Cascaded H-bridge multilevel (CHBML) inverters usually include a large number of isolated dc-voltage sources. Some faults in the dc-voltage sources result in unequal cell dc voltages. Unfortunately, the conventional phase-shifted carrier (PSC) PWM method that is widely used for CHBML inverters cannot eliminate low frequency sideband harmonics when the cell dc voltages are not equal. This paper analyzes the principle of sideband harmonic elimination, and proposes an improved PSCPWM that can eliminate low frequency sideband harmonics under the condition of unequal dc voltages. In order to calculate the carrier phases, it is necessary to solve transcendental equations for low frequency sideband harmonic elimination. Therefore, an approach based on the artificial bee colony (ABC) algorithm is presented in this paper. The proposed PSCPWM method enhances the reliability of CHBML inverters. The proposed PSCPWM is not limited to CHBML inverters. It can also be applied to other types of multilevel inverters. Simulation and experimental result obtained from a prototype CHBML inverter verify the theoretical analysis and the achievements made in this paper.
Central 60° synchronous modulation is an easy pulse-width modulation (PWM) method to implement for the traction inverters of urban rail trains at a very low switching frequency. Unfortunately, its switching patterns are determined by a Fourier analysis of assumed steady-state voltages. As a result, its transient responses are not very good with over-currents and high instantaneous torque pulses. In the proposed solution, the switching patterns of the conventional central 60° modulation are modified according to the dynamic error between the target and actual stator flux. Then, the specific trajectory of the stator flux and current vector can be guaranteed, which leads to better system transients. In addition, stator flux control is introduced to get smooth mode switching between the central 60° modulation and the other PWMs in this paper. A detailed flow chart of the control signal transmission is given. The target flux is obtained by an integral of the target voltage. The actual PMSM flux is estimated by a minimum order flux state observer based on the extended flux model. Based on a two-level inverter model, improved rules in the α-β stationary coordinate system and equations of the switching patterns amendment are proposed. The proposed method is verified by simulation and experimental results.
The detail simulation modeling of fully-fed induction generator is investigated through PC based MATLAB/Simulink environment. Generator's stator currents are controlled by indirect vector control method. In this method, generator side converter controls the maximum excitation (air gap flux) by stator d-axis current and controls generator torque by stator q-axis current. Induction generator speed is controlled by tip speed ratio (TSR) upon the wind speed variations in order to generate the maximum output power. The generator torque model is specified as a 3-blade wind turbine with rating, then, the model is simulated under normal operating condition and three different fault conditions. The matlab model designed for fully-fed induction generator based wind farm provides good performance under normal and grid fault conditions. It provides good results for different pwm techniques and fault conditions except the single-phase line to ground fault, which should be verified with real time data from wind farms.
본 연구는 최근 AC서보 구동용으로 각광 받고있는 영구자석 동기전동기의 속도제어기를 자속제어기법에 의한 PWM인버터로 구현하여 최대 토오크 감도운전이 되도록 하는데 있다. 회전자의 위치 및 속도 검출기로서는 레졸버 및 레졸버-디지탈변환기(RDC)를 통해 디지털값의 위치 및 속도정보로 변환한다. 이것을 정보로하여 자속 기준기법에 의한 토오크분 전류를 항상 영구자석의 자계에 직교가 되도록하여 최대토오크 운전이 되도록 한다. 또한 제안한 제어이론으로 정현파 PWM인버터를 실현시키고 부하토오크에 대한 보상방법으로 고정자 전류를 제어기측에 궤환시켜 정상상태 특성을 나타내었다. 이와같은 제어이론을 시뮬레이션과 실험을 통하여 얻은 고정자 전류 및 속도응답 특성 등 영구자석 동기전동기의 동 특성을 검토하여 정상상태하에서 운전 특성이 개선된 결과를 제시하였다.
Namazi, Mohammad Masoud;Saghaiannejad, Seyed Morteza;Rashidi, Amir;Ahn, Jin-Woo
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제13권2호
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pp.800-811
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2018
This paper presents a regenerative braking control scheme for Switched Reluctance Machine (SRM) drive in Electric Vehicles (EVs). The main purpose is to maximize the recovered energy during battery charging by taking into account the nonlinear physical characteristics of the Switched Reluctance Machine. The proposed regenerative braking method employs the back-EMF in the generation process as a complicated position-dependent voltage source. The proposed maximum power recovery (MPR) operation of the regenerative braking is first based on the maximization of the extracted power from the machine and then the maximization of the power transferred to the battery. The maximum power extraction (MPE) from SRM is based on maximizing the energy conversion ratio by the calculation of the optimum PWM switching duty cycle, turn-on, and turn-off angles. By using the impedance matching theorem that allows the maximum power transfer (MPT) of the MPE, the proposed MPR is achieved. The parametric averaged value modeling of the machine phase currents in the chopping control mode is used for MPR realization. By following this model, a nonlinear equivalent input resistance is derived for the battery internal resistance matching. The effectiveness of the proposed regenerative braking method is demonstrated through simulation results and experimental implementation.
In this paper, a low loss magnetic levitation(Maglev) system is suggested and tested. The suggested Maglev system includes four hybrid magnets which consist of permanent magnet and coil. In the steady state, the levitated module system can be supported by attraction force generated by permanent magnet. The coil current controls only dynamic loads due to external disturbances. The module systems are designed by using finite element method(FEM) software tools such as MAXWELL and ANSYS. Also, digital control systems are designed to keep the magnet airgap at a constant value. The control systems include a VME(versa module europa)-based CPU(central processing unit) board, AD(analog to digital) board, PWM(pulse width modulation) board, 4-quadrant chopper, and sensors. In order to estimate the vertical velocity of the magnet, we use second order state observer with acceleration and gap signals as input and output signals, respectively. The characteristics of the suggested low loss Maglev system are demonstrated by experimental results showing coil current of 0A in the steady state of 3m airgap and performance specifications are satisfied for reference gap and force disturbance.
Resonant converters are well suited for induction heating (IH) applications due to their advantages such as efficiency and power density. The control systems of these appliances should provide smooth and wide power control with fewer losses. In this paper, a simple phase locked loop (PLL) based variable duty cycle (VDC) pulse density modulation (PDM) power control scheme for use in class-D inverters for IH loads is proposed. This VDC PDM control method provides a wide power control range. This control scheme also achieves stable and efficient Zero-Voltage-Switching (ZVS) operation over a wide load range. Analysis and modeling of an IH load is done to perform a time domain simulation. The design and output power analysis of a class-D inverter are done for both the conventional pulse width modulation (PWM) and the proposed PLL based VDC PDM methods. The control principles of the proposed method are described in detail. The validity of the proposed control scheme is verified through MATLAB simulations. The PLL loop maintains operation closer to the resonant frequency irrespective of variations in the load parameters. The proposed control scheme provides a linear output power variation to simplify the control logic. A prototype of the class-D inverter system is implemented to validate the simulation results.
In this paper, the induction motor bearing fault diagnosis system using current signals which are measured by over-sampling method is presented. In the case of inverter fed motor drive unlike line-driven motor drive, that make a lot of noise which can cause a wrong fault signals because of PWM(pulse width modulation) voltage. So, the current signals for fault diagnosis need very precise and high resolution information, which means this system demand additional hardware such as low pass filter, high resolution ADC system and so on to use fault diagnosis system. Therefore, the proposed over-sampling method is expected to contribute to low cost fault diagnosis system even though previous inverter fed motor drive without any additional hardware. In order to confirm the presented algorithms, various experiments for bearing faults are tested and the line current spectrum of each faulty situation using park transformation is compared with a FFT results.
When the vector control, which does not need a speed signal from a mechanical speed sensor, it is possible to reduce the cost of the control equipment and to improve the control performance in many industrial application. This paper describes a rotor speed identification method of induction motor based on the theory of flux model reference adaptive system. The estimator execute the rotor speed identification so that the vector control of the induction motor may be achieved. The improved auxiliary variable of the two model are introduced In perform accurate rotor speed estimation. The control system is composed of the PI controller for speed control and current controller using space voltage vector PWM technique. High speed calculation and processing for vector control is carried out by TMS320C31 digital signal processor. Validity of the proposed control method is verified through simulation and experimental result.
본 논문은 교류전류 센서, 전압센서 및 엔코더를 포함한 PWM인버터-유도전동기 구동장치 전체를 네트워크로 제어하는 시스템을 구현한다. 네트워크 기반 유도전동기제어는 공장자동화에 중요한 이슈로 되고 있으나, 센서와 제어기 사이에 센서데이터의 통신기연에 의해 전동기 구동시스템의 안정성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서 동기신호 및 센서데이터의 예측기법을 사용하여 네트워크에 의한 센서데이터의 시간지연을 최소화시키는 기법을 제시한다. DSP를 사용한 실험을 통하여 제시한 기법의 타당성을 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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