مبدل AC-DC و DC-AC و DC-DC

آزمایش مبدل AC-DC و DC-AC و DC-DC

اینورتر معمولاً از سه جزء اصلی تشکیل شده است

بخش الکترونیک قدرت ، ماژول کنترل یا مدیریت AC  و سیستم خنک‌کننده

• بخش قدرت شامل اجزای نیمه‌هادی مانند IGBT (ترانزیستورهای دوقطبی با گیت عایق‌شده) یا به طور فزاینده‌ای، SiC MOSFET (ترانزیستورهای اثر میدانی نیمه‌هادی اکسید فلز کاربید سیلیکون) است که امکان سوئیچینگ جریان‌های بالا با سرعت بالا و حداقل تلفات را فراهم می‌کنند.

• قطعات الکترونیکی کنترل، نحوه عملکرد این مدارها را تعیین می‌کنند و از این طریق گشتاور، سرعت و جهت چرخش موتور را تنظیم می‌کنند. الگوریتم‌های کنترل پیشرفته (مانند کنترل برداری یا کنترل مستقیم گشتاور) تضمین می‌کنند که موتور به طور روان، قدرتمند و کارآمد کار کند.

• از آنجا که سوئیچینگ گرما تولید می‌کند، یک سیستم خنک‌کننده کارآمد (معمولاً خنک‌کننده مایع) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و تضمین طول عمر قطعات ضروری است.

اینورتر کششی همچنین در ترمز احیاکننده نقش دارد . در اینجا، عملکرد برعکس می‌شود: موتور الکتریکی موقتاً به عنوان ژنراتور عمل می‌کند و انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند که سپس از طریق اینورتر در باتری ولتاژ بالا ذخیره می‌شود.

کنترل‌کننده کشش تحت شرایط کنترل‌شده و بدون نیاز به باتری یا وسیله نقلیه واقعی آزمایش می‌شود . در سمت چپ این مجموعه، یک شبیه‌ساز باتری مانند ITECH IT6000C قرار دارد که یک جریان مستقیم ولتاژ بالای پایدار – در این مثال ۸۰۰ ولت – را برای شبیه‌سازی باتری وسیله نقلیه تأمین می‌کند.

اینورتر این ولتاژ DC را به یک ولتاژ AC با تنظیم دقیق تبدیل می‌کند که برای کنترل موتور محرک الکتریکی استفاده می‌شود. در طول آزمایش، یک موتور الکتریکی واقعی یا گاهی اوقات یک شبیه‌ساز موتور متصل می‌شود تا رفتار اینورتر تحت شرایط بار مختلف به طور واقع‌بینانه ارزیابی شود .

این پیکربندی امکان تجزیه و تحلیل عملکرد اینورتر را در سطوح ولتاژ و شرایط بار مختلف، از جمله آزمایش تلفات توان، رفتار دما و عملکرد الگوریتم‌های کنترل موتور، فراهم می‌کند. ترمز احیاکننده نیز می‌تواند شبیه‌سازی شود، که در آن اینورتر انرژی را به شبیه‌ساز باتری بازمی‌گرداند. استفاده از یک منبع DC دو جهته احیاکننده که بتواند انرژی را نیز جذب کرده و آن را به شبکه بازگرداند، مهم است.

 

آزمایش مبدل‌های DC/DC

مبدل‌های DC/DC در یک وسیله نقلیه الکتریکی (EV) یک جزء ضروری هستند که ارتباط بین سیستم ولتاژ بالای باتری و سیستم الکتریکی ولتاژ پایین سنتی خودرو را تشکیل می‌دهند. در حالی که سیستم باتری معمولاً ولتاژهای ۴۰۰ ولت یا حتی ۸۰۰ ولت را در خودروهای الکتریکی مدرن تأمین می‌کند، بسیاری از سیستم‌های مرسوم خودرو – مانند روشنایی، سیستم اطلاعات سرگرمی، حسگرها، کنترل تهویه مطبوع، برف‌پاک‌کن‌ها و واحدهای کنترل (ECU) – هنوز با ولتاژ ۱۲ و ۲۴ ولت (یا در برخی موارد ۴۸ ولت) کار می‌کنند. مبدل DC/DC تضمین می‌کند که این سیستم‌ها به طور ایمن و قابل اعتمادی تغذیه می‌شوند.

این مبدل اساساً یک مبدل ولتاژ الکترونیکی است که جریان مستقیم با ولتاژ بالاتر را به جریان مستقیم با ولتاژ پایین‌تر ، با راندمان بالا و کنترل دقیق تبدیل می‌کند. در داخل مبدل DC/DC، معمولاً ترکیبی از سوئیچ‌ها (مانند MOSFET)، یک ترانسفورماتور یا سیم‌پیچ برای انتقال انرژی و یک مدار کنترل وجود دارد که به طور مداوم ولتاژ و جریان خروجی را کنترل و تنظیم می‌کند.

وظیفه دیگر مبدل DC/DC شارژ باتری ۱۲ ولتی خودرو است. اگرچه این باتری سربی یا لیتیومی بسیار کوچکتر از بسته ولتاژ بالا است، اما همچنان منبع مهمی از انرژی است، به خصوص برای روشن کردن خودرو، فعال کردن سیستم‌های ایمنی و پل زدن موقت بارهای اوج یا خطاها در مدار ولتاژ بالا. از این نظر، مبدل DC/DC عملکردی مشابه آلترناتور در یک وسیله نقلیه با موتور احتراق داخلی دارد.

در معماری‌های مدرن خودروهای برقی، مبدل می‌تواند دو طرفه باشد ، به این معنی که انرژی نه تنها می‌تواند از حالت پرمصرف به کم‌مصرف تبدیل شود، بلکه در شرایط خاص، برعکس نیز می‌تواند تبدیل شود – به عنوان مثال، برای پشتیبانی از باتری کششی از طریق یک شارژر خارجی در سطح ۱۲ ولت، یا برای اهداف تشخیصی.

بسته به نوع وسیله نقلیه، ممکن است چندین مبدل DC/DC نیز وجود داشته باشد ، به عنوان مثال یکی برای سیستم ۱۲ ولت و یکی برای سیستم ۴۸ ولت (برای سیستم‌های کمکی الکتریکی سنگین‌تر مانند تثبیت فعال یا سیستم تعلیق بادی). در برخی موارد، مبدل برای صرفه‌جویی در فضا، وزن و هزینه‌ها در اجزای دیگری مانند OBC یا اینورتر کششی ادغام می‌شود

این دستگاه تست برای آزمایش مبدل‌های DC/DC مورد استفاده در خودروهای الکتریکی برای تبدیل ولتاژ بالا به ولتاژ پایین‌تر یا برعکس در نظر گرفته شده است. مبدل در مرکز این دستگاه (دستگاه تحت تست) به دو طرف ولتاژ بالا و ولتاژ پایین متصل است و هر دو طرف توسط قطعات الکترونیکی قدرت قابل برنامه‌ریزی تغذیه و اندازه‌گیری می‌شوند.

در سمت ولتاژ بالا ، مبدل DC/DC توسط یک شبیه‌ساز باتری تغذیه می‌شود که بسته به نوع مبدل مورد آزمایش، سطح ولتاژی مثلاً ۸۰۰ ولت یا ۴۸ ولت را تأمین می‌کند . در سمت ولتاژ پایین، یک یا چند منبع DC متصل شده‌اند که نشان‌دهنده سیستم‌های ۱۲ ولتی روی برد خودرو هستند. این شبیه‌سازها می‌توانند هم به عنوان بار (برای اندازه‌گیری جریان خروجی مبدل) و هم به عنوان منبع ولتاژ در آزمایش‌های دو جهته عمل کنند.

این سیستم امکان تجزیه و تحلیل رفتار مبدل DC/DC را در شرایط مختلف ولتاژ و جریان، مانند هنگام راه‌اندازی، تحت بار متغیر یا در هنگام نوسانات ولتاژ، فراهم می‌کند. همچنین می‌توان راندمان، رفتار دما و پایداری ولتاژ خروجی را به طور دقیق ارزیابی کرد. اگر مبدل دو جهته باشد، می‌توان نحوه‌ی بازگرداندن انرژی به سمت ولتاژ بالا را نیز آزمایش کرد. برای این کار، به یک منبع DC دو جهته و احیاکننده نیاز داریم.