This study proposes a novel five-level three-phase hybrid-clamped converter composed of only six switches and one flying capacitor (FC) per phase. The capacitor-voltage-drift phenomenon of the converter under the classical sinusoidal pulse width modulation (SPWM) strategy is comprehensively analyzed. The average current, which flows into the FC, is a function of power factor and modulation index and does not remain at zero. Thus, a specific modulation strategy based on space vector modulation (SVM) is developed to balance the voltage of DC-link and FCs by injecting a common-mode voltage. This strategy applies the five-segment method to synthesize the voltage vector, such that switching losses are reduced while optional vector sequences are increased. The best vector sequence is then selected on the basis of the minimized cost function to suppress the divergence of the capacitor voltage. This study further proposes a startup method that charges the DC-link and FCs without any additional circuits. Simulation and experimental results verify the validity of the proposed converter, modulation strategy, and precharge method.
In this paper, a four-phase 8/6-pole 4-kW SR motor drive model is presented. Based on experimental data, the model allows an accurate simulation of a drive in dynamic operation. Simulations are performed and a laboratory type set-up is built based on a TI TMS320F2812 platform to experimentally verify the theoretical results obtained for a SR motor. To reduce acoustic noise and to correct the power factor of this drive, a two-stage power converter is proposed that uses a current source rectifier (CSR) as the input stage for the asymmetrical converter of the studied SRM. Employing the space-vector modulation (SVM) method in matrix converters, the CSR switching allows the dc link's capacitors to be eliminated and the power factor of the SRM drive to be improved. As the electrical motive force (emf) is directly proportional to the rotor speed, the input voltage to the machine can be programmed to be a function of the speed with the modulation index of the CSR, leading to a reduction in the acoustic noise of the SRM drive. Simulation of the whole SRM drive system is performed using MATLAB-Simulink. The results fully comply with the required conditions such as power factor correction with an improvement in the THD.
The direct torque control (DTC) scheme features a simple structure thanks to stator flux-oriented control. It has the advantage of robustness against motor parameters variation since only the stator resistance is involved in the control scheme. On the other hand, the disadvantage of DTC is large torque ripple. To reduce the torque ripple, many studies on DTC-space vector modulation (DTC-SVM) schemes, which modulate the duty ratio with a fixed switching cycle, have been proposed. However, there is the difficulty in obtaining the duty ratio for DTC-SVM. Hence, this paper proposes a new duty ratio selection and stator flux calculation methods for reducing torque ripple. Simulations and experiments were carried out to determine the validity of the proposed method. The proposed scheme has simplified the duty ratio command and achieved the same control performance as the conventional duty ratio modulation method without using the information of motor parameters.
In this paper a decoupled control of a doubly-fed induction machine(DFIM) feed by a matrix converter is presented. It provides a robust regulation of the stator side active and reactive powers by the direct and quadratic components of the stator current vector, presented in a line-voltage-oriented reference frame. In this case, the stator windings are directly connected to the line grid, while the rotor windings are supplied by this later through a matrix converter controlled by a space vector modulation technique. The proposed solution is suitable for both energy generation and electrical drive applications with restricted speed variation range.
The purpose of this paper is to study a high-performance control scheme for neutral-point-clamping three-level (NPC-3L) inverter fed dual three-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives by considering some asymmetric factors such as the non-identical parameters in phase windings. To implement this, the system model is analyzed for dual three-phase PMSM drives with asymmetric factors based on the vector space decomposition (VSD) principle. Based on the equivalent circuits, PI controllers with feedforward compensation are used in the d-q subspace for regulating torque, where the cut-off frequency of the PI controllers are set at the twice the fundamental frequency for compensating both the additional DC component and the second order component caused by asymmetry. Meanwhile, proportional resonant (PR) controllers are proposed in the x-y subspace for suppressing the possible unbalanced currents in the phase windings. A dual three-phase space vector modulation (DT-SVM) is designed for the drive, and the balancing factor is designed based on the numerical fitting surface for balancing the DC link capacitor voltages. Experimental results are given to demonstrate the validity of the theoretical analysis and the proposed control scheme.
Kim, Won-Sang;Sim, Gyung-Hun;Lee, Kyo-Beum;Jeong, Byoung-Chang;Song, Seung-Ho
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.13
no.2
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pp.152-162
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2008
This paper presents a sliding mode controller (SMC) to directly control the active and reactive powers of a doubly ffd induction generator (DFIG) for wind turbines. Sliding-mode control (SMC) and space-vector modulation (SVM) are combined to ensure high-performance operation. SMC scheme is designed to provide robust and fast power controls without frame transformation and current controller used in the conventional FOC drive. Simulation results and experimental results demonstrate that proposed methods preserve the effectiveness and robustness during variations of active and reactive power.
Durgasukumar, G.;Rama Subba Redddy, T.;Pakkiraiah, B.
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.12
no.5
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pp.1821-1834
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2017
Medium voltage control applications due to obtain better output voltage and reduced electro-magnetic interference multi level inverter is used. In closed loop control with inverter, the PI controller does not operate satisfactorily when the operating point changes. This paper presents the performance of Co-Efficient diagram PI controller based indirect vector controlled induction motor drive fed from three-level inverter under different operating conditions (dynamic and steady state). The proposed Co-Efficient diagram PI controller based three level inverter significantly reduces the torque ripple compared to that of conventional PI controller. The performance of the indirect vector controlled induction motor drive has been simulated at different operating conditions. For three-level inverter control, a simplified space vector modulation technique is implemented, which reduces the coordinate transformations complications in the algorithms. The performance parameters, torque ripple contents and THD of induction motor drive with three-level inverter is compared under different operating conditions using CDM-PI and conventional PI controllers.
Kim, Young-Chan;Seo, Young-Ger;Lee, Byung-Song;Hong, Soon-Chan;Ko, Jung-Sun
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.12
no.6
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pp.483-490
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2007
The aim of the paper is to analysis on train propulsion system and to study for energy saving. For this study, we make the program that simulate actual operation of the train route. The train running simulation is performed from starting station to 4th station by using the route datas of Deajeon Metro Subway. The study for control method of electrical motor and energy recovery to save energy is selected. The train propulsion system is constituted as a M-G Set, which is realized via Space Vector Modulation(SVM) - Direct Torque Control(DTC), the energy consumption during train operation and energy recovery during breaking is simulated by Simplorer program, from this result, the energy consumption and recovery of train with SVM-DTC is studied.
Aziz, Mohd Junaidi Abdul;Klumpner, Christian;Clare, Jon
Journal of Power Electronics
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v.12
no.2
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pp.276-284
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2012
AC/AC power conversion is widely used to feed AC loads with a variable voltage and/or a variable frequency from a constant voltage constant frequency power grid or to connect critical loads to an unreliable power supply while delivering a very balanced and accurate sinusoidal voltage system of constant amplitude and frequency. The load specifications will clearly impose the requirements for the inverter stage of the power converter, while wider ranges of choices are available for the rectifier. This paper investigates the utilization of a buck-type current source rectifier as the active front-end stage of an AC/AC converter for applications that require an adjustable DC-link voltage as well as elimination of the low-frequency common mode voltage. The proposed solution is to utilize a combination of two or more zero current vectors in the Space Vector Modulation (SVM) technique for Current Sources Rectifiers (CSR).
This paper describes the design, construction and implementation of matrix converter based on space vector modulation technique. The matrix converter provides sinusoidal input and output wave forms, bidirectional power flow, controllable input power factor and a compact design, compared to the VSI with diode rectification stage at the input. The implemented prototype of matrix converter is built using the exclusive IGBT module and 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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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