Three-level PWM rectifiers applied in medium voltage applications usually operate at low switching frequency to keep the dynamic losses under permitted level. However, low switching frequency brings a heavy cross-coupling between the current components $i_d$ and $i_q$ with a poor dynamic system performance and a harmonic distortion in the grid-connecting current. To overcome these problems, a mathematical model based on complex variables of the three-level voltage source PWM rectifier is firstly established, and the reasons of above issues resulted from low switching frequency have been analyzed using modern control theory. Then, a novel control strategy suitable for the current decoupling control based on the complex variables for $i_d$ and $i_q$ is designed here. The comparisons between this kind of control strategy and the normal PI method have been carried out. MATLAB and experimental results are given in detail.
In this study, a controller which has a feedforward controller and two additional PI integrators was designed. But if a controller is used by only the integration of a feedforward controller and two additional PI integrators, the capability of a controller will decrease because the decoupling terms of current is feedback as the disturbance. Therefore the feedforward method with the decoupling compensation was proposed. The two additional PI integrators were replaced by two decoupling terms to simplify the calculation. The simulation and experimental using SynRM driving system were performed to verify the design of a improved decoupling feedforward controller.
An improved stationary frame-based digital current control technique for a permanent magnet (PM) synchronous motor is presented. Generally, the stationary frame current controller is known to provide the advantage of a simple implementation. However, there are some unavoidable limitations such as a steady-state error and a phase delay in the steady-state. On the other hand, in the synchronous frame current regulator, the regulated currents are dc quantities and a zero steady-state error can be obtained through the integral control. However, the need to transform the signals between the stationary and synchronous frames makes the implementation of a synchronous frame regulator complex. Although the PI controller in the stationary frame gives a steady-state error and a phase delay, the control performance can be greatly improved by employing the exact decoupling control inputs for the back EMF, resulting in an ideal steady-state control characteristics irrespective of an operating condition as in the synchronous PI decoupling controller. However, its steady-state response may be degraded due to the inexact cancellation inputs under the parameter variations. To improve the control performance in the stationary frame, the disturbance is estimated using the time delay control. The proposed scheme is implemented on a PM synchronous motor using DSP TMS320C31 and the effectiveness is verified through the comparative simulations and experiments.
An improved stationary frame-based digital current control technique for a permanent magnet(PM) synchronous motor is presented. Generally, the stationary frame current controller is known to provide the advantage of a simple implementation. However, there are some unavoidable limitations such as a steady-state error and a phase delay in the steady-state. On the other hand, in the synchronous frame current regulator the regulated currents are dc quantities and a zero steady-state error can be obtained through the integral control. However, the need to transform the signals between the stationary and synchronous frames makes the implementation of a synchronous frame regulator complex. Although the PI controller in the stationary frame gives a steady-state error and a phase delay, the control performance can be greatly improved by employing the exact decoupling control inputs for the back EMF., resulting in an ideal steady-state control characteristics irrespective of an operating condition as in the synchronous PI decoupling controller. However, its steady-state response may be degraded due to the inexact cancellation inputs under the parameter variations. To improve the control performance in the stationary frame, the disturbance is estimated using the time delay control. The proposed scheme is implemented on a PM synchronous motor using DSP TMS320C31 and the effectiveness is verified through the comparative simulations and experiments.
Automotive inverters may require current sensors for motor torque control, especially, in applications of hybrid electric vehicles or fuel cell vehicles. In this paper, to achieve a compact, integrated and low cost current sensor, a hall current sensor without magnetic core is introduced for integrating an automotive inverter. The compactness of the current sensor is possible by using integrated magnetic concentrators based on the Hall effect. Magnetic fields caused by three-phase currents are analyzed and a magnetic shield design is proposed for decoupling the cross-coupled field. It offers galvanic isolation, wide bandwidth (>100kHz), and accuracy(< 1%). Using 2D FEM analysis, its performance is demonstrated with design parameters at a U-shaped magnetic shield. The proposed coreless current sensor is tested with rated current to validate the linearity and accuracy.
In medium-voltage and high-voltage high-power converters, the switching devices need to operate at a low switching frequency to reduce power loss and increase the power capacity. This increases the delay of the signal sampling and PWM. It also makes the cross-couplings of the d-q current components more severe. In addition, the LCL filter has three cross-coupling loops and is prone to resonance. In order to solve these problems, this paper establishes a complex vector model of an LCL type grid-connected converter. Based on this model, two multiple decoupling current control strategies with passive damping / notch damping are proposed for the LCL type grid-connected converter. The proposed strategies can effectively eliminate the cross-couplings of the converter, achieve independent control of the d-q current components, expand the stable region and suppress the resonance of the LCL filter. Simulation and experimental results verify the correctness of the theoretical analysis and the feasibility of the proposed strategies.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.6
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pp.389-396
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2018
This study proposes a control method using a repetitive controller for a boost-type PFC rectifier with an APD circuit structure to improve the current distortion caused by DCM condition. Conventional proportional integral controllers have bandwidth limitations in DCM conditions. The performance improvement of the APD controller in the DCM region is verified through simulations and experiments on the compensation of harmonics by the repetitive controller.
This paper proposes a practical sliding-mode controller design for shaping the impedances of cascaded boost-converter power decoupling circuits for reducing the second order harmonic ripple in photovoltaic (PV) current. The cascaded double-boost converter, when used as power decoupling circuit, has some advantages in terms of a high step-up voltage-ratio, a small number of switches and a better efficiency when compared to conventional topologies. From these features, it can be seen that this topology is suitable for residential (PV) rooftop systems. However, a robust controller design capable of rejecting double frequency inverter ripple from passing to the (PV) source is a challenge. The design constraints are related to the principle of the impedance-shaping technique to maximize the output impedance of the input-side boost converter, to block the double frequency PV current ripple component, and to prevent it from passing to the source without degrading the system dynamic responses. The design has a small recovery time in the presence of transients with a low overshoot or undershoot. Moreover, the proposed controller ensures that the ripple component swings freely within a voltage-gap between the (PV) and the DC-link voltages by the small capacitance of the auxiliary DC-link for electrolytic-capacitor elimination. The second boost controls the main DC-link voltage tightly within a satisfactory ripple range. The inverter controller performs maximum power point tracking (MPPT) for the input voltage source using ripple correlation control (RCC). The robustness of the proposed control was verified by varying system parameters under different load conditions. Finally, the proposed controller was verified by simulation and experimental results.
This paper presents a novel close-loop control scheme based on small signal modeling and weighted composite voltage feedback for a three-phase input and single-phase output Matrix Converter (3-1MC). A small non-polar capacitor is employed as the decoupling unit. The composite voltage weighted by the load voltage and the decoupling unit voltage is used as the feedback value for the voltage controller. Together with the current loop, the dual-loop control is implemented in the 3-1MC. In this paper, the weighted composite voltage expression is derived based on the sinusoidal pulse-width modulation (SPWM) strategy. The switch functions of the 3-1MC are deduced, and the average signal model and small signal model are built. Furthermore, the stability and dynamic performance of the 3-1MC are studied, and simulation and experiment studies are executed. The results show that the control method is effective and feasible. They also show that the design is reasonable and that the operating performance of the 3-1MC is good.
This paper presents a study on the control of a power quality compensating equipment of electrical railway built in small-scaled to preliminary research. Because this compensating equipment is very complicated power electronics system, consisting of a scott transformer as a power source, four single phase inverters interconnected with DC-link capacitors and various electrical apparatuses, multiple controllers and control algorithms with high performance and reliability are needed. The major function of the compensating equipment is to manage reactive and active powers by using the four single phase inverters, so, the main control effort is focused on the power flow control which realized through the decoupling current control of the four inverters. Overall control system is designed with object oriented and analyzed on a Simulink window. The simulation results show that the design scheme is very effective for a complicated control system and the proposed controller has good performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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