In this paper, a novel analysis of a carrier based PWM method for multilevel inverters is presented. The space vector PWM and carrier based PWM correlations in multilevel inverters are investigated in a nominal two-level switching diagram. The obtained results can be applied to design various carrier PWM techniques. In this paper, a carrier based single-state PWM technique, which reduces the switching number and optimizes the active voltage errors, is presented. This PWM technique can be advantageous if there are a large number of levels. The proposed method is mathematically formulated and demonstrated by simulations and experimental results.
In this paper, a novel offset-based single-state pulse width modulation (PWM) method for achieving zero common-mode voltage (CMV) and reducing switching losses in multilevel inverters is presented. The specific active switching state of the zero common-mode (ZCM) voltage that approximates the reference voltage can be deduced from the switching state sequence of the reduced CMV phase disposition PWM (CMV PD PWM) method. From the reference leg voltages for the zero common-mode voltage, an N-to-2-level transformation defines a virtual two-level inverter and the corresponding nominal leg voltage references. The commutation process of the reduced CMV PD PWM method in a multilevel inverter and its outputs can be simply followed in a nominal switching time diagram for the virtual inverter. The characteristics of the reduced CMV PD PWM and the single-state PWM for zero common-mode voltage are analyzed in detail in this paper. The theoretical analysis of the proposed PWM method is verified by experimental results.
본 논문에서는 무정전 전원장치와 같이 일정전압 일정주파수(constant voltage and constant frequency; CVCF) 운전에 사용되는 단상 PWM 인버터의 정밀 전압제어 기법을 다루었으며 정상상태에서 전압 오차를 최소화하기 위해 phase-locked loop(PLL) 기법을 이용한 새로운 전압 제어 방법을 제안하였다. 제안된 제어기법에서는 출력 커패시터 전압과 전류를 이용하여 PLL 보상기를 구성하였으며 주제어기에 PLL 보상기를 추가하여 출력 전압의 정상상태 성능을 개선하였다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 시뮬레이션과 실험을 수행하였으며, 그 결과 기존의 방법에 비해 정상상태 전압제어 성능과 Total Harmonic Distortion(THD)이 현저히 개선됨을 입증할 수 있었다.
This paper presents a technique for reconstructing converter line currents using the information from a single current sensor in the DC-link for voltage-source PWM converters. When three-Phase input currents cannot be reconstructed, three methods to acquire the input current are compared. Two of them are methods of modifying the switching state (I, II), another is a method of using the predictive state observer. Also, compensation of sampling delay, and a simultaneous sample value of input currents in the center of a switching period are included. Suitable criteria for the comparison are identified, and the differences in the performance of these methods are investigated through experimental results for a typical V-S PWM converter rated at 10kVA.
This paper presents a precision voltage control technique of a single phase PWM inverter for a constant voltage and constant frequency(CVCF) applications. The proposed control employes a PLL compensating loop which minimize the steady state error and phase delay. The computer simulation and experiment are carried out for the actual single phase PWM inverter and the results well demonstrate the effectiveness of the proposed control.
교류전동기의 가변속 운전에 사용되는 삼상 인버터에는 두개 또는 세개의 전류센서가 장착되며 이를 이용하여 삼상 교류전류를 측정한다. 전류센서의 갯수를 줄이기 위하여 개발된 것이 직류링크에 한개의 전류센서로 직류전류를 측정하고 측정된 전류 값과 스위칭 상태로부터 삼상 교류전류를 추정하는 방법이다. 전류를 정확히 측정하려면 스위칭 상태가 최소 측정시간 이상 유지되어야 하며, 이를 위한 펄스폭 조정과 이에 따른 전압 왜곡의 보상 방법이 연구되어 왔다. 그러나 기존에 발표된 방식들은 공간벡터 전압변조법에는 적합하지만 산업체에서 널리 쓰이는 펄스폭 변조 방식인 삼각파 비교법에 적용하기에는 어려운 면이 많다. 본 연구에서는 삼각파 비교법에 적합한 전류 측정 방식과 전압왜곡 보상 방식을 제안하고 이의 타당성을 실험을 통하여 검증하였다.
The modified sinusoidal pulse-width modulation (SPWM) is one of the PWM techniques used in three-phase AC-DC buck converters. The modified SPWM works without the current sensor (the converter is current sensorless), improves production of sinusoidal AC current, enables obtainment of near-unity power factor, and controls output voltage through modulation gain (ranging from 0 to 1). The main problem of the modified SPWM is the huge starting current and voltage (during transient) that results from a large step change from the reference voltage. When the load changes, the output voltage significantly drops (through switching losses and non-ideal converter elements). The single-input single-output (SISO) approach with minor-loop voltage feedback controller presented here overcomes this problem. This approach is created on a theoretical linear model and verified by discrete-model simulation on MATLAB/Simulink. The capability and effectiveness of the SISO approach in compensating start-up current/voltage and in achieving zero steady-state error were tested for transient cases with step-changed load and step-changed reference voltage for linear and non-linear loads. Tests were done to analyze the transient performance against various controller gains. An experiment prototype was also developed for verification.
This study presents a single-phase power factor correction AC-DC converter that operates in discontinuous conduction mode. This converter uses the pulse-width modulation technique to achieve almost unity power factor and low total harmonic distortion of input current for universal input voltage $90V_{rms}$ to $264V_{rms}$) applications. The converter has a simple structure and electrical isolation. The magnetizing-inductor energy of the transformer can be recycled to the output without an additional third winding. The steady-state analysis of voltage gain and boundary operating conditions are discussed in detail. Finally, experimental results are shown to verify the performance of the proposed converter.
Given their structural arrangement, photovoltaic (PV) modules exhibit parasitic capacitance, which creates a path for high-frequency current during zero-state switching of the converter in transformerless systems. This current has to be limited to ensure safety and electromagnetic compatibility. Many solutions that can minimize or completely avoid this phenomenon, are available. However, most of these solutions are patented because they rely on specific and often complex converter topologies. This study aims to solve this problem by introducing a solution based on a classic converter topology with an appropriate modulation technique and passive filtering. A 5.5 kW single-phase residential PV system that consists of DC-DC boost stage and DC-AC H-bridge converter is considered. Control schemes for both converter stages are presented. An overview of existing modulation techniques for H-bridge converter is provided, and a modification of hybrid modulation is proposed. A system prototype is built for the experimental verification. As shown in the study, with simple filtering and proper selection of switching states, achieving low leakage current level is possible while maintaining high converter efficiency and required energy quality.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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