شبیه سازی آموزشی مبدل اصلاح ضریب توان مبتنی بر مبدل کاک سلف سوئیچ شده با متلب

 

چکیده مقاله (ترجمه ماشینی)

اکثر مبدل‌های دو مرحله‌ای برای شارژ باتری دوچرخه الکتریکی شامل مبدل تقویت کننده برای PFC و سپس مبدل dc-dc با ولتاژ ورودی جهانی هستند. این تبدیل های دو مرحله ای از راندمان ضعیف و افزایش تعداد اجزا رنج می برند. در این مقاله، یک مبدل تصحیح ضریب توان مبتنی بر مبدل سلف سوئیچ سوئیچ تک مرحله‌ای Cuk پیشنهاد شده‌است که بهره پایین‌رفته بالا، تنش جریان کم، راندمان بالا و کاهش تعداد اجزا را ارائه می‌دهد. تجزیه و تحلیل عملیاتی و معادلات طراحی برای اجزای مختلف مبدل پیشنهادی در حالت جریان پیوسته (CCM) انجام می‌شود. این مقاله مدل‌سازی، تحلیل، شبیه‌سازی و آزمایش ریاضی را بر روی مبدل پیشنهادی با توان 500 وات، 48 ولت / 10.4 آمپر ارائه می‌کند. بررسی عملکرد مبدل پیشنهادی با توجه به شاخص‌های کیفیت توان مانند ولتاژ THD، جریان THD و ضریب توان کل با انواع مختلف بار مانند بار مقاومتی و بار باتری در هر دو ولتاژ ثابت (CV) و جریان ثابت (CC) انجام می‌شود. . علاوه بر این، عملکرد دینامیکی مبدل پیشنهادی با شارژ باتری در حالت ولتاژ ثابت و حالت جریان ثابت با توجه به تغییر گسترده تغییرات منبع مورد بررسی قرار می‌گیرد.

کلمات کلیدی: یکسو کننده پل دیود، باس DC، تصحیح ضریب توان، هارمونیک، مبدل Cuk، شارژ باتری

در سناریوی حاضر، انتشار گازهای گلخانه‌ای و سایر عناصر سمی در نتیجه استفاده بیش از حد از سوخت‌های نفتی تغذیه‌شده توسط خودرو، باعث ایجاد مخاطرات زیست‌محیطی، مسائل بهداشتی و نوسانات قیمتی قابل توجهی شده است [1]. در دهه های گذشته، وسایل نقلیه الکتریکی (EV) / وسایل نقلیه هیبریدی الکتریکی (EHV) به دلیل مزایای متعددی مانند تعمیر و نگهداری کم، راندمان بالا، کاهش آلودگی صوتی، کاهش آلودگی محیط زیست و مقرون به صرفه بودن، گزینه های جایگزین در کاربردهای حمل و نقل بین شهری هستند [2]. ]. برای تامین انرژی EV/EHV ها، برق باتری بدون آلودگی به عنوان ترجیح داده شده ترین منبع ظاهر شده است که در ایستگاه های شارژ باتری قابل شارژ است [3]. با این حال، با توجه به افزایش تصاعدی در رشد خودروهای الکتریکی در آینده، احتمال مشکلات کیفیت توان در شبکه‌های موجود وجود خواهد داشت [4]. با توجه به استفاده گسترده از فناوری الکترونیک قدرت برای ایستگاه های شارژ باتری، نگرانی در مورد مشکلات کیفیت برق به ویژه آلودگی هارمونیک در سیستم توزیع افزایش یافته است [5]. خطر افزایش سطح هارمونیک در سیستم های توزیع برق وجود دارد که باعث کاهش عمر ترانسفورماتورهای توزیع با افزایش نصب ایستگاه های شارژ باتری در مناطق شهری می شود [6]. به طور معمول، یکسوساز پل دیودی و به دنبال آن خازن فیلتر حجیم، جریان منبع تغذیه غیر سینوسی و پیکی با اعوجاج شدید با جریان هارمونیک بالا THD 70-80 درصد را از شبکه برق تک فاز ac با ضریب توان کم در حد 0.75-0.8 می کشد. عقب ماندگی و ضریب تاج بالا [6]. طبق استانداردهای بین المللی برای کیفیت توان (PQ) مانند استاندارد IEEE 519-1992، IEC 61000-3-2، برای هر محصولی ضروری است که تقاضای بار برای ضریب توان بالاتر از 0.9 را برآورده کند. و THD فعلی کمتر از 5% برای کاربردهای کلاس D (زیر 600 وات، <16 آمپر، تک فاز) [7، 8]. برای برآورده کردن دستورالعمل های استانداردهای بین المللی توصیه شده برای کیفیت توان (PQ)، توپولوژی های مبدل ac-dc مختلف در ادبیات گزارش شده است [10، 11]. استفاده از مبدل‌های PFC دو مرحله‌ای به طور گسترده انجام می‌شود که در مرحله اول تصحیح ضریب توان و در مرحله دوم تنظیم ولتاژ/جریان انجام می‌شود. بسته به نیاز می توان از توپولوژی مبدل مناسب در مرحله دوم استفاده کرد. علاوه بر این، این مبدل های PFC (غیر ایزوله/ایزوله) برای عملکرد در حالت هدایت پیوسته یا ناپیوسته طراحی شده اند [9، 10]. با این حال، این مبدل های دو مرحله ای از راندمان ضعیف و تعداد قطعات بالا رنج می برند. حتی اگر بسیاری از توپولوژی های مقرون به صرفه در ادبیات گزارش شده است، مبدل های تک مرحله ای با راندمان بالا برای کاربردهای توان کم دیده می شوند. در ادبیات، تعداد کمی توپولوژی PFC تک مرحله‌ای مقرون‌به‌صرفه با یک کلید فعال و یک حلقه کنترل گزارش شده‌اند که هر دو عملکرد، مانند تنظیم ولتاژ خروجی و شکل‌دهی جریان ورودی را انجام می‌دهند. اما این مبدل ها فشار ولتاژ بالایی را در سراسر سوئیچ ایجاد می کنند. ولتاژ به تغییرات ولتاژ ورودی و تغییرات بار خروجی بستگی دارد. با یک منبع ورودی جهانی، ولتاژ بین عناصر مدار به راحتی از 450 ولت تجاوز می کند [11، 12]. بنابراین، دستگاه های نیمه هادی درجه بندی ولتاژ بالا و خازن های حجیم برای توپولوژی مورد استفاده برای تغییرات گسترده ولتاژ ورودی مورد نیاز هستند. روش های مختلفی برای به حداقل رساندن تنش ولتاژ بر روی عناصر مدار ارائه شده است [13، 14]. برای بدست آوردن خروجی ولتاژ پایین و کاهش تنش‌های ولتاژ بر روی دستگاه‌ها، ممکن است به ترانسفورماتور نیاز باشد که هزینه‌ای را به سیستم می‌افزاید، به‌ویژه اگر نیازی به جداسازی گالوانیکی نباشد.

 

توضیحات:

در این پروژه یک مبدل اصلاح ضریب توان مبتنی بر مبدل کاک در نظر گرفته شده و عملکرد آن در حالت های نرمال، تغییر بار، تغییر ولتاژ منبع و در هنگام شارژ باطری مورد بررسی قرار گرفته است. برای طراحی پارامترهای مدار از مقدارهای مقاله مرجع استفاده شده و شبیه سازی مدار به همراه کنترل آن در دو مد ولتاژ و جریان در محیط سیمولینک متلب انجام شده است.

مدار مبدل و کنترل آن

نمایی از مبدل موردنظر در شکل زیر نشان داده شده است که در آن منبع ولتاژ متناوب در سمت چپ به یکسوساز دیودی تک پل متصل بوده و ولتاژ آن بعد از یکسوسازی به مبدل کاک سلف سوئیچ شده داده می شود. این ولتاژ سپس توسط مبدل کاک به یک ولتاژ یکسو تبدیل شده و در خروجی به بار اعمال می شود.

شبیه سازی آموزشی مبدل اصلاح ضریب توان مبتنی بر مبدل کاک سلف سوئیچ شده با متلب توسط کارشناسان گروه ۱.۲.۳ پروژه پیاده سازی گردیده .