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LehrveranstaltungUmwandlung elektrischer Energie mit Leistungselektronik
Z-UmrichterZ Source Inverter (ZSI)
Prof. Dr.Ing. Ralph Kennel
(ralph.kennel@tum.de)
Technische Universitt Mnchen
Arcisstrae 21
80333 Mnchen
Z-Umrichter (Z Source Inverter)
der Name Z-Umrichter stammt nicht von der Topologie(dann msste es X-Umrichter heien)
sondern davon, dass der Zwischenkreisweder durch eine Zwischenkreisspannung
noch durch einen Zwischenkreisstrom
sondern durch eine Zwischenkreis-Impedanz (Z)definiert ist
Quelle : Prof. B. Piepenbreier, Prof. I. Hahn, Universitt Erlangen, ALM-Symposium vom 21. 12. 2009
Z-Umrichter (Z Source Inverter)
Betriebsweise bei zu geringer Zwischenkreisspannung :
fr kurze Zeit werden im Ausgangskreisalle Leistungshalbleiter bewusst gleichzeitig geschaltet
der Zwischenkreis wird kurzgeschlossen die Induktivitten im Zwischenkreis werden geladen
und erhhen danach die Zwischenkreisspannung
Z-Umrichter (Z Source Inverter)
Der Z-Source Umrichter verbindeteinen Hochsetzsteller und einen Frequenzumrichter
Einsatz bei Einspeisungen mit variabler(z. B. zu geringer oder weicher) Speisespannung :
Fahrzeuge mit Brennstoffzellen Solarzellen optimale Ausnutzung von Energiespeichern
Z-Umrichter (Z Source Inverter)
Der Z-Source Umrichter verbindeteinen Hochsetzsteller und einen Frequenzumrichter
Einsatz bei Einspeisungen mit variabler(z. B. zu geringer oder weicher) Speisespannung :
Fahrzeuge mit Brennstoffzellen Solarzellen optimale Ausnutzung von Energiespeichern
D
D
T
TT
T
Bo
o
31
1
31
1
B: Boost factor
Solution : the switched inductance Z source inverter topology
D
D
T
TT
T
Bo
o
31
1
31
1
B: Boost factor
Solution : the switched inductance Z source inverter topology
Improved
Switched Inductor (SL) Z-source Inverter
Voltage Stress
Inrush current
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30
2
4
6
8
10
D
Vc/
Vin
SL Z-source
Improved SL Z-source
Stress analysis
inCV
D
DV
31
1
inCV
D
DV
31
2
SL Z-Source
Improved SL Z-Source
Modeling of non-ideal Improved Switched Inductor
(SL) Z-source Inverter
b)Non-shoot-through statea) Shoot-Through State
Simulation Results
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
50
100
150
200
250
300
Capacitor voltage
under load change
0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400Load VoltageLoad Current*100
Output voltage and current
under load change
Vin= 35 V, L1=L2=L3=L4= 1mHC1=C2= 0.8 mFCf= 100 F, Lf= 2 mH, Rl= 311
Experimental Results(Open loop, single phase Z-source inverter)
13
Using simple boost control Method, where M=1- D
M: Modulation index
D: Shoot-through duty cycle
R=680
Vin=0-10 V
mHLFCFCCuHLLff
1,50,100,2202121
14
Vin= 5 V, D= 0.1, M=0.9Switching frquency= 20 KHz
Vdc=7 V
Vout= 6.3 V
15
Vin= 5 V, D= 0.3, M=0.7Switching frquency= 20 KHz
Vdc=12.5 V
Vout=11 V
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