AUTOMOTIVE POWER ELECTRONIC CONVERTER blum lengkap

DC/AC Inverters

Mohan Aware
Visvesvaraya National Institute of Technology, Nagpur, India 

Meningkatnya permintaan daya listrik pada mobil lanjutan untuk meningkatkan kinerja mesin, kenyamanan penumpang, dan keselamatan. Ini meningkatkan kebutuhan daya yang tinggi pada mobil membutuhkan manajemen yang efisien. Hal yang utama seperti manejemen daya dan fungsi modulasi adalah mungkin oleh alat elektronik kekuatan.  

Di mobil, aksesori elektrik dan elektronik didukung oleh baterai. Daya ini diatur dengan mempergunakan konverter. Prinsip dasar dari konversi daya DC ke AC menggunakan daya elektronik inverter akan dijelaskan. Berbagai jenis topologies converter dideskripsikan dengan mode operasi mereka. Teknik kontrol arus dan tegangan dipergunakan dalam proses konversi ini akan dijelaskan. Teknik baru konversi DC AC mempergunakan multilevel dan resonansi DC link inverters dengan singkat diperkenalkan. Permobilan pelengkap aplikasi kontrol motor digambarkan.  

14.1 KONVERSI DC-ke-AC
 
Lundell Alternator yang merupakan sumber daya listrik untuk digunakan pada kebanyakan mobil. Daya yang tersedia digunakan selama berjalan dan dalam kondisi diam. Peran dari baterai adalah sangat penting pada keadaan ini. Daya yang tersimpan ini digunakan sesuai kebutuhan dan persyaratan di dalam kendaraan. 
Konversi daya dan kontrol dilaksanakan oleh power converters elektronik yang dibangun oleh jaringan semikonduktor daya aktif. Untuk aplikasi permobilan, konverter disediakan dari sumber tegangan DC. dasar dari sebuah sumber tegangan converter dapat dibedakan oleh keadaan operasi. Terminal input dan output secara langsung terkoneksi, lintas terkoneksi, atau terpisah. Urutan yang sesuai dari hasil status pada konversi yang diberi tegangan sumber ke output tegangan beban yang diinginkan.

Gambar

Figure 14.1 Existence function. 


Figure 14.2 Isolated switch of converter matrix. 

 Konversi daya DC ke AC diwujudkan oleh inverters. Pada konverter untuk aplikasi apapun, dua setelan terkait dari parameter adalah dengan daya tarik tertinggi. Kinerja terminal eksternal, didefinisikan oleh dependent quantities, akan menentukan seberapa baik konverter yang memenuhi kebutuhan dan aplikasi apa yang diperlukan untuk sukses dengan sumber dan beban yang nyata. Arus dan tegangan internal dari converter switching loop akan menentukan pilihan active switching devices yang digunakan dan juga pelengkap komponen pasif diperlukan agar perangkat dapat berfungsi dengan baik. Untuk mendapatkan presisi, definisi kuantitatif dari dependent quantities, beberapa cara secara normal dan menurut banyaknya pendeskripsian switching pattern yang akan diidentifikasi sebagai satu existence function. Ekspresi matematis ini mengijinkan dependent quantity dan bentuk gelombang konverter internal dibangun secara grafis. existence function untuk sebuah single switch mengasumsikan unit menghargai kapanpun tombol ditutup dan adalah nol kapanpun tombol adalah buka. Pada sebuah konverter, masing-masing switch ditutup dan dibuka sesuai dengan beberapa pola perulangan. Karenanya, keberadaan fungsi ini harus diwakili seperti terlihat pada gambar 14.1. Kereta pulsa yang mempunyai unit amplitudo tetapi baik pulsa maupun intervensi zero value periode akan memiliki durasi waktu yang sama. Syarat bahwa ada satu pola tombol perulangan berada berarti yang fungsi harus paling tidak terdiri dari mengulangi group dari berdenyut. Yang sederhana, atau unmodulated, existence functions mempunyai semua pulsa dari durasi waktu yang sama dan interval nol dengan hak milik yang sama. Keanekaragaman yang lebih rumit, memiliki perbedaan durasi pulsa dan various interspersed zero times, disebut modulated existence function. Penggunaan dari existence function untuk memperoleh hubungan antara dependent quantities dengan switch yang ditandai pada gambar 14.2.  

Switch terhubung ke V i , it dari setelan M-defined voltages, dan ke 
I j , jth setelan dari N-defined currents dalam matriks converter.  
Persamaan lengkap untuk tegangan yang bagus I j dapat ditulis seperti:  

Equation

 Persamaan untuk arus total yang mengalir di V i dapat ditulis seperti:  

  (14.2)


dimana H ij adalah existence function yang mempunyai nilai unit ketika tombol ditutup dan nilai nol ketika tombol dibuka. Tegangan yang bagus pada sebuah saklar, V s , adalah perbedaan antara tegangan sumber ini, V i dan tegangan listrik yang menekan di atasnya arus mencari sumber sementara ini adalah buka. Dengan demikian penyamaan untuk V s jadi  


Vs = V1 - Vj (14.3) 

 Dengan demikian, dependent quantities dan switch stress dapat sepenuhnya ditentukan menggunakan existence functions. Dengan mendefinisikan existence functions pada ekspresi matematis yang sesuai, dependent quantity dan bentuk gelombang switch stress dapat digambar. Ini teknik dasar analitis untuk switching converter digunakan untuk merumuskan dependent quantities. 
 
existence functions adalah kereta unit nilai pulsa interspersed oleh periode dari zero value. Sejak pola saklar yang selalu berulang, existence functions adalah berkala, Mereka secara matematis diwakili dalam berbagai cara. Ekspresi Fourier cocok untuk mengekspresikan existence functions
.  
 perluasan Fourier series dari sabuah existence function sederhana seperti pada gambar 14.1 adalah, untuk keperluan sekarang, terbaik selesai oleh tersetel referensi nol pada midpoint dari salah satu periode nilai unit. Pengulangan frekuensi dari pulsa adalah f dengan waktu periode T = 1/f mempunyai frekuensi sudut  = 2 f . Kalau waktu sudut dari nilai periode unit adalah 2/A rad, dimana A  1, maka batas nilai periode unit adalah - /SATU dan /Satu rad. Ekspresi untuk unmodulated existence function dilambangkan sebagai

Equation (14.4) 

 Kalau n adalah sebuah perkalian bilangan bulat dari A, kemudian sin(nlA) = 0, maka semua frekuensi
komponen yang memenuhi kondisi ini akan hilang dari ekspresi.
  
Pada konverter DC ke AC dan AC ke DC, dua teknik dasar untuk mengendalikan arus listrik yang tersedia. Pertama, mempertimbangkan bahwa jika satu kuantitas yang ditetapkan DC dan lainnya adalah AC, maka, saat ini dikalikan existence function tersebut, komponen diinginkan dari dependent quantity pada terminal AC harus memiliki frekuensi yang sama seperti yang ditetapkan jika jumlah daya transfer terjadi, seperti komponen yang dicari akan ada kalau salah satu kondisi oscillatory di Persamaan 14.4 punya frekuensi yang sama seperti yang ditetapkan AC kuantitas. Sejak masa untuk n = 1 mempunyai amplitudo paling besar, adalah logis untuk memilihnya. Ketika kuantitas AC terdefinisi dikalikan oleh existence functions, dengan sempurna memperlancar DC menginginkan komponen harus menghasilkan resultan dependent quantity. Masa 1/A akan menghasilkan komponen oscillatory, dan penjumlahan dari beberapa angka dari komponen demikian dapat hanya menjadi sebuah komponen oscillatory atau nol. Semua kondisi lain akan akibat oleh produk dari cos(nt) cos(st), dimana  dari existence functions dan s adalah sudut frekunsi dari kuantitas AC terdefinisi.  

Istilah  tidak dapat dibedakan, atau selain itu komponen yang diinginkan akan tidak lagi dihasilkan. Juga, A adalah satu bilangan bulat karar menjadi keberadaan berfungsi. Ini harus menjadi sebuah set komplit untuk menghindari pelanggaran dari KCL dan KVL, Oleh sebab itu, dimungkinkan kontrol memperkenalkan beberapa jenis modulating fungsi ke dalam argumen kondisi oscillatory dari existence function. Jelas bahwa yang diperlukan hanyalah fungsi modulating fasa yang dialihkan, sehubungan dengan adanya existence function yang mengambil waktu referensi eksternal. Biasanya, AC-kuantitas yang ditetapkan diambil sebagai referensi, dan pendahuluan atau sudut penundaan dipekerjakan untuk kontrol adalah designated. Ini jelas bahwa komponen yang diinginkan dari dependent AC quantity tidak mengalami modifikasi amplitudo ketika teknik kontrol ini digunakan.  

Teknik kedua untuk implementasi control pada konverter AC-ke-DC dan DC-ke-AC mungkin lebih jelas tetapi mengarah ke lebih kompleks untuk existence functions dan dependent quantities. Ini terdiri bagaimana membuat A bergantung pada waktu sehingga 1/A pada persamaan 14.4 diasumsikan dalam bentuk (I/A0) [1 ± m cos (st + ), dimana m adalah sebuah modulation index dan  sebuah perubahan sudut fasa. Sejak ini melibatkan variasi siklis dari periode nilai unit, metode ini disebut sebagai pulse width modulasi (PWM). Pada index modulasi, m, yang mengendalikan amplitudo komponen yang diinginkan is varied by varying the degree to which the unit value period is varied. 

 Inverters yang dibangun oleh jumlah dari tombol bergantung kepada kinerja dan aplikasi. Pengoperasian dari konfigurasi rangkaian ini dengan penulisan existence functions yang cocok. 

14.2 JENIS DARI INVERTERS

Dalam proses konversi, kuantitas terdefinisi nuty yang manapun baik arus atau tegangan. Ada dua jenis converter AC-ke-DC/DC-ke-AC, yang mengacu pada kuantitas terminal DC: sumber arus dan sumber tegangan. Pada sumber tegangan inverters (VSI), DC input tampak sebagai sumber tegangan DC (idealnya tanpa Impedansi internal) ke inverter. Di sumber arus inverter (CSl), DC input tampak kita satu sumber saat ini DC (idealnya dengan internal Impedance mendekati infinite) ke inverter. Sejak aliran daya dapat dibalik, keduanya inherently mampu dari dua operasi kwadrant pada DC mereka terminal; sumber arus adalah sebuah unidirectional-current bidirectional-voltage converter, dan sumber tegangan unidirectional-voltage bidirectional-current converter.  
Inverters dapat dibangun dengan jumlah berapa pun dari output fasa. Dalam prakteknya, satu fasa dan tiga fasa inverters hampir hampir seluruhnya dipakai. Dasar bangunan komponen dari inverters ini adalah power semiconductor switches. Di masa lalu, SCRs dipergunakan pada high- dan medium-daya inverters. SCR berbasis inverters memerlukan commutating rangkaian, untuk meng”off”kan SCR. Commutating di rangkaian inverter meningkat ukuran dan biaya inverter, dan mengurangi keandalan dan frekuensi switching dari inverters. Saat ini,, pengontrolan semiconductor power switches secara penuh, kebanyakan MOSFETs / IGBTs (pada low- and medium- power inverters) dan GTO (pada high-power inverters), yang hampir seluruhnya digunakan.  
Sebuah konverter DC-ke-AC disuplai dari sebuah DC sumber, sementara tegangan dan arus output AC mempunyai komponen fundamental yang kuat dengan frekuensi dan amplitudo yang dapat disetel. Mengingat persyaratan AC motor, mereka harus memenuhi persyaratan dasar berikut:
1. Kemampuan untuk menyesuaikan frekuensi sesuai dengan kecepatan yang diinginkan 
2. Kemampuan untuk menyesuaikan tegangan output untuk memelihara celah udara fluks pada daerah torsi konstan.
3. Kemampuan untuk menyuplai arus rata-rata pada satu basis berkepanjangan pada apapun frekuensi.

14.3 SUMBER TEGANGAN KONVERTER 

Sumber tegangan inverters adalah daya paling umum konverter elektronik. Tegangan input DC untuk sumber tegangan inverter dapat diperoleh dari sebuah rectifier, biasanya yang tak terkendalikan, jenis diode, atau dari sumber DC lainnya, seperti sebuah batere, sel bahan-bakar, atau susunan matahari photovoltaic
. 
  Sebagian besar mobil menggunakan sistem elektrik DC 14 V didukung oleh 12 V baterai, dan permintaan daya listrik rata-rata pada mobil akan 1.2 kW. Saat ini system daya 14 V telah mencapai batas kemampuan. Semakin meningkatnya kebutuhan listrik di mobil modern diharapkan menjadi sekitar 4 kW dan didukung dengan peningkatan bis tegangan DC menjadi 42 V. pengoperasian tegangan dan arus rata-rata dari switch dalam inverter akan ditingkat. MOSFETs/IGBTs switches akan lebih bagus untuk membangun rangkaian inverter.  
  Sumber tegangan listrik inverter menyediakan dari penyearah tak terkendalikan diperlihatkan di Figur 14.3. DC menghubungkan kapasitor mendasari tegangan listrik nyata cari sumber, sejak tegangan listrik ke seberang ini tidak dapat berganti dengan segera.  
  Output inverter dapat menjadi satu fasa atau poli fasa dan dapat mempunyai gelombang kotak, gelombang sinus PWM, gelombang stepped, atau setengah-gelombang persegi di output, Pemberian tegangan pada konverter dipergunakan secara ekstensif, dan beberapa aplikasi mereka mungkin sebagai berikut:  
• Motor penggerak AC 
• AC uninterruptible power supplies (UPS) 
• Pemanasan induksi 
• Suplai daya AC dari battery, photovoltaic array, or sel bahan bakar
• Static VAR generator (SVG) atau compensator (SVC) 
• Filter harmonic aktif 

Pada voltage-fed converters, power semiconductor device selalu dalam keadaan forward dikarenakan suplai tegangan DC; oleh sebab itu, diri maju terkontrol atau halang tidak simetris seperti GTOs, BJTs, IGBTs, daya MOSFETs, dan IGCTs, yang sesuai. Paksa konverter commutated thyristor dipergunakan sebelum, tapi sekarang yang mereka telah menjadi usang. Sebuah diode umpan balik selalu terkoneksi silang alat untuk mempunyai bebas aliran saat ini yang terbalik. Tombol – mode inverters biasanya terpakai untuk aplikasi permobilan dan dijelaskan pada bagian yang berikut. 


 


Figure 14.3 Voltage-source inverter supplied from a diode rectifier.


   


Figure 14.4 Singlephase switch mode invertcr. 

14.31 INVERTER SATU FASA

Aliran daya selama konversi dari DC ke AC oleh inverter disajikan dengan beban induktif. Sebuah sumber tegangan inverter satu fasa dengan blok fungsional ini diperlihatkan pada gambar 14.4 (a), Tegangan output dari inverter difilter sehingga v o dapat diasumsikan sebagai sinusoidal. Mengingat beban induktif seperti motor AC, arus beban i akan tertinggal belakang v o , seperti terlihat pada gambar 14.4 (b). Bentuk gelombang output pada gambar 14.4 (b) menunjukan yang selama interval aku, v and i keduanya adalah positif, sedangkan selama interval 3, v o dan keduanya negatif. Oleh sebab itu, selama interval I dan 3, aliran daya yang seketika P0 adalah trem sisi DC ke sisi AC, sesuai dengan sebuah mode operasi inverter. Sebaliknya, dan dari tanda kebalikan selama interval 2 dan 4, dan oleh karenanya aliran P0 dari sisi AC ke sisi DC inverter, sesuai dengan mode rectifier operasi. 

24.3.1.1 Half Bridge inverters 

Salah satu konfigurasi inverter yang sesederhana mungkin merupakan satu-fase, half-bridge inverter ditunjukan pada gambar 14.5 (a). Sirkuit ini terdiri dari sepasang perangkat S1 dan S2 terhubung dalam seri di seluruh DC supply, dan beban terhubung antara titik a dan titik pusat a dari sebuah split-capacitor power supply. Alat s 1 dan s 2 ditutup secara alternatif untuk 180 o guna menghasilkan gelombang kotak tegangan output seperti terlihat pada gambar 14.5 (b ).  
Selama pengoperasian, pe”switch”an pada kaki manapun dari inverter tidak boleh secara serempak karena mereka akan short pada supply source. kondisi shot ini harus dihindari. switch semiconductor, bahkan yang cepat, perlukan peralihan terbatas times dari pada status kepemimpinan ke yang lain. Oleh karena itu, dalam praktiknya,, untuk menghindari hubungan shot, sebuah switch dipadamkan sesaat sebelum switch yang lain dinyalakan pada kaki yang sama. Interval di antara padamkan dan nyalakan sinyal dipanggil waktu penebukan atau waktu mati t d  
Isi biasanya induktif, dan penapisan sempurna yang asumsi, arus sinusoidal akan keter di belakang tegangan listrik fundamental oleh kail , sebagai terlihat. Mengasah volt barang persediaan dan arus isi dari muatan kutub yang sama, mode aktifkan, memaksudkan kekuatan adalah penyerap oleh isi. Pada sisi lain, ketika tegangan listrik dan arus dari menandai muatan kutub kebalikan kepemimpinan diode, kekuatan diberi makan kembali sumber. Bagaimanapun, daya rata-rata akan mengalir dari sumber ke isi