- W Boga - wierze. Natomiast nie bardzo wierzę w to, co ludzie mówią o Bogu.

Jakub Hyjek

Low-Cost - Z-Source Inverter for  Single Phase Photovoltaic System.

              Zaproponowany układ falownika typu Z, bazujący na typowej topologii falownika napięcia i specjalnym obwodzie Z, jest w stanie podnosić wahające się napięcie DC do zasilania odbiorników zmiennoprądowych. Taka właściwość jest szczególnie przydatna w systemach zasilania z odnawialnymi źródłami energii (ogniwa paliwowe, fotowoltaiczne) i innych aplikacjach gdzie wymagane jest jednokierunkowe przekształcanie napięcia DC na AC przy jednoczesnym jego podwyższaniu.

              W niniejszym projekcie zastosowano odmienny sposób sterowania sinusem, mający na celu podniesienia skuteczności dostarczanej mocy co zostało opisane w nocie aplikacyjnej IEEE VOL 26.NO 12 December 2011.

Rysunek przedstawia podstawowy układ Falownika typu Z, który można podzielić na kila części, pierwsza z nich to zasilanie w symulacji użyto napięcia o niskiej wartości (10 V) które w rzeczywistości może być np. baterią, fotoogniwem itp.

Kolejną rzeczą odróżniającą przy tym zwykły falownik od falownika typu z, jest obwód impedancyjny który pozwala na podniesienie napięcia na wyjściu , dzięki zastosowaniu takich elementów które powodują rezonans napięć w konsekwencji pozwalają na komutację przy wyższym napięciu.

Za układem impedancyjnym (rezonansowym), możemy wyszczególnić 2 x 2 tranzystory IGBT, które pełnią funkcję falownika mostkowego zasilającego pierwotną stronę transformatora.

Tranzystory sterowane są naprzeciwlegle co pokazuje rysunek poniżej.

Odbiornik

Należy zwrócić uwagę że w przytoczonym rozwiązaniu w jednej gałęzi może działać tylko jeden tranzystor, dlatego przejmowanie prądu z jednego do drugiego jest możliwe dopiero po wyłączeniu pierwszego tranzystora, dopiero potem załączeniu drugiego.

Sterowanie

Głównym zadaniem w tego typu rozwiązaniach jest możliwość sterowania, dlatego potrzebny jest układ dzięki któremu możemy oddziaływać na obciążenie w sposób ciągły, czyli najlepiej taki który posiada sprzężenia zwrotne.

Na rysunku poniżej został pokazany schemat zaimplementowanego generatora piłokształtnego, mamy pełna kontrolę nad częstotliwością generowanego przebiegu.

Na przebiegach poniżej został pokazany przykładowy przebieg generatora piły

Należy zauważyć że przebieg zmienia sie w sposób proporcjonalny do czasu i przyjmuje wartości od 0 do 360 co odpowiada kątom w danym czasie. Przyjęte oznaczenie jest o tyle wygodne gdyż pozwala na sterowanie przy różnych częstotliwościach tymi samymi progami wyzwalania kata alfa , bez dodatkowych przeliczeń jest to rozwiązanie dosyć wygodne.

Na rysunku poniżej schemat generatora. Na Blok całkujący podawana jest wartość stała która w konsekwencji przejścia przez blok jest całkowana.

Jak wiadomo :

1*dt=t

Dzięki czemu otrzymujemy sygnał proporcjonalny  w czasie, to znaczy po upłynięciu np. 0.01 s wartość funkcji jest 0.01. Sygnał ten porównywany jest na komparatorze do sygnału zadanego który równa się

1T=f

Zatem gdy wartość funkcji rosnącej w czasie będzie większa od wartości czasu okresu zadanego (Period) następuje zresetowanie aktualnej wartości bloku całkującego.

Otrzymujemy przebieg piłokształtny zmienny w czasie od 0 do Period, wartość funkcji przyjmuje takie same wartości. mnożące ten przebieg (dzieląc przez odwrotność ) częstotliwość ( okresu) otrzymujemy sygnał zmienny w czasie od 0 do Period o wartościach funkcji 0 do 1, następnie przebieg ten jest mnożony razy 360 dzięki czemu uzyskujemy sygnał od 0 do 360 dla przedziału czasu 0 do Period .

Generator piłokształtny potrzebny jest nam do stworzenia funkcji potrzebnej przy generowaniu sygnału PWM podawanego na bramki IGBTów.

Przykładowy przebieg o częstotliwości 50 Hz wygenerowany przy pomocy powyższego układu.

Autor patentu na podstawie którego symuluję przebiegi zastosowała następującą funkcję.

1(2-M*sinω*t

M∈[0;1]

Zatem należy stworzyć powyższą funkcję, do jej stworzenia posłużę się typowymi blokami matematycznymi.

Dodatkowo na potrzebę symulacji dodano wartość która ma za zadanie zmienić wartość M po upływie pewnego czasu, dzięki czemu możliwe będzie zaobserwowanie zmian w układzie głównym.

Funkcje potrzebna do generacji sygnału PWM.

Po porównaniu na komparatorze otrzymanej funkcji z przebiegiem piłokształtnym dostajemy sygnał podawany na bramki IGBT o częstotliwości kluczowania 20kHz.

Na odbiorniku został zastosowany filtr indukcyjno pojemnościowy, wygładzający przebiegi otrzymane z falownika, transformator służy również jako izolacja galwaniczna, oraz pozwala na zatrzymanie składowej stałej po stronie pierwotnej (jeżeli takowa by się wytworzyła).

Wartość napięcia otrzymanego na obciążeniu.

Wartość prądu i napięcia na obciążeniu.

Głównym parametrem który decyduje o wartości prądu i napięcia w obwodzie jest współczynnik M użyty w przy generacji funkcji.