Káosz elméleti kutatás véges számú teljesitmény kapcsolókat tartalmazó, nemlineáris. dinamikus, szabályozott rendszerekben = Research with Chaos Theory in Nonlinear, Dynamic, Feedback Controlled Systems Containing Finite Number of Power Switches

A kutatás négy témakörben folyt. Kaotikus tartományban működő nemlineáris villamos hajtás stabilis trajektóriára állítása témában a legfontosabb eredmény az volt, hogy a motor árammal arányos jelhez külső periodikus fűrészfog alakú jelet adva el lehetett érni a jel meredekségének megváltoztatásával, hogy a rendszerre ható külső jelek (terhelő nyomaték, tápfeszültség, fordulatszám alapjel) terének egy általunk megválasztott széles tartományában a rendszer stabilis maradjon, míg ugyanitt a fűrészfog alakú jel nélkül a rendszer kaotikus, labilis állapotba került. A megújuló energiák témában az ultranagy fordulatszámú gép szabályozásával, egy új kombinált napelem-termikus rendszer elméleti, szimulációs és kísérleti vizsgálatával és a mikrogridek feszültségszabályozásával foglalkoztunk. A pulzus szélesség modulációs eljárásokkal kapcsolatban egyes irodalmi állításokkal szemben bizonyítottuk, hogy jelentős egyenáramú komponens is felléphet. Francia, olasz és japán kooperációban végzett kutatás során a konverterek által generált harmonikusokat csökkentő két módszert dolgoztuk ki. Az eredményeket 45 cikkben publikáltuk. Egy kivételével valamennyi angol nyelvű és három kivételével valamennyi külföldön jelent meg Európa, Amerika, Ázsia és Afrika országaiban. | The research has had four topics. The most important result in the topic dealing with the connection to a stable orbit of a chaotic trajectory of nonlinear electrical drive operating in chaotic region was as follows: The system remain stable in wide range of the input signals (load torque, supply voltage, speed reference signal) selected by us provided that, the slope of an input periodical saw tooth signal added to the signal proportional to the motor current has been change. Otherwise the system remained operating in chaotic state without the application the saw tooth signal. In the renewable energy topic the control of ultra-high speed machine and the theoretical and simulation, test of the new combined solar-thermal system as well as voltage control of micro-grids were the research fields. Contrary to the statements found in the relevant literature dealing with the pulse width modulation it has been proved that considerable amount of DC-DC current can be generated. Two methods for suppressing harmonics generated by the electrical energy conversion have been developed in French, Italian, and Japanese cooperation. The research results have been published in 45 papers. All of them but one was written in English and they were published outside of Hungary in Europe, Asia, America, and Africa except three of them

Simulation of Processes in Dual Three-Phase System on the Base of Four Inverters with Synchronized Modulation

Novel method of space-vector-based pulse-width modulation (PWM) has been disseminated for synchronous control of four inverters feeding six-phase drive on the base of asymmetrical induction motor which has two sets of windings spatially shifted by 30 electrical degrees. Basic schemes of synchronized PWM, applied for control of four separate voltage-source inverters, allow both continuous phase voltages synchronization in the system and required power sharing between DC sources. Detailed MATLAB-based simulations show a behavior of six-phase system with continuous and discontinuous versions of synchronized PWM

Basic schemes of synchronized pulsewidth modulation for cascaded inverters of drive system with two DC-sources

Continuous and discontinuous schemes of synchronized pulsewidth modulation (PWM) have been applied for control of an open-end winding motor drive fed by cascaded inverters supplied by two dc-sources with non-equal voltages. Simulations illustrate behavior of these systems with algorithms of synchronized PWM. Spectra of multilevel phase voltage of open-end winding motor drives with synchronized PWM do not contain even harmonics and sub-harmonics during the whole control range, which is especially important for the medium-power and high-power systems.Представлены результаты исследования и моделирования режимов работы системы электропривода на базе асинхронного электродвигателя с разомкнутыми обмотками, подключенными к сдвоенным инверторам напряжения с синхронной модуляцией непрерывного и прерывистого типа, питающихся от двух изолированных источников постоянного напряжения. Показано, что в спектре многоуровневого фазного напряжения подобных систем с алгоритмами синхронной широтно-импульсной модуляции на всем диапазоне регулирования отсутствуют четные гармоники и субгармоники, что представляется особенно важным для преобразовательных систем повышенной мощности.Представлено результати дослідження та моделювання режимів роботи системи eлектроприводу на базі асинхронного електродвигуна з розімкненими обмотками, які підключено до подвоєних інверторів напруги з синхронною модуляцією неперервного та пeреривчастого типу, що живляться від двох ізольованих джерел постійного струму. Показано, що у спектрі багаторівневої фазної напруги таких систем з алгоритмами синхронної широтно-імпульсної модуляції у всьому діапазоні регулювання відсутні парні гармоніки та субгармоніки, що є найважливішим для перетворювальних систем підвищеної потужност

Synchronous Pulse Width Modulation with Low Frequency Modulation Index in Permanent-Magnet Machine Drive

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2016. 2. 하정익.교류 전동기는 유지 및 보수비용이 많이 드는 직류 전동기의 정류자와 브러쉬를 제거할 수 있지만, 전동기 구동을 위해서는 교류전압이 필요하다는 단점을 가진다. 하지만 반도체 소자 및 마이크로프로세서의 비약적인 발전으로 교류 전압의 합성이 용이해져, 벡터제어 기법을 이용한 교류 전동기 제어방식이 널리 사용되기 시작했다. 최근, 설치형 가전뿐만 아니라 휴대용기기나 자동차 분야까지 확장되고 있다. 특히, 이동이 요구되는 분야에서 교류전동기를 사용할 경우 무게와 부피 최소화가 필수적이기 때문에 고속전동기가 주로 사용된다. 고속전동기는 높은 운전속도로 인해 수kHz이상의 높은 출력 주파수를 필요로 하기도한다. 하지만, 반도체 소자의 제한된 스위칭 주파수 조건 때문에 합성전압의 기본파 주파수를 증가시키는데 한계가 존재한다. 일반적으로 사용되는 고정 스위칭 주파수를 가지는 Space Vector PWM(SVPWM)방법은 출력전압 기본파 주파수 대비 스위칭 주파수 비율, 즉 주파수 합성비율이 충분히 높지 못할 경우 기본파 주파수 성분 이외의 고조파 성분의 크기가 상대적으로 커진다. 따라서 제한된 스위칭 주파수 조건에서 높은 주파수의 기본파 전압을 합성하기 위해서는 새로운 전압합성 방식이 필요하다. 대용량 시스템에서도 필요한 기본파 주파수의 크기는 상대적으로 작지만 스위칭 주파수가 수백 Hz로 제한되기 때문에 고속전동기 구동시스템과 동일한 문제에 봉착하게 된다. 이를 해결하기 위해 대용량 시스템에서는 최적 PWM을 이용한 궤적추적 방식과 동기 PWM 방법이 제안되었다. 하지만 이 방식은 기본적으로 정상상태 운전조건을 기준으로 최적의 스위칭 인가시간을 계산하기 때문에, 제어 동특성이 나쁘고, 방대한 양의 오프라인 계산과 디지털 제어기 내에 많은 데이터 저장공간이 필요하다. 동기 PWM 방법이 제안되기도 하였지만, 유도 전동기의 V/F 제어등과 같이 개루프(open loop) 제어에만 제한적으로 사용되었다. 따라서 본 논문은 동기 PWM방법을 폐루프(closed loop)제어방식에 적용하여 six-step운전을 포함한 모든 속도영역에서 사용 가능한 영구자석 동기전동기 구동전략을 제안한다. 전압벡터 인가 방향에 따른 일반화된 평균 전압크기 수식을 유도하였으며, 이를 바탕으로 샘플링 주기 단위로 전압을 합성하는 방법을 제안한다. 출력 기본파 주파수에 비해 낮은 스위칭 주파수를 가지는 동기 PWM방법을 전동기 구동에 적용하고자 가변 샘플링 방식을 사용하였으며, 매번 변화하는 샘플링 주기로 인해 발생하는 전압오차를 분석하고 이를 보상하기 위한 방법을 제안하였다. 샘플링 횟수와 전압 합성전략에 따른 출력전압의 고조파 분석을 실시하였다. 이를 바탕으로 단위 섹터당 서로 다른 샘플링 횟수를 가지는 전압 합성방법들 간의 절환전략을 제안하고, 고정 샘플링 시스템에서 가변 샘플링 시스템으로의 전환 알고리즘을 제안하였다. 또한 가변 샘플링을 이용한 동기 PWM방법은 약자속운전 영역에서 six-step 운전에도 적용할 수 있음을 보였다. 모의실험 및 실험을 통해 제안된 가변 샘플링을 이용한 동기 PWM방법은 고정 샘플링을 이용한 전압 합성방법에 비해 낮은 주파수 합성비율 조건에서도 출력전류 및 토크맥동을 크게 저감 할 수 있음을 보였다. 제안된 가변 샘플링을 이용한 동기 PWM방법은 일반화된 수식을 통해 전압합성을 위한 지령값을 쉽게 구할 수 있어 필요한 오프라인 계산이 최소화되고 참조표를 사용하지 않기때문에 간단히 구현할 수 있다. 따라서 데이터 저장과 계산량에 대한 부담이 적기 때문에 최적 PWM을 이용한 궤적추정 방식에 비해 손쉽게 적용할 수 있는 방법이다. 특히 이 방법은 약자속 운전영역에서 six-step운전시, 고정 샘플링의 전압합성을 이용한 전동기 제어방법에 비해 정상상태 성능 및 과도상태 성능이 뛰어나다는 장점을 가진다.제 1 장 서론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 연구 목적 5 1.3 논문의 구성 6 제 2 장 낮은 주파수 변조지수에서의 전동기 구동 9 2.1 일반적인 3상 2레벨 전압형 인버터의 전압합성 9 2.1.1 스위칭 동작에 따른 출력 전압 9 2.1.2 전압 변조 방식 12 2.1.3 합성된 상전압의 고조파 특성 19 2.1.4 주파수 변조지수가 낮은 경우의 주파수 특성 22 2.2 고정 샘플링 SVPWM을 이용한 전동기 구동 24 2.2.1 고정 샘플링 전류제어 시스템 24 2.2.2 주파수 변조지수가 낮을 때의 전동기 구동 – 선형변조영역 28 2.2.3 주파수 변조지수가 낮을 때의 전동기 구동 – 약자속 운전영역 30 2.3 기존의 동기전압 합성방법 39 2.3.1 최적 PWM 방법 39 2.3.2 최적 샘플링 주기 설정 방법 41 2.3.3 동기 PWM 방법 41 2.4 기존의 동기전압 합성방법을 이용한 전동기 제어 54 2.4.1 동기 PWM방법을 이용한 open loop 제어 54 2.4.2 최적 PWM을 이용한 전동기 구동 56 2.4.3 가변 샘플링을 이용한 six-step 운전 65 2.5 예측제어기를 이용한 전동기 구동 76 2.5.1 고정된 샘플링 주기를 가지는 전류 예측 제어기 76 2.5.2 히스테리시스 기반의 모델 예측제어기 80 2.6 기존 방식의 한계 83 제 3 장 동기 PWM을 통해 합성된 전압 85 3.1 합성된 전압의 동기좌표계 평균값 85 3.1.1 연속 및 불연속 스위칭 방식에서의 위치각 및 유효벡터 92 3.1.2 연속 스위칭 - 정방향 벡터인가 순서조합 ZX, X, Y, ZY 95 3.1.3 연속 스위칭 - 역방향 벡터인가 순서조합 ZY, Y, X, ZX 98 3.1.4 불연속 스위칭 - 정방향 벡터인가 순서조합 ZX, X, Y, X, Y, ZY 100 3.1.5 불연속 스위칭 - 역방향 벡터인가 순서조합 ZY, Y, X, Y, X, ZX 101 3.1.6 경계 샘플링 방식 – 경계 벡터인가 순서조합 ZX, X, ZX 102 3.1.7 경계 샘플링 방식 – 경계 벡터인가 순서조합 X, ZX, X 104 3.1.8 경계 샘플링 방식에서의 연속 및 불연속 스위칭 106 3.2 샘플링 횟수 별 최대 합성전압 107 3.2.1 연속 및 불연속 스위칭 방식에서의 최대 합성 전압 107 3.2.2 경계 샘플링 방식에서의 최대 합성 전압 110 3.3 샘플링 횟수 별 전압 합성 방법 112 3.3.1 Ns=1인 전압 합성 방법 112 3.3.2 Ns=2인 전압 합성 방법 119 3.3.3 Ns=3인 전압 합성 방법 125 3.4 샘플링 주기 변화시 합성된 전압 134 3.4.1 과도 샘플링 구간에서의 전압크기 수식 135 3.4.2 샘플링 수 및 주입 방향에 따른 과도상태 전압 오차 139 3.4.3 정상상태 및 과도상태에서의 d축과 q축전압 141 3.4.4 과도상태 전압오차 보상 148 제 4 장 동기 PWM을 이용한 전동기 구동 149 4.1 가변 샘플링을 이용한 동기 PWM 방법 149 4.1.1 동기전압 합성부분 150 4.1.2 전류제어기 및 극좌표계 변환부분 155 4.1.3 옵셋각 보정부분 156 4.1.4 실제전압 인가 시점 및 전류 샘플링 시점 159 4.1.5 모의실험 결과 163 4.2 스위칭 방법간의 절환 176 4.2.1 최소 WTHD를 가지는 동기 PWM방법간의 절환 177 4.2.2 동일한 샘플링 지점을 가지는 동기 PWM방법간의 절환 186 4.2.3 고정 샘플링에서 가변 샘플링으로의 절환 193 4.3 약자속 영역에서의 six-step 운전 198 제 5 장 실험결과 203 5.1 실험장치의 구성 203 5.2 기존방법들의 한계 206 5.2.1 고정 샘플링을 이용한 six-step 운전 206 5.2.2 가변 샘플링을 이용한 고정 six-step 운전방식 209 5.3 동기 PWM방법 사용시 정상상태 성능 213 5.4 가변 샘플링을 이용한 동기 PWM 방법 적용 220 5.4.1 옵셋각 보상기의 영향 220 5.4.2 동기 PWM방법간의 절환 223 5.4.3 고정 샘플링에서 가변 샘플링으로의 절환 230 5.4.4 약자속 운전영역에서의 six-step 운전 233 5.4.5 연산시간에 대한 고찰 236 제 6 장 결론 및 향후 과제 238 6.1 연구 결과 238 6.2 제안된 시스템의 한계 240 6.3 향후 과제 241 참고 문헌 244 부 록 253 A.1 모의 실험 및 실험에 사용된 전동기 제정수 253 ABSTRACT 254Docto

Effect of State Feedback Coupling on the Design of Voltage Source Inverters for Standalone Applications

This Ph.D. thesis aims at investigating the effect of state feedback cross‐coupling decoupling of the capacitor voltage on the dynamics performance of Voltage Source Inverters for standalone microgrids/Uninterruptible Power Supply systems. Computation and PWM delays are the main factors which limit the achievable bandwidth of current regulators in digital implementations. In particular, the performance of state feedback decoupling is degraded because of these delays. Two decoupling techniques aimed at improving the transient response of voltage and current regulators are investigated, named nonideal and ideal capacitor voltage decoupling respectively. In particular, the latter solution consists in leading the capacitor voltage on the state feedback decoupling path in order to compensate for system delays. Practical implementation issues are discussed with reference to both the decoupling techniques. Moreover, different resonant regulators structures for the inner current loop are analysed and compared to investigate which is the most suitable for standalone microgrid applications. A design methodology for the voltage loop, which considers the closed loop transfer functions developed for the inner current loop, is also provided. Proportional resonant voltage controllers tuned at specific harmonic frequencies are designed according to the Nyquist criterion taking into account application requirements. For this purpose, a mathematical expression based on root locus analysis is proposed to find the minimum value of the resonant gain at the fundamental frequency. The exact model of the output LC filter of a three‐phase inverter is derived in the z‐domain. The devised formulation allows the comparison of two techniques based on a lead compensator and Smith predictor structure. These solutions permit the bandwidth of the current regulator to be widened while still achieving good dynamic performance. As a consequence, the voltage regulator can be designed for a wide bandwidth and even mitigates odd harmonics arising with unbalance loads supply. Discrete‐time domain implementation issues of an anti‐wind up scheme are discussed as well, highlighting the limitations of some discretization methods. Experimental tests performed in accordance to Uninterruptible Power Supply standards verify the theoretical analysis

Nonequilibrium phenomena in high Landau levels

Developments in the physics of 2D electron systems during the last decade have revealed a new class of nonequilibrium phenomena in the presence of a moderately strong magnetic field. The hallmark of these phenomena is magnetoresistance oscillations generated by the external forces that drive the electron system out of equilibrium. The rich set of dramatic phenomena of this kind, discovered in high mobility semiconductor nanostructures, includes, in particular, microwave radiation-induced resistance oscillations and zero-resistance states, as well as Hall field-induced resistance oscillations and associated zero-differential resistance states. We review the experimental manifestations of these phenomena and the unified theoretical framework for describing them in terms of a quantum kinetic equation. The survey contains also a thorough discussion of the magnetotransport properties of 2D electrons in the linear response regime, as well as an outlook on future directions, including related nonequilibrium phenomena in other 2D electron systems.Comment: 60 pages, 41 figure