Оптимізація роботи зарядних резонансних інверторів з автогенерацією

Автор(и)

  • Геннадій Вікторович Павлов Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0002-4937-1828
  • Андрій Валерійович Обрубов Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0001-9667-1703
  • Ірина Леонідівна Вінниченко Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0002-3768-1060

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252148

Ключові слова:

резонансний інвертор з автогенерацією, робоча частота, добротність послідовного резонансного контуру, позитивний зворотній зв'язок

Анотація

Стаття присвячена дослідженню електромагнітних процесів в резонансних інверторах з автогенерацією та отриманню аналітичних залежностей їх робочої частоти від параметрів резонансного контуру і контурів позитивного зворотного зв'язку з метою розширення діапазону їх вихідної потужності та оптимізації їх роботи. Об’єктом досліджень є електромагнітні процеси в резонансних перетворювачах, в яких здійснюється автогенерація коливань резонансного струму в процесі роботи. Представлено результати досліджень електромагнітних процесів у послідовних резонансних інверторах з автогенерацією на основі характеристик резонансного контуру. Режими роботи інверторів оптимізовано шляхом завдання певних співвідношень між робочою та резонансною частотами при нестабільних параметрах контуру. Співвідношення робочої та резонансної частот задаються за рахунок використання фазозсувних фільтрів у петлі позитивного зворотного зв'язку по струму контуру та відповідають автогенераторному режиму. Визначено умови автогенерації в перетворювачах з послідовним резонансним контуром. Отримано математичні вирази для визначення коефіцієнтів позитивного зворотного зв'язку по струму та напрузі резонансного контуру, що дозволили отримати цільові аналітичні залежності. Отримано аналітичні залежності встановленої робочої частоти від параметрів контуру та фазозсувних фільтрів. На підставі отриманих залежностей визначено параметри кіл позитивного зворотного зв’язку для забезпечення широкого діапазону вихідної потужності перетворювачів. Отримані залежності дають змогу здійснити теоретичні розрахунки, результати яких повторюють результати модельних експериментів. Побудовано фазові характеристики резонансного контуру і різних фазозсувних фільтрів, які можуть входити до складу послідовного резонансного перетворювача. Результати представленого аналізу можуть бути використані при проектуванні резонансних перетворювачів з нестабільними параметрами контуру, зокрема в індуктивних зарядних пристроях

Біографії авторів

Геннадій Вікторович Павлов, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютеризованих систем управління

Андрій Валерійович Обрубов, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра суднових електроенергетичних систем

Ірина Леонідівна Вінниченко, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра комп’ютеризованих систем управління

Посилання

  1. Guidi, G., Suul, J. A., Jenset, F., Sorfonn, I. (2017). Wireless Charging for Ships: High-Power Inductive Charging for Battery Electric and Plug-In Hybrid Vessels. IEEE Electrification Magazine, 5 (3), 22–32. doi: https://doi.org/10.1109/mele.2017.2718829
  2. Karimi, S., Zadeh, M., Suul, J. A. (2020). Evaluation of Energy Transfer Efficiency for Shore-to-Ship Fast Charging Systems. 2020 IEEE 29th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE). doi: https://doi.org/10.1109/isie45063.2020.9152219
  3. Abou Houran, M., Yang, X., Chen, W. (2018). Magnetically Coupled Resonance WPT: Review of Compensation Topologies, Resonator Structures with Misalignment, and EMI Diagnostics. Electronics, 7 (11), 296. doi: https://doi.org/10.3390/electronics7110296
  4. Yeon, J.-E., Cho, K.-M., Kim, H.-J. (2015). A 3.6kW single-ended resonant inverter for induction heating applications. 2015 17th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE’15 ECCE-Europe). doi: https://doi.org/10.1109/epe.2015.7309110
  5. Kumar, A., Sadhu, P. K., Raman, R., Singh, J. (2018). Design Analysis of Full-Bridge Parallel Resonant Inverter for Induction Heating Application Using Pulse Density Modulation Technique. 2018 International Conference on Power Energy, Environment and Intelligent Control (PEEIC). doi: https://doi.org/10.1109/peeic.2018.8665571
  6. UCC25600 8-Pin High-Performance Resonant Mode Controller (2015). Texas Instruments Incorporated. Available at: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucc25600.pdf?ts=1639351167815
  7. Lin, B.-R. (2021). Implementation of a Resonant Converter with Topology Morphing to Achieve Bidirectional Power Flow. Energies, 14 (16), 5186. doi: https://doi.org/10.3390/en14165186
  8. Bose, B. K. (2013). Modern Power Electronics and AC Drives. PHI Learning Pvt Ltd.
  9. Xu, L., Ke, G., Chen, Q., Ren, X., Zhang, Z. (2020). A Self-Oscillating Resonant Converter with Precise Output Voltage Control. 2020 IEEE 9th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC2020-ECCE Asia). doi: https://doi.org/10.1109/ipemc-ecceasia48364.2020.9367684
  10. Cortes-Rodriguez, J.-A., Ponce-Silva, M. (2012). Self-Oscillating DC-DC Resonant Converter. 2012 IEEE Ninth Electronics, Robotics and Automotive Mechanics Conference. doi: https://doi.org/10.1109/cerma.2012.56
  11. Pavlov, G., Pokrovskiy, M., Vinnichenko, I. (2018). Load Characteristics of the Serial-to-serial Resonant Converter with Pulse-number Regulation for Contactless Inductive Energy Transfer. 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). doi: https://doi.org/10.1109/ieps.2018.8559590
  12. Engelkemeir, F., Gattozzi, A., Hallock, G., Hebner, R. (2019). An improved topology for high power soft-switched power converters. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 104, 575–582. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.07.049
  13. Pavlov, G. V., Vinnichenko, I. L., Obrubov, A. V. (2016). Frequency converter with the reduced thd of the output voltage. Tekhnichna Elektrodynamika, 2016 (5), 14–16. doi: https://doi.org/10.15407/techned2016.05.014
  14. Vinnychenko, D., Nazarova, N. (2018). Power Converter Adaptive Control System of the Installation for Production of Nanocarbons from Gaseous Hydrocarbons. 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). doi: https://doi.org/10.1109/elnano.2018.8477539
  15. Resonant circuits and soft switching (LLC resonant converter and resonant inverter) (2019). Resonant circuits and soft switching application note. Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation. Available at: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwiU7Ybn-OD0AhXL57sIHTSpAoEQFnoECAQQAQ&url=https%3A%2F%2Ftoshiba.semicon-storage.com%2Finfo%2Fdocget.jsp%3Fdid%3D68571&usg=AOvVaw2pv3oJiH9wee6qVlQZYdSc
  16. Nakra, B., Singh, S. (2017). Theory and Applications of Automatic Controls. New Age International (P) Ltd Publishers, 376.
  17. Pavlov, G., Obrubov, A., Vinnychenko, I. (2021). Design Procedure of Static Characteristics of the Resonant Converters. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). doi: https://doi.org/10.1109/ukrcon53503.2021.9575698

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-02-25

Як цитувати

Павлов, Г. В., Обрубов, А. В., & Вінниченко, І. Л. (2022). Оптимізація роботи зарядних резонансних інверторів з автогенерацією. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5(115), 23–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252148

Номер

Том 1 № 5(115) (2022): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Gennadiy Pavlov, Andrey Obrubov, Irina Vinnichenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.