A novel three-phase four-wire inverter topology is presented in this paper. This topology is equipped with a special capacitor balance grid without magnetic saturation. In response to unbalanced load and unequal split DC-link capacitors problems, a qusi-full-bridge DC/DC topology is applied in the balance grid. By using a high-frequency transformer, the energy transfer within the two split dc-link capacitors is realized. The novel topology makes the voltage across two split dc-link capacitors balanced so that the neutral point voltage ripple is inhibited. Under the condition of a stable neutral point voltage, the three-phase four-wire inverter can be equivalent to three independent single phase inverters. As a result, the three-phase inverter can produce symmetrical voltage waves with an unbalanced load. To avoid forward transformer magnetic saturation, the voltages of the primary and secondary windings are controlled to reverse once during each switching period. Furthermore, an improved mode chosen operating principle for this novel topology is designed and analyzed in detail. The simulated results verified the feasibility of this topology and an experimental inverter has been built to test the power quality produced by this topology. Finally, simulation results verify that the novel topology can effectively improve the inhibition of an inverter with a three-phase unbalanced load while decreasing the value of the split capacitor.
A novel online capacitance estimation method for a DC-link capacitor in a three-phase AC/DC/AC PWM converter is proposed. A controlled AC voltage with a lower frequency than the line frequency is Injected into the DC-link voltage, which then causes AC power ripples at the DC output side. By extracting the AC voltage and power components on the DC output side using digital filters, the capacitance can then be calculated using the recursive least squares method. The proposed method can be simply implemented with only software and no additional hardware. Experimental results confirm that the estimation error is less than 0.2%.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.7
no.3
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pp.244-252
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2002
In this paper, do link ripple currents for three-phase ac/dc/ac PWM converters feeding adjustable speed ac machine drives are analysed in a frequency domain. The expression of the harmonic currents is developed by using switching functions of the converter and exponential courier series expansion. The effect of the displacement angle between the switching Periods of line-side converters and motor-side inverters on the dc link ripple currents is Investigated. Also, the influence of asynchronization of PWM is observed. The result of analysis is compared with frequency spectrum which results from PSIM simulation. The proposed analysis technique is useful to understand the principles of P% and to derive an equivalent model of the dc link capacitors in a high frequency range.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.3
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pp.399-404
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2015
This paper presents the DC voltage control method in DC link of High Voltage Direct Current(HVDC) for an offshore wind farm in Low Voltage Ride Through(LVRT) situation. Wind generators in an offshore wind farm are connected to onshore network via HVDC transmission. Due to LVRT control of grid side inverter in HVDC, power imbalancing in DC link is generated and this consequentially causes rising of DC voltage. A de-loading scheme is one of the method to protect the wind power system DC link capacitors from over voltage. But the flaw of this method is slow control response time and that it needs long recovery time to pre-fault condition after fault clear. Thus, this paper proposes improved de-loading method and we analyze control performance for DC voltage in LVRT control of HVDC for an offshore wind farm.
Multilayer capacitors with high ripple current and high capacitance were manufactured. The electrical properties of these capacitors were characterized for potential application for DC-link capacitors in hybrid electric vehicle inverters. Internal electrode structures were designed to achieve high capacitance and reliability. A single multilayer capacitor showed $0.46{\mu}F/cm^3$ of capacitance, 0.65% of dielectric loss, and 1450 V to 1650 V of dielectric breakdown voltage depending on the design of the internal electrode. The capacitor module designed with several multilayer capacitors gave a total capacitance of $450{\mu}F$, which is enough for hybrid electric vehicles. In particular, an equivalent series resistance of $4.5m{\Omega}$ or less will result in 60 $A_{rms}$, thereby reaching the allowed ripple current for hybrid electric vehicles.
Multilevel active neutral-point-clamped (ANPC) converter combines the advantages of three-level ANPC converter and multilevel flying capacitor (FC) converter. However, multilevel ANPC converter often suffers from capacitor voltage balancing problems. In order to solve the capacitor voltage balancing problems for five-level ANPC converter, phase-shifted pulse width modulation (PS-PWM) is used, which generally provides natural voltage balancing ability. However, the natural voltage balancing ability depends on the load conditions and converter parameters. In order to eliminate voltage deviations under steady-state and dynamic conditions, the active voltage-balancing control (AVBC) methods of floating capacitors and dc-link capacitors based on PS-PWM are proposed. First, the neutral-point current is regulated to balance the neutral-point voltage by injecting zero-sequence voltage. After that, the duty cycles of the redundant switch combinations are adjusted to balance the floating-capacitor voltages by introducing moderating variables for each of the phases. Finally, the effectiveness of the proposed AVBC methods is verified by experimental results.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.1
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pp.110-116
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2013
This paper proposes a current ripple reduction method to improve the control performance of B4 type inverter that is studied for cost-effective drive systems. B4 inverters employ only four switches and they have a center-tapped connection between the split dc-link capacitors and one phase of a three-phase motor or load. In the B4 topology, unbalanced three-phase voltages will be generated due to the dc-link voltage ripple. To solve this problem, this paper presents a voltage distortion compensation method that adjusts the voltage reference with the consideration of dc-link voltage ripple. The validity of the proposed method is verified by simulation and excremental results with an induction machine.
This paper proposes a capacitance estimation method of the dc-link capacitor for brushless DC motor (BLDCM) drive systems. In order to estimate the dc-link capacitance, the BLDCM is operated in quadrant-II or -IV among four-quadrant operation. Quadrant-II and -IV are called reverse braking and forward braking, respectively. During the braking operation of the BLDCM, the capacitor is charged by the phase current and then the voltage is increased during the braking operation time. The capacitor current and voltage can be obtained by using the phase current sensor of BLDCM and the dc-link voltage sensor. The capacitance and be easily obtained by the voltage equation of the capacitor. The proposed method guarantees the reliable and simple calculation of the dc-link capacitance without additional hardware system except several the sensors already installed for the motor control system. The effectiveness of the proposed method is verified through both the simulation and experimental results.
An aluminum electrolytic capacitor is used in DC Link of ac motor drive system. In this case it usually has the shortest lifetime in the system and then determines the system lifetime. Therefore life estimation of the electrolytic capacitor is needed for maintenance of th circuit. In this paper a method for life estimation is presented with a ESR(equivalent series resistance) model and a heat transfer model of capacitor that can be used to estimate operating temperature it is investigated through a simple example using ESR and heat transfer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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