Stany awaryjne i obserwacja napięć na kondensatorach komórek przekształtnika wielokomórkowego DC/DC

• Autorzy: Stala R.

Warianty tytułu

EN

Failure states and voltages observation of cells capacitors in DC-DC multicell converter

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono analizę stanów awaryjnych oraz wpływ niedokładnego generowania sygnałów sterujących na stan przekształtnika wielokomórkowego z obwodem balansującym. Podział napięcia źródła dla wielopoziomowej modulacji napięcia wyjściowego w przekształtniku wielokomórkowym realizują kondensatory naładowane do odpowiednich wartości napięć. Zaburzenie proporcji pomiędzy napięciami na poszczególnych kondensatorach komórek powoduje zwiększenie wartości maksymalnej napięcia na łącznikach powyżej wartości projektowanej oraz uniemożliwia prawidłową modulację napięcia wyjściowego. Szeregowy układ RLC (obwód balansujący), o odpowiednio dobranej częstotliwości rezonansowej, dołączony równolegle z odbiornikiem zapewnia stabilizację napięć na kondensatorach przekształtnika bez konieczności dodatkowego sterowania i pomiarów napięć. W stanie nieprawidłowej proporcji napięć źródeł w układzie, w prądzie obwodu balansującego występuje składowa o częstotliwości impulsowania pojedynczej komórki, która wywołuje zmianę napięć na kondensatorach komórek. Przedstawiono model matematyczny przekształtnika wykorzystywany do odtwarzania w czasie rzeczywistym napięć na kondensatorach wewnętrznych przekształtnika. Pomiar prądu układu balansującego i prądu odbiornika oraz wykorzystanie sygnałów sterujących pozwala na odtworzenie przebiegów napięć kondensatorów komórek i rozpoznanie stanów awaryjnych przekształtnika. W wyniku wystąpienia błędów statycznych przy generowaniu impulsów sterujących w przekształtniku może wystąpić stan ustalony z nieprawidłowym podziałem napięć na kondensatorach wewnętrznych. Jest to przypadek, w którym pomimo nieprawidłowego podziału napięć na kondensatorach przekształtnika w prądzie balansującym nie występuje składowa o częstotliwości impulsowania pojedynczej komórki, ponieważ składowa o tej częstotliwości nie występuje w napięciu wyjściowym. Dla niektórych rodzajów stanów awaryjnych przedstawiono propozycje sterowania umożliwiającego pracę układu przez eliminację uszkodzonej komórki.

EN

The paper presents an analysis of dangerous phenomenon caused by imprecise control or damage of dc/dc multicell converter with balancing circuit. For multilevel modulation the multicell converter uses charged to proper values capacitors placed in every cell. An improper relation between voltages of cells' capacitors (unbalance state) causes switches voltages increase above their rate value and also makes impossible for proper output voltage modulation. To eliminate the unbalance state the RLC series circuit (balancing circuit) of proper selected resonance frequency is connected to load in parallel. No additional control or measurements are necessary for the unbalance elimination. Under the unbalance a component about single cell's switching frequency appears in balancing circuit current. The current of this frequency affects an average cells' capacitors voltage and eliminates the unbalance. Mathematical model of the converter used for observation of voltages on cells' capacitors is presented. The output current measurements and control signals using makes possible to observation of the cells' capacitors voltages for detection of failure states of the converter. When static errors in control signals appear the converter in steady state has improper cells' voltages relation. In this case the component of single cell switching frequency does not exist in the balancing current because this frequency component does not exists in the output voltage. For some cases of failure states a special control that eliminates the failure cell and thus enables continuation of the converter operation is presented.

Słowa kluczowe

PL

przekształtnik wielokomórkowy; modulacja wielopoziomowa; przekształtnik DC/DC

EN

multicell converters; multilevel pulse; modulation; DC-DC converter

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 81, nr 9
• Strony: 16--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Stala R.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych,

Bibliografia

• [1] Piróg S.: Przekształtniki wielokomórkowe - 2. Przykładowe topologie przekształtników wielokomórkowych V Konferencja Naukowa "Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym" SENE'2003 (pod auspicjami European Power Electronics and Drives Association) Pol. Łódzka, Łódź 19-21 listopad 2003, str. 438-443.
• [2] Meynard T.A., Foch H., Forest F., Turpin C., Richardeau F., Delmas L., Gateau G., Lefeuvre T.A.: Multicell Converters: Derived Topologies. IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 49, pp. 978-987, Oct. 2002.
• [3] Piróg S.: Przekształtniki wielokomórkowe. Przegląd Elektrotechniczny 9/2003 str. 537-543.
• [4] Meynard T.A., Foch H., Thomas P., Courault J., Jakob R., Nahrstaedt M: Multicell Converters: Basics Concepts and Industry Applications. IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 49, pp. 955-964, Oct. 2002.
• [5] Piróg S.: Przekształtniki wielokomórkowe -1. Zasada działania przekształtników wielopoziomowych, V Konferencja Naukowa "Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym" SENE'2003 (pod auspicjami European Power Electronics and Drives Association) Pol. Łódzka, Łódź 19-21 listopad 2003, str. 429-437.
• [6] Gateau G., Fadel M., Maussion P., Bensaid R., Meynard T.A.: Multicell Converters: Active Control and Observation of Flying-Capacitor Voltages. IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 49, pp. 998-1008, Oct. 2002.
• [7] Turpin C., Baudesson P., Richardeau F., Forest F., Meynard T.A.: Fault Management of Multicell Converters. IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 49, pp. 988-997, Oct. 2002.