Hoofstuk 21 – Fundamentele elemente van drywingselektronika

1. Hoofstuk 21 – Fundamentele elemente van drywingselektronika • Multi-dissiplinêre toepassingsveld • Skakel-elemente in drywingselektronika • Verskillende skakel elemente • Spanning, stroom en frekwensievermoë van die skakel elemente • Omsetters • 6-puls driefase gelykrigterbane m.b.v. diodes • Pulswydte modulasie • Gs.-na-gs. omsetters: Basiese afkapper • Gs.-na-gs. omsetters: Basiese opkapper • Gs.-na-gs. omsetters: Basiese twee-kwadrant omsetter • Gs.-na-gs. omsetters: Basiese vier-kwadrant omsetter • Enkelfase gs.-na-ws. omsetter • Driefase gs.-na-ws. omsetter Addisionele bronne: • Sen: Principles of Electric Machines and Power Electronics, Tweede uitgawe, 1996. • Mohan, Undeland, Robbins: Power Electronics

2. Fundamentele beginsels van elektriese aandrywing (Undeland: 1.6) • Drywingselektronika bied ’n toepassingsveld vele dissiplines binne die eletriese en elektroniese ingenieurswese omgewing:

3. Skakel-elemente in drywingselektronika (21.3, 21.15, 21.36) • Die bekende tipe skakel elemente in drywingselektronika is: • Tiristors • GTO (“gate turn-off”) Tiristors • Bipolêre transistors • MOSFET’s • IGBT’s (“Insulated gate bipolar transistor”)

4. Tiristors en GTO Tiristors (21.15, 21.36)

5. BJT’s, MOSFET’s en IGBT’s (21.36)

6. Spanning-, stroom- en frekwensievermoë van skakel elemente (Undeland:2.10 ) • Die onderstaande figuur toon die spanning-, stroom- en frekwensiebeperkings van die verskillende skakel elemente: • Hierdie figuur is effens verouderd, maar gee nogtans ’n goeie idee van die beperkings.

7. 6-puls driefase gelykrigterbane m.b.v. diodes (21.10) • ’n Diode paar (bv. D1 en D5, D6 en D2, ens.) gelei stroom wanneer die spanning tussen die anode en die katode van die paar die grootste is van die spannings tussen die anodes en die katodes van al die verskillende kombinasiepare.

8. 6-puls driefase gelykrigterbane m.b.v. diodes (21.10)

9. Gs.-na-gs. omsetters: Pulswydte modulasie (Undeland: 7.2) • Pulswydte modulasie word gebruik om die aan- en afskakel van die onderskeie skakelaars te bepaal. • In die figuur hieronder kan gesien word dat die skakelaar wat hier beheer word aangeskakel is solank as wat die saagtandgolf kleiner is as die verwysingsein (vcontrol) • Die skakelfrekwensie is die frekwensie van die saagtandgolf. • Die dienssiklus is die verhouding ton/Ts, m.a.w. hoe lank die skakelaar aan is in verhouding tot die skakelperiode

10. Gs.-na-gs. omsetters: Basiese afkapper (Undeland: 7.3) • Die verband tussen die toevoerspanning (gs. busspanning) en die uittreespanning kan gegee word in terme van die dienssiklus:

11. Gs.-na-gs. omsetters: Basiese opkapper (Undeland: 7.4) • Die verband tussen die toevoerspanning (gs. busspanning) en die uittreespanning kan gegee word in terme van die dienssiklus:

12. Gs.-na-gs. omsetters: Basiese twee-kwadrant omsetter (21.40) • Die verband tussen die gemiddelde waardes van die twee gs.-spannings EH en EL in terme van die dienssiklus is: • Die gemiddelde waarde van die stroom IL kan as volg beskryf word:

13. Gs.-na-gs. omsetters: Basiese vier-kwadrant omsetter (21.42) • Die twee gs.-spannings EA en EB kan onderskeidelik beskryf word deur: • Dit gee dan:

14. Enkelfase gs.-na-ws. omsetter (21.46)

15. Driefase gs.-na-ws. omsetter (21.49) • In driefase gs.-na-ws. omsetters verskil die dienssiklusse van die drie fase-arms. • Die vergelykings vir die dienssiklusse kan onderandere as volg beskryf word: • In die bostaande vergelykings bepaal m (modulasie indeks) en f die amplitude en frekwensie onderskeidelik