MULTE ÎNTRERUPĂTOARE ACTIVE
10.3 CIRCUITE PFC TRIFAZATE BAZATE PE CONVERTOARE C.C.-C.C. CU UN
SINGUR ÎNTRERUPĂTOR ACTIV
10.4 REDRESORUL VIENNA
10.5 COMANDA CIRCUITELOR PFC TRIFAZATE

CURS 11 FILTRE ACTIVE DE PUTERE
11.1 TOPOLOGIILE FILTRELOR ACTIVE
11.2 STUDIU - FILTRE ACTIVE DE PUTERE PARALEL TRIFAZATE
CURS 12 ELEMENTE DE ELECTRONICA DE PUTERE DIGITALA
12.1 INTRODUCERE ÎN MODELAREA DIGITALA ÎN EP
12.2 MODELAREA CONVERTOARELOR AC-DC
12.3 MODELAREA CONVERTOARELOR DC-AC
12.4 MODELAREA CONVERTOARELOR DC-DC
12.5 MODELAREA CONVERTOARELOR AC-AC
CURS 13 SISTEME DE COMANDĂ DEDICATE PENTRU CONVERSIA PUTERII ELECTRICE
13.1 PRIVIRE DE ANSAMBLU ASUPRA SISTEMELOR DE COMANDĂ DEDICATE
13.2 SISTEM DE COMANDĂ DEDICAT PENTRU UN INVERTOR TRIFAZAT

Curs cepe 1

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

En vedette

En vedette (15)

Similaire à Curs cepe 1

Similaire à Curs cepe 1 (20)

Plus de Gaby Filipescu

Plus de Gaby Filipescu (8)

Curs cepe 1