Yüksek Güçlü Modüler Online Kesintisiz Güç Kaynakları Uygulamasında Dolaşım Akımının Isıl Etki Analizi

Özet

Çalışma, modüler UPS'te modüllerin paralel çalışmasının, basit N+1 yedeklilik hesabının ötesinde ısıl ve kontrol yan etkileri olup olmadığını soruyor. Üç eviricili bir laboratuvar düzeneğinde tak-çalıştır (plug-and-play) modül rotasyonu (normal ve acil döngüler) gösterildi ve çıkış gerilimi geçici hali IEC 62040-3 sınırlarına karşı kontrol edildi. Modül modeli: 200 kW nominal, 5 kHz anahtarlama, 700 V DC taraf, 230 V bara gerilimi, 290 A bara akımı, LC filtreli (1,8 mH, 27 µF) üç fazlı H-köprü.

Geçici süre gereksinimleri tablolandı: doğrusal ve doğrusal olmayan yükler için 20-40 ms için %14, 40-60 ms için %12, 60-100 ms için %11 ve 100-1000 ms için %10 gerilim değişimine izin veriliyor. Yazarlar modül anahtarlamasında aşım veya çökmeyi nominal kritik bara geriliminin %10'u içinde tutmayı öneriyor. Modül rotasyonu sırasında ölçülen aşım %8,77 veya %8,92 idi ve geçici süre yaklaşık üç buçuk şebeke periyodu (70 ms) idi.

Isıl analizde eşzamansız PWM ve filtre ile kontrol parametrelerindeki modüller arası farklar sıfır bileşen dolaşım akımı doğuruyor ve yarı iletken cihazlar arasında kayıpları ve eklem sıcaklıklarını dengesizleştiriyor. Önceki çalışmalara atıfla DC/AC modüllerin normalde %50-%75 yükte çalışacak şekilde tasarlandığı belirtilerek ısıl çalışma %50-%100 yükü kapsıyor. Modüller arasında %30 filtre indüktörü uyumsuzluğu ve eşzamansız PWM, DC bileşenli belirgin bir dolaşım akımı ve eşit olmayan cihaz kayıpları ve sıcaklıkları üretti.

Dolaşım akımını bastırmak için eşzamanlama ve sıfır vektör süresi düzenlemesi uygulandı, ancak bu T2 sıcaklığını ve kayıplarını artırdı (T2, T1'den yüksek, D1 de D2'den yüksek). Sınırlar: ısıl sonuçlar PLECS simülasyonuna dayanıyor ve deneysel doğrulama modül rotasyonu geçici hali ile sınırlı.

Öne çıkan noktalar

1. Modelle modül değerleri: 200 kW nominal, 5 kHz anahtarlama, 700 V DC taraf, 230 V bara gerilimi, 290 A bara akımı, LC filtreli (1,8 mH, 27 µF) üç fazlı H-köprü.
2. Geçici süre gereksinimleri (doğrusal ve doğrusal olmayan yükler): 20-40 ms için %14, 40-60 ms için %12, 60-100 ms için %11, 100-1000 ms için %10 gerilim değişimi.
3. Yazarlar modül anahtarlamasında aşım veya çökmeyi nominal kritik bara geriliminin %10'u içinde tutmayı öneriyor.
4. Modül rotasyonu sırasında ölçülen aşım %8,77 veya %8,92, geçici süre yaklaşık üç buçuk şebeke periyodu (70 ms).
5. Önceki çalışmalara atıfla DC/AC modüller normalde %50 ile %75 yükte çalışacak şekilde tasarlanıyor; ısıl çalışma %50-%100 yükü kapsıyor.
6. Modüller arasında %30 filtre indüktörü uyumsuzluğu ve eşzamansız PWM, DC bileşenli belirgin bir dolaşım akımı ve eşit olmayan cihaz kayıpları ve sıcaklıkları üretti.

Tasarımda kullanımı

• Modüler UPS'te modül paralelleme için yalnızca N+1 yedeklilik sayısına bakmayın; modüller arası filtre ve kontrol parametresi farklarının dolaşım akımı ve ısıl dengesizlik doğurduğunu tasarım kontrolüne ekleyin.
• Modül devreye alma ve rotasyonunda çıkış gerilimi aşımını IEC 62040-3 geçici süre sınırlarına göre (ör. 20-40 ms için %14) ve %10 hedefiyle doğrulayın.
• Modüllerin tipik %50-%75 yük aralığındaki ısıl dengesini ve PWM eşzamanlamasının kayıpları yeniden dağıtma etkisini (T2 ve D1 sıcaklığı artışı) incelemeden dolaşım akımı bastırma yöntemi seçmeyin.

Kimler okumalı

Modüler UPS paralelleme, kontrol ve ısıl tasarımı yapan güç elektroniği ve UPS mühendisleri.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Sistem kontrol mekanizması (2.1 Tek modül kontrolü, 2.2 Modüller arası güç dengesi, 2.3 Gerilim genliği ve faz senkronizasyonu, 2.4 Döngü ve tak-çalıştır kontrol)
3. 3. Deneysel sonuçlar (3.1 Modüller, 3.2 Döngü kontrolü geçici performansı)
4. 4. Isıl analiz sonuçları (4.1 Tek DC/AC modül, 4.2 Sıfır bileşen dolaşım akımlı DC/AC modüller, 4.3 Bastırılmış sıfır bileşen dolaşım akımlı DC/AC modüller)
5. 5. Sonuçlar

İlgili standartlar

• IEC 62040-3

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Chi Zhang; Josep Guerrero; Juan Vasquez

Yayıncı

Energies (MDPI AG)

Yıl

2017

Cilt

10

Sayı

1

Sayfalar

50

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/en10010050

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye