Details

Autor(en) / Beteiligte

• Hu, Manli
• Boecker, Joachim
• Gausch, Felix

Titel

Modeling, optimization and control design for LCC resonant converter applied in very low frequency high voltage generator

Erscheinungsjahr

2014

Verknüpfte Titel

Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 23.01.2014
• Paderborn, Univ., Diss., 2014
• ger: Hochspannungsgeneratoren zum Test von Hochspannungskabeln arbeiten heute bei sehr kleiner Frequenz um die benötigte Blindleistung zu minimieren. In diesem Kontext befasst sich diese Dissertation mit der Modellierung, Optimierung und dem Regelungsentwurf für einen nullspannungsschaltenden Serien-Parallel-Resonanzwandler (LCC Resonanzwandler) mit Hochspannungs-Transformator und symmetrischer Greinacher-Kaskade, welcher in einem neuartigen Hochspannungsgenerator eingesetzt werden soll. Dieser Spannungsgenerator kann eine genau sinusförmige Prüfspannung im Bereich von 10 bis über 100 kV mit einer Frequenz von 0,1 Hz erzeugen.
 Durch Verwendung einer geeigneten generalisierten Mittelungsmethode in Kombination mit erweiterten Beschreibungsfunktionen werden das Großsignal-Modell und das Kleinsignal-Modell des LCC Resonanzwandlers abgeleitet. Die abgeschätzten stationären und dynamischen Eigenschaften stimmen gut mit den experimentellen Ergebnissen überein.
 Basierend auf Großsignal-Modell und Verlust-Modell des LCC Resonanzwandlers wurde eine Umgebung für den automatisierten Entwurf mit Mehrzieloptimierung aufgebaut, welche die minimalen elektrischen Belastungen der Komponenten und die maximale Effizienz des Hochspannungsgenerators realisiert.
 Verschiedene Verfahren der Stromregelung, wie z.B. die konventionelle PI-Regelung, Fuzzy-PD-Regelung und die modellbasierte Takagi-Sugeno-Fuzzy-Regelung wurden entworfen und miteinander verglichen. Mittels Simulationen und experimenteller Untersuchungen stellte sich deutliche Überlegenheit der modellbasierten Takagi-Sugeno-Fuzzy-Regelung heraus. Der Entwurf dieser Regelung und die hiermit gewonnenen Ergebnisse sind ein zentraler Punkt dieser Arbeit.
• eng: Very low frequency technology is nowadays adopted in high voltage generators for testing the high voltage cables with minimized reactive power. This dissertation deals with modeling, optimization and control design of a zero-voltage switching series-parallel resonant converter (LCC resonant converter) with high voltage transformer and Cockcroft-Walton voltage multiplier, which is applied in a novel high voltage generator. Such generator is capable of generating a true sinusoidal test voltage of 0.1 Hz at some tens to hundreds kV.
 By applying a suitable generalized averaging method in combination with extended describing functions, the large-signal model and small-signal model of the LCC resonant converter are derived. The predicted steady-state and dynamic characteristics agree well with the experimental results.
 On basis of the LCC resonant converter large-signal model and loss model, a computer-aided design and multi-objective optimization environment is developed, which realizes the minimal electric stress of components and maximal efficiency of the high voltage generator.
 Various current mode control schemes, such as conventional PI control, fuzzy PD control and model-based Takagi-Sugeno fuzzy control, are developed and compared. The simulated and experimental results demonstrate the obvious superiority of the model-based Takagi-Sugeno fuzzy control, whose design process and the corresponding results are the significant content of this work.