MODEL OF THE VOLTAGE CONTROLLED BOOST CONVERTER FOR NONSTABILITY STEADY-STATE ANALYSIS
| Autor: | Stojanović, Željko |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Pelin, Denis |
| Jazyk: | chorvatština |
| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: |
bifurkacija srazom granica
multistabilnost Elektrotehnika nonstability steady-states TECHNICAL SCIENCES. Electrical Engineering. Power Engineering udc:621.3(043.3) Hopfova bifurkacija neregularno ustaljeno stanje multistability Electrical engineering border collision bifurcation istosmjerni naponski upravljan uzlazni pretvarač TEHNIČKE ZNANOSTI. Elektrotehnika. Elektroenergetika bifurkacija srazom granica Hopfova bifurkacija istosmjerni naponski upravljan uzlazni pretvarač kvaziperiodičnost multistabilnost neregularno ustaljeno stanje Hopf bifurcation kvaziperiodičnost voltage mode controlled DC-DC boost converter quasiperiodic steady-state |
| Popis: | Neregularna ustaljena stanja neželjena su pojava u radu istosmjernih pretvarača. Uzrokuju povećanje valovitosti napona i struja pretvarača i akustičku i strukturnu buku. Kvaziperiodično ustaljeno stanje nastalo bifurkacijom srazom granica uzrokuje značajno povećanje vršne i efektivne vrijednosti struje prigušnice naponski upravljanog istosmjernog uzlaznog pretvarača. To povećava gubitke pretvarača, prvenstveno prigušnice i strujno opterećenje pretvaračkih komponenata pa može doći do kvara pretvarača. Zato je takav način rada potrebno izbjeći. To se postiže matematičkim modeliranjem pretvarača kojim će se predvidjeti bifurkaciju srazom granica i štetne posljedice te pojave te omogućiti odabir parametara pretvarača, izvora i trošila da se izbjegne bifurkacija srazom granica koja uzrokuje kvaziperiodično ustaljeno stanje. Matematički model pretvarača definiran je tako da je simuliran utjecaj svakog od parametara modela na pojavu neregularnih ustaljenih stanja. Tako je utvrđeno koji parametri pretvarača imaju presudnu ulogu u pojavi neregularnih ustaljenih stanja. Matematičkim modelom pretvarača postignuto je predviđanje Hopfovih bifurkacija i bifurkacija srazom granica. Te bifurkacije uzrokuju slijedove ustaljenih stanja do sada nezabilježene u literaturi. Ustaljena stanja dobivena simulacijama identificirana su temeljem valnih oblika, bifurkacijskih dijagrama, trajektorija i Poincaréovih slika. Bifurkacijski dijagrami simulirani su tako da se za idući bifurkacijski parametar koriste početni uvjeti postignuti pri prethodnom bifurkacijskom parametru. Tako je postignuto predviđanje histereze prve Hopfove bifurkacije. Pri pojavi bifurkacija na fizičkom modelu pretvarača uočene su histereze ustaljenih stanja u području Hopfove bifurkacije i bifurkacije srazom granica. Bifurkacijom srazom granica nastaje značajno povećanje struje prigušnice pa je histereza bifurkacijske točke prve bifurkacije srazom granica od tehničkog značaja. Uz to, pretvarač iskazuje multistabilnost u cijelom području ulaznih napona za koje se pojavljuju kvaziperiodična ustaljena stanja. Ustaljena stanja dobivena mjerenjem identificirana su iz valnih oblika, trajektorija i harmonijskog sastava. U vremenskom području opisano je kako nastaje bifurkacija srazom granica. Utvrđena je pravilnost u promjeni ustaljenih stanja temeljem odnosa upravljačkih signala i signala nosioca. Na osnovi toga pokazano je izbjegavanje bifurkacije srazom granica kad pretvarač radi u ustaljenom stanju osnovne periode. The nonstability steady-states of the voltage controlled boost converter are an unwanted phenomena. These nonstability steady-states cause increased ripple values as well as acoustic and structural noise. In the voltage mode controlled DC-DC boost converter a significant increase of effective currents and peak currents is caused by quasiperiodic steady-state obtained by border collision bifurcation. Furthermore, the converter efficiency is decreased, and component stresses are increased. The quasiperiodic steady-state obtained by border collision bifurcation can lead to converter failure. Therefore, it is important to predict the bifurcation and avoid it, by proper adjustment of the converter parameters. In order to do this, it is necessary to build a mathematical model of the converter that predicts these nonstability steady-states. The mathematical model of the converter is built by changing each of the parameters of the model separately. In that way it is determined which of the converter's parameters lead to the emergence of the nonstability steady-states. The chosen mathematical model successfully predicts border collision bifurcation and Hopf bifurcation. These bifurcations are the cause of a new phenomena and new steady-states not previously known to power electronic engineers. The steady-states obtained by the simulations are identified by waveforms, trajectories, Poincaré maps and bifurcation diagrams. The initial values at each input voltage of bifurcation diagrams are calculated using previous values of input voltages. In this way the hysteresis of Hopf bifurcation was successfully predicted. The hysteresis of Hopf bifurcation and border collision bifurcation was identified in the boost converter. The converter also exhibits multistability in the whole range of its quasiperiodic behaviour. The border collision bifurcation significantly increases the inductor current. Hence, the border collision bifurcation and its hysteresis have significant technical relevance. The steady-states obtained by measurements were identified by waveforms, trajectories and harmonic analysis. In the time domain, it is described how the border collision bifurcation occurs. The regularity in the change of steady-states was determined on the basis of the relationship between control signals and carrier signals. The avoidance of border collision bifurcations when the converter is operating in period-one steady-state was demonstrated. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|