EE 8407 Power Converter Systems Topic 10 Graduate

EE 8407 Power Converter Systems Topic 10 Graduate Course EE 8407 Bin Wu Ph. D, PEng Professor ELCE Department Ryerson University Contact Info Office: ENG 328 Tel: (416) 979 -5000 ext: 6484 Email: bwu@ee. ryerson. ca http: //www. ee. ryerson. ca/~bwu/ Ryerson Campus Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 1

EE 8407 Тема 10 Topic 10 ШИМ Выпрямители источника тока С разрешения Rockwell Automation ШИМ CSI fed MV drive Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 2

EE 8407 ШИМ Выпрямители источника тока Topic 10 Темы лекции • Одноместный мостовой выпрямитель • Двойной мостовой выпрямитель • Контроль коэффициента мощности • LC резонанс и активное демпфирование Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 3

EE 8407 Topic 10 Одноместный мостовой выпрямитель • Схема преобразователя • коммутационные устройства: Симметричный GCT (коммутируемый по затвору тиристор) • функции Cf : Помощь GCT переключаться; Для уменьшения линии тока. Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 4

EE 8407 Topic 10 Одноместный мостовой выпрямитель • Выпрямитель входного сигнала тока • Ограничения переключения в исходной схеме: - постоянный ток id не должен прерываться - форма сигнала iw должна быть четко определена • Для устранения двух гармоник необходимы 3 независимых угла и индекс модуляции должен быть регулируемым Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 5

EE 8407 Topic 10 Одноместный мостовой выпрямитель • Переключение углов • Обходной (пренебрегаемый) импульс(BP) - позволяет регулировать iw Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 6

EE 8407 Topic 10 Одноместный мостовой выпрямитель • углы переключения в зависимости ma (избавление от 5 ой и 7 ой гармоники) Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 7

EE 8407 Topic 10 Одноместный мостовой выпрямитель • распределение гармоник (избавление от 5 ой и 7 ой гармоники) Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 8

EE 8407 Topic 10 Одноместный мостовой выпрямитель • Графики сигналов (избавление от 5 ой и 7 ой гармоники) Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 9

EE 8407 Topic 10 Одноместный мостовой выпрямитель • Экспериментальные данные ma = 0. 7 ma = 0. 95 график A: ток в переключатель S 1 график B: выпрямитель входного тока iw график C: график тока is Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 10

EE 8407 Single Bridge Rectifier Topic 10 • Dual-Bridge Topology • Use 12 -pulse transformer to cancel the 5 th and 7 th harmonics • Use PWM to eliminate the 11 th and 13 th harmonics • The lowest harmonic in the line current is the 17 th • Very low line current harmonic distortion Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 11

EE 8407 Topic 10 Одноместный мостовой выпрямитель • углы переключения BP BP • Обходной (пренебрегаемый) импульс(BP) - позволяет регулировать iw • селективная модуляция ШИМ– ликвидирует • 11 ую and 13 ую гармоники Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 12

EE 8407 Dual Bridge Rectifier Topic 10 • Switching Angles versus md Switching pattern A Switching pattern B (11 th and 13 th harmonic elimination) Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 13

EE 8407 Dual Bridge Rectifier Topic 10 • Harmonic Profile (11 th and 13 th harmonic elimination) Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 14

EE 8407 Dual Bridge Rectifier Topic 10 • Experimental Waveforms Modulation index: 0. 5 Modulation index: 0. 9 i. A - line current on transformer primary side is - line current on transformer secondary side Trace C: iw - rectifier input current Trace A: Trace B: Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 15

EE 8407 Управление коэффициентом мощности Topic 10 • Векторная диаграмма • Наличие Cf приводит к изменению коэффициента мощности • Управление углом сдвига приводит к уменьшению коэффициента мощности • Для увеличения коэффициента мощности, используйте амплитудную модуляцию совместно с управлением угла сдвига Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 16

EE 8407 Управление коэффициентом мощности Topic 10 • Блок схема Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 17

EE 8407 Управление коэффициентом мощности Topic 10 • Зависимость коэффициента мощности от индекса амплитудной модуляции. С использованием угла сдвига и без. Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 18

EE 8407 Управление коэффициентом мощности Topic 10 • Эксперименты (a) Переходный процесс (б) Формы волн в установившемся режиме (PF = 1) Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 19

EE 8407 LC Resonances and Active Damping Topic 10 • LC Resonance Resonant Mode: Resonance may be excited by - Supply voltage harmonics - Rectifier current harmonics Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 20

EE 8407 LC Resonances and Active Damping Topic 10 • Passive and Active Damping • Passive damping: Rp – physical damping resistor • Active damping: - no physical resistor - damping current ip is produced by CSR via ma control - ip is in phase with vc Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 21

EE 8407 LC Resonances and Active Damping Topic 10 • Block Diagram of Active Damping Control Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 22

EE 8407 LC Resonances and Active Damping Topic 10 • Simulated Waveforms Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 23

EE 8407 LC Resonances and Active Damping Topic 10 • Measured Waveforms Without Active Damping - Rectifier input current - Line current - Capacitor voltage With Active Damping - Rectifier input current - Line current - Capacitor voltage Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 24

EE 8407 LC Resonances and Active Damping Topic 10 • Steady-State Waveforms Without Active Damping No active damping control LC resonance tuned exactly to the 5 th harmonic (worst case) Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 25

EE 8407 LC Resonances and Active Damping Topic 10 • Line Current THD No active damping control Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 26

EE 8407 LC Resonances and Active Damping Topic 10 • Steady-State Waveforms With Active Damping With active damping control LC resonance tuned exactly to the 5 th harmonic (worst case) Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 27

EE 8407 LC Resonances and Active Damping Topic 10 • Line Current THD With active damping control Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 28

EE 8407 Topic 10 Textbook: Bin Wu, ‘High-Power Converters and AC Drives’, Wiley - IEEE Press, 2006 29