Kececioglu, O. Fatih;Acikgoz, Hakan;Yildiz, Ceyhun;Gani, Ahmet;Sekkeli, Mustafa
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제12권1호
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pp.207-216
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2017
Wind energy conversion systems (WECS) which consist of wind turbines with permanent magnet synchronous generator (PMSG) and full-power converters have become widespread in the field of renewable power systems. Generally, conventional diode bridge rectifiers have used to obtain a constant DC bus voltage from output of PMSG based wind generator. In recent years, together advanced power electronics technology, Pulse Width Modulation (PWM) rectifiers have used in WECS. PWM rectifiers are used in many applications thanks to their characteristics such as high power factor and low harmonic distortion. In general, L, LC and LCL-type filter configurations are used in these rectifiers. These filter configurations are not exactly compensate current and voltage harmonics. This study proposes a hybrid passive filter configuration for PWM rectifiers instead of existing filters. The performance of hybrid passive filter was tested via MATLAB/Simulink environment under various operational conditions and was compared with LCL filter structure. In addition, neuro-fuzzy controller (NFC) was preferred to increase the performance of PWM rectifier in DC bus voltage control against disturbances because of its robust and nonlinear structure. The study demonstrates that the hybrid passive filter configuration proposed in this study successfully compensates current and voltage harmonics, and improves total harmonic distortion and true power factor.
In the dissertation, a power conversion system for fuel cell is composed of a PWM inverter with LC filter in order to convert fuel cell voltage to a single phase 220[V], In addition, new insulated DC-DC converters are proposed in order that fuel cell voltage is boosted to 380[V]. In this paper, it requires smaller components than existing converters, which makes easy control. The proposed DC-DC converter controls output power by the adjustment of phase-shift width using switch S5 and S6 in the secondary switch, which provides 93-97[%] efficiency in the wide range of output voltage. Fuel cell simulator is implemented to show similar output characteristics to actual fuel cell. Appropriate dead time td enables soft switching to the range where the peak value of excitation current in a high frequency transformer is in accordance with current in the primary circuit. Moreover, appropriate setting to serial inductance La reduces communication loss arisen at light-load generator and serge voltage arisen at a secondary switch and serial diode. Finally, TMS320C31 board and EPLD using PWM switching technique to act a single phase full-bridge inverter which is planed to make alternating current suitable for household.
Masaoud, Ammar;Ping, Hew Wooi;Mekhilef, Saad;Taallah, Ayoub;Belkamel, Hamza
Journal of Power Electronics
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제14권2호
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pp.292-301
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2014
This paper presents a new configuration for a three-phase multilevel voltage source inverter. The main bridge is built from a classical three-phase two-level inverter and three bidirectional switches. A variable DC-link employing two unequal DC voltage supplies and four switches is connected to the main circuit in such a way that the proposed inverter produces four levels in the output voltage waveform. In order to obtain the desired switching gate signals, the fundamental frequency staircase modulation technique is successfully implemented. Furthermore, the proposed structure is extended and compared with other types of multilevel inverter topologies. The comparison shows that the proposed inverter requires a smaller number of power components. For a given number of voltage steps N, the proposed inverter requires N/2 DC voltage supplies and N+12 switches connected with N+7 gate driver circuits, while diode clamped or flying capacitor inverters require N-1 DC voltage supplies and 6(N-1) switches connected with 6(N-1) gate driver circuits. A prototype of the introduced configuration has been manufactured and the obtained simulation and experimental results ensure the feasibility of the proposed topology and the validity of the implemented modulation technique.
Kim, Do-Yun;Won, Il-Kuen;Lee, Jung-Hyo;Won, Chung-Yuen
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제12권5호
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pp.1891-1901
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2017
In this paper, optimal control of the fuel cell and design of a high-efficiency power converter is implemented to build a high-priced fuel cell system with minimum capacity. Conventional power converter devices use a non-isolated boost converter for high efficiency while the battery is charged, and reduce its conduction loss by using MOSFETs instead of diodes. However, the efficiency of the boost converter decreases, since overshoot occurs because there is a moment when the body diode of the MOSFET is conducted during the dead time and huge loss occurs when the dead time for the maximum-power-flowing state is used in the low-power-flowing state. The method proposed in this paper is to adjust the dead time of boost and rectifier switches by predicting the power flow to meet the maximum efficiency in every load condition. After analyzing parasite components, the stability and efficiency of the high-efficiency boost converter is improved by predictive compensation of the delay component of each part, and it is proven by simulation and experience. The variation in switching delay times of each switch of the full-bridge converter is compensated by falling time compensation, a control method of PWM, and it is also proven by simulation and experience.
This paper proposes an active-clamp ac-dc converter with direct power conversion that has a simple structure and achieves high efficiency. The proposed converter is derived by integrating the step-down ac chopper and the output-voltage doubler. The proposed converter provides direct ac-dc conversion and dc output voltage without using any full-bridge diode rectifier. The step-down ac chopper using an active-clamp mechanism serves to clamp the voltage spike across the main switches and provides zero-voltage turn-on switching. The resonant-current path formed by the leakage inductance of the transformer and the resonant capacitor of the output-voltage doubler achieves the zero-current turn-off switching of the output diodes. The operation principle of the converter is analyzed and verified. A 500W prototype is implemented to show the performance of the proposed converter. The prototype provides maximum efficiency of 95.1% at the full load.
압전소자를 에너지원으로 사용하여 자립형 전기전자시스템에 에너지를 공급하는 에너지 획득(Harvesting) 개념의 구현을 위하여, 새로운 AC/DC 공진형 펄스 컨버터를 제안한다. 컨버터는 정류기와 DC 컨버터의 2단계로 구성되었으며, AC/DC 변환을 위한 정류기는 MOSFET의 3상한 동작 특성을 이용하여 구현하고, N형 및 P형 MOSFETs을 사용하여 DC/DC 부스트 컨버터를 구현하였다. 제안된 컨버터 시스템의 동작원리 및 동작모드를 스위칭 소자의 기생캐패시턴스를 고려하여 해석하고, 시뮬레이션을 통하여 해석결과를 검증하였다. CMOS IC 칩으로 제작된 본 시스템의 실험 결과는 수십 uW 용량에서 에너지 획득 개념의 구현 가능성을 제시하였다.
This paper presents an improved single-stage ac-dc LED-drive flyback converter using the transformer-coupled lossless (TCL) snubber. The proposed converter is derived from the integration of a full-bridge diode rectifier and a conventional flyback converter with a simple TCL snubber. The TCL snubber circuit is composed of only two diodes, a capacitor, and a transformer-coupled auxiliary winding. The TCL snubber limits the surge voltage of the switch and regenerates the energy stored in the leakage inductance of the transformer. Also, the switch of the proposed converter is turned on at a minimum voltage using a formed resonant circuit. Thus, the proposed converter achieves high efficiency. The proposed converter utilizes only one general power factor correction (PFC) control IC as its controller and performs both PFC and output power regulation, simultaneously. Therefore, the proposed converter provides a simple structure and an economic implementation and achieves a high power factor without the need for any separate PFC circuit. In this paper, the operational principle of the proposed converter is explained in detail and the design guideline of the proposed converter is briefly shown. Experimental results for a 40-W prototype are shown to validate the performance of the proposed converter.
전력전자학회 1998년도 Proceedings ICPE 98 1998 International Conference on Power Electronics
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pp.648-653
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1998
The conventional three-phase rectifier with bulky LC output filter has been widely used in the industry because of its distinctive advantages over the active power factor correction rectifier such as simple circuit, high reliability, and low cost. Over than 0.9 power factor can be achieved, which is acceptable in most of industry applications. This rectifier, however, is not easy to use for high power density applications since the LC filter is bulky and heavy. To solve this problem, a new simple rectifier is presented in this paper. By eliminating the bulky LC filter from the conventional diode rectifier without losing most of the advantages of the conventional rectifier, very high power density power conversion with high power factor can be achieved. Operation principle and design considerations are illustrated and verified by Pspice simulation and experimental results from a prototype of 3.3 kW rectifier followed by 100KHz zero voltage switching full bridge PWM converter
The use of equivalent circuit models of piezoelectric energy harvesters is inevitable when power circuitry including rectifying and smoothing circuit elements is connected to them for evaluating DC electrical outputs. This is because it is difficult to incorporate the electro-mechanical coupling resulting from the additional circuitry into the conventional finite element analysis. Motivated by this observation, we propose a method to accurately extract the equivalent circuit parameters by using commercially available FEM software such as ANSYS which provides three-dimensional AC piezoelectric analysis. Then the equivalent circuit can be analyzed by circuit simulators such as $SimPowerSystems^{TM}$ of MATLAB. While the previous works have estimated the circuit parameters by experimental measurements or by analytical solutions developed only for limited geometries and boundary conditions, the proposed method has no such limitation because piezoelectric energy harvesters of any shapes and boundary conditions can be treated in FEM software. For the verification of the proposed method, multi-modal AC electrical power output by using a corresponding equivalent circuit is compared with that by ANSYS. The proposed method is then shown to be very useful in the subsequent evaluation of DC electrical output which is obtained by attaching a bridge diode and a storage capacitor to a piezoelectric energy harvester.
본 연구는 산업계에서 많이 사용되고 잇는 3상 브리지 다이오드 정류기에서 입력측에 발생하는 고조파 문제를 개선하고자 한다. 다이오드 방식은 제어기가 필요치 않기 때문에 간단하고 높은 신뢰성을 갖지만 입력단 전류의 불연속성으로 인하여 전류파형의 왜곡이 생긴다. 본 연구에서는 기존의 3상 브리지 다이오드 정류기에 부가적으로 부착 가능한 3개의 스위치를 제안하여 매순간 3상의 전류 중에서 다이오드 정류기로 흐르지 못한 한 상의 전류를 제안한 스위치를 통하여 흐르게 하여 전류가 연속적으로 흐르게 하였다. 연속적인 전류의 흐름은 고조파 성분을 감소시키며 역률 또한 개선시키는 것을 모의 실험과 실험을 통하여 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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