ОГЛЯД DC-AC РІШЕНЬ СИЛОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ БЕЗ ГАЛЬВАНІЧНОЇ ІЗОЛЯЦІЇ З ВИСОКИМ КОЕФІЦІЄНТОМ ПІДСИЛЕННЯ

УДК:621.3.08

DOI:10.25140/2411-5363-2017-4(10)-147-153

Автор:

Красножон Олексій Васильович, Чернігівський національний технологічний університет (вул. Шевченка, 95, м. Чернігів, 14027, Україна)

Шевченко Роман Владиславович, Чернігівський національний технологічний університет (вул. Шевченка, 95, м. Чернігів, 14027, Україна)

Хоменко Олег Борисович , Чернігівський національний технологічний університет (вул. Шевченка, 95, м. Чернігів, 14027, Україна)

Велігорський Олександр Анатолійович , Чернігівський національний технологічний університет (вул. Шевченка, 95, м. Чернігів, 14027, Україна)

Мова статті: англійська

Анотація:

Актуальність теми дослідження. Технології зберігання енергії сильно пов'язані з електричними транспортними засобами. Станція швидкої зарядки разом із бездротовою станцією передачі енергії потенційно робить електричний транспортний засіб більш привабливим та зручним для користувача.

Постановка проблеми. Основна проблема в цій галузі полягає у великих розмірах та низькому терміні служби батарей, а також обмеженій швидкості завантаження електричних транспортних засобів. Також важлива оптимізація щільності енергії при якомога більшій ефективності.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Аналіз публікацій показує, що даній тематиці досліджень приділено багато уваги, є значна кількість публікацій провідних інститутів і всесвітньовідомих вчених. Тож у поточній статті показано порівняння двох основних сімейств неізольованих перетворювачів із посиланням на статті і вітчизняних вчених також. Представлено і класифіковано перше сімейство, засноване на однотактних рішеннях. Також показаний аналіз двохтактних перетворювачів на основі проміжного перетворювача постійного струму з високим підвищенням.

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Багато проблем з електроенергетикою має бути вирішено для збільшення впровадження технології та прискорення переходу від традиційної зарядки до електричних мобільних зарядних станцій. У випадку спрощеного рішення без використання гальванічної ізоляції та використання низьковольтних батарей, коефіцієнт підсилення постійного струму перетворювача відіграє дуже важливу роль.

Постановка завдання. Основним завданням цієї роботи є огляд високочастотних перетворювачів постійного струму без гальванічної ізоляції для заряджання акумулятора від мережі.

Викладення основного матеріалу. При аналізі рішень на основі одноступеневих перетворювачах постійного струму і огляді топологій було виявлено, що з-поміж декількох груп імпедансних мереж найбільш придатні для застосування є мережі з високим ступенем підсилення на основі магнітних з'єднаних індуктивних компонентів або трансформатора. При правильній реалізації це призведе до підвищення коефіцієнта підсилення напруги через коефіцієнт повороту. Класичні ж схеми на основі інвертору із імпедансною ланкою та SEPIC перетворювача, навіть із більш модифікованими рішеннями, обмежені при практичній реалізації і експлуатації. Ці схеми містять багато пасивних компонентів і мають додаткові втрати в напівпровідниках.

При огляді дворівневих перетворювачів постійного струму з високим ступенем підсилення без гальванічної ізоляції на основі високочастотних перетворювачів постійного струму проведено огляд і порівняння декількох рішень. Найбільш цікавою схемою є двонаправлений перетворювач зі змінним конденсатором, що складається тільки з напівпровідникових перемикачів та конденсаторів. Показник ефективності становить від 95 до 98,5 % на всьому діапазоні завантаження. Проміжна концепція цього рішення стала досить популярною в останні роки завдяки таким перевагам, як висока ефективність в широкому діапазоні навантажень, зниження втрат провідності, висока щільність потужності.

Висновки. В статті проведено огляд перетворювачів для зарядки акумулятора від мережі, приведено порівняння двох основних сімейств неізольованих перетворювачів. Високошвидкісні перетворювачі постійного струму - це один з ключових елементів заряджання акумулятора від мережі. Вони забезпечують гнучкий інтерфейс перетворення енергії між пристроєм зберігання енергії та іншою частиною системи. Розглянуто дві основні групи неізольованих перетворювачів. Перша група на базі одноступеневих перетворювачів може бути цікавою через зменшення кількості елементів. У той же час недоліком таких систем є складний контроль.

Ключові слова:

високий коефіцієнт підвищення, перетворювач, заряд батареї

Список використаних джерел:

1. Z. Yu, H. Kapels, and K. F. Hoffmann, “High Efficiency Bidirectional DC-DC Converter with Wide Input and Output Voltage Ranges for Battery Systems,” in Renewable Energy and Energy Management; Proceedings of PCIM Europe 2015; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, 2015, pp. 1–8.

2. J. Kikuchi and T. A. Lipo, "Three-phase PWM boost-buck rectifiers with power-regenerating capability," Industry Applications, IEEE Transactions on, vol. 38, pp. 1361-1369, Sept./Oct. 2002.

3. Peng F.Z. “Z-source inverter”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Mar./Apr. 2003. V. 39, No. 2. pp. 504-510.

4. Гусев О. О. Вінніков “Порівняння імпедансних ланок для перетворювачів з джерелом напруги / О. О. Гусев, А. І. Чуб, Д. В. Вінніков // Технічна електродинаміка. – 2015. – № 3. – С. 25–32.

5. Shults, T., Husev, O., Zakis, J., “Overview of impedance source networks for voltage source inverters” In: EDM 2015, pp 514-519.

6. K. Tytelmaier, O. Husev, O. Veligorskyi, and R. Yershov, “A review of non-isolated bidirectional dc-dc converters for energy storage systems,” 2016 II Int. Young Sci. Forum Appl. Phys. Eng., pp. 22–28, 2016.

7. H. Wu, K. Sun, L. Chen, L. Zhu, and Y. Xing, “High Step-Up/Step-Down Soft-Switching Bidirectional DC-DC Converter with Coupled-Inductor and Voltage Matching Control for Energy Storage Systems,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 63, no. 5, pp. 2892–2903, Maijs 2016.

8. L. C. Miranda, R. R. Sanhueza, G. M. López, S. Fingerhuth, S. A. Mussa, and D. Ruiz-Caballero, “High-gain symmetrical hybrid multilevel DC-AC converters  Single phase circuits”, in 2013 Brazilian Power Electronics Conference, 2013, pp. 161–168.

9. S. Xiong and S. C. Tan, “Cascaded High-Voltage-Gain Bidirectional Switched-Capacitor DC-DC Converters for Distributed Energy Resources Applications,” IEEE Transactions on Power Elect­ronics, vol. 32, no. 2, pp. 1220–1231, Feb. 2017.

10. C.-M. Lai, Y.-C. Lin, D. Lee, “Study and Implementation of a Two-Phase Interleaved Bidirectional DC/DC Converter for Vehicle and DC-Microgrid System,” Energies, vol. 8, pp. 9969-9991, Sep. 2015.

Завантажити