Kim, Gwang-Seob;Lee, Kyo-Beum;Lee, Dong-Choon;Kim, Jang-Mok
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.8
no.4
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pp.752-759
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2013
This paper proposes a method for fault diagnosis and fault-tolerant control of DC-link voltage sensor for two-stage three-phase grid-connected PV inverters. Generally, the front-end DC-DC boost converter tracks the maximum power point (MPP) of PV array and the rear-end DC-AC inverter is used to generate a sinusoidal output current and keep the DC-link voltage constant. In this system, a sensor is essential for power conversion. A sensor fault is detected when there is an error between the sensed and estimated values, which are obtained from a DC-link voltage sensorless algorithm. Fault-tolerant control is achieved by using the estimated values. A deadbeat current controller is used to meet the dynamic characteristic of the proposed algorithm. The proposed algorithm is validated by simulation and experiment results.
In this paper, a new method for the online estimation of equivalent series resistances (ESR) of the DC-link capacitors in induction machine (IM) drive systems with a front-end diode rectifier is proposed, where the ESR estimation is conducted during the regenerative operating mode of the induction machine. In the first place, a regulated AC current component is injected into the q-axis current component of the induction machine, which induces the current and voltage ripple components in the DC-link. By processing these AC signals through digital filters, the ESR can be estimated by a recursive least squares (RLS) algorithm. To acquire the AC voltage across the ESR, the DC-link voltage needs to be measured at a double sampling frequency. In addition, the ESR current is simply reconstructed from the stator currents and switching states of the inverter. Experimental results have shown that the estimation error of the ESR is about 1.2%, which is quite acceptable for condition monitoring of the capacitor.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.12
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pp.1730-1736
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2015
This paper presents a 16-channel transimpedance amplifier (TIA) array implemented in a standard $0.18-{\mu}m$ CMOS technology for the applications of panoramic scan LADAR (PSL) systems. Since this array is the front-end circuits of the PSL systems to recover three dimensional image for unmanned vehicles, low-noise and high-gain characteristics are necessary. Thus, we propose a voltage-mode inverter TIA (I-TIA) array in this paper, of which measured results demonstrate that each channel of the array achieves $82-dB{\Omega}$ transimpedance gain, 565-MHz bandwidth for 0.5-pF photodiode capacitance, 6.7-pA/sqrt(Hz) noise current spectral density, and 33.8-mW power dissipation from a single 1.8-V supply. The measured eye-diagrams of the array confirm wide and clear eye-openings up to 1.3-Gb/s operations. Also, the optical pulse measurements estimate that the proposed 16-channel TIA array chip can detect signals within 20 meters away from the laser source. The whole chip occupies the area of $5.0{\times}1.1mm^2$ including I/O pads. For comparison, a current-mode 16-channel TIA array is also realized in the same $0.18-{\mu}m$ CMOS technology, which exploits regulated-cascode (RGC) input configuration. Measurements reveal that the I-TIA array achieves superior performance in optical pulse measurements.
In this paper, a buck DC-DC bridge converter is used as a power factor correction (PFC) converter for feeding a voltage source inverter (VSI) based permanent magnet brushless DC motor (PMBLDCM) drive. The front end of the PFC converter is a diode bridge rectifier (DBR) fed from single phase AC mains. The PMBLDCM is used to drive the compressor of an air conditioner through a three-phase voltage source inverter (VSI) fed from a variable voltage DC link. The speed of the air conditioner is controlled to conserve energy using a new concept of voltage control at a DC link proportional to the desired speed of the PMBLDC motor. Therefore, VSI operates only as an electronic commutator of the PMBLDCM. The current of the PMBLDCM is controlled by setting the reference voltage at the DC link as a ramp. The proposed PMBLDCM drive with voltage control-based PFC converter was designed and modeled. The performance is simulated in Matlab-Simulink environment for an air conditioner compressor load driven through a 3.75 kW, 1500 rpm PMBLDC motor. To validate the effectiveness of the proposed speed control scheme, the evaluation results demonstrate improved efficiency of the complete drive with the PFC feature in a wide range of speed and input AC voltage.
A family of dual-DC-input (DI) dual-buck inverters (DBIs) is proposed by employing a DI switching cell as the input of traditional DBIs. Three power ports, i.e. a low voltage DC input port, a high voltage DC input port and an AC output port, are provided by the proposed DI-DBIs. A low voltage DC source, whose voltage is lower than the peak amplitude of the AC side voltage, can be directly connected to the DI-DBI. This supplies power to the AC side in single-stage power conversion. When compared with traditional DBI-based two-stage DC/AC power systems, the conversion stages are reduced, and the power rating and power losses of the front-end Boost converter of the DI-DBI are reduced. In addition, five voltage-levels are generated with the help of the two DC input ports, which is a benefit in terms of reducing the voltage stresses and switching losses of switches. The topology derivation method, operation principles, modulation strategy and characteristics of the proposed inverter are analyzed in-depth. Experimental results are provided to verify the effectiveness and feasibility of the proposed DI-DBIs.
This paper presents an IHQRR (Integrated High Quality Rectifier Regulator) BIFRED (Boost Integrated Flyback Rectifier Energy Storage DC-DC) converter fed BLDC (Brushless DC) motor drive. A reduced sensor topology is derived by utilizing a BIFRED converter to operate in a dual DCM (Discontinuous Conduction Mode) thus utilizing a voltage follower approach for the PFC (Power Factor Correction) and voltage control. A new approach for speed control is proposed using a single voltage sensor. The speed of the BLDC motor drive is controlled by varying the DC link voltage of the front end converter. Moreover, fundamental frequency switching of the VSI's (Voltage Source Inverter) switches is used for the electronic commutation of the BLDC motor which reduces the switching losses in the VSI. The proposed drive is designed for a wide range of speed control with an improved power quality at the AC mains which falls within the recommended limits imposed by international power quality standards such as IEC 61000-3-2.
Wireless power transfer (WPT) technology has been the focus of a lot of research due to its safety and convenience. The Z-source inverter (ZSI) was introduced into WPT systems to realize improved system performance. The ZSI regulates the dc-rail voltage in WPT systems without front-end converters and makes the inverter bridge immune to shoot-through states. However, when the WPT system is combined with a ZSI, the system parameters must be configured to prevent the ZSI from entering an "accidental shoot-through" (AST) state. This state can increase the THD and decrease system power and efficiency. This paper presents a mathematical analysis for the characteristics of a WPT system and a ZSI while addressing the causes of the AST state. To deal with this issue, the impact of the system parameters on the output are analyzed under two control algorithms and the primary compensation capacitance range is derived in detail. To validate the analysis, both simulations and experiments are carried out and the obtained results are presented.
Edrington, Chris S.;Vodyakho, Oleg;Hacker, Brian A.
Journal of Power Electronics
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v.11
no.4
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pp.471-478
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2011
This paper addresses the establishment of a kVA-range plug-in hybrid electrical vehicle (PHEV) integration test platform and associated issues. Advancements in battery and power electronic technology, hybrid vehicles are becoming increasingly dependent on the electrical energy provided by the batteries. Minimal or no support by the internal combustion engine may result in the vehicle being occasionally unable to recharge the batteries during highly dynamic driving that occurs in urban areas. The inability to sustain its own energy source creates a situation where the vehicle must connect to the electrical grid in order to recharge its batteries. The effects of a large penetration of electric vehicles connected into the grid are still relatively unknown. This paper presents a novel methodology that will be utilized to study the effects of PHEV charging at the sub-transmission level. The proposed test platform utilizes the power hardware-in-the-loop (PHIL) concept in conjunction with high-fidelity PHEV energy system simulation models. The battery, in particular, is simulated utilizing a real-time digital simulator ($RTDS^{TM}$) which generates appropriate control commands to a power electronics-based voltage amplifier that interfaces via a LC-LC-type filter to a power grid. In addition, the PHEV impact is evaluated via another power electronic converter controlled through $dSPACE^{TM}$, a rapid control systems prototyping software.
This paper presents a two stage three-phase proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) generation system. When the system is connected to a three-phase load, it is very sensitive to the characteristics and type of the load. Especially unbalanced three-phase loads, which result in a pulsating power that is twice the output frequency at the inverter output, and cause the dc-link to generate low frequency ripples. This penetrates to the fuel cell side through the front-end dc-dc converter, which makes the fuel cell work in an unsafe condition and degrades its lifespan. In this paper, the generation and propagation mechanism of low frequency ripple is analyzed and its impact on fuel cells is presented based on the PEMFC output characteristics model. Then a novel method to evaluate low frequency current ripple control capability is investigated. Moreover, a control scheme with bandpass filter inserted into the current feed-forward path, and ripple duty ratio compensation based on current mode control with notch filter is also proposed to achieve low frequency ripple suppression and dynamic characteristics improvement during load transients. Finally, different control methods are verified and compared by simulation and experimental results.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.23
no.6
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pp.739-745
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2017
Many studies have been conducted to reduce environmental pollution by ships and reduce fuel consumption. As part of this effort, research on power conversion systems through DC distribution systems that link renewable energy with conventional power grids has been pursued as well. The diode rectifiers currently used include many lower harmonics in the input current of the load and distort supply voltage to lower the power quality of the whole system. This distortion of voltage waveforms causes the malfunctions of generators, load devices and inverter pole switching elements, resulting in a large number of switching losses. In this paper, a controller is presented to improve DC output waveforms, the input Power Factor and the THD of an AFE type PWM rectifier used for PLL. DC output voltage waveforms have been improved, and the input Power Factor can now be matched to the unit power factor. In addition, the THD of the input power supply has been proven by simulation to comply with the requirements of IEEE Std514-2014.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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