SoSo CAD
Bilimsel makalePDF2018

UPS Uygulamaları için SiC Kullanan Yüksek Verimli Üç Fazlı AC-DC-AC Dönüştürücü Tasarımı

Özgün başlık Design of an Highly Efficient AC-DC-AC Three-Phase Converter Using SiC for UPS Applications

Electronics (MDPI AG) · Wendell C. Alves, Lenin M. F. Morais ve diğerleri

Yaklaşık 100 kHz'te anahtarlayan silisyum karbür (SiC) MOSFET ve Schottky diyotlarla tasarlanıp kurulan 10 kW'lık üç fazlı çift dönüşümlü UPS güç katı; aynı güçteki 15 kHz IGBT'li ticari UPS ile kıyaslandığında kayıplar yaklaşık yarıya iniyor.

Belgeyi okuİndir (PDF, 7,3 MB)Özgün kaynağa git

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Bu sayfada

Özet

Çalışma, çift dönüşümlü UPS'in düşük verim ve yüksek maliyetini SiC cihazlarla azaltıp verim ve güç yoğunluğunu artırmanın mümkün olup olmadığını soruyor. Tasarım hedefi: 10 kW çıkış, 400 V DC bağ, 127 V faz-nötr, 40 °C ortam, %95 verim hedefi; doğrultucu 102 kHz, evirici 101,34 kHz'te anahtarlıyor (Vienna doğrultucu artı iki seviyeli evirici). Makale, parazitik endüktansı hesaba katan anahtarlama enerjisi simülasyonuyla kayıp tahmini, soğutucu, indüktör ve kapasitör boyutlandırmasını adım adım anlatıyor.

Baskı devre ve bağlantı parazitik endüktanslarının dahil edilmesi, veri sayfası eğrilerine göre azami akım noktasında simüle anahtarlama enerjisini yaklaşık %70 artırdı; bu da kayıpların doğru tahmini ve soğutucunun gereğinden büyük veya küçük seçilmemesi için önemli. Nominal noktada kayıplar ticari IGBT'li UPS'te (15 kHz) 950 W, SiC prototipinde (100 kHz) 500 W (-%47,3). Donanım kütlesi 21,36 kg'dan 6,88 kg'a (-%67,8), donanım hacmi 11,9 L'den 4,38 L'ye (-%63,2) düştü; soğutucu kütlesi -%50 ve fan kütlesi -%72,5.

450 W'lık kayıp azalması, Almanya elektrik fiyatlarında sürekli çalışmada yılda yaklaşık 1380 USD değerinde. Ölçülen verim çoğu çalışma noktasında %95'in üzerinde, 140 V girişte ve %75 yükte %95,6 ile zirve yapıyor; dönüştürücü %10 aşırı yükte sürekli çalıştı ve IEC 62040-3 güç kalitesi gereksinimlerini karşıladı. İndüktörlerin UPS verimi ve maliyeti üzerinde büyük etkisi olduğu gösterildi.

Sınırlar: tek 10 kW'lık prototip ve tek karşılaştırma ürünü; daha yüksek verim için anahtarlama frekansını düşürmek veya indüktör çekirdek malzemesini iyileştirmek gerekebiliyor ve bu maliyeti artırabilir. Sonuçlar MW sınıfı UPS'lere doğrudan ölçeklenmedi.

Öne çıkan noktalar

  1. Tasarım hedefi: 10 kW çıkış, 400 V DC bağ, 127 V faz-nötr, 40 °C ortam, %95 verim; doğrultucu 102 kHz, evirici 101,34 kHz.
  2. Baskı devre ve bağlantı parazitik endüktanslarını dahil etmek, azami akım noktasında simüle anahtarlama enerjisini veri sayfası eğrilerine göre yaklaşık %70 artırdı.
  3. Nominal nokta kayıpları: ticari IGBT'li UPS (15 kHz) 950 W, SiC prototipi (100 kHz) 500 W, fark -%47,3.
  4. Donanım kütlesi 21,36 kg'dan 6,88 kg'a (-%67,8), hacim 11,9 L'den 4,38 L'ye (-%63,2); soğutucu kütlesi -%50, fan kütlesi -%72,5.
  5. 450 W'lık kayıp azalması, Almanya elektrik fiyatlarında sürekli çalışmada yılda yaklaşık 1380 USD değerinde.
  6. Ölçülen verim çoğu çalışma noktasında %95 üzerinde, 140 V girişte ve %75 yükte %95,6 ile zirve; dönüştürücü %10 aşırı yükte sürekli çalıştı.

Tasarımda kullanımı

  • Çift dönüşümlü UPS seçiminde yük noktalarına göre ölçülmüş verim eğrisini ve kayıp farkının yıllık enerji maliyetini (burada 450 W için yılda yaklaşık 1380 USD) toplam sahip olma maliyetine dahil edin.
  • UPS ısı yükünü ve soğutma gereksinimini tek bir verim sayısı yerine kayıp (W) üzerinden hesaplayın; SiC tasarımda kayıp ve kütle azalması soğutucu ve fan boyutunu küçültüyor.
  • Yüksek anahtarlama frekanslı tasarımlarda verimi yalnızca veri sayfası enerjisine göre değil parazitik endüktansı içeren hesapla doğrulayın.

Aylık bülten · ücretsiz

Referans listeniz güncel kalsın

Ayda bir: yeni eklenen kaynaklar, Türkiye mevzuatındaki değişiklikler ve yaklaşan veri merkezi etkinlikleri.

SoSo CAD

Güç tasarımınızı SoSo CAD’de değerlendirin

Besleme yollarını, ekipman yüklerini ve UPS arıza senaryolarını aynı modelde inceleyin.

Demo iste
SoSo CAD güç ve kapasite çalışma alanındaki tek hat şeması

Kimler okumalı

UPS güç katı tasarımı, verim ve güç yoğunluğu değerlendiren güç elektroniği mühendisleri.

Belgenin bölümleri

  1. 1. Giriş
  2. 2. UPS özellikleri
  3. 3. Donanım tasarımı (3.1 Isıl tasarım, 3.2 İndüktör tasarımı, 3.3 Kapasitör boyutlandırma)
  4. 4. Dönüştürücü kontrolü
  5. 5. Prototip analizi ve deneysel sonuçlar (5.1 Prototip, 5.2 Deneysel sonuçlar)
  6. 6. Sonuçlar

İlgili standartlar

  • IEC 62040-3

Belgeyi okuyun

sic-ac-dc-ac-ups-converter-2018.pdf

PDF · 7,3 MB · İngilizce

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

İndir (PDF, 7,3 MB)Tarayıcıda aç

Belge, lisansı yeniden dağıtıma izin verdiği için özgün haliyle ve değiştirilmeden sunulmaktadır.

Yayın bilgileri

Yazarlar
Wendell C. Alves; Lenin M. F. Morais; Porfirio C. Cortizo
Yayıncı
Electronics (MDPI AG)
Yıl
2018
Cilt
7
Sayı
12
Sayfalar
425
Belge dili
İngilizce
Kaynak türü
Bilimsel yayın
Erişim
Açık lisans — indirilebilir
Lisans
CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz
Lisans kanıtı
www.mdpi.com
Özgün lisans notu (İngilizce)

PDF p.19 states the article is distributed under the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Künye

Wendell C. Alves; Lenin M. F. Morais; Porfirio C. Cortizo (2018). Design of an Highly Efficient AC-DC-AC Three-Phase Converter Using SiC for UPS Applications. Electronics (MDPI AG). 7(12), 425. https://doi.org/10.3390/electronics7120425

UPS (KGK)ElektrikEnerji

Konuyla ilgili etkinlikler

Etkinlik takvimini inceleyin

İçerik ve tüm hakları eser sahiplerine aittir. SoSo CAD yalnızca künye, kendi hazırladığı özet ve kaynağa bağlantı sunar; kaynakların içeriğinden sorumlu değildir.