KR20140092340A - H-브리지 기반 전력 변환기 - Google Patents

H-브리지 기반 전력 변환기 Download PDF

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KR20140092340A
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스테판 슈로에더
피니완 시완카 밴다라 위제쿤
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

전력 변환기는, dc 링크 스테이지에 의해서 복수의 H-브리지 인버터에 연결된 AFE(active front end)를 포함한다. 개방 권선이 AFE에만 혹은 H-브리지 인버터에만 접속되거나, 혹은 AFE와 H-브리지 인버터에 모두 접속된 변압기나 전기 기기와 같은 하나 이상의 다상 전자기 에너지 변환 장치가 회생 혹은 부분 회생 전력 변환기를 제공한다.

Description

H-브리지 기반 전력 변환기{POWER CONVERTER BASED ON H-BRIDGES}
본 개시의 청구 대상은 전반적으로 전력 변환기에 관한 것이고, 상세하게는, 비한정 예로서, 개방 권선을 가진 다상 변압기 및/또는 개방 권선을 가진 전기 기기를 포함한, 하나 이상의 다상 EMECD(electromagnetic energy conversion devices)에 연결되어서 회생 혹은 부분 회생 전력 변환기를 제공하는, H-브리지에 기초한 전력 변환기 토폴로지에 관한 것이다.
VFD(variable frequency drive) 애플리케이션과 관련된 전력 변환기 셀 토폴로지가 계속해서 주목받고 있다. 새로운 전력 변환기 셀 토폴로지가 계속해서 소개되고 있다. 일부 공지된 전력 변환기 셀 토폴로지에서는 H-브리지 변환기 및/또는 H-브리지 인버터를 이용했다.
상기 전력 셀 중 일부는 모터와 같은 부하에 접속되면, 모터링 모드에서 동작할 때 입력 소스로부터 모터로 전력을 공급한다. 이러한 전력 셀은 종종 단반향 셀 혹은 2 사분면(two-quadrant)(2Q) 셀이라고도 한다. 이는, 속도와 토크로 이루어진 4개의 사분면을 생각했을 때, 이 셀은 속도와 토크가 모두 양(positive)인 사분면(제 1 사분면) 혹은 속도와 토크와 모두 음(negative)인 사분면(제 3 사분면)에서 동작하는 특성을 갖고 있기 때문이다.
그러나, 모터 속도가 감소될 필요가 있을 때, 모터로부터의 전력은 전력 변환기 셀에 의해서 흡수되어야 한다. 이 동작 모드는 전반적으로 회생 모드라고 한다. 이 동작 모드에서, 회생 혹은 4 사분면 셀이 요구된다.
회생 변환기는 3레벨 출력 전력 변환 스테이지를 포함할 수 있다. 출력 전력 스테이지는 일반적으로, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)와 같은 전기 스위치를 포함하고 있다. 다른 유용한 스위치로는 GTO(Gate Turn Off Thyristors), IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors), IEGT(Injection Enhanced Gate Transistors) 및 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors)가 있다. 이 스위치는 역병렬 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)와 쌍을 이루어서, 예컨대 유도 모터 부하 전류를 수용한다. 각각의 스위치를 제어하기 위해서 일반적으로 컨트롤러가 사용된다. 컨트롤러는 예컨대, 컴퓨터 및/또는 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다.
H-브리지를 포함하는 공지된 회생 전력 변환기 토폴로지는, 실행 가능한 토폴로지를 제공하는데 많은 수의 액티브 스위치가 필요하기 때문에, 크기, 비용 및 신뢰성 제한 문제로 항상 고심하고 있다. 이와 같은 견지에서, 필요한 액티브 스위치의 수가 더 적어서, 구성 요소의 수가 더 적고, 신뢰도가 높으며, 비용이 저렴하고, 공지된 회생 전력 변환기 셀 토폴로지보다 물리적인 크기가 작은, 실행 가능한 토폴로지를 제공하는 회생 전력 변환기 셀 구조가 요구된다.
전력 변환기의 예시적인 실시예는
복수의 H-브리지 변환기를 포함하는 제 1 섹션과,
복수의 H-브리지 인버터를 포함하는 제 2 섹션과,
전력 변환기에 접속되어서 회생 전력 변환기를 제공하는 개방 권선을 포함하는 다상 EMECD(electro-magnetic energy conversion device)를 포함하고,
각각의 H-브리지 인버터는 대응하는 dc 링크 스테이지에 의해서 대응하는 H-브리지 변환기에 연결됨으로써, 각각의 dc 링크 스테이지는 모든 다른 dc 링크 스테이지로부터 이격된다.
전력 변환기의 다른 실시예는
복수의 H-브리지 변환기를 포함하는 제 1 섹션과,
복수의 H-브리지 인버터를 포함하는 제 2 섹션과,
H-브리지 인버터에만 접속되어서 회생 전력 변환기를 제공하는 개방 권선을 가진 다상 EMECD를 포함하고,
각각의 H-브리지 인버터는 대응하는 dc 링크 스테이지를 통해서 대응하는 H-브리지 변환기에 연결됨으로써, 각각의 dc 링크 스테이지가 모든 다른 dc 링크 스테이지로부터 이격된다.
또 다른 실시예에 따라서, 전력 변환기는
적어도 하나의 3상 입력 변환 스테이지를 포함하는 제 1 섹션과,
하나의 공통 dc 링크에 의해서 이 제 1 섹션에 연결된 복수의 H-브리지 인버터를 포함하는 제 2 섹션과,
H-브리지 인버터에만 접속되어서 회생 전력 변환기를 제공하는 개방 권선을 포함하는 다상 EMECD를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 전력 변환기는
복수의 H-브리지 변환기를 포함하는 제 1 섹션과,
복수의 H-브리지 인버터를 포함하는 제 2 섹션과,
H-브리지 변환기에만 접속된 개방 권선을 포함하는 제 1 다상 EMECD와,
H-브리지 인버터에만 접속되어서 회생 전력 변환기를 제공하는 개방 권선을 포함하는 제 2 다상 EMECD를 포함하고,
제 1 섹션은 하나의 공통 dc 링크 스테이지에 의해서 제 2 섹션에 연결되어 있다.
첨부된 도면을 참조로 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 본 발명의 상술한 특성, 측면 및 이점, 그리고 다른 특성, 측면 및 이점이 자명할 것이며, 도면에서 같은 참조 번호는 같은 부분을 가리킨다.
도 1은 본 기술분야에 알려진 회생 전력 변환기 셀 토폴로지를 나타내는 개략 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 회생 변환기를 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 회생 변환기를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 회생 변환기를 나타내는 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 회생 변환기를 나타내는 도면이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 회생 변환기를 나타내는 도면이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 회생 변환기를 부분적으로 나타내는 도면이다.
상기 나타내는 도면이 다양한 실시예를 제시하고 있지만, 이하 설명되는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예도 상정된다. 모든 경우에, 본 개시는 본 발명의 예시적인 실시예를 예로서 나타내는 것으로 한정의 의미는 아니다. 다양한 다른 수정 및 실시예가 당업자에 의해 안출될 수 있으며, 이는 본 발명의 원리의 사상 및 범주에 들어간다.
도 1은 종래의 회생 변환기 토폴로지(10)를 나타내는 개략도이다. 하나 이상의 종래의 3상 변압기(16)와 접속하기 위해서, 변환기(12)에서 9개 상 접속부(14) 및 변환기 상-레그(phase-legs)를 사용할 필요가 있기 때문에, 변환기(10)는 구성 요소 수가 많은 AFE(active front end) 변환기(12)를 위상마다 이용한다는 것을 알 수 있다. 전체 도면은, 이해를 쉽게 하기 위해서, 하나의 선 접속에 작은 빗금을 표시해서 개략화했다. 이 작은 빗금은, 실제로는 복수의 접속 배선을 하나의 선으로 표시했다는 것을 의미하는데 사용된다.
변환기(10)는 또한, 각각이 대응하는 dc-링크(19)를 통해서 대응하는 AFE 변환기(12)에 연결되어 있는 복수의 H-브리지 인버터(18)를 이용한다는 것을 알 수 있다. 3상의 H-브리지 인버터(18) 각각의 하나의 출력은 일반적으로, 각각의 다른 H-브리지 인버터(18)의 대응 출력에 접속된다. 다른 H-브리지 인버터 출력 각각은 그 대응하는 머신 위상(machine phase)에 접속된다. 따라서, 각각의 dc-링크(19)는 단락 상태를 방지하기 위해서 모든 다른 dc-링크(19)로부터 이격되어야 한다.
dc-링크(19)가 출력측(20)의 출력 H-브리지 인버터(18)를 통해 이미(간접적으로) 접속되어 있기 때문에, 그리드 측(22)에서 H-브리지를 이용하는 동일한 방식이 사용될 수는 없다. 본 발명자는, 모든 다른 dc-링크로부터 각각의 dc-링크를 이격시켜서 단락 상태를 방지하도록, 도 2를 참조해서 설명되는 바와 같은 이격된 2차 위상 권선(개방 권선)을 가진 3상 변압기가, 변환기의 입력측(그리드측)에서 H-브리지 변환기와 함께 사용될 수 있다는 것은 알아냈다. 따라서, 3상이 모두 변환기 섹션(12, 18, 19) 중 하나에 접속되거나, 혹은 어느 것에도 접속되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 일 실시예에 따른 회생 변환기(30)를 나타낸다. 변환기(30) 토폴로지는 통상적인 머신 접속을 이용할 수 있다는 점에서 바람직하다. 변환기(30)는 복수의 액티브 H-브리지 변환기(32)를 이용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 각각의 H-브리지 변환기(32)는 대응하는 dc-링크(19)를 통해서 H-브리지 인버터(18)에 연결된다. 변환기(30) 및 H-브리지 변환기(32)는 각각 3상 변압기(36)의 개방 2차 권선 접속(34)과 개방(이격된) 2차 권선(38)의 대응하는 쌍에 연결된다. 변환기(30)는 바람직하게는 AFE에서 필요한 액티브 구성 요소 및 그리드 변압기(36)를 변환기(30)의 AFE에 접속시키는 접속부의 수가 더 적다는 이점이 있다.
변압기(36)의 설계에 따라서, 그리드측 H-브리지 제어에 일정 정도의 자유도가 생긴다. 상세하게, 변압기(36)의 1차측이 델타형 접속되는 경우에는, 그리드에 영향을 미치는 일 없이 H-브리지 상전류에 공통 모드 전류가 주입될 수 있다. 변압기의 1차측이 스타형형 접속되는 경우에는, 그리드에 영향을 미치는 일 없이 H-브리지 상전압에 공통 모드 전압이 주입될 수 있다. 모든 자유도가 예컨대, dc-링크 전압 리플을 감소시키거나 장기 드리프트를 제거하기 위해서 전력 밸런스를 제어하기 위해서 사용될 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 회생 변환기(40)를 나타낸다. 변환기(40) 토폴로지는, 변환기(40)가 그 머신측에 개방 권선을 가진 머신(42)을 이용한다는 점을 제외하면, 변환기(30) 토폴로지와 유사하다. 머신(42)은, 종래의 3상 변압기(44)를 H-브리지 변환기(32)에 접속시켰을 때 발생했던 단락 상태를 방지하기 위해서 요구되는, dc-링크(19) 사이의 이격을 제공한다. H-브리지 변환기(32)는 회생 변환기(40)의 AFE에 입력 변환 스테이지를 제공하도록 구성된다.
도 4는 일 실시예에 따른 회생 변환기(50)를 나타낸다. 변환기(50)에서는, 3상 입력 변환 스테이지(12)가, 입력단에서 종래의 3상 변압기(44) 2차 권선의 3상에 연결되고 및 공통 출력단에서 dc-링크(52)에 연결되어 있다. 공통 dc-링크(52)는 3상 입력 변환 스테이지(12)를, 변환기(50)의 머신측에 개방 권선(42)을 갖고 있는 3상 머신에 그 출력단이 접속되어 있는 3개의 H-브리지 인버터(18)에, 연결시킨다.
도 5는 다른 실시예에 따른 회생 변환기(60)를 나타낸다. 변환기(60)는 3개의 H-브리지 변환기(32)를 구비하는 AFE를 포함하며, 이 H-브리지 변환기(32)는 그 입력단이 개방 2차 권선(38)을 가진 3상 변압기(36)의 6상 단자(34)에 연결되고, 그 출력단이 공통 dc-링크(52)에 연결된다. 공통 dc-링크(52)는 3개의 H-브리지 변환기(32)를, 3개의 H-브리지 인버터(18)를 포함하는 H-브리지 인버터 스테이지에 연결시키며, H-브리지 인버터(18)는 그 출력단이 변환기(60)의 머신측에 개방 권선(42)을 갖고 있는 3상 머신에 접속되어 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 회생 변환기(70)를 나타낸다. 변환기(70)는 복수의 3상 입력 변환 스테이지(12)를 구비한 AFE를 포함한다. 각각의 입력 변환 스테이지(12)는 그 입력/그리드측에서 대응하는 종래의 3상 변압기(16)의 3개의 2차 권선 위상에 연결되고, 그 출력측에서 공통 dc-링크(52)에 연결된다. 공통 dc-링크(52)는 복수의 3레벨 입력 변환 스테이지(12)를 복수의 H-브리지 인버터(18)에 연결시키며, 이 H-브리지 인버터(18)는 그 출력측이 변환기(70)의 출력/그리드 측에 개방 권선(42)을 가진 3상 머신에 접속된다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 회생 변환기(80)를 부분적으로 나타낸다. 변환기(80)는 3상 입력 변환 섹션(12) 및 한쌍의 다이오드 정류기 변환기 섹션(82)을 구비한 AFE를 포함한다. AFE의 각각의 섹션(12, 82)은 그 입력/출력단에서 대응하는 종래의 3상 변압기(84)의 3개의 2차 권선 위상에 연결되며, 그 출력측에서 공통 dc-링크(52)에 연결된다. 공통 dc-링크(52)는 AFE의 각각의 섹션을 복수의 H-브리지 인버터(18)에 연결시키고, H-브리지 인버터(18)는 그 출력단이 변환기(80)의 출력/머신측에 개방 권선(42)을 가진 3상 머신에 접속된다.
설명을 요약하면, 이상 다양한 변환기 토폴로지를 설명했다. 바람직한 실시예는 3개의 위상 대 3상, 3레벨 NPC(Neutral Point Clamped) H-브리지에 기초한 AFE 변환기 토폴로지 및 3개의 상 각각에 대한 역(inversion) 스테이지를 포함한다. 일 실시예에 따라서, 출력 전압은 복수의, 예컨대 5개의 독립된 전압 레벨을 이용해서 합성되어서, 소망의 정현 파형을 생성하게 된다. 소망의 전압 레벨은, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 H-브리지 인버터 혹은 H-브리지 인버터의 세트용의 로컬 컨트롤러에 의해 생성될 수 있다. 도 2에 역시 도시된 바와 같이, 로컬 컨트롤러는 자체적으로 중앙 컨트롤러로부터 제어될 수 있다. 여기 설명되는 바와 같이, 위상 브리지의 각각의 dc 링크는 서로 이격된다. 일 측면에 따라서, 개방(이격된) 2차 권선을 가진 변압기는, H-브리지를 이용하는 다른 기존의 회생 변환기보다 더 간단한 토폴로지를 제공하는 입력단에서 사용될 수 있다. 여기 설명되는 원리를 이용하는 회생 변환기 토폴로지는 출력 정보 및 전류에 대한 4 사분면 동작을 제공하고, 바람직하게는 공지된 이러한 종류의 토폴로지 중 가장 가까운 것보다, 3분의 2 이하인 수의 AFE를 이용한다. 또한, 이격된 dc 링크 각각 사이의 실제 전력 흐름 제어의 일부 실시예를 통해서, 요구되는 dc 링크 캐패시터의 수를 감소시킬 수 있다.
여기서는 본 발명의 일부 특정 특성만을 설명하고 도시했지만, 당업자에게는 많은 수정 및 변경이 있을 수 있다. 예컨대, 전력 변환기 분야에 종사하는 사람은, 여기서 설명되는 다양한 변환기의 1차 권선 및 2차 권선 구성이 단지 예시적인 것으로, 다른 수 및 구성의 2차 권선이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항은 본 발명의 진정한 사상 내에 들어가는 모든 수정 및 변경을 커버하도록 했다.
예컨대, 도면은 3상 브리지 및 H-브리지에 사용되는 3레벨 NPC 토폴로지를 나타낸다. 그러나, 여기 사용되는 원리는 2레벨 위상 레그 혹은 다른 멀티 레벨 토폴로지를 이용해서 적용될 수도 있다. 또한, 도면에서는 각 측에 위상당 하나의 H-브리지만이 도시되어 있지만, 여기 설명되는 원리는 각 측 및 위상당 다수의 H-브리지에 대해 적용될 수 있다. 토폴로지를 3상 시스템과 관련해서 설명했지만, 다른 다상 시스템에도 용이하게 적용될 수 있다. 그리드측의 표준 변압기를 나타내는 실시예는, 그리드 전압이 변환기 전압 정격에 매칭될 때 변압기 없이도 동작할 수 있다.

Claims (21)

  1. AFE(active front end)를 포함하는 제 1 섹션과,
    상기 AFE에 dc 링크 스테이지를 통해서 연결된 복수의 H-브리지 인버터를 포함하는 제 2 섹션과,
    상기 AFE에만 혹은 상기 H-브리지 인버터에만 접속되어서 회생 전력 변환기(a regenerative power converter)를 제공하는 개방 권선을 포함하는 제 1 다상 EMECD(electro-magnetic energy conversion device)를 포함하는
    전력 변환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 다상 EMECD는 개방 2차 권선을 가진 변압기인
    전력 변환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 AFE는 복수의 H-브리지 컨버터를 포함하는
    전력 변환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    적어도 하나의 H-브리지 변환기는 3레벨 NPC(Neutral Point Clamped) H-브리지를 포함하는
    전력 변환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 dc 링크 스테이지는 복수의 dc 링크 캐패시터 섹션을 포함하고,
    각각의 dc 링크 캐패시터 섹션은 모든 다른 dc 링크 캐패시터 섹션과는 이격되어 있는
    전력 변환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 dc 링크 스테이지는, 상기 AFE 및 상기 복수의 H-브리지 인버터 모두에 공통인 하나의 dc 링크 캐패시터 섹션으로 이루어지는
    전력 변환기.

  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 AFE는 하나의 다상 입력 변환 스테이지로 이루어지는
    전력 변환기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 AFE는 복수의 다상 입력 변환 스테이지를 포함하는
    전력 변환기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 AFE는 적어도 하나의 다상 입력 변환기 스테이지 및 하나 이상의 다상 다이오드 정류기 변환기 스테이지를 포함하는
    전력 변환기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    개방 권선을 가진 제 2 다상 EMECD를 더 포함하고,
    상기 제 1 다상 EMECD 개방 권선이 상기 H-브리지 인버터에 접속되는 경우에는 상기 제 2 다상 EMECD 개방 권선은 상기 AFE에만 접속되고,
    상기 제 1 다상 EMECD 개방 권선이 상기 AFE에 접속되어서 회생 전력 변환기를 제공하는 경우에는 상기 제 2 다상 EMECD 개방 권선은 상기 H-브리지 인버터에만 접속되는
    전력 변환기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 dc 링크 스테이지는, 상기 AFE 및 상기 복수의 H-브리지 인버터에 공통인 하나의 dc 링크 캐패시터 섹션으로 이루어지는
    전력 변환기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다상 EMECD는 개방 2차 권선을 가진 변압기인
    전력 변환기.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 AFE는 복수의 H-브리지 변환기를 포함하는
    전력 변환기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    적어도 하나의 H-브리지 변환기는 3레벨 NPC(Neutral Point Clamped) H-브리지를 포함하는
    전력 변환기.
  15. 복수의 H-브리지 변환기를 포함하는 제 1 섹션과,
    복수의 H-브리지 인버터를 포함하는 제 2 섹션과,
    전력 변환기에 접속되어서 회생 전력 변환기를 제공하는 개방 권선을 포함하는 다상 EMECD를 포함하고,
    각각의 H-브리지 인버터는 대응하는 dc 링크 스테이지에 의해서 대응하는 H-브리지 변환기에 연결됨으로써, 각각의 dc 링크 스테이지는 모든 다른 dc 링크 스테이지로부터 이격되는
    전력 변환기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 다상 EMECD는 상기 H-브리지 변환기에만 접속되는 개방 2차 권선을 가진 변압기인
    전력 변환기.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 다상 EMECD는 H-브리지 인버터에만 접속되는 개방 권선을 가진 머신인
    전력 변환기.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 H-브리지 변환기는 3레벨 NPC H-브리지를 포함하는
    전력 변환기.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 dc 링크 사이의 전력 흐름을 제어하는데 상기 EMECD 내에서의 공통 모드 전압 혹은 전류의 자유도를 이용하는
    전력 변환기.
  20. 적어도 하나의 다상 입력 변환 스테이지를 포함하는 제 1 섹션과,
    단일 공통 dc 링크에 의해서 상기 제 1 섹션에 연결된 복수의 H-브리지 인버터를 포함하는 제 2 섹션과,
    상기 H-브리지 인버터에만 접속되어서 회생 전력 변환기를 제공하는 개방 권선을 가진 다상 EMECD를 포함하는
    전력 변환기.
  21. 복수의 H-브리지 변환기를 포함하는 제 1 섹션과,
    복수의 H-브리지 인버터를 포함하며, 단일 공통 dc 링크 스테이지에 의해서 상기 제 1 섹션에 연결된 제 2 섹션과,
    상기 H-브리지 변환기에만 접속된 개방 권선을 포함하는 제 1 다상 EMECD와,
    상기 H-브리지 인버터에만 접속되어서 회생 전력 변환기를 제공하는 개방 권선을 포함하는 제 2 다상 EMECD을 포함하는
    전력 변환기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019235655A1 (ko) * 2018-06-05 2019-12-12 숭실대학교산학협력단 독립형 멀티 h-브리지를 이용한 다상 인버터

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8982593B2 (en) 2012-04-27 2015-03-17 Rockwell Automation Technologies, Inc. Cascaded H-Bridge (CHB) inverter level shift PWM with rotation
US9425705B2 (en) 2012-08-13 2016-08-23 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for bypassing cascaded H-bridge (CHB) power cells and power sub cell for multilevel inverter
US9240731B2 (en) 2013-03-18 2016-01-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power cell bypass method and apparatus for multilevel inverter
EP2835902A4 (en) * 2013-06-04 2016-05-11 Toshiba Mitsubishi Elec Inc ENERGY CONVERTING DEVICE
DE102013107721A1 (de) * 2013-07-19 2015-01-22 Sma Solar Technology Ag Wechselrichter mit mindestens zwei Gleichstromeingängen, Photovoltaikanlage mit einem derartigen Wechselrichter und Verfahren zur Ansteuerung eines Wechselrichters
CN104348342B (zh) * 2013-08-02 2019-05-31 通用电气公司 电能变换***和方法
US9520800B2 (en) * 2014-01-09 2016-12-13 Rockwell Automation Technologies, Inc. Multilevel converter systems and methods with reduced common mode voltage
US9325252B2 (en) 2014-01-13 2016-04-26 Rockwell Automation Technologies, Inc. Multilevel converter systems and sinusoidal pulse width modulation methods
CN104811073B (zh) * 2014-01-24 2019-05-31 通用电气能源电能变换科技有限公司 变换器模块、装置、***和相关方法
JP6353053B2 (ja) * 2014-02-03 2018-07-04 ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニーＪｏｈｎｓｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ 冷却装置適用例における可変速ドライブのためのマルチパルス定電圧トランス
CN107112928B (zh) * 2014-12-17 2021-01-15 奥的斯电梯公司 具有并联驱动器的输送***
US9559541B2 (en) 2015-01-15 2017-01-31 Rockwell Automation Technologies, Inc. Modular multilevel converter and charging circuit therefor
CN104702123B (zh) * 2015-03-23 2018-06-08 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种三电平功率单元主回路、功率单元以及高压变频器
US9748862B2 (en) 2015-05-13 2017-08-29 Rockwell Automation Technologies, Inc. Sparse matrix multilevel actively clamped power converter
US9812990B1 (en) 2016-09-26 2017-11-07 Rockwell Automation Technologies, Inc. Spare on demand power cells for modular multilevel power converter
CN110226286B (zh) 2017-01-30 2024-02-02 开利公司 采用和不采用交织的并联无源前端整流器
CN110463028B (zh) 2017-01-30 2023-04-28 开利公司 对采用和不采用交织并联无源前端整流器进行控制的方法
WO2018176114A1 (pt) * 2017-03-27 2018-10-04 Mercosul Representações Ltda Método de recuperação de energia elétrica, e sistema recuperador de energia elétrica
US11482942B2 (en) 2017-10-31 2022-10-25 Otis Elevator Company Single phase operation of three phase regenerative drives
US10158299B1 (en) 2018-04-18 2018-12-18 Rockwell Automation Technologies, Inc. Common voltage reduction for active front end drives
JP7021411B2 (ja) * 2018-05-31 2022-02-17 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
WO2020025376A1 (de) * 2018-07-31 2020-02-06 Siemens Aktiengesellschaft Modularer stromrichter
US11211879B2 (en) 2019-09-23 2021-12-28 Rockwell Automation Technologies, Inc. Capacitor size reduction and lifetime extension for cascaded H-bridge drives
CN112436765A (zh) * 2021-01-27 2021-03-02 四川大学 基于模块化多电平变换器的双三相开绕组风力发电***
US11342878B1 (en) 2021-04-09 2022-05-24 Rockwell Automation Technologies, Inc. Regenerative medium voltage drive (Cascaded H Bridge) with reduced number of sensors

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2224645A (en) * 1938-04-14 1940-12-10 Gen Electric Electric power transmission system
US5625545A (en) 1994-03-01 1997-04-29 Halmar Robicon Group Medium voltage PWM drive and method
SE515334C2 (sv) * 1995-12-14 2001-07-16 Daimler Chrysler Ag Omriktaranordning
US6058031A (en) * 1997-10-23 2000-05-02 General Electric Company Five level high power motor drive converter and control system
EP1020973A3 (en) * 1999-01-18 2001-05-02 Hitachi, Ltd. A charge and discharge system for electric power storage equipment
JP2000228883A (ja) * 1999-02-04 2000-08-15 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置
US7088073B2 (en) 2003-01-24 2006-08-08 Toshiba Internationl Corporation Inverter drive system
JP4170107B2 (ja) * 2003-02-18 2008-10-22 本田技研工業株式会社 車両用インバータ装置
US20070230226A1 (en) * 2003-11-25 2007-10-04 Jih-Sheng Lai Multilevel intelligent universal auto-transformer
US7050311B2 (en) * 2003-11-25 2006-05-23 Electric Power Research Institute, Inc. Multilevel converter based intelligent universal transformer
US7508147B2 (en) 2005-05-19 2009-03-24 Siemens Energy & Automation, Inc. Variable-frequency drive with regeneration capability
GB2427512A (en) * 2005-06-23 2006-12-27 Alstom Electrical power converters
US7679313B2 (en) 2005-08-31 2010-03-16 Siemens Industry, Inc. Power delivery system including interchangeable cells
ES2901709T3 (es) * 2005-09-27 2022-03-23 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology SL Sistema convertidor y método de funcionamiento del mismo
US8644037B2 (en) 2008-07-15 2014-02-04 General Electric Company AC-AC converter with high frequency link
US7830681B2 (en) 2008-09-24 2010-11-09 Teco-Westinghouse Motor Company Modular multi-pulse transformer rectifier for use in asymmetric multi-level power converter
JP5147624B2 (ja) * 2008-09-30 2013-02-20 株式会社日立製作所 インバータ装置
US7940537B2 (en) 2008-12-31 2011-05-10 Teco-Westinghouse Motor Company Partial regeneration in a multi-level power inverter
JP5047210B2 (ja) * 2009-03-17 2012-10-10 三菱電機株式会社 電力変換装置
US8248828B2 (en) * 2009-04-01 2012-08-21 Toshiba International Corporation Medium voltage inverter system
US8760896B2 (en) * 2010-08-05 2014-06-24 Toshiba International Corporation Multilevel regeneration drive system
US9071164B2 (en) * 2011-12-09 2015-06-30 General Electric Company Multi-phase converter system and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019235655A1 (ko) * 2018-06-05 2019-12-12 숭실대학교산학협력단 독립형 멀티 h-브리지를 이용한 다상 인버터

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