Keskmise ja kõrge pingega elektritrafode topoloogia ja juhtimisrakenduste ülevaade II

2 PET-i üldise struktuuri valik

PET-topoloogiad on väga erinevad. Energiamuundamise etappide arvu põhjal saab neid liigitada ühe-, kahe- ja kolmeastmelisteks tüüpideks [7]. Kaheastmeliste struktuuride hulka kuuluvad kõrgepinge ja madalpinge alalisvoolusiinidega struktuurid, nagu on näidatud joonisel 1.

Üheastmelistes PET-transformatsioonides (joonis 1 (a)) kasutatakse keskmise/kõrgsagedusliku Isolatsioonitrafo Ühendab mõlemalt poolt vahelduvvoolu/vahelduvvoolu muundureid. Primaarpoole vahelduvvoolu/vahelduvvoolu muundur moduleerib sisendliinisageduslikku vahelduvpinget kõrgsageduslikuks vahelduvpingeks, mis ühendatakse trafo kaudu ja seejärel teisendatakse sekundaarpoole vahelduvvoolu/vahelduvvoolu muunduri abil tagasi liinisageduslikuks vahelduvpingeks. Üheastmelistel PET-transistoridel on vähem muundamisetappe ja vähem komponente, kõrge efektiivsus ja suur võimsustihedus. Alalisvoolusiini puudumine muudab need aga hübriidsete vahelduvvoolu/alalisvoolu võrkude jaoks sobimatuks ning võimsuse lahtisidumise juhtimine on keeruline.

Kaheastmelistel PET-idel on alalisvoolusiin kas kõrge- või madalpinge poolel. Isolatsioonitrafo ühe külje topoloogia sarnaneb üheastmelise PET-i omaga, samas kui teine ​​külg ühendub alalisvoolusiiniga AC/DC või DC/AC vooluahelate kaudu (joonis 1(c) ja joonis 1(d)). Kõrge- või madalpinge alalisvooluühenduste abil saab kaheastmelisi PET-e ühendada keskmise/kõrgepinge alalisvooluvõrkudega kõrgepinge poolel või PV/salvestussüsteemidega madalpinge poolel. Isolatsioonitrafo mõlemal küljel asuvate muundurite poolt ülekantav aktiivvõimsus on aga trafo lekke induktiivsuse parameetrite suhtes väga tundlik. Lisaks kogeb alalisvoolusiinil olulisi kahekordse liinisageduse pinge kõikumisi ja muunduri voolu kõikumised on suured [7], mis muudab juhtimise keeruliseks.

Kolmeastmelistel PET-transistoridel (joonis 1(b)) on alalisvoolusiinid nii kõrge- kui ka madalpinge poolel. Sisendliinisageduslik vahelduvvool alaldatakse AC/DC muundamise teel kõrgepinge alalisvoolusiinile, moduleeritakse kõrgsageduslikeks ristküliklaineteks, ühendatakse kesk-/kõrgsagedustrafo kaudu madalpinge poolega, alaldatakse madalpinge alalisvoolusiinile ja lõpuks inverteeritakse DC/AC muundamise teel liinisageduslikuks vahelduvpingeks. Kolmeastmelisi PET-transistore saab ühendada nii kõrge- kui ka madalpinge alalisvoolusüsteemidega. Iga muundamisetapi juhtimine on suhteliselt sõltumatu, mis hõlbustab lahtisidumise ja kompenseerimise juhtimist. Mitme muundamisetapi tulemuseks on aga kõige keerulisem struktuur. Mitmeastmelise konstruktsiooni tõttu on kolmeastmelistel PET-topoloogiatel lihtsam saavutada kaskaadi kõrgepinge poolel ja paralleeli madalpinge poolel, mis vastab keskmise/kõrgepinge rakenduste vajadustele. Seega on kolmeastmelised topoloogiad kõige laialdasemalt kasutatavad keskmise/kõrgepinge PET-uuringutes ja -rakendustes.

Keskmise/kõrgepinge rakenduste PET-ide puhul on madalpinge poolel madalad pingetasemed ja minimaalsed seadme pingepiirangud. Seevastu kõrgepinge alaldusetapp ja vahepealne isolatsioonitapp seisavad silmitsi kõrgete pingetasemetega, mis seab vooluringi topoloogiatele ja seadmetele rangemad nõuded. Olemasolevad uuringud keskenduvad kahele suunale: ① Uued topoloogiad ja juhtimismeetodid keskmise/kõrgepinge PET-ide jaoks, mis põhinevad olemasolevatel seadmete pinge nimiväärtustel; ② PET-topoloogiad ja juhtimine, kasutades uusi kõrgepinge seadmeid, näiteks 10 kV SiC-seadmeid [8, 9]. Kõrgepinge SiC-seadmed on aga alles laboratoorse teadus- ja arendustegevuse faasis ning kommertsseadmed ei suuda veel pingenõudeid täita. Seetõttu kasutatakse kõrge sisendpinge nõuete täitmiseks mitme mooduliga kaskaad- või ühe mooduliga mitmetasandilisi topoloogiaid. Tüüpilised topoloogiad on näidatud joonisel 2, mida on analüüsitud 3. osas.