"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7572
ETF7572 "Võimsad kõrgsagedusliku vahelüliga alalispingemuundurid (1.01.2008−31.12.2011)", Tõnu Lehtla, Tallinna Tehnikaülikool, Energeetikateaduskond.
ETF7572
Võimsad kõrgsagedusliku vahelüliga alalispingemuundurid
High power DC voltage converters with high frequency transformer link
1.01.2008
31.12.2011
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.8. Elektrotehnika ja elektroonikaT190 Elektrotehnika 2.2. Elektroenergeetika, elektroonika (elektroenergeetika, elektroonika, sidetehnika, arvutitehnika ja teised seotud teadused)100,0
AsutusRollPeriood
Tallinna Tehnikaülikool, Energeetikateaduskondkoordinaator01.01.2008−31.12.2011
PerioodSumma
01.01.2008−31.12.2008156 600,00 EEK (10 008,56 EUR)
01.01.2009−31.12.2009150 336,00 EEK (9 608,22 EUR)
01.01.2010−31.12.2010136 656,00 EEK (8 733,91 EUR)
01.01.2011−31.12.20118 733,60 EUR
37 084,29 EUR

Võimsad ja kiired pooljuhtlülitid loovad eeldused alalispingevõrkude ja lokaalsete alalispingel põhinevate energiasüsteemide tekkeks. Alalispingega energiaülekandel on vahelduvvooluga võrreldes eeliseid nagu väiksemad kaod, lihtsamad ülekandeliinid, võimalus hõlpsamini salvestada energiat. Alalisvoolu energiaülekande rakendamist on piiranud pinge muundamise keerukus. Seni on pinge muundamiseks kasutusel ferromagnetilise südamikuga trafod, mis töötavad suhteliselt väikese sagedusega vahelduvvoolul. Pooljuhtvaheldid võimaldavad tekitada vahelduvvoolu laias sagedusvahemikus, moduleerida pingekõvera kuju, sujuvalt kommuteerida voolu nullpunktis ja töötada resonantssagedustel. Väikesed (alla 1 kW) kõrgsagedusliku vahelüliga toiteallikad on laialt levinud elektroonikaseadmete toitesüsteemides, kusjuures vahelüli sagedusdiapasoon sõltub võimsusest ja ulatub sadade kilohertsideni. Suurte (alates 10 kW) alalispingemuundurite areng on seni veel algses arengustaadiumis. Maailmas on loodud kõrgsagedusliku vahelüliga toiteallikaid transpordivahenditele (sh trammidele ja elektrirongidele). TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut on samade probleemidega tegelenud ligi 10 aastat. Loodud on mitmed pardatoitemuundurid (10 kW trammile ja 50 kW elektrirongile). Suurte võimsuste puhul on kriitiliseks komponendiks kõrgsagedustrafo, mille puhul on oluline valida nii optimaalne konstruktsioon, südamiku optimaalne materjal, kui ka muunduri põhimõtteline skeem, mis võimaldavad vähendada muunduri kadusid. Trafo konstruktsioon on veelgi kriitilisem juhul kui toitesüsteemis kasutatakse kõrgepinget (nt elektrirongide puhul), mil optimeerimist vajab ka trafo mähiste isolatsioon. Antud projekt on alusuuringuks edasistele rakenduslikele projektidele võimsate kõrgsagedusliku vahelüliga pingemuundurite loomisel. Projekti käigus on kavas välja selgitada kõrgsagedusliku vahelüliga alalispingemuundurite tehniliste näitajate (võimsus, sagedus, pinge, vool) teoreetilised ja praktilised piirväärtused ning nende vastatstikused seosed. Selleks on kavas modelleerida nii muunduri elektrilisi lülitusskeeme kui ka trafo võimalikke konstruktsioone ja kontrollida tulemusi katseliselt. Trafo modelleerimisel on kavas rakendada lõplike elementide meetodit (FEM). Eelektriskeemide modelleerimisel on kavas rakendada nii elektriahelate modelleerimisprogramme kui ka 3D väljaarvutusprogramme. Katsete läbiviimiseks on kavas kasutada spetsiaalselt valmistatud trafosüdamike, eri konstruktsiooniga mähiseid
Development of fast switching and high power semiconductors gives the presumption for development of local DC power networks and DC energy supply systems. The DC power transmission and power supply has many advantages compared with AC power transmission and supply. These are lower power transmission losses, more simpler and reliable construction of lines and better possibilities for energy storage. At the same time, the complexity of voltage conversion is the serious disadvantage of the DC power supply. Normally, the transformers with ferromagnetic core have low nominal AC frequency. The semiconductor inverters allow control of frequency in wide range, to modulate the wave form of voltage, to realize the soft commutation and work on resonant frequencies. Small power converters (up to 1 kW) with high frequency link are used in power supply systems of electronic devices. The frequency of transformer depends on power and can be selected up to hundreds of kilohertz. Today, the development of high power (more than 10 kW) DC converters could be very urgent for different applications. Department of electrical drives and power electronics of TTU has developed several types of DC power converters with high frequency transformer link for electrical transport (trams, trolleys and trains). For example: the 10 kW converters for tram and 50 kW unit for train have been developed. The critical component in high power DC converters is the high frequency transformer. The optimal construction, core material and connected electronic circuits must be developed. In the case of high voltage supply system (as for electric trains), the optimal insulation must be selected. This poject is the basic study for following applied research projects in the field of high power DC converters with intermediate high frequency transformer link. The main objective is to find the limit values for main technical performances as the nominal power, frecuency, voltage and current, as well as the mutual dependence of parameters of these converters. The modelling and experimental study of high frequency power transformer and DC converter circuits are planned. The finite element method (FEM) simulation will be used for the study of transformer construction. Electrical circuits of DC converter will be studied by help of circuit simultion programs as well as by 3D field simulation programs. The experimental study will be made by specially designed cores and windings for transformer.