Regulacija in preizkušanje kaskadnega mostičnega razsmernikaGREGORIČ, JAN (Avtor) Vončina, Danjel (Mentor) kaskadni mostični razsmerniktokovna regulacijaTHD faktorPIR regulatorMnožična uporaba razsmernikov se je pojavila s komercialno uporabo polprevodniških elementov ter povečevanjem števila alternativnih virov električne energije. Med splošno populacijo je eden izmed najbolj poznanih ter hkrati tudi najpogostejših virov alternativne energije sončna energija, ki jo zajemamo s pomočjo fotovoltaičnih oziroma sončnih celic. Napetost, generirana s pomočjo fotovoltaike, je enosmerna, zato je treba med sončne celice in omrežje dodati razsmernik, ki enosmerno napetost pretvori v izmenično napetost želene amplitude in frekvence. Obstaja več vrst razsmernikov ter njihovih izvedb, vsaka pa ima svoje prednosti in slabosti. Delo, predstavljeno v tej nalogi, je opravljeno na kaskadnem mostičnem razsmerniku. Glavna prednost tega razsmernika je možnost doseganja visokih izhodnih napetosti z relativno nizko napajalno napetostjo, kar je omogočeno z zaporedno vezavo treh mostičnih vezij, katerih napajanje je izvedeno z galvansko ločitvijo. Glavni cilj te naloge je predelava obstoječe programske kode tako, da le ta omogoča regulacijo izhodnega oziroma bremenskega toka in ne le krmiljenja izhodne napetosti, kar je omogočala do sedaj. Pri tem je bilo treba pripraviti tako zaščitne funkcije razsmernika, ki preprečujejo poškodbo oziroma uničenje posameznih komponent, kot tudi algoritme za proženje mostičnih vezij. Predhodno pripravljeni štirje algoritmi proženja (poimenovani ALL, ONE, X2 in X3) so za krmiljenje izhodne napetosti zahtevali simetrično (ALL in ONE) oziroma asimetrično (X2 in X3) napajanje ter podatek o želeni vrednosti izhodne napetosti. V odvisnosti od napajalne in želene napetosti so bili proženi posamezni tranzistorji mostičnih vezij, vendar v samo delovanje ni bila vključena regulacija. Obstoječe algoritme proženja sem nadgradil (poimenovani ALL_tok, ONE_tok, X2_tok in X3_tok) tako, da je proženje tranzistorjev posameznega mostiča skladno z zahtevo regulatorja oziroma razliko med želeno in dejansko vrednostjo toka. Uporabljen je PIR regulator, sestavljen iz treh vzporednih vej – proporcionalne, integralne in resonančne. Resonančna veja je dodana vzporedno klasičnemu PI regulatorju z namenom popolne odprave pogreška pri spreminjajoči se sinusni želeni vrednosti, kar z uporabo PI regulatorja ni mogoče. Testiranje novih algoritmov proženja je potekalo z ohmsko-induktivnim bremenom in je bilo razdeljeno na dva dela. V prvem delu so bili z želeno amplitudo izhodnega toka 5 A testirani vsi štirje algoritmi proženja. Primerjava efektivnih vrednosti izhodnega toka z efektivnimi vrednostmi želenega toka nam da rezultate med 98,9% in 102,9%, kar pomeni do 3% odstopanje efektivne vrednosti izhodnega toka od efektivne vrednosti referenčne, želene vrednosti. Ta izračun nam ne da podatka o morebitnih višjih harmonskih komponentah v opazovanem signalu, zato sem opravil še harmonsko analizo izhodnega toka. Po izračunu THD (angl. Total Harmonic Distortion) faktorja z upoštevanjem prvih 2000 harmonskih komponent (do frekvence 100 kHz) se izkaže, da je tok z najnižjo stopnjo harmonske popačitve rezultat proženja z algoritmoma ONE_tok ter X2_tok. Vseeno se odločimo za nadaljnje testiranje algoritmov ALL_tok in ONE_tok, ki zaradi simetričnih obremenitev ločilnih transformatorjev omogočata prenos najvišje moči, obenem pa sta najbolj primerna za splošno uporabo zaradi simetričnih napajalnih napetosti vseh treh mostičev. Drugi del testiranja zajema preizkus izbranih dveh algoritmov pri prenosu višje moči, z želeno amplitudo izhodnega toka enako 10 A oziroma 15 A. Ponovno je bil izveden izračun THD izhodnega toka in napetosti, iz rezultatov izračuna pa lahko sklenemo, da je najprimernejši algoritem za uporabo ONE_tok, ki za razliko od algoritma ALL_tok dosega višje število izhodnih nivojev, kar se odraža v nižji harmonski popačitvi. Predstavljen je tudi problem pojavljanja druge harmonske komponente kot posledica valovitosti enosmerne napetosti na kondenzatorski banki. V zaključnem delu naloge je obdelana možna nadgradnja razsmernika. Tekom izdelave naloge so se pojavljale ideje, kaj bi bilo na obstoječem razsmerniku treba nadgraditi. Predelava kode za proženje tranzistorjev in nadgradnja iz bipolarne modulacije v unipolarno, nadgraditev zaščitnih funkcij razsmernika in regulacija pretoka energije v kondenzatorski paket so le vmesne, manjše nadgradnje do naslednjega mejnika v delovanju razsmernika. Kot zanimiva nadgradnja oziroma naslednji logični korak v izdelavi tega kaskadnega mostičnega razsmernika se mi zdi priključitev razsmernika v elektroenergetsko omrežje in uporaba razsmernika za prenos energije v omrežje. Kljub temu, da regulacija jalove moči pri malih virih električne energije ni potrebna, bi bila ob regulaciji delovne moči zanimiv izziv za nadaljnje delo.20212021-12-29 11:18:13Magistrsko delo/naloga134212VisID: 58381COBISS_ID: 91403779sl