Przegląd aktualnych rozwiązań w projektowaniu stopni mocy sterowników napędów bezpośrednich

• Autorzy: Mars P. , Góra G. , Petko M. , Karpiel G.

Warianty tytułu

EN

Review of current solutions in the designing of power stages of direct drives’ controllers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Napędy bezpośrednie są obecnie stosowane w wielu dziedzinach przemysłu, zwłaszcza w aplikacjach wymagających zapewnienia dużego momentu napędowego przy jednocześnie wysokiej dokładności odwzorowania trajektorii sterowania. Ostatnie lata przedstawiają bardzo silny rozwój coraz to nowszych konstrukcji napędów bezpośrednich oraz ciągłą optymalizację istniejących rozwiązań. Równocześnie przebiega nieustanny proces udoskonalania układów sprzętowych sterowników napędów bezpośrednich oraz rozwój zaawansowanych algorytmów sterowania. Artykuł opisuje istniejące rozwiązania elektronicznych układów stopni mocy stosowanych w sterownikach napędów bezpośrednich małej, średniej oraz dużej mocy. Omówiono budowę podstawowych układów kluczujących z wykorzystaniem tranzystorów MOSFET oraz IGBT. W treści referatu wymieniono wady i zalety poszczególnych topologii przekształtników energoelektronicznych jedno i wielopoziomowych. Opisano również budowę zintegrowanych modułów mocy oraz inteligentnych modułów mocy tzw. IPM (ang. Intelligent Power Module). W finalnej części artykułu uwydatniono najbardziej obiecujące trendy w projektowaniu stopni mocy sterowników napędów bezpośrednich.

EN

Direct drives are currently used in many fields of industry, especially in applications requiring high torque with high accuracy of control trajectory mapping.Recent years show a very strong development of more and more new designs of direct drives and continuous optimization of existing solutions. At the same time, there is a continuous process of improving the hardware systems of direct drive controllers and the development of advanced control algorithms. The article describes existing solutions of electronic power stage systems used in low, medium and high power direct drives’ controllers.The construction of basic switching circuits using MOSFET and IGBT transistors is discussed. The content of the paper lists the advantages and disadvantages of individual topologies of single and multi-level power converters.The construction of integrated power modules and intelligent power modules so called IPMis also described. The final part of the article highlights the most promising trends in the power stages designing of direct drives' controllers.

Słowa kluczowe

PL

stopień mocy; inteligentny moduł mocy; przekształtnik wielopoziomowy; napęd bezpośredni

EN

power stage; intelligent power module; multilevel converter; direct drive

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 3 (119)
• Strony: 17--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Mars P.

• Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Góra G.

• Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Petko M.

• Akademia Górniczo –Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Karpiel G.

• Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1]. "Motor Controls and Drives" - subpages, https://www.infineon.com, (dostęp 2018.02.20).
• [2]. R. Nowak „Wybrane zagadnienia sterowania silnikami z magnesami trwałymi", Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 1, str. 123-128, 2017.
• [3]. „Tranzystory MOSFET kontra IGBT - świadomy wybór”, https://elektronikab2b.pl, (dostęp 2018.02.20).
• [4]. A. Gawryluk “ IGBT: tranzystory do zadań specjalnych”, Elektronika Praktyczna, nr 3, str. 43-46, 2008.
• [5]. X. Zhou, Z. Xu, A. Q. Huang, D. Boroyevich "Comparison of High Power IGBT, IGCT and ETO for Pulse Applications", Annual power electronics seminar, str.506-510, 2002.
• [6]. "Press-pack IGBTs for HVDC and FACTS" https://www.dynexsemi.com, (dostęp 2018.02.20)
• [7]. S.-J. Chee, S. Ko, H.-S. Kim "Common-Mode Voltage Reduction of Three-Level Four-Leg PWM Converter", IEEE Transactions on Industry Applications, nr 5, str. 4006-4016, 2015.
• [8]. H. Mehrabian-Nejad, S. Mohammadi, B. Farhangi "Novel Control Method for Reducing EMI in Shunt Active Filters with Level Shifted Random Modulation", International Power Electronics Drive Systems and Technologies Conference, str.585-590, 2015.
• [9]. J. Sabarad i G. Kulkarni, "Comparative analysis of SVPWM and SPWM techniques for multilevel inverter", Power and Advanced Control Engineering (ICPACE), 2015 International Conference on, 2015.
• [10]. T. Honade, S. Udapure, S. Timande, S. Rodge, V. Burde, S. Gudadhe "Comparative Study between Two and Three Level Converter for Electric Applications", International Journal of Advances in Engineering & Technology, str. 210-217, 2016.
• [11]. G.I. Orfanoudakis, S.M. Sharkh, M.A. Yuratich, M.A. Abusara "Loss Comparison of Two and Three-Level Inverter Topologies", International Conference on Power Electronics, Machines and Drives, str. 1-6, 2010.
• [12]. M. Szarek, "Rozprawa doktorska: Wielopoziomowy falownik napięcia z poziomowaniem diodowym (NPC) zasilany z wyodrębnionych alternatywnych źródeł energii, pracujących przy różnych wartościach mocy maksymalnej (MPP)", Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej; Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przetwarzania Energii AGH, Kraków, 2016.
• [13]. Eupec, "BSM20GP60 - IGBT-Module",http://www.bjrtd.com. (dostęp 2018.02.20).
• [14]. International Recrifier,"IRAM136-0760A - Integrated Power Hybrid IC for Appliance Motor Drive Applications", http://www.irf.com, (dostęp 2018.02.20).
• [15]. ON Semiconductor, "FSBB20CH60 Motion SPM® 3 Series", http://www.onsemi.com, (dostęp 2018.02.20).
• [16]. "IPMs – a solution for compact motor drive applications?" https://www.vincotech.com, (dostęp 2018.02.20).
• [17]. T. Orłowska, M. Dybkowski "Industrial Drive Systems. Current State and Development Trends", Power Electronics and Drives, nr. 1, str. 5-25. 2016.
• [18]. "IXYS Reverse Conducting IGBTs (BiMOS-FETsTM)", https://www.ixys.com, (dostęp 2018.02.20).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).