This paper presents a new circuit topology of DC busline switch and snubbing capacitor-assisted full-bridge soft-switching PWM inverter type DC-DC power converter with a high frequency link for low voltage large current applications as DC feeding systems, telecommunication power plants, automotive DC bus converters, plasma generator, electro plating plants, fuel cell interfaced power conditioner and arc welding power supplies. The proposed power converter circuit is based upon a voltage source-fed H type full-bridge high frequency PWM inverter with a high frequency transformer link. The conventional type high frequency inverter circuit is modified by adding a single power semiconductor switching device in series with DC rail and snubbing lossless capacitor in parallel with the inverter bridge legs. All the active power switches in the full-bridge inverter arms and DC busline can achieve ZVS/ZVT turn-off and ZCS turn-on commutation operation. Therefore, the total switching losses at turn-off and turn-on switching transitions of these power semiconductor devices can be reduced even in the high switching frequency bands ranging from 20 kHz to 100 kHz. The switching frequency of this DC-DC power converter using IGBT power modules is selected to be 60 kHz. It is proved experimentally by the power loss analysis that the more the switching frequency increases, the more the proposed DC-DC converter can achieve high performance, lighter in weight, lower power losses and miniaturization in size as compared to the conventional hard switching one. The principle of operation, operation modes, practical and inherent effectiveness of this novel DC-DC power converter topology is proved for a low voltage and large current DC-DC power supplies of arc welder applications in industry.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제17권5호
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pp.71-85
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1993
The Cycloconverter that the author is going to treat in this paper, has strong advantages over the D.C. Link Inverter in points of chattering torque problem and natural commutation. Thus, the Cycloconverter is expected to be well applied to large and low-speed machines which require better speed control at low frequency. But the control circuit of Cycloconverter has two weak points described as follows. 1) Because of its rather complicated control circuit, it is likely to be illoperating due to unexpected noise signals, thus the higher the accuracy and reliability of the circuit is required to be, the more the circuit may cost. 2) Because the load current is not purely sinusoidal, the Cycloconverter may possibly be destroyed in case of inaccurate convert switching resulted from the difficulties in detecting the load current-zero and the current direction at the moment. In this paper, the author first of all intends to design and build a modified VVVF-type Noncirculating Current Cycloconverter to which recently proposed control methods are applied for improving the circuit simplicity, the control performance, and the system reliability. And then, experiments for observing the output waveforms of the Cycloconverter which is controlled by Singled-Board Computer using 8086 16-bit microprocesser are carried out. Finally the author concludes the result of this study as follows. 1) By replacing the conventional analog control circuits such as Reference Wave Generator, Cosine Timing Wave Generator, and Comparator with softwares, a great circuit simplicity is achieved. 2) The output of the designed Cycloconverter changes its frequency very fast without showing discontinuity of its waveform, and this waveform characteristics enables the smooth speed control of Induction Motor. 3) The design control circuit of Cycloconverter can be applied to the systems of 12 or 24 pulses because of its short processing period.
종래, 위상제어의 전력전자 회로는 전원에서 고주파분이 많이 포함되고 역율을 저하시키는 원인이 되었다. 그러므로, 본 연구에서는 이러한 영향을 개선시키기 위하여 Optimal PWM 방식을 제시하였다. Optimal PWM 콘버어터는 전원에서 실효 고주파분을 최소화하는 것이며, Optimal PWM 인버어터와 쌍대성이 있음을 알 수 있었다. Optimal PWM 콘버어터의 전류패턴은 Optimal PWM 인버어터의 전압패턴과 같은 스위칭패턴과 제어방법을 얻을 수 있었다. 이러한 PWM방식을 실현하기 위하여 고속 스위칭소자가 필요하게 되었다. 이전에는 강제 전류회로인 싸이리스터가 사용되었으나, 최근에 와서는 전류용 TR 또는 GTO 소자 등을 사용함으로써 이와같은 PWM 특성을 쉽게 실현할 수 있었다. 본 연구에서의 전원에서 실효 고주파 전류를 최소화하기 위한 제어방법, 회로 및 결과를 제시하였다.
전력전자학회 2001년도 Proceedings ICPE 01 2001 International Conference on Power Electronics
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pp.193-197
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2001
This paper presents a novel circuit topology of the double two-switch forward type high frequency transformer linked soft-switching PWM DC-DC power converter with tapped inductor filters that can operate under a condition of the low peak voltage stress across the power semiconductor devices and lowered peak current stress through the transformer for some high power applications. This circuit topology of an interleaved two-switch forward soft-switching power converter is proposed in the order to minimize an idle circulating current due to the tapped inductor filter without of any additional active auxiliary resonant-assisted snubber circuits, such as active resonant DC link snubbers and AC link snubbers, active resonant commutation leg link snubbers. The unique advantages of this power converter are less power circuit components and power semiconductor devices, constant frequency PWM scheme, cost effective configuration and wider soft-switching PWM operation range under PWM power regulations load variations. The practical effectiveness of the proposed soft-switching converter circuit topology is tested by simulations and is proved by experimental results received from the 500W-100kHz breadboard setup.
Watertight 25.8 kV/600 A/12.5 kA fault current limiters (FCLs) have successfully installed in five areas (Incheon, Seoul, Gyeong-gi, Daejeon, Suwon) on KEPCO power distribution line for the purpose of commercial demonstrations. The fault current limiting operation of this FCL, which includes functions of sensing, commutation, and reduction of fault currents, is perfectly completed within 1 cycle immediately after fault occurs. The performance of FCL was verified by short circuit test, impedance test, insulation test, temperature-rise test, and control test, etc at PT&T in LS industrial systems, which is the official certification institute in Korea. In 2013, and also the FCL field test was performed in order to test the protection coordination between conventional relays and FCL, on the 1.5 kA and 5.0 kA faults, which were made by connecting the Artificial Fault Generator (AFG) to the distribution line in test grid at KEPCO Power Testing Center. The next step of this project is to check the FCL conditions caused by real external environment, and acquire the various data from five regions installed with FCL. In this paper, we intend to explain the FCL specifications and performance characteristics, and check the expected effect by application of FCL to power distribution line based on the power system analysis of an application site.
A BLDC motor with higher number of phases has several advantages, compared to the conventional three-phase BLDC motors. It can reduce the commutation torque ripple and the iron loss without increasing the voltage per phase and increase the reliability and power density. Higher number of phases increase the torque-per-ampere ratio for the same machine volume and output power by widening the electrical conduction period. In this paper, the proposed seven-phase BLDC motor drive system is made into several functional modular blocks, so that it can be easily extended to other ac motor applications: back-EMF block, hysteresis current control block, pwm inverter block, phase current block, and speed/torque control block. Also in a system of BLDC motor drive, the PI controller has been widely used in the speed controller because of the simple implementation. To obtain a good speed response in a general drive system using the PI controller, the high bandwidth of a controller is established. therefore, in this paper, a Fuzzy controller is applied to the 7-phase BLDC motor drive system in order to improve the speed control performance. The Fuzzy controller is compared with a conventional PI controller through the experiment with respect to speed dynamic responses. These experimental results show that the Fuzzy controller of the 7-phase BLDC motor drive system is superior over the conventional PI controller. The algorithm using the Fuzzy controller can improve a comfortable ride in the field of high performance 7-phase BLDC motor drive applications.
Nakamura Mantaro;Myoui Takeshi;Abudullh Al Mamun;Nakaoka Mutsuo
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 2001년도 Proceedings ICPE 01 2001 International Conference on Power Electronics
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pp.256-260
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2001
This paper presents boost and buck and buck-boost DC-DC converter circuit topologies of high-frequency soft switching transition PWM chopper type DC-DC high power converters with a single auxiliary passive resonant snubber. In the proposed boost power converter circuits operating under a principle of ZCS turn-on and ZVS turn-off commutation schemes, the capacitor and inductor in the auxiliary passive resonant circuit works as the loss less resonant snubber. In addition to this, the switching voltage and current peak stresses as well as EMI and RFI noises can be basically reduced by this single passive resonant snubber. Moreover, it is proved that converter circuit topologies with a passive resonant snubber are capable of solving some problems of the conventional hard switching PWM processing based on high-ferquency pulse modulation operation principle. The simulation results of this converter are discussed as compared with the experimental ones. The effectiveness of this power converter with a single passive resonant snubber is verified by the 5kW experimental breadboad set up.
In this paper, a full bridge edge-resonant zero voltage mode based soft-switching PWM DC-DC power converter with a high frequency center tapped transformer link stage is presented from a practical point of view. The power MOSFETS operating as synchronous rectifier devices are implemented in the rectifier center tapped stage to reduce conduction power losses and also to extend the transformer primary side power MOSFETS ZVS commutation area from the rated to zero-load without a requirement of a magnetizing current. The steady-state operation of this phase-shift PWM controlled power converter is described in comparison with a conventional ZVS phase-shift PWM DC-DC converter using the diodes rectifier. Moreover, the experimental results of the switching power losses analysis are evaluated and discussed in this paper. The practical effectiveness of the ZVS phase-shift PWM DC-DC power converter treated here is actually proved by using 2.5kW-32kHz breadboard circuit. An actual efficiency of this converter is estimated in experiment and is achieved as 97$\%$ at maximum.
A simple construction and low cost, fault tolerant power electronic drive has made the switched reluctance drive a strong contender for many applications. But, switched reluctance drive does exhibit higher levels of vibration and acoustic noise than that of most competing drives. The main source of vibration in the switched reluctance drive is generated by rapid change of radial magnetic force when phase current is extinguished during commutation action. In this paper,2 excitation method is proposed and compared to reduce vibration and acoustic noise of the switched reluctance drive. The excitation strategies considered this research are 1-phase, 2-phase and hybrid excitation method. 1-phase method is a conventional and 2-phase method is excited 2 phases simultaneously. The hybrid excitation has 2-phase excitation by long dwell angle as well as conventional 1-phase excitation. The vibration and acoustic noise are compared and tested. Suggested 2-phase and hybrid strategies reduce acoustic noise because the scheme reduces abrupt change of excitation level by distributed and balanced excitation.
This paper presents a buck circuit topology of high-frequency with a single switching device. It solved the problem which arised from hard-switching in high-frequency using a resonant snubber and operating under the principle of ZCS turn-on and ZVS turn-off commutation schemes. In the existing circuit, it has the voltage stress that is almost twice of input voltage in a free-wheeling diode. In the proposed circuit, it has the voltage stress that is lower than input voltage with modifing a location of free -wheeling diode. In this paper, it expained the circuit operation of each mode and analyzed feedback-loop stabilization. Also it confirmed the waveform of each mode with simulation result. The experiment result verified the simulation waveform and compared the voltage stress of a free -wheeling diode in the exsiting circuit with the voltage stress of that in the proposed circuit. Moreover, it compares and analyzes the proposed circuit's efficiency with the hard-switching circuit's efficiency according to the change of load current.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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