Smartgridekben alkalmazható intelligens teljesítményelektronikai konverterek

OData támogatás
Konzulens:
Litváni Lilla Brigitta
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

Az alábbi diplomamunkában DC-DC konverterekkel foglalkoztunk, ezek működése került bemutatásra, illetve számos modellezési módszerrel vizsgáltuk a működését. A Buck konverter legegyszerűbb esetében megmutattuk, hogy a Fourier módszerrel lehetséges szimbolikusan is elemezni a problémát, de jóval bonyolultabb. Állandósult állapotbeli analízis segítségével a konverterek számos kulcsjellemzőjét, többek között a dinamikájukat és a feszültséghullámzásukat részleteztük. A modellt alátámasztotta a Matlab Simscape áramkör orientált szimulációs környezete. Mivel a Simscape-ben korlátozott a paraméterezésbeli szabadság (visszacsatolást nehéz lett volna megvalósítani), ezért levezettük a konverter Változó Struktúrájú Állapottér Modelljét. Ezt először folytonos időben alaposan részleteztük, majd véges differencia módszer alkalmazásával diszkretizáltuk. Ez a megközelítés alkalmas volt a tranziens folyamat és az állandósult állapot modellezésére is. Lehetségessé vált lépcsős jellel felvenni a Kitöltési tényező – Kimenő feszültség karakterisztikát. Az alapvető, zártkörű szabályozási módszerek röviden kerültek részletezésre, különös tekintettel a diszkrét idejű PI szabályzóra. Bemutatásra kerültek a diszkretizációhoz köthető problémák, mint például az, hogy ebben az esetben a pontos beállás nem szükségszerűen lehetséges a kimeneti lehetőségek kvantáltsága miatt, valamint az inkremens buffer jelentőségét.

A diplomamunka fő céljaként egy kétcsatornás Buck-Boost konverter épült meg. A kivitelezés során számos probléma merült fel, de ezek tekintélyes része megoldódott. Az invertáló kimenet korlátozott feszültségszintre alkalmazható, mert a meghajtó IC nem volt alkalmas -10 V-nál kisebb feszültség előállítására. Így épült még egy csatorna, egy Buck és egy Boost konverter kaszkád kapcsolásával. Ez a neminvertáló csatorna már konzisztensen képes volt 0-25 V feszültség kiadására.

Egy megoldatlan probléma maradt, hogy a kimeneti feszültség tartományát a mikrovezérlő jelszint tartományához illesztő segédáramkör nem volt ideális. A szabályozás PIC24FJ128GA010 alkalmazásával valósult meg. A mikrovezérlő Analóg-Digitális Konvertere (ADC) 0-3.3 V feszültséget fogad el, de a konverter által szolgáltatott feszültség vagy 0-(-8 V) vagy 0-25 V tartományba esett, a csatornától függően. Ez a jelszintbeli illesztés úgy valósult meg, hogy feszültségosztással a jel nagyságrendjét csökkentettük, majd a műveleti erősítő használatával további feldolgozás történt. Az ADC által miért jelből egy konstanssal való szorzással becsültük a tényleges konverter kimenő feszültségét. Amikor a feszültségek változtak, az ADC bemeneti jelének és a kimenő feszültségnek az aránya is változott, emiatt más feszültségen hibás eredményre szabályozott. Ez a hiba nem volt súlyos, 3% eltérést jelentett akkor, amikor a tápfeszültség 16.6 V-ról 12 V-ra változott.

A PI szabályzó kiegészült egy telítéssel a kitöltési tényezőre (azért, hogy ne léphesse át a Kitöltési Tényező – Kimeneti Feszültség billenési pontját), valamint egy adaptív toleranciával, amely megadja, hogy mekkora hibát kell elfogadnia a konverternek beálláskor a kitöltési tényező függvényében. Tapasztalataink szerint kis terhelésnél a dióda veszteségei dominánsak, mivel a terhelés növelése és a hagyományos diódák nagyfrekvenciás alkalmazásokban preferált, kis nyitófeszültségű Schottky diódákra történő cseréje hatására a hatásfok nagymértékben megnő.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.