Thesis /

ROMDOC-THESIS-2016-160

Tehnici eficiente de modulație PWM pentru convertoare electronice de putere

Roşu, Ştefan-George
2012-09-28

Abstract: Abstract Tendințele actuale la nivel global urmăresc creşterea eficienței energetice a convertoarele electronice de putere. În această lucrare se urmăreşte creşterea eficienței metodelor de modulație PWM pentru convertoarele electronice de putere DC-AC trifazate prin compensarea sau minimizarea efectelor nedorite ale metodelor de modulație asupra invertorului şi a sarcinii, creşterea amplitudinii componentei fundamentale a tensiunii de ieşire, precum şi minimizarea amplitudinii componentelor spectrale cu frecvență apropiată de frecvența fundamentalei. Astfel sunt evidențiate principalele metode de modulație PWM utilizate la ora actuală precum şi indicii de performanță necesari în analiza lor. Este propusă o metodă de estimare a impactului pe care îl are frecvența de comutație asupra sarcinii, din punct de vedere al puterii disipate, în scopul eficientizării sistemului convertor-sarcină. Pentru alegerea unor comutatoare electronice cu parametri adecvați, este introdusă o metodă novatoare care urmăreşte obținerea modelului de pierderi de putere al tranzistoarelor IGBT montate în convertor, obținându-se astfel o estimare precisă a puterii disipate. Neliniaritățile introduse de convertor generează armonice care scad eficiența sistemului. Pentru minimizarea acestor armonice este propusă o metodă de identificare a neliniarităților introduse de convertor în tensiunea de ieşire. Metoda de modulație PWM cu eliminare selectivă de armonice oferă performanțe superioare dar necesită rezolvarea unui sistem de ecuații transcendente. Folosind Funcțiile Walsh şi Haar se poate obține un sistem liniar de ecuații. Pentru îmbunătățirea performanțelor metodelor de modulație cu Funcții Walsh este propusă folosirea tehnicii injecției de armonice pentru a creşte amplitudinea componentei fundamentale din tensiunea de ieşire a convertorului. Deoarece în cazul metodei de modulație PWM cu eliminare selectivă de armonice, pentru forma de undă bipolară simetrică, odată cu creşterea numărului de unghiuri de comutație creşte şi numărul de soluții, este propus algorimul evolutiv „Differential Evolution” modificat pentru a găsi toate soluțiile într-o singură etapă, fără a rezolva un sistem de ecuații. Metodele de modulație cu purtătoare modulată pot avea performanțe superioare la frecvențe mici de comutație. Sunt prezentate două metode de modulație: cu purtătoare triunghiulară modulată în frecvență şi cu purtătoare sinusoidală cu referință trapezoidală. Aceste metode sunt analizate în vederea determinării punctului optim de funcționare, îndeplinirea standardelor de conectare la rețea şi lățimea minimă a impulsului. Pentru implementarea practică a metodelor de modulație au fost proiectate mai multe modulele hardware: un invertor complet de mică putere, un convertor trifazat cu modul de putere inteligent integrat, IPM, un modul de putere cu tranzistoare discrete precum şi traductoare de curent şi tensiune. Abstract Recent global trends are to improve the efficiency of the electronic power converters. In this thesis the efficiency of the pulse width modulation (PWM) techniques for DC-AC three-phase electronic power converters is improved by the compensation or minimization of the unwanted effects introduced by the PWM in the converter and load, obtaining a fundamental component with a higher amplitude and minimization of the spectral components with a frequency close to the fundamental one. The main PWM techniques currently used are presented along with the performance indicators needed to analyze them. A method of estimation of the impact the switching frequency has on the load from the point of view of the dissipated power is proposed in order to improve the efficiency of the system. A novel method for power loss model identification of the IGBT transistors is proposed, used on the assembled converter, in order to obtain precise power loss estimation. Nonlinearities introduced by the converter generate harmonics with negative impact on the system efficiency. For the minimization of the nonlinearities in the output voltage, a novel method of their identification and compensation is proposed. The selective harmonic elimination PWM (SHEPWM) technique has superior performances but requires solving a transcendental equation system. Using Walsh and Haar Functions, a linear equation system can be obtained. In order to improve the performance of the Walsh Function based modulation method, the use of the harmonic injection technique is proposed, increasing the fundamental amplitude in the output voltage of the converter. For the bipolar waveform with quarter wave symmetry, the number of solutions increases if the number of switching angles is large. A modified „Differential Evolution” algorithm is proposed that can find all the solutions in a single run without solving an equation system. Recent PWM methods with modulated carrier can have superior performances at low switching frequencies. Two such methods are presented: with a frequency modulated triangular carrier waveform and with a sinusoidal carrier waveform and a trapezoidal reference. These methods are analyzed in order to determine the optimum operating point, fulfillment of the grid connection requirements and minimum pulse width. For the practical implementation of the PWM techniques and proposed methods, a number of hardware modules have been designed and built: a complete low power DC-AC converter with a modular structure, a three-phase power stage with an intelligent power module (IPM), a power stage with two discrete IGBT transistors, current transducers and voltage probes.

Keyword(s): Convertoare de putere -- Teză de doctorat ; Modulaţia impulsurilor în durată -- Teză de doctorat ; Electronică industrială -- Teză de doctorat
OPAC: See record in BC-UPB Web OPAC
Full Text: see files

Similar records

 

People who viewed this page also viewed:

(255)  Optimizarea conceptuală şi operaţională a instalaţiilor chimice multiscop - Voinescu, Sorin - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2003-000000054 (240)  Managementul congestiilor în sistemele electroenergetice în prezenţa surselor regenerabile - Boambă, Claudia-Elena - ROMDOC-THESIS-2021-2325 (236)  Studiul procesului de măcinare a nutreţurilor concentrate în morile cu ciocane - Păun, I. Anişoara - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2004-000000319 (236)  Cercetări privind monitorizarea, diagnosticarea şi modelarea generatoarelor sincrone din centralele electrice - Catrinoiu, Mircea - ROMDOC-THESIS-2017-1371 (236)  Tehnologiile informării şi comunicării : suport de curs - Curta, Olimpia - ROMDOC-BOOK-2007-005

 

Rate this document:

Be the first to review this document.

Discuss this document:

Start a discussion about any aspect of this document.