Инвертор источника Z

Инвертор Z-источника — это тип силового инвертора , схема, преобразующая постоянный ток в переменный ток . Схема функционирует как повышающе-понижающий инвертор без использования DC-DC преобразовательного моста из-за своей топологии .

Сети с импедансом (Z) эффективно преобразуют мощность между источником и нагрузкой из постоянного тока в постоянный, из постоянного тока в переменный и из переменного тока в переменный. ^[1]^[2]

Количество модификаций и новых топологий Z-источника быстро росло с 2002 года. Улучшения в сетях импеданса путем введения связанных магнитов также были недавно предложены для достижения еще большего повышения напряжения, используя при этом более короткое время проскока. ^[3] Они включают в себя Γ-источник, T-источник, trans-Z-источник, TZ-источник, LCCT-Z-источник, который использует высокочастотный трансформатор, соединенный последовательно с двумя конденсаторами, блокирующими постоянный ток, ^[4] высокочастотные трансформаторно-изолированные сети и Y-источники. ^[5] Среди них сеть Y-источника более универсальна и может рассматриваться как общая сеть, из которой получены сети Γ-источника, T-источника и trans-Z-источника. ^[3] Несоизмеримые свойства этой сети открывают новые горизонты для исследователей и инженеров для изучения, расширения и модификации схемы для широкого спектра приложений преобразования энергии.

Типы инверторов

Инверторы можно классифицировать по их структуре как ^[6]

Однофазный инвертор: Этот тип инвертора состоит из двух ветвей или двух полюсов. (Полюс — это соединение двух переключателей, где источник одного и сток другого соединены, а эта общая точка выведена).
Трехфазный инвертор: этот тип инвертора состоит из трех ножек или полюсов или четырех ножек (три ножек для фаз и одна для нейтрали).

Инверторы также классифицируются по типу источника входного сигнала следующим образом:

Инвертор напряжения (VSI): В этом типе инвертора источник постоянного напряжения действует как вход для инверторного моста. Источник постоянного напряжения получается путем подключения большого конденсатора через источник постоянного тока.
Инвертор тока (CSI): В этом типе инвертора источник постоянного тока действует как вход для инверторного моста. Источник постоянного тока получается путем последовательного подключения большой индуктивности к источнику постоянного тока.

Операция

Обычно трехфазные инверторы имеют 8 векторных состояний (6 активных состояний и 2 нулевых состояния). Существует дополнительное состояние, известное как состояние проскока, во время которого переключатели одной ноги закорочены. В этом состоянии энергия сохраняется в сети импеданса, и когда инвертор находится в активном состоянии, сохраненная энергия передается в нагрузку, тем самым обеспечивая работу в режиме повышения напряжения. Это состояние проскока запрещено в VSI. ^[7]

Достижение возможности понижения-повышения в ZSI требует широтно-импульсной модуляции . Обычная синусоидальная широтно-импульсная модуляция (ШИМ) генерируется путем сравнения несущей треугольной волны с опорной синусоидальной волной. Для импульсов shoot through несущая волна сравнивается с двумя дополнительными опорными уровнями постоянного тока. Эти импульсы добавляются в ШИМ. ZSI имеет две свободы управления: индекс модуляции опорной волны, который является отношением амплитуды опорной волны к амплитуде несущей волны, и коэффициент заполнения shoot through, который может контролироваться уровнем постоянного тока. ^[7]

Преимущества

Преимущества инвертора Z-source: ^[8]^[9]

Источником может быть как источник напряжения, так и источник тока. Источником постоянного тока ZSI может быть батарея, диодный выпрямитель или тиристорный преобразователь, батарея топливных элементов или их комбинация.
Основной контур ZSI может быть либо традиционным VSI, либо традиционным CSI.
Работает как понижающе-повышающий инвертор.
Нагрузка ZSC может быть индуктивной или емкостной, или это может быть другая сеть Z-источника.

Недостатки

Типичные инверторы (VSI и CSI) имеют несколько недостатков: ^[10]^[11]

Они ведут себя только в режиме повышения или понижения. Таким образом, диапазон получаемого выходного напряжения либо меньше, либо больше входного напряжения.
Они уязвимы к электромагнитным помехам , и устройства выходят из строя в условиях как обрыва, так и короткого замыкания.
Комбинированная система из повышающего DC-DC-преобразователя и инвертора имеет меньшую надежность.
Основные коммутационные устройства VSI и CSI не являются взаимозаменяемыми.

Приложения

Ссылки

^ Siwakoti, Yam P.; Peng, Fang Zheng; Blaabjerg, Frede; Loh, Poh Chiang; Town, Graham E. (2015). «Сети с источником импеданса для преобразования электроэнергии, часть I: топологический обзор». IEEE Transactions on Power Electronics . 30 (2): 699–716. Bibcode : 2015ITPE...30..699S. doi : 10.1109/TPEL.2014.2313746 . S2CID 44236767.
^ Siwakoti, Yam P.; Peng, Fang Zheng; Blaabjerg, Frede; Loh, Poh Chiang; Town, Graham E.; Yang, Shuitao (2015). «Сети с источником импеданса для преобразования электроэнергии, часть II: обзор методов управления и модуляции». IEEE Transactions on Power Electronics . 30 (4): 1887–1906. Bibcode : 2015ITPE...30.1887S. doi : 10.1109/TPEL.2014.2329859 . S2CID 39497030.
^ ab Siwakoti, Yam P.; Blaabjerg, Frede; Loh, Poh Chiang (2016). «Новые сети источников с магнитной связью и импедансом (Z-)». Труды IEEE по силовой электронике . 31 (11): 7419–7435. Bibcode : 2016ITPE...31.7419S. doi : 10.1109/TPEL.2015.2459233. S2CID 21489048.
^ Адамович, Марек (2011). "LCCT-Z-Source инверторы". 2011 10-я Международная конференция по окружающей среде и электротехнике . С. 1–6. doi :10.1109/EEEIC.2011.5874799. ISBN 978-1-4244-8779-0. S2CID 27917468.
^ Сивакоти, Ям П.; Ло, По Чан; Блаабьерг, Фреде; Таун, Грэм (2014). «Сеть импеданса Y-источника». 2014 Конференция и выставка прикладной силовой электроники IEEE — APEC 2014 . стр. 3362–3366. дои : 10.1109/APEC.2014.6803789. ISBN 978-1-4799-2325-0. S2CID 21361731.
^ Рашид, М. (2011) Силовая электроника . Pearson Education. ISBN 8131762297
^ ab Shen, Miaosen; Peng, Fang Zheng (2008). «Режимы работы и характеристики инвертора Z-источника с малой индуктивностью или низким коэффициентом мощности». IEEE Transactions on Industrial Electronics . 55 : 89–96. doi :10.1109/TIE.2007.909063. S2CID 10619253.
^ Флореску, А.; Стоклоса, О.; Теодореску, М.; Радой, К.; Стойческу, Д.А.; Рошу, С. (2010). «Преимущества, ограничения и недостатки инвертора Z-source». Материалы CAS 2010 (Международная конференция по полупроводникам) . стр. 483–486. дои : 10.1109/SMICND.2010.5650503. ISBN 978-1-4244-5782-3. S2CID 33649768.
^ Мурали, М.; Гопалакришнан, Н.; Панде, В.Н. (2012). "Z-sourced unified power flow controller". 6-я Международная конференция IET по силовой электронике, машинам и приводам (PEMD 2012) . стр. A74. doi :10.1049/cp.2012.0222. ISBN 978-1-84919-616-1.
^ Фан Чжэн Пэн (2003). «Z-source инвертор». Труды IEEE по промышленным приложениям . 39 (2): 504–510. doi :10.1109/TIA.2003.808920.
^ Шен, М.; Джозеф, А.; Ван, Дж.; Пэн, ФЗ; Адамс, DJ (2004). «Сравнение традиционных инверторов и инверторов Z-источника для транспортных средств на топливных элементах». Силовая электроника на транспорте (IEEE Cat. No.04TH8756) . стр. 125–132. doi :10.1109/PET.2004.1393815. ISBN 0-7803-8538-1. S2CID 5782046.

[r3-1] Siwakoti, Yam P.; Peng, Fang Zheng; Blaabjerg, Frede; Loh, Poh Chiang; Town, Graham E. (2015). «Сети с источником импеданса для преобразования электроэнергии, часть I: топологический обзор». IEEE Transactions on Power Electronics . 30 (2): 699–716. Bibcode : 2015ITPE...30..699S. doi : 10.1109/TPEL.2014.2313746 . S2CID 44236767.

[r4-2] Siwakoti, Yam P.; Peng, Fang Zheng; Blaabjerg, Frede; Loh, Poh Chiang; Town, Graham E.; Yang, Shuitao (2015). «Сети с источником импеданса для преобразования электроэнергии, часть II: обзор методов управления и модуляции». IEEE Transactions on Power Electronics . 30 (4): 1887–1906. Bibcode : 2015ITPE...30.1887S. doi : 10.1109/TPEL.2014.2329859 . S2CID 39497030.

[r6-3] Siwakoti, Yam P.; Blaabjerg, Frede; Loh, Poh Chiang (2016). «Новые сети источников с магнитной связью и импедансом (Z-)». Труды IEEE по силовой электронике . 31 (11): 7419–7435. Bibcode : 2016ITPE...31.7419S. doi : 10.1109/TPEL.2015.2459233. S2CID 21489048.

[r16-4] Адамович, Марек (2011). "LCCT-Z-Source инверторы". 2011 10-я Международная конференция по окружающей среде и электротехнике . С. 1–6. doi :10.1109/EEEIC.2011.5874799. ISBN 978-1-4244-8779-0. S2CID 27917468.

[r5-5] Сивакоти, Ям П.; Ло, По Чан; Блаабьерг, Фреде; Таун, Грэм (2014). «Сеть импеданса Y-источника». 2014 Конференция и выставка прикладной силовой электроники IEEE — APEC 2014 . стр. 3362–3366. дои : 10.1109/APEC.2014.6803789. ISBN 978-1-4799-2325-0. S2CID 21361731.

[6] Рашид, М. (2011) Силовая электроника . Pearson Education. ISBN 8131762297

[op-7] Shen, Miaosen; Peng, Fang Zheng (2008). «Режимы работы и характеристики инвертора Z-источника с малой индуктивностью или низким коэффициентом мощности». IEEE Transactions on Industrial Electronics . 55 : 89–96. doi :10.1109/TIE.2007.909063. S2CID 10619253.

[8] Флореску, А.; Стоклоса, О.; Теодореску, М.; Радой, К.; Стойческу, Д.А.; Рошу, С. (2010). «Преимущества, ограничения и недостатки инвертора Z-source». Материалы CAS 2010 (Международная конференция по полупроводникам) . стр. 483–486. дои : 10.1109/SMICND.2010.5650503. ISBN 978-1-4244-5782-3. S2CID 33649768.

[9] Мурали, М.; Гопалакришнан, Н.; Панде, В.Н. (2012). "Z-sourced unified power flow controller". 6-я Международная конференция IET по силовой электронике, машинам и приводам (PEMD 2012) . стр. A74. doi :10.1049/cp.2012.0222. ISBN 978-1-84919-616-1.

[10] Фан Чжэн Пэн (2003). «Z-source инвертор». Труды IEEE по промышленным приложениям . 39 (2): 504–510. doi :10.1109/TIA.2003.808920.

[11] Шен, М.; Джозеф, А.; Ван, Дж.; Пэн, ФЗ; Адамс, DJ (2004). «Сравнение традиционных инверторов и инверторов Z-источника для транспортных средств на топливных элементах». Силовая электроника на транспорте (IEEE Cat. No.04TH8756) . стр. 125–132. doi :10.1109/PET.2004.1393815. ISBN 0-7803-8538-1. S2CID 5782046.