The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.17
no.4
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pp.306-314
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2012
In case of the conventional DC-AC inverter using two DC-DC converters with unipolar output capacitor voltages, for generating the AC output voltage, the output capacitor voltages of its each DC-DC converter must be higher than the DC input voltage. To solve this problem, this paper proposes a single-phase DC-AC inverter using two embedded Z-source converters with bipolar output capacitor voltages. The proposed inverter is composed of two embedded Z-source converters with common DC source and output AC load. The AC output voltage is obtained by the difference of the output capacitor voltages of each converter. Though the output capacitor voltage of converter is relatively low compared to the conventional method, it can be obtained the same AC output voltage. Moreover, by controlling asymmetrically the output capacitor voltage, the AC output voltage of the proposed system is higher than the DC input voltage. To verify the validity of the proposed system, a DSP(TMS320F28335) based single-phase embedded Z-source DC-AC inverter was made and the PSIM simulation was performed under the condition of the DC source 38V. As controlled symmetrically and asymmetrically the output capacitor voltages of each converter, the proposed inverter could produce the AC output voltage with sinusoidal waveform. Particularly, in case of asymmetric control, a higher AC output voltage was obtained. Finally, the efficiency of the proposed system was measured as 95% and 97% respectively in case of symmetric and asymmetric control.
Kim, Se-Jin;Jung, Young-Gook;Lim, Young-Cheol;Yang, Seung-Hak
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.11
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pp.1996-2005
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2010
This paper proposes a new method for constant control of the output AC voltage of a voltage-fed three phase Z-source inverter (ZSI), in case of Z-network DC voltage variation or heavy change of load. The modulation index for the reference output AC voltage of ZSI can be calculated by the basic definition of ZSI, the input DC voltage and capacitor voltage of Z-network. And, the output AC voltage of ZSI is controlled by the modified space vector modulation (SVM) with the calculated modulation index. By the proposed method, the modulation index of output AC voltage is closely following in the reference modulation index. The validity of the proposed method is verified using PSIM simulation. In case which the input DC voltage of ZSI is heavily changed from 100[V] to 70[V] (or to 150[V]) and in case which load is changed from $30[\Omega]$ to $10[\Omega]$, we confirmed that the output AC voltage of ZSI is constantly controlled by the proposed method because the modulation index of ZSI is also simultaneously changed. Finally, FFT and %THD of the output voltage and current of ZSI by the proposed method are analyzed.
A new type of single-phase Z-source AC/AC converter based on a single-phase matrix converter is proposed in this paper. The proposed single-phase Z-source AC/AC converter has unique features; namely that the output voltage can be bucked and in-phase/out-of-phase with the input voltage; that the output voltage can be boosted and in-phase/out-of-phase with the input voltage. The converter employs a safe-commutation strategy to conduct along a continuous current path, which results in the elimination of voltage spikes on switches without the need for a snubber circuit. The operating principles of the proposed single-phase Z-source AC/AC converter are described, and a circuit analysis is provided. To verify the performance of the proposed converter, a laboratory prototype based on a TMS320F2812 DSP was constructed. The simulation and the experimental results verified that the output voltage can be bucked-boosted and in-phase with the input voltage, and that the output voltage can be bucked-boosted and out-of-phase with the input voltage.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.63
no.3
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pp.358-366
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2014
This paper proposes a quasi Z-source AC-AC converter with the low DC voltage distribution capability operating as a power electronic transformer. The proposed system has configuration that the input terminals of two quasi Z-source AC-AC converters are connected in parallel, also their output terminal are connected in series. Simple control method of duty ratio was proposed for the in phase buck-boost AC voltage mode and the DC output voltage control. DSP based experiment and PSIM simulation were performed. As a result, the PSIM simulation results were same with the measured results. By controlling the duty ratio under the condition of 100 [${\Omega}$] load, quasi Z-source AC-AC converter could buck and boost the AC output voltage in phase with the AC input voltage, and the same time, the constant DC voltage could be output without affecting the AC output characteristics. And, the DC output voltage 48[V] was constantly controlled in dynamic state in case while the load is suddenly changed ($50[\Omega]{\rightarrow}100[\Omega]$). From the above result, we could know that the quasi Z-source AC-AC converter can act as a power electronic transformer with a low DC voltage distribution capability.
Kim, Se-Jin;Jung, Young-Gook;Lim, Young-Cheol;Choi, Joon-Ho
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.6
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pp.1152-1162
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2011
In this paper, a single-phase DC-AC inverter using two embedded Z-source converters is proposed. The proposed inverter is composed of two embedded Z-source converters with common DC source and output AC load. The output AC voltage of the inverter is obtained by the difference of output capacitor voltages of each converter. The output voltage of each converter take shape of the asymmetrical AC waveform centering zero voltage. Therefore, the proposed inverter can generate the same output voltage despite low VA rating L-C elements, compared to the conventional inverter using high DC voltage with AC ripple. To verify the validity of the proposed system, the PSIM simulation was achieved under the condition of rapid increase of DC source (110[V]${\rightarrow}$150[V]) and R-load (50[${\Omega}$]${\rightarrow}$300[${\Omega}$]). For controlling the voltage of the inverter system, the one-cycle controller was adopted. As results, the proposed inverter output the constant AC voltage (220[V]rms/60[Hz]) for all conditions. Also, the R-L load and nonlinear diode load were adopted for the proposed inverter loads, and we could know that the its output voltage characteristics were as good as the pure R-load. Finally, the RMS and THD of output AC voltage were examined for the different loads, input DC voltages and reference voltage signals.
This paper presents a PWM buck AC-AC converter with instantaneous compensation for input voltage sag and surge. The presented converter use commercial IGBT modules and its output voltage is regulated so as to remain constant AC output voltage. The feedforward control technique is also proposed to establish instantaneous duty level change whereby stable output voltage will be retained. This paper show the characteristics and control algorithm of the converter through various PSPICE simulations.
This paper presents a method for the digital control of a high power factor AC/DC converter employing the power balance control technique to achieve a fast response of the output voltage control. To avoid the effects of an output voltage ripple in the voltage control loop, the average output voltage is sampled and used as a feedback signal for the output voltage controller. The proposed control technique was verified by simulations using MATLAB/Simulink and its implementation was realized by a dsPIC30F4011 digital signal processor to control a CUK topology AC/DC converter with a 48V output voltage and a 250 W output power. The experimental results agree with the simulation results. The proposed control technique achieves a fast transient response with a lower line current distortion than is achieved when using a conventional proportional-integral controller and the power balance control technique with the conventional sampling method.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.3
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pp.355-364
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2013
Respect to the input AC voltage and output DC voltage, conventional three-phase PWM rectifier is classified as the voltage type rectifier with boost capability and the current type rectifier voltage with buck capability. Conventional PWM rectifier can not at the same time the boost and buck capability and its bridge is weak in the shoot- through state. These problems can be solved by Z-source PWM rectifier which has all characteristic of voltage and current type PWM rectifier. By shoot-through duty ratio control, the Z-source PWM rectifier can buck and boost at the same time, also, there is no need to consider the dead time. This paper proposes the input AC voltage sensorless control method of a three-phase Z-source PWM rectifier in order to accomplish the unity input power factor and output DC voltage control. The proposed method is estimated the input AC voltage by using input AC current and output DC voltage, hence, the sensor for the input AC voltage detection is no needed. comparison of the estimated and detected input AC voltage, estimated phase angle of the input voltage, the output DC voltage response for reference value, unity power factor, FFT(Fast Fourier Transform) of the estimated voltage and efficiency are verified by PSIM simulation.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.6
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pp.767-781
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2013
In this paper, we proposes the AC input voltage and current sensorless control scheme to control the input power factor and DC output voltage of the three-phase Z-source PWM rectifier. For DC-link voltage control which is sensitive to the system parameters of the PWM rectifier, fuzzy-PI controller is used. Because the AC input voltage and current are estimated using only the DC-link voltage and current, AC input voltage and current sensors are not required. In addition, the unity input power factor and DC output voltage can be controlled. The phase-angle of the detected AC input voltage and estimated voltage, the response characteristics of the DC output voltage according to the DC voltage references, the FFT results of the estimated voltage and current, efficiency, and the response characteristics of the conventional PI controller and fuzzy-PI controller are verified by PSIM simulation.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.2B
no.3
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pp.81-89
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2002
The sensorless AC motor drive is a popular topic of study due to the cost and reliability of speed and position sensors. Most sensorless algorithms are based on the mathematical modeling of motors including electrical variables such as phase current and voltage. Therefore, the accuracy of such variables largely affects the performance of the sensorless AC motor drive. However, the output voltage of the SVPWM-VSI, which is widely used in sensorless AC motor drives, has considerable errors. In particular, the SVPWM-VSI is error-prone in the low speed range because the constant DC link voltage causes poor resolution in a low output voltage command and the output voltage is distorted due to dead time and voltage drop. This paper investigates a novel high-performance strategy for overcoming these problems in a sensorless ac motor drive. In this paper, a variation of the DC link voltage and a direct compensation for dead time and voltage drop are proposed. The variable DC link voltage leads to an improved resolution of the inverter output voltage, especially in the motor's low speed range. The direct compensation for dead time and voltage drop directly calculates the duration of the switching voltage vector without the modification of the reference voltage and needs no additional circuits. In addition, the proposed strategy reduces a current ripple, which deteriorates the accuracy of a monitored current and causes torque ripple and additional loss. Simulation and experimentation have been performed to verify the proposed strategy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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