Аналіз параметрів якості вхідного струму модульного AC-DC зарядного пристрою SEPIC на основі ряду Фур’є двох змінних

Ievgen Volodymorovych Verbytskyi

doi:10.20535/2523-4455.2019.24.6.197361

Т. 24 · № 6 · 2019 гру 27, 2019 Електронні системи та сигнали

Аналіз параметрів якості вхідного струму модульного AC-DC зарядного пристрою SEPIC на основі ряду Фур’є двох змінних

Ievgen Volodymorovych Verbytskyi Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Сторінки29-37 Опублікованогру 27, 2019

PDF

ТОМ 24 · № 6 · 2019 Переглянути випуск

Анотація

У статті розглянуто можливі топології зарядних пристроїв змінного струму з активною корекцією коефіцієнта потужності. Виділено одноланкові і дволанкові топології зарядних пристроїв та обґрунтовано доцільність використання першої групи перетворювачів через менші габарити та простішу структуру. Серед одноланкових перетворювачів наголошено на перевагах модульних перетворювачів з чергуванням фаз на основі топології SEPIC, що мають мінімальні динамічні втрати, простий алгоритм та схемну реалізацію корекції коефіцієнта потужності у граничному режимі протікання струму (ГРП) та невеликі габарити. Функціонування модульних перетворювачів проаналізовано на прикладі двокоміркового перетворювача та показано принцип покращення форми вхідного струму за умови зсуву імпульсів керування кожної комірки. Як результат, встановлено функціональну залежність параметрів якості електроенергії (коефіцієнт потужності PF і коефіцієнт нелінійних спотворень THD) від коефіцієнта заповнення імпульсів кожної комірки перетворювача. Оскільки у реальних перетворювачах складно дотримуватись ГРП, а в неперервному режимі форма вхідного струму спотворюється, такі перетворювачі працюють у переривчастому режимі протікання (ПРП) струму. На основі аналізу схем заміщення для трьох інтервалів роботи перетворювача SEPIC – інтервал наростання вхідного струму, інтервал спадання вхідного струму та інтервалу нульової паузи – створено його математичну модель. Показано, що збільшення тривалості нульової паузи протікання струму суттєво погіршує значення коефіцієнта потужності PF і коефіцієнта нелінійних спотворень THD. Внаслідок цього параметри PF і THD є функціями коефіцієнта заповнення імпульсів і тривалості паузи і мають складну залежність. Тому для оцінки кількості комірок перетворювача, що забезпечують необхідні значення PF і THD доцільно вивести ці залежності в аналітичній формі, що здійснено на основі використання ряду Фур’є двох змінних. Отримані залежності спрощують вибір кількості комірок перетворювача для заданого діапазону коефіцієнта заповнення імпульсів і значення відносної нульової паузи. На основі отриманих формул побудовано залежність PF і THD для двох, трьох і чотирьох комірок.

Ключові слова

#модульний перевторювач #SEPIC перевтворювач #зарядний пристрій #корекція коефіцієнта потужності #ряд Фур’є двох змінних

Посилання

Murat Yilmaz, Philip T. Krein., «Review of Battery Charger Topologies, Charging Power Levels, and Infrastructure for Plug-In Electric and Hybrid Vehicles,» in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 28, № 5, 2013, Pp. 2151-2169, DOI:10.1109/TPEL.2012.2212917.
Shesh Narayan Vaishnav; H. Krishnaswami, «Single-stage Isolated Bi-directional Converter Topology using High Frequency AC link for Charging and V2G Applications of PHEV,» in 2011 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, 2011. – DOI: 10.1109/VPPC.2011.6043138
F. Jauch; J. Biela, «Single-Phase Single-Stage Bidirectional Isolated ZVS AC-DC Converter with PFC,» in 15th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2012 ECCE Europe, Novi Sad, Serbia, DOI: 10.1109/EPEPEMC.2012.6397479.
U. R. Prasanna; A. K. Singh; K. Rajashekara, «Novel Bidirectional Single-phase Single-Stage Isolated AC–DC Converter With PFC for Charging of Electric Vehicles,» in IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2017, 3(3), pp. 536–544, DOI: 10.1109/TTE.2017.2691327
F. Yang; C. Li; Y. Cao; K. Yao, «Two-phase Interleaved Boost PFC Converter with Coupled Inductor under Single-phase Operation,» in IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, 1–1, DOI:10.1109/TPEL.2019.2914532.
Y. Liu; Y. Sun; M. Su. A, «Control Method for Bridgeless Cuk/Sepic PFC Rectifier to Achieve Power Decoupling,» in IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, 64(9), pp. 7272–7276, DOI: 10.1109/TIE.2017.2688979.
P. J. S. Costa; C. H. Illa Font; T. B. Lazzarin, «Single-Phase Hybrid Switched-Capacitor Voltage-Doubler SEPIC PFC Rectifiers,» in IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, 33(6), pp. 5118–5130, DOI: 10.1109/TPEL.2017.2737534.
D. Wu; R. Ayyanar; M. Sondharangalla; T. Meyers, «High Performance Active-Clamped Isolated SEPIC PFC Converter with SiC Devices and Lossless Diode Clamp,» in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2019, 1–1, DOI: 10.1109/JESTPE.2019.2944593
I. Galkin; A. Podgornovs; A. Blinov; K. Vitols; M. Vorobyov; R. Kosenko, «Considerations regarding the concept of cost-effective power-assist wheelchair subsystems,» in Electr. Control Commun. Eng., 2018, 14, pp. 71–80, DOI: 10.3390/en12081526.
I. Galkin; A. Blinov; I. Verbytskyi; D. Zinchenko, «Modular Self-Balancing Battery Charger Concept for Cost-Effective Power-Assist Wheelchairs,» in Energies 2019, 12, 1526, DOI: 10.3390/en12081526.
Vasca, F.; Iannelli, L, «Dynamics and Control of Switched Electronic Systems: Advanced Perspectives for Modeling, Simulation and Control of Power Converters (Advances in Industrial Control) ,» in Springer-Verlag, London, 2012. – 493 p, DOI: 10.1007/978-1-4471-2885-4.
Ievgen Verbytskyi, Oleksandr Bondarenko, Oleksandr Kaloshyn, «Multicell-type charger for supercapacitors with power factor correction,» in Young Engineers Forum (YEF-ECE), Costa da Caparica, Portugal, 2018, pp. 91-96, DOI: 10.1109/YEF-ECE.2018.8368945.
Holmes, D. Grahame; Lipo, Thomas A, «Pulse width modulation for power converters. Theory and practice,» in IEEE Press Series on Power Engineering, 2003. – 724 p.
Verbytyskyi, I.V, «Ispolzovanie dvoynogo ryada Furie dlya rascheta spectra modulirovannyh signalov [ Using of Double Fourier series for modulated signals spectrum calculation],» in Technichna elekrtrodynamika [ Technical Electrodynamics] – 2014, № 4, p. 96-98.

Попередня у випуску Дослідження електронної складової імпульсного магнетронного розряду Наступна у випуску Удосконалений метод визначення положення суглобових з’єднань скелету людини на відеопослідовностях

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел

PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов

У статті розглянуто проблему ідентифікації структури затінення сонячних панелей. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю швидкої та адекватної реконфігурації…

#Сонячні панелі #Фотоелектрична поверхня #Моделювання структури тіней #Квазістатична ідентифікація

с. 362283.1-362283.7

10.20535/2523-4455.mea.362283

Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій

Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна

Стаття присвячена розробці комплексного методу виділення фетального електрокардіосигналу (ФЕКГ) з неінвазивних абдомінальних записів та подальшої автоматизованої…

#абдомінальні електрокардіограми #фетальна електрокардіограма #аритмія #сліпе розділення джерел

с. 356487.1-356487.11

10.20535/2523-4455.mea.356487

Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен

У цій статті розглядається критична проблема погіршення якості електроенергії в сучасних енергосистемах, спричинена поширенням нелінійних навантажень. Такі навантаження…

#фільтр-компенсаційний перетворювач #трифазна трипровідна мережа #якість електроенергії #повне гармонійне спотворення

с. 361138.1-361138.6

10.20535/2523-4455.mea.361138

Схожі статті

Myhailo Yuhymovych Artemenko, Larysa Mykolaivna Batrak, Serhii Yosyfovych Polishchuk, Повна потужність та коефіцієнт корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Marius Klytta, Аналіз процесу в просторі двох змінних , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз частотних характеристик інвертуючого перетворювача , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен, Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Oleksandr Ivanovych Drozdenko, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Випромінювання максимальної акустичної потужності системами гідроакустичних циліндричних п'єзокерамічних перетворювачів з окружною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Maksim Oleksiiovych Korzhyk, Serhii Viktorovych Kurdiuk, Oleksii Volodymyrovych Korzhyk, Імпедансні характеристики плоско-паралельного акустичного хвилеводу з комбінуванням межами при порушенні його двочастотних сигналом , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Olexander Vasylovych Borisov, Лабораторний тестер сонячних елементів з динамічною реконфігурацією вимірювальної схеми , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз процесу перетворювача, що встановився зі змінним навантаженням , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)
Arkadii Mykolaiovych Prodeus, Kseniia Victorivna Bukhta, Pavlo Vadymovych Morozko, Oleksii Volodymyroych Serhiienko, Ihor Valeriiovych Kotvytskyi, Oleksandr Oleksandrovych Dvornyk, Автоматизоване суб'єктивне оцінювання розбірливості мови при різних способах прослуховування , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Віталій Р. Прус, канд. техн. наук, доц. Олексій Вікторович Богданов, Експериментальне дослідження частотних характеристик MEMS-мікрофонів для моніторингу залізничного шуму , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)

1-10 з 123 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] Murat Yilmaz, Philip T. Krein., «Review of Battery Charger Topologies, Charging Power Levels, and Infrastructure for Plug-In Electric and Hybrid Vehicles,» in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 28, № 5, 2013, Pp. 2151-2169, DOI:10.1109/TPEL.2012.2212917.

[2] Shesh Narayan Vaishnav; H. Krishnaswami, «Single-stage Isolated Bi-directional Converter Topology using High Frequency AC link for Charging and V2G Applications of PHEV,» in 2011 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, 2011. – DOI: 10.1109/VPPC.2011.6043138

[3] F. Jauch; J. Biela, «Single-Phase Single-Stage Bidirectional Isolated ZVS AC-DC Converter with PFC,» in 15th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2012 ECCE Europe, Novi Sad, Serbia, DOI: 10.1109/EPEPEMC.2012.6397479.

[4] U. R. Prasanna; A. K. Singh; K. Rajashekara, «Novel Bidirectional Single-phase Single-Stage Isolated AC–DC Converter With PFC for Charging of Electric Vehicles,» in IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2017, 3(3), pp. 536–544, DOI: 10.1109/TTE.2017.2691327

[5] F. Yang; C. Li; Y. Cao; K. Yao, «Two-phase Interleaved Boost PFC Converter with Coupled Inductor under Single-phase Operation,» in IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, 1–1, DOI:10.1109/TPEL.2019.2914532.

[6] Y. Liu; Y. Sun; M. Su. A, «Control Method for Bridgeless Cuk/Sepic PFC Rectifier to Achieve Power Decoupling,» in IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, 64(9), pp. 7272–7276, DOI: 10.1109/TIE.2017.2688979.

[7] P. J. S. Costa; C. H. Illa Font; T. B. Lazzarin, «Single-Phase Hybrid Switched-Capacitor Voltage-Doubler SEPIC PFC Rectifiers,» in IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, 33(6), pp. 5118–5130, DOI: 10.1109/TPEL.2017.2737534.

[8] D. Wu; R. Ayyanar; M. Sondharangalla; T. Meyers, «High Performance Active-Clamped Isolated SEPIC PFC Converter with SiC Devices and Lossless Diode Clamp,» in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2019, 1–1, DOI: 10.1109/JESTPE.2019.2944593

[9] I. Galkin; A. Podgornovs; A. Blinov; K. Vitols; M. Vorobyov; R. Kosenko, «Considerations regarding the concept of cost-effective power-assist wheelchair subsystems,» in Electr. Control Commun. Eng., 2018, 14, pp. 71–80, DOI: 10.3390/en12081526.

[10] I. Galkin; A. Blinov; I. Verbytskyi; D. Zinchenko, «Modular Self-Balancing Battery Charger Concept for Cost-Effective Power-Assist Wheelchairs,» in Energies 2019, 12, 1526, DOI: 10.3390/en12081526.

[11] Vasca, F.; Iannelli, L, «Dynamics and Control of Switched Electronic Systems: Advanced Perspectives for Modeling, Simulation and Control of Power Converters (Advances in Industrial Control) ,» in Springer-Verlag, London, 2012. – 493 p, DOI: 10.1007/978-1-4471-2885-4.

[12] Ievgen Verbytskyi, Oleksandr Bondarenko, Oleksandr Kaloshyn, «Multicell-type charger for supercapacitors with power factor correction,» in Young Engineers Forum (YEF-ECE), Costa da Caparica, Portugal, 2018, pp. 91-96, DOI: 10.1109/YEF-ECE.2018.8368945.

[13] Holmes, D. Grahame; Lipo, Thomas A, «Pulse width modulation for power converters. Theory and practice,» in IEEE Press Series on Power Engineering, 2003. – 724 p.

[14] Verbytyskyi, I.V, «Ispolzovanie dvoynogo ryada Furie dlya rascheta spectra modulirovannyh signalov [ Using of Double Fourier series for modulated signals spectrum calculation],» in Technichna elekrtrodynamika [ Technical Electrodynamics] – 2014, № 4, p. 96-98.