This paper proposes a hybrid-boost Modular Multilevel Converter (MMC) for the Medium-Voltage (MV) Variable Speed Drives (VSDs) employed in subsea applications, such as oil and gas recovery. In the presented architecture, a hybrid-boost MMC with a reduced number of semiconductor devices driving a multiphase Induction Machine (IM) is investigated. The stepped output voltage generated by the MMC reduces or eliminates the filtering requirements. Moreover, the boosting capability of the proposed architecture eliminates the need for bulky low-frequency transformers at the converter output terminals. A detailed illustration of the hybrid-boost MMC operation, the expected limitations/constraints, and the voltage balancing technique are presented. A simulation model of the proposed MV hybrid-boost MMC-based five-phase IM drive has been built to investigate the system performance. Finally, a downscaled prototype has been constructed for experimental verification.
The lubricant tribological characteristics of $Al_2O_3$ fiber and SiC particle hybrid metal matrix composites (MMCs) fabricated by squeeze casting method was investigated using a pin-on-disk wear tester. The wear tests of the MMCs were performed according to fiber/particle hybrid ratio in the planar-random (PR) and normal (N) orientations sliding against a counter steel disk at a fixed speed and $25\;kg_f$ loading under different sliding distances and temperatures. The test results showed that the wear behavior of MMCs varied with fiber orientation and hybrid ratio. At room temperature, the lubricant wear behavior of F20P0 unhybrid PR-MMCs was superior to that of N-MMCs while the hybrid composites exhibited the reverse lubricant wear behavior. It was also revealed that the wear resistance of PR-MMCs was superior to that of the N-MMCs due to the joint action of reinforcements and lubricant film between the friction surfaces at an elevated temperature of $100^{\circ}C$ for both fiber only and hybrid cases. In case of $150^{\circ}C$, although the trend of weight loss was similar to that of others, the wear resistance of PR-MMCs was better than that of N-MMCs for hybrid MMCs.
In this paper, a hybrid modular multilevel converter (MMC) topology with an improved nearest level modulation method is proposed for medium-voltage high-power applications. The arm of the proposed topology contains N series connected half-bridge submodules (HBSMs), one full-bridge submodule (FBSM) and an inductor. By exploiting the FBSM, half-level voltages are obtained in the arm voltages. Therefore, an output voltage with a 2N+1 level number can be generated. Moreover, the total level number of the inserted submodules (SMs) is a constant. Thus, there is no pulse voltage across the arm inductors, and the SM capacitor voltage is rated. With the proposed voltage balancing method, the capacitor voltage of the HBSM is twice the voltage of the FBSM, and each IGBT of the FBSM has a relatively low switching frequency and an equalized conduction loss. The capacitor voltage balancing methods of the two kinds of SMs are implemented independently. As a result, the switching frequency of the HBSM is not increased compared to the conventional MMC. In addition, according to a theoretical calculation of the total harmonic distortion of the electromotive force (EMF), the voltage quality with the presented method can be significantly enhanced when the SM number is relatively small. Simulation and experimental results obtained with a MMC-based inverter verify the validity of the developed method.
High voltage direct current transmission based on modular multilevel converter (MMC-HVDC) is one of the most promising power transmission technologies. In this study, the mathematical characteristics of MMC-HVDC are analyzed in a synchronous rotational reference frame. A hybrid current vector controller based on proportional integer plus resonant is used to uniformly control the DC and double-base frequency AC currents under unbalanced grid voltage conditions. A corresponding voltage dependent current order limiter is then designed to solve the overcurrent problems that may occur. Moreover, the circulating current sequence components are thoroughly examined and controlled using a developed circulating current suppressor. Simulation results verify the correctness and effectiveness of the proposed control schemes.
Kim, Jin-Yub;Jung, Seung-Hwan;Hwang, Jung-Goo;Kim, Chun-Sung;Park, Sung-Jun
Proceedings of the KIEE Conference
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2015.07a
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pp.231-232
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2015
본 논문에서는 기존 전류형 HVDC(High Voltage Direct Current) 토폴로지에서 DC단에 직렬로 MMC(Modular multi-level Con verter, MMC) 토폴로지를 결합하여 대용량의 전력을 전류형 HVDC로 사용하고, 소용량 전력을 MMC로 사용 및 전력을 컨트롤하여 전류형 HVDC의 점호각을 최소로 가져갈 수 있는 토폴로지를 설계하였다. 이러한 토폴로지는 최소점호각 제한을 적게 할 수 있고, 동일출력 DC전압 조건하에서 무효전력발생을 적게 할 수 있는, 기존 전류형 HVDC에 MMC를 추가한 새로운 하이브리드 HVDC용 AC/DC컨버터의 구조이다. 타당성 검증을 위해 PSIM을 이용한 시뮬레이션을 수행하였다.
When compared to other composite materials such as FRP and MMC, hybrid composite material is more attractive one due to the high specific strength and the resistance to fatigue. However, the fracture mechanism of hybrid composite material is extremely complicated because of the bonding structure of metals and FRP. Recently, nondestructive technique has been used to evaluate the fracture mechanism of these composite materials. In this study. AE technique has been used to clarify the fracture mechanism and the degree of damage for Al 7075/CFRP hybrid composite material. It was found that AE event, energy and amplitude among AE parameters were effective to evaluate fracture process of Al 7075/CFRP composite material. In addition, the relationship between the AE signal and the characteristics of failure surface using optical microscope was discussed.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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1999.11a
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pp.130-133
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1999
본 연구에서는 AC8A 알루미늄 합금과 HTZ 단섬유 및 알루미나(A12O3) 입자(particle)를 이용하여 HTZ 및 혼합 금속복합재료를 개발하고 정하중 시험을 통하여 개발된 재료의 상온 및 고온 기계적 물성을 규명하였으며, 개발된 금속복합재료가 고온에 노출되어 있을 경우 발생하는 aging에 의한 재료의 물성 변화를 분석하였다.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.268-271
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2001
When compared to other composite materials such as FRP and MMC, hybrid composite material is more attractive one due to the high specific strength and the resistance to fatigue. However, the fracture mechanism of hybrid composite material is extremely complicated because of the bonding structure of metals and FRP. Recently, nondestructive technique has been used to evaluate the fracture mechanism of these composite materials. In this study, AE technique has been used to clarify the fracture mechanism and the degree of damage for Al 7075/CFRP hybrid composite material. It was found that AE event, energy and amplitude among AE parameters were effective to evaluate fracture process of Al 7075/CFRP composite material. In addition, the relationship between the AE signal and the characteristics of failure surface using optical microscope was discussed.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.67-70
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2000
Mechanical properties of (10%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$+5%Ni)/Al hybrid composites fabricated by the reaction squeeze casting were compared with those of (15%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$)/Al composites. Intermetallic compound formed by reaction between molten aluminum and reinforcing powder was uniformly distributed in the Al matrix. These intermetallic compounds were identified as $Al_3$NI using EDS and X-ray diffraction analysis. Microhardness and flexural strength of hybrid composites were higher than that of (15%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$)/Al Composite. In-Situ fracture tests were Conducted on (15%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$)/Al Composites and (10%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$+5%Ni)/Al hybrid composites to identify the microfracture process. It was identified from the in-situ fracture test of (10%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$+5%Ni)/Al composites, microcracks were initiated mainly at the short fiber / matrix interfaces. As the loading was continued, the crack propagated mainly along the separated interfacial regions and the well developed shear bands. It was identified from the in-situ fracture test of (10%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$+5%Ni)/Al hybrid composites, microcracks were initiated mainly by the short fiber/matrix interfacial debonding. The crack proceeded mainly through the intermetallic compound clusters
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[게시일 2004년 10월 1일]
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