A digital current control scheme using virtual d-q transformation for a boost single-phase power factor correction (PFC) converter is proposed. The use of virtual d-q transformation in single-phase power converters is known to improve current control performance. However, the conventional virtual d-q transformation-based digital current control scheme cannot be directly applied to the boost single-phase PFC converter because the current and average voltage waveforms of the inductor used in the converter are not sinusoidal. To cope with this problem, this study proposes a virtual sinusoidal signal generation method that converts the current and average voltage waveform of the inductor into a sinusoidal waveform synchronized with the grid. Simulation and experimental results are provided to show that the virtual d-q transformation-based digital current control is successfully applied to the boost single-phase PFC converter with the aid of the proposed virtual sinusoidal signal generation method.
The d-q harmonic detecting algorithms are dominant methods to generate current references for active power filters (APF). They are often implemented in the synchronous frame and time domain. This paper researches the frequency characteristics of d-q synchronous transformations, which are closely related to the analysis and design issues of control system. Intuitively, the synchronous transformation is explained with amplitude modulation (AM) in this paper. Then, the synchronous filter is proven to be a time-invariant and linear system, and its transfer function matrix is derived in the stationary frames. These frequency-domain models imply that the synchronous transformation has an equivalent effect of frequency transformation. It is because of this feature, the d-q method achieves band-pass characteristics with the low pass filters in the synchronous frame at run time. To simplify these analytical models, an instantaneous positive-negative sequence frame is proposed as expansion of traditional symmetrical components theory. Furthermore, the synchronous filter is compared with the traditional bind-pass filters based on these frequency-domain analytical models. The d-q harmonic detection methods are also improved to eliminate the inherent coupling effect of synchronous transformation. Typical examples are given to verify previous analysis and comparison. Simulation and experimental results are also provided for verification.
Three-phase voltage and current is applied to the three-phase alternating current motors which are commonly used in industry. Three phase variables of a, b, c are converted into d, q, 0 axis and the AC machines are modeled and analyzed. Basically the coordinate transformation or d-q transformation is used for convenience, a few steps are needed to analyze the motor performances - separating d and q components, establishing each equivalent circuit, and solving the differential equations of the circuits. In this study, a modeling technique of induction motor using complex vector is proposed and it can explain the induction motor physically. This method does not need the separating process of d and q components. With this technique, the model becomes simple, is easy to understand in physical, and can get the same results with those from the other models. These simulation results of the proposed model are compared with them for the conformation of the proposed method.
AC machines are in wide use in industry and d-q transformation from 3 phase of a, b, c is commonly used to analyze these kinds of machines. The equivalent circuits of d and q axis are, however, generally cross coupled and difficult to analyze. In this study, a modeling technique of AC machine including induction and PM synchronous motors using matrix vector is proposed. With that model, it can not only explain the AC machines physically but also make it simple to analyze them. The separating process of d and q components is not needed in this model and this model can be applied to analyze asymmetric motors like IPMSM machine. With this technique, the model becomes simple, easy to understand physically, and yields results that are the same as those from other models. These simulation results of the proposed model for induction motor are compared with those of other models to verify the method proposed.
회전하는 동기 좌표계 d-q 변환을 이용한 단상 능동 전력 필터의 새로운 제어기를 제안하였다. 힐버트 변환기를 사용하여 $90{\circ}$의 위상차를 가지는 두 개의 교류 신호를 만든다. 이 신호들을 회전하는 동기 좌표계 d-q 변환을 이용하여 기본파 성분을 직류로 변환할 수 있고 따라서 고조파 검출이 용이하다. 순시 유효 전력의 평균값을 구한다. 역률 보상을 하므로 전원 전류는 전원 전압과 동위상이다. 단상에서의 전력 공식으로부터 전원 전류의 크기를 알 수 있다. 능동 전력 필터의 보상 전류의 기준 신호는 전원 전류의 기준신호에서 부하 전류를 빼주면 구할 수 있다. 새롭게 제안된 제어기에 히스테리시스 전류 제어기를 적용하여 시뮬레이션 하였다. 능동 전력 필터가 부하전류의 고조파와 무효전력을 보상하여 전원 전류가 전원전압과 동위상이 되고 전원전류가 정현파에 가깝게 되는 것을 확인하였다. 힐버트 변환기는 전대역 여파기를 사용하여 구현하였다.
This paper presents a simple notch filter, which is so suitable for three-phase unbalanced and distorted power line. In the d-q synchronous transformation, three-phase unbalanced and distorted voltages generate lots of ripple voltages on d-q axes. The ripples make disturbances on controllers such as PLL of phase tracking. Unbalanced state makes ripple of double the frequency of power line. Odd harmonics 5th and 7th on the line make even 4th and 6th ripples on d-q axes due to the rotating reference frame, respectively. Cascaded two comb filters, delay lines 1/4T and 1/8T, are adopted for the ripple rejection. The filter rejects harmonics 2nd, 4th, 6th, 10th and so on. They are very effective to remove the ripples of both unbalance and distortion. The filter, implemented by two FIFOs on an experimental system, is adopted on a PLL controller of power line phase tracking. Through the simulation and experimental results, performance of the proposed comb filter has been validated.
In this paper, the calculation torque using the d-q axis has advantage like faster execution time. However, the torque ripple can't be considered in the torque calculation using d-q axis equivalent circuit because the time-dependent component is removed. When d-q transformation was performed, it was founded that some parameters has some characteristics. These characteristics were considered for representing torque ripple. The calculation with d-q axis transformation and Finite Element Analysis(FEA) were performed, and the results were compared. As a result, it was validated that the calculated torque can be expressed with ripple.
3상 PWM 정류기에 대한 공간벡터제어 기반 전압제어방식은 스위칭 구간에 대한 스위칭 패턴을 설계해야하기 때문에 최적한 스위칭 패턴을 설계하는데 많은 노력이 요구된다. 본 연구에서는 3상 6펄스 전압형 PWM 정류기를 위한 D-Q 제어에 기반 한 SPWM 출력전압 제어 알고리즘을 연구하였다. 출력전압제어 알고리즘에서 3상 기준신호들은 공간벡터 표시법에 기반 한 D-Q 변환으로부터 얻어지며 스위칭 패턴 대신에 SPWM 방식을 이용하여 정류기 스위칭 제어 신호들을 생성하도록 하였다. 다음으로, EMTP-RV를 이용하여 D-Q 제어기반 SPWM 방식을 가지는 3상 6펄스 전압형 PWM 정류기를 모델링하였다. 끝으로, EMTP-RV 시뮬레이션을 통해 얻어지는 출력전압파형을 기준 값과 비교, 출력전압이 기준전압을 정확하게 추종함을 확인함으로서 D-Q 제어기반 SPWM 전압제어 알고리즘의 유효성을 확인할 수 있었다.
An important assumption for the active power filter design using instantaneous power theory and the d-q transformation method in a 3-phase power system is based on balanced 3-phase system. However, under pratical conditions, the 3-phase power system can not be continuously balanced due to unbalanced loading. In this paper, a method to control the 3-phase active power filer using instantaneous power theory and the d-q transformation under unbalanced power system is presented and the theoretical results are verified by simulated results.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제3권2호
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pp.116-120
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2014
3-phase Induction machines are being used in industry and dq transformation from 3 phase of a, b, c is commonly used to analyze these machines. The equivalent circuits of d and q axis are however generally cross coupled and not simple to analyze. In this study, an analysis method of 3ph induction motor considering current regulator using dq transformation and matrix vector is proposed and it can explain the 3ph induction motor physically. This model does not need the separating process of d and q components. With this technique, the model becomes simple, is easy to understand in physical, and can get the same results with those from the other dq models. These simulation results of the proposed model are compared with those of other models for the conformation of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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