Energoelektronika

Obszar badawczy: Przekształtniki energoelektroniczne typu AC/AC

Obszar badawczy zespołu obejmuje przekształtniki typu AC/AC bez magazynów energii elektrycznej prądu stałego. W ramach badań naukowych analizowane są następujące układy energoelektroniczne: przekształtnik matrycowy napięciowy i prądowy, (Rys. 1) rodzina układów matrycowo-reaktancyjnych przemienników częstotliwości (Rys. 2), transformatorów hybrydowych (Rys. 3) oraz sterowników matrycowych i matrycoworeaktancyjnych (Rys. 4). Badania dotyczą zastosowań wymienionych przekształtników w systemach napędowych oraz w systemach elektroenergetycznych. Wyniki badań w prezentowane są w licznych artykułach naukowych zamieszczony w materiałach konferencyjnych i czasopismach oraz trzech monografiach.

Badania były i są wciąż realizowane między innymi w ramach grantów:

  • grant MNiSW pt. „Matrycowo-reaktancyjne przemienniki częstotliwości o przekładni napięciowej typu buck-boost”, nr N51003632/3380,
  • grant NCN pt. „Badania właściwości interfejsów energoelektronicznych bez magazynu energii elektrycznej typu DC w systemach smart-grid”.

(a) (b)

Rys. 1. Przekształtnik matrycowy: (a) napięciowy, (b) prądowy

W ramach dostępnych laboratoriów zespół badawczy posiada możliwości projektowania i montażu przekształtników energoelektronicznych oraz testowania algorytmów sterowania układami przekształtnikowymi. Wymienione aktywności mogą być przedmiotem oferty prowadzenia badań zewnętrznych.

W ramach prowadzonej działalności naukowej zespół posiada następującą aparaturę badawczą:

  • modele laboratoryjne przekształtnika matrycowego (Rys. 5) oraz re-konfigurowalną strukturę umożliwiającą badania rodzinę matrycowo-reaktancyjnych przemienników częstotliwości i sterowników impulsowych (Rys. 6), re-konfigurowalny model transformatora hybrydowego (Rys. 7).
  • układ sterowania zawierający zmiennoprzecinkowe procesory sygnałowe (DSP) oraz logiczne układy swobodnie programowalne (FPGA) umożliwiający sterowanie 24 wyjściami cyfrowymi typu PWM.
  • zestaw autotransformatorów i transformatorów separacyjnych umożliwiających badania układów przekształtnikowych w systemach elektroenergetycznych.

(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)
(i)
Rys. 2. Rodzina Matrycowo-Reaktancyjnych Przemienników Częstotliwości (MRPC): (a) MRPC buck-boost I, (b) MRPC buck-boost II, (c) MRPC Ćuk I, (d) MRPC Ćuk II, (e) MRPC Zeta I, (f) MRPC Zeta II, (g) MRPC SEPIC I,
(h) MRPC SEPIC II, (i) MRPC boost

(a) (b)
Rys. 3. Rodzina Transformatorów Hybrydowych; (a) schemat blokowy, (b) zestawienie idealizowanych transmitancji
transformatorów hybrydowych z wybranymi przekształtnikami AC-AC

(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Rys. 4. Rodzina Sterowników Matrycowo-Reaktancyjnych (SMR) oraz sterownik matrycowy (SM): (a) SMR boost, (b) SMR buck-boost, (c) SMR Ćuk, (d), SMR SEPIC (e) SMR Zeta, (f) sterownik matrycowy


Rys. 5. Widok modelu laboratoryjnego Przekształtnika Matrycowego


Rys. 6. Widok re-konfigurowalnej struktury umożliwiającą badania rodziny matrycowo-reaktancyjnych przemienników częstotliwości i sterowników impulsowych


Rys. 7. Widok re-konfigurowalnej struktury transformatora hybrydowego

Obszar badawczy: Układy sterowania przekształtników energoelektronicznych

  • Algorytmy i układy sterowania kompensatorami przełączającymi (energetycznymi filtrami aktywnymi).
  • Cyfrowe układy wieloszybkościowe – interpolatory i decymatory sygnałów wysokiej jakości.
  • Projektowanie i implementacja cyfrowych filtrów falowych.
  • Algorytmy i układy sterowania cyfrowymi wzmacniaczami mocy klasy D.
  • Implementacja cyfrowych algorytmów sterowania za pomocą procesorów sygnałowych.
  • Pomiary elektroakustyczne.
  • Zaawansowane metody separacji i filtracji sygnałów.


Rys. 8. Widok stanowiska badawczego kompensatora przełączającego


Rys. 9. Widok elementów mikroprocesorowego układu sterowania


Rys. 10. Stanowisko badawcze wzmacniacza klasy D


Rys. 11. Widok komory do pomiarów elektroakustycznych

SKŁAD ZESPOŁU NAUKOWO-BADAWCZEGO

  • prof. dr hab. inż. Igor Korotyeyev
  • dr hab. inż. Zbigniew Fedyczak, prof. UZ, Kierownik Zakładu Energoelektroniki
  • dr inż. Jacek Kaniewski
  • dr inż. Radosław Kasperek
  • dr inż. Sławomir Piontek
  • dr inż. Krzysztof Sozański
  • dr inż. Paweł Szcześniak
  • mgr inż. Grzegorz Tadra, doktorant