Simple hardware implementation of voltage balancing in capacitor-clamped inverter

0335309 - ÚT 2010 RIV CZ eng J - Journal Article
Kokeš, Petr - Semerád, Radko
Simple hardware implementation of voltage balancing in capacitor-clamped inverter.
[Jednoduchá hardwarová implementace algoritmu pro balancování napětí na střídači s plovoucími kondenzátory.]
Acta Technica CSAV. Roč. 54, č. 4 (2009), s. 325-341. ISSN 0001-7043
R&D Projects: GA MPO FT-TA4/077
Institutional research plan: CEZ:AV0Z20570509
Keywords : capacitor-clamped multilevel inverter * flying capacitor voltage balancing * pulse width modulation (PWM)
Subject RIV: JA - Electronics ; Optoelectronics, Electrical Engineering

The basic principle of voltage balancing in capacitor-clamped voltage source inverters (VSIs) is explained and a simple balancing algorithm, which is very suitable for hardware implementation, is proposed. The function of the suggested algorithm is verified in all usual steady and transient states of the induction motor drive by computer simulations of an 850 kW drive and also by experiments on a small 2.2 kW drive. The unbalancing across flying caps can occur only due to very fast transients in dc link. The balancing method is designed to preserve all benefits of the standard space-vector modulation and simultaneously to prevent an increase in VSI average switching frequency above the PWM carrier frequency.

V článku je vysvětlen základní princip napěťového balancování v napěťovém střídači s plovoucími kondenzátory a je navržen jednoduchý balancovací algoritmus, který je velmi vhodný pro hardwarovou implementaci. Správná funkce navrženého algoritmu je pro všechny obvyklé ustálené i přechodové stavy v asynchronním pohonu ověřena počítačovými simulacemi pro 850kW pohon a také experimentálně s malým 2,2kW pohonem. Rozbalancování napětí plovoucích kondenzátorů však může nastat v případě velmi rychlých změn napětí ve stejnosměrném meziobvodu. Metoda balancování je navržena tak, aby se zachovaly všechny výhody standardní vektorové modulace a současně aby střední spínací frekvence prvků střídače nepřekročila nosnou modulační frekvenci.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0179812