Search
dr hab. inż. Paweł Szczepankowski
Publications
Filters
total: 45
Catalog Publications
Year 2024
-
Experimental test results of an automatic voltage regulator with independent phase voltage controllers
PublicationThe growing number of distributed renewable energy sources and dynamic constant-power loads (e.g. electric vehicle charging stations) pose new challenges for network operators. These changes result in alterations to network load profiles and load flows, leading to greater voltage volatility. One effective solution to these problems can be the use of automatic voltage regulators (AVRs), which stabilize and symmetrize voltage output,...
Year 2022
-
A Direct Modulation for Matrix Converters based on the Onecycle Atomic operation developed in Verilog HDL.
PublicationThis paper presents a fast direct Pulse Width Modulation (PWM) algorithm for the Conventional Matrix Converters (CMC) developed in Verilog Hardware Description language (HDL). All PWM duty cycle calculations are performed in one cycle by an atomic operation designed as a digital module using FPGA basic blocks. The algorithm can be extended to any number of output phase. The improved version of the discontinuous Direct Analytic...
-
An Extended Control of the Input Angle for Matrix Converters Connected with the Non-Unity Power Factor Loads.
PublicationThis paper proposes a novel PWM modulation algorithm for Multiphase Conventional Matrix Converters (MCMC), with 3 inputs and k outputs, using the transfer function of the load angle. The proposed approach extends the range of power angle control at the input during the operation with a maximum voltage transfer ratio. The proposed concept is based on the Direct Analytic Voltage PWM (DAV--PWM) modulation with an elliptical trajectory...
-
Cleaner energy for sustainable future using hybrid photovoltaics-thermoelectric generators system under non-static conditions using machine learning based control technique
PublicationIn addition to the load demand, the temperature difference between the hot and cold sides of the thermoelectric generator (TEG) module determines the output power for thermoelectric generator systems. Maximum power point tracking (MPPT) control is needed to track the optimal global power point as operating conditions change. The growing use of electricity and the decline in the use of fossil fuels have sparked interest in photovoltaic-TEG...
-
Generalized regression neural network and fitness dependent optimization: Application to energy harvesting of centralized TEG systems
PublicationThe thermoelectric generator (TEG) system has attracted extensive attention because of its applications in centralized solar heat utilization and recoverable heat energy. The operating efficiency of the TEG system is highly affected by operating conditions. In a series-parallel structure, due to diverse temperature differences, the TEG modules show non-linear performance. Due to the non-uniform temperature distribution (NUTD) condition,...
Year 2021
-
A New Approach to the PWM Modulation for the Multiphase Matrix Converters Supplying Loads with Open-End Winding.
PublicationThis article presents three variants of the Pulse Width Modulation (PWM) for the Double Square Multiphase type Conventional Matrix Converters (DSM-CMC) supplying loads with the open-end winding. The first variant of PWM offers the ability to obtain zero value of the common-mode voltage at the load's terminals and applies only six switches within the modulation period. The second proposal archives for less Total Harmonic Distortion...
-
Asymmetrical Modes in Polyphase Motors and Drives
PublicationThe effect of power supply and/or motor asymmetry on the phase-load distribution and the ripple of electromagnetic torque in a polyphase drive is studied by the method of symmetrical components. It is shown that the presence of asymmetry causes the mapping of all harmonics in the supply voltage into all planes of symmetrical components and eliminates the possibility of independent control of harmonics. The dynamic model of a five-phase...
-
The Conceptual Research over Low-Switching Modulation Strategy for Matrix Converters with the Coupled Reactors
PublicationIn this paper, different Pulse Width Modulation (PWM) strategies for operating with a low-switching frequency, a topology that combines Conventional Matrix Converters (CMCs), and Coupled Reactors (CRs) are presented and discussed. The principles of the proposed strategies are first discussed by a conceptual analysis and later validated by simulation. The paper shows how the combination of CMCs and CRs could be of special interest...
Year 2020
-
A new concept of PWM duty cycle computation using the Barycentric Coordinates in a Three-Dimensional voltage vectors arrangement
PublicationThe paper presents a novel approach to the Pulse Width Modulation (PWM) duty cycle computing for complex or irregular voltage vector arrangements in the two (2D) and three–dimensional (3D) Cartesian coordinate systems. The given vectors arrangement can be built using at least three vectors or collections with variable number of involved vectors (i.e. virtual vectors). Graphically, these vectors form a convex figure, in particular,...
-
Application of Analytic Signal and Smooth Interpolation in Pulse Width Modulation for Conventional Matrix Converters
PublicationThe paper proposes an alternative and novel approach to the PWM duty cycles computation for Conventional Matrix Converters (CMC) fed by balanced, unbalanced or non–sinusoidal AC voltage sources. The presented solution simplifies the prototyping of direct modulation algorithms. PWM duty cycles are calculated faster by the smooth interpolation technique, using only vector coordinates, without trigonometric functions and angles. Both...
-
Direct modulation for conventional matrix converters using analytical signals and barycentric coordinates
PublicationThis paper proposes the generalized direct modulation for Conventional Matrix Converters (CMC) using the concept of analytical signals and barycentric coordinates. The paper proposes a novel approach to the Pulse Width Modulation (PWM) duty cycle computing, which allows faster prototyping of direct control algorithms. The explanation of the new idea using analytical considerations demonstrating the principles of direct voltage...
-
Hybrid Modulation for Modular Voltage Source Inverters with Coupled Reactors
PublicationThis paper proposes and discusses a concept of a hybrid modulation for the control of modular voltage source inverters with coupled reactors. The use of coupled reactors as the integrating elements leads to significant reduction in the size and weight of the circuit. The proposed modulation combines novel coarsely quantized pulse amplitude modulation (CQ-PAM) and innovative space-vector pulse width modulation (SVPWM). The former...
-
Optimized Space-Vector Modulation Schemes for Five-Phase Precision Low-Speed Drives with Minimizing the Stator Current Ripple
PublicationOne of the main ways to improve the quality of a precision electric drive is minimization of the stator current pulsations generated by the voltage inverter. The solution of this problem can be achieved by using of multiphase inverters, as well as improving control algorithms. This paper considers the influence of the space-vector modulation algorithm with different switching sequences of basic vectors on the stator current pulsations...
Year 2019
-
Application of Barycentric Coordinates in Space Vector PWM Computations
PublicationThis paper proposes the use of barycentric coordinates in the development and implementationof space-vector pulse-width modulation (SVPWM) methods, especially for inverters with deformed space-vector diagrams. The proposed approach is capable of explicit calculation of vector duty cycles, independentof whether they assume ideal positions or are displaced due to the DC-link voltage imbalance. The use ofbarycentric coordinates also...
-
Potencjał aplikacyjny i możliwości regulacyjne wielopulsowych falowników napięcia (MP-VSI) z dławikami sprzężonymi
PublicationW artykule pokazano sposób budowy oraz metody syntezy i regulacji sinusoidalnego napięcia wyjściowego niekonwencjonalnych falowników napięcia, cechujących się bardzo małą częstotliwością przełączania. Falowniki są budowane z typowych modułów połączonych równoległe za pomocą dławików sprzężonych. Przedstawiono wyniki wybranych badań symulacyjnych i eksperymentalnych, oraz omówiono najważniejsze obszary potencjalnych zastosowań.
Year 2015
-
Code development of a DSP-FPGA based control platform for power electronics applications
PublicationThis paper focuses on the implementation of power electronics algorithms in control platforms based on DSP-FPGA. Today’s power electronics technology demands high power computation with high speed interfacing at the same time. The most popular configuration is a DSP for the former and a FPGA for the latter. The main goal of this work was to develop a generic control system for power electronics application, but it is explained...
-
Compensation of Dead Time Effects for Shunt Active Power Filters
PublicationThe paper presents a comprehensive approach to the compensation of the grid current distortion for shunt active power filter systems. Four different sources of current distortion are addressed: imperfect grid synchronization caused by the distortion in the grid voltages, time delays in the estimation of compensating currents and grid voltages, fluctuations of the dc bus voltage, and the distortion of inverter output voltages due...
Year 2014
-
Sterowanie falownikami trójpoziomowymi z bezczujnikową stabilizacją rozkładu napięć w obwodzie pośredniczącym
PublicationW pracy przedstawiono metody estymacji rozkładu napięć w obwodzie pośredniczącym trójpoziomowego falownika z diodami poziomującymi. Realizacja proponowanych algorytmów opiera się na założeniu, że zmiany rozkładu napięć w obwodzie pośredniczącym są źródłem zniekształceń harmonicznych obserwowanych w prądzie wyjściowym, który w przypadku równości napięć jest przebiegiem sinusoidalnym. Zaproponowane algorytmy estymacji napięć wymagają...
-
Zastosowanie funkcji kształtu w sterowaniu przekształtnikami matrycowymi w warunkach asymetrii napięć zasilających
PublicationW artykule przeanalizowano sterowanie przekształtnikami matrycowymi z zastosowaniem funkcji kształtu trójkątnego elementu skończonego. Bazując na właściwościach funkcji kształtu, zaproponowano nowy algorytm modulacji PWM dla dwumodułowych przekształtników matrycowych pozwalający na zwiększenie amplitudy napięcia wyjściowego oraz kształtowanie poprawnych i sinusoidalnych prądów wyjściowych w warunkach asymetrii napięć zasilających....
Year 2013
-
A new duty cycles calculation method in pulse width modulation for direct matrix converters based on the shape function concept
PublicationPaper presents a new approach to duty cycle calculation in pulse width modulation for direct matrix converters. The essence of the proposed method is the use of elementary shape function of finite element. The algorithm for calculating the duty cycles was reduced to simple operations on the coordinates of input and output voltage vectors without trigonometric functions.
-
A New Three-Dimensional Space Vector Modulation for Multilevel Four-Leg Converters Based on the Shape Functions of Tetrahedral Element
PublicationThe paper proposes a new three-dimensional space vector pulse-width modulation (3D-SVPWM) algorithm for multilevel four-leg converters. The proposed PWM duty cycle calculation is based on the shape functions of the threedimensional tetrahedral finite elements. The algorithm ensures synthesis of accurate and undistorted output voltages even under significant imbalance or ripple in the DC-link voltages. At the same time, the algorithm...
-
Four Level Diode-Clamped Back-To-Back Converter with Active DC Link Voltage Control
PublicationThis article presents the design and control of 4L-DC back-to-back converter. To solve the DC link voltage balancing problem in four-level converter a new three-level double chopper topology based on PO-PWM modulation was designed and successfully tested. Also, the paper describes two phase space vector pulse width modulation 2P-SVPWM based on the shape function of finite elements. The control structure with modified Dead-Beat...
-
Multilevel inverter neutral-point voltage sensor diagnostic based on the Extended Kalman Filter
PublicationA new algorithm for neutral point voltage imbalance estimation in DC link of the three-level (3L) neutral point clamped (NPC) voltage source inverter (VSI) is proposed. Application of the proposed algorithm does not require any additional sensors. The unbalanced voltage calculation is based on the information derived from the inverter output measured currents and from the knowledge of the load model parameters. In order to estimate...
-
Nowa metoda bezpośredniej syntezy napięć w przekształtnikach matrycowych z zastosowaniem funkcji kształtu
PublicationW artykule przedstawiono rozważania dotyczące metody syntezy napięć wielofazowego przekształtnika matrycowego z wykorzystaniem funkcji kształtu Wachspress’a oraz dwuwymiarowego elementu trójkątnego. Algorytm obliczenia współczynników wypełnień w modulacji szerokości impulsów sprowadzono do prostych operacji na współrzędnych wektorów. Metodę można zastosować do układów przekształtnikowych współpracujących z dowolnymi napięciami...
-
Virtual Space Vector Pulse Width Modulation Algorithm for Three-Level NPC Converters Based on the Final Element Shape Functions
PublicationThe paper puts forth a novel idea for the computation of Nearest Three Virtual Space Vector Pulse Width Modulation for the three level NPC converters. The computations are based on the concept of final element shape function widely used in the domain of finite element analysis. The proposed approach significantly frees the computations from the use of trigonometric functions, which simplifies the computations and permits easier...
-
Zastosowanie funkcji kształtu w sterowaniu przekształtnikami matrycowymi w warunkach asymetrii napięć zasilających
PublicationW artykule przeanalizowano sterowanie przekształtnikami matrycowymi z zastosowaniem funkcji kształtu trójkątnego elementu skończonego. Bazując na właściwościach funkcji kształtu, zaproponowano nowy algorytm modulacji PWM dla dwumodułowych przekształtników matrycowych pozwalający na zwiększenie amplitudy napięcia wyjściowego oraz kształtowanie poprawnych i sinusoidalnych prądów wyjściowych w warunkach asymetrii napięć zasilających....
Year 2012
-
Budowa i sterowanie układu równoważenia napięć w obwodziepośredniczącym czteropoziomowego przekształtnika 4l-DCC
PublicationW artykule opisano budowę nowego układu równoważenia napięć w obwodzie pośredniczącym czteropoziomowego przekształtnika4L-DCC (ang. Four Level Diode Clamped Converter) oraz zaproponowano dwa alternatywne algorytmy modulacji szerokości impulsów - modulacjęPD-PWM (ang. Phase Disposition PWM) oraz PO-PWM (ang. Phase Opposition PWM). Zawarto rozważania dotyczące realizacji układu regulacjinapięć kondensatorów obwodu pośredniczącego.
-
Charakterystyka wybranych właściwości modulacji 2P-SVPWM,3P-SVPWM oraz VSVPWM dla falownika 4L-DCC
PublicationW artykule scharakteryzowano trzy rodzaje modulacji szerokości impulsów dla czteropoziomowego przekształtnika z diodamipoziomującymi 4L-DCC: modulację dwufazową (2P-SVPWM), trójfazową (3P-SVPWM) oraz bazującą na koncepcji wektorów wirtualnych(VSVPWM). Algorytmy modulacji zrealizowano z wykorzystaniem funkcji kształtu elementu trójkątnego. Opisano mechanizmy równoważenia napięćw obwodzie pośredniczącym bazujące na redundantnych...
-
Dwukierunkowy przekształtnik 4L-DC z aktywną regulacją napięć w obwodzie pośredniczącym
PublicationW artykule opisano model laboratoryjny i wyniki badań dwukierunkowego symetrycznego (ang. Back-to-Back) przekształtnika 4L-DC (ang. Four Level Diode Clamped) z dwukierunkowym dwustopniowym przetwarzaniem energii (połączenie typu ang. Back-To-Back). W celu równoważenia i regulacji napięć kondensatorów w obwodzie pośredniczącym układu zastosowano dwa trójpoziomowe przerywacze DC-DC sterowane synchronicznie metodą modulacji PO-PWM...
-
Modelowanie wpływu pojemności pasożytniczych oraz czasu martwego na napięcia wyjściowe falowników wielopoziomowych typu NPC
PublicationPrzedstawiono wpływ pojemności pasożytniczych na zniekształcenia napięcia wyjściowego wielopoziomowych falowników typu NPC spowodowane wprowadzeniem czasu martwego. Opracowany model pozwala na dokładny opis zniekształceń napięcia oraz jego precyzyjną kompensację znacząco poprawiając jakość formowanego napięcia w szczególności w porównaniu z metodami kompensacji nie uwzględniającymi wpływu pojemności Pasożytniczych. Pojemność pasożytnicza...
-
Realizacja modulacji bazującej na koncepcji wektorów wirtualnych z wykorzystaniem funkcji kształtu dla przekształtników trójpoziomowych NPC
PublicationW artykule opisano modulację szerokości impulsów bazującą na koncepcji wektorów wirtualnych z wykorzystaniem funkcji kształtu. Algorytmy modulacji PWM bazujące na funkcji kształtu są realizowane bez funkcji trygonometrycznych. Nieskomplikowana formuła wyznaczania wartości funkcji kształtu oraz jej właściwości pozwalają na efektywniejszą realizację obliczeń w procesorze oraz łatwiejszą implementację różnychalgorytmów sterowania...
Year 2011
-
Estymacja napięcia niezrównoważenia w obwodzie pośredniczącym trójpoziomowego falownika NPC z wykorzystaniem obserwatora EKF
PublicationW artykule przedstawiono nowy algorytm estymacji napięcia niezrównoważenia w obwodzie pośredniczącym falownika 3L-NPC (ang. Three Level Neutral Diode-Clamped Converter) wykorzystujący rozszerzony filtr Kalmana. Algorytm może być wykorzystany do sterowania falownikiem bez czujnika napięcia w punkcie środkowym jak również może służyć do celów diagnostycznych czujnika polegających na porównaniu mierzonej wartości z estymowaną. W artykule...
-
Modeling the effect of parasitic capacitances on the dead-time distortion in multilevel NPC inverters
PublicationA simple model is derived and verified for evaluating the effect of parasitic capacitances on the dead-time related voltage distortion in multilevel NPC voltage source inverters. The model permits well-defined and precise compensation of dead-time distortion, exhibiting meaningful improvement on compensation methods neglecting the effects of parasitic capacitances. A simple formula is given for evaluating the capacitances as serial/parallel...
-
Modulacja 3D-SVPWM dla przekształtników wielopoziomowych czterogałęziowych na bazie funkcji kształtu
PublicationPrzedstawiono realizację algorytmu modulacji napięcia 3D-SVPWM (ang. 3-Dimensional Space Vector Pulse Width Modulation) dla trójpoziomowego czterogałęziowego przekształtnika 3L-NPC (ang. 3-Level Neutral-Point-diode-Clamped Converter). Do wyznaczania współczynników wypełnień w modulacji szerokości impulsów zastosowano liniowe funkcje kształtu czworościennego elementu skończonego. Proponowany algorytm modulacji nie jest ograniczony...
-
Modulacja 3D-SVPWM z kompensacją napięcia niezrównoważenia i balansowaniem napięć DC dla czterogałęziowego falownika 3L-NPC
PublicationPrzedstawiono realizację algorytmu modulacji napięcia 3D-SVPWM (ang. 3-Dimensional Space Vector Pulse Width Modulation) z kompensacją napięcia niezrównoważenia dla trójpoziomowego czterogałęziowego falownika 3L-NPC (ang. 3-Level Neutral-Point-diode-Clamped Converter). Do wyznaczania współczynników wypełnień w modulacji szerokości impulsów zastosowano liniowe funkcje kształtu czworościennego elementu skończonego z węzłami, których...
-
Zastosowanie funkcji kształtu elementu skończonego w modulacji szerokości impulsów na przykładzie modulacji dwufazowej z kompensacją napięcia niezrównoważenia w trójpoziomowym falowniku napięcia 3l-NPC
PublicationPrzedstawiono problem modulacji napięcia jako problem wyznaczania współrzędnych punktu figury lub bryły geometrycznej. Do wyznaczenia współczynników wypełnień w modulacji szerokości impulsów zastosowano funkcje kształtu elementu skończonego. Wskazano zalety takiego podejścia i możliwości uogólnienia algorytmu modulacji. Opisano algorytm modulacji dwufazowej SVPWM z kompensacją oscylacji napięcia niezrównoważenia z jednoczesną stabilizacją...
Year 2010
-
Bezczujnikowy rozruch wysokoobrotowej maszyny synchronicznej z magnesami trwałymi
PublicationCelem artykułu jest przedstawienie bezczujnikowego rozruchu maszyny synchronicznej z magnesami trwałymi. W pierwszej fazierozruchu zastosowano sterowanie w układzie otwartym z regulacją składowych prądu stojana. Zaproponowano sposób przełączenia pomiędzysterowaniami w układzie otwartym i zamkniętym. W układzie zamkniętym do estymacji prędkości wykorzystano rozszerzony filtr Kalmanai bezśladowy filtr Kalmana. Przedstawiono takŜe...
-
Sensorless Startup of Super High Speed Permanent Magnet Motor
PublicationCelem artykułu jest przedstawienie metody bezczujnikowego rozruchu wysokoobrotowego silnika z magnesami trwałymi. Zastosowano dwa typy metod sterowania. W pierwszej fazie rozruchu zastosowano metodę sterowania prądem, następnie przełączono do trybu sterowania wektorowego. Przy sterowaniu wektorowym zostały użyte: rozszerzony filtr Kalmana (EKF) oraz alternatywny Bezśladowy Filtr Kalmana (UKF) jako obserwatory prędkości obrotowej....
Year 2009
-
Sensorless control of high speed permanent-magnet synchronous motor
PublicationW artykule przedstawiono metodę bezczujnikowego sterowania szybkoobrotowym silnikiem z magnesami trwałymi. Pokazano działanie układu sterowania opartego na filtrze kalmana (EKF) jako obserwatora prędkości obrotowej.
Year 2008
-
Czteropoziomowy falownik napięcia 6 kV typu "Diode Clamped". Budowa i sterowanie.
PublicationW artykule rozpatrzono zagadnienia budowy falowników PWM dużej mocy i średniego napięcia. Opisano model laboratoryjny 4-poziomowego falownika napięcia typu "Diode Clamped", przeznaczony do weryfikacji eksperymentalnej rozwiązań "software" i "hardware" takiego pierwszego polskiego prototypu 6kV/1MVA. Przedstawiono algorytm SVPWM zaimplementowany w układzie DSP. Zamieszczono wybrane wyniki eksperymentalne badań modelu oraz omówiono...
Year 2007
-
Estymacja napięcia niezrównoważenia w obwodzie pośredniczącym falownika trójpoziomowego NPC na podstawie analizy prądów wyjściowych
PublicationZaproponowano prostą i skuteczną metodę wyznaczania wartości napięcia niezrównoważenia w obwodzie pośredniczącym trójpoziomowego falownika NPC (ang. Neutral-Point-Clamped). Zastosowanie proponowanej metody nie wymaga dodatkowych czujników pomiarowych, a nakłady obliczeniowe na realizację algorytmu są niewielkie. Do wyznaczania napięcia niezrównoważenia wykorzystuje się informacje zawarte w mierzonych prądach wyjściowych falownika....
-
Pasywna stabilizacja rozkładu napięć w obwodzie pośredniczącym falownika trójpoziomowego NPC
PublicationPrzedstawiono wyniki badań dotyczące pasywnej stabilizacji rozkładu napięć w obwodzie pośredniczącym falownika trójpoziomowego NPC wskazujące na dobre uwarunkowania tej metody i możliwość jej wykorzystania w zastosowaniach praktycznych. Odpowiednio skonstruowana stabilizacja pasywna zapewnia stateczną pracę z podtrzymywaniem równowagi napięć i powrót napięcia niezrównoważenia do zerowej wartości średniej po ewentualnym zaburzeniu...
Year 2005
-
Zastosowanie S-funkcji w symulacji trójpoziomowego modulatora SVPWM w programie Simulink
PublicationBlok S-funkcjo w programie Simulink pozwala na efektywne wykorzystanie narzędzi tego środowiska. S-funkcaja napisana w języku C, wprowadzona do schematu symulacyjnego jako blok użytkownika jest odpowiednikiem bloku USERa z programu TCad.
Year 2004
-
Efektywne programowanie procesora TMS320C6711 przy użyciu pakietu SIMULINK.
PublicationW artykule opisano alternatywny, w stosunku do standardowych metod kodowania, sposób programowania procesora TMS320C6711 z wykorzystaniem bibliotek pakietu SIMULINK. Scharakteryzowano własności karty uruchomieniowej ze zmiennoprzecinkowym procesorem sygnałowym TMS320C6711 firmy Texas Instruments, pod kątem tworzenia programów do układów prototypowych. Opisano także cechy pakietu SIMULINK jako wydajnego narzędzia pozwalającego na...
-
Szybkie przetwarzanie częstotliwościowo-cyfrowe.
PublicationPrzedstawiono metodę szybkiego przetwarzania częstotliowściowo-cyfrowego opartą na beżpośrednim porównaniu równoległym. Omówiono realizację praktyczną przetwornika z wykorzystaniem układu programowalnego typu ACEX1K firmy ALTERA. Propnowana metoda może być wykorzystana do pomiaru prędkości kątowej silników elektrycznych, jak również do realizacji szybkich przetworników częstotliwości na napięcie.
seen 3131 times