UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE

„HERMANN OBERTH”

Specializarea ELECTRONICA APLICATA

DISCIPLINA

ELECTRONICA DE PUTERE

Programa analitica a cursului

Programa analitica a laboratorului

Programa analitica a proiectelor

Bibliografie

Modalitati de evaluare a cunostintelor

Subiecte de examen

Referat

Coordonator: Student: Vida Cornel Ionut

Francisc Török Grupa: Anul III 332/1

ANUL UNIVERSITAR 2011-2012

- 2 -

Programa analitica a cursului

1. Conversii energetice.

2. Conversia parametrică a energiei electrice.

3. Conversia energiei electrice.

4. Dioda semiconductoare.

5. Tiristorul.

6. Diacul.

7. Triacul.

8. Tranzistorul bipolar de putere.

9. Tranzistorul MOS de putere.

10. Tiristorul cu comandă bilaterală (GTO).

11. Tranzistoul bipolar cu poartă izolată (IGBT).

12. Tranzistorul controlat MOS (MCT).

13. Tranzistorul cu inducţie statică şi tiristorul cu inducţie statică.

14. Comparaţii între dispozitivele semiconductoare de putere.

15. Comutaţia în circuitele electronice cu circuite semiconductoare.

16. Întrerupătoare statice.

17. Variatoare de curent alternativ.

18. Convertorul monofazat cu nul.

19. Convertorul monofazat în punte.

20. Convertorul trifazat cu nul.

21. Convertorul trifazat în punte.

22. Regimul de conducţie întreruptă.

23. Convertoare de patru cadrane. Cicloconvertoare.

24. Variatoare de tensiune continuă

25. Invertoare cu comutaţie forţată. Modulaţia în durată a impulsurilor (PWM).

26. Invertoare de tensiune PWM.

27. Invertoare de curent PWM.

28. Convertoare de frecvenţă.

29. Surse Alimentare în tampon.

30. Surse neîntreruptibile de tensiune (UPS).

31. Surse pentru sudarea cu arc electric.

32. Energetica conversiei energiei.

- 3 -

Programa analitica a laboratorului

1. Influenţa curentului electric asupra corpului omenesc.

2. Norme de protecţie a muncii în laboratorul de electronică de putere.

3. Studiul aparatelor de laborator.

4. Studiul regimurilor staţionare ale dispozitivelor semiconductoare de

comutaţie energetică

5. Studiul regimurilor dinamice ale dispozitivelor semiconductoare de

comutaţie energetică.

6. Studiul convertoarelor monofazate cu nul şi în punte.

7. Studiul convertoarelor trifazate cu nul şi în punte.

8. Studiul variatoarelor de tensiune continuă de tip BUCK.

9. Studiul variatoarelor de tensiune de tip BOOST.

10. Studiul invertoarelor de tensiune PWM.

11. Studiul convertoarelor de frecvenţă de ca/cc.

12. Studiul unui invertor monofazat cu circuit rezonant în serie

13. Studiul unor surse de rezervă.

14. Studiul unor surse în comutaţie.

15. Studiul unui convertor de ca/cc cu izolare galvanică .

16. Studiul regimului deformant

Programa analitica a proiectelor

1. Etapele întocmirii unui proiect (fundamentarea teoretică, justificări de

soluţii, scheme bloc, scheme desfăşurate, proiectul de an, proiectul de

diplomă).

2. Proiectarea unui transformator de sudură de 3 KVA.

3. Proiectarea unor module de putere cu tiristoare şi a unui invertor monofazat

cu tiristoare cu circuit rezonant serie.

4. Proiectarea unei surse în comutaţie de mare putere.

5. Proiectarea unor variatoare de tensiune continua.

6. Proiectarea unei surse de încărcare în tampon a bateriilor de accumulator.

7. Proiectarea unui corector de factor de putere (PFC).

- 4 -

Referatul

Un subiect din tematica cursului sau din subiectele de examen.

1. Titlu

2. Rezumat

3. Textul referatului

4. Concluzii

5. Bibliografie

Referatul trebuie sa aiba 3-4 pagini, maxim 5.

Bibliografie

1. Kelemen, A. şi col.: Electronică de putere, EDP, Bucureşti 1983

2. Ionescu, F. şi col.: Electronică de putere.Convertoare statice. Ed.tehnică

Bucureşti 1996

3. Bitoleanu, A.: Convertoare statice şi structuri de comandă performante.

Ed.Sitech Craiova 2000

4. Alexa, D.: Aplicaţii ale convertoarelor statice de putere. Ed.tehnică

Bucureşti 1989

5. Popescu, V.: Electronică de putere. Ed.de Vest Timişoara 1996

6. Golovanov, C. şi col.: Probleme moderne de măsurare în electroenergetică,

Ed.tehnică Bucureşti 2001

7. Popescu, V.: Stabilizatoare de tensiune în comutaţie. Ed.de Vest Timişoara

1992

8. Williams, B.W.: Power Electronics, Ed.Macmillian 1987

9. Ericson, R.W.: Fundamentals of Power Electronics, ED.Chapman and Hall,

New York 1997

10. Maschalko, R: Convertoare de ca/cc cu modulare in durata a impulsurilor,

Ed. Mediamira, Cluj Napoca, 1997.

11. Floricau, D: Sisteme de comanda pentru convertoare statice de putere, Ed.

Printech, Bucuresti, 1997.

- 5 -

12. Ionescu, F: Dispozitive semiconductoare de putere, Indrumar de laborator,

Universitatea Politehnica, Bucuresti, 1997.

13. Ionescu, F: Convertoare statice de putere, Indrumar de laborator,

Universitatea Politehnica, Bucuresti, 1997.

14. Bitoleanu, A: Convertoare statice, Indrumar de laborator, Universitatea din

Craiova, 1993.

15. Cerbulescu, D: Convertoare statice de putere, Ed. Universitare din Craiova,

1995.

16. Ionescu, F: Electronica de putere, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1998.

17. Alexa, D: Convertoare de putere cu circuite rezonante, Ed, Tehnica

Bucuresti, 1998.

18. Ionescu, F si col: Electronica de putere, Modelare si simulare, Ed. Tehnica,

Bucuresti, 1997.

19. Lungu, M si col: Echipamente de modulare cu semiconductoare de putere-

proiectare, verificare, utilizare + IPA, Bucuresti.

20. Hauler, E: Mutatoare – Indrumar de laborator, Timisoara, 1984

21. Radoi, C si col: Electronica si informatica industriala – Aplicatii practice,

Ed. Tehnica, Bucuresti, 1977.

22. Iordache, M si col: Calitatea energiei electrice, Ed. Tehnica, Bucuresti,

1997.

23. Popescu, V: Stabilizatoare de tensiune in comutatie, Ed. de Vest,

Timisoara, 1992.

24. Bodea, M. si col: Circuite integrate liniare. Manuale de utilizare, vol. IV,

Ed. Tehnica, Bucuresti, 1985.

25. Nicolae, P.M.: Calitatea energiei electrice in sistemele electromagnetice de

putere limitata, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1998.

26. Fansua, A.: Conversia electromecanica a energiei, Ed. Tehnica, Bucuresti,

1999.

27. Popescu, V.: Convertoare de putere in comutatie, Ed. de Vest, Timisoara,

1999.

28. Popescu, V.: Electronica de putere, Ed. de Vest, Timisoara, 1999.

29. Popescu, M.O.: Convertoare statice de c.c. – c.c. cu comutatie fortata, Ed.

ICPE, Bucuresti, 1999.

30. Ionescu, F.: Electronica de putere, Ed. ICPE, Bucuresti, 2000.

31. Ghita, C: Convertoare electromecanice. Vol. I, Ed. ICPE, Bucuresti, 1998.

32. Ghita, C: Convertoare electromecanice. Vol. II, Ed. ICPE, Bucuresti, 1999.

- 6 -

Modalitati de evaluare a cunostintelor

Capacitatea de analiză şi sinteză a studenţilor şi de-a lungul semestrului , atât la

orele de curs cât şi de laborator. Nota finala N obţinută de student ca o măsură a

cunoştinţelor acumulate şi a disponibilitatilor de utilizare a acestor cunostinte are

urmatoarele componente:

N1- nota pentru prezenta

N2- nota pentru activitatea desfăşurată la laborator

N3- nota pentru referat

N4- nota pentru lucrări de control

N5- nota de examen final

N= 0,05 x N1 + 0,1 x N2 + 0,25 x N3 + 0,1 x N4 + 0,5 x N5

Prezenta este obligatorie la laborator si proiect. Activitatea de laborator este

finalizată în urma efectuării tuturor lucrărilor, absenţe maxim 4 , care se recuperează la

sfârşitul semestrului. În timpul semestrului fiecare student va întocmi un referat pe o

temă aleasă din programa analitică a cursului (acesta va fi predat şi pe suport electronic).

Se va face o cercetare tematică pe internet, de asemenea fiecare student va contacta o

firmă care produce dispozitive de electronică de putere. Lucrările de control sunt

considerate , testele de debut şi sfârşit de disciplină în care se verifică cunoştinţele

minime legate de prezenţa la disciplină.

Examenul final este oral cu răspuns după biletul de examen, care conţine 3

subiecte.

Obţinerea notei cinci după subiectele de examen dă dreptul studentului la un joc

interactiv de îmbunătăţire a notei obţinute.

Nota finală se măreşte in procent de 20% pentru activităţi deosebite în interesul

disciplinei.

Subiecte de examen

1. Conceptul de energie

2. Forme energie

3. Elemente pasive de circuit (rezistorul)

4. Elemente pasive de circuit (condensatorul)

5. Elemente pasive de circuit (bobina)

6. Intrerupatoare in electronica de putere; dispozitive semiconductoare

7. Diode semiconductoare

8. Diode redresoare

9. Diode rapide

10. Tiristorul: caracteristici, regim dinamic

11. Tiristorul: comanda, puteri disipate, protectii

12. Diacul, triacul

- 7 -

13. Tiristorul GTO

14. Tranzistor bipolar de putere

15. Tranzistorul MOS de putere

16. IGBT

17. MCT

18. SIT, SITH

19. Conectarea c.a. monofazat, intrerupatoare de c.a. monofazat

20. Intrerupatoare de c.a. trifazat

21. Variatoare de c.a. (monofazat si trifazat)

22. Cicloconvertoare

23. Variatoare de tensiune continuua

24. Invertoare

25. Modulatia in durata a impulsurilor (PWM)

26. Convertoare de frecventa

27. Surse in comutatie

28. Surse neintreruptibile de tensiune

29. Protectia convertoarelor statice de putere

30. Convertoare BUCK cu izolare galvanica

31. Convertoare BOOST cu izolare galvanica

32. Convertoare FORWARD cu izolare galvanica

33. Convertoare FLYBACK cu izolare galvanica

34. Puteri, energii in regimul deformant

35. Parametrii regimului deformant

36. Regimul deformant in sisteme energetice

37. Regimul deformant produs de convertoarele c.a/c.c

38. Masurarea regimului deformant

39. Filtre active

40. Redresor monofazat ideal PWM

41. Redresor trifazat ideal PWM

42. Convertoare PFC

43. Comanda PFC prin curent de varf

44. Circuite integrate pentru convertoare PFC

45. Convertoare cvasirezonante ZCS

46. Convertoare cvasirezonante ZVS

47. Convertoare cu circuit de sarcina rezonanta

48. Surse in comutatie in contratimp

49. Circuite integrate PWM pentru surse de comutatie

50. Circuit integrat UC 1846

51. Surse neintreruptibile de tensiune UPS

- 8 -

Referat

Redresor Trifazat In Punte Semicomandata

1. Introducere O punte semicomandată se obţine dintr-o punte complet cmandată la care

jumătatea din tiristoare sunt înlocuite cu diode. O punte trifazata este formată din 3

braţe cu diode în cazul redresorului necomandat sau cu tiristoare în cazul redresorului

complet comandat. În total rezultă 6 dispozitive redresoare ce pot fi grupate în două

structuri cu punct median M3p şi M3n. La redresorul trifazat în punte semicomandată

cele două structuri componente M3 sunt realizate cu dispozitive diferite diode,

respectiv tiristoare precum în figura 2.1.

Ca şi în cazul redresoarelor monofazate în punte şi la redresorul trifazat în

punte curentul de sarcini trece prin două elemente redresoare legate în serie.

2. Conţinut În figura 2.1 structura M3p este formată din tiristoare(T1, T2, T3) şi structura

M3n este formată din diode (D1, D2, D3). Aşadar, primul braţ al punţii, alimentat de

tensiunea uR, este format din tiristorul T1 şi dioda D1, braţul al doilea din tiristorul T2

şi dioda D2, iar barţul 3 din tiristorul T3 şi dioda D3. S-au figurat doar inductanţele

echivalente ale fazelor sursei de curent alternativ (Ls), rezistenţele fiind neglijate.

Tiristoarele lucrează doar pe alternanţele pozitive ale tensiunilor de fază.

Acestea se comandă cu unghiul α măsurat faţă de punctele de comutaţie naturală

notate cu P1, P2, P3. Diodele vor lucra doar pe alternanţele negative şi vor comuta

singure în punctele de comutaţie naturală (N1, N2, N3).

Figura 2.1(redresor trifazat în punte semicomandată)

- 9 -

Funcţionarea punţii trifazate semicomandate este mai complexă decât a punţii

monofazate deoarece prezintă particularităţi în funcţie de valoarea unghiului de

comandă. În continuare se va trata această punte în trei ipostaze de funcţionare

distincte în care unda de tensiune de la ieşire prezintă forme diferite. Cele trei situaţii

sunt luate în considerare în funcţie de următoarele valori ale unghiului de comandă α:

).18060()

,60)

),600[)

c

b

a

Relaţia undei ieşirii pentru un redresor trifazat în punte semicomandată:

)600[) a

Formele de undă corespunzătoare ale acestui interval de comandă sunt

prezentate în figura 2.2. Observăm că unda tensiunii de ieşire ud(t) prezintă doar 3

pulsuri identice într-o perioadă a tensiunii de alimntare T cu perioada Tp=2π/3rad. La

rândului fiecare puls principal este format din două pulsuri secundare diferite ca

formă. La primul lăţimea scade odată cu creşterea unghiului de comandă (π/3-α), iar

la al doilea creşte odata cu creşterea unghiului de comandă (π/3+α).

Această diferenţă faţă de puntea complet comandată se datorează faptului că

unda uM3n are o formă fixă indiferent de comandă (înfăşurarea semialternanţelor

negative ale tensiunilor de fază), iar unda

uM3p este formată din pulsuri care se

deplasează spre dreapta odata cu creşterea

unghiului de comandă. Astfel, din

combinaţia celor două tensiuni rezultă

forma de undă: din figura 2.2:

)()()(33

tututunMpMd

Figura 2.2 (formele de undă corespunzătoare

unui redresor trifzat în punte semicomandată –

unghi de comandă: α=30°)

2

cos1cos1

2

63

dosdNdpdUuuuu

- 10 -

Cu toate că au loc la distanţe inegale în timp, comutaţiile curentului id se

produc succesiv, la fel ca în cazul punţii complet comandate. Pe durata conducţiei

unei diode are loc o comutaţie comandată între două tiristoare şi pe durata conducţiei

unui tiristor are loc o comutaţie necomandată a curentului între două diode din partea

inferioară a punţii.

În ultima diagramă din figura 2.2 este prezentată forma de undă a curentului de

fază (iR) pentru a evdenţia modul în care puntea semicomandată interferează cu

reţeaua. Putem observa că unda curentului absornit de aceasta este alternativă şi

prezintă întreruperi. Întreruperile dintre ciclurile identice sunt mai mari şi cresc odată

cu unghiul de comandă (π/3+α), iar cele de la jumătatea perioadei sunt mai mici şi

scad odată cu unghiul de comandă (π/3-α).

Forma dreptunghiulară a alternanţelor curentului de fază, cu întreruperile

menţionate mai sus determină o poluare armonică consistentă a reţelei de către puntea

trifzată semicomandată. În plus, dacă filtrarea curentului id nu este perfectă , între

alternanţa pozitivă a curentului de fază şi alternanţa negativă apare o uşoară asimetrie.

Un aspect care trebuie evidenţiat constă în defazarea armonicii fundamentale a

curentului de fază (iR) în urma tensiunii cu jumătatea unghiului de comandă (φ1=α/2).

60)b

Pentru această valoare a unghiului α are

loc o suprapunere de comutaţii sau o comuţie

dublă a curentului id, atât între două tiristoare

din partea superioară a punţii cât şi între două

diode din partea inferioară a punţii.

Formele de undă sunt prezentate in

figura 2.3

Putem observa că, la un unghi de α=60°,

intervalele de conducţie ale perechilor (T1+D2),

(T2+D3), (T3+D1) dispar şi rămân să se

rotească pentru conducţie doar cele trei

perechi de dispozitive redresoare (T1+D3),

(T2+D1) şi (T3+D2) pe intervalele (π/3+α).

Astfel într-o perioadă a tensiunii de

alimentare T în forma de undă a tensiunii ud

apar 3 pulsuri bine conturate, fără pulsuri

secundare. Fiecare puls este format dintr-o

porţiune a semialternanţelor tensiunilor de

linie:uRT, uSR şi uTS.

Figura 2.3 (α=60°)

- 11 -

)18060() c

Având unghiul de comandă

α>60° forma de undă a tensiunii

instantanee redresate ud conţine, ca şi

în cazul α=60°, trei pulsuri identice ale

tensiunilor de linie într-o perioadă T a

tensiunii de alimentare, aşa cum se

prezintă în figura 2.4. Deosebirea faţă

de cazul anterior constă în faptul că

laţimea pulsurilor scade odată cu

mărimea unghiului de comandă. În

plus, apar intervalele în care tesiunea

ud se anulează, atunci când aceasta are

tendinţa să îşi schimbe polaritatea,

datorită apariţiei căilor de descărcare

formate din tiristorul aflat în conducţie

şi dioda de pe acelaşi braţ cu el.

3. Concluzii Aşadar redresorul trifazat în punte semicomandată devine mai simplu, mai

ieftin şi mai uşor de comandat, însă poate fi folosit doar ca sursă de curent continuu

reglabilă cu funcţionare într-un singur cadran.

4. Bibliografie a. Dimitrie Alexa şi colectivul – Convertoare de putere cu circuite

rezonante, Editura Tehnică Bucureşti 1998

b. Popescu Viorel – Electronică de Putere

Figura 2.4 (α>60°)