Modelling and analysis of matrix-reactance frequency converters using voltage source matrix converter and LF transfer matrix modulation method

• Autorzy: Fedyczak Z. , Szcześniak P.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie I analiza matrycowo-reaktancyjnych przemienników częstotliwości z przekształtnikiem matrycowym napięcia oraz o metodzie modulacji bazującej na niskoczęstotliwościowej macierzy przejścia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper deals with one aspect of three-phase matrix-reactance frequency converters (MRFCs) based on topologies of unipolar PWM AC matrix-reactance choppers (MRCs). In question, there are MRFCs using step-down matrix converters. The averaged state space models of MRFCs based on MRC topology with buck-boost I, Ćuk I, Zeta I and Zeta II topologies using LF transfer matrix modulation method are first of all described. Then analysis description of the steady and transient state properties of these MRFCs is presented. A two-frequency complex function method is applied for solving non-stationary averaged state space equations. The exemplary simulation and experimental test results are also presented to verify the theoretical ones.

PL

Artykuł dotyczy jednej z dwóch grup trójfazowych matrycowo-reaktancyjnych przemienników częstotliwości (MRPC) bazujących na topologiach jednobiegunowych matrycowo-reaktancyjnych sterowników prądu przemiennego (MRSPP). Są to MRPC z przekształtnikiem matrycowym napięcia. W artykule są opisane modele uśrednionych zmiennych stanu MRPC bazujące na MRSPP o topologii typu buck-boost I, Ćuk I, Zeta I oraz Zeta II. W tych MRPC jest stosowana metoda modulacji bazująca na niskoczęstotliwościowej macierzy przejścia. Następnie jest przedstawiony opis analizy właściwości omawianych MRPC w stanie ustalonym i nieustalonym. W analizie wykorzystano metodę dwuczęstotliwościowej funkcji zespolonej do rozwiązania niestacjonarnych równań uśrednionych zmiennych stanu. W celu weryfikacji wyników badań teoretycznych są również przedstawione przykładowe wyniki badań symulacyjnych i eksperymentalnych.

Słowa kluczowe

EN

AC/AC converter; matrix-reactance frequency converter; matrix converter; matrix-reactance chopper

PL

przekształtnik typu AC/AC; przemiennik częstotliwości; przekształtnik matrycowy; sterownik matrycowo-reaktancyjny

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 85, nr 8
• Strony: 138--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Fedyczak Z.

autor

Szcześniak P.

• Uniwersytet Zielonogórski, Instytut Inżynierii Elektrycznej,

Bibliografia

• [1] Venturini M., Alesina A., The generalized transformer: a new bidirectional sinusoidal waveform frequency converter with continuously adjustable input power factor, Conf. Record, PESC'80, (1980), 242-252
• [2] Ziogas P.D., Khan S.I. and Rashid M.H., "Analysis and design of forced commutated cydoconverter structures with improved transfer characteristics', IEEE Trans. Ind. Electronics, Vol. IE-33. pp. 271-280, Aug. 1986
• [3] Huber L., Borojevic D.. Space vector modulated three-phase to three phase matrix converter with input power factor correction, IEEE Trans, on Ind App/., 31 (1995), n.6, 1234-1246
• [4] 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
• [5] Casadei D., Serra G., Tanti A., Zaroi L., Matrix converter modulation sfrategies: a New general approach based on space-vector representation of switch state, IEEE Trans, on Ind. Electronics, 49 (2002), n.2, 370-381
• [6] Apap M., Clare J.C., Wheeler P.W., Bradley K.J., Analysis and comparison of AC-AC Matrix converter control strategies, Proc. ofPESC'2003, (2003), 1287-1292
• [7] Helle L., Larsen K.B., Jorgensen A.M., 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
• [8] 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
• [9] Kolar J.W., Friedii 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
• [10] Klumpner C., Pitic C., Hybrid matrix converter topologies: an exploration of benefits, IEEE PESC'08, pp. 2-8, Rhodes 2008
• [11] Kwon W.H., Cho G.H., Analyses of static and dynamic characteristics of practical step-up nine-switch converter, IEE. Proc.-B, 140(1993), n.2
• [12] 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
• [13] 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. Nacjonalnaja Akademia Nauk Ukrainy. Kijev 2000
• [14] Fedyczak Z., Szcześniak P., Study of matrix-reactance frequency converter with buck-boost topology, PELINCEC 2005, (2005), CD-ROM
• [15] Fedyczak Z., Szcześniak P., Klytta M., Matrix-reactance frequency converter based on buck-boost topology, 12th Conf. EPE-PEMC, (2006), 763-768, CD-ROM
• [16] 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
• [17] Fedyczak Z., Szcześniak P., Korotyeyev I., New family of matrix-reactance frequency converters based on unipolar PWM AC matrix-reactance choppers, (In Polish) Przegląd Elektrotechniczny nr 11/2008, pp. 308-315
• [18] Szcześniak P., Fedyczak Z., Klytta M., Modelling and analysis of a matrix-reactance frequency converter based on buck-boost topology by DQO transformation", Proc. of EPE-PEMC 2008, pp. 165-171, Poznan 2008
• [19] Fedyczak Z., Strzelecki R., Sozański K., Review of three-phase PWM AC transformer topologies and applications, Conf. Proc. of SPEDAM 2002, (2002), B5-19-24
• [20] Middlebrook R.D., Cuk S., A general unified approach to modelling switching-converter power stages, PESC76 Conf. Rec. (1976), 18-34
• [21] Korotyeyev I.Y., Fedyczak Z., Steadyand transient state modelling methods of matrix-reactance converter with buck-boost topology, COMPEL 28 (2009), n.3, 626 - 638
• [22] Kanaan H. Y. and AI-Hadad K., A comparison between three modeling approaches for computer implementation of high-fixed-switching-frequency power converters operating in a continuous mode, CCECE 2002 Conf. Winnipeg, Monitoba, Canada, May 12-15, 2002
• [23] Korotyeyev I., Fedyczak Z., Szcześniak P., Steady and Transient States Analysis of Matrix-Reactance Frequency Converter Based on Boost PWM AC Matrix-Reactance Chopper, Proceedings of the International School on Nonsinusoidal Currents and Compensation - ISNCC 2008
• [24] Fedyczak Z., Szcześniak P., Kaniewski J., Tadra G., Implementation of three-phase frequency converters based on PWM AC matrix-reactance chopper with buck-boost topology, EPE 2009, Barcelona 2009 (in progress)