Input filters are very important to matrix converters (MCs). They are used to improve grid side current waveform quality and to reduce the input voltage distortion supplied to the grid side. Due to the effects of the input filter and the output power, the grid side power factor (PF) is not at unity when the input power factor angle is zero. In this paper, the displacement angle between the grid side phase current and the phase voltage affected by the input filter parameters and output power is analyzed. Based on this, a new grid side PF unity compensation method implemented in the indirect space vector pulse width modulation (ISVPWM) method is presented, which has a larger compensation angle than the traditional compensation method, showing a higher grid side PF at unity in a wide output power range. Simulation and experimental results verify that the analysis of the displacement angle between the grid side phase current and the phase voltage affected by the input filter and output power is right and that the proposed compensation method has a better grid side PF at unity.
Multilevel inverters have appeared as a successful and utilitarian solution in many power applications. The prime objective of an inverter is to keep the fundamental component of the output voltage of a multilevel inverter at a preferred value. Equally important is the need to keep the harmonic components in the output voltage within stated harmonic limits. Therefore, the basis of this research is to develop a harmonic minimization function that optimizes the switching angles of cascaded H-bridge multilevel inverter. Due to benefits of the Cuckoo Search (CS) algorithm, it is applied to determine the switching angles, which are further used to generate the switching pattern for firing the H-bridges of multilevel inverter. Simulation results are compared with SPWM based firing scheme. The switching frequency for SPWM firing scheme is taken as 200 Hz since the switching losses are increased when switching frequency is high. To validate the ability of Cuckoo Search optimized firing scheme in minimization of harmonics, experimental results obtained from hardware prototype of Five Level Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter equipped with a FPGA controller are presented to verify the simulation results.
This paper presents an improved torque predictive control (TPC) for permanent magnet synchronous motors (PMSMs) using an indirect matrix converter (IMC). The IMC has characteristics such as a high power density and sinusoidal waveforms of the input-output currents. Additionally, this configuration does not have any DC-link capacitors. Due to these advantages of the IMC, it is used in various application field such as electric vehicles and railway cars. Recently, research on various torque control methods for PMSM drives using an IMC is being actively pursued. In this paper, an improved TPC method for PMSM drives using an IMC is proposed. In the improved TPC method, the magnitudes of the voltage vectors applied to control the torque and flux of the PMSM are adjusted depending on the PMSM torque control such as the steady state and transient response. Therefore, it is able to reduce the ripples of the output current and torque in the low-speed and high-speed load ranges. Additionally, the improved TPC can improve the dynamic torque response when compared with the conventional TPC. The effectiveness of the improved TPC method is verified by experimental results.
This paper presents the design and implementation of an improved cascaded multilevel inverter topology with asymmetric DC sources. This experimental inverter topology is a stand-alone system with simulations and experiments performed using resistance loads. The topology uses four asymmetric binary DC sources that are independent from each other and one H-bridge. The topology was simulated using PSIM software before an actual prototype circuit was tested. The proposed topology was shown to be very efficient. It was able to generate a smooth output waveform up to 31 levels with only eight switches. The obtained simulation and experimental results are almost identical. In a 1,200W ($48.3{\Omega}$) resistive load application, the THDv and efficiency of the topology were found to be 1.7% and 97%, respectively. In inductive load applications, the THDv values were 1.1% and 1.3% for an inductive load ($R=54{\Omega}$ dan L=146mH) and a 36W fluorescent lamp load with a capacitor connected at the dc bus.
Common mode (CM) chokes are a crucial part in EMI filters for mitigating the electromagnetic interference (EMI) of switched-mode power supplies (SMPS) and for meeting electromagnetic compatibility standards. However, the parasitic capacitances of a CM choke deteriorate its high frequency filtering performance, which results in increases in the design cycle and cost of EMI filters. Therefore, this paper introduces a negative capacitance generated by a negative impedance converter (NIC) to cancel the influence of equivalent parallel capacitance (EPC). In this paper, based on a CM choke equivalent circuit, the EPCs of CM choke windings are accurately calculated by measuring their impedance. The negative capacitance is designed quantitatively and the EPC cancellation mechanisms are analyzed. The impedance of the CM choke in parallel with negative capacitances is tested and compared with the original CM choke using an impedance analyzer. Moreover, a CL type CM filter is added to a fabricated NIC prototype, and the insertion loss of the prototype is measured to verify the cancellation effect. The prototype is applied to a power converter to test the CM conducted noise. Both small signal and EMI measurement results show that the proposed technique can effectively cancel the EPCs and improve the CM filter's high frequency filtering performance.
This paper presents two advanced hybrid pulse-width modulation (PWM) strategies for multilevel inverters (MLIs) that provide both common-mode voltage (CMV) elimination and current ripple reduction. The first PWM utilizes sequences that apply one switching state at the double ends of a half-carrier cycle. The second PWM combines the advantages of the former and an existing four-state PWM. Analyses of the harmonic characteristics of the two groups of switching sequences based on a general switching voltage model are carried out, and algorithms to optimize the current ripple are proposed. These methods are simple and can be implemented online for general n-level inverters. Using a three-level NPC inverter and a five-level CHB inverter, good performances in terms of the root mean square current ripple are obtained with the proposed PWM schemes as indicated through improved harmonic distortion factors when compared to existing schemes in almost the entire region of the modulation index. This also leads to a significant reduction in the current total harmonic distortion. Simulation and experimental results are provided to verify the effectiveness of the proposed PWM methods.
A current balance problem exists in multi-phase LLC converters due to the resonant parameter tolerance. This paper presents a current balancing method for interleaved three-phase half bridge LLC converters. This method regulates the phase shift angle of the driving signals between the three phases based on a converter with a floating Y-connection. The floating midpoint voltage has different influences on each phase current and makes the three-phase current balance performance better than midpoint non-floating systems. Phase shift control between modules can further regulate the midpoint voltage. Then three phase current sharing is realized without adding extra components. The current distributions in a midpoint non-floating system and a midpoint floating system are compared. Then the principle and implementation of the proposed control strategy are analyzed in detail. A 3kW prototype is built to verify the validity and feasibility of the proposed method.
Munim, Wan Noraishah Wan Abdul;Tousizadeh, Mahdi;Che, Hang Seng
Journal of Power Electronics
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제19권4호
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pp.968-979
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2019
Recently, there has been increased interest in the study of multiphase machines due to their higher fault-tolerant capability when compared to their conventional three-phase counterparts. For six-phase machines, stator windings configured with a single isolated neutral (1N) provide significantly more post-fault torque/power than two isolated neutrals (2N). Hence, this configuration is preferred in applications where post-fault performance is critical. It is well known that min-max injection has been commonly used for three-phase and multiphase machines in healthy condition to maximize the modulation limit. However, there is a lack of discussion on min-max injection for post-fault condition. Furthermore, the effects in terms of the common-mode voltage (CMV) in modulating signals has not been discussed. This paper investigates the effect of min-max injection in post fault-tolerant control on the voltage and speed limit of a symmetrical six-phase induction machine with single isolated neutral. It is shown that the min-max injection can minimize the amplitude of reference voltage, which maximizes the modulation index and post-fault speed of the machine. This in turn results in a higher post-fault power.
When compared with traditional power frequency generators, the frequency of a super high-speed permanent magnet generator (SHSPMG) is a lot higher. In order to study the influence of frequency on the electromagnetic field of SHSPMGs, a 60000rpm, 117kW SHSPMG was taken as a research object. The two-dimensional finite element model of the generator was established, and the two-dimensional transient field of the generator was simulated. In addition, a test platform of the generator was set up and tested. The reliability of the simulation was verified by comparing the experiment data with that of the simulation. Then the generator electromagnetic field under different frequencies was studied, and the influence mechanism of frequency on the generator electromagnetic field was revealed. The generator loss, voltage regulation rate, torque and torque ripple were analyzed under the rated active power load and different frequencies. The influences of frequency on the eddy current density, loss, voltage regulation rate and torque ripple of the generator were obtained. These conclusions can provide some reference for the design and optimization of SHSPMGs.
Liu, Jinfeng;Li, Kun;Jin, Ningzhi;Iu, Herbert Ho-Ching
Journal of Power Electronics
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제19권5호
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pp.1087-1098
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2019
In this paper, a detuning factor (DeFac) method is proposed to design the key parameters for optimizing the transfer power and efficiency of an Inductively Coupled Power Transfer (ICPT) system with primary-secondary side compensation. Depending on the robustness of the system, the DeFac method can guarantee the stability of the transfer power and efficiency of an ICPT system within a certain range of resistive-capacitive or resistive-inductive loads. A MATLAB-Simulink model of a ICPT system was built to assess the system's main evaluation criteria, namely its maximum power ratio (PR) and efficiency, in terms of different approaches. In addition, a magnetic field simulation model was built using Ansoft to specify the leakage flux and current density. Simulation results show that both the maximum PR and efficiency of the ICPT system can reach almost 70% despite the severe detuning imposed by the DeFac method. The system also exhibited low levels of leakage flux and a high current density. Experimental results confirmed the validity and feasibility of an ICPT system using DeFac-designed parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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