Laminated busbars with a low stray inductance are widely used in NPC three-level inverters, even though some of them have poor performances in heat equilibrium and overvoltage suppression. Therefore, a theoretical method is in need to establish an accurate mathematical model of laminated busbars and to calculate the impedance and stray inductance of each commutation loop to improve the heat equilibrium and overvoltage suppression performance. Firstly, an equivalent circuit of a NPC three-level inverter laminated busbar was built with an analysis of the commutation processes. Secondly, on the basis of a 3D (three dimensional) cubical thermal model and mirror circulation theory, a supersymmetric mirror circulation 3D cubical thermal model was built. Based on this, the laminated busbar was decomposed in 3D space to calculate the equivalent resistance and stray inductance in each commutation loop. Finally, the model and analysis results were put into a busbar design, simulation and experiments, whose results demonstrate the accuracy and feasibility of the proposed method.
An inverter with large capacity has been demanded at a factory automation and diffusion of the energy saving work. As the capacity of inverter is larger, the stary inductance has much influence on both the di/dt of IGBT current, and voltage stress across IGBT. Also, the life of the snubber capacitor may be shortened due to overheating of the snubber capacitor. In this paper, a planar busbar which consists of two layers is applied to N700-series inverter in order to minimize stray inductance. The voltage stress across IGBT is changed by both the DC busbar structure and the capacity of snubber capacitor.
Condition monitoring has been recognized as an effective and low-cost method to enhance the reliability and improve the maintainability of power electronic converters. In power electronic converters, high-frequency oscillation occurs during the switching transients of power transistors, which is known as ringing. The ringing frequency mainly depends on the values of the parasitic capacitance and stray inductance in the oscillation loop. Although circuit stray inductance is an important factor that leads to the ringing, it does not change with transistor aging. A shift in either the inside inductance or junction capacitance is an important failure precursor for power transistors. Therefore, ringing frequency can be used to monitor the health of power transistors. However, the switching actions of power transistors usually result in a dynamic behavior that can generate oscillation signals mixed with background noise, which makes it hard to directly extract the ringing frequency. A frequency extraction method based on empirical mode decomposition (EMD) and Fast Fourier transformation (FFT) is proposed in this paper. The proposed method is simple and has a high precision. Simulation results are given to verify the ringing analysis and experimental results are given to verify the effectiveness of the proposed method.
A high voltage and nanosecond Blumlein pulse generator has been developed to produce an output pulse whose voltage level is greater than 250 kV and pulse duration 5 ns. The generator consists of various components such as a charging circuit, a pulse transformer, and a spark gap switch. As a heart of the generator, a Blumlein pulse forming line has been constructed in the cylindrical form using three cylindrical aluminum electrodes that are placed concentrically. Unlike the ideal Blumlein line, the output pulse of an actual Blumlein line may be affected by stray inductances and capacitances of switching and charging components, thereby degrading the performance of the generator. In this paper, PSPICE simulations have been performed to examine effects of stray inductances and capacitances on waveforms of output pulses. Simulation results show that the pulse waveform is significantly distorted mainly by the stray inductance of the spark gap switch.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.05c
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pp.15-17
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2002
Leakage inductance and temperature rise are two of the more impotent problems facing the magnetic core technology of today's high frequency transformers. Excessive leakage inductance increases the stress on the switching transistors and limits the duty-cycle, and excessive temperature rise can lead the design limitation of high frequency transformer with high current. The flat transformer technology provides a very good solution to the problems of leakage inductance and thermal management for high frequency power. The critical magnetic components and windings are optimized and packaged within a completely assembled module. The turns ratio in a flat transformer is determined as the product of the number of elements or modules times the number of primary turns. The leakage inductance increase proportionately to the number of elements, but since it is reduced as the square of the turns, the net reduction can be very significant. The flat transformer modules use cores which have no gap. This eliminates fringing fluxes and stray flux outside of the core. The secondary windings are formed of flat metal and are bonded to the inside surface of the core. The secondary winding thus surrounds the primary winding, so nearly all of the flux is captured.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.43
no.7
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pp.1206-1213
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1994
This paper presents the operation principle and design rule of the Rogowski coil which can measure the transient current and describes the calibration and application experimental results for performance evaluation. It is obtained that the response curves of the Robowski coil with the turns of 300 and the passive integrator to sinusoidal input give a good linearity up to the frequency of 500 [kHz] and the current measurement system gaving the Rogowski coil is the frequency bandwidth of 40 [Hz]~700 [kHz]. As an application experiment for the fabricated modeling power transmission line, the impulse current, which limitates the direct lightning return stroke to overhead ground wire, is measured by the Rogowski coil and its fast Fourier transformation is carried out. The equivalent circuit of the Rogowski coil considering the stray capacitances is proposed, and the theoretical analysis is in good agreement with the measurement results. Also, it is found that for high frequency domain the stray capacitance such as a distributed capacitance to the shield and the capacitance between windings of coil should be considered in designing the Rogowski coils since the resonance originates from the stray capacitance and the self-inductance of the Rogowski coil.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.11a
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pp.587-590
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2003
The first attention in designing a transformer for low temperature rise should be to reduce losses. Leakage inductance and temperature rise are two of the more impotent problems facing the magnetic core technology of today's high frequency transformers. Excessive leakage inductance increases the stress on the switching transistors and limits the duty-cycle, and excessive temperature rise can lead the design limitation of high frequency transformer with high current. The flat transformer technology provides a very good solution to the problems of leakage inductance and thermal management for high frequency power. The critical magnetic components and windings are optimized and packaged within a completely assembled module. The turns ratio in a flat transformer is determined as the product of the number of elements or modules times the number of primary turns. The leakage inductance increase proportionately to the number of elements, but since it is reduced as the square of the turns, the net reduction can be very significant. The flat transformer modules use cores which have no gap. This eliminates fringing fluxes and stray flux outside of the core. The secondary windings are formed of flat metal and are bonded to the inside surface of the core. The secondary winding thus surrounds the primary winding, so nearly all of the flux is captured.
A high frequency and energy density pulse transformer is a critical component of a high voltage power supply in a traveling wave tube (TWT) amplifier system. In this paper, processes of design, manufacturing, and test of the transformer are discussed. Primary voltage of the transformer is 240 V. The transformer secondary have two outputs which are 4100 V (Helix) and 2050 V (Collector). Total output power is 860 W. Normal operating frequency of the transformer is 10 kHz. In high energy density pulse transformers, temperature rise is a main problem during its operation. From our study, it was found that resonant current due to leakage inductance and stray capacitance was the main cause of temperature rise. This happens because of the inherently high turn-ratio in high voltage transformers. Solutions to reduce stray components are presented.
Park, Seung-Lok;Chung, Suk-Hwan;Kim, Jin-Gyu;Moon, Jae-Duk
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.50
no.2
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pp.72-78
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2001
A compact size high voltage pulse generator with nanosecond rise time has been designed and investigated experimentally. The inductance of a pulse generator can be reduced by fixing the Marx generator and pulse forming network components into a single cylindrical unit. As a result, nanosecond rise time about $8{\sim}10[ns]$ and pulse width of several hundred [ns] can be obtained from a modified Marx pulse generator. And parametric studies showed that the rise time of the output pulse was depended little on the change of the load resistance and the charging capacitance while, the pulse width of the output pulse was depended greatly upon the change of the load resistance and the charging capacitance. The theoretical showed the possibility to design the laboratory-size pulse generator very fast rising time and a proper pulse width by minimizing stray inductance and varying resistance and capacitance.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.12
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pp.2166-2172
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2007
In this study a low-signal equivalent circuit based on the Double Schottky Barrier model is proposed for ZnO-based varistor. Since pin-lead inductance and stray capacitance are considered in pin-lead type ZnO varistor these inductance and capacitance could be removed from the experimental dielectric data of the varistor. According to the equivalent circuit simulation results the higher the varistor-voltage of varistor sample the capacitance of dielectric layer is larger, and the capacitances of semiconducting layer and depletion layer are smaller, while the parallel resistances of semiconducting layer and depletion layer are more larger values. Spectra of the dielectric loss factor $tan{\delta}$ show 2 peaks in low frequency and high frequency regions respectively. The low-frequency peak is due to the relaxation by deep donors and the high-frequency peak is due to the relaxation by shallow donors. Above results are well consistent with the theoretical mechanism of ZnO varistor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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