Ηλεκτρονικα Ισχυος I

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές/ήτριες θα πρέπει να διαθέτουν:

• Γνώση των αρχών λειτουργίας των διαφόρων ελεγχόμενων ημιαγωγών στοιχείων, αλλά και των επιμέρους τμημάτων από τα οποία αποτελούνται τα κυκλώματα των ηλεκτρονικών ισχύος.
• Ικανότητα αναγνώρισης των διάφορων μετατροπέων ισχύος, κατανόησης της λειτουργίας τους καιτων εφαρμογών τους μέσα σε  παραγωγικές βιομηχανικές μονάδες και αλλού.
• Ικανότητα αντίληψης του τρόπου ελέγχου και πυροδότησης ημιαγωγικών διακοπτών ισχύος, με σκοπό τον έλεγχο της παρεχόμενης ηλεκτρικής ισχύος προς το φορτίο.
• Γνώση ανάλυσης και να υπολογισμού των βασικών χαρακτηριστικών λειτουργίας ενός μετατροπέα που τροφοδοτεί ένα φορτίο (R, R-L, κινητήρα, κλπ).
• Γνώση των απαιτήσεων ασφαλείας και λειτουργίας ηλεκτρικών συστημάτων με χρήση ημιαγωγών.
• Γνώση του τρόπου λειτουργίας των ημιαγωγικών στοιχείων ισχύος (δίοδοι, διπολικά τρανζίστορς, MOSFETs, GTOs, IGBTs, MCTs, Triacs) , τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά.
• Ικανότητα σχεδίασης βασικών διατάξεων ελέγχου με χρήση ηλεκτρονικών ισχύος.
• Ικανότητα επιλογής υλικών, προσαρμοσμένων στο περιβάλλον των απαιτήσεων της εφαρμογής, με βάση τα χαρακτηριστικά τους.
• Γνώση νέων διατάξεων και τεχνολογιών ώστε να επιτυγχάνεται η βέλτιστη τεχνοοικονομική λύσηστην λειτουργία των διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος.

 

Πιο συγκεκριμένα:

• Να μπορούν να κατανοούν τον τρόπο λειτουργίας και να εντοπίζουν σφάλματα και βλάβες σε συσκευές που περιλαμβάνουν ηλεκτρονικά ισχύος.
• Να διαθέτουν τη γνώση για τον έλεγχο ασφαλείας και λειτουργίας των σχετικών διατάξεων.
• Να μπορούν να σχεδιάζουν ηλεκτρονικά κυκλώματα ισχύος σύμφωνα με τις ιδιαίτερες απαιτήσεις λειτουργίας της εφαρμογής.
• Να μπορούν να υπολογίζουν και να επιλέγουν τα κατάλληλα υλικά που αντιστοιχούν στα χαρακτηριστικά των φορτίων που θα τροφοδοτήσουν.
• Να μπορούν να κατανοούν τον τρόπο με τον οποίο ελέγχονται οι ημιαγωγοί ισχύος ώστε να επιτυγχάνονται διατάξεις με μεγάλο βαθμό απόδοσης.
• Να μπορούν να συνεργαστούν με τους/τις συμφοιτητές/ήτριες τους για να δημιουργήσουν και να παρουσιάσουν, τόσο σε εξατομικευμένο όσο και σε ομαδικό επίπεδο, μια μελέτη περίπτωσης (case study) από τα αρχικά της στάδια έως και την τελική της αξιολόγηση και πρόταση για λύσεις.
• Να μπορούν να συνεργαστούν με τους/τις συμφοιτητές/ήτριες τους ή με μηχανικούς σε θέματα μελέτης, εγκατάστασης και συντήρησης συστημάτων που χρησιμοποιούν ηλεκτρονικά ισχύος (βιομηχανία, συστήματα Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, κλπ).
• Να είναι σε θέση να προβούν σε βασικά βήματα επέμβασης για διόρθωση, συντήρηση ή βελτιστοποίηση της λειτουργίας αυτών σε συνεργασία με τις προμηθεύτριες εταιρείες.

 

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση των απαραίτητων τεχνολογιών
• Λήψη Αποφάσεων
• Αυτόνομη εργασία
• Ομαδική εργασία
• Σχεδιασμός και διαχείριση έργων
• Σεβασμός στο φυσικό περιβάλλον
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ
Το αντικείμενο του θεωρητικού μέρους του μαθήματος αποτελείται από τις ακόλουθες ενότητες:

1. 1η Ενότητα: Εισαγωγή: Εφαρμογές ηλεκτρονικών ισχύος, επισκόπηση ημιαγωγών ηλεκτρονικών ισχύος, τεχνολογικές τάσεις.
2. 2η Ενότητα: Διακοπτικοί ημιαγωγοί ισχύος: Τρανζίστορ επαφής, MOSFET ισχύος, IGBT,GTO, πυρίτιο (Si) και καρβίδιο του πυριτίου (SiC).
3. 3η Ενότητα: Κύκλωμα με διακόπτες και διόδους: Κυκλώματα με DC και AC πηγή και φορτία R-C, R-L και R-L-C.
4. 4η Ενότητα: Αρμονικές συνιστώσες: Ορισμός και προέλευση αρμονικών, ανάλυση Fourier, χαρακτηριστικά αρμονικών ρευμάτων, ενδοαρμονικές συνιστώσες, υφαρμονικές συνιστώσες, ενεργός τιμή ρεύματος, φαινόμενη, πραγματική και άεργος ισχύς, ισχύς παραμόρφωσης, συντελεστής ισχύος, συντελεστής κυμάτωσης, συντελεστής ολικής αρμονικής παραμόρφωσης τάσης και ρεύματος, επιδράσεις αρμονικών συνιστωσών.
5. 5η Ενότητα: Μη ελεγχόμενες ανορθώσεις : Δίοδος ισχύος, κυκλώματα ημιανόρθωσης με φορτία R-C, R-L και R-L-C, πλήρης ανόρθωση κοινού σημείου, μονοφασική πλήρης ανόρθωσης σε συνδεσμολογία γέφυρας, πολυφασικές ανορθώσεις κοινού σημείου, τριφασική ανόρθωση πλήρους γέφυρας.
6. 6η Ενότητα: Ελεγχόμενες ανορθώσεις: Θυρίστορ, ελεγχόμενη ημιανόρθωση με φορτία R, L και R-L, πλήρως ελεγχόμενη μονοφασική ανόρθωση, τριφασική πλήρως ελεγχόμενη ανόρθωση σε συνδεσμολογία γέφυρας.
7. 7η Ενότητα: Αντιστροφείς: Εφαρμογές αντιστροφέων, μονοφασικός αντιστροφέας σε συνδεσμολογία ημιγέφυρας, μονοφασικός αντιστροφέας σε συνδεσμολογία πλήρους γέφυρας, τριφασικός αντιστροφέας, έλεγχος τάσεως εξόδου με την τεχνική PWM, Προηγμένες τεχνικές μείωσης αρμονικών με SPWM, Patel & Hoft, κλπ.
8. 8η Ενότητα: Ρυθμιστές εναλλασσόμενης τάσης (AC-AC): Εφαρμογές AC ρυθμιστών, μονοφασικός AC ρυθμιστής με φορτίο R και R-L, τριφασικός AC ρυθμιστής.

 

Β. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ
Το αντικείμενο του Εργαστηρίου αποτελείται από τις ακόλουθες ανεξάρτητες ενότητες :

1. 1η Ενότητα: Ενημέρωση και εξοικείωση με το εργαστήριο και τον εξοπλισμό του – Κανονισμός του εργαστηρίου
2. 2η Ενότητα: Μελέτη των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών (V-I) των ημιαγωγών ισχύος: δίοδος και θυρίστορ.
3. 3η Ενότητα: Μονοφασικός μη ελεγχόμενος ανορθωτής μισού κύματος με φορτία R και R-L
4. 4η Ενότητα: Μονοφασική μη ελεγχόμενη γέφυρα με φορτία R και R-L
5. 5η Ενότητα: Μονοφασική ημιανόρθωση με UJT+ θυρίστορ
6. 6η Ενότητα: Πλήρως ελεγχόμενη μονοφασική γέφυρα με φορτία R και R-L
7. 7η Ενότητα: Τριφασική πλήρως ελεγχόμενη γέφυρα
8. 8η Ενότητα: Μονοφασικός μετατροπέας Ε.Ρ/Ε.Ρ (TRIAC)
9. 9η Ενότητα: Παλμοδότηση μονοφασικού μετατροπέα ac/ac με UJT+Triac

 

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Γλώσσα Αξιολόγησης : Ελληνική

Θεωρία
Γραπτή τελική εξέταση (70% του τελικού βαθμού) που περιλαμβάνει:
-ερωτήσεις θεωρητικού περιεχομένου και ερωτήσεις κρίσεως
-ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής
-επίλυση υπολογιστικών προβλημάτων

Εργαστήριο
Ι. Ατομική ή και ομαδική τεχνική έκθεση (40% του τελικού βαθμού του εργαστηρίου) για κάθε εργαστηριακή άσκηση που περιλαμβάνει:
-περιγραφή της εργαστηριακής άσκησης και του τρόπου εκτέλεσής της,
-παρουσίαση των μετρήσεων,
-παρουσίαση των αποτελεσμάτων (υπολογισμοί, διαγράμματα, κ.λπ.) και
-σχολιασμό επί των αποτελεσμάτων με διατύπωση συμπερασμάτων.
ΙΙ. Γραπτή τελική εξέταση εργαστηρίου (60% του τελικού
βαθμού του εργαστηρίου) που περιλαμβάνει:
-ερωτήσεις θεωρητικού περιεχομένου και ερωτήσεις κρίσεως
-επίλυση υπολογιστικών προβλημάτων

Ο τελικός βαθμός του εργαστηριακού μέρους του μαθήματος προκύπτει από την παρακάτω σχέση:
0,6 x βαθμός γραπτής εξέτασης εργαστηρίου + 0,4 x τελικός βαθμός τεχνικών εκθέσεων εργαστηρίου (μέσος όρος των βαθμών των τεχνικών εκθέσεων)

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος προκύπτει από την παρακάτω σχέση: 0,7 x βαθμός γραπτής εξέτασης θεωρίας + 0,3 x τελικός βαθμός εργαστηρίου.

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Σ. Μανιάς (2014), “Ηλεκτρονικά Ισχύος”, Εκδόσεις Συμεών, 4η Έκδοση , Αθήνα
2. Π. Μαλατέστας, Η. Βυλλιώτης (2004), “Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρονικών Ισχύος”, Εκδόσεις Τζιόλα, Αθήνα.
3. Γ. Βόκας (2016), Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Ισχύος, Σημειώσεις, Αθήνα.
4. Rashid Mohammad (2017), “Power Electronics: Devices, Circuits and Applications”, 4th edition, Pearson Education.
5. K. Billings, T. Morey (2010), “Switchmode Power Supply Handbook”, 3rd edition, McGraw-Hill Education.
6. Mohan N., Undeland T., Robbins W. (2007), “Power Electronics: Converters Applications and Design”, 3rd edition, John Wiley & Sons.
7. S. Maniktala (2004), “Switching Power Supply Design & Optimization”, McGraw-Hill
8. Kield Thordorg (2002),”Power Electronics”, Prentice – Hall.
9. E. Acha, V. Agelidis, O. Anaya, T. J. E. Miller (2002), “Power Electronic Control in Electrical Systems”, MPG Books Ltd Bodmin, Cornwall, UK.
10. A.I. Pressman, K. Billings, T. Morey (2009), “Switching Power Supply Design”, 3rd edition, McGraw-Hill Education.
11. K. Billings (1999), “Switchmode Power Supply Handbook”, McGraw-Hill Professional.
12. W. Shepherd, L. N. Hulley, D. T. W. Liang (1996), “Power Electronics and Motor Control”, Cambridge University Press.
13. J. Hindmarsh (1985), “Electrical Machines and Drives, Worked Examples”, 2nd edition, Pergamon Press.