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Konzepte zur Verbesserung des Teillastwirkungsgrades von DAB-Wandlern

Smailus, Erik Sebastian (2021):
Konzepte zur Verbesserung des Teillastwirkungsgrades von DAB-Wandlern. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00019648,
[Ph.D. Thesis]

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Text
2021-09-20_Smailus_Erik.pdf
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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Konzepte zur Verbesserung des Teillastwirkungsgrades von DAB-Wandlern
Language: German
Abstract:

Die vorliegende Arbeit beleuchtet die Problematik von DAB-Wandlern bezüglich verlustbehafteten harten Einschaltvorgängen bei Teillast und insbesondere in Arbeitspunkten mit hoher Spannungsübersetzung. Zur Verbesserung des Wirkungsgrads in diesen Bereichen werden zwei unterschiedliche Konzepte vorgestellt.

Das hardwareorientierte Konzept untersucht die Möglichkeit variabler Induktivität durch das Einbringen kleiner Ferritstäbe in den Luftspalt der Drossel, wodurch ein nichtlineares Verhalten erzwungen wird. An einem Demonstrator werden die Wirkungsgradvorteile im Teillastbereich und der nachteilige Effekt bei Vollast gezeigt. Außerdem wird die zusätzliche Hitzeentwicklung im Bereich der sättigenden Ferritstäbe als kritische Stelle identifiziert und das nichtlineare Verhalten der Anordnung sowie die Verlustverteilung anhand eines Verlustsimulationsmodells studiert.

Das softwareorientierte Konzept umfasst die statisch entkoppelnde Regelung der Ausgangsspannung und der Bedingung zum Nullspannungseinschalten (ZVS). Letztere wird durch den Stromnulldurchgang der Grundschwingung angenähert. Zunächst werden für das Konzept zwei dezentrale lineare Regler ausgelegt. Um die Nichtlinearität der Strecke besser handhaben zu können wird eine automatisierte Winkelnachführung mit vorangehender Teilstreckenidentifikation entwickelt und am Ende als die passendere Implementierung identifiziert. Limitierungen des vorhandenen Messglieds verhinderten eine vollständige Erprobung am Demonstrator während der Bearbeitungszeit.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

The presented work addresses the problem of DAB converters regarding hard turn-on losses at partial load condition, especially when operated at high voltage transfer ratios. In order to increase efficiency in this operating range, two concepts are presented.

The hardware-oriented approach explores possibilities of variable inductance by placing small ferrite blocks into the air gap of the series inductor. Hence, a non-linear behavior is enforced. A demonstrator shows the efficiency benefits of this approach in the partial load range and the disadvantageous effect at full load condition. Furthermore, the additional dissipated heat of the saturating ferrite blocks is identified as the critical spot and the non-linear behavior of the system as well as the changes in loss distribution of the system are analyzed using a loss simulation model.

The software-oriented approach uses special control schemes to statically decouple the output voltage and the zero voltage switching (ZVS) condition. The latter is approximated by the zero-crossing of the resonant inductor current. Initially, two decentralized linear controllers are designed. Concerning the non-linear system behavior in the complete operation range, an automated angle update with prior partial system identification is developed and found to be the better implementation for the static decoupling control task. Limitations of the available current measurement hinder the full verification using the developed demonstrator during the project period.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xxxii, 179 Seiten
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Power Electronics and Control of Drives
Date Deposited: 28 Sep 2021 12:10
Last Modified: 28 Sep 2021 12:10
DOI: 10.26083/tuprints-00019648
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-196489
Referees: Griepentrog, Prof. Dr. Gerd ; Liserre, Prof. Dr. Marco
Refereed: 23 June 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/19648
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