Vidēja un augsta sprieguma elektronisko transformatoru topoloģijas un vadības pielietojumu apskats II

2 PET kopējās struktūras izvēle

PET topoloģijas ir ļoti dažādas. Pamatojoties uz enerģijas pārveidošanas pakāpju skaitu, tās var iedalīt vienpakāpes, divpakāpju un trīspakāpju tipos [7]. Divpakāpju struktūras ietver tās, kurām ir augstsprieguma un zemsprieguma līdzstrāvas kopnes, kā parādīts 1. attēlā.

Vienpakāpes PET tehnoloģijās (1. att. (a)) vidējas/augstas frekvences Izolācijas transformators savieno maiņstrāvas/maiņstrāvas pārveidotājus abās pusēs. Primārās puses maiņstrāvas/maiņstrāvas pārveidotājs modulē ieejas līnijas frekvences maiņstrāvas spriegumu augstfrekvences maiņstrāvas spriegumā, kas tiek savienots caur transformatoru un pēc tam sekundārās puses maiņstrāvas/maiņstrāvas pārveidotājs pārveido atpakaļ līnijas frekvences maiņstrāvas spriegumā. Vienpakāpes PET tranzistoriem ir mazāk pārveidošanas pakāpju un mazāk komponentu, augsta efektivitāte un augsts jaudas blīvums. Tomēr līdzstrāvas kopnes trūkums padara tos nepiemērotus hibrīdajiem maiņstrāvas/līdzstrāvas tīkliem, un jaudas atvienošanas vadība ir sarežģīta.

Divpakāpju PET tranzistoriem ir līdzstrāvas kopne vai nu augstsprieguma, vai zemsprieguma pusē. Izolācijas transformatora vienas puses topoloģija atgādina vienpakāpes PET topoloģiju, bet otra puse pie līdzstrāvas kopnes pieslēdzas, izmantojot maiņstrāvas/līdzstrāvas vai līdzstrāvas/maiņstrāvas ķēdes (1. att. (c) un 1. att. (d)). Izmantojot augstsprieguma vai zemsprieguma līdzstrāvas saites, divpakāpju PET tranzistori var pieslēgties vidēja/augsta sprieguma līdzstrāvas tīkliem augstsprieguma pusē vai fotoelektriskajām/uzkrāšanas sistēmām zemsprieguma pusē. Tomēr aktīvā jauda, ​​ko pārvada pārveidotāji abās izolācijas transformatora pusēs, ir ļoti jutīga pret transformatora noplūdes induktivitātes parametriem. Turklāt līdzstrāvas kopnes kondensators piedzīvo ievērojamas divkāršas līnijas frekvences sprieguma svārstības, un pārveidotāja strāvas svārstības ir lielas [7], kas apgrūtina vadību.

Trīspakāpju PET tranzistoriem (1. att. (b)) ir līdzstrāvas kopnes gan augstsprieguma, gan zemsprieguma pusē. Ieejas līnijas frekvences maiņstrāva tiek rektificēta augstsprieguma līdzstrāvas kopnē, izmantojot maiņstrāvas/līdzstrāvas pārveidošanu, modulēta augstfrekvences taisnstūrveida viļņos, savienota ar zemsprieguma pusi, izmantojot vidējas/augstfrekvences transformatoru, rektificēta zemsprieguma līdzstrāvas kopnē un visbeidzot invertēta līnijas frekvences maiņstrāvas spriegumā, izmantojot līdzstrāvas/maiņstrāvas pārveidošanu. Trīspakāpju PET tranzistori var pieslēgt gan augstsprieguma, gan zemsprieguma līdzstrāvas sistēmām. Katra pārveidošanas posma vadība ir relatīvi neatkarīga, kas atvieglo atvienošanas un kompensācijas kontroli. Tomēr vairāki pārveidošanas posmi rada vissarežģītāko struktūru. Pateicoties daudzpakāpju konstrukcijai, trīspakāpju PET topoloģijas vieglāk panāk kaskādes slēgšanu augstsprieguma pusē un paralēlo slēgšanu zemsprieguma pusē, apmierinot vidēja/augsta sprieguma lietojumprogrammu vajadzības. Tādējādi trīspakāpju topoloģijas ir visplašāk izmantotās vidēja/augsta sprieguma PET pētījumos un pielietojumos.

PET tranzistoriem vidēja/augsta sprieguma lietojumos zemsprieguma pusē ir zems sprieguma līmenis ar minimāliem ierīces sprieguma ierobežojumiem. Turpretī augstsprieguma taisngriešanas pakāpe un starpposma izolācijas pakāpe saskaras ar augstu sprieguma līmeni, kas izvirza stingrākas prasības shēmu topoloģijām un ierīcēm. Esošie pētījumi koncentrējas uz diviem virzieniem: ① Jaunas topoloģijas un vadības metodes vidēja/augsta sprieguma PET tranzistoriem, kuru pamatā ir esošo ierīču sprieguma vērtības; ② PET topoloģijas un vadība, izmantojot jaunas augstsprieguma ierīces, piemēram, 10 kV SiC ierīces [8, 9]. Tomēr augstsprieguma SiC ierīces joprojām atrodas laboratorijas pētniecības un attīstības fāzē, un komerciālās ierīces vēl nevar izpildīt sprieguma prasības. Tāpēc, lai izpildītu augsta ieejas sprieguma prasības, tiek izmantotas daudzmoduļu kaskādes vai viena moduļa daudzlīmeņu topoloģijas. Tipiskas topoloģijas ir parādītas 2. attēlā, kas analizētas 3. sadaļā.