In this paper, the development of a cost-effective active power filter/uninterruptible power supply (APF/UPS) system with seamless mode transfer is described. The proposed scheme employs a pulse-width-modulation (PWM) voltage-source inverter and has two operational modes. First, when the source voltage is normal, the system operates as an APF, which compensates for the harmonics and power factor while boosting the DC-link voltage to be ready for the disturbance, without an additional DC charging circuit. A simple algorithm to detect the load current harmonics is also proposed. Second, when the source voltage is out of the normal range (owing to sag, swell, or outage), it operates a UPS, which controls the output voltage constantly by discharging the DC-link capacitor. Furthermore, a seamless transfer method for the single-phase inverter between the APF mode and the UPS mode is also proposed, in which an IGBT switch with diodes is used as a static bypass switch. Dissimilar to a conventional SCR switch, the IGBT switch can implement a seamless mode transfer. During the UPS operation, when the source voltage returns to the normal range, the system operates as an APF. The proposed system has good transient and steady-state response characteristics. The APF, charging circuit, and UPS systems are implemented in one inverter system. Finally, the validity of the proposed scheme is investigated with simulated and experimental results for a prototype APF/UPS system rated at 3 kVA.
Karimi, Mohammad Hadi;Zamani, Hassan;Kanzi, Khalil;Farahani, Qasem Vasheghani
Journal of Power Electronics
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제13권5호
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pp.877-883
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2013
This paper discussed a transformer-less shunt static synchronous compensator (STATCOM) with consideration of the following aspects: fast compensation of the reactive power, harmonic cancelation and reducing the unbalancing of the 3-phase source side currents. The STATCOM control algorithm is based on the theory of instantaneous reactive power (P-Q theory). A self charging technique is proposed to regulate the dc capacitor voltage at a desired level with the use of a PI controller. In order to regulate the DC link voltage, an off-line Genetic Algorithm (GA) is used to tune the coefficients of the PI controller. This algorithm arranged these coefficients while considering the importance of three factors in the DC link voltage response: overshoot, settling time and rising time. For this investigation, the entire system including the STATCOM, network, harmonics and unbalancing load are simulated in MATLAB/SIMULINK. After that, a 35KVA STATCOM laboratory setup test including two parallel converter modules is designed and the control algorithm is executed on a TMS320F2812 controller platform.
AC/DC 전력변환장치로서 위상제어 컨버터나 출력전압을 제어할 수 없는 다이오드 정류기는 역률저하 및 저차고조파 발생의 문제점을 가진다. 본 논문에서는 역률개선 및 고조파 감소의 문제점을 극복하기 위하여 3상 PWM AC/DC Boost 컨버터에 대해 연구하였다. 제안한 컨버터의 특성은 입력 단에 전류 센서 없이 전압 센서만을 사용하여 입력전류의 위상을 조정하는 비교적 간단한 알고리즘으로 단위역률을 구현하였으며, 일정 주파수로 스위칭 소자를 구동시키는 정현 PWM 방식을 채용하여 불규칙한 스위칭 주파수 방식에서 나타나는 입력필터의 설계 및 스위칭 소자 선정에 대한 어려움을 극복하였다. 본 논문에서 제안한 제어알고리즘을 시뮬레이션 한 결과 부하영역 및 발전영역에서도 단위역률이 잘 이루어졌으며 DC link 단의 출력전압이 거의 리플 없이 다이나믹한 응답특성을 보였다. 또 시뮬레이션으로 얻어진 회로정수를 바탕으로 인덕터 및 커패시터의 용량을 적절한 크기로 산정하여 실험 에 적용한 결과 같은 부하조건에서 다이오드 정류기와 비교하여 역률 및 저차 고조파가 현저하게 개선되었음을 알 수 있었다.
전기자동차는 내연기관 대신 배터리를 동력으로 하여 전기모터를 구동하는 방식으로, 배터리를 충전하기 위해서는 차량 탑재형 충전기(OBC)가 필요하다. 자동차라는 특성상 OBC는 2단 AC/DC 컨버터로 구성되어 있다. 역률 보정을 위한 PFC 단과 절연과 충전을 위한 DC/DC 컨버터로 구성되어 있다. 손실을 최소화하기 위해 고전압을 이용한 링크 캐패시터가 필수적이고, 그 캐패시터는 전력밀도가 큰 고전압 전해 캐패시터가 사용된다. 하지만, 전해 캐패시터는 그 수명이 온도와 리플 전류에 따른 ESR 발열과 주변온도에 따라 좌우된다. 따라서 본 논문에서는 6.6kW 차량용 탑재형 충전기를 위한 링크 캐패시터용 고전압 전해 캐패시터의 최적 설계 방법을 제안한다.
기존 소용량 전원 장치의 경우, Primary 측에 단상 AC 전압 평활을 위한 고압 전해 커패시터가 사용되는 것이 일반적이다. 이러한 전해 커패시터는 회로의 전체적인 부피를 키우고 제작 단가를 증가시킨다. 뿐만 아니라, 전원 열악 지역(인도향 제품 등)과 같이 300Vac 이상의 전압 한계치를 갖는 경우에는 전해 커패시터 파열에 의한 회로의 손상을 야기할 수 있다. 본 논문에서는 고압 DC 평활 커패시터를 삭제한 소용량 전원 장치 구현 방안을 제안한다. 제안 방식은 고전압 전해 커패시터의 삭제와 스위치 내장형 IC를 채용함으로써 소형화 및 원가 저감이 가능하며, 동시에 불안정한 입력 전원에도 전해 커패시터 파열에 의한 회로 손상을 막을 수 있다. 본 논문에서는 절연형 Flyback 컨버터를 이용하여, 이론적 특성 분석과 5W급 시작품을 통한 실험적 분석을 통해 그 타당성을 검증한다.
This paper proposes the analysis on new equipment for power quality in electrified railway. The proposed equipment consists of series and parallel inverter. Each inverter is connected by capacitor as dc link. This structure can be compensated for active and reactive power in catenary through transformer.
This paper proposes analysis on new equipment for power quality in electric railway. The proposed equipment consists of series inverter and parallel inverter. Each inverter is connected by capacitor as dc link. This structure can be compensated for active and reactive power in catenary through transformer.
This paper proposes the analysis on new equipment for power quality in electrified railway. The proposed equipment consists of series and parallel inverter. Each inverter is connected by capacitor as dc link. This structure can be compensated for active and reactive power in catenary through transformer.
This paper investigates a new isolated single-phase AC-DC converter, which integrates a modified AC-DC buck-boost converter with a DC-DC forward converter. The front semi-stage is operated in discontinuous conduction mode (DCM) to achieve an almost unity power factor and a low total harmonic distortion of the input current. The rear semi-stage is used for step-down voltage conversion and electrical isolation. The front semi-stage uses a coupled inductor with the same winding-turn in the primary and secondary sides, which is charged in series during the switch-on period and is discharged in parallel during the switch-off period. The discharging time can be shortened. In other words, the duty ratio can be extended. This semi-stage can be operated in a larger duty-ratio range than the conventional AC-DC buck-boost converter for DCM operation. Therefore, the proposed converter is suitable for universal input voltage (90~264 $V_{rms}$) and a wide output-power range. Moreover, the voltage stress on the DC-link capacitor is low. Finally, a prototype circuit is implemented to verify the performance of the proposed converter.
This paper proposes a single power-conversion ac-dc converter with a dc-link capacitor-less and high power factor. The proposed converter is derived by integrating a full-bridge diode rectifier and a series-resonant active-clamp dc-dc converter. To obtain a high power factor without a power factor correction circuit, this paper proposes a suitable control algorithm for the proposed converter. The proposed converter provides single power-conversion by using the proposed control algorithm for both power factor correction and output control. Also, the active-clamp circuit clamps the surge voltage of switches and recycles the energy stored in the leakage inductance of the transformer. Moreover, it provides zero-voltage turn-on switching of the switches. Also, a series-resonant circuit of the output-voltage doubler removes the reverse-recovery problem of the output diodes. The proposed converter provides maximum power factor of 0.995 and maximum efficiency of 95.1% at the full-load. The operation principle of the converter is analyzed and verified. Experimental results for a 400W ac-dc converter at a constant switching frequency of 50kHz are obtained to show the performance of the proposed converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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