Tantárgy » BMEVIAUMA20
Teljesítményátalakítók irányítása
Power Converter Control
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Teljesítményátalakítók irányítása
Power Converter Control
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEVIAUMA20 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | vizsga | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 5 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
DR. Balogh Attila
beosztás: egyetemi docens
elérhetőség:
balogh.attila@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék
|
||||||||||||
| Kar | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | https://www.aut.bme.hu/Course/VIAUMA20 | ||||||||||||
| Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege | — | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel | nincs |
Célkitűzés
Tantárgyprogram
Az előadások részletes tematikája
1. hét: Bevezető előadás
2. hét: Teljesítmény-átalakítók áramérzékelési módszerei
3. hét: Teljesítmény-átalakítók feszültségérzékelési módszerei
4. hét: Teljesítmény-átalakítók jeleinek galvanikus leválasztása
5. hét: Szabályozástechnikai alapok – Lineáris szabályozók
6. hét: Szabályozástechnikai alapok – Kapcsolóüzemű szabályozók
7. hét: Egyfázisú inverterek főáramkörének felépítése, vezérlési módszerek
8. hét: Hálózatra kapcsolt egyfázisú inverter DC feszültségének szabályozása
9. hét: Hálózatra kapcsolt egyfázisú inverter áramszabályozása, szinuszjel identifikátor
10. hét: Háromfázisú inverterek főáramkörének felépítése, kiadható feszültségek
11. hét: Háromfázisú modulációk
12. hét: Hálózatra kapcsolt háromfázisú inverter d-q áramszabályozása
13. hét: HIL rendszerek alapjai
14. hét: HIL rendszerek használata
A gyakorlatok részletes tematikája
1. hét: Áram és feszültségérzékelés méretezése
3. hét: Galvanikusan leválasztott érzékelők és meghajtók tervezése
5. hét: Ub-R-L kör áramának irányítása digitális PI szabályozóval
7. hét: Egyfázisú szigetüzemű inverter méretezése és szimulációja
9. hét: Egyfázisú hálózatra kapcsolt inverter méretezése és szimulációja
11. hét: Háromfázisú modulációk összehasonlítása
13. hét: Hálózatra kapcsolt háromfázisú inverter méretezése és szimulációja
1. hét: Bevezető előadás
DCAC tápegységek csoportosítása feszültségszint, leválasztási mód és átalakítási mód szerint. Inverterek alkalmazási területeinek bemutatása.
2. hét: Teljesítmény-átalakítók áramérzékelési módszerei
A tápegységekben alkalmazott áramérzékelési módszerek ismertetése. Söntös, áramváltós, Hall effektuson alapuló és Fluxgate elvű megoldások felépítése, alkalmazhatósági területeinek ismertetése és az elérhető pontosság meghatározása.
3. hét: Teljesítmény-átalakítók feszültségérzékelési módszerei
A tápegységekben alkalmazott feszültségérzékelési módszerek ismertetése. Kompenzált feszültségosztó, differenciál erősítő közös módú és differenciál módú szűréssel, Hall effektuson alapuló megoldások felépítése, alkalmazhatósági területeinek ismertetése és az elérhető pontosság meghatározása.
4. hét: Teljesítmény-átalakítók jeleinek galvanikus leválasztása
A tápegységekben előforduló analóg és digitális jelek leválasztási módjainak ismertetése. Optikai, induktív és kapacitív leválasztáson alapuló megoldások felépítése, alkalmazhatósági területeinek ismertetése és az elérhető pontosság meghatározása.
5. hét: Szabályozástechnikai alapok – Lineáris szabályozók
Lineáris forrásról táplált soros belső feszültség – ellenállás – induktivitás áramkör irányítása arányos, integráló és PI szabályozóval. A szabályozási kör átviteli függvényének meghatározása, a paraméterek beállítása.
6. hét: Szabályozástechnikai alapok – Kapcsolóüzemű szabályozók
Kapcsolóüzemű forrásról táplált soros belső feszültség – ellenállás – induktivitás áramkör irányítása impulzusszélesség modulációra épülő PI szabályozóval. A szabályozási kör átviteli függvényének meghatározása, a paraméterek beállítása.
7. hét: Egyfázisú inverterek főáramkörének felépítése, vezérlési módszerek
Egyfázisú hídkapcsolású inverter felépítése és jellemző időfüggvényeinek meghatározása ellenütemű és eltolt vezérlés esetén. Az áramhullámosság kitöltési tényező függésének, illetve a félvezetők igénybevételének meghatározása.
8. hét: Hálózatra kapcsolt egyfázisú inverter DC feszültségének szabályozása
Egyfázisú hídkapcsolású aktív egyenirányító felépítése és jellemző időfüggvényeinek meghatározása ellenütemű és eltolt vezérlés esetén. A feszültségszabályozási kör átviteli függvényének, valamint a szabályozó paramétereinek meghatározása.
9. hét: Hálózatra kapcsolt egyfázisú inverter áramszabályozása, szinuszjel identifikátor
Hálózatra kapcsolt egyfázisú hídkapcsolású inverter áramszabályozási kör átviteli függvényének, valamint a szabályozó paramétereinek meghatározása. A hálózati feszültség amplitúdójának, frekvenciájának és fázishelyzetének meghatározása. A rezonáns szabályozó bevezetése.
10. hét: Háromfázisú inverterek főáramkörének felépítése, kiadható feszültségek
Háromfázisú hídkapcsolású inverter felépítése és a kiadható feszültségek meghatározása egyszerű vezérlés esetén. A Clarke és Park transzformáció bevezetése, a csillagpont potenciáljának alakulása.
11. hét: Háromfázisú modulációk
Háromfázisú hídkapcsolású inverterben alkalmazott modulációs technikák és felhasználási területeinek ismertetése. A fázisonkénti szinuszos, szimmetrikus és Flat-top moduláció bevezetése, a félvezetők veszteségének alakulása különböző modulációk esetén.
12. hét: Hálózatra kapcsolt háromfázisú inverter d-q áramszabályozása
Hálózatra kapcsolt háromfázisú hídkapcsolású inverter vektoros áramszabályozása. A szabályozási kör átviteli függvényének, valamint a szabályozó paramétereinek meghatározása.
13. hét: HIL rendszerek alapjai
A teljesítményelektronikában alkalmazott HIL (Hardware-in-the-loop) rendszerek felépítésének és tulajdonságainak ismertetése. A folytonos és diszkrét idejű modellek elkészítése egyszerű passzív áramkörök és ideális félvezetők esetén.
14. hét: HIL rendszerek használata
A HIL rendszer alkalmazása a gyakorlatban. Teljesítményelektronikai áramkörök modelljének automatikus kódgenerálása MATLAB környezetből FPGA-ra és mikrokontrollerre.
A gyakorlatok részletes tematikája
A gyakorlatokon példák formájában kerül elmélyítésre az előadásokon elhangzott illetve az önállóan feldolgozandó elméleti tananyag.
1. hét: Áram és feszültségérzékelés méretezése
Söntös és kompenzált Hall effektusos mérésen alapuló árammérési kör méretezése. A sönt és mérőkör induktivitásának kompenzálása. Kompenzált feszültségosztós mérőkör tervezése.
3. hét: Galvanikusan leválasztott érzékelők és meghajtók tervezése
Optikai, PWM és SD elvű leválasztó áramkör méretezése. A gyakorlatban használt induktív és kapacitív elvű leválasztók alkalmazása félvezetők meghajtásához, méretezési példa.
5. hét: Ub-R-L kör áramának irányítása digitális PI szabályozóval
Kapcsolóüzemű forrásról táplált soros belső feszültség – ellenállás – induktivitás áramkör irányítása impulzusszélesség modulációra épülő PI szabályozóval. A szabályozó paramétereinek analitikus meghatározása. A zárt szabályozási kör viselkedésének vizsgálata szimulációval különböző szabályozóparaméterek mellett.
7. hét: Egyfázisú szigetüzemű inverter méretezése és szimulációja
Egyfázisú szigetüzemű inverter méretezési példa. A félvezetők és a DC köri kondenzátor igénybevételének meghatározása, valamint a kimeneti LC szűrő méretezése. A méretezett áramkör paramétereinek vizsgálata szimulációval különböző modulációk alkalmazása esetén. A számított és szimulált eredmények összevetése.
9. hét: Egyfázisú hálózatra kapcsolt inverter méretezése és szimulációja
Egyfázisú hálózatra kapcsolt inverter méretezési példa. A félvezetők és a DC köri kondenzátor igénybevételének meghatározása, valamint a bemeneti LCL szűrő méretezése. A méretezett áramkör paramétereinek vizsgálata szimulációval különböző modulációk alkalmazása esetén. A számított és szimulált eredmények összevetése.
11. hét: Háromfázisú modulációk összehasonlítása
Háromfázisú hídkapcsolású inverterben alkalmazott fázisonkénti szinuszos, szimmetrikus és Flat-top modulációs technikák összehasonlítása harmonikus tartalom, veszteségek és a csillagpont potenciáljának szempontjából szimuláció segítségével.
13. hét: Hálózatra kapcsolt háromfázisú inverter méretezése és szimulációja
Háromfázisú hálózatra kapcsolt inverter méretezési példa. A félvezetők és a DC köri kondenzátor igénybevételének meghatározása, valamint a bemeneti LCL szűrő méretezése. A méretezett áramkör paramétereinek vizsgálata szimulációval különböző modulációk alkalmazása esetén. A számított és szimulált eredmények összevetése.
A tantárgy keretein belül a tápegységekben alkalmazott érzékelési módszerekkel és a konverterek irányítástechnikai kérdéseinek, problémáinak körüljárásával foglalkozunk ipari szempontok figyelembevételével. A hallgatók gyakorlati megközelítésből megismerkednek a lineáris és kapcsolóüzemű tápegységek és inverterek szabályozástechnikai modelljeivel és irányítási módszereivel, betekintést kapnak a szabályozási elvek megvalósítására (modellvezérelt tervezés) és az implementáció valósidejű ellenőrzésére.
Tanulmányi eredmények
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Tudás
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Képességek
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Attitűd
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Autonómia és felelősség
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Oktatási módszertan
A tárgy anyaga előadásokon, önállóan feldolgozandó írásos anyag formájában és gyakorlatokon kerül ismertetésre.
Önállóan feldolgozandó írásos tananyag:
Tápegységek nagy feszültségmeredekségű jeleinek érzékeléseTeljesítmény-átalakítók kétpont és áramcsúcs szabályozásaFeszültségesés és holtidő hatásai az egyfázisú inverter működésére, holtidő kompenzáció Közös módú zavarok alakulása az egyfázisú inverterekbenAszimmetrikus hálózatról üzemelő háromfázisú inverter x-y koordinátarendszerbeli rezonáns szabályozásaNapelemes rendszerek irányítási módszerei
Tanulástámogató anyagok
Online források
Veréb Szabolcs, Dr. Varjasi István, Dr. Balogh Attila: Elektronikus átalakítók irányítása (Elektronikus jegyzet). BME AUT, 2022.; Dr. Balogh Attila, Dr. Gájász Zoltán, Dr. Varjasi István, Dr. Hermann Imre, Futó András, Veréb Szabolcs: Készüléktervezés (Elektronikus jegyzet). BME AUT, 2022.
A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek
Tudás típusú kompetenciák
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
Analóg és digitális alapáramkörök.
Képesség típusú kompetenciák
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
Analóg és digitális alapáramkörök.
Általános szabályok
Követelmények:
Szorgalmi időszakban
Kötelező részteljesítmény értékelés az önállóan elkészítendő feladat (Egy vagy háromfázisú inverter és hozzá kapcsolódó folyamat villamos tervezése, a rendszer irányításának kidolgozása MATLAB környezetben) alapján, amelynek egyszeri javítására biztosítunk lehetőséget. Az aláírás megszerzésének feltétele a feladat legalább 40%-os teljesítése. A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megléte.
Vizsgaidőszakban
Kombinált vizsga, a szorgalmi időszakban önállóan elkészítendő feladat 30%-os súllyal és szóbeli teljesítményértékelés 70%-os súllyal. A vizsga teljesítésének feltétele a szóbeli teljesítményértékelés és a súlyozott eredmény legalább 40%-nak elérése.
Pótlási lehetőségek:
Az önállóan elkészítendő feladat szorgalmi időszakban történő pótlásához 1 lehetőséget biztosítunk. Második pótlás lehetősége csak indokolt esetben, egyéni egyeztetést követően biztosítható.
A vizsgák a TVSZ-nek megfelelően pótolhatók.
Teljesítményértékelési módszerek
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya
Nincs megadva részarány.
Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Vizsgarészek részaránya
Nincs megadva részarány.
Érdemjegy megállapítása
Nincs megadva érdemjegy határ.
Jelenléti és részvételi követelmények
Nincs megadva jelenléti követelmény.
Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai
Nincs megadva.
Rövid leírás
Nincs megadva.
Részletes leírás
Nincs megadva.
Ajánlott tantárgyak
Nincs megadva.
A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka
Nincs megadva munkaidő bontás.
Tantárgykövetelmények hatályossága
Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:
—
Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:
—
Tantervi elhelyezés
Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.