This paper proposes a new method for constant control of the output AC voltage of a voltage-fed three phase Z-source inverter (ZSI), in case of Z-network DC voltage variation or heavy change of load. The modulation index for the reference output AC voltage of ZSI can be calculated by the basic definition of ZSI, the input DC voltage and capacitor voltage of Z-network. And, the output AC voltage of ZSI is controlled by the modified space vector modulation (SVM) with the calculated modulation index. By the proposed method, the modulation index of output AC voltage is closely following in the reference modulation index. The validity of the proposed method is verified using PSIM simulation. In case which the input DC voltage of ZSI is heavily changed from 100[V] to 70[V] (or to 150[V]) and in case which load is changed from $30[\Omega]$ to $10[\Omega]$, we confirmed that the output AC voltage of ZSI is constantly controlled by the proposed method because the modulation index of ZSI is also simultaneously changed. Finally, FFT and %THD of the output voltage and current of ZSI by the proposed method are analyzed.
This paper proposes the algorithm for the output AC voltage control of Z-source inverter by the detection of the input DC voltage and Z-network capacitor voltage. The actual modulation index of the proposed method is detected by the capacitor voltage in Z-network and input DC voltage of three-phase Z-source inverter. Control modulation index for the output voltage control is calculated by the detected actual modulation index and reference modulation index. And, calculated control modulation index is applied to the modified space vector modulation (SVM) for control the output voltage of Z-source inverter. To verify the validity of the proposed method, PSIM simulation was achieved and a DSP controlled 1[kW] three-phase Z-source inverter was producted. The simulation and experiment were performed under the condition that the load was changed in case of the constant input DC voltage and the input DC voltage was changed in case of the load was constant. As a result, we could know that the output phase voltage of Z-source inverter followed to the reference voltage 70[VRMS] despite the load or the input DC voltage were suddenly changed.
In this study, a carrier-based pulse-width modulation (PWM) method for two-level voltage source inverters in the over-modulation region is proposed. Based on the superposition principle, the reference voltage vectors outside the linear modulation boundary are adjusted to relocate to the vector hexagon, while their fundamental magnitudes are retained. In accordance with the adjusted reference vector, the corresponding modulated waves are respectively deduced in over-modulation mode I and II to generate the gate signals of the power switches, guaranteeing the linearity of the fundamental output phase voltage in the over-modulation region. Moreover, due to the linear relationship between the voltage vector and the duty ratios, the complicated sector identification and holding angle calculation found in previous methods are avoided in the modulated wave synthesis, which provides great simplicity for the proposed carrier-based over-modulation strategy. Experimental results demonstrate the effectiveness and validity of the proposed method.
This study proposes a new modulation strategy to deal with unbalanced output voltage that is based on three-level neutral-point-clamped cascaded rectifiers. The fundament idea is to reallocate the value of the voltage levels generated by each of the modules on the basis of space vector pulse width modulation. This proposed modulation strategy can reduce the switching frequency while maintaining the mutual-module voltage balance. First, an analysis of unbalanced output voltage is reflected. Then a new modulation strategy is introduced in detail. Internal module capacitor voltages are balanced by the selection of redundant vectors. Moreover, the voltage balance ability is calculated. Finally, the feasibility of this modulation strategy is verified through experimental results.
In this paper, a novel neutral-point voltage balancing scheme for NPC three-level inverters using carrier-based sinusoidal pulse width modulation (SPWM) method is developed. The new modulation approach, based on the obtained expressions of zero sequence voltage in all six sectors, can significantly suppress the low-frequency voltage oscillation in the neutral point at high modulation index and achieve a fast voltage-balancing dynamic performance. The implementation of the proposed method is very simple. Another attractive feature is that the scheme can stably control any voltage difference between the two dc-link capacitors within a certain range without using any extra hardware. Furthermore, the presented scheme is also applicable to the single-phase NPC three-level inverter. It can maintain the neutral-point voltage balance at full modulation index and improve the voltage-balancing dynamic performance of the single-phase NPC three-level inverter. The performance of the proposed strategy and its benefits over other previous techniques are verified experimentally.
This paper proposes an improved modulation scheme for the medium voltage modular multi-level converter (MMC), which operates in the nearest level control and applies in the medium voltage direct current (MVDC) system. In the proposed modulation scheme, the offset (neutral-to-zero output) voltage is adjusted, with the phase voltage magnitude, thereby maintaining a constant value with N+1 level in the controllable modulation index (MI) range. In order to confirm the proposed scheme's validity, computer simulations for the 22.9 kV - 25 MVA MMC were performed with PSCAD/EMTDC, as well as hardware experiments for the 380 V - 10 kVA MMC. The proposed modulation scheme offers to build a constant pole voltage regardless of the MI value, and to build a phase voltage with improved total harmonic distortion (THD).
본 논문에서는 새로운 변조방식을 사용한 단상 인버터 시스템을 제안한다. 제안한 시스템은 buck-boost 변환기와 인버터로 구성되며 새로운 변조방식인 PWAM(Pulse Width/Amplitude Modulation)방식을 사용하여 제어한다. PWAM방식은 PWM(Pulse Width Modulation)방식과 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 방식이 혼합된 새로운 변조방식이며 인버터의 입력단에 위치한 buck-boost 변환기는 일정한 직류전압을 입력으로 받아 가변 직류전압으로 변환한다. 인버터는 buck-boost 변환기에서 출력된 가변 직류전압을 입력으로 하며, PWM 구간에서는 PWM 스위칭을 하고 PAM 구간에서는 인버터가 스위칭을 하지 않음으로써 정현 교류전압으로 변환한다. 제안한 PWAM방식을 사용한 단상 인버터 시스템은 PAM 구간에서 스위칭 동작을 하지 않으므로 기존의 방식에 비해 스위칭 횟수가 감소하여 스위칭 손실을 줄일 수 있다.
This paper presents a simple modified unipolar carrier-based pulsewidth modulation (CB-PWM) strategy for the three-level neutral-point-clamped (NPC) voltage source inverter (VSI). Analytical expressions for the relationship between modulation reference signals and output voltages are derived. The proposed modulation technique for the three-level NPC VSI includes the maximum and minimum of the three-phase sinusoidal reference voltages with zero-sequence voltage injection concept. The proposed modified CB-PWM strategy incorporates a novel method that requires only of one triangular carrier wave for generate the gating pulses in three-level NPC VSI. It has the advantages of being simplifying the algorithm with no need of complex two/multi-carrier pulsewidth modulation or space vector modulation (SVM) and it's also simple to implement. The possibility of the proposed CB-PWM technique has been verified though computer simulation and experimental results.
In this paper, a novel six-level inverter is proposed. Voltage regulation is applied at DC-link and flying capacitors through the implementation of phase-shifted carrier-based modulation with zero-sequence voltage injection. The performance of the proposed structure has been verified under various modulation indices, where low voltage ripple is achieved at each capacitor and total harmonic distortions (THD) of line voltage at unity modulation index is about 15.95%.
This study proposes a novel five-level three-phase hybrid-clamped converter composed of only six switches and one flying capacitor (FC) per phase. The capacitor-voltage-drift phenomenon of the converter under the classical sinusoidal pulse width modulation (SPWM) strategy is comprehensively analyzed. The average current, which flows into the FC, is a function of power factor and modulation index and does not remain at zero. Thus, a specific modulation strategy based on space vector modulation (SVM) is developed to balance the voltage of DC-link and FCs by injecting a common-mode voltage. This strategy applies the five-segment method to synthesize the voltage vector, such that switching losses are reduced while optional vector sequences are increased. The best vector sequence is then selected on the basis of the minimized cost function to suppress the divergence of the capacitor voltage. This study further proposes a startup method that charges the DC-link and FCs without any additional circuits. Simulation and experimental results verify the validity of the proposed converter, modulation strategy, and precharge method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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