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