Active single-phase four-quadrant rectifier with improved hysteresis modulation algorithm

Abstract

EN: Purpose. Improvement of the hysteresis control system which, thanks to the advanced switching power switch algorithm, allows reducing dynamic losses in comparison with known hysteresis control systems. Methodology. Simulation of an active four-quadrant converter in the Matlab/Simulink program. Mathematical analysis of the Fourier spectrum of the input current. Findings. Simulation modeling proves the effectiveness of the proposed modulation algorithm by reducing the number of switching power switches. In addition, during the implementation of the proposed switching algorithm, an improvement in the harmonic composition of the input current is observed, namely, the decrease in the amplitudes of the higher harmonics of the input current and the reduction of the resulting harmonic distortion coefficient. Originality. It is established that the proposed improved hysteresis control system of the active four-quadrant converter by means of short-circuited states of power switches allows reducing the total number of times of switching power switches, and accordingly, dynamic losses in the active converter, which allows increasing the efficiency of the input transducer of the electric rolling stock. Practical value. The proposed improved hysteresis control system, thanks to the advanced switching power switch algorithm, reduces dynamic losses to 33 %.

UA: Мета. Покращення гістерезисної системи керування, що, завдяки удосконаленому алгоритму комутації силових ключів, дає змогу знизити динамічні втрати в порівнянні з відомими гістерезисними системами керування. Методика. Моделювання у програмі Matlab/Simulink активного чотириквадрантного перетворювача. Математичний апарат аналізу Фур’є спектра вхідного струму. Результати. Імітаційне моделювання підтверджує ефективність запропонованого алгоритму модуляції за рахунок зниження числа перемикань силових ключів. Крім того, під час реалізації запропонованого алгоритму комутації спостерігається покращення гармонічного складу вхідного струму, а саме зниження амплітуд вищих гармонік вхідного струму та зниження результуючого коефіцієнта гармонічних спотворень. Наукова новизна. Встановлено, що запропонована покращена гістерезисна система керування активного чотириквадрантного перетворювача, за рахунок використання короткозамкнених станів силових ключів, дає змогу знизити загальну кількість комутацій силових ключів, а, відповідно, й динамічні втрати в активному перетворювачі, що дає змогу збільшити ККД вхідного перетворювача ЕРС. Практична значимість. Запропонована покращена гістерезисна системи керування, завдяки вдосконаленому алгоритму комутації силових ключів, знижує динамічні втрати до 33 %.