The design approach to the single-phase Z-Source inverter

• Autorzy: Rymarski Z. , Hrynkiewicz E.

Warianty tytułu

PL

Projektowanie jednofazowych falowników z siecią impedancyjną typu Z-Source

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The impedance networks increment the input DC voltage of the voltage source inverters. Their advantage is lack of the additional switches – they use only inverter bridge switches. However they cause some side effects in the inverter operation. Up today the tips how to design Z-Source impedance network keeping it in the Current Continuous Mode are rare in the literature. The paper present problem of additional distortions of the ZSource inverter output voltage caused by “shoot through” states. The influence of the impedance network on the dynamic properties of the inverter can be the other problem. The properties of the magnetic materials in the used coils cores affect on the Z-Source inverter properties. The paper will show the approach to the design of the single-phase Z-Source inverter, the measurements of its control function Bode plots. The ZSI small signal model (required for the microprocessor based control) calculated using measurements will be presented.

PL

Sieci impedancyjne są stosowane do zwiększenia stałego napięcia wejściowego falowników. Ich zaletą jest brak dodatkowych przełączników – wykorzystują tylko przełączniki z mostka falownika. Jednak powodują one efekty uboczne w pracy falownika. Aktualnie trudno znaleźć w literaturze wskazówki jak projektować sieć impedancyjną typu Z-Source. Artykuł przedstawia problem powstawania dodatkowych zniekształceń napięcia wyjściowego falownika powodowanych stanami „shoot through”. Innym problemem może być wpływ sieci impedancyjnych na własności dynamiczne falownika. Własności materiałów magnetycznych rdzeni dławików wpływają na własności falownika z siecią Z-Source. Artykuł przedstawia podejście do projektowania jednofazowego falownika z siecią Z-Source, pomiary charakterystyk częstotliwościowych jego funkcji sterowania. Zostanie zaprezentowany małosygnałowy model układu ZSI (niezbędny do sterowania mikroprocesorowego), obliczony na podstawie pomiarów.

Słowa kluczowe

EN

impedance network method; Z-source inverter; Bode plot; voltage source converter (VSC); small signal model

PL

sieć impedancyjna; model małosygnałowy; falownik

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 91, nr 9
• Strony: 154--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Rymarski Z.

• Politechnika Śląska, Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki, Instytut Elektroniki, ul. Akademicka 16, 44-100 Gliwice

autor

Hrynkiewicz E.

• Politechnika Śląska, Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki, Instytut Elektroniki, ul. Akademicka 16, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Peng F.Z., Z-source inverter, Industry Applications Conference, 2002. 37th IAS Annual Meeting. vol. 2, 775-781, 2002
• [2] Peng F.Z., Z-source inverter, IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 39, issue: 2, 504-510, 2003
• [3] Rymarski Z., Bernacki K., The influence of the output impedance of the DC voltage source on the dynamic properties of the voltage source inverter for UPS system, Przegląd Elektr., vol. 89 no. 12, 82-85, 2013
• [4] Rymarski Z., Bernacki K., Influence of Z-Source outpu impedance on dynamic properties of single-phase voltage source inverters for uninterrupted power supply, IET Power El., vol. 7, no. 8, 1978-1988, 2014
• [5] Anderson J. and Peng F.Z., Four Quasi-Z-Source Inverters, IEEE Power Electronics Specialists Conference, PESC 2008. IEEE, 2743-2749, 2008
• [6] Yuan Li, Peng F.Z., AC Small Signal Modeling, Analysis and Control of Quasi-Z-Source Converter, 2012 IEEE 7th International Power Electronics and Motion Control Conference, China, 1848-1854, 2012
• [7] Miao Zhu, Kun Yu, and Fang Lin Luo, Switched Inductor ZSource Inverter, IEEE Trans. On Power Electronics, vol. 25, no. 8, 2150-2158, 2010
• [8] Miao Zhu, Kun Yu, and Fang Lin Luo, Topology Analysis of a Switched-Inductor Z-Source Inverter, 5th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 364-369, 2010
• [9] Itozakura H. and Koizumi H., Embedded Z-source Inverter with Switched Inductor, IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, Melbourne, 1342-1347, 2011
• [10] Adamowicz M., Strzelecki R., Peng F.Z., Guzinski J., Abu Rub H., New Type LCCT-Z-Source Inverters, 14th European Conf. on Power Electronics and Applications, Birmingham 2011, 1-10, 2011
• [11] Adamowicz M., LCCT-Z-Source inverters, 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering, 1-6, 2011
• [12] Siwakoti Y.P., Peng F.Z., Blaabjerg F., Poh Chiang Loh, Town G.E., Impedance-Source Networks for Electric Power. Conversion Part I: A Topological Review, IEEE Trans. o Power Electronics, vol. 30, no. 2, 699-715, 2015
• [13] Rymarski Z., Design method of single-phase inverters for UPS systems, International Journal of Electronics, vol. 96, issue 5, 521-535, 2009
• [14] Rymarski Z., Jednofazowe i trójfazowe inwertery napięcia stosowane w systemach UPS, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Monografia 238, Gliwice 2010
• [15] Bernacki K., Rymarski Z., Electromagnetic compatibility of the voltage source inverter for UPS depending on the PWM scheme type, IET Power Electronics, Accepted 08-Jan-2015
• [16] Rymarski Z., The discrete model of power stage of the voltage source inverter for UPS, International Journal of Electronics, vol. 98, no 10, 1291-1304, 2011
• [17] Galigekere V.P., Kazimierczuk M.K., Analysis of PWM ZSource DC-DC Converter in CCM for Steady State, IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. 59, no. 4, 854-863, 2012
• [18] Rajakaruna S., Jayawickrama L., Steady-State Analysis and Designing Impedance Network of Z-Source Inverters, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 57, No. 7, July 2010, 2483-2491
• [19] Micrometals Arnold Powder Cores 2012 Catalogue, Micrometals Inc. January 2012
• [20] Rymarski Z., Bernacki K., Different approaches to modelling single-phase voltage source inverters for uninterruptible power supply systems, IET Power Electronics, 2014, under review
• [21] Rymarski Z., Bernacki K., Dyga Ł., The Influence of the Properties of Magnetic Materials on a Voltage Source Inverter Control, 23rd IEEE Conf. on Control Applications, Antibes, France, 1127-1132, 2014
• [22] Kolano R., Kolano-Burian A., Polak M., Szynowski J., Application of Rapidly Quenched Soft Magnetic Materials in Energy-Saving Electric Equipment, IEEE Trans. on Magnetics, vol. 50, issue:4, 1-4, 2014