Инвертор Z-источника
Инвертор Z-source — это тип силового инвертора , схема, которая преобразует постоянный ток в переменный . Схема работает как повышающе-понижающий инвертор без использования преобразовательного моста постоянного тока из-за своей топологии .
Сети источников с сопротивлением (Z) эффективно преобразуют мощность между источником и нагрузкой из постоянного тока в постоянный, постоянного тока в переменный и из переменного тока в переменный. [ 1 ] [ 2 ]
Количество модификаций и новых топологий Z-источника быстро росло с 2002 года. Недавно также было предложено усовершенствовать схемы импеданса за счет введения связанных магнетиков для достижения еще более высокого повышения напряжения при более коротком времени прохождения импульса. [ 3 ] К ним относятся Γ-источник, T-источник, транс-Z-источник, TZ-источник, LCCT-Z-источник, в котором используется высокочастотный трансформатор, соединенный последовательно с двумя конденсаторами, блокирующими постоянный ток, [ 4 ] высокочастотные сети с трансформаторной развязкой и Y-источником. [ 5 ] Среди них сеть Y-источника более универсальна и может рассматриваться как общая сеть, из которой получены сети Γ-источника, T-источника и транс-Z-источника. [ 3 ] Несоизмеримые свойства этой сети открывают перед исследователями и инженерами новые горизонты для изучения, расширения и модификации схемы для широкого спектра применений преобразования энергии.
Типы инверторов
[ редактировать ]Инверторы можно классифицировать по своей конструкции как [ 6 ]
- Однофазный инвертор: этот тип инвертора состоит из двух ветвей или двух полюсов. (Полюс – это соединение двух выключателей, где соединены исток одного и сток другого, а общая точка вынесена).
- Трехфазный инвертор: этот тип инвертора состоит из трех ветвей или полюсов или четырех ветвей (три ветки для фаз и одна для нейтрали).
Инверторы также классифицируются по типу источника входного сигнала следующим образом:
- Инвертор источника напряжения (VSI): в инверторе этого типа источник постоянного напряжения действует как входной сигнал инверторного моста. Источник постоянного напряжения получается путем подключения большого конденсатора к источнику постоянного тока.
- Инвертор источника тока (CSI). В инверторе этого типа источник постоянного тока действует как входной сигнал инверторного моста. Источник постоянного тока получается путем подключения большой катушки индуктивности последовательно к источнику постоянного тока.
Операция
[ редактировать ]Обычно трехфазные инверторы имеют 8 векторных состояний (6 активных состояний и 2 нулевых состояния). Существует дополнительное состояние, известное как состояние прострела, во время которого переключатели одной ветви замыкаются накоротко. В этом состоянии энергия накапливается в импедансной сети, и когда инвертор находится в активном состоянии, накопленная энергия передается нагрузке, обеспечивая тем самым работу в режиме повышения. Это состояние сквозной съемки запрещено в VSI. [ 7 ]
Для реализации повышающе-понижающего режима в ZSI требуется широтно-импульсная модуляция . Обычная синусоидальная широтно-импульсная модуляция (SPWM) генерируется путем сравнения несущей треугольной волны с опорной синусоидальной волной. Для сквозных импульсов несущая волна сравнивается с двумя дополнительными опорными уровнями постоянного тока. Эти импульсы добавляются в SPWM. ZSI имеет две свободы управления: индекс модуляции опорной волны, который представляет собой отношение амплитуды опорной волны к амплитуде несущей волны, и коэффициент заполнения, которым можно управлять с помощью уровня постоянного тока. [ 7 ]
Преимущества
[ редактировать ]Преимущества инвертора Z-source: [ 8 ] [ 9 ]
- Источником может быть либо источник напряжения, либо источник тока. Источником постоянного тока ZSI может быть батарея, диодный выпрямитель или тиристорный преобразователь, батарея топливных элементов или их комбинация.
- Основной схемой ZSI может быть традиционный VSI или традиционный CSI.
- Работает как повышающе-понижающий инвертор.
- Нагрузка ZSC может быть индуктивной или емкостной, либо это может быть другая сеть Z-source.
Недостатки
[ редактировать ]Типичные инверторы (VSI и CSI) имеют несколько недостатков: [ 10 ] [ 11 ]
- Они работают только в режиме повышения или понижения. Таким образом, достижимый диапазон выходного напряжения либо меньше, либо больше входного напряжения.
- Они уязвимы к электромагнитным помехам , и устройства повреждаются при разомкнутом или коротком замыкании.
- Комбинированная система повышающего преобразователя постоянного тока и инвертора имеет меньшую надежность.
- Главные коммутационные устройства VSI и CSI не взаимозаменяемы.
Приложения
[ редактировать ]- Возобновляемые источники энергии
- Электромобили
- Моторные приводы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сивакоти, Ям П.; Пэн, Фан Чжэн; Блаабьерг, Фреде; Ло, По Чан; Таун, Грэм Э. (2015). «Сети источников импеданса для преобразования электроэнергии, часть I: топологический обзор» . Транзакции IEEE по силовой электронике . 30 (2): 699–716. Бибкод : 2015ИТПЭ...30..699С . дои : 10.1109/TPEL.2014.2313746 . S2CID 44236767 .
- ^ Сивакоти, Ям П.; Пэн, Фан Чжэн; Блаабьерг, Фреде; Ло, По Чан; Таун, Грэм Э.; Ян, Шуйтао (2015). «Сети источников импеданса для преобразования электроэнергии, часть II: обзор методов управления и модуляции» . Транзакции IEEE по силовой электронике . 30 (4): 1887–1906. Бибкод : 2015ИТПЭ...30.1887С . дои : 10.1109/TPEL.2014.2329859 . S2CID 39497030 .
- ^ Jump up to: а б Сивакоти, Ям П.; Блаабьерг, Фреде; Ло, По Чианг (2016). «Новые сети источников магнитного импеданса (Z-)». Транзакции IEEE по силовой электронике . 31 (11): 7419–7435. Бибкод : 2016ITPE...31.7419S . дои : 10.1109/TPEL.2015.2459233 . S2CID 21489048 .
- ^ Адамович, Марек (2011). «Инверторы LCCT-Z-Source». 2011 10-я Международная конференция по окружающей среде и электротехнике . стр. 1–6. дои : 10.1109/EEEIC.2011.5874799 . ISBN 978-1-4244-8779-0 . S2CID 27917468 .
- ^ Сивакоти, Ям П.; Ло, По Чан; Блабьерг, Фреде; Таун, Грэм (2014). «Сеть импеданса Y-источника». 2014 Конференция и выставка прикладной силовой электроники IEEE — APEC 2014 . стр. 100-1 3362–3366. дои : 10.1109/APEC.2014.6803789 . ISBN 978-1-4799-2325-0 . S2CID 21361731 .
- ^ Рашид, М. (2011) Силовая электроника . Пирсон Образование. ISBN 8131762297
- ^ Jump up to: а б Шен, Мяосэнь; Пэн, Фан Чжэн (2008). «Режимы работы и характеристики инвертора Z-Source с малой индуктивностью или низким коэффициентом мощности». Транзакции IEEE по промышленной электронике . 55 : 89–96. дои : 10.1109/TIE.2007.909063 . S2CID 10619253 .
- ^ Флореску, А.; Стоклоса, О.; Теодореску, М.; Радой, К.; Стойческу, Д.А.; Рошу, С. (2010). «Преимущества, ограничения и недостатки инвертора Z-source». Материалы CAS 2010 (Международная конференция по полупроводникам) . стр. 483–486. два : 10.1109/SMICND.2010.5650503 . ISBN 978-1-4244-5782-3 . S2CID 33649768 .
- ^ Мурали, М.; Гопалакришнан, Н.; Панде, В.Н. (2012). «Единый контроллер потока мощности на базе Z». 6-я Международная конференция IET по силовой электронике, машинам и приводам (PEMD 2012) . стр. А74. дои : 10.1049/cp.2012.0222 . ISBN 978-1-84919-616-1 .
- ^ Фан Чжэн Пэн (2003). «Инвертор Z-источника». Транзакции IEEE для промышленных приложений . 39 (2): 504–510. дои : 10.1109/TIA.2003.808920 .
- ^ Шен, М.; Джозеф, А.; Ван, Дж.; Пэн, ФЗ; Адамс, диджей (2004). «Сравнение традиционных инверторов и инвертора Z-source для автомобилей на топливных элементах». Силовая электроника на транспорте (№ по каталогу IEEE 04TH8756) . стр. 125–132. дои : 10.1109/PET.2004.1393815 . ISBN 0-7803-8538-1 . S2CID 5782046 .