מחקר בגובה העיניים

מחקר בגובה העיניים

מפעל ייחודי של הקרן הלאומית למדע שמטרתו להנגיש את הישגי המחקרים הממומנים על ידה לציבור הרחב.

עובדות ומספרים

< חזרה למחקרים
פרופ' זיגמונד זינגר
הנדסה - המחלקה לאלקטרוניקה פיזיקאלית
אוניברסיטת תל-אביב
מדעים מדוייקים וטכנולוגיה
תקופת המחקר
2012-2016

הממיר הקיבולי: המפתח למזעור ממירים חשמליים

רכיבים חשמליים רבים מיועדים לבצע המרות חשמליות מסוגים שונים, ורוב הממירים הללו המצויים כיום בשימוש מבוססים על השראות וקשים מאוד למזעור. מטרת מחקר זה היא לפתח ממיר המבוסס על קיבול, שיתרונו הגדול הוא קלות המזעור

נכתב ע''י זיגמונד זינגר, 15 אוק 2016

רכיבים חשמליים רבים הם ממירים (converters) שמטרתם לבצע המרות חשמליות שונות, למשל ממתחים גבוהים לנמוכים (או ההפך). ישנם ממירים המבוססים על השראות (inductance), תופעה הקשורה לצימוד הידוע שבין תופעות מגנטיות לחשמליות, וקיימים לעומת זאת ממירים קיבוליים (capacitive converters) המבוססים על קיבול (capacitance), תופעה הנשענת על יכולתם של גופים לאגור מטען חשמלי. שנאים רגילים של זרם חילופין, למשל, ההופכים מתח גבוה וזרם נמוך למתח נמוך וזרם גבוה (וההפך), מבוססים על השראות. למעשה, רוב הממירים הקיימים היום בשוק מבוססים על רכיבים השראיים ומשמשים ליישומים שונים, החל בממיר שמייצב מתח מסוללה של מכשיר סלולארי למעגלים הפנימיים של המכשיר וכלה בממירים המשמשים למערכות פוטו-וולטאיות (המפיקות חשמל מאור השמש) על מנת לתאם את העומס עליהם כך שיפיקו את מקסימום ההספק. יעד המחקר הכללי הינו פיתוח של ממיר קיבולי בעל יכולת כיוונון עדין על מנת לאפשר אינטגרציה (מזעור) של ממיר המבוסס אך ורק על קבלים ומפסקים. היתרון במימוש כזה של ממיר הוא שקל יחסית למזער קבלים ומפסקים, בעוד שקשה מאוד למזער ממירים המבוססים על השראות. הבעיה של ממירים קיבוליים היא שברוב הטכנולוגיות הקיימות הם מפיקים מתחים דיסקרטיים בודדים, כאשר לייצוב מתח נדרש מגוון רחב של מתחים כדי שניתן יהיה ליצור מתח מוצא יציב. הממיר שפותח במחקר הנוכחי מאפשר מספר רב של יחסי המרה ולכן גם ייצוב מדויק של מתח. הממיר נבחן בעומסים שונים והוא בעל נצילות גבוהה. המטרה הראשית של המחקר הנוכחי היא לפתח מודול לעיבוד הספק שיהיה מוכן לאינטגרציה. הממיר המפותח יהיה עם יכולת של כיוונון עדין, דיוק ודינמיקה מהירה. מטרות המשנה של המחקר היו: 1. פיצוח תיאוריית הבקרה של ממיר מסוג זה בכדי לקבל ייצוב מתח. 2. פיתוח המודול האידיאלי המכיל קבלים ומפסקים, כולל גודלם. 3. פיתוח הארכיטקטורה של מערכת המיתוג . 4. ביצוע אופטימיזציה של הבקרה תוך התחשבות בהפסדים, ייצוב, דינאמיות ותקלות. 5. פיתוח מכניזם של יתירות עבור שרידות הממיר, כלומר עודפות ברכיבים המאפשרת לממיר להמשיך בפעולתו התקינה גם אם חלק מרכיביו יחדלו מלפעול. 6. הפעלת הממיר בעומסים שונים ובמקורות כמו ספק כוח ותא פוטו-וולטאי. המחקר נעשה תוך כדי פיתוח תיאורטי של ממיר בעל מספר רב של יחסי המרה. נמצא המבנה האופטימלי של תא בסיסי המכיל קבל אחד ומערכת של מפסקים. במחקר הוכח כי התא הבסיסי מכיל מינימום של מפסקים המאפשרים חיבור כל תא לתא אחר במקביל ובטור. המחקר התבסס גם על סימולציות וניתוח מקרים של רכיבים לא אידיאליים הכוללים הפסדים. לבסוף נבנה מודול אמיתי המכיל 10 תאים של קבלים ונערכו ניסויי מעבדה רבים. במחקר נבנה מודול שעובד, ובניסויים שבוצעו קיבלנו נצילות המרה של עד 92%, כאשר ביחסי המרה בתחום 3-0.7 הנצילות היא מעל 80%. הממיר בעל 138 יחסי המרה ולכן מתאים לייצוב עדין של מתח. גילינו כי לממיר יש מספר אפשרויות גדול מאוד, ולכן מצד אחד מערכת הבקרה צריכה להיות מותאמת למשימה ספציפית של הממיר, ומצד שני קיימת גמישות רבה. נבנה גם אלגוריתם הבודק את תקינות הממיר ומסוגל לחזות את יכולת הממיר בזמן תקלה ולאתר ולתקן תקלות בממיר.

פורסם בתאריך - 07-נובמבר-2019 - התכנים נכונים ליום הפרסום

מילות מפתח

power electronics
ממירים קיבוליים
אלקטרוניקת הספק
ייצוב מתח' capacitive converters
voltage regulation
פורסם בתאריך - 07-נובמבר-2019 - התכנים נכונים ליום הפרסום