In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S V o l.  10, N o.  1, Mar ch 20 19,  p p.  538~ 5 4 7   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 1.pp 5 38- 54 7           538     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Dynamic analysis of the hi gh-p ower factor three-phase AC to   DC converter u s ing cu rrent i n ject ion hyb r id resonant technique       R a h i mi B ah ar om,  Moh a m m ad   N awa w i S eroj i   Facul t y o f   E lect r i cal  Engi n eer ing ,   U niversiti T e knol ogi MARA ,  M alay si     Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Jun  12 ,  2 0 18  Re vise d N ov  29,  201 8   A c c e pte d   D ec 14,  2 0 1 8       Th is   p ap er  p resen t s   th dyn amic  a n a ly sis   o f   t h e   h ig h-p o wer  f a ct or  t hree- ph ase  a c   t dc   c on verter  u s i n g   c urren t   i nj ecti o n   h y b r id  r eso n an tech niq u in   ord e r to   i nves t i g at e th e charact eri s t i cs o f   the output voltag e ,   line  c u rrent,  D C - li nk  vo lt age  and  th reso nan t   c u r rent   o th pro p o s ed   c on vert er Th e   dy na m i anal ys is  h as   b ee n   d e vel oped   b a s e on   a   s ep arat anal ys is   o f   th e   r ecti f ier  lin e - f r equ e ncy  o p era t ion   and   at  t he  r eso n an ci rcuit  hi gh -f re q u en cy.   C on ve rte r   circu i t   an aly s i s   h as   b e e p e rf o r m e bas e on   t h e   o perat i on   a t he  f u n d am ent a f r e q uency .   T h e   p o w er  b alance  rel a ti on   m et ho d   h a be en   in clu d ed  i n   order  t o   m at c h   t h e   l in f r equ e ncy   equ a ti on  with   t h e   h i gh  f r equ e ncy  res o n a nt  s tag e   e quat i o n .   T h i s   a nal y s i s   can  b en vi sag e d  t o   b e  t h e   heart   of   t he  s ma ll - s i g na mode t o   d esign  t h ou tput  v oltage   r e gu lati on   a nd   m a intain   a   h ig h-p o wer  f act or  i nput  li n cu rrent  o t h p r op o s ed   c o nvert er.   K eyw ord s :   AC-DC converter  Cur r ent i n jec t i on te c h ni que   Dy n a mi c   an alysi s   H ybri d  r esona nt c on ve rter   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   R a h i mi  B ah arom,    Fa cult y   o f   E l e c t rica l   En gine erin g,   Un iv e r sit i  Tekn o lo gi  M A R A,  4 045 0   Sh ah  Ala m,  S el a n go r,  M al a y si a .   Em ail:  rahim i 6 5 7 9 @ gm ai l.co m       1.   I N TR OD U C TI O N   T h e   e x i s t i n g  r e s e a r c h   w o r k  i s   m a i n l y  c o n c e r n e d  t h e   i n v e s t i g a t i o of  t h r ee -phase   A C- D C   C IH R C   to pol o g y   t o   a c h ie ve   a   h igh   pow er  f a c t or  a nd  l o w   dev i c e   stre sse s   b y   in j e cti n g   hi gh   s wi t c hi ng   f requ e n cy  curr ent  i n to  t h e   m i d po i n t   o f   t he   t hree -ph a s e   b ri dge   r e c t i fi er  c om b i ne w ith  t he   i n p u t   l i n freque nc c u rrent   resulting  in  h igh-fre quenc m odul a tion  at  t he  m idpoint  of   t he  d iod e s.  T h e   c u r re nt   i nj ect i o n   t e c hni que   w a s   ado p t ed  d u e   t o   its  s ui ta b ili ty  i a p p l i c a t i ons   o A C - D C   c o nver t er  t o p o l o gi e s   b es ide s   its   h i gh  perfor m ance  in   term of  pow e r   f actor,   eff i c i e n cy,   r e l i ab i l i t y,  l i g ht   i w e i g h t ou t p u t   v o l t a ge  r e g u l a tio a nd  s i mp le  u p g ra din g   to  t he  e x i s tin three - p h ase  A C -D co n v erte r s   [ 1],  [2] .   I a d d i t i o to  t ha t,  t he  c urr e nt  i nj ec t i o n   t ec h n i q ue  w as   mor e   p ra ctica l   due   t i t sim p li c i ty  [ 3].  B y   u s i ng  the   hybr id  r eso n an co nfi gura t i o n ,   t he   r esona n t   c urrent   depe n d e n c y   p rob l em   o t h se ries  c irc u it  c onf i g ur at ion  c a be   s o l ved,   a ll ow i ng  the   c o n t ro of  t he  o u t p u t   vo lta ge a t n o -l oad  or sm a ll l o ad co n d it io ns.  M o r e over,  t he  u se  o f  hi g h sw i t ch i ng fr eq ue n c y w i ll   i n   t h e o ry l e a d   to   s m a ll  ele m e n t   val u es  o t h re so n a nt  t a n an d   he nce  impr ov i n g   the   po w e r   de nsit of  t h e     c o nv e r t e r t opolo g y .   I n   t h i rese arc h   p a p er,   dyna m i c   anal ys is  o the   thre e-p h a s A C - D C   C IH RC  ha bee n   d eve l o p e d Thi s   n ov el   a n a l y si h a v e   b een   d eriv e d   b as e d   o t h st ea dy -st a t e   c irc u it  a n al ys i s   a de vel o ped   in   [ 4 ] [5]  t o   impro v e   t h e u n d ersta n d i ng of the be h av i our of the   c i rc u it top o l ogy   i n   t e rms   o f   i t s   c ont ro ll a b i lit y ,   s t a b i l i t y   a nd  susta i na bil i t y.  F urthe r mor e the  de ve l o p e dyna mic   a n a l y s i s   c a n   p r o v i d e   a cc urate  pre d ic t i o n   o t h ou t p u t   vo lta ge  t rans ie nt of  t he  c on v e rter  c i r cui t   t o p o l og y.  T hu s,  t h i s   a n a l y s i s  c a n  b e   u s e d  t o   f o r m  t h e  b a s i s  f o r  t h e   sma l l- si g n al  m ode to  d e s i g the   cl ose d -l oo vo lta ge  c o n t rol l er   i order   to  r e g ul a t t h ou tpu t   v ol t a ge  o t h con v er t e w h i l s a t   t he   s a m e   t i m e   a l s it  ca f unc t i o n   t c o rr e ct  t he  p uls a ti ng  na tur e   o t h s u p p l y   cur r e n t   t o   a l m o s t  u n i t y  p o w e r  f a c t o r   w i t h  a  l o w  t o t a l   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   (TH D )   l evel  w e ll  b e low   t h e   ac ce pta b le   lim it  that  i defined in t he  s tandards   o f IEEE Std. 519   a nd  m aintaini ng the hi g h   qu a lit y inp u t   l ine c u rr ent. Th i s w a Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       D y nam ic  a n a l y si o f   the h i gh- po wer f a c t o r  t h ree - p h a s e  AC  to D C   conve r t e using    (Rahim i  Ba har om 53 9 implem e n te usi ng  a n   a ppro p r ia t e   d es ig of  t he  h ybr id   r es ona n t   c i rc ui w ith  a   s ui t a ble   sw itc h i n g   f re que nc y   selec t i o tha t   c ou ld  e nab l the  de v i ce to  o p e ra t e   u n d e r   v irtua l l loss less  z e ro  v ol t a ge  s w i t c h i n g     (ZV S ) c o n d it io ns.      2.   T H R E E - PH AS E AC   T O DC WIT H   C U RRENT   I NJ ECTION HYBR I D RESONANT  TECHNIQU E   The   circ ui s t r u ct ure  o f   t he  t hre e -pha se   A to  D us i ng  c u rre nt   i nj e c t i on   hyb ri d   re so na n t   t e c h n iq ue  i s  p r e s e n t e d  i n   t h e   F i g u r e  1  w h i c h  c o n s i s t s   o f   a  s i n g l e ,   h i g h - f re qu en cy   i nv e r t e l e g   that  o perat e from  the  sp l i t-c a pac itor D C -lin k w h ere   t h e trans i s t or  du t ra t i os w ere   f i x e d   a t 0.5. The a u t o t rans form er   T A  s teps  u p th e   ou tpu t   v o lta ge  f rom   the   sw itc hi n g   l e g   a nd  drove   a   s i n u s o i d a l   cu r r en thr o ugh  the  h ybri d   r esona nt  c ircu it.  T h e   resona nt  c urrent   w a s   r ect i f ie t o   f orm   t h e   o u tp ut  a nd  w a a l s o   in jec t e d   i nt the   thre e-p h a s u til i t y- fre que nc rec t i f i e t o   m odu la te   t he   r ec t i f i e r   i np u t   v ol t a ge r e su lti ng  in   c o n t i nuo us  a nd   s i nus o i da l   l i ne  c urre n t s.   T he   inc l usio n of  c a p ac it or C PA  a the   in p u t o f   t he  hi g h fr e que nc y   fu l l -w ave   r ect i f ier  is the   m a in   d if fe r e n c e   w i t h   t h e   series  c irc u it t o po l o g y , th u s,  m a k t h i s  c i r cu it t o pol og y o p e r a te  a hy br id  r eso n a n co nver t e r         F i gure   1.  The  t hree -phase  A C- D C   c urr e nt in j ecti o n hy bri d  r eso n a nt  con v e rt e r  t op ol o g y       3.   DYNA M I C A NALYS I S  OF   T H REE - PHAS E   A C  TO  DC CONVE RTER US I NG  CURREN INJ E C T ION HYBRI D  RESONANT TE C H N IQUE  Th is  s ec ti on  d e scr i be the   d e riva ti o n   o dy nam i a n a l ysis  f or   t he  t hr e e -pha se   A t o   D us in g   curr ent  i n j e c t i on  hy bri d   r e s o n a n t   t e ch n i q u e .   T he  d y n am ic   a nal y s i s   f or  t he  C IH RC  w a done   b c o n s i d er i n g   tha t  t he  c o nver t e r  w oul d i n v o l ve tw o   s t a ges :   a.   The  line - fre q u e ncy  rec tifie b.   H i g h -fre q u enc y   r esona nt   c irc u i t   The   a n a l ys is  o l i n e- freq ue nc of  t he   t hree -phase  P WM  A t o   D c o nv e r ter  w a b a se on   t he   st a ndard   m eth od  a s   d isc u sse i n   [ 6].  The   r e su lt ing  c i rcu i t   equ a t i ons  t ha w e re   e xpre s se i n   s ta t e -spac e   for m   w e r e   t hen  a v er aged  t rem o v e   t he   r ip p l e.   A fter   t ha t,  t he   d irec t   a n d   q u a dra t u r (d -q t r a n s f o r mat i o n   met hod  w a a dop t e t o   e l i mina t e   t he   time   var i a n ce   i the   eq ua t i o n s.  I n   o rd er  t mo d e l   th e   high -f re qu e n c y   r e s o n a n st a g e,   t he  f und a m e n t a freq u e n c y   m e t ho ds  a disc usse i n   [ 7]  w e re  a dopte d .   To  m atc h   t he  l i n fre q uenc y   equa t i o n of  t h e   t hr ee- ph ase  P W A C -D C   c o n v e r ter   w ith  t he   h ig h- fre q uenc r e so nan t   s tage  e qua t i o n s,  t h e   pow er  bala n c e d  r elat io ns  f or  t he D l i n k  m etho ds w e r e m plo y e d .     3 . 1 .    L i ne  f requency   rec t ifier  F i gure  shows   the  s i mplified  d i a gram   o f   the  line-frequency  r ec tifier .   T he  t ota l   D C- l i n k   vol ta ge   V DC   w a ob tai n e d   f rom   a   se ries  c on nec t ed  o the   tw sp lit  D C   l ink  c a p a c it ors  repr esen ted  b y   t he   D l i n k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     53 8 –  54 7   54 0 ca paci t o r,  C DC The   l i ne  c urre nts  a nd  s u p p l v o lta ge w e r e   r epre sente d   by  i i  a n d  V i   r esp e ct iv el y ,   w h e re   i   repr esents   t he  1 a n pha ses.  T he  l i n e   i nduc tance   an its  s m a l l  r e s i s t a n c e   w e r e  r e p r e s e n t e d  b y   L s   a nd  R s   re sp ec ti v e ly Th e   t h ree - ph a s di ode  b ridge  rectif ier  were  d enot ed   b y   D j ,   wher j =1… 6 T h s w it c h in g   fu nc ti o n   o eac d i odes  le w e r e   r epr e sent ed  b S i  w h e r e   i   i one  1’  w hen  t h up pe dio d o f   t he   l eg  i s   c o ndu c tin g   whi l e   i   i ze ro ‘0’  w he n t h l o w e r dio d is  c on d u ct i ng.         F i gure   2.  A  si m plifie d o f   t he  line freq u e n c y  A C-D C  c onve rter       Ba se o n   t h e   c irc u it  c o n f ig ura tio sh ow in  F igure  1,   t he   p ha se   v ol t a ge  e qua tio ca be   d erive d   b y   app l yi ng  th e Kir c h h o f f's v o lta ge  l aw ,   re sult in g in   v i R L   v  v             ( 1 )     wher R s   i the  seri e s   r es i s t a n c of   t h e   l i n i ndu ct o r v DN   i the   in pu vo lt age   o f   t he  f irst   l eg   a p o in D ,   w i t h   respe c ts   t t h nega tive   po i n t,   N   o the   D C - l i n k.   v NO   i s   t h vo l t a g e   betw ee poi nt   N   a nd   t he   s t a p o i nt  o the   in put  s u p p l v o l t a g e.   B c o n s i d er i n the  s w itc hi n g   f un ct i on  n o t a t io of  v DN  =   V DC S 1 w h e r S 1   i func t i o n   of  c o n duc t i ng  of  d i ode  D 1 t h u s ,   ( 1 )   c a n  b e   s i mp l i f i ed  a s :     v i R L   V  S v             ( 2 )     The me tho d  fo r  der i v e   t h e fir s p h a s e   e q ua tion ca be ap p l i e d t o so l v e   pha se s 2 an 3.   T h e refore,   th e   pha se  2  a n d   p h a se  3  e q u a tio ns  c an  b e   de rive d   a s ;     v i R L   V  S v             ( 3 )     v i R L   V  S v             ( 4 )     F o r   a   three - pha se  s yste w ith ou t a   neu t ra l   l i ne   i i i 0               ( 5 )     By  a ssum i n g   t ha t   the  t h re e-pha se  A su pp l y   v o lta ge w e r e   b a l anc e d t h su mmat ion   of  t h e   in sta n ta ne o u s vo l t a g e s  w il l b e   e qua l   to  z e r o.    v v v 0               ( 6 )     Re arr a ng i ng (2 ) ,  ( 3) a nd (4)   wil l   r e s ul t i n ;     i  L di dt V  S v  v R   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       D y nam ic  a n a l y si o f   the h i gh- po wer f a c t o r  t h ree - p h a s e  AC  to D C   conve r t e using    (Rahim i  Ba har om 54 1 i  L di dt V  S v  v R     i  L di dt V  S v  v R     S ubst i t ut i ng t h e a bove  i n t o ( 5 ),  h ence ;     v   V  S              ( 7 )     Th e   in put   s i d e   o f   t h e   c on v e rte r   c a n   b e   obt a i n e by   s ub st itu t in g   ( 7)  i n t o   (2) ,   ( 3)   a nd  ( 4 )   repr esente d   by t h fol l ow i n g:     L ı  R i  S S V  v           ( 8 )     L ı  R i  S S V  v           ( 9 )     L ı  R i  S S V  v           ( 1 0 )     or in  the   m a trix form   as:                     ( 11)    Her e :      i i i      R 00 0 R 0 00 R      L 00 0L 0 00 L       S 1 3 S V  v  S 1 3 S V  v  S 1 3 S V  v     The  circu i t ( 11)  ca n  be   simpli fie d   by  ave r ag i ng t h sw itc hi n g  f u n c t i ons,   henc rem ovi n g   t he hi g fre que nc inf o rma t i o [8].  F u r therm o re,   by  e m pl o y i n g  t he  t ransf or ma t i o n  t a r o t a tin refe renc fra m e,  t he   sup p l y   f re qu e n cy tim e va ria n ce  c an be   rem o v e d.     3.1. 1.  Averagin g  p roced u re  F o r   a nat u ra l   s a m p lin g sin u s o ida l  pu l se-w i d t h   m od u l a tio n,   t he s wi t c h i ng   p o i nt with in   o ne   s wi t c hi ng  peri od   a r e   n o t   s ym me trical.   H o w e ver ,   w hen  the   sw i t c h ing  frequ en c y   i s   m u ch  h i g he th an  t h e   l i n fre que nc y,  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     53 8 –  54 7   54 2 the  m o d u la t i n g   w a ve   c a n   b rega rded  a a   c onsta n t   w ith i n   e ach  s w i tc h i ng  pe ri od.  T h e refore,   the  sw itc h i ng   pat t ern  is  c los e   t be  s ymm e tric a l   [ 9] In   t hi w a y,  t he   l oca l   ave r age   v a l u e   or  dut rat i S   can   b used  t o   repla ce  t h sw itc hi ng fu nc ti o n   S i   i a ny  s p ec ifi c   p e r i od.  T he   u se   o c u rrent i n j e c t i o sin u s o i d a P W sc hem e   resul t i ng  i n   t he   s up p l c u rre n t   t ha is  i pha s e   w ith  t he  f u n d a m e nta l   o t h P W M   v o l tage,   V PW M 1 T h V PW M 1   i s  l a ggi ng  t h e  su ppl y   vo lt ag e ,   V s   b y   an  a ngl e   ϕ  as show in F igure   3,  w it h the  a ssump t i on  tha t t h e p h ase  ang l e   w a unaffe c te d   w i t h   t he  sm a ll  re s istanc e R s .           F i gure   3.  F un d a me nta l  fr e que nc y p h as or  d i a gram       By  r efe rrin g   t o   t h p h a s or   d ia gram   s how i n   F ig ure   2   an d   by   u si ng   t h e   r e l at io nshi p   i n   ( 2 ) i t   ca b e   seen tha t t h e fu ndam e n t a l  of t h e P W v o lta ge o f pha se   i = R , Y ,B  w h e re   R = 1 = 2   a nd  B=3   ca b e   e xp re sse as;     v   f M sin ωt i 1            ( 12)    And for phas e i,    L ı  i R V  v            ( 1 3 )     There f ore ,  t he   l oca l   a ve rage   s w itc hi n g   f unc ti on  S  in m a tr i x   e   c oul d be ob t a i ne d by  c o mpa r in (1 3)   w it ( 1 1) Th us, the  re s ul ti n g  equa ti on c a be e xpresse as:     S S sin ωt i1            ( 14)    Fi n a lly , t h e ma t r ix   e  in ( 11) c an be   simp li fie d   a s foll ow s:     e V  sin ωt v V  si n ωt  v V  si n ωt  v           ( 1 5 )     3.1. 2.   El im in a t i o n   of  t h e   t ime-var i a n c e   The  trans f or ma t i o n   t ro t a ti n g   r efe r enc e   f ra me   t ec hn i q ue   w a s   a d opte d   t e l i m in ate  the   tim e - vary in sw itc hin g   f u n ct i on  in   ( 11)  a nd  use d   t furt her  si m p li fy   t he   m ode l.  I th is  w a y t h r ee- phase  q uan t i tie s   w e r e   t ransfor m e d   t d i rec t   a n d   qua drat ure   axi s   ( d-q)  c om p one n t s   u s i n g   t he   t r a nsform ati on  ma t r i x ,   T -1 Th en the  d-q  q u an t i t i e were   t rans for m e d   b ack  t t h e i t h ree - p h ase   q ua n tit ies   us in g   the   in v e rse  m a trix  T Th i s   proce s i s   k n o w as  t he   n on- pow e r   i n v a r ia n t   P ark  transfo r ma t i o n   [ 8].   The r efore,   t he  t ransfor m a t i o ma t r ix  T - 1  c an  b e e xpressed  as;     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       D y nam ic  a n a l y si o f   the h i gh- po wer f a c t o r  t h ree - p h a s e  AC  to D C   conve r t e using    (Rahim i  Ba har om 54 3  cos ω t c os ωt  c o s ω t  s i n ω t s i n ω t   s i n ω t          ( 16)    Mea n w h ile,   th i nve rse  ma t r ix  T  i s   gi v e n   by:     co s ω t si n ω t 1 co s ω t   s i n ω t  1 co s ω t   s i n ω t  1           ( 1 7 )     The  re la tio ns h i be tw ee the   ve ct or  x   i the   st a t i onar y   f ram e   a nd  the   new   sta t ve c t or  x r  i n   t h e   rota ti n g  fr a m e  c an  b e e xpress e as foll o ws:     i i i                ( 18)    The  ori g ina l   s ta te ve c t or a lt e r nat i vel y  c an be   expr essed a s                    ( 19)    w h er the  d,  q ,   and  zer s e que nc c o mp one nts  of  t he   l i n c u rre n t s   a re   r epr e sent ed  b i D i Q   a nd  i o   respe c t i ve l y . D i f fer e n t i a tin (19) g ives :                      ( 20)    By  s ubst i t u tin g   ( 1 9)  a n d   ( 20)  i nto  (11),  yiel d i ng :                       ( 21)    Mu lt ip lyi n g ou and r ear rangi ng (2 1)  re s u l t i ng i n                    ( 22)    By  u sing  ZT  =  TZ   a follow s ,   w h ich  g i ve s :                      ( 23)    Th e r efo r e,                          ( 24)    Whe r e,       i s ;        R ωL 0 ωL R 0 00 R           ( 2 5 )     and  from  (25) T -1  e   can  b se para te d in t o      V  si n ωt V  si n ωt  V  si n ωt    v v v         ( 26)        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     53 8 –  54 7   54 4 Th e r efo r e;      V  sin ωt V  sin ωt  V  sin ωt   V  si n V  cos 0         ( 27)    A ssumin g  t hat  t h e   d- t r ansfo r m a tio n of  t he thre e -p ha se su p p l vo l t a g yie l d s :      v v v  V V 0               ( 2 8 )     wher V D   a nd  V Q   a re  t he  d   a nd   q   c om p one n t of  t he   t hr ee- p h ase  s u p p l v o l t a g es   v 1 v 2 and  v 3 B y   sub s t i t u tin g   (2 5),   (26),  ( 27)  a nd   ( 2 8 i n to   ( 2 4 ),  t he   t hre e -p ha se   l i n e   f r e quen c rec t i f i e can   b e   rep r e s ent e by   the f o l l ow i n g set  of t ime - in va rian t,  state-spa ce  equat i o n s in  a   r otating fram e   a s   the  reference:    L 00 0L 0 00 L  ı ı ı  R ωL 0 ω L R 0 00 R  i i i   f M si n V  f M co s V 0     ( 29)    By  n e g l e c t ing  the   ne u t r a l i ne   i t h sym m e t r i cal  t hree -pha se  s ystem ,   t he  z ero  seque nce  c o mpo n e n t   i 0   c a n   b e   ig no re d .   B u s in t h t r a n sf o r ma tio n   t rot a ti ng   r e f e re nce   fra m e   m etho d,  t h e   d - a x i s   is  9 0 °   a he a d   of the   pha sor   o f  the su p p l vo lta ge , result ing   i n  V = 0  a n V Q  2 V s A s   a   r esul t   of t his, the tim e varia n t   equa t i o n s c a be  expr esse d b y   m ult i pl y i ng  ou t (29)  to be .     L ı  R i ω L i  f M sin         ( 3 0 )     L ı  ω L i R i  f M co s 2 V           (31)     sin  ϕ c a be ob t ai ne from  the   f un dam e n t a l   fre que ncy  p h a s or dia gr am  in F i g u r e  3.     sin Φ               ( 3 2 )     The  d-q tra n sf orm a tion  o f  t h e   l i n e   c u rren t   g i v e s :     I   i i            ( 3 3 )     i i tan     Th e r efo r e,     2 I  i i tan     2 I  i 1 1 tan       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       D y nam ic  a n a l y si o f   the h i gh- po wer f a c t o r  t h ree - p h a s e  AC  to D C   conve r t e using    (Rahim i  Ba har om 54 5 As a resul of;    i i  2t a n 1 t a n     F i nal l y t h e   re sona n t  cur rent  c an  b e de ri ved a s   I                                ( 3 4 )     3.2.    High - f req u e n c y r e son a n t  st a g e     Base d   o n   t he   f un dam e n t a l   freque nc a p pro x i ma t i o n   a disc usse i [4],  t h e   h igh- fre q u e n c resona n t   st a g w a ob ta ine d   b a ssum i ng  tha t   t he  r e s ona n t   c i r cu i t   r e s po n de im m e dia t e l t o   t h e   s ma l l - s i gna c h a n ge s.  Under   trans i e n c o n d i t io n s ,   t h dif f ere n ce   b etwe e n   t he  t o t al  a c t i ve  pow e r   f l o w i n g   i n t o   the  D C - l i n t h ro ug the   t h re e-pha se   r ecti f ier   a nd t h e p o w e r draw n thro u g h   t h e tr ans ist o r sw it c h in g leg   m u st   f low   int o  or  o u t   o f   t h e   D C -lin capa c i t o r.  T hi i s   t he   d y n am i c   v e r si o n   o t h st e a dy-s t ate  p o wer  bala nce   in  ( 15) w h e r it   w as  assum e d t h at  t he  di ffe re nc e i n   p o w er  w as zero  [8].  The refore;     3V   I  V   I    I  cos θ  V  C           ( 35)    B y  u s i ng  θ DC-D in [5]  to el im inate the  θ DC - D C  term s  in ( 35),  i t   w ill  resul t  i n:    3V   I  V   I             V  C        3V   I  V  C                ( 3 6 )     wher e;     V  V  2 2 f M     By  su b s tit ut i ng V PW M 1  int o ( 36) y i e l ds;     C                        ( 3 7 )     In or d er  t o   eli m ina t e   the  cos θ    term  f r om [5] yielding;                          I  Z     2   0         ( 38)    In  o rder   t c o m p l e te   t he   m ode of  t he   c on verter t h dy n a m i c   r e la t i onsh i be tw ee n   t h o u t put   vo lta ge,  V o   a nd  the   ou tpu t   c urre n t ,   I o  w a s  r e q u i r e d .  I o   i s   the   loc a l   a ve ra ge   o the   r ect ified   br i d ge   c ur rent,  I B   tha t   w a s   f e d  i n t o t h e para l l e l  com bina tio n of  t he l oa r e sis t or  an d  fi l t e r ca pa ci tor   a s  i llus t rated in  F ig ure   4 an d   F i gure   5.  I Z   i the  sm al c u rr ent  di sturba nce  pl a c e d   i para llel  w i t h   t he  l o a resis t or  R L   a nd  is  a a n a l yt ica l   to ol  t e x a m in e   t h e   l o ad  c ur rent  c ha nge s.  T he   d i ffe ren t ial  equa ti on   f o r   t he  o ut p u t   f i lt e r   c a p ac it o r C o   c an   b expre s se d a s :     I I C                ( 3 9 )           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     53 8 –  54 7   54 6 wher e,    C dV dt I I V R     I  I  I          F i gure   4.  O utput  r ec tifie r un it  under   d ynam i c c ond iti o n s     F i gure   5.  C ur rent  f low   thro ug h ou t p u t   rec t ifie r un i t  u nder   trans i e n c o n d i t i on s       So ,     I 2 π 2 I     I I  I      I  C  dV dt     Hen c e,    I 2 I  C                 ( 4 0 )     Whe r e,     V I  R               ( 4 1 )     S ubst i t ute  (41)   i nt o ( 39),  result ing  i n ;                          ( 4 2 )     and  fu nct i o n   v   r epr e sents t h rig h t   h an d si de  o f ( 42).       4.   CONCL U S ION  I n   t h i pa per ,   a   d yn a m ic  a na ly sis   o f   t he  t h r ee -phase   A to   D c o n v ert e usi n c u rr ent   i n jec tio hy bri d   r e s o n a n t   t e c h n i q u w a derive d.  I ge ner a l,  it  t h de si g o f   d y n a m ic  a na ly sis  w a to  p r ovi de   a ac cura t e   p red i cti o of  t he   o ut p u t   v o lta ge l i n e   c urr e n t D C -lin vo l t a g a n d   r e so na nt   c urre n t   t ra nsie n t s   respo nd.   T h i m a the m a tica l   m ode l   ca be   u se t o   d e v el o p   a   s ma l l -si g n a m ode t o   d esi gn  c l ose d   l o op  con t ro l l er  t r e gu l a te  t he   D ou tpu t   vol tage ,   w h ilst  a t   t he  s am ti m e   a l s bei n c a pa b l t o   p e rfor m   t he  pow e r   fa ct or c orre cto r  ope rati on.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       D y nam ic  a n a l y si o f   the h i gh- po wer f a c t o r  t h ree - p h a s e  AC  to D C   conve r t e using    (Rahim i  Ba har om 54 7 ACKNOW LEDG E MEN T S   A u t hors  gra t ef ull y   a ck now le dge  t he  f ina n c i al  s u p p o rt  fro Inst i tut e   o f   R e sea r ch   M a n a g emen t   and  In no v a ti on  (I R MI)   Un i v ersiti   T ekn o lo gi   M A R Gran t   No :   6 0 0 -IRMI/ M y R A  5 / 3 / B ESTARI (0 2 9 / 201 7).      REFE RENCES    [1]   A.  V T.Ch and r asekar,  et al . ,   "A  S tud y   a nd   R evi e o f   C urren t   I nject io Techniq u es,   I n te r n a t i o na l J o u r na l of   T echn o lo gy a n d   En gi neeri ng Science  [I JT ES ] ,   vo l   1 ,   pp.   1 008 -1001 3, S e p t   2 01 3.  [2]   M .   Y .   Tarnin i,  " H a rm oni F i ltratio b y   C u r rent   I nj ecti on  a n d   S h u n t   Capacit o rs   T ech ni que,"   in  20 13  3rd   Int e rna t i o n a l  Co n f er e n ce on  Electric P o wer an E n er gy Con vers i o n  S y st e m s ( EPE CS ) pp.   1 - 5 Oct   2 013 [3]   M .   T aleb  a nd  T.  H O r tm eyer,   "E xami nati on   o f   th curren t   i nject ion  t echnique  (dis t r ib u tio n e tw orks ), in   I EEE   Tran sac t io ns  on   Po we r De liv e r y ,   vo l.  7 p p .   4 4 2 -448,   J an 19 92 [4]   R .  B a h a r o m ,   M .  N .   S e r o j i ,  M .   K .   M .   S a l l e h  a n d  K .   S .  M u h a m m a d ,  " A   hig h   p o w er  f a c t o th ree-ph a s AC-DC  curren t   i nj ecti o hy bri d   r es on ant   con v ert e r,"   IECON 2 0 1 6  -  42 nd   An nu al  C o n f e r e n c e  o f   th e  I E EE  In du st ri al   El ectro n i cs  S o ciety ,   Floren ce,   pp.   3 12 3-31 28 2 0 1 6 .   [5]   R.  B ah arom  et  al .,   " A n al ysis  o Three-P h ase  A C -DC  Cu rrent  I nj ec t i o n   H yb rid   Reso na nt  C on ve rte r " ,   Jo ur nal  o f   T e leco mmu ni cati on , Electr onic and  Com puter Engin eeri n g   ( J TEC) ,   Vo l .  9,   No .2 -7 , 20 1 6 .   [6]   R.  W u ,   S .   B.  D ewan  an d   G . R.  S l emon , " P W M   AC  t DC  co n v erter  wi th   f ix e d   s wi tc h i ng   f r e qu e n c y , "   Co nfer ence  Reco rd of   t h 198 8 IEEE   In d u st ry  A ppli c ati o n s  So ciety An n u a l  M eeting ,   P i ttsb u rg h,   P A,   U S A ,   pp.   706 -71 1     vo l. 1,   1 98 8 .   [7]   R.   L .   S t e i gerw ald ,   " Hi gh -F requen c Reso nan t   T ran s isto D C -DC  Co nv e r te rs,"   i n   IE EE   T r an sa c tions  on In dustrial  El ectro n i cs v o l .   IE -3 1 , pp . 18 1 - 1 91 , May 1 98 4 .   [8]   M .  N .   S e r o j i ,  " A n a l y s i s  a n d  C o n t r o l   D e s i g n  o f   a   H i g h - P o w e r  F a c t or,   Three-P h ase  AC/ D Con v ert e With  H ig h - F r equ e ncy  R e son a nt   C urren t   I n j ect io n,   "   Ph. D .  di ssertati on,  Dep a r t m e n t   of  Electr o n i c,  Elect ri c a l  an Comp ut er  En gi neeri ng,  U n iver sity  of B i r m ing ham , D ecemb e r 20 07 [9]   R.  W u ,   S .   B .   D e w an  an d   G . R.  S l emon "An a lys i of   a n   AC- t o-D C  v ol tage  s ource  converter  using P W with  p has e   and amplitude  c ont rol," in  IEE E  T r an sactio ns  on   Industry App l ica t ion s ,   vo l .  2 7 , pp . 35 5 -3 64 ,   Ma rc h-Ap ril 19 91   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.