Design of LLC resonant converter with silicon carbide MOSFET switches and nonlinear adaptive sliding controller for brushless DC motor system
Вантажиться...
Дата
2022
Автори
DOI
doi.org/10.20998/2074-272X.2022.4.05
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Анотація
The high voltage gain DC-DC converters are increasingly used in many power electronics application systems, due to their benefits of increased voltage output, reduced noise contents, uninterrupted power supply, and ensured system reliability. Most of the existing works are highly concentrated on developing the high voltage DC-DC converter and controller topologies for goal improving the steady state response of brushless DC motor driving system and also obtain the regulated voltage with increased power density and reduced harmonics, the LLC resonant DC-DC converter is implemented with the silicon carbide MOSFET switching devices Problem. Yet, it facing the major problems of increased switching loss, conduction loss, error outputs, time consumption, and reduced efficiency. Also the existing works are mainly concentrating on improving the voltage gain, regulation, and operating performance of the power system with reduced loss of factors by using the different types of converters and controlling techniques. The goal of this work is to obtain the improved voltage gain output with reduced loss factors and harmonic distortions. Method. Because, this type of converter has the ability to generate the high gain DC output voltage fed to the brushless DC motor with reduced harmonics and loss factors. Also, the nonlinear adaptive sliding controller is implemented to generate the controlling pulses for triggering the switching components properly. For this operation, the best gain parameters are selected based on the duty cycle, feedback DC voltage and current, and gain of silicon carbide MOSFET. By using this, the controlling signals are generated and given to the converter, which helps to control the brushless DC motor with steady state error. Practical value. The simulation results of the proposed LLC silicon carbide MOSFET incorporated with nonlinear adaptive sliding controller controlling scheme are validated and compared by using various evaluation indicators.
Високовольтні перетворювачі постійного струму з високим коефіцієнтом посилення напруги все частіше використовуються в багатьох прикладних системах силової електроніки через їх переваги, пов'язані з підвищеною вихідною напругою, зниженим рівнем шуму, безперебійним живленням і гарантованою надійністю системи. Більшість існуючих робіт значною мірою зосереджені на розробці топологій високовольтного перетворювача постійного струму і контролера з метою поліпшення усталеного відгуку системи приводу безщіткового двигуна постійного струму, а також отримання регульованої напруги з підвищеною щільністю потужності і зменшеними гармоніками; резонансний LLC-перетворювач постійного струму, реалізований на перемикаючих пристроях на основі польових МОП-транзисторах з карбіду кремнію. Проблема. Тим не менш, це стикається з основними проблемами, пов'язаними зі збільшенням втрат при перемиканні, втратами провідності, помилками на виході, витратами часу та зниженням ефективності. Крім того, існуючі роботи в основному зосереджені на покращенні коефіцієнта посилення напруги, регулювання та робочих характеристик енергосистеми із зменшенням факторів втрат за рахунок використання різних типів перетворювачів та методів управління. Метою роботи є отримання покращеного коефіцієнта посилення напруги зі зниженими коефіцієнтами втрат і гармонійних спотворень. Метод. Таким чином, цей тип перетворювача здатний генерувати вихідну постійну напругу з високим коефіцієнтом посилення, що подається на безщітковий двигун постійного струму, зі зменшеними коефіцієнтами гармонік та втрат. Крім того, реалізований нелінійний адаптивний ковзний регулятор для генерування керуючих імпульсів для належного спрацьовування перемикаючих компонентів. Для цієї операції вибираються найкращі параметри посилення на основі робочого циклу, постійної напруги та струму зворотного зв'язку, а також коефіцієнта посилення польового МОП-транзистора з карбіду кремнію. При цьому керуючі сигнали генеруються і передаються на перетворювач, який допомагає керувати безщітковим двигуном постійного струму з помилкою, що встановилася. Практична цінність. Результати моделювання запропонованого LLC-перетворювача на основі польових МОП-транзисторів з карбіду кремнію зі схемою управління нелінійним адаптивним ковзним регулятором перевіряються та порівнюються з використанням різних показників оцінки.
Високовольтні перетворювачі постійного струму з високим коефіцієнтом посилення напруги все частіше використовуються в багатьох прикладних системах силової електроніки через їх переваги, пов'язані з підвищеною вихідною напругою, зниженим рівнем шуму, безперебійним живленням і гарантованою надійністю системи. Більшість існуючих робіт значною мірою зосереджені на розробці топологій високовольтного перетворювача постійного струму і контролера з метою поліпшення усталеного відгуку системи приводу безщіткового двигуна постійного струму, а також отримання регульованої напруги з підвищеною щільністю потужності і зменшеними гармоніками; резонансний LLC-перетворювач постійного струму, реалізований на перемикаючих пристроях на основі польових МОП-транзисторах з карбіду кремнію. Проблема. Тим не менш, це стикається з основними проблемами, пов'язаними зі збільшенням втрат при перемиканні, втратами провідності, помилками на виході, витратами часу та зниженням ефективності. Крім того, існуючі роботи в основному зосереджені на покращенні коефіцієнта посилення напруги, регулювання та робочих характеристик енергосистеми із зменшенням факторів втрат за рахунок використання різних типів перетворювачів та методів управління. Метою роботи є отримання покращеного коефіцієнта посилення напруги зі зниженими коефіцієнтами втрат і гармонійних спотворень. Метод. Таким чином, цей тип перетворювача здатний генерувати вихідну постійну напругу з високим коефіцієнтом посилення, що подається на безщітковий двигун постійного струму, зі зменшеними коефіцієнтами гармонік та втрат. Крім того, реалізований нелінійний адаптивний ковзний регулятор для генерування керуючих імпульсів для належного спрацьовування перемикаючих компонентів. Для цієї операції вибираються найкращі параметри посилення на основі робочого циклу, постійної напруги та струму зворотного зв'язку, а також коефіцієнта посилення польового МОП-транзистора з карбіду кремнію. При цьому керуючі сигнали генеруються і передаються на перетворювач, який допомагає керувати безщітковим двигуном постійного струму з помилкою, що встановилася. Практична цінність. Результати моделювання запропонованого LLC-перетворювача на основі польових МОП-транзисторів з карбіду кремнію зі схемою управління нелінійним адаптивним ковзним регулятором перевіряються та порівнюються з використанням різних показників оцінки.
Опис
Ключові слова
power conversion, brushless DC motor, silicon carbide MOSFET switches, LLC resonant converter, nonlinear adaptive sliding controller, voltage regulation harmonics suppression, перетворення потужності, безщітковий двигун постійного струму, перемикачі на основі польових МОП-транзисторів, резонансний LLC-перетворювач, нелінійний адаптивний ковзний регулятор, придушення гармонік регулювання напруги
Бібліографічний опис
Merlin Suba G. Design of LLC resonant converter with silicon carbide MOSFET switches and nonlinear adaptive sliding controller for brushless DC motor system / G. Merlin Suba, M. Kumaresan // Електротехніка і Електромеханіка = Electrical engineering & Electromechanics. – 2022. – № 4. – С. 34-43.