Kursplan för

Kraftelektronisk reglering och designprojekt
Power Electronic Control and Design Project

EIEN75, 7.5 högskolepoäng, A (Avancerad nivå)

Gäller för: 2024/25
Fakultet: Lunds tekniska högskola
Beslutad av: Programledning E
Beslutsdatum: 2024-04-02
Ikraftträdande: 2024-05-08

Allmänna uppgifter

Fördjupning: Avancerad nivå, kurs/er som inte kan klassificeras
Valfri för: E4-em, F4, F4-es, F4-fel, M4-me, M4-tt, N4-es
Undervisningsspråk: Kursen ges på begäran på engelska

Syfte

Nästan all elektrisk energi som används i samhället bearbetas av switchad kraftelektronik, från mobiltelefonladdare till motordrivningar i tunga helelektriska lastbilar, från vindkraftgenerering till laddningsstationer för elfordon etc. För att konstruera och styra sådana omvandlare är det nödvändigt att förstå både vilka kraftelektronikkretsar som är relevanta i olika applikationer, hur omkopplingen av de inblandade switcharna moduleras, hur moduleringen används för styrning av spänningar och strömmar mm, och hur man konstruerar sådana switchade omvandlare.


Ett syfte med denna kurs är att ge kunskap om de viktigaste kretskonfigurationerna med kraftelektronik, inklusive både effekthalvledare och passiva komponenter som induktorer och kondensatorer.


Ett annat syfte är att ge kunskap om hur modulering och strömstyrning går till i de mest relevanta kretsarna.


Ett tredje syfte är att ge kunskap om hur man designar en kraftelektronikkrets med en specifik uppsättning funktionsspecifikationer.


Kursen ger således förståelse för tillämpningar av kraftelektroniska omvandlare såsom switchade strömförsörjningar, motordrivsystem, solcellsomvandlare, elfordonsladdare etc. Studenten ska särskilt utveckla och verifiera (elektriskt och termiskt) en kraftelektronisk omvandlare för en lägre effektapplikation såsom en elektrisk skoter eller cykelmotordrift. Batteriförsörjningen och motorn kommer att tillhandahållas, men kraftelektronikomvandlaren med dess modulering och styrning kommer att utvecklas som en del av kursen.


Denna kurs krävs för att ta efterföljande kurser om Power Electronic Applications i elmotordrivningar, nätanslutna omvandlare för elnätsbatterier och/eller solceller.


Lärandet består av föreläsningar, räkneövningar, simuleringsarbete och labarbete där simuleringar och laborationer är tätt kopplade.


Mål

Kunskap och förståelse
För godkänd kurs skall studenten

Färdighet och förmåga
För godkänd kurs skall studenten

Värderingsförmåga och förhållningssätt
För godkänd kurs skall studenten

Kursinnehåll

Föreläsningar och räkneövningar

Komponenter: Dioder, transistorer (BJT, IGBT, MOSFET), material (kisel, kiselkarbid), induktorer, kondensatorer, sensorer (ström, spänning). Funktion, mekanisk och termisk design, åldring.


Kopplingar: Driv- och skyddskretsar. Olika bryggor såsom 1Q, 2Q och 3-fas 2- och multinivåomvandlare. Parasitiska komponenter, lastströmmar och jordströmmar.


Modulation och reglering: Bärvågsmodulation, samplad strömreglering, toleransbandsreglering av ström, spänningsreglering.


Tillämpningar:  Switchade nätaggregat, motordrivsystem för lik- och växelströmsmotorer, solcellsomvandlare, elfordonsladdare, "Unified Power Flow Controllers" (UPFC), aktiva nätfilter, högspänd likström (HVDC).


Simuleringsuppgifter och laborationer

  1. 4-kvadrant omvandlarmodulering och strömreglering. Eleven kommer att göra parameterinställningar på en färdig omvandlare, göra mätningar och verifiera funktionalitet.
  2. En trefas motordrift för en skoter eller cykelmotor. Studenten ska simulera och implementera spänningsmodulering och strömreglering. Studenten kommer även att välja krafttransistorer, designa gate-drivrutiner, snubbers och kylfläns, implementera detta och verifiera det i labbet.

Dessa laborationer förbereds genom simuleringsarbete vilket rapporteras som en hemuppgift före laborationen. Efter laborationen skrivs en rapport där simuleringar och mätningar jämförs.

Kursens examination

Betygsskala: TH - (U, 3, 4, 5) - (Underkänd, Tre, Fyra, Fem)
Prestationsbedömning: För slutbetyg fordras godkända laborationer och simuleringar som redovisas fortlöpande i rapportform. Individuell skriftlig tentamen (5 tim) av problemlösningstyp med insprängda teorifrågor vid kursens slut.

Om så krävs för att en student med varaktig funktionsnedsättning ska ges ett likvärdigt examinationsalternativ jämfört med en student utan funktionsnedsättning, så kan examinator efter samråd med universitetets avdelning för pedagogiskt stöd fatta beslut om alternativ examinationsform för berörd student.

Moduler
Kod: 0124. Benämning: Kraftelektronisk reglering och designprojekt.
Antal högskolepoäng: 5.0. Betygsskala: TH - (U, 3, 4, 5). Prestationsbedömning: Godkänd skriftlig tentamen Modulen omfattar: Tentamen
Kod: 0224. Benämning: Laborationer och simuleringar.
Antal högskolepoäng: 2.5. Betygsskala: UG - (U, G). Prestationsbedömning: Godkända laborationer och rapporter. Modulen omfattar: Laborationer och rapporter.

Antagningsuppgifter

Förutsatta förkunskaper: ESSF01 Analog elektronik, ESS030, ESSF20 Komponentfysik, ESSF15 Elenergiteknik (E) eller MIE012, EIEF35 Elektroteknikens grunder (M) samt FRT010, FRTF05 Reglerteknik, Allmän kurs.
Begränsat antal platser: Nej
Kursen överlappar följande kurser: EIEN25 EIE023 EIE015

Kurslitteratur

Kontaktinfo

Kursansvarig: Professor Mats Alaküla, mats.alakula@iea.lth.se
Hemsida: https://www.lth.se/iea/utbildning/valfria-kurser-i-lund/kraftelektronik-komponenter-och-omvandlare/

Övrig information

Kursen får inte ingå i examen tillsammans med ETEF10 Kraftelektronik