实验分析单相双向交流Buck变换器的电能质量的改善

Venkatesha.K¹,维迪雅H.A²Priyashree年代¹和Vijay Kumar G³

副教授,电气与电子工程部门,BNM理工学院,印度班加罗尔
教授和头部,电气与电子工程部门,BNM理工学院,印度班加罗尔
电气和电子工程研究助理,部门,BNM理工学院,印度班加罗尔

文摘

小说双向ac交流buck变换器电路使用功率MOSFET在高频斩波模式设计和运营分析等参数输入功率因数、谐波和转换器的效率。平等PWM (EPWM)技术是一种用于提高每半个周期的脉冲数(P)为了改变这些参数。rms值的基本组件的输出电压可以增加通过改变脉冲的占空比(K)。从实验结果中观察到的,该方案利用EPWM技术显著减少低阶谐波,提高输入功率因数和效率,因此大大降低了过滤转换器的大小。

关键字

交流斩波器,AC缓冲器,谐波,等于PWM技术,电能质量。

介绍

工业负荷如加热器、照明控制、炉,交流电动机速度控制以及剧院调光器使用交流电压控制器。这种稳压器,然而,反应迟缓,可怜的输入功率因数、高级低阶谐波的输入和输出。这些转换器需要大量输入-输出过滤器来减少线的低阶谐波电流。这些缺点克服了各种拓扑的设计交流斩波器[1 - 7]。在大多数标准交流直升机,换向导致高电压峰值和另一个电流路径提供当电流路径改变。这个替代当前路径实现使用额外的双向开关。这种拓扑是困难和昂贵,实现开关的电压应力也高,导致降低了可靠性。

图1显示了巴克转换器的框图和控制电路产生脉冲嵌入式四象限功率MOSFET开关操作在高频斩波模式。摘要小说双向AC巴克转换器,提出和分析了RL负载使用EPWM技术,每半周期的脉冲数(P)增加为了改变谐波的输出电压和输入电流源。电源电路是由PWM巴克直升机使用四象限双向开关。交流电压斩波控制使用EPWM模式是有效和简单的实现。

555定时器的控制电路包括IC产生锯齿脉冲与变量的期望频率振幅10伏的直流电压Vcontrol产生开关脉冲。给出了PWM脉冲通过逻辑电路的四个开关,隔离电路使用opto-coupler MCT2E和栅极驱动电路。输出电压可以连续变化通过改变脉冲的占空比(K)。技术继续唤起兴趣对变异的P和K [8]。切碎的输出电压波形分析谐波内容针对各种P和k值可以采用这种技术的谐波含量减少高频斩波模式以较低的成本促进容易过滤。

描述巴克转换器

图2显示了巴克巴克交流斩波来源于直流斩波器,在正常的单向开关换成四象限双向开关。的组合开关S1和S2连同身体二极管形成一套四象限开关调制的目的。同样的开关组合S3和S4形成另一个四象限与RL负荷开关设置为随心所欲的操作。开关的控制是基于EPWM技术。在实际实现的转换器,杂散电感增加双向开关的电压应力,可能破坏开关。这种情况需要转换器使用AC缓冲器组成的钢筋混凝土组合(Rs和Cs)。在巴克交流斩波器的配置,减刑政策是开关S2和S4 Vs > 0时另外打开开关S1调制。负半周期间,对Vs < 0,开关S1和S3中打开开关S2根据责任比例调制控制策略的确定。如果负载电感电流iL是正的,电感电流通过输出端绕过使用S4和二极管D3在S3。如果负载电感电流是负的,电感电流通过输入端使用iL绕过S2和二极管S1。 The enhancement type MOFSETs are used in converters as switching devices due their high switching frequency greater than 1MHz, and is available with forward blocking voltage and current of 600V and 40A respectively. Operation of power switching devices at higher frequencies results in decreased size of inductors and filter capacitors that facilitates compact and economical power electronic systems.

图3显示了控制电路的框图。这个电路生成PWM模式门为四个开关控制信号的波形图5所示。开关频率f P和电源频率有关

F_西南= 2 pf - - - - - - - - - - - - (1)

开关脉冲获得控制电路是电气隔离使用opto-coupler IC MCT2E和给MOSFET开关IRFP460通过栅极驱动器集成电路TC4424适当的保护和开关操作。光电晶体管和驱动器集成电路是由一个独立的5 v的来源。

EPWM脉冲给MOSFET开关通过比较生成与控制电压斜坡Vcontrol如图4所示。为电容器充电恒流源引起的电压线性斜坡。P的值可以选择通过改变变量潜在分压器连接到PNP晶体管的发射极。P的值被设置为不同的载波频率5 KHz, 7.5 KHz, 10 KHz, 15 KHz和20 KHz,以获得相应的开关脉冲。责任的价值比K每开关频率可以通过改变控制电压变化Vcontrol。从0.4到0.9 K的值不同来改变输出电压的均方根值的基本组成部分。P和K值的变化来分析参数,如输入功率因数、谐波和转换器的效率。

实验结果和讨论

巴克的实验室模型单相交流斩波器根据图2所示的电路,是制造和测试的负载参数RL = 529Ω& Lo = 100 mh提供输入电压为230 v。

载波频率设置斜坡信号如图6所示为各种开关5 KHz的频率(P = 50按照方程(1)),7.5千赫(P = 75), 10千赫(P = 100), 15千赫(P = 150)和20千赫(P = 200)。控制信号和输出电压波形捕获来自两个引导200 mhz横河DLM2022数字存储示波器(DSO)模型,在采样率选择了25 k样品/窗口。

图7和图8描述了四场效应管的栅极信号转换器的图。5。从获得的脉冲比较器电路是电气隔离使用光电耦合器和交换机通过栅极驱动电路。

图9描述了输出电压波形对P = 200 (Fs = 20 KHz)和K = 0.9和相应的均方根值为209 v。输入功率因数从0.7443到0.9789增加了不同占空比从0.4到0.9。

官从表我观察,源电流(是)和输出电压(Vo)正逐渐减少,变换器的效率是增加了增加K .输出电压和电流的值是增加逐渐增加与K .输入功率因数0.7443 K = 0.4,比其他开关频率。THD的输出电压和输入源电流大大降低k值的增加也观察到转换器的损失减少,提高功率因数,从而相应地提高变换器的效率。

图10和11描述了输入功率因数和()的函数的责任比从0.4到0.9 K不同为不同值的开关频率从5 KHz到20 KHz。从情节分析了输入功率因数从0.31增加到0.74,增加开关频率从5 KHz到20 KHz对责任比K = 0.4不使用输入滤波器的元素。因此EPWM技术提高输入功率因数,减少了相应的源电流的总谐波失真。THD的输出电压从70.58%降低到5.85%,从0.4到0.9 K不同开关频率5 KHz。官为了减少,P的值增加到200,输出电压的THD从38.83%降低到3.65%,从0.4到0.9 K不同开关频率20 KHz。

选择更高的开关频率的主要优势是,过滤器组件的大小会减少,促进了紧凑,节约电力电子系统也基本组件可以完全转移到负载的输出。图12描述了拉力测量输出电压的占空比K不同开关频率的函数。和图13描绘了效率作为责任比例的函数K不同开关频率。从上面的图观察,通过增加参数P从50到200年,转换器的输入功率因数和效率可以增加和输出电压和电流源可以减少从0.4到0.9 K的变化。进行的实验是没有任何滤芯在转换器的输入端和输出端。观察到,可以提高电能质量较高的开关频率与包容的小过滤器组件在输入和输出侧变换器电路的最佳性能。

结论

单相双向交流巴克转换器电路使用功率MOSFET操作在高频斩波模式下设计实现和分析参数,包括输入功率因数、谐波和转换器的效率的RL负载。EPWM技术是一个方法,每个半周期的脉冲数(P)增加为了提高这些参数。从实验结果中观察到的,该方案利用EPWM技术显著减少低阶谐波,提高变换器的输入功率因数和效率,因此大大降低了过滤转换器,促进了紧凑的大小和经济的电力电子系统。

确认

作者要感谢Visvesvaraya科技大学资助项目,BNM理工学院和其在电气和电子研发中心部门提供实验室设备制造,测试和分析提出了单相双向巴克AC变换器为电能质量的改善。

引用

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