Utafiti huu unapendekeza kiendeshi cha mota ya DC cha kwadranti moja kinachotegemea Ultra-Sparse Matrix Rectifier (USMR) kwa matumizi kama upampaji ambako nishati hutiririka tu kutoka kwenye gridi ya umeme kwenda kwenye mota. Katika viendeshi vya kawaida vya DC vya gharama nafuu vinavyotumia kibadilishaji Buck, tatizo kuu ni kwamba mkondo unaochukuliwa kutoka kwenye gridi ya awamu tatu unaweza kuwa na upotoshaji mkubwa wa harmoniki na kipengele cha nguvu cha ingizo kinaweza kushuka. Katika muundo uliopendekezwa wa USMR, transista tatu tu za nguvu zinazodhibitiwa hutumika, na mikondo ya gridi hudhibitiwa kikamilifu ili kulenga umbo la mkondo linalokaribia sinusoidali na kipengele cha nguvu kinachokaribia moja.

Utafiti unalinganisha mbinu mbili tofauti za ubadilishaji. Ya kwanza ni udhibiti wa mkondo wa hysteresis wa ON–OFF wenye bendi ya uvumilivu; ya pili ni udhibiti wa PWM unaotegemea carrier ya pembetatu na unaofanya kazi kwa masafa thabiti ya ubadilishaji ya 10 kHz. Katika uigaji wa PSIM 9.1, upotoshaji jumla wa harmoniki wa mkondo wa ingizo (THD) ulihesabiwa kuwa %1,07 kwa mbinu ya hysteresis na %2,74 kwa PWM yenye carrier ya pembetatu. Kwa mbinu zote mbili za USMR, kipengele cha nguvu cha ingizo kiliripotiwa kuwa 0,999. Kwa mpangilio wa kawaida unaotegemea Buck katika hali zilezile za kazi, THD ya mkondo wa ingizo ilikuwa %79,62 na kipengele cha nguvu 0,742.

Katika udhibiti wa kasi ya mota ya DC, kwa mabadiliko ya rejea kutoka 0 hadi 1000 rpm, USMR yenye udhibiti wa hysteresis ilitoa takriban %2,28 overshoot na muda wa kutulia wa 0,589 s; PWM yenye carrier ya pembetatu ilitoa takriban %1,86 overshoot na muda wa kutulia wa 0,59 s. Katika mpangilio wa Buck, ingawa overshoot ilikuwa %2,22, muda wa kutulia uliongezeka hadi 0,687 s. Hivyo, faida iliyo dhahiri zaidi ya USMR katika utafiti huu haikuonekana tu katika mwitikio wa kasi ya mota, bali hasa katika maudhui ya harmoniki ya mkondo unaochukuliwa kutoka gridi na katika kipengele cha nguvu.

Maana kwa Uturuki: Utafiti haukufanywa kwenye kituo cha pampu au gridi ya umeme nchini Uturuki. Hata hivyo, kwa viendeshi vya DC katika mifumo ya upampaji ya viwandani au vijijini ambako urejeshaji wa nishati hauhitajiki, usanifu wa rectifier-drive wenye harmoniki ndogo na kipengele cha nguvu cha juu unaweza kutathminiwa kitaalamu. Katika matumizi halisi nchini Uturuki, sifa za gridi, upangaji ukubwa wa mota na pampu, ulinganifu wa kielektromagnetiki, mipaka ya harmoniki, mpangilio wa ulinzi, usanifu wa joto na mikunjo halisi ya mzigo wa pampu vinahitaji kuthibitishwa tofauti. Utafiti huu pekee hauoneshi akiba ya nishati, ufanisi wa pampu au faida ya gharama za uendeshaji katika kituo fulani.

Tatizo kuu linaloshughulikiwa na utafiti ni lipi?

Viendeshi vya mota za DC vinaendelea kutumika katika matumizi kama pampu, konveyori, roboti, servo na CNC kutokana na udhibiti sahihi wa kasi na utendaji mkubwa wa mienendo. Hata hivyo, haitoshi kwa udhibiti wa kasi na mkondo upande wa mota pekee kuwa mzuri. Jinsi kiendeshi kinavyochukua mkondo kutoka kwenye gridi ya umeme ya AC pia huamua ubora wa nguvu wa mfumo.

Katika kiendeshi cha kawaida cha DC, daraja la diodi la awamu tatu, capacitor ya DC-link na kibadilishaji Buck vinapotumika, mkondo unaochukuliwa kutoka gridi unaweza kuwa wa mapigo na kupotoshwa sana. Hali hii inaweza kuongeza upotoshaji jumla wa harmoniki wa mkondo wa ingizo na kupunguza kipengele cha nguvu.

Rectifier hai za PWM za awamu tatu zinaweza kupunguza tatizo hili; hata hivyo, katika usanifu unaojadiliwa na utafiti, hatua ya ziada ya Buck inaweza kuhitajika baada ya voltage ya juu ya DC-link ili kudhibiti masafa yote ya kasi ya mota ya DC. Mbinu ya USMR iliyopendekezwa inalenga kutekeleza ubadilishaji AC–DC na udhibiti wa pato kwa idadi ndogo ya swichi zinazodhibitiwa.

Uendeshaji wa kwadranti moja unamaanisha nini?

Katika utafiti huu USMR ni kibadilishaji cha AC–DC cha mwelekeo mmoja. Nishati ya umeme hutiririka kutoka gridi ya AC ya awamu tatu kwenda kwenye mota ya DC; kurejesha nishati kutoka mota kwenda gridi hakulengwi.

Kwa hiyo, usanifu huu si mbadala wa moja kwa moja wa viendeshi vya kwadranti nne vinavyohitaji regenerative braking. Mtafiti anaeleza kuwa kizuizi hiki kinaweza kukubalika katika matumizi kama mifumo ya upampaji ambako urejeshaji wa nishati hauhitajiki katika uendeshaji wa kawaida.

Ultra-sparse matrix rectifier imeundwaje?

USMR iliyooneshwa katika Kielelezo 1 cha utafiti chanzo ina mikono mitatu ya nguvu inayofanana. Kila mkono una diodi nne za nguvu na transista moja ya nguvu inayodhibitiwa. Hivyo kibadilishaji kizima kina jumla ya transista tatu zinazodhibitiwa na diodi 12.

Kichujio cha ingizo cha LC kimeongezwa kati ya gridi ya awamu tatu na USMR. Kazi yake ni kupunguza kuenea kwenye gridi kwa vijenzi vya mkondo vinavyotokana na masafa ya juu ya ubadilishaji na kudhibiti overvoltage kwenye ingizo la kibadilishaji.

Kwa sababu njia za mkondo ndani ya USMR zinaelekezwa na diodi, swichi ya juu na ya chini katika mkono mmoja wa nguvu haziwezi kuingia katika hali ya upitishaji kwa wakati mmoja na kusababisha short-circuit ya moja kwa moja kama katika inverter za kawaida za chanzo cha voltage. Mtafiti anaeleza hali hii kama kinga ya asili ya topolojia dhidi ya “shoot-through” na kwa hiyo anaeleza kuwa dead-time au blanking-time inayotumika katika miundo ya daraja la kawaida haihitajiki.

USMR hutumia hali zipi za ubadilishaji?

Kwa kuwa kuna transista tatu zinazodhibitiwa, kinadharia kuna michanganyiko minane ya binary ya ubadilishaji. Utafiti hutumia hali tatu hai na hali tatu za sifuri.

Katika hali hai, transista mbili huingia katika upitishaji kwa wakati mmoja na voltage ya pato huwa sehemu ya thamani kamili ya voltage husika ya AC kati ya mistari. Katika hali ya sifuri, transista moja tu huwa katika upitishaji na voltage ya pato huwa sifuri huku mkondo wa mota ukipita kwenye njia ya freewheeling.

Katika chanzo, hali 111 na 000 zimeelezwa kuwa hali zisizotumika. Katika hali 111 ambapo swichi zote zimewashwa, muundo hufanya kazi kama rectifier ya awamu tatu isiyodhibitiwa; katika hali 000 hakuna mkondo unaotiririka kutoka gridi kwenda kwenye mzigo.

Mfano wa umeme wa USMR

Mfano wa umeme wa kichujio cha ingizo cha awamu tatu kwa kila awamu umetolewa katika chanzo kwa kutumia sheria ya voltage ya Kirchhoff kama ifuatavyo:

\[ v_{sk}=i_{sk}R_s+L_s\frac{di_{sk}}{dt}+v_{ck} \]

Hapa \(v_{sk}\) ni voltage ya gridi kati ya awamu na neutral, \(i_{sk}\) ni mkondo unaopita kwenye inductor ya kichujio na kuchukuliwa kutoka gridi, \(R_s\) ni upinzani sawia wa njia ya kichujio, \(L_s\) ni inductance ya ingizo, na \(v_{ck}\) ni voltage ya capacitor ya kichujio.

Uhusiano wa mkondo:

\[ i_{sk}=i_{ck}+i_k \]

na milinganyo ya hali inayohusiana nayo:

\[ L_s\frac{di_{sk}}{dt}=v_{sk}-v_{ck}-i_{sk}R_s \] \[ C_s\frac{dv_{ck}}{dt}=i_{sk}-i_k \]

imeelezwa.

Uhusiano kati ya mkondo wa awamu wa ingizo la USMR na mkondo wa pato la DC ni:

\[ i_k=i_{dc}S_k\,\mathrm{sign}(v_{sk}) \]

Hapa \(S_k\) inawakilisha kazi ya ubadilishaji ya awamu hiyo.

Voltage ya papo hapo ya pato la DC, kulingana na vekta hai inayotumika, ni:

\[ u_{dc}=S_{ab}|v_{ab}|+S_{bc}|v_{bc}|+S_{ca}|v_{ca}| \]

imefafanuliwa hivyo.

Mota ya DC imeundwa kwa mfano gani?

Mota ya DC yenye excitation tofauti inapounganishwa kwenye pato la USMR, saketi ya armature ya mota imeundwa katika chanzo kama:

\[ v_o=R_ai_o+L_a\frac{di_o}{dt}+e_o \]

Hapa \(R_a\) ni upinzani wa armature, \(L_a\) ni inductance ya armature, \(i_o\) ni mkondo wa armature, na \(e_o\) ni back electromotive force ya mota.

Uhusiano kati ya voltage ya pato la USMR na mkondo wa gridi

Kwa dhana ya kibadilishaji bora, nguvu hai ya ingizo na nguvu ya DC ya pato zimechukuliwa kuwa sawa:

\[ P_{in}=P_{out} \] \[ 3V_{s,rms}I_{s,rms}\cos\varphi=V_{dc}I_{dc} \]

Kutokana na hili, voltage wastani ya pato la DC ni:

\[ V_{dc}= \frac{3}{\sqrt{2}} mV_{s,rms}\cos\varphi \]

imepatikana. Hapa \(m\) ni index ya modulation ya mkondo.

Kwa kipengele cha nguvu cha moja, wakati \(\varphi=0\) inachukuliwa:

\[ V_{dc} = \frac{3}{\sqrt{2}}mV_{s,rms} = \frac{3}{2}mV_{s,max} \]

hupatikana.

Katika utoaji wa space vector wa utafiti, voltage wastani ya DC katika sekta ya 60° ni:

\[ U_{dc,sect} = \left(\frac{9}{2\pi}\ln3\right)V_{s,max} \]

na katika Mlinganyo 31 unaofuata takriban

\[ U_{dc,sect}\approx1.57V_{s,max} \]

imetolewa. Kwa kuwa mara moja baada ya hapo maandishi ya chanzo hutumia takriban 1,5·V_s,max kuna kutolingana kidogo kwa uhariri kati ya thamani hizi mbili za makadirio.

Udhibiti wa kasi ya mota unatekelezwaje?

Kielelezo 4 na Kielelezo 5 cha utafiti chanzo vinaonesha muundo wa closed-loop wa kiendeshi cha DC kinachodhibitiwa na USMR. Udhibiti umegawanywa katika tabaka tatu kuu.

1. Kasi halisi ya mota inalinganishwa na kasi inayotakiwa.
2. Kidhibiti cha nje cha PI cha kasi huzalisha rejea ya kilele ya mkondo unaohitajika kuchukuliwa kutoka gridi.
3. PLL huzalisha rejea za mkondo wa sinusoidali zenye amplitude ya moja na zilizosawazishwa na voltage za awamu tatu za AC.
4. Rejea za mkondo huzidishwa kwa amri ya mkondo wa kilele.
5. Kidhibiti cha mkondo hurekebisha mikondo halisi ya awamu kulingana na rejea.
6. Ishara zinazozalishwa S_a, S_b na S_c hubadilisha transista za nguvu baada ya kupitia galvanic isolation na saketi za driver.

Kwa muundo huu, loop ya kasi ya mota na udhibiti wa mkondo wa gridi vinaunganishwa, huku lengo likiwa mikondo ya ingizo kuwa katika awamu moja na voltage za gridi wakati nguvu inayohitajika na mota inachukuliwa.

Kidhibiti cha PI cha kasi kimepimwaje?

Transfer function ya kidhibiti cha PI cha kasi ni:

\[ G_{PI}(s)=K_p+\frac{K_i}{s} \]

Mtafiti alihesabu gains kwa kutumia mfumo lengwa wa daraja la pili kama:

\[ K_p=\frac{2J\zeta\omega_n-B}{K_t} \] \[ K_i=\frac{J\omega_n^2}{K_t} \]

kwa mahusiano hayo.

Wakati damping ratio \(\zeta=0,7\) na muda lengwa wa kutulia 0,5 s vinapochaguliwa, natural frequency ilipatikana kuwa takriban 11,42 rad/s na gains za awali za PI zikawekwa kuwa \(K_p=1,13\) na \(K_i=10,25\).

Tofauti kuu kati ya mbinu mbili za PWM ni ipi?

Katika udhibiti wa mkondo wa hysteresis swichi huwashwa na kuzimwa moja kwa moja ili kuweka mkondo halisi wa gridi ndani ya bendi ya uvumilivu kuzunguka mkondo rejea. Faida muhimu ya mbinu hii ni upotoshaji mdogo wa harmoniki; hata hivyo, masafa ya ubadilishaji si thabiti na hayawezi kutabiriwa kwa usahihi mapema.

Katika PWM inayotegemea carrier ya pembetatu kosa la mkondo katika kila awamu hupitishwa kwenye kidhibiti cha PI na pato linalinganishwa na carrier ya pembetatu ya masafa ya juu. Katika utafiti, masafa ya carrier yalichaguliwa kuwa 10 kHz. Kwa kuwa mbinu hii hutoa masafa thabiti ya ubadilishaji, hurahisisha usanifu wa kichujio cha EMI.

Kizuizi muhimu kwa matumizi ya upampaji

Ingawa matumizi ya upampaji yamesisitizwa katika kichwa cha utafiti, uigaji hauna mfano wa kina wa centrifugal pump, curve ya flow-pressure, bomba au mfumo wa hydraulic. Katika jaribio la kasi ya mota, mota ya DC ilipakiwa kwa torque ya mitambo ya kudumu ya 2 N·m. Kwa hiyo, utafiti haupimi moja kwa moja utendaji wa hydraulic wa pampu fulani, bali utendaji wa power electronics na udhibiti wa kiendeshi cha DC kwa matumizi ya aina ya upampaji ambako mtiririko wa nguvu wa mwelekeo mmoja unatosha.

Mbinu na Matokeo

Vigezo vya uigaji wa PSIM

Hali tulivu katika udhibiti wa mkondo wa hysteresis

Rejea ya kilele ya mkondo wa gridi ilipowekwa kuwa 20 A, mikondo ya ingizo ya awamu tatu ilifuata thamani za rejea kwa umbo linalokaribia sinusoidali.

Thamani kuu zilizohesabiwa katika chanzo:

• THD ya mkondo wa ingizo: %1,07
• Kipengele cha nguvu cha ingizo: 0,999
• Kijenzi msingi: 20 A katika 50 Hz
• Harmoniki za 5., 7., 11., 13., 17., 19., 23. na 25.: ziliripotiwa kuwa chini ya %0,25 ya kijenzi msingi.

Mtafiti anaeleza kuwa thamani ya THD ya %1,07 inakidhi mahitaji ya viwango husika.

Voltage ya pato la DC katika udhibiti wa hysteresis

Katika jaribio ambalo mzigo umeandikwa katika chanzo kama “20 W resistance”, voltage wastani ya DC-link ilikuwa 380,31 V. Ripple ya voltage peak-to-peak ilikuwa 14 V, yaani %3,68 ya voltage wastani.

Kijenzi cha harmoniki ya sita cha voltage ya DC-link ni 5,8 V na kinawakilisha %1,54 ya voltage wastani ya DC.

Ingawa parameter hii ya mzigo inaelezwa kama “resistance” katika maandishi ya chanzo, unit imeandikwa kama W. Katika maandishi ya Verianla thamani hii haijabadilishwa kimya kimya kuwa Ω.

Mpito wa mkondo kutoka 10 A hadi 20 A

Wakati rejea ya mkondo wa AC ilibadilishwa kwa hatua kutoka thamani ya kilele ya 10 A hadi 20 A, Kielelezo 12 na Kielelezo 13 vinaonesha kuwa kidhibiti cha hysteresis kilipeleka mikondo ya awamu tatu kwa haraka hadi rejea mpya.

Mpito wa voltage ya DC kutoka 200 V hadi 400 V

Katika jaribio la closed-loop la voltage ya DC, rejea ya pato iliongezwa kutoka 200 V hadi 400 V. Muda wa kutulia wa voltage ya DC uliripotiwa katika chanzo kuwa 0,0082 s . Wakati wa mpito huu, amplitude ya mkondo wa AC iliongezeka kutoka takriban 10,55 A hadi 21,18 A.

Udhibiti wa hysteresis wakati wa mabadiliko ya ghafla ya mzigo

Katika chanzo, thamani ya mzigo ilibadilishwa katika t = 1 s kutoka “20 W” hadi “16,67 W”, na mzigo wa ziada ukaondolewa katika t = 1,5 s.

Wakati mzigo uliongezeka, kidhibiti cha voltage ya DC kilirudisha pato kwenye rejea ndani ya takriban 0,078 s . Kushuka kwa juu zaidi kwa voltage ya mpito hakukuzidi %16 ya thamani wastani. Mzigo ulipoondolewa, kupanda kwa voltage ya mpito hakukuzidi %14 na voltage ikarudi kwenye rejea ndani ya takriban 0,08 s.

Mwitikio wa kasi ya mota kwa udhibiti wa hysteresis

Mota ya DC yenye excitation tofauti ilijaribiwa chini ya torque ya kudumu ya mitambo ya 2 N·m. Rejea ya kasi iliongezwa kutoka 0 rpm hadi 1000 rpm.

• Overshoot ya kilele: 22,8 rpm
• Overshoot kwa asilimia: %2,28
• Muda wa kutulia: 0,589 s

Matokeo ya PWM inayotegemea carrier ya pembetatu

Katika mbinu ya pili ya udhibiti, masafa ya carrier ya PWM ni 10 kHz. Thamani ya kilele ya mikondo ya gridi ilidhibitiwa tena kuwa 20 A.

• THD ya mkondo wa ingizo: %2,74
• Kipengele cha nguvu cha ingizo: 0,999
• Voltage wastani ya DC: 383,14 V
• Ripple ya voltage ya DC peak-to-peak: 17,81 V
• Uwiano wa ripple ya voltage: %4,65
• Amplitude ya harmoniki ya sita ya voltage ya DC: 5,28 V
• Uwiano wa harmoniki ya sita kwa voltage wastani ya DC: %1,37

Katika spectrum ya harmoniki, vijenzi vya sideband vinaonekana kuzunguka masafa ya ubadilishaji ya 10 kHz.

Udhibiti wa voltage ya DC kwa PWM ya pembetatu

Rejea ya voltage ya DC ilipobadilishwa kutoka 200 V hadi 400 V, muda wa kutulia uliripotiwa tena kuwa takriban 0,0082 s .

Wakati mzigo uliongezeka ghafla, kidhibiti kilirudisha voltage ya DC kwenye rejea ndani ya takriban 0,078 s. Kushuka vibaya zaidi kwa voltage ilikuwa %15,75. Mzigo wa ziada ulipoondolewa, kupanda kwa voltage ya mpito kulikuwa %18,5 na muda wa kurudi kwenye rejea ulikuwa takriban 0,08 s.

Udhibiti wa kasi ya mota kwa PWM ya pembetatu

Mota ilijaribiwa tena kwa mzigo wa 2 N·m na hatua ya kasi ya 0→1000 rpm.

• Overshoot ya kilele: 18,6 rpm
• Overshoot kwa asilimia: %1,86
• Muda wa kutulia: takriban 0,59 s

Ingawa mbinu hii ina overshoot ya kasi iliyo chini kidogo kuliko udhibiti wa hysteresis, utendaji wa jumla wa kasi wa mbinu mbili za USMR unakaribiana sana.

Ulinganisho na kiendeshi cha kawaida cha Buck

Kwa ulinganisho wa haki, kiendeshi cha kawaida cha DC cha kwadranti moja kinachotegemea Buck kilitathminiwa katika hali zilezile za msingi za kazi.

Katika mfumo wa Buck, mikondo ya ingizo ya AC ya awamu tatu inaonekana kuwa ya mapigo sana na upotoshaji wa harmoniki umeongezeka kwa kiasi kikubwa, kama inavyoonekana katika Kielelezo 30 na Kielelezo 31 cha utafiti chanzo.

Ulinganisho kwa idadi ya vipengele

Jedwali hili linaweka kikomo muhimu cha tafsiri. USMR haitumii semiconductors chache kuliko kiendeshi cha kawaida cha Buck chenyewe. Msisitizo wa utafiti kuhusu idadi ndogo ya swichi zinazodhibitiwa katika USMR unapaswa kutathminiwa kwa kulinganisha na rectifier hai zilizo changamano zaidi na suluhisho zenye kibadilishaji cha ziada cha DC. Chanzo hakina uchambuzi wa kifedha unaojumuisha bei za vipengele, gharama ya jumla ya uzalishaji au gharama za mzunguko wa maisha.

Ni ipi kati ya mbinu mbili za udhibiti wa USMR iliyofanikiwa zaidi?

Hakuna mbinu moja yenye ubora wa moja kwa moja katika kila kipengele. Udhibiti wa mkondo wa hysteresis ulitoa matokeo bora ya THD ya mkondo wa ingizo kwa %1,07 na uliweka ripple ya voltage ya DC chini zaidi. Hata hivyo, masafa ya ubadilishaji hubadilika na ni vigumu kuyatabiri.

Ingawa THD ya mkondo wa ingizo kwa PWM yenye carrier ya pembetatu ni kubwa zaidi kwa %2,74, masafa ya ubadilishaji ni thabiti katika 10 kHz. Mwandishi anasisitiza kuwa masafa thabiti ya ubadilishaji hurahisisha usanifu wa kichujio cha EMI.

Kwa upande wa kasi ya mota, matokeo ya mbinu hizi mbili yanafanana: muda wa kutulia ni takriban 0,59 s na uwiano wa overshoot hubaki kidogo chini au juu ya %2.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Katika mfano wa PSIM, USMR inaweza kutekeleza uhamishaji wa nguvu wa mwelekeo mmoja kutoka chanzo cha AC cha awamu tatu kwenda kwenye mota ya DC yenye excitation tofauti.
• Mbinu zote mbili za udhibiti wa USMR zilitoa kipengele cha nguvu cha ingizo cha 0,999.
• Mbinu za USMR zilipunguza kwa kiasi kikubwa upotoshaji wa harmoniki wa mkondo wa ingizo ikilinganishwa na Buck.
• Katika hatua ya kasi ya 0–1000 rpm, muda wa kutulia wa mbinu za USMR ulikuwa takriban 0,59 s.
• Udhibiti wa hysteresis hutoa THD ya chini zaidi, huku PWM yenye carrier ya pembetatu ikitoa faida ya masafa thabiti ya ubadilishaji.
• Kwa viendeshi ambako mtiririko wa nguvu wa mwelekeo mmoja unatosha, USMR imewasilishwa kama usanifu unaowezekana kitaalamu.

Mambo ambayo utafiti haujathibitisha

• Katika prototype halisi ya hardware ya USMR, THD sawa, kipengele cha nguvu au utendaji wa kasi ya mota haujathibitishwa kwa majaribio.
• Hakuna jaribio lililofanywa kwenye pampu halisi, bomba au mfumo wa hydraulic.
• Ufanisi wa pampu, flow, pressure, matumizi ya nishati au akiba ya kila mwaka ya uendeshaji havijahesabiwa.
• Switching losses na conduction losses za semiconductors za USMR katika hardware halisi hazijapimwa moja kwa moja kwa mfano huu unaodhani swichi bora.
• Utendaji halisi wa joto, tabia ya EMI na uaminifu wa muda mrefu havijaoneshwa kwa majaribio.
• Utafiti hauna uchambuzi wa gharama ya bidhaa kwa fedha.
• Kwa kuwa topolojia hairuhusu regenerative power flow, haiwezi kutumika moja kwa moja badala ya kiendeshi cha kwadranti nne.

Prototype ya majaribio iliyopangwa

Mwandishi anapanga kutengeneza mpangilio halisi wa majaribio wa USMR kama kazi ya baadaye. Usanifu wa prototype uliopendekezwa katika chanzo unajumuisha vipengele vifuatavyo:

• hatua ya nguvu ya USMR yenye IGBT power transistors na fast-recovery power diodes,
• dSPACE DS1104 kwa udhibiti wa wakati halisi na kazi za hardware-in-the-loop,
• microcontroller ya ESP32 kama mgombea wa kitengo cha mwisho cha udhibiti wa kibiashara,
• Hall-effect sensors kwa mikondo ya AC, voltage za awamu za AC na voltage ya pato la DC,
• mfumo wa ulinzi na kuzima kiotomatiki kwa overcurrent, overvoltage na hali nyingine za hitilafu.

Vipengele hivi si matokeo ya majaribio ya utafiti wa sasa, bali ni mpango wa mwandishi wa kazi ya baadaye.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la kazi asilia: High-Performance One-Quadrant DC Drive for Pumping Applications Using Ultra-Sparse Matrix Rectifier

Mwandishi: Mohamed Azab.

Idadi ya waandishi: Mmoja.

Taasisi: Electrical Engineering Department, Yanbu Industrial College, Yanbu 46452, Saudi Arabia.

Mawasiliano: mohamed.ahmed.azab@ieee.org

Jarida: Vehicles.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Juzuu / toleo / nambari ya makala: 7 / 4 / 144.

DOI: 10.3390/vehicles7040144

Tarehe ya kuwasilishwa: 23 Septemba 2025.

Tarehe ya marekebisho: 16 Novemba 2025.

Tarehe ya kukubaliwa: 24 Novemba 2025.

Tarehe ya kuchapishwa: 28 Novemba 2025.

Aina ya chanzo na hali ya mapitio: Makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu. Uthibitishaji mkuu wa kisayansi ni uigaji wa power electronics na kiendeshi cha mota ya DC unaotegemea PSIM 9.1.

Kiungo rasmi cha chapisho:https://www.mdpi.com/2624-8921/7/4/144

Kiungo cha DOI:https://doi.org/10.3390/vehicles7040144

Leseni: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Utafiti umechapishwa kwa ufikiaji wazi.

Ufadhili: Utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kuwa michango asilia iliyowasilishwa katika utafiti inapatikana ndani ya makala na maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi.

Mgongano wa maslahi: Mwandishi ametangaza kuwa hakuna mgongano wa maslahi.

Wigo wa kisayansi: Utafiti unachunguza utendaji wa umeme na udhibiti wa kiendeshi cha mota ya DC cha kwadranti moja kinachotegemea USMR. Mfumo wa upampaji unawasilishwa kama eneo la matumizi linalowezekana; sifa halisi za pampu ya hydraulic au jaribio la pampu shambani hazijumuishwi katika wigo wa uthibitishaji wa utafiti.

Dhana za mfano: Gridi ya awamu tatu imechukuliwa kuwa balanced star-connected; kichujio cha ingizo kimeundwa kwa kila awamu kwa inductance ya mfululizo na upinzani sawia; power diodes na transistors zimechukuliwa kuwa ideal. Dhana hizi haziwakilishi kikamilifu switching losses, athari za joto na vipengele vyote parasitic vya hardware halisi.

Chanzo cha maudhui ya kisayansi: Mbinu, milinganyo, thamani za namba, tafsiri za vielelezo, ulinganisho wa utendaji na vikwazo katika makala hii ya Verianla vinategemea utafiti uliochunguzwa. Chanzo cha nje kilitumika tu kuthibitisha utambulisho wa bibliografia na hali ya jarida kama chapisho lililopitiwa na wataalamu.

Mambo muhimu ya kiufundi na kiuandishi ndani ya chanzo

• Katika majaribio ya hali tulivu na mabadiliko ya ghafla ya mzigo, chanzo kinaeleza mzigo kama resistance lakini kinaandika thamani kwa unit “20 W” na “16,67 W”. Unit haijabadilishwa kimya kimya katika chanzo.
• Voltage wastani ya DC ya sekta imetolewa katika Mlinganyo 31 kama takriban 1,57·V_s,max huku maandishi yanayofuata yakieleza kuwa takriban 1,5·V_s,max .
• Faida ya USMR ya kuwa na idadi ndogo ya swichi zinazodhibitiwa imesisitizwa; hata hivyo, katika ulinganisho wa moja kwa moja na Buck, Jedwali 3 linaonesha kuwa mfumo wa Buck hutumia diodi, transista na driver chache zaidi. Kwa hiyo, utafiti haujathibitisha ubora wa gharama kwa uchambuzi wa bei wa kifedha.
• Makala inaeleza kuwa USMR inakidhi mahitaji ya harmoniki ya IEEE. Maandishi ya Verianla yanawasilisha kauli hii kama dai la chanzo; hakuna uchambuzi huru wa kufaa kwa matumizi ya shambani uliofanywa kwa point of common coupling na short-circuit ratio ya kituo halisi.