3. DC-DC Converters for EV and HEV Applications notes in hindi

 

3. DC-DC कनवर्टर्स EV और HEV अनुप्रयोगों के लिए

DC-DC कनवर्टर्स इलेक्ट्रिक वाहनों (EVs) और हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों (HEVs) में महत्वपूर्ण घटक होते हैं। ये वाहन की बैटरी से विभिन्न घटकों के लिए आवश्यक वोल्टेज स्तरों में ऊर्जा को परिवर्तित करने का कार्य करते हैं। आइए, DC-DC कनवर्टर्स से संबंधित प्रत्येक टॉपिक को विस्तार से समझते हैं।

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3.1 EV और HEV विन्यास पावर कनवर्टर्स के आधार पर

पावर कनवर्टर्स EVs और HEVs दोनों में विद्युत ऊर्जा को प्रबंधित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ये कनवर्टर्स बैटरी, मोटर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के बीच पावर के प्रवाह को नियंत्रित करते हैं। EV और HEV प्रणालियों के पावर कनवर्टर्स पर आधारित विन्यास सामान्य रूप से इस प्रकार होते हैं:

• EVs के लिए: एक EV मुख्य रूप से ऊर्जा को स्टोर करने के लिए बैटरी का उपयोग करता है, और उस ऊर्जा को मोटर और अन्य वाहन प्रणालियों के लिए उचित वोल्टेज स्तर में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है। DC-DC कनवर्टर बैटरी के वोल्टेज को मोटर कंट्रोलर या अन्य घटकों के लिए आवश्यक वोल्टेज स्तर में बदलता है।

• HEVs के लिए: HEVs दोनों एक आंतरिक दहन इंजन (ICE) और एक इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग करते हैं। HEVs में पावर कनवर्टर्स का कार्य आंतरिक दहन इंजन, इलेक्ट्रिक मोटर, बैटरी और अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों के बीच पावर के प्रवाह को नियंत्रित करना है। कई मामलों में, DC-DC कनवर्टर का उपयोग बैटरी और मोटर दोनों के लिए ऑप्टिमल वोल्टेज स्तर बनाए रखने के लिए किया जाता है।

कनवर्टर्स की भूमिका ऊर्जा की दक्षता बढ़ाने, बैटरी को ठीक से चार्ज करने और मोटर, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और अन्य उप-प्रणालियों के लिए आवश्यक वोल्टेज प्रदान करने में महत्वपूर्ण है।

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3.2 कनवर्टर्स का वर्गीकरण – एकदिशीय और द्विदिशीय

DC-DC कनवर्टर्स को उनके द्वारा ऊर्जा के प्रवाह की दिशा के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है।

1. एकदिशीय कनवर्टर्स:

   • एक एकदिशीय कनवर्टर केवल एक दिशा में ऊर्जा के प्रवाह की अनुमति देता है—इनपुट से आउटपुट तक।
   • ये उन प्रणालियों में सामान्यत: उपयोग किए जाते हैं जहाँ ऊर्जा केवल बैटरी से मोटर या लोड की ओर सप्लाई करनी होती है, और बैटरी में वापस ऊर्जा प्रवाहित करने की आवश्यकता नहीं होती।
   • उदाहरण: EV में, एक एकदिशीय DC-DC कनवर्टर का उपयोग बैटरी के उच्च वोल्टेज को मोटर कंट्रोलर या अन्य घटकों के लिए आवश्यक कम वोल्टेज में परिवर्तित करने के लिए किया जा सकता है।

2. द्विदिशीय कनवर्टर्स:

   • एक द्विदिशीय कनवर्टर ऊर्जा को दोनों दिशाओं में प्रवाहित करने की अनुमति देता है, यानी यह लोड से बैटरी में ऊर्जा को वापस स्वीकार करने और लोड को ऊर्जा प्रदान करने का कार्य करता है (जो रीजेनेरेटिव ब्रेकिंग के माध्यम से होता है)।
   • यह EVs और HEVs दोनों में महत्वपूर्ण है क्योंकि इन्हें अक्सर ऊर्जा (रीजेनेरेटिव ब्रेकिंग के माध्यम से) को पुनः प्राप्त करने और बैटरी में वापस भेजने की आवश्यकता होती है। द्विदिशीय कनवर्टर इस ऊर्जा को पुनः प्राप्त करने में मदद करता है।
   • उदाहरण: HEV में, एक द्विदिशीय DC-DC कनवर्टर मोटर से ब्रेकिंग के दौरान आने वाली ऊर्जा (रिजेनेरेटिव ब्रेकिंग) को प्राप्त करके बैटरी में भेजने का काम करता है।

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3.3 Step-Down ऑपरेशन का सिद्धांत

DC-DC कनवर्टर्स में, step-down ऑपरेशन को buck कनवर्टर के रूप में जाना जाता है। इस ऑपरेशन का मुख्य उद्देश्य उच्च वोल्टेज को कम वोल्टेज में परिवर्तित करना है।

• कैसे काम करता है: एक buck कनवर्टर इनपुट वोल्टेज (बैटरी या अन्य स्रोत से) को उस कम आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित करता है जो मोटर कंट्रोलर या अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आवश्यक होता है।

  • यह इंडक्टर, कैपेसिटर और स्विचेस जैसे घटकों का उपयोग करके ऊर्जा के प्रवाह को नियंत्रित करता है और वोल्टेज को प्रभावी रूप से कम करता है।

  • जब स्विच चालू होता है, तो करंट इंडक्टर से होकर गुजरता है, जिससे ऊर्जा जमा होती है। जब स्विच बंद होता है, तो इंडक्टर उस ऊर्जा को आउटपुट पर रिलीज करता है और एक स्थिर, कम वोल्टेज प्रदान करता है।

• अनुप्रयोग: EVs में, एक step-down कनवर्टर का उपयोग विभिन्न वाहन घटकों (जैसे कि लाइट्स, डिस्प्ले, सेंसर) को पावर प्रदान करने के लिए किया जाता है जिन्हें बैटरी से कम वोल्टेज की आवश्यकता होती है।

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3.4 Boost और Buck-Boost कनवर्टर्स

Boost और Buck-Boost कनवर्टर्स DC-DC कनवर्टर्स के प्रकार हैं जो वोल्टेज को बढ़ाते (boost) या घटाते (buck) हैं, जो सिस्टम की आवश्यकताओं के आधार पर होते हैं।

1. Boost कनवर्टर (Step-Up कनवर्टर):

   • उद्देश्य: एक boost कनवर्टर इनपुट वोल्टेज को अधिक आउटपुट वोल्टेज में बढ़ाता है। इसे तब उपयोग किया जाता है जब सिस्टम को बैटरी वोल्टेज से अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है।
   • कैसे काम करता है: जब स्विच चालू होता है, तो इंडक्टर ऊर्जा को स्टोर करता है। जब स्विच बंद होता है, तो इंडक्टर वह ऊर्जा आउटपुट पर उच्च वोल्टेज के रूप में रिलीज करता है।
   • EV/HEV अनुप्रयोग: एक boost कनवर्टर का उपयोग बैटरी के वोल्टेज को मोटर के लिए आवश्यक उच्च वोल्टेज में बदलने के लिए किया जाता है।

2. Buck-Boost कनवर्टर:

   • उद्देश्य: एक buck-boost कनवर्टर इनपुट वोल्टेज को बढ़ा या घटा सकता है, जो सिस्टम की आवश्यकता के अनुसार होता है।
   • कैसे काम करता है: यह दोनों buck और boost कनवर्टर्स के कार्यों को जोड़ता है। यह आउटपुट वोल्टेज को इस प्रकार नियंत्रित करता है कि चाहे इनपुट वोल्टेज कम हो या अधिक, आउटपुट वोल्टेज स्थिर रहता है।
   • EV/HEV अनुप्रयोग: जब बैटरी वोल्टेज में उतार-चढ़ाव होता है, तो यह कनवर्टर सुनिश्चित करता है कि आउटपुट वोल्टेज स्थिर रहे, खासकर चार्जिंग या रीजेनेरेटिव ब्रेकिंग के दौरान।

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3.5 Step-Up ऑपरेशन का सिद्धांत

Step-up ऑपरेशन को boost कनवर्टर द्वारा संभाला जाता है। इस ऑपरेशन का उद्देश्य वोल्टेज को कम स्तर से बढ़ाकर उच्च स्तर पर बदलना है।

• कैसे काम करता है: एक boost कनवर्टर में इंडक्टर, स्विच, और डायोड का उपयोग करके ऊर्जा स्टोर की जाती है और जब स्विच बंद होता है, तो इंडक्टर वह ऊर्जा उच्च वोल्टेज पर रिलीज करता है।

  • आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज से अधिक होता है क्योंकि इंडक्टर में जमा की गई ऊर्जा को उच्च वोल्टेज पर रिलीज किया जाता है।

• अनुप्रयोग: EVs और HEVs में, step-up ऑपरेशन का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि मोटर, इन्वर्टर और अन्य घटकों को शक्ति प्रदान करने के लिए उचित वोल्टेज स्तर पर ऊर्जा प्रदान की जाए।