Проектування та моделювання високопотужного двохвихідного ізольованого перетворювача Чука

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238984

Ключові слова:

ізольований перетворювач Чука, перетворювач постійного струму, двовихідний високопотужний перетворювач, високочастотний трансформатор

Анотація

Серед безтрансформаторних перетворювачів постійного струму очевидна перевага звичайного перетворювача Чука завдяки його гарним властивостям. Однак вихідна потужність обмежена для всіх типів безтрансформаторних перетворювачів, включаючи звичайний перетворювач Чука. Для отримання більшої потужності від цього перетворювача, потрібні були деякі зміни в його конструкції. Одна з них полягає в додаванні трансформатора для передачі більшої потужності і відділення вторинної обмотки від первинної. Для живлення деяких компонентів, таких як ланка постійного струму модульних багаторівневих інверторів, наприклад каскадний Н-мостовий (КНМ), потрібно більше одного виходу. Тому, дана робота присвячена проектуванню, аналізу та моделюванню ізольованого модифікованого двовихідного перетворювача Чука. Запропонований перетворювач розрахований на загальну вихідну потужність 2000  Вт з використанням тільки одного модулюючого перемикача. За допомогою платформи ANSYS Maxwell представлена повна конструкція і детальний аналіз високочастотного трансформатора. Результати моделювання високочастотного трансформатора підтверджуються результатами експериментальної реалізації, було отримано хороше узгодження з невеликим відсотком помилок менше 4 %. Для представлення математичної моделі перетворювача був виведений і представлений набір аналітичних рівнянь. Крім того, за допомогою MATLAB/Simulink була змодельована і проаналізована вся схема перетворювача. Результати моделювання були перевірені і зіставлені з результатами математичної моделі, що дало відмінний збіг з процентною похибкою менше 2,15 %. Нарешті, при випробуванні представленого перетворювача при різних навантаженнях, включаючи незбалансовані, було досягнуто розумне регулювання вихідної напруги, причому дві вихідні напруги були майже ідентичні з відхиленням менше 0,25 % в умовах серйозного незбалансованого навантаження 150 %

Спонсор дослідження

  • The authors thank the University of Mosul/College of Engineering and the College of Electronics Engineering Ninevah University for their assistance in improving the quality of this work

Біографії авторів

Yasir Ameen, University of Mosul

Doctor of Philosophy in Electrical Engineering, Lecturer

Department of Electrical Engineering

College of Engineering

Harith Al-Badrani, Ninevah University

Doctor of Engineer in Electrical Engineering, Lecturer

Department of Electronic Engineering

College of Electronics Engineering

Mohamed N. Abdul Kadi, University of Mosul

Doctor of Philosophy in Electrical Engineering, Lecturer

Department of Electrical Engineering

College of Engineering

Посилання

  1. Sarrazin, B., Rouger, N., Ferrieux, J. P., Avenas, Y. (2011). Benefits of cascaded inverters for electrical vehicles’ drive-trains. 2011 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition. doi: https://doi.org/10.1109/ecce.2011.6063950
  2. Maaroof, H. S., Al-Badrani, H., Younis, A. T. (2021). Design and simulation of cascaded H-bridge 5-level inverter for grid connection system based on multi-carrier PWM technique. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1152 (1), 012034. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1152/1/012034
  3. Marjani, J., Imani, A., Hekmati, A., Afjei, E. (2016). A new dual output DC-DC converter based on SEPIC and Cuk converters. 2016 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM). doi: https://doi.org/10.1109/speedam.2016.7525949
  4. Guler, N., Irmak, E. (2016). Design and application of a novel single input – Multi output DC/DC converter. 2016 IEEE International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA). doi: https://doi.org/10.1109/icrera.2016.7884492
  5. Ranjana, M. S. B., Reddy, N. S., Kumar, R. K. P. (2014). A novel sepic based dual output DC-DC converter for solar applications. 2014 POWER AND ENERGY SYSTEMS: TOWARDS SUSTAINABLE ENERGY. doi: https://doi.org/10.1109/pestse.2014.6805309
  6. Boora, A. A., Zare, F., Ghosh, A. (2011). Multi-output buck–boost converter with enhanced dynamic response to load and input voltage changes. IET Power Electronics, 4 (2), 194. doi: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2009.0269
  7. Aden, İ. A., Kahveci, H., Şahin, M. E. (2017). Single Input, Multiple Output DC-DC Buck Converter for Electric Vehicles. Turkish Journal of Electromechanics & Energy, 2 (2), 7–13.
  8. Sabbarapu, B. K., Nezamuddin, O., McGinnis, A., dos Santos, E. (2016). Single-input multiple-output synchronous DC-DC buck converter. 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). doi: https://doi.org/10.1109/ecce.2016.7855438
  9. Akhil Raj, P., Arya, S. R. (2020). Solar supplied two-output DC–DC converters in the application of low power. Automatika, 62 (2), 172–186. doi: https://doi.org/10.1080/00051144.2020.1805859
  10. Surya, S., Patil, V. (2019). Cuk Converter as an Efficient Driver for LED. 2019 4th International Conference on Electrical, Electronics, Communication, Computer Technologies and Optimization Techniques (ICEECCOT). doi: https://doi.org/10.1109/iceeccot46775.2019.9114648
  11. Bist, V., Singh, B. (2015). A Unity Power Factor Bridgeless Isolated Cuk Converter-Fed Brushless DC Motor Drive. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62 (7), 4118–4129. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2014.2384001
  12. Anand, A., Singh, B. (2019). Modified Dual Output Cuk Converter-Fed Switched Reluctance Motor Drive With Power Factor Correction. IEEE Transactions on Power Electronics, 34 (1), 624–635. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2018.2827048
  13. Anand, A., Singh, B., Chandra, A., Al-Haddad, K. (2018). Isolated Cuk Converter with Two Symmetrical Output voltages For SRM Drive. 2018 IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC). doi: https://doi.org/10.1109/wpt.2018.8639257
  14. Surya, S., Williamson, S. (2021). Generalized Circuit Averaging Technique for Two-Switch PWM DC-DC Converters in CCM. Electronics, 10 (4), 392. doi: https://doi.org/10.3390/electronics10040392
  15. Gavris, M., Cornea, O., Muntean, N. (2011). Multiple input DC-DC topologies in renewable energy systems - A general review. 2011 IEEE 3rd International Symposium on Exploitation of Renewable Energy Sources (EXPRES). doi: https://doi.org/10.1109/expres.2011.5741805
  16. Dahale, S., Das, A., Pindoriya, N. M., Rajendran, S. (2017). An overview of DC-DC converter topologies and controls in DC microgrid. 2017 7th International Conference on Power Systems (ICPS). doi: https://doi.org/10.1109/icpes.2017.8387329
  17. Chinchero, H. F., Alonso, J. M. (2020). Review on DC-DC SIMO Converters with Parallel Configuration for LED Lighting Control. 2020 IEEE ANDESCON. doi: https://doi.org/10.1109/andescon50619.2020.9272083
  18. Li, C., Herrera, L., Jia, J., Fu, L., Isurin, A., Cook, A. et. al. (2014). Design and Implementation of a Bidirectional Isolated Ćuk Converter for Low-Voltage and High-Current Automotive DC Source Applications. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 63 (6), 2567–2577. doi: https://doi.org/10.1109/tvt.2013.2294599
  19. Singh, S., Bhuvaneswari, G., Singh, B. (2010). Multiple output SMPS with improved input power quality. 2010 5th International Conference on Industrial and Information Systems. doi: https://doi.org/10.1109/iciinfs.2010.5578673
  20. Barath J.G., N., Soundarrajan, A., Stepenko, S., Bondarenko, O., Padmanaban, S., Prystupa, A. (2020). Hybrid Multiport Converter for High Step-Up Renewable Energy Applications. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek51551.2020.9250178
  21. Bryant, B., Kazimierczuk, M. K. (2003). Derivation of the Cuk PWM DC-DC converter circuit topology. Proceedings of the 2003 International Symposium on Circuits and Systems, 2003. ISCAS ’03. doi: https://doi.org/10.1109/iscas.2003.1205013
  22. Data Sheet. ETD49/25/16. ETD cores and accessories (2008). Ferroxcube. Available at: http://ferroxcube.home.pl/prod/assets/etd49.pdf

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-31

Як цитувати

Ameen, Y., Al-Badrani, H., & Abdul Kadi, M. N. (2021). Проектування та моделювання високопотужного двохвихідного ізольованого перетворювача Чука. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(5 (113), 30–38. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238984

Номер

Том 5 № 5 (113) (2021): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Yasir M. Y. Ameen, Harith Al-Badrani, Mohamed N. Abdul Kadi

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.