Dinamičke karakteristike jednofaznog četverokvadrantnog pretvarača za pogon elektromotornog vlaka

scientific master's theses

• Title (english): Dynamical characteristics of single-phase four quadrant converter for use in train traction
• Author: Branimir Puškarić
• Mentor: Zvonko Benčić (mentor)
• Committee member: Željko Jakopović (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Zvonko Benčić (član povjerenstva)
• Committee member: Nino Stojković (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; (Department of Electric Machines, Drives and Automation); Zagreb
• Defense date and country: 2011-01-17, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering
• Universal decimal classification (UDC): 621.3 - Electrical engineering

Abstract

Prikazan je pristup analizi dinamičkih karakteristika jednofaznog četverokvadrantnog pretvarača korištenog za mrežni pretvarač na pogonu niskopodnog elektromotornog vlaka. Za opis sustava korišteni su modeli u prostoru stanja, te je pokazano kako se od početnih sklopnih modela, postupkom usrednjavanja, dobivaju jednostavniji modeli koji pri tome zadržavaju značajke izvornog sustava bitne za proučavanje dinamičkih odziva. Identificirane su kritične frekvencije promatranog sustava te su istražene implikacije istih na razvoj regulacijskog sustava i odabir filtarskih komponenti u istosmjernom meñukrugu pretvarača. Usrednjeni model promatranog pretvarača predstavlja linearni vremenski periodički sustav te je, za uklanjanje vremenske ovisnosti modela, opisana metoda rastavljanja polaznog sustava jednadžbi, po Fourierovom redu, na diskretne harmoničke članove. Navedeni pristup omogućava proučavanje utjecaja svakog višeg harmonika sustava zasebno. Dobiveni usrednjeni model rastavljen po harmoničkim komponentama koristan je za izravne izračune rješenja sustava za periodički ustaljeni rad pretvarača, što je korišteno izmeñu ostalog i pri odreñivanju naponskih i strujnih opterećenja komponenti pretvarača. Prikazano je lineariziranje sustava za izračun ovisnosti ulazne struje i izlaznog napona pretvarača o upravljačkoj funkciji. Na temelju lineariziranog modela proračunate su prijenosne karakteristike i identificirane vlastite frekvencije za dvije uobičajene topologije promatranog pretvarača. Objašnjen je utjecaj smetnji u upravljačkoj funkciji na pobuñivanje vlastitih frekvencija pretvarača koje se javljaju kao kritične frekvencije u ulaznoj struji vlaka. Na temelju dinamičkih karakteristika analizirane su razlike izmeñu pretvarača s i bez rezonantnog filtra u istosmjernom meñukrugu ugoñenog na dvostruku mrežnu frekvenciju. Rezultati ove analize uvode novi dodatni kriterij za odabir komponenti u izlaznom meñukrugu pretvarača. Analizirano je miješanje neharmoničkih smetnji iz ulaznog ili izlaznog kruga pretvarača u spektre napona istosmjernog meñukruga i ulazne struje pretvarača na diskretnim frekvencijama. Svi simulacijski i računski modeli ostvareni su u Matlab/Simulink okruženju, te je prikazana izvedba istih.

Abstract (english)

Analysis of dynamic characteristics of the single phase four quadrant converter, used as the line side converter for a lowfloor electrical multiple unit train is presented. State space modeling is used to describe the converter. State-space averaging is shown as a means to derive simplified models that preserve important characteristics of the switched model, while neglecting phenomena not of interest for the analysis. Critical system frequencies have been identified. Their implications on the control system and the converters output filter design are analysed. The averaged model of the converter presents a linear time periodic system. In order to eliminate the time dependence, the system of equations is rearranged into a system of time invariant harmonic variables using the Fourier series sum. Algorithms for deriving the system equations for arbitrary accuracy are presented. The derived multifrequency averaged model is useful for direct calculations of steady state solutions for steady state operation of the converter. Application of the method, using Matlab, is presented. Linearization of the system of equations, in order to derive the control-to-output-voltage and control-to-input-current transfer functions, is presented. Using the linearized model, transfer functions and eigenfrequencies of two characteristic topologies of the converter are calculated. It is shown how certain disturbances in the control signal can cause critical frequencies in the input current spectrum. Using the derived dynamic characteristics, influence of the resonant filter in the output circuit of the converter on the dynamic responses is investigated. Based on the analysed results, a new criterion for the design of this filter is obtained. Disturbance progression from the DC–link to the input current, and vice-versa is investigated, and analysis using steady state calculations is proposed. Realization of the used models in Matlab/Simulink is presented.

• Keywords: jednofazni četverokvadrantni pretvarač; modeliranje; prostor stanja; usrednjavanje
• Keywords (english): single phase four quadrant converter; modeling; state space; averaging; dynamic
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:377386
• Study programme: Title: Postgraduate master programme in electrical engineering; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: Magistar znanosti elektrotehnike (Magistar znanosti elektrotehnike)
• Catalog URL: http://lib.fer.hr/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=34352&query_desc=au%2Cwrdl%3A%20pu%C5%A1kari%C4%87
• Type of resource: Text
• Extent: 137 str. ; 30 cm
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2019-05-06 08:41:33