the ieee international future energy challenge 2005 · 2006. 11. 6. · pulswechselrichter für...
TRANSCRIPT
-
1
IEEE International Future Energy Challenge 2005
The IEEE International
Future Energy Challenge 2005
IEEE International Future Energy Challenge 2005
-
2
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Potentialfreier Wechselstrom
Inselbetrieb Netzeinspeisung
Entwicklung eines interaktiven Wechselrichters für 1kW
DC
AC
110V 60Hz
220V 50Hz
30 .. 60 V?
IEEE International Future Energy Challenge 2005
The IEEE International
Future Energy Challenge 2005
Team Aachen/Köln
-
3
IEEE International Future Energy Challenge 2005
FH Köln University of Applied Sciences Cologne
Institut für Automatisierungstechnik
Aachen Köln
IEEE International Future Energy Challenge 2005
http://www.fec.rwth-aachen.de
Öffentlicher Teil- Allgemeine Informationen
- Vorstellung des Teams
- Sponsoren
- Links zu den Hochschulen
Members-area
- Aufsätze
- Forum
- Kontaktadressen
-
4
IEEE International Future Energy Challenge 2005
IEEE International Future Energy Challenge 2005
ELECTRONICA 2004 München, 09 .- 12. November 2004
-
5
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Sponsoren des Studententeams
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Arbeiten im Labor
-
6
IEEE International Future Energy Challenge 2005
boostconverter
resonantconverter
PWMinverter
80V DC 400V DC
~
220V110V AC
30...60V DC
~Uin
Uout
Vorteile
- Topologien aus Vorlesungen bekannt
- Einzelne Leistungsstufen können unabhängig voneinander entwickelt und optimiert werden
Nachteile
- Höhere Gesamtverluste
Gesamte Topologie
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Entwicklung des HochsetzstellersErste Generation: Einphasiger Hochsetzsteller
Probleme: - hohe Stromwelligkeit- Messshunts verursachen hohe Verluste
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5060
40
20
0
20
40
60
80
100
0.5us/div
100
60
Ua1t
IL1t
50.010 t dt. 106.
-
7
IEEE International Future Energy Challenge 2005
1kW Hochsetzsteller 30V .. 60V = > 80V
Uin
Uout
Uds
L1
L2
Q
R
S
Uref
IL1
Iin
IL2+Uv
+
Iref
1 50R UR
fs
D1
T1T2
D2
0 0.5 1 1.5 20
5
10
15
20
25
30Simulation interleaved operation Uin=50V30
0
I1 t( )
I2 t( )
Iin t( )
20 tT
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
5
10
15
20
25
30Measured input current at nominal load
25.938
0
Iint
20.010 t dt⋅ 106⋅
Ergebnisse der Simulation Gemessene Signalverläufe
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Wirkungsgrad des Hochsetzstellers
91%
92%
93%
94%
95%
96%
97%
1000900800700600500400300200150
Output power
Effic
ienc
y Uin=60VUin=45VUin=30V
-
8
IEEE International Future Energy Challenge 2005
boostconverter
resonantconverter
PWMinverter
80V DC 400V DC
~
220V110V AC
30...60V DC
~Uin
Uout
Gesamte Topologie
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Entwicklung des SerienresonanzwandlersErste Generation:
Halbbrücken-ResonanzwandlerZweite Generation:
Optimierter Vollbrücken-Resonanzwandler
-
9
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Uout
Uds
Uin
N1 N2
CrσLIc
T3T1
T2 T4
Ro
Ca La
Cs
Cs
Serienresonanzwandler
Betriebsfrequenz nahe der Resonanzfrequenz
⇒ sinusförmiger Strom Ic
⇒ Schalten im Stromnulldurchgang (ZCS)
⇒Spannungsabfall an Lσ wird kompensiert
rRESS CLff
⋅⋅⋅=≈
σπ21
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1060
40
20
0
20
40
60
80
100
0.5us/div
100
60
Ict 2.
Uds1t
Uds2t
100 t dt. 106.
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Uout
Uds
Uin
N1 N2
CrσLIc
T3T1
T2 T4
Ro
Ca La
Cs
Cs
Messungen am Resonanzwandler
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 200 400 600 800 1000 1200
Pa/W
Ua/V
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 200 400 600 800 1000 1200
Pa /W
n
Ua=f(Pa) Wirkungsgrad
-
10
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Hochsetzsteller und Resonanzwandlerauf einer Platine
Dritte Generation
IEEE International Future Energy Challenge 2005
boostconverter
resonantconverter
PWMinverter
80V DC 400V DC
~
220V110V AC
30...60V DC
~Uin
Uout
Gesamte Topologie
-
11
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Wechselrichter PCB (1. Generation)
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Uds1 Uds2IL2
IL1
2C
110V
Uds1 Uds2IL2
IL1C
C
220V
Pulswechselrichter für 220V 50Hz und 110V /60Hz(2. Generation)
-
12
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Measurements of PWM Inverter Output (220V, 50Hz)
Island mode U=220V, 50Hz
0,9
0,92
0,94
0,96
0,98
1
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
output power [W]
effic
ienc
y [W
]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50400
200
0
200
400turn-on 220V 50Hz with 1kW load315.625
315.625−
Ut
It 40⋅
50.010 t dt⋅ 103⋅
Inselbetrieb Netzbetrieb
Wirkugsgrad
IEEE International Future Energy Challenge 2005
boostconverter
resonantconverter
PWMinverter
80V DC 400V DC
~
220V110V AC
30...60V DC
~Uin
Uout
Gesamte Topologie
-
13
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Microcontroller Board (1.Generation)
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Microcontroller Board (3.Generation)
-
14
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Uin
Uo
Uin
Uo
Uout
Uout
L2
L1
IL2
IL1
IL
Iout
IC
Co
Co C
T1 T2
T4T3R
12
~
AD
AD
AD
AD
AD
T1 T2 T3 T4
PWM
ADuC7026
Regelung des Pulswechselrichters für Netzeinspeisung und Inselbetrieb
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Standalone Mode (110V) – 1kW Load Steps (0...100%)
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05200
100
0
100
200110V 60Hz load step 0 -> 1kW
169.25
155.75−
U t
I t 10⋅
N dt⋅0 t dt⋅
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028200
100
0
100
200110V 60Hz load step 0 -> 1kW
1us/div
U/V
169.25
155.75−
U t
I t 10⋅
0.03.02 t dt⋅
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05200
100
0
100
200110V 60Hz load step 1kW -> 0
191.125
158.875−
Ut
It 10⋅
N dt⋅0 t dt⋅0.02 0.022 0.024 0.026 0.028
200
100
0
100
200110V 60Hz load step 1kW -> 0
191.125
158.875−
Ut
It 10⋅
0.030.02 t dt⋅
-
15
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Netzerkennung-und Ankopplung
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Umschaltung in den Inselbetrieb nach Netzfehler
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500400
200
0
200
400 Change grid to island mode : 220V312.5
321.875−
Ut
500.10 t dt⋅ 103⋅
-
16
IEEE International Future Energy Challenge 2005
T3a T3c
T3dT3b
C2a
C2b
s1
s5
s6s3
s4
s2
LEM
virtualcurrent IL
~
220V / 110V50Hz / 60Hzgrid mode
110V
220V
island mode & emergency load
Uin
Cr
N1 N2
Ls
Ca La
Cs Cs
U1
Lf1
Lf2
Cf1 Cf2
IC
Is
IL1
80V DC
350 DC
U2
U3
DC to AC Converter Topology
1stPCB
2ndPCB
IEEE International Future Energy Challenge 2005
1 kW Interaktiver Wechselrichter (offenes Gehäuse)
-
17
IEEE International Future Energy Challenge 2005
8 Stunden vor dem Abflug nach USA
IEEE International Future Energy Challenge 2005
-
18
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Köln-Aachener Team in Golden /USA
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Arbeiten im Hotel in Denver, USA
-
19
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Folgen der vielen Arbeit
IEEE International Future Energy Challenge 2005
National Renewable Energy Laboratory of the USA in Golden/Co
Testgelände des Future Energy Challenge 2005
-
20
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Rocky Mountains
Die schöne Seite des Wettbewerbes
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Ausflug nach Denver
-
21
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Ergebnisse der anderen Teams
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Siegerehrung
-
22
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Das Studententeam erhielt Auszeichnungen fürOutstanding Presentation and Technical Documentation
IEEE International Future Energy Challenge 2005
-
23
IEEE International Future Energy Challenge 2005
Potentialfreier Wechselstrom
Inselbetrieb Netzeinspeisung
1kW Interaktiver Wechselrichter
DC
AC
110V 60Hz
220V 50Hz
30 .. 60 V