The paper presents the control system and selected results of experimental tests of the AC/DC power converter consisting of an 18pulse diode rectifier based on coupled reactors and a serial active power filter. Proportional integral controllers with decoupling components are implemented in multiple reference frames for selective line current harmonic suppression. The regulator is provided with a backtracking anti-windup mechanism of sorts in which a signal proportional to the saturated control reference is subtracted from the error signal in each reference frame. The fundamental harmonic filter based on the DFT algorithm with phase correction is used for grid synchronization and current harmonic detection. Three configurations of the 15 kVA converter were tested experimentally and then compared: the 18-pulse diode rectifier with and without an additional grid reactor, and the rectifier integrated with an active power filter. The applied control method of active filter significantly reduces harmonic distortion and unbalance of the grid current, which is particularly advantageous under non-ideal supply voltage and low loads conditions.
Znanym zagadnieniem w jednofazowych falownikach napięcia jest pobieranie ze źródła napięcia stałego składowej przemiennej o częstotliwości dwukrotnie większej od częstotliwości generowanej przez falownik. Jednym z rozwiązań problemu jest stosowanie dużej baterii kondensatorów elektrolitycznych, lecz lepszym sposobem z punktu widzenia niezawodności i gęstości mocy przekształtnika jest stosowanie aktywnych układów odsprzęgania mocy. W pracy przedstawiono ideę aktywnego odsprzęgania mocy na przykładzie układu podwyższającego napięcie. Następnie zaprezentowano sposób doboru elementów obwodu odprzęgającego oraz przyjętą strategię sterowania. Zaproponowany model zweryfikowano w programie symulacyjnym oraz zaimplementowano w zbudowanym modelu laboratoryjnym falownika. W badaniach laboratoryjnych osiągnięto znaczną redukcję składowej prądu wejściowego o częstotliwości dwukrotnie większej od częstotliwości podstawowej falownika oraz sprawność powyżej 94%.
EN
In single-phase inverters the instantaneous output power contains a DC component and a double line frequency power oscillation. To cope with the issue of inducing a significant current and voltage ripples on the DC side, the most popular approach is to decouple DC and AC sides with a bulky bank of electrolytic capacitors. This method is however reducing the reliability, life-time and power density of a converter. Most recently active power decoupling methods are gaining popularity as an alternative approach to solve this issue. In this paper a film capacitor based active power decoupling method in a boost topology is presented. First of all, the methods of DC active power decoupling, the principle of decoupling in a boost topology and selection of decoupling circuit elements are given. Then, the proposed control strategy is described and verified by the simulation. Finally, a constructed prototype of the single-phase inverter is presented and measurements at 500 W output power are conducted. The obtained results proves the feasibility of the identified approach and also high power efficiency of 94% is achieved.
W artykule przedstawiono system sterowania oraz wybrane wyniki badań eksperymentalnych przekształtnika AC / DC składającego się z osiemnastopulsowego diodowego prostownika na bazie dławików sprzężonych i szeregowego energetycznego filtra aktywnego. Przebadano i porównano trzy konfiguracje przekształtnika o mocy 150kVA: (1) osiemnastopulsowy prostownik bez dodatkowych elementów, (2) prostownik z dodatkowym dławikiem sieciowym oraz (3) prostownik zintegrowany z szeregowym filtrem aktywnym. Zastosowana metoda sterowania filtrem aktywnym znacznie zmniejsza zniekształcenia harmoniczne oraz asymetrię prądów sieci, co jest szczególnie korzystne w przypadku niskich obciążeń i nieidealnego napięcia zasilającego.
EN
The paper presents the control system and selected results of experimental tests of the ac/dc power converter consisting of 18-pulse diode rectifier on the basis of coupled reactors and a serial active power filter. Three configurations of the 150kVA converter were tested experimentally and compared: 18-pulse diode rectifier with and without additional grid reactor and the rectifier integrated with the active power filter. The highest current harmonic distortion and asymmetry exists for individual operation of the rectifier. Connecting a supplementary grid reactor to a rectifier significantly reduces harmonic distortion and unbalance of the grid current, especially in the nominal load conditions. The 18-pulse diode rectifier integrated with S-APF outperforms other configurations in grid current balancing and harmonic suppression, which is particularly advantageous at low loads and non-ideal supply voltage. The integrated system has additional features like dc voltage regulation, low susceptibility to supply asymmetry and load changes.
W artykule zaprezentowano cztery źródła niedokładnej kompensacji harmonicznych prądu przez filtr aktywny. Są nimi: niedokładna synchronizacja z napięciem sieci zasilającej, opóźnienia wprowadzane w układzie sterującym, fluktuacje napięcia w obwodzie pośredniczącym oraz zniekształcenia napięć generowanych przez przekształtnik energoelektroniczny spowodowane głównie czasem martwym. W artykule przedstawiono wpływ zaproponowanych udoskonaleń algorytmu sterowania równoległym filtrem aktywnym na ograniczanie zniekształceń prądów sieciowych. Wszechstronne podejście do algorytmu sterowania równoległym filtrem aktywnym pozwoliło uzyskać unikalnie niską zawartość zniekształceń harmonicznych prądów pobieranych z sieci elektroenergetycznej.
EN
This paper addresses the main sources of grid current distortion in shunt active power filter applications and proposes efficient solutions to selected problems. This sources are: imperfect grid synchronization caused by the distortion in the grid voltages, time delays in the evaluation of grid voltages and computation of compensating currents, fluctuations of the dc bus voltage, and the distortion of inverter output voltages due to dead-time effects and related factors. The focus of the paper is on the assessment of the significance of the proposed improvements in the control algorithm for the reduction of harmonic distortion of grid currents. Experimental results show that in the investigated control system the most important algorithms are those concerning dead time compensation, load current prediction, suppression of dc voltage related distortions in reference currents and synchronization with the grid voltage. On the other hand less important variants are with a secondorder Butterworth filter instead of the moving average and predictive current controller without voltage prediction. Comprehensive approach to the compensation of grid current distortion in shunt active power filter systems allowed to obtain an exceptionally low THD (0,23 % for high currents).
Tematem artykułu są badania wysokonapięciowego tranzystora z azotku galu typu E-HEMT w aplikacji przekształtnika obniżającego napięcie typu buck. W pracy przedstawiono krótką charakterystykę i zalety półprzewodników szerokoprzerwowych, a także opis tranzystora GS66508P-E03 w obudowie do montażu powierzchniowego (SMD). Następnie poruszono problem chłodzenia łącznika mocy SMD i przeprowadzono badanie porównawcze dwóch układów chłodzenia. Wykazano, że zaproponowany układ jest ponad dwa razy bardziej wydajny niż zalecany przez producenta. W głównej części opracowania zaprezentowano wyniki pomiarów sprawności przekształtnika. Osiągnięto sprawność > 92 % dla układu twardo przełączającego o częstotliwości pracy 200 kHz. Tym samym potwierdzono możliwość budowania wysokosprawnych przekształtników z tranzystorami GaN.
EN
In this paper a brief description of wide-bandgap semiconductors is given. Particularly, advantages of a 650 V GaN EHEMT transistor GS66508P-E03 are shown. This power switch is experimentally evaluated in a synchronous buck with two transistors in a half bridge configuration. The experimental results show that GaN transistors have very low total losses even when operating at high frequencies. The efficiency over 92% is achieved at the frequency of 200 kHz with 5 A output current and output power at a rate of 310 W. Additionally, in this work two different cooling systems for surface mounted transistor are compared. In a prototype for thermal evaluation one transistor has the cooling system with thermal vias through the PCB and alternatively the second one has the cooling system with the copper stud. The proposed cooling system with the copper stud is proven to have the twice smaller thermal resistance than the system with thermal vias. Another advantage is that in the same conditions the transistor is cooler and has lower on-resistance, what decreases the power losses.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono kilka metod monitorowania stanu technicznego tranzystorów mocy, które są lub mogą być wbudowane w układy przekształtnikowe. Celem artykułu jest określenie aktualnego stanu badań na ten temat. Prezentowane metody przeznaczone są do monitorowania istotnych objawów starzenia modułów mocy: rozwarstwiania struktury modułu na skutek termomechanicznego zmęczenia stopu lutowniczego, uszkodzeń połączeń drutowych wewnątrz modułu oraz degradacji izolacji bramkowej.
EN
This paper presents several methods for condition monitoring of power transistors that are or can be embedded in power converters. The aim of this article is to determine the current state of research on that subject. The presented methods are designed to monitor important ageing effects encountered in power modules: structure delamination as a result of thermomechanical solder fatigue, wire-bond lift-off and gate insulation degradation.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono kompensację dwu zasadniczych zjawisk powodujących zniekształcenia prądów fazowych przekształtnika sieciowego. Pierwszym z nich są zniekształcenia napięcia sieci. W celu ich eliminacji zaproponowano uśrednianie za okres podstawowej harmonicznej uchybu regulatora napięcia obwodu pośredniczącego oraz predykcję napięcia sieci. Drugim natomiast są zniekształcenia napięć wyjściowych przekształtnika sieciowego. Zaproponowano w tym przypadku adaptacyjną metodę ich kompensacji.
EN
These paper presents compensation of the two main phenomena causing the distortion of the phase currents of the three-phase gridconnected inverter. The first phenomena are the grid voltage distortion. In order to eliminate them grid voltage prediction and averaging of the control error in the dc-link voltage are proposed. The second phenomena is the distortion of the inverter output voltage. In this case an adaptive compensation method is proposed.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono problem modulacji napięcia jako problem wyznaczania współrzędnych punktu figury lub bryły geometrycznej. Do wyznaczenia współczynników wypełnień w modulacji szerokości impulsów zastosowano funkcje kształtu elementu skończonego. Wskazano zalety takiego podejścia i możliwości uogólnienia algorytmu modulacji. Opisano algorytm modulacji dwufazowej SVPWM z kompensacją oscylacji napięcia niezrównoważenia z jednoczesną stabilizacją rozkładu napięć. Przedstawiono algorytm stabilizacji rozkładu napięć na kondensatorach obwodu pośredniczącego bazujący na kryterium energetycznym. Zamieszczono wyniki badań symulacyjnych.
EN
The modulation problem is discussed as a problem of geometric figure coordinates calculating. The shape functions based on feedforward modulation is presented. The proposed algorithm eliminates the influence of unbalance voltage on output currents in 3L-NPC. DC Voltage balancing method is based on minimum energy criteria is described also. The nodes' coordinates calculating algorithm is also explained. The example simulation results were presented.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Od początku powstania w 1991 r. niepodległego państwa białoruskiego silne wśród społeczeństwa były tendencje zachowania bliskiego związku gospodarczego i militarnego z Rosją I choć lata 1991-1994 były próbą budowy własnych struktur państwowych i wypracowania niezależnej pozycji Republiki Białoruś na arenie międzynarodowej, to jednocześnie utwierdzały część dotychczasowych powiązań z Rosją, w dużo większym stopniu niż było to np. w przypadku Ukrainy. W opinii zdecydowanej większości obywateli Białorusi wybór Aleksandra Łukaszenko na stanowisko prezydenta zagwarantować miał przyspieszenie procesów integracyjnych z Rosją Zwłaszcza w pierwszym okresie swojej prezydentury, skutecznie prowadził on politykę zbliżenia z Rosją wykorzystując jednocześnie słabą pozycję międzynarodową Rosji doby Jelcyna. zasadnicza zmiana nastąpiła jednak wraz z dojściem do władzy Władimira Putina, który pragną silniejszego uzależnienia Białorusi od Rosji. Ten typ polityki nie zyskał akceptacji Łukaszenki, który od 2005 r. rozpoczął równoważnie wpływów rosyjskich, poprzez poprawę stosunków z Unią Europejską Nie ulega jednak wątpliwości, iż są to działania koniunkturalne obliczone na zrównoważenie potęgi Moskwy, a nie faktyczne chęć zbliżenia się Białorusi do struktur Unii Europejskiej.
EN
Since inception in 1991, the independent Belarusian state was a strong tendency among the public behavior of a close economic and military connection with Russia and even years from 1991 to 1994 were an attempt to build its own state structures and to develop an independent position of the Republic of Belarus in the international arena, it also confirmed over part of existing ties with Russia, a much greater extent than was the case for example in Ukraine. In the vast majority of citizens of Belarus Alexander Lukashenko selection as president was to ensure the acceleration of integration processes with Russia, especially in the first period of his presidency, he successfully led the policy of rapprochement with Russia at the same time using a weak international position of Russia Yeltsin's day. However, a fundamental change occurred with the rise to power of Vladimir Putin, who want a stronger dependence of Belarus on Russia. This type of policy has not gained acceptance Lukashenko, who since 2005 has started Russian influence equivalently, by improving relations with the European Union no doubt, however, that these are cyclical activities calculated to balance the power of Moscow, not a real desire to get closer to the structures of the Union of Belarus the European Union.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono nową metodę monitorowania zużycia tranzystorów bipolarnych z izolowaną bramką (IGBT) bezpośrednio w układzie napędowym. Proponowana metoda przeznaczona jest do śledzenia dwóch istotnych objawów starzenia modułów IGBT: rozwarstwiania struktury modułu na skutek termomechanicznego zmęczenia stopu lutowniczego oraz uszkodzeń połączeń drutowych wewnątrz modułu. Monitorowana jest rezystancja cieplna między półprzewodnikiem a podstawą modułu oraz napięcie nasycenia kolektor-emiter IGBT.
EN
A novel on-drive method of monitoring the ageing effects in IGBT packs is presented. The presented solution is for monitoring of the two important ageing effects encountered in IGBT packs: structure delamination as a result of thermomechanical solder fatigue and wire-bond lift-off. The monitored quantities are the junction-to-case thermal resistance and the collector-emitter saturation voltage of IGBT.
Przedstawiono nową metodę detekcji i lokalizacji nieprzewodzenia tranzystorów w falownikach napięcia zasilających silniki indukcyjne małej mocy. Metoda bazuje na monitorowaniu wartości dwóch sygnałów diagnostycznych. Pierwszy z nich, wskaźnik braku przepływu prądu, wykorzystano w celu detekcji uszkodzeń. Drugi, stosunek wartości średniej prądu do wartości średniej bezwzględnej, zawiera informacje umożliwiające lokalizację uszkodzonych łączników. Tak zdefiniowane sygnały zapewniają poprawne wykrywanie i lokalizowanie pojedynczych i wielokrotnych uszkodzeń w ustalonych i przejściowych stanach pracy napędu.
EN
A novel method is presented for the detection and isolation of open-transistor faults in voltage-source inverters feeding low-power AC motors. The method is based on monitoring two diagnostic signals, one indicating sustained near-zero values of output current and thus permitting fault detection, the other permitting the isolation of the particular transistor which went faulty. The latter signal is the ratio of short-term DC component and its magnitude. The method proves to work reliably, enabling detection and isolation of all possible cases of single and multiple faults. It enjoys high immunity to transients and noise and requires no extra hardware on top of that normally used for basic control purposes.
Przedstawiono zastosowanie metody adaptacyjnej w przypadku zmiennej wartości częstotliwości nośnej. Metoda adaptacyjna umożliwia automatycznie dopasowanie parametrów kompensacji do aktualnych parametrów falownika i obciążenia, np. po zmianie przewodu łączącego falownik z obciążeniem. Adaptacja do nowych warunków polega na dostrajaniu wartości parametrów zależności opisującej napięcie błędu w funkcji prądu fazowego.
EN
This paper discusses the use of self-tuning dead-tune compensation method for voltage-source inverters in the case of variable carrier frequency. The tuning, performed real-time, relies on parameter selection of a generic compensation characteristic Experimental results illustrates the effect of the considered compensation on the linear and harmonic distortion. The approach enjoys a capability of self-tuning to the plant properties and offers high quality of the resultant compensation for both constant and variable carrier frequency.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono nową metodę detekcji i lokalizacji uszkodzeń tranzystorów w falownikach napięcia zasilających silniki indukcyjne. Jako zmienną diagnostyczną wykorzystano stosunek wartości składowej stałej do amplitudy podstawowej harmonicznej prądu obciążenia. Tak zdefiniowana zmienna zapewnia poprawne wykrywanie i lokalizację uszkodzeń zarówno w stanie ustalonym, jak i w stanach przejściowych. Proponowana metoda została zweryfikowana za pomocą badań symulacyjnych i eksperymentów laboratoryjnych.
EN
A novel approach is presented to the detection and localization of semiconductor faults in VSI-fed induction motor drives. It is based on the use of DC-to-fundamental ratio of the motor current as the diagnostic variable. The method has proved to reliably detect true faults, while not issuing false alarms under steady-state and transient conditions. The method has been validated by both simulation and laboratory experiments.
W artykule przedstawiono nową metodę diagnostyki falownikowego układu napędowego z silnikiem indukcyjnym, umożliwiającą wykrywanie i identyfikację uszkodzeń falownika napięcia, polegających na braku przewodzenia jednego z łączników. Istotą metody jest monitorowanie poziomów sygnałów diagnostycznych w trzech fazach falownika. Sygnał diagnostyczny zdefiniowano jako iloraz sumy wartości maksymalnej i minimalnej współczynników aproksymacji jednopoziomowej transformaty falkowej prądu do różnicy tychże wartości. Współczynniki aproksymacji reprezentują składową wolnozmienną prądu, obliczenia na ich wartościach szczytowych wykonywane są tylko raz na okres podstawowej harmonicznej prądu falownika. Użycie tak skonstruowanych sygnałów diagnostycznych pozwala na zastosowanie stałych progów detekcji, niezależnie od punktu pracy napędu.
EN
This paper describes a novel approach to the detection and localization of an open transistor faults in VSI-fed AC drives. For each phase current, one-stage discrete wavelet transform was performed. A sum and difference from the minimum and maximum values of approximation coefficients was calculated once within voltage fundamental period. The sum-to-difference ratio was used as the diagnostic variable. This choice allow simplifying the detection algorithm by introducing a constant detection threshold. The method has proved to reliably detect true faults, while not issuing false alarms under transient conditions. The method has been validated by simulation.
W artykule opisano możliwości realizacji komunikacji między komputerem osobistym a procesorem sygnałowym TMS320C6711 firmy Texas Instruments. Scharakteryzowano własności karty uruchomieniowej ze zmiennoprzecinkowym procesorem sygnałowym TMS320C6711 pod kątem zastosowań dydaktyczno-naukowych. Przedstawiono przykłady praktycznych rozwiązań procedur komunikacyjnych, utworzonych w środowiskach programistycznych Visual C++ oraz LabView, w systemach cyfrowego przetwarzania sygnałów. Omówiono szerzej realizację komunikacji z wykorzystaniem protokołu RTDX (ang. Real Time Data Exchange). Opisano możliwości oprogramowania transmisji między komputerem PC a procesorem sygnałowym TMS320C6711 używając bibliotek dołączanych dynamicznie (DLL), klasy obiektów lub gotowych elementów środowiska SIMULINK. Zaprezentowane rozwiązania są interesującym elementem, który mógłby zostać wykorzystany w ramach zajęć z cyfrowego przetwarzania sygnałów.
EN
In this paper the implementation of communication method between personal computer (PC) and digital signal processor (DSP) TMS320C6711 from Texas Instruments is presented. Properties of development starter kit (DSK) and on board floating point DSP TMS320C6711 are characterized regarding their applications for educational and scientific purposes. It contains examples of practical communication procedures solutions, created in programming environments such as MS Visual C++ and LabView in the digital signal processing systems. The use of the RTDX protocol for communication implementation is deeply covered, as well as the possibilities of implementing the transmission between the PC and the TMS320C6711 digital signal processor. The transmission is programmed using dynamic link libraries (DLL), custom classes or common SIMULINK components. The solutions presented above can be: very useful during lectures or other teaching activities on digital signal processing.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Rozruch silnika indukcyjnego przeprowadzany przez bezpośrednie przyłączenie do sieci zasilającej charakteryzuje się dużą wartością prądu rozruchowego, osiągającego od 5 do 8 razy większe wartości od prądu znamionowego. Jest to skutkiem niewielkiej impedancji silnika w stanie spoczynku. W miarę wzrostu prędkości obrotowej prąd maleje, ale przez cały czas trwania rozruchu jest większy od prądu znamionowego. Powoduje to powstawanie zakłóceń w sieci zasilającej oraz w przyłączonych do niej innych odbiornikach.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.