Implementacja trójfazowych przemienników częstotliwości bazujących na topologii matrycowo-reaktancyjnego sterownika prądu przemiennego typu buck-boost

• Autorzy: Fedyczak Z. , Szcześniak P. , Tadra G.

Warianty tytułu

EN

Implementation of three-phase frequency converters based on PWM AC matrix-reactance chopper with buckboost topology

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł dotyczy trójfazowych matrycowo-reaktancyjnych przemienników częstotliwości (MRPC) bazujących na topologii jednobiegunowego matrycowo-reaktancyjnego sterownika prądu przemiennego (MRSPP) typu buck-boost. W tych MRPC jest stosowany przekształtnik matrycowy (PM) oraz jeden z zestawów łączników o konfiguracji synchronicznej. W artykule przedstawiono projekt oraz implementację dwóch MRPC bazujących na topologii sterownika matrycowo-reaktancyjnego (SMR) prądu przemiennego. Są to dwa z dziewięciu MRPC bazujących na topologiach unipolarnych SMR. W przedstawionej realizacji MRPC zastosowano (9+3) łączników dwubiegunowych oraz dwukierunkowych, w których zastosowano tranzystory typu IGBT. W układzie sterowania jest stosowana strategia sterowania bazująca na koncepcji niskoczęstotliwościowej macierzy przejścia (klasyczna strategia sterowania Venturiniego). Wprowadzono modyfikację tej strategii polegającą na stosowaniu przełączania PM w przedziale czasu, który jest częścią okresu sekwencji przełączeń. W omawianych MRPC zastosowano również cztero krokową strategię komutacji. W układzie sterowania są stosowane specjalizowane karty z procesorami typu DSP oraz elementami typu FPGA. Przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych modelu laboratoryjnego MRPC o mocy ok. 1 kVA w celu potwierdzenia wyników badań teoretycznych i symulacyjnych tych przekształtników.

EN

This paper deals with three-phase direct matrix-reactance frequency converters (MRFC) based on unipolar PWM AC matrix-reactance choppers (MRC). Each MRC with conventional topology has two synchronous-connected switches (SCS) sets. In the MRFC, unlike in the MRC topology, one of SCS sets is replaced by a matrix-connected switches (MCS) set in order to make possible of the load voltage frequency change. This paper presents a design and implementation of two of nine solutions of the MRFC which based on MRC with buck-boost topology. In proposed realizations (9+3) bipolar and bidirectional IGBT switches are used. A simple low frequency transfer matrix control strategy (modified classical Venturini control strategy) is applied to control of the voltage or current source MC. The modification depends on MC switching during time interval, which is a part of the sequence period. The for step current-direction-based commutation strategy is also used. The specialized DSP and FPGA cards are used in the control circuit realization. Experimental test results of ca 1 kVA laboratory model are presented to confirm the viability of the disscused MRFC solutions.

Słowa kluczowe

PL

przekształtnik matrycowy; przekształtnik AC/AC; MRFC

EN

AC/AC converter; frequency converter; matrix converter

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 86, nr 2
• Strony: 148--153
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Fedyczak Z.

autor

Szcześniak P.

autor

Tadra G.

• Uniwersytet Zielonogórski, Instytut Inżynierii Elektrycznej, ul. Podgórna 50, 65-246 Zielona Góra,

Bibliografia

• [1] Venturini M., Alesina A., The generalized transformer: a new bi-directional sinusoidal waveform frequency converter with continuously adjustable input power factor, Conf. Record, PESC’80, (1980), 242-252.
• [2] Huber L., Borojevic D., Space vector modulated threephase to three phase matrix converter with input power factor correction, IEEE Trans. on Ind Appl., 31 (1995), n.6, 1234- 1246.
• [3] Wheeler P.W., Rodriguez J., Clare J.C., Empringham L., Weinstejn A., Matrix converters: A technology review, IEEE Trans. on Ind. Electron., 49 (2002), n.2, 276-288.
• [4] Casadei D., Serra G., Tanti A., Zaroi L., Matrix converter modulation strategies: a New general approach based on space-vector representation of switch state, IEEE Trans. on Ind. Electronics, 49 (2002), n.2, 370-381.
• [5] Apap M., Clare J.C., Wheeler P.W., Bradley K.J., Analysis and comparison of AC-AC Matrix converter control strategies, Proc. of PESC’ 2003, (2003), 1287-1292.
• [6] Helle L., Larsen K.B., Jorgensen A.H., Munk- Nielsen S., Blaabjerg F., Evaluation of modulation schemes for three-phase to three-phase matrix converters, IEEE Trans. on Ind. Electronics, 51 (2004), n.1, 158–170.
• [7] Kolar J. W., Schafmeister F., Round S. D., Ertl H., Novel three-phase AC-AC sparse matrix converter, IEEE Trans. on Power Electronics, 22 (2007), n.5, 1649-1661.
• [8] Kolar J. W., Friedl i T., Krismer F., Round S. D., The essence of three-phase AC/AC converter system, Proc. of the 13th EPE-PEMC 2008, pp. 27–42. Poznan 2008.
• [9] Kwon W.H. , Cho G.H., Analyses of static and dynamic characteristics of practical step-up nine-switch convertor, IEE. Proc.-B, 140 (1993), n. 2.
• [10] Klumpner C., Pitic C., Hybrid matrix converter topologies: an exploration of benefits, IEEE PESC’08, pp. 2-8, Rhodes 2008.
• [11] Wijekoon T., Klumpner C., Zanchetta P., Wheeler P. W., Implementation of a hybrid AC/AC direct power converter with unity voltage transfer, IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 23, No. 4, pp. 1918-1926, July 2008.
• [12] Zinoviev G. S., Obuchov A. Y., Otchenasch W. A., Popov W. I., Transformer less PWM AC boost and buck-boost converters (In Russian), Technicznaja Elektrodinamika, T 2, pp.36-39. Nac. Akademia Nauk Ukrainy, Kijev 2000.
• [13] Fedyczak Z. , Szcześniak P., Study of matrix-reactance frequency converter with buck-boost topology, PELINCEC 2005, (2005), CD-ROM.
• [14] Fedyczak Z., Szcześniak P., Klytta M., Matrixreactance frequency converter based on buck-boost topology, 12th Conf. EPE-PEMC, (2006), 763-768, CD-ROM.
• [15] Fedyczak Z., Szcześniak P., Korotyeyev I., Generation of matrix-reactance frequency converters based on unipolar matrix-reactance choppers, Proc. of PESC’08, (2008), 1821-1827.
• [16] Fedyczak Z. , Szcześniak P., Korotyeyev I., New family of matrix-reactance frequency converters based on unipolar PWM AC matrix-reactance choppers, Proc. of EPEPEMC 2008, pp. 236 – 242, Poznań 2008.
• [17] Szcześniak P., Fedyczak Z, Klytta M. , Modelling and analysis of a matrix-reactance frequency converter based on buck-boost topology by DQ0 transformation“, Proc. of EPEPEMC 2008, pp. 165–171, Poznań 2008.
• [18] Korotyeyev I .Y., Fedyczak Z., Steady and transient state modelling methods of matrix-reactance converter with buck-boost topology, COMPEL 28 (2009), n.3, 626 – 638.
• [19] Szczesniak P., Modele matematyczne trójfazowych przemienników częstotliwości prądu przemiennego bazujących na topologii sterownika matrycowo-reaktancyjnego typu buckboost, SENE 2009, Łódź 2009.
• [20] ALFINEP.E.P., System uruchomieniowy ALS-G3-2368PCI wersja 0,41 - Opis techniczny, Poznań 2006.
• [21] Tadra G., Fedyczak Z., Szcześniak P., Implementacja przekształtnika matrycowego o modulacji wektorowej oraz czterostopniowej prądowej strategii komutacji, SENE 2009, Łódź 2009.