The back to back converter control and design

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The back to back converter control and design
Anders Carlsson



Contents :
1 Introduction ....................................................................... 5
  1.1 History . . . . . . . ........ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
  1.2 Converter harmonics . . . . . . ....... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
  1.3 The back-to-back converter ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
  1.4 The controller hardware . . ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
  1.5 Thesis outline . . . ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
I Back-to-back converters  .....................................................15
2 Modelling ...........................................................................17
  2.1 The three-phase converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 18
  2.2 The equivalent four-quadrant DC/DC-converter. . . . . .... . 27
3 Analysis ............................................................................31
  3.1 Controller loop ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
  3.2 Transient response .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
  3.3 Energy transients .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4 Design ..............................................................................51
  4.1 Line lter ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
  4.2 DC-link capacitor limit ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
  4.3 Brake chopper ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
  4.4 Conclusion .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

II Controller hardware ...........................................................61
5 A MIMO control computer ...................................................63
  5.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... . . . . 63
  5.2 Functional description . . . . . . . . . . . . . ..... . . . . . . . . . . 69
  5.3 Physical implementation . . . . . . . . . .... . . . . . . . . . . . . . 85
  5.4 Future versions . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . 86
6 A six-phase pulse-width modulator .....................................89
  6.1 Functional description .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
  6.2 Hardware and Firmware .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
  6.3 Conclusion .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

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