Науковий вісник НГУ

Розрахунок статичних і динамічних втрат у силових IGBT-транзисторах шляхом поліноміальної апроксимації базових енергетичних характеристик

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №2 2020

Останнє оновлення: 10 травня 2020

Опубліковано: 10 травня 2020

Перегляди: 2149

Authors:

О. А. Плахтій, Кандидат технічних наук, доцент, orcid.org/0000-0002-1535-8991, Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В. П. Нерубацький, Кандидат технічних наук, доцент, orcid.org/0000-0002-4309-601X, Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Д. А. Гордієнко, orcid.org/0000-0002-0347-5656, Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Г. А. Хоружевський, orcid.org/0000-0003-2042-4938, Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

 повний текст / full article

Мета. Розробка методики розрахунку, що дозволяє у програмному пакеті Matlab визначати статичні й динамічні втрати в силових IGBT-транзисторах та зворотних діодах.

Методика. Поліноміальна апроксимації енергетичних залежностей IGBT-транзисторів методом найменших квадратів. Моделювання у програмі Matlab/Simulink. Розрахунок втрат потужності за допомогою програми MelcoSim 5.1.

Результати. Запропонована методика розрахунку дозволяє у програмному пакеті Matlab із досить високою точністю визначати статичні й динамічні втрати в силових IGBT-транзисторах і зворотніх діодах для будь-якого типу напівпровідникового перетворювача з будь-яким законом керування. Імітаційне моделювання підтверджує точність запропонованої методики розрахунку втрат потужності в напівпровідникових перетворювачах. Крім того, представлена методика дозволяє визначити не тільки втрати потужності, але й температуру силового транзистора для запобігання виходу його з ладу. Представлені результати апроксимації характеристик високовольтних силових IGBT-транзисторів виробництва компанії Mitsubishi.

Наукова новизна. Розроблена методика імітаційного моделювання у програмі Matlab/Simulink розрахунку статичних й динамічних втрат потужності в силових IGBT-транзисторах, а також втрат потужності у зворотних діодах. Представлена методика дозволяє визначити втрати потужності та ККД у будь-якому напівпровідниковому перетворювачі з будь-яким алгоритмом керування, що є досить корисним інструментом у дослідженнях.

Практична значимість. Представлена методика в імітаційному моделюванні Matlab дозволяє визначити втрати потужності й температуру силових транзисторів будь-яких типів у складі будь-якого напівпровідникового перетворювача.

References.

1. Blahnik, V., & Talla, J. (2016). Single-phase synchronization for traction active rectifier. International Conference on Applied Electronics (AE), 23-26. https://doi.org/10.1109/ae.2016.7577233.

2. Nerubatskyi, V., Plakhtii, O., & Kotlyarov, V. (2019). Analysis of topologies of active four-quadrant rectifiers for implementing the INDUSTRY 4.0 principles in traffic power supply systems. International scientific journal “INDUSTRY 4.0”, 4(3), 106-109.

3. Plakhtii, O., Nerubatskyi, V., Ryshchenko, I., Zinchenko, O., Tykhonravov, S., & Hordiienko, D. (2019). Determining additional power losses in the electricity supply systems due to current’s higher harmonics. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(8(97)), 6-13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155672.

4. Bouzida, A., Abdelli, R., & Ouadah, M. (2016). Calculation of IGBT power losses and junction temperature in inverter drive. 8^th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC), 768-773. https://doi.org/10.1109/icmic.2016.7804216.

5. Gervasio, F., Mastromauro, R., & Liserre, M. (2015). Power losses analysis of two-levels and three-levels PWM inverters handling reactive power. IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), 1123-1128. https://doi.org/10.1109/icit.2015.7125248.

6. Pillay, T., & Saha, A. (2017). Analysis and simulation of flying capacitor multilevel inverter using PDPWM strategy. International Conference on Innovative Mechanisms for Industry Applications (ICIMIA), 1061-1070.

7. Shcherbak, Ya. V., Plakhtii, O. A., & Nerubatskiy, V. P. (2017). Regulatory characteristics of the active quadrature converter in regimens and recuperation modes. Technical electrodynamics, 6, 26-31. https://doi.org/10.15407/techned2017.06.026.

8. Ahmadzadeh, T., Sabahi, M., & Babaei, M. (2017). Modified PWM control method for neutral point clamped multilevel inverters. 14^th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), 765-768.

9. Dai, P., Guoand, G., & Gong, Z. (2016). A Selection Precharge Method for Modular Multilevel Converter. International Journal of Control and Automation, 9(4), 161-170.

10. Plakhtii, O. A., & Nerubatskyi, V. P. (2018). Analyses of energy efficiency of interleaving in active voltage-source rectifier. 2018 IEEE 3 ^rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 253-258. https://doi.org/10.1109/IEPS.2018.8559514.

11. Zhao, G. I., Wang, L., Li, Q., & Chen, G. (2014). Analyze and compare the efficiency of two-level and three-level inverter in SVPWM. 9 ^th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 1954-1958. https://doi.org/10.1109/iciea.2014.6931488.

12. Vasil’ev, B. Yu. (2015). Providing overmodulation mode and increasing energy conversion efficiency in autonomous power inverters of electric drives. Electricity, 6, 47-55.

13. Rodder, S., Biswas, M., & Khan, Z. (2016). A modified PWM technique to improve total harmonic distirtion of multilevel inverter. 9 ^th International Conference on Electrical and Computer Engineering (ICECE), 46-54. https://doi.org/10.1109/ICECE.2016.7853970.

14. Fomin, O. (2014). Modern requirements to carrying systems of railway general-purpose gondola cars. Scientific and technical journal “Metallurgical and Mining Industry”, 5, 31-43.

15. Gevorkyan, E. S., Rucki, M., Kagramanyan, A. A., & Nerubatskiy, V. P. (2019). Composite material for instrumental applications based on micro powder Al₂O₃ with additives nano-powder SiC. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, (82), 336-339. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.05.010.

16. Plakhtii, O. A., Nerubatskyi, V. P., Hordiienko, D. A., & Tsybulnyk, V. R. (2019). Analysis of the energy efficiency of a two-level voltage source inverter in the overmodulation mode. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 68-72. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-4/9.

17. Ferdowsi, F., Yazdankhah, A., & Rohani, H. (2014). A com­binative method to control output power fluctuations of large gridconnected photovoltaic systems. In Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 260-264.

18. Dias, R. A., Lira, G. R., Costa, E. G., Ferreira, R. S., & Andrade, A. F. (2018). Skin effect comparative analysis in electric cables using computational simulations. 2018 Simposio Brasileiro de Sistemas Eletricos (SBSE), 1-6. https://doi.org/10.1109/SBSE.2018.8395687.

19. Ferdowsi, F., Edrington, C., & Elmezyani, T. (2015). Real-time stability assessment utilizing non-linear time series analysis. In North American Power Symposium (NAPS), 1-6.

20. Arcega, F. J., & Pardina, A. (2014). Study of harmonicsthermal effect in conductors produced by skin effect. IEEE Latin America Transactions, 12(8), 1488-1495. https://doi.org/10.1109/TLA.2014.7014518.

• < Попередня
• Наступна >