Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Elektronika és alkalmazások

    A tantárgy angol neve: Electronics and Applications

    Adatlap utolsó módosítása: 2015. január 26.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Energetikai Mérnök Szak

    Kötelező tantárgy

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIVEA097 6 3/1/1/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Kiss Péter, Villamos Energetika Tanszék
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Balogh Attila

    adjunktus

    Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

    Dr. Kiss Péter

    adjunktus

    Villamos Energetika Tanszék

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    matematika, villamos energiarendszer eszközei, méréstechnika

     

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:

    Kötelező: Elektrotechnika BMEVIVEA002

    Ajánlott: Villamosenergia rendszerek VIVEA005

     

    7. A tantárgy célkitűzése

    A félév első felében a hallgatók megismerkednek a teljesítményelektronika alapjaival, a különböző átalakító kapcsolásokkal (AC-DC, DC-AC, AC-AC, DC-DC). A második felében ezek alkalmazási területei következnek, majd egyes villamosenergia-minőségi jellemzők (meddőegyensúly, felharmonikusok, villogás) zárják a szemesztert.

    A tárgy célja az energetikai mérnök hallgatók villamos energiarendszerhez kötődő ismereteinek bővítése.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    Előadások:

    1. Teljesítményelektronika

    1.1.Teljesítményelektronikai alapok

    1.1.1 Induktivitás és kapacitás, mint teljesítményelektronikai elem.

    1.1.2  Az előadások során a hallgatók megismerkednek a teljesítményelektronikában alkalmazott főbb félvezető típusokkal, kiválasztási szempontjaival és alkalmazási területeivel.

    1.2. Hálózati kommutációs egyenirányító kapcsolások vizsgálata

    1.2.1 Végtelen kapacitás, végtelen induktivitás és természetes kommutációs pont fogalmának bevezetése és a hálózati kommutáció folyamatának ismertetése. Egyenirányító és inverter üzem feltételeinek meghatározása.

    1.2.2 1F1U2Ü egyenirányító felépítésének és működésének ismertetése kapacitív és induktív szűrésű terhelés esetén. A kimeneti feszültség középértékének és az egyenirányító diódák igénybevételeinek meghatározása a hálózati paraméterek ismeretében.

    1.2.3 1F2U2Ü egyenirányító felépítésének és működésének ismertetése kapacitív és induktív szűrésű terhelés esetén. A kimeneti feszültség középértékének és az egyenirányító diódák igénybevételeinek meghatározása a hálózati paraméterek ismeretében.

    1.2.4 3F1U3Ü egyenirányító felépítésének és működésének ismertetése kapacitív és induktív szűrésű terhelés esetén. A kimeneti feszültség középértékének és az egyenirányító diódák igénybevételeinek meghatározása a hálózati paraméterek ismeretében.

    1.2.5 3F2U6Ü egyenirányító felépítésének és működésének ismertetése kapacitív és induktív szűrésű terhelés esetén. A kimeneti feszültség középértékének és az egyenirányító diódák igénybevételeinek meghatározása a hálózati paraméterek ismeretében. Harmonikus szabály ismertetése, hálózati áram harmonikusainak meghatározása négyszög hullámformájú áram esetében.

    1.3. Váltakozóáramú szaggatókapcsolások vizsgálata

    1.3.1 Egyfázisú váltakozóáramú szaggató működésének vizsgálata ohmos terhelés esetén. Kivezérelhetőség, kimenő feszültség és kimenő áram effektív értékének, valamint a hálózatból felvett hatásos teljesítmény gyújtásszögtől való függésének analitikus meghatározása.

    1.3.2 Egyfázisú váltakozóáramú szaggató működésének vizsgálata induktív terhelés esetén. Kivezérelhetőség, kimenő feszültség és kimenő áram effektív értékének, valamint a hálózatból felvett meddőteljesítmény gyújtásszögtől való függésének analitikus meghatározása. Folyamatos és szaggatott áramvezetés feltételeinek ismertetése.

    1.3.3 Egyfázisú váltakozóáramú szaggató működésének vizsgálata kapacitív terhelés esetén. Kivezérelhetőség, kimenő feszültség és kimenő áram effektív értékének, valamint a hálózatból felvett meddőteljesítmény gyújtásszögtől való függésének analitikus meghatározása. A gyakorlatban alkalmazott váltakozóáramú szaggatókapcsolásra épülő meddőteljesítmény kompenzátorok működésének ismertetése.

    1.4 Egyenáramú szaggatókapcsolások vizsgálata

    1.4.1 Galvanikusan csatolt feszültségcsökkentő DC/DC átalakító üzemviszonyainak ismertetése folyamatos áramvezetés esetén, a kapcsolásban szereplő elemek méretezése és kiválasztása.

    1.4.2 Galvanikusan csatolt feszültségnövelő DC/DC átalakító üzemviszonyainak ismertetése folyamatos áramvezetés esetén, a kapcsolásban szereplő elemek méretezése és kiválasztása.

    1.4.3 Galvanikusan csatolt feszültség csökkentésre és növelésre is alkalmas DC/DC átalakító üzemviszonyainak ismertetése folyamatos áramvezetés esetén, a kapcsolásban szereplő elemek méretezése és kiválasztása.

    1.4.4 Feszültségnövelő DC/DC átalakítóra épülő hálózatbarát egyenirányító üzemviszonyainak vizsgálata. A hálózati áramfelvétel és harmonikus áramok összehasonlítása a kapacitív és induktív szűrésű diódás egyenirányítóval.

    1.5. DC/AC átalakító kapcsolások (inverterek) vizsgálata

    1.5.1 Impulzusszélesség modulációs módszerek ismertetése, ellenütemű és eltolt vezérlés összehasonlítása.

    1.5.2 Egyfázisú hídkapcsolású inverter működésének vizsgálata ohmos terhelés esetén. Kimenő feszültség változtatás lehetőségeinek meghatározása ellenütemű és eltolt vezérlés használata esetén.

    1.5.3 Egyfázisú hídkapcsolású inverter működésének vizsgálata induktív terhelés esetén. Kimenő feszültség változtatás lehetőségeinek meghatározása ellenütemű és eltolt vezérlés használata esetén.

    1.5.4 Egyfázisú hálózatra kapcsolt inverter működésének vizsgálata. Hálózati L-C szűrő paramétereinek meghatározása, hálózati soros és párhuzamos rezonancia kialakulásának feltételei. Inverter és egyenirányító üzem kialakulásának feltételei, hálózati meddőteljesítmény kompenzálási lehetőségek ismertetése és összehasonlítása a váltakozóáramú szaggatón alapuló meddőteljesítmény kompenzálási lehetőségekkel.

    1.5.5 Háromfázisú hídkapcsolású inverter működésének vizsgálata ohmos terhelés esetén. Gyakorlatban alkalmazott modulációs módszerek ismertetése.

    2. Alkalmazási területek, villamosenergia-minőség

    2.1. A villamos energiaelosztás jellemzői

    A magyar villamosenergia-rendszerben alkalmazott feszültségszintek. A csillagpont-kezelés módszerei. A villamosenergia-rendszer elemeivel és azok helyettesítő képei.

    2.2. Villamosenergia-minőség

    2.2.1. Feszültségszabályozás

    Az előadás a feszültségesés tárgyalásával kezdődik, ezt követően a feszültségszabályozás eszközeit és a transzformátor-szabályozás alapjait ismerhetik meg a hallgatók.

    2.2.2. Meddőkompenzálás

    Fogyasztói teljesítménytényező. Meddőkompenzálási módszerek. Kondenzátorok bekapcsolásakor fellépő jelenségek.

    2.2.3. Zárlati áramkorlátozás

    Középfeszültségű hálózatok különböző zárlati áramkorlátozási módszerei.

    2.2.4. Feszültség mérése

    Szabványosított feszültség-jellemzők, azok mérési és kiértékelési módszerei.

    2.2.5. Feszültségletörés

    Feszültségletörés. Feszültségletörés terjedése, korlátozási és kompenzálási módszerei.

    2.2.6. Felharmonikusok

    Felharmonikusok keletkezési, terjedési jellemzői. Passzív, aktív és hibrid felharmonikus szűrés.

    2.2.7. Villogás

    A villogás keletkezési, terjedési jellemzői. A villogás hatásának csökkentési lehetőségeit.

    2.2.8. Szünetmentes energiaellátás, energiatárolás

    A villamosenergia-ellátás rendelkezésre állása. Szünetmentes energiaellátási és energiatárolási lehetőségek.

    Gyakorlatok:

    1. Bevezető gyakorlat

    A gyakorlaton egyszerű számítási feladatokkal gyakorolják be a hallgatók villamos számítások alapjait.

    2. Egyenirányítók

    A gyakorlaton a hallgatók ipari alkalmazásokon keresztül megismerkednek a hálózati kommutációs egyenirányító kapcsolásokkal méretezési lépéseivel, valamint az egyenirányítóba építendő félvezető eszközök maximális igénybevételeinek meghatározásával kapacitív és induktív szűrésű egy és háromfázisú egyenirányítók esetén.

    3. Váltakozó- és egyenáramú szaggatók

    A gyakorlaton a hallgatók ipari alkalmazásokon keresztül megismerkednek a váltakozóáramú és egyenáramú szaggatók méretezési lépéseivel, a beépítendő félvezetők, induktív valamint kapacitív elemek igénybevételének meghatározásával.

    4. Inverterek

    A gyakorlaton a hallgatók ipari alkalmazásokon keresztül megismerkednek az egy és háromfázisú inverterek és hálózatbarát egyenirányítók méretezési lépéseivel, a beépítendő félvezetők, induktív valamint kapacitív elemek igénybevételének meghatározásával.

    5. Hálózatszámítás, meddőkompenzálás

    A gyakorlaton a hallgatók megismerkednek a villamosenergia-rendszer helyettesítő képének számítási módszerével. Ezt követően a meddőkompenzálás számítása következik.

    6. Kondenzátor, zárlati áramkorlátozás

    A gyakorlaton a hallgatók a kondenzátor bekapcsolási áramlökésének számítását, és a zárlati áramkorlátozó hatásának vizsgálatát, méretezését gyakorolják.

    7. Felharmonikusok

    A gyakorlaton a hallgatók megismerkednek a passzív felharmonikus-szűrők méretezésével. Ezt követően a hátralévő időben az addigra már lezajlott második zárthelyi számítási feladatinak típushibái következnek.

    Laboratóriumi mérések:

    1. Impulzusszélesség modulált tápegység vizsgálata (AUT)

    A mérés során a hallgatók megismerkednek az impulzusszélesség modulációval és az impulzusszélesség modulált tápegységek üzemviszonyaival. A mérés a két előre megépített feszültségnövelő és feszültségcsökkentő tápegységen kerül végrehajtásra. A mérés első részében a hallgatók az előadáson hallott ismeretek alapján oszcilloszkóp segítségével megvizsgálják az adott kapcsolás feszültség és áram időfüggvényeit folyamatos áramvezetési esetre. A mérés második részében pedig a mérésvezető segítségével megismerkednek egy speciális üzemállapot az úgynevezett szaggatott áramvezetés üzemviszonyaival és az általa okozott problémákkal.

    2. AC/DC átalakítók vizsgálata (AUT)

    A mérés során a hallgatók megismerkednek az elektronikában leggyakrabban alkalmazott egyenirányító kapcsolások üzemviszonyaival. A mérés a két előre megépített 1f1u2ü és 1f2u2ü (Graetz) kapcsolású egyenirányító mérőpaneleken kerül végrehajtásra. A mérés első részében a hallgatók az előadáson hallott ismeretek alapján oszcilloszkóp segítségével megvizsgálják az adott kapcsolás feszültség és áram időfüggvényeit induktív szűrést feltételezve. A mérés második részében pedig a mérésvezető segítségével megismerkednek a kapacitív szűrés módszerével és üzemviszonyaival és összehasonlító méréseket végeznek a két fajta szűrés előnyeinek és hátrányainak a meghatározására.

    3. AC/AC átalakítók vizsgálata (AUT)

    A mérés során a hallgatók megismerkednek a tirisztorok valamint az egyfázisú váltakozó áramú szaggatók üzemviszonyaival. A mérés a két előre megépített váltakozó áramú szaggatókapcsoláson kerül végrehajtásra. A mérés első részében a hallgatók az előadáson hallott ismeretek alapján oszcilloszkóp segítségével megvizsgálják az adott kapcsolás feszültség és áram időfüggvényeit valamint a teljesítmények gyújtásszögtől való függését Ohmos illetve soros R-L terhelés esetén. A mérés második részében pedig a mérésvezető segítségével megismerkednek az AC szaggató kapcsolás kapacitív terhelésű üzemviszonyaival és a kapacitások kapcsolása során felmerülő problémákkal.

    4. Fogyasztók hálózati visszahatása (VET)

    A hallgatók a gyakorlatban is megismerkednek a kisfeszültségű fogyasztók hálózati visszahatásának – ezen belül a villogás és a felharmonikusok terjedésének – kérdéskörével. A mérés első részében egy mintahálózaton végzett számításokkal igazolják az elméletben, az előadásokon tanultakat. A második rész során egy épített teszthálózaton vizsgálják a periodikusan ki-bekapcsolt fogyasztó által okozott villogási jelenséget, majd összehasonlítják a hagyományos izzó és a kompakt fénycsövek áram spektrumát, következtetéseket vonnak le a felharmonikusok terjedéséről.

    5. Felharmonikus szűrés (VET)

     

    A mérés során egy fizikai modellel megvalósított háromfázisú egyenirányító okozta feszültség torzítás 5. és 7. harmonikusának csökkentésére terveznek passzív szűrőt. A modell hálózati elemeit előzetesen házi feladatban kell kiszámítani. A mérés során megtanulnak fázistényezőt javítani, és ismert kondenzátor érték mellett a Thomson-képlet alkalmazásával soros rezgőkört tervezni.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás: hagyományos előadás elméleti levezetésekkel és esettanulmányokkal.

    Gyakorlat: számítási feladatok az előadások témaköreihez illeszkedően.

    Laboratórium: az előadás megfelelő fejezetihez illeszkedő laboratóriumi foglalkozások a két oktató tanszék laboratóriumaiban.

    10. Követelmények

    A szorgalmi időszakban:

    A hallgatók mindkét anyagrészből egy-egy zárthelyi dolgozatot írnak, a 7. és 12. hétre ütemezve.

    A TVSZ 14.§ (3) alapján az előadások legalább 50, a gyakorlatok 70 százalékán kötelező a részvétel, a laborgyakorlatok mindegyike kötelező. A jelenlét-ellenőrzés formája: katalógus.

     

    Követelmények a laboratóriumi mérésekhez:

    ·         Felkészülés a mérésre a mérési segédlet alapján. (A mérési útmutatók a tárgy honlapján elérhetőek.)

    ·         Részvétel a mérésen a csoportbeosztásnak megfelelő helyen és időpontban. A méréseken csak az a hallgató vehet részt, aki a felkészültség írásbeli vagy szóbeli ellenőrzése során az előírt, szükséges tárgyi ismeretekkel rendelkezik.

    ·         Mérési csoportonként egy közös jegyzőkönyv készítése és beadása a megadott határidőig.

     

    Az aláírás feltétele: a látogatás megléte, a laborok teljesítése és a két zárthelyi legalább elégséges eredménye. A laborok akkor tekinthetők teljesítettnek, ha a hallgató valamennyi mérésen részt vett, és arról a mérésvezetőnek általa elfogadható (legalább elégséges eredményű) jegyzőkönyvet adott le.

     

    A vizsgaidőszakban:

    A vizsga írásbeli, szóbeli kiegészítés lehetőségével. (Ha az írásbeli eredménye legalább elégséges, akkor a hallgató élhet a szóbeli vizsga lehetőségével.)

     

    Megajánlott jegy:

     

    Amennyiben mindkét zárthelyi legalább jó eredményű, és azt a hallgató nem pótlási alkalommal érte el, számára megajánlott jegy ajánlható fel. A megajánlott jegy a két zárthelyi átlaga, tört eredmény esetén lefelé kerekítve.

    11. Pótlási lehetőségek

    A zárthelyik pótlására a pótlási héten két alkalmat biztosítunk (pótzh és pótpótzh).

     

    A mérési jegyzőkönyvek különeljárási díj megfizetése mellett a pótlási időszak végéig adható le késedelmesen. (TVSZ 16.§ (2))

     

    Az el nem végzett mérések (hiányzás, elégtelen felkészültség) pótlására csak a szorgalmi ill. pótlási időszakban van lehetőség, az alábbiak szerint:

    ·         a félév során legfeljebb 2 mérés pótolható, az illető mérésvezetővel (mérésvezetőkkel) előre egyeztetett időpontban

    ·         ha van olyan mérőcsoport, amelyik a pótolandó mérést még nem végezte el, és létszáma lehetővé teszi, hogy még csatlakozzon a pótlást igénybe venni szándékozó hallgató, akkor az adott mérés pótlása számára kizárólag ebben az időpontban lehetséges.

    ·         ha fentiekre (előzetes megbeszélés alapján) nincs mód, akkor a mérés pótolható a pótmérési időpontban is, amely – szükség szerint – a pótlási időszakban lesz meghirdetve.

    ·         tartós és igazolt akadályoztatás esetén a pótláshoz egyéni megbeszélés szükséges.

     

    12. Konzultációs lehetőségek

    Zárthelyik és vizsgák előtt meghirdetett időpontokban, előadások és gyakorlatok közben és után személyesen, ill. email-en előre egyeztetett időpontban.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Skvarenina - Kárpáti: The Power Electronics Handbook,  CRC Press LLC,  2002.

     

    Dán, Tersztyánszky, Varjú: Villamosenergia minőség; Kiadó: Invest Marketing Bt Budapest 2006. ISBN 963  22 9619 2


     

    Az előadáshoz kapcsolódó további jegyzetek, valamint a mérési útmutatók elérhetők a tárgy honlapján: https://vet.bme.hu/?q=tantargyak/elektronika-es-alkalmazasok

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra70
    Félévközi készülés órákra10
    Felkészülés zárthelyire20
    Felkészülés a laborgyakorlatokra10
    Mérési jegyzőkönyvek elkészítése10
    Felkészülés a vizsgára30
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Kiss Péter

    adjunktus

    Villamos Energetika Tanszék

    Dr. Balogh Attila

    adjunktus

    Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

     

    Egyéb megjegyzések "A tantárgyi követelményeket tiltott eszközzel teljesítő vagy azt megkísérlő hallgatók esetében az 1/2013. (I. 30.) számú dékáni utasítás rendelkezései szerint kell eljárni."