To achieve a fast dynamic response and to solve the multi-objective control problems of the output currents, capacitor voltages and system constraints, this paper proposes a deadbeat and hierarchical predictive control with space-vector modulation (DB-HPC-SVM) for five-level nested neutral point piloted (NNPP) converters. First, deadbeat control (DBC) is adopted to track the reference currents by calculating the deadbeat reference voltage vector (DB-RVV). After that, all of the candidate switching sequences that synthesize the DB-RVV are obtained by using the fast SVM principle. Furthermore, according to the redundancies of the switch combination and switching sequence, a hierarchical model predictive control (MPC) is presented to select the optimal switch combination (OSC) and optimal switching sequence (OSS). The proposed DB-HPC-SVM maintains the advantages of DBC and SVM, such as fast dynamic response, zero steady-state error and fixed switching frequency, and combines the characteristics of MPC, such as multi-objective control and simple inclusion of constraints. Finally, comparative simulation and experimental results of a five-level NNPP converter verify the correctness of the proposed DB-HPC-SVM.
This paper proposes a cost-effective topology to drive a three-phase open-end load based on a five-leg indirect matrix converter (IMC) and a space vector modulation (SVM) method. By sharing an inverter leg with two load terminals, the proposed topology can reduce the number of power switches when compared to topologies based on a direct matrix converter or a six-leg IMC. The new SVM method uses only the active vectors that do not produce common-mode voltage (CMV), which results in zero CMV across the load phase and significantly reduces the peak value of the CMV at the load terminal. Furthermore, the proposed drive system can increase the voltage transfer ratio up to 1.5 and provide a superior performance in terms of an output line-to-line voltage with a three-level pulse-width modulation waveform. Simulation and experimental results are given to verify the effectiveness of the proposed topology and the new SVM method.
Large magnitude common-mode voltage (CMV) and its variation dv/dt have an adverse effect on motor drives that leads to early winding failure and bearing deterioration. For matrix converters, the switch states that connect each output line to a different input phase result in the lowest CMV among all of the valid switch states. To reduce the output CMV for matrix converters, this paper presents a new space vector modulation (SVM) strategy by utilizing these switch states. By this mean, the peak value and the root mean square of the CMV are dramatically decreased. In comparison with the conventional SVM methods this strategy has a similar computation overhead. Experiment results are shown to validate the effectiveness of the proposed modulation method.
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.
Kumar, B. Hemanth;Lokhande, Makarand M.;Karasani, Raghavendra Reddy;Borghate, Vijay B.
Journal of Power Electronics
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v.18
no.1
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pp.56-69
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2018
In this paper, an improved Space Vector Modulation (SVM) based fault tolerant operation on a nine-level Cascaded H-Bridge (CHB) inverter with an additional backup circuit is proposed. Any type of fault in a power converter may result in a power interruption and productivity loss. Three different faults on H-bridge modules in all three phases based on the SVM approach are investigated with diagrams. Any fault in an inverter phase creates an unbalanced output voltage, which can lead to instability in the system. An additional auxiliary unit is connected in series to the three phase cascaded H-bridge circuit. With the help of this and the redundant switching states in SVM, the CHB inverter produces a balanced output with low harmonic distortion. This ensures high DC bus utilization under numerous fault conditions in three phases, which improves the system reliability. Simulation results are presented on three phase nine-level inverter with the automatic fault detection algorithm in the MATLAB/SIMULINK software tool, and experimental results are presented with DSP on five-level inverter to validate the practicality of the proposed SVM fault tolerance strategy on a CHB inverter with an auxiliary circuit.
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.8
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pp.1515-1522
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2011
This paper proposes the algorithm for the output AC voltage control of Z-source inverter by the detection of the input DC voltage and Z-network capacitor voltage. The actual modulation index of the proposed method is detected by the capacitor voltage in Z-network and input DC voltage of three-phase Z-source inverter. Control modulation index for the output voltage control is calculated by the detected actual modulation index and reference modulation index. And, calculated control modulation index is applied to the modified space vector modulation (SVM) for control the output voltage of Z-source inverter. To verify the validity of the proposed method, PSIM simulation was achieved and a DSP controlled 1[kW] three-phase Z-source inverter was producted. The simulation and experiment were performed under the condition that the load was changed in case of the constant input DC voltage and the input DC voltage was changed in case of the load was constant. As a result, we could know that the output phase voltage of Z-source inverter followed to the reference voltage 70[VRMS] despite the load or the input DC voltage were suddenly changed.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.1
no.3
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pp.266-273
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2012
In conventional direct torque control (DTC) using space-vector modulation (SVM) of induction machine (IM) drives, at least three current sensors are needed. In this paper, a low-cost SVM-DTC strategy is proposed, in which only a single current sensor is used. The position of the voltage space vector is divided into two areas: effective and non-effective area. If it is located in the non-effective area, the voltage space vector will be shifted into the effective area with minimum distortion. Further, the switching frequency remains constant. The simulation is carried out on a MATLAB/Simulink platform and the simulated results verify the effectiveness of the proposed strategy.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.10
no.6
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pp.550-559
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2005
The matrix converter provides sinusoidal input and output wave forms, bidirectional power flow, controllable input power factor and a long life, compared to the VSI(Voltage Source Inverter) with diode rectification stage at the input. However it has tasks, such as complexity of the control method, ride-through problem and low voltage-ratio limitation, to overcome for commercializing, This paper describes the design, construction and implementation of matrix converter based on space vector modulation technique. The implemented prototype of matrix converter is built using the exclusive IGBT module and control circuit constituted with DSP and CPLD and it has an input filter, overvoltage protection circuit and commutation means for overcoming practical issues. The good results tested using an induction motor are also presented.
Ramirez, Jose Dario Betanzos;Rivas, Jaime Jose Rodriguez;Peralta-Sanchez, Edgar
Journal of Power Electronics
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v.12
no.2
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pp.285-293
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2012
Multilevel inverters have gained attention in high-power applications due to their numerous advantages in comparison with conventional two-level inverters. In this paper a simplified Space-Vector Modulation (SVM) algorithm for a three-level Neutral-Point Clamped (NPC) inverter is implemented on a Freescale$^{(R)}$ DSP56F8037. The algorithm is based on a simplification of the space-vector diagram for a three-level inverter so that it can be used with a two-level inverter. Once the simplification has been achieved, calculation of the dwell times and the switching sequences are carried out in the same way as for the two-level SVM method. Details of the hardware design are included. Experimental results are analyzed to validate the performance of the simplified algorithm.
In this paper, a three phase cycloconverter type high frequency AC link inverter is discussed. The configuration consists of a high frequency full-bridge inverter and a high frequency transformer followed by a three phase cycloconverter whose switch is composed of anti-series connected MOSFETs with a common source. A simple digital control strategy based on space vector modulation (SVM) and repetitive control for the cycloconverter is proposed although its input voltage is a high frequency AC pulse. The operation principle of the proposed control strategy is analyzed and the equivalent working modes during one interval are also presented. The effectiveness of the proposed control strategy is verified through Matlab/Simulink simulations and experiments on a 1.45kW prototype.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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