DOI: https://doi.org/10.20535/2523-4455.2019.24.6.197361
Зображення обкладинки

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

Ievgen Volodymorovych Verbytskyi

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

Повний текст:

PDF (English)

Перелік посилань для Cited-By Linking


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.


Перелік посилань


  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.






Copyright (c) 2019 Вербицький Є. В.

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN: 2523-4447
e-ISSN: 2523-4455