مکانیسم شارژ شارژرها چیست؟

این بخش اصل شارژ شارژرها را با ارائه نمونه هایی جداگانه از ساختارهای توپولوژیکی مدارهای شارژر یک طرفه و دو طرفه نشان می دهد.

شارژر تبدیل بین AC و DC را از طریق دستگاه های الکترونیکی قدرت انجام می دهد. به ناچار، دستگاه های الکترونیکی قدرت، توان راکتیو را معرفی می کنند و توان راکتیو بیش از حد می تواند منجر به نوسانات ولتاژ شبکه برق، کاهش کیفیت منبع تغذیه و افزایش تلفات خط شود. نسبت توان اکتیو به توان ظاهری در مدار به عنوان ضریب توان تعریف می شود. برای سرکوب توان راکتیو بیش از حد عرضه‌شده توسط کاربر نهایی به شبکه برق، محدودیت‌های سختی بر ضریب توان برای مصرف برق خانگی و صنعتی اعمال می‌شود که معمولاً کمتر از ۰.۸ تا ۰.۹ نیست. یکی از روش های اتخاذ شده، فناوری PFC (تصحیح ضریب توان) است که می تواند آلودگی هارمونیک را از دستگاه های الکترونیکی قدرت حذف کرده و ضریب توان ورودی را بهبود بخشد.

Figure 11-21 Single-stage PFC converter based on full-bridge structure

فناوری-پل{1}}تک مرحله‌ای PFC مزایایی مانند ساختار ساده، راندمان بالا، و{2}}ترانسفورماتور فرکانس بالا با تحریک دوگانه-را ارائه می‌کند که آن را برای کاربردهای{4} قدرت بالا مناسب می‌کند. یک مبدل PFC یک-تمام-پل تک مرحله‌ای بر اساس ساختار-پل کامل در شکل 11-21 نشان داده شده است. در دو حالت عمل می کند:هدایت بازو بالا و پایینوهدایت بازوی مخالف. در طول هدایت بازوی بالا و پایین، جریان در سلف ورودی افزایش می یابد. در طول هدایت بازوی مخالف، جریان در سلف ورودی کاهش می یابد. سیستم کنترل نسبت (چرخه وظیفه) زمان هدایت بازوی بالایی و پایینی را در چرخه شارژ و دشارژ سلف ورودی تنظیم می کند تا مقدار جریان در سلف ورودی را تنظیم کند و جریان ورودی را به یک موج سینوسی در فاز با ولتاژ ورودی تبدیل می کند. این در نهایت هارمونیک‌های جریان مرتب{4} بالا را حذف می‌کند و به تصحیح ضریب توان می‌رسد.

با تجزیه و تحلیل فرآیند جریان انرژی، می توان مشاهده کرد که در طول هدایت بازوی بالایی و پایینی، ولتاژ در ترانسفورماتور فرکانس بالا 0 است و خازن فیلتر خروجی انرژی را به بار می رساند. در طول هدایت بازوی مخالف، ترانسفورماتور فرکانس بالا انرژی ذخیره شده در سلف ورودی را انتقال می دهد و آن را تامین می کند.

انرژی از کابل ورودی به سمت ثانویه ترانسفورماتور منتقل می شود. پس از تصحیح و فیلتر با فرکانس بالا، انرژی بار را تامین می کند. با تنظیم چرخه وظیفه سیستم، ولتاژ خروجی را می توان تغییر داد و ولتاژ خروجی را در مقدار نامی نگه داشت. در یک سیکل عملیاتی، سلف ورودی دو سیکل شارژ و دشارژ را تکمیل می‌کند و ترانسفورماتور فرکانس بالا دو بار تحریک می‌شود، با دو جهت تحریک مخالف. این از هسته مغناطیسی به روشی فشار-کششی استفاده می‌کند و نرخ بهره‌برداری از هسته مغناطیسی ترانسفورماتور را بهبود می‌بخشد.

شکل 11{1}}22 ساختار توپولوژیکی مدار اصلی را برای شارژ و دشارژ یک شارژر دوطرفه نشان می‌دهد که شامل یکسوکننده PWM منبع ولتاژ سه فاز و مبدل DC/DC دو طرفه است.

Figure 11-22 Topology of the main circuit of an electric vehicle charging station based on V2G technology

منابع برق متناوب سه فاز معمولاً در برنامه‌های کاربردی برق{{1} و ولتاژ بالا- صنعتی استفاده می‌شوند. دو طرفه به این معنی است که جریان انرژی می تواند از سمت شبکه به باتری خودرو یا از سمت باتری به سمت شبکه باشد. یکسوکننده PWM سه-نیم فاز-ولتاژ پل- منبع سه‌فاز در شکل، نوعی یکسو کننده PWM دو طرفه است که دارای مزایایی مانند دستیابی به جریان انرژی دو طرفه، پاسخ دینامیکی سریع و عملکرد حالت پایدار خوب است. زمانی که دروضعیت اصلاحانرژی از سمت شبکه خارج می شود، جریان سینوسی است و فاز آن با ولتاژ شبکه یکسان است. هنگامی که در عمل می کندحالت وارونگی فعال، انرژی ذخیره شده در باتری خودروی الکتریکی به شبکه برق باز می گردد و جریان جانبی شبکه و شکل موج جریان هر دو سینوسی و با اختلاف فاز 180 درجه هستند.

مبدل دو طرفه DC/DC دارای مزایایی مانند پاسخ دینامیکی سریع، راندمان تبدیل انرژی بالا و دستگاه های توان کمتر است. همانطور که در شکل 11-22 نشان داده شده است، هنگامی که شارژر در حال شارژ باتری خودروی الکتریکی است، سوئیچ کنیدS1در حال هدایت است، در حالی که سوئیچS2همیشه خاموش است بنابراین، یکسوکننده PWM دو طرفه در حالت یکسوسازی کار می‌کند، و مبدل دوطرفه DC/DC در حالت گام پایین-هستند، و انرژی از سمت شبکه به سمت باتری جریان می‌یابد. هنگامی که باتری در حال تخلیه است، سوئیچ کنیدS2خاموش است، سوئیچS1در حال هدایت است، مبدل DC/DC دو طرفه در حالت افزایش{0} رو به بالا است، و یکسو کننده PWM دو طرفه در حالت وارونگی فعال کار می کند، و انرژی ذخیره شده در باتری از طریق یکسو کننده به شبکه برق بازگردانده می شود.