This work proposes FPGA implementation of Carrier Disposition PWM for closed loop seven level diode clamped multilevel inverter in speed control of induction motor. VLSI architecture for carrier Disposition have been introduced through which PWM signals are fed to the neutral point seven level diode clamped multilevel using which the speed of the induction motor is controlled. This proposed VLSI architecture makes the power circuit to work better with reduced stresses across the switches and a very low voltage and current total harmonic distortion (THD). The output voltages, currents, torque & speed characteristics for seven level neutral point diode clamped multilevel inverter for AC drive was studied. It has observed the proposed scheme introduces less distortion and harmonics. The results were validated using real time results.
Three-level diode clamped multilevel inverter, generally known as neutral point clamped (NPC) inverter, has an inherent problem causing neutral point (NP) potential variation. Until now, the NP potential problem of variation has been investigated and lots of solutions have also been proposed. This paper presents a neutral point voltage control technology using the anti-windup PI controller and offset technology of PWM (Pulse Width Modulation) to control the variation of NPC 3-phase three-level inverter neutral point voltage. And the proposed algorithm is tested and verified using a PLL (Phase Locked Loop) in order to synchronize the phase voltage from the line voltage of grid. It significantly improves the voltage balancing under a solar fluctuation conditions of the inverter. Experimental results show the good performance and effectiveness of the proposed method.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제16권4호
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pp.451-462
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2016
Photovoltaic energy conversion becomes main focus of many researches due to its promising potential as source for future electricity and has many advantages than the other alternative energy sources like wind, solar, ocean, biomass, geothermal etc. In Photovoltaic power generation multilevel inverters play a vital role in power conversion. The three different topologies, diode-clamped (neutral-point clamped) inverter, capacitor-clamped (flying capacitor) inverter and cascaded h-bridge multilevel inverter are widely used in these multilevel inverters. Among the three topologies, cascaded h-bridge multilevel inverter is more suitable for photovoltaic applications since each pv array can act as a separate dc source for each h-bridge module. This paper presents a single phase Cascaded H-bridge five level inverter for grid-connected photovoltaic application using sinusoidal pulse width modulation technique. This inverter output voltage waveform reduces the harmonics in the generated current and the filtering effort at the input. The control strategy allows the independent control of each dc-link voltages and tracks the maximum power point of PV strings. This topology can inject to the grid sinusoidal input currents with unity power factor and achieves low harmonic distortion. A PID control algorithm is implemented in Arm Processor LPC2148. The validity of the proposed inverter is verified through simulation and is implemented in a single phase 100W prototype. The results of hardware are compared with simulation results. The proposed system offers improved performance over conventional three level inverter in terms of THD.
중성점 클램핑 방식(Neutral Point Clamped) 인버터로 알려져 있는 3레벨 NPC 인버터는 그 구조적 특성상 직류-링크(DC-link) 중성점(Neutral Point)에서 전압이 변동한다. 지금까지 많은 논문에서 이 문제에 대한 연구가 진행되었고 다양한 형태의 해결책들이 제시되었다. 그러나 인버터 내부에서 고장이 발생하여 그에 따른 고장허용제어가 NPC 인버터 시스템에 적용되었을 경우 중성점 전압변동은 정상 운전 시 나타나는 전압변동과 다르게 나타나기 때문에 고장허용 제어에 따른 중성점 전압변동에 대한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 삼각파 비교 변조방법을 시스템에 적용하였을 경우 정상운전과 고장 발생 과 고장허용 제어 적용 시 직류-링크 중성점 전압 변동이 어떤 양상으로 나타나는지 분석하고 고장허용 제어에 의한 NPC 인버터의 고장검출 시간과 커패시터의 용량 사이의 관계를 고찰하였다. 시뮬레이션과 실험 결과를 이용하여 이론적 분석의 타당성을 검증하였다.
Common mode voltage (CMV) generation is a major problem in switching power converter fed induction motor drive systems. CMV is the zero sequence voltage generated due to the switching action of power converters. Even a small magnitude of CMV with a high rate of change may circulate large bearing currents which may damage a machine's bearings and shorten its life. There are several methods of controlling CMV. This paper presents 3-level sinusoidal pulse width modulation based techniques to control the magnitude and rate of change of CMV in multilevel AC-DC-AC drive systems. Simulation and experimental investigations have been presented to validate the performance of proposed technique to control CMV in 3-level neutral point clamped inverter based AC-DC-AC system.
Three-level Diode Clamped Multilevel Inverter, generally known as Neutral-Point-Clamped(NPC) inverter, has an inherent problem causing Neutral Point(NP) potential variation. Until now, in many literatures NP potential problem has been investigated and lots of solutions have also been proposed. However, in the case of NP potential variation was rarely published from the standpoint of reliability. In this paper, NP potential is analytically investigated both normal and fault conditions under carrier based PWM. Subsequently, relation between fault detection time and size of capacitor is analyzed. This information is explored by simulation results, which contribute to enhance the reliability of the NPC inverter system.
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.
This paper presents a novel switching voltage model and an offset-based pulse width modulation (PWM) scheme for multilevel inverters with unbalanced DC sources. The switching voltage model under a DC voltage imbalance will be formulated in general form for multilevel neutral-point-clamped topologies. Analysis of the reference switching voltages from active and non-active switching voltage components in abc coordinates can enable voltage implementation for an unbalanced DC-source condition. Offset voltage is introduced as an indispensable variable in the switching voltage model for multilevel voltage-source inverters. The PWM performance is controlled through the design of two offset components in a subsequence. One main offset may refer to the common mode voltage, and the other offset restricts its effect on the quality of PWM control in related DC levels. The PWM quality can be improved as the switching loss is reduced in a discontinuous PWM mode by setting the local offset, which is related to the load currents. The validity of the proposed algorithm is verified by experimental results.
In this paper, the three-level T-type neutral-point-clamped indirect matrix converter topology and the relative space vector modulation methods are introduced to improve the voltage transfer ratio and output voltage performance. The presented converter topology is based on combinations of cascaded-rectifier and three-level T-type neutral-point-clamp inverter. It can overcome the limitation of voltage transfer ratio of the conventional matrix converter and the high voltage rating of power switches of conventional matrix converter. Two SVPWM strategies for proposed converter are described in this paper to achieve the advantages features such as: sinusoidal input/output currents and three-level output voltage waveforms. Results from Psim 9.0 software simulation are provided to confirm the theoretical analysis. Hence, a laboratory prototype was implemented, and the experimental results are shown to validate the simulation results and to verify the effectiveness of the proposed topology and modulation strategies.
This paper presents a pulse-width modulation strategy to eliminate the common mode voltage (CMV) with reduced CMV spikes in multilevel inverters since a high CMV magnitude and its fast variations dv/dt result in bearing failure of motors, overvoltage at motor terminals, and electromagnetic interference (EMI). The proposed method only utilizes the zero CMV states in a space vector diagram and it is implemented by a carrier-based pulse-width modulation (CBPWM) method. This method is generalized for odd number levels of inverters including neutral-point-clamped (NPC) and cascaded H-bridge inverters. Then it is extended to the over-modulation mode. The over-modulation mode is implemented by using the two-limit trajectory principle to maintain linear control and to avoid look-up tables. Even though the CMV is eliminated, CMV spikes that can cause EMI and bearing current problems still exist due to the deadtime effect. As a result, the deadtime effect is analyzed. By taking the deadtime effect into consideration, the proposed method is capable of reducing CMV spikes. Simulation and experimental results verify the effectiveness of the proposed strategy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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