A Study of The Balancing Process in Multicell ac/ac Converter

• Autorzy: Stala R. , Mondzik A.

Warianty tytułu

PL

Proces równoważenia napięć w wielokomórkowym przekształtniku typu AC/AC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the experimental and simulation study of the balancing process forced by passive RLC circuit in a multicell ac/ac converter. The multicell ac/ac converter bases on the flying capacitor concept. Appropriate charging and reversing charge of the flying capacitors in the converter is necessary for its proper operation. This is achieved by application balancing circuit - a series RLC circuit connected at the converter output, that improves natural balancing process in the converter. The main issue is the correct choice of the balancing circuit characteristic impedance and the converter parameters (switching frequency, capacitances of cells capacitors) that allows maintaining a correct shape and proportion of voltages across cells capacitors at minimum balancing current.

PL

Artykuł prezentuje wyniki badań symulacyjnych i eksperymentalnych procesu balansowania za pomocą pasywnych obwodów RLC w wielokomórkowym przekształtniku typu AC/AC. Przekształtnik wielokomórkowy bazuje na koncepcji „flying capacitors”. Ładowanie i rozładowywanie kondensatorów jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania układu. Osiągnięto to poprzez obwód balansujący – szeregowy obwód PLC połączony na wyjściu przekształtnika. Główne zadanie polega na prawidłowym doborze charakterystyki impedancyjnej obwodu balansującego oraz parametrów samego przekształtnika (częstotliwości przełączeń, pojemności kondensatorów).

Słowa kluczowe

EN

AC/AC converter; multilevel converters; flying capacitor

PL

przekształtnik wielokomórkowy; obwód balansujący

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 85, nr 7
• Strony: 168--172
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., wykr., schem.

Twórcy

autor

Stala R.

autor

Mondzik A.

• Akademia Górnicz-Hutnicza w Krakowie, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] T. A. Meynard, H. Foch, P. Thomas, J. Courault, R. Jakob, M. Nahrstaedt, “Multicell Converters: Basics Concepts and Industry Applications”. IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 49, pp. 955-964, Oct. 2002.
• [2] T. A. Meynard, H. Foch, F. Forest, C. Turpin, F. Richardeau, L. Delmas, G. Gateau, T. A. Lefeuvre, “Multicell Converters: Derived Topologies”. IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 49, pp. 978-987, Oct. 2002.
• [3] S. Pirog S., R. Stala, “Selection of Parameters for a Balancing Circuit of DC-DC and AC-AC Multicell Converters”. 11th European Conference on Power Electronics and Applications, 11-14 September 2005 – Dresden, Germany, CD Proceedings.
• [4] R. H. Wilkinson, T. A. Meynard, H. du Toit Mouton,“Natural Balance of Multicell Converters: The Two-Cell Case”, IEEE Trans. Power Electron. Vol. 21, pp. 1649 - 1657, Nov. 2006.
• [5] S. Pirog, M. Baszynski, J. Czekonski, S. Gasiorek, A. Mondzik, A. Penczek, R. Stala, “Multicell DC/DC Converter with DSP/CPLD Control. Practical Results”, 12th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC 2006), Aug. 2006, pp: 677 – 682.
• [6] S. Pirog, „Przekształtniki wielokomórkowe”, Przegląd Elektrotechniczny, 9/2003 str. 537-543, (Polish).
• [7] H. du Toit Mouton,“Natural Balancing of Three-Level Neutral-Point-Clamped PWM Inverters”, IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 49, pp. 1017-1025, Oct. 2002.
• [8] G. Gateau, M. Fadel, P. Maussion, R. Bensaid, T. A. Meyard, “Multicell Converters: Active Control and Observation of Flying-Capacitor Voltages”. IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 49, pp. 998-1008, Oct. 2002.
• [9] C. Turpin, P. Baudesson, F. Richardeau, F. Forest, T. A. Meynard, “Fault Management of Multicell Converters”. IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 49, pp. 988-997, Oct. 2002.
• [10] B. P. Mc Grath, T. Meynard, G. Gateau, D. G. Holmes, “Optimal Modulation of Flying Capacitor and Stacked Multicell Converters Using a State Machine Decoder”, IEEE Trans. Power Electron. Vol. 22, pp. 508-516, March 2007.
• [11] R. Stala, „Stany awaryjne i obserwacja napięć na kondensatorach komórek przekształtnika wielokomórkowego dc/dc”, Przegląd Elektrotechniczny. 2005, 9, str. 16-24, (Polish).
• [12] R. Stala, „Analiza sterowania przekształtnika wielokomórkowego ac/ac na podstawie modelu zrealizowanego w układzie FPGA”, Przegląd Elektrotechniczny, 10.2007, p. 28 (Polish).
• [13] R. Stala, „Realizacja FPGA detekcji częstotliwości rezonansowej obwodu balansującego przekształtnikawielokomórkowego ac/ac z wykorzystaniem funkcji Walsha”, Przegląd Elektrotechniczny, 01.2008, p. 25-33 (Polish).
• [14] R. Stala, A. Mondzik, “Experimental study of a multicell AC/AC converter balancing circuit”, 13th International Power Electronics and Motion Control Conference, Poznań–Polska, 1 – 3 wrzesień, 2008.
• [15] Xiaoming Yuan, H. Stemmler, and I. Barbi, “Self-Balancing of the Clamping-Capacitor-Voltages in the Multilevel Capacitor-Clamping-Inverter under Sub-Harmonic PWM Modulation”, IEEE Trans. Power Electron, Vol. 16, pp. 256-263, March 2001.
• [16] Dae – Wook Kang, Byoung – Kuk Lee, Jae – Hyun Jeon, Tae – Jin Kim, and Dong - Seok Hyun, “A Symmetric Carrier Technique of CRPWM for Voltage Balance Method of Flying-Capacitor Multilevel Inverter, IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 52, pp. 879-888, June 2005.
• [17] L. Zhang and S. J. Watkins, “Capacitor voltage balancing in multilevel flying capacitor inverters by rule-based switching pattern selection”, IET Electr. Power Appl., 2007, 1, (3), pp. 339–347
• [18] R. Ruelland, G. Gateau, T. A. Meynard , J.- C. Hapiot, “Design of FPGA-based emulator for series multicell converters using co-simulation tools”, IEEE Trans. Power Electron. Vol. 18, pp. 455 - 463, Jan. 2003.
• [19] T. A. Meynard, M. Fadel, and N. Aouda, “Modeling of Multilevel Converters”, IEEE Trans. Ind. Electron, Vol. 44, NO. 3, JUNE 1997.
• [20] M. Aime , G. Gateau, and T. Meynard. “Implementation of a peak current control algorithm within a FPGA”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 53, NO. 6, NOV. 2006.
• [21] J. H. Youm, and B. H. Kwon, “Switching Technique for Current-Controlled AC-to-AC Converters”, IEEE Trans. Ind. Electron, Vol. 46, NO. 2, APRIL 1999.
• [22] D. Chen, “Novel Current-Mode AC/AC Converters With High-Frequency AC Link”, IEEE Trans. Ind. Electron, Vol. 55, NO. 1, JANUARY 2008.
• [23] S. Pirog, M. Baszynski, „Modelling a single phase multicell DC/AC inverter using FPGA”, Przegląd Elektrotechniczny, 2008 R. 84 nr 2 s. 84–87.
• [24] S. Pirog, M. Baszynski, J. Czekonski, S. Gasiorek, A. Mondzik, R. Stala, „Wielokomórkowy falownik napięcia: realizacja praktyczna”, Przegląd Elektrotechniczny, 2008 R. 84 nr 4 s. 47–53 (Polish).
• [25] M. Baszynski, A. Mondzik, „Wielokomórkowy falownik napięcia oparty o strukturę przekształtnika DC/DC”, Przegląd Elektrotechniczny, 2007 R. 83 nr 6 s. 71–74 (Polish).
• [26] M. Baszynski, S. Piróg, "Jednofazowy, trójkomórkowyprzekształtnik AC/DC z sinusoidalnym prądem linii zasilającej (część 1)",Przegląd Elektrotechniczny, 2009 R. nr 3, (Polish).
• [27] M. Baszynski, S. Piróg, "Jednofazowy, trójkomórkowyprzekształtnik AC/DC z sinusoidalnym prądem linii zasilającej (część 2)",Przegląd Elektrotechniczny, 2009 R. nr 4, (Polish).