Pontt Cyclo

8/12/2019 Pontt Cyclo

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2 0 0 6 3 7 t h A n n u a l IEEE P o w e r E l e c t r o n i c s S p e c i a l i s t s C o n f e r e n c e J e J u , K o r e a , 2 0 0 6

I n t e r h a r m o n i c c u r r e n t s a s s e s s m e n t i n h i g h - p o w e r c y c l o c o n v e r t e r - f e dd r i v e s

J . P o n t t , IEEE S e n i o r M e m b e r , J . R o d r i g u e z , IEEE S e n i o r M e m b e r , J . S a n M a r t i n , IEEE S t u d e n t M e m b e r , R . A g u i l e r a , J .R e b o l l e d o , E . C a c e r e s , I . I l l a n e s . P . NewmanD e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c sT e c h n i c a l U n i v e r s i t y F e d e r i c o S a n t a M a r i a+ 5 6 - 3 2 - 6 5 4 5 5 3 V a l p a r a i s o , CHILEE m a i l : j p o g e l o . u t f s m . c lA b s t r a c t L a r g e d r i v e s f e d b y C y c l o c o n v e r t e r s ( C C V s ) a r e a n d h i g h r e l i a b i l i t y m u s t b e a s s u r e d . F o r 1 2 - p u l s ee x t e n s i v e l y a p p l i e d i n i n d u s t r i a l a n d t r a c t i o n d r i v e s . F o r 1 2 - c o n f i g u r a t i o n s , m u l t i - w i n d i n g t r a n s f o r m e r s a r e e m p l o y e d .p u l s e c o n f i g u r a t i o n s , m u l t i - w i n d i n g t r a n s f o r m e r s a r e F o r h i g h - p o w e r a p p l i c a t i o n s , t h r e e s e p a r a t e d t h r e e - p h a s ee m p l o y e d . F o r h i g h - p o w e r a p p l i c a t i o n s , t h r e e s e p a r a t e d t h r e e - t r a n s f o r m e r s w i t h t w o s e c o n d a r y w i n d i n g s w i t h s t a r - a n dp h a s e t r an s f o rm e rs w i t h t w o s e c o n d ar y w i n d i n g s w i t h s t a r - d e l t a c o n n e c t i o n a r e u s e d . Few d o c u m e n t e d i n f o r m a t i o na n d d e l t a c o n n e c t i o n a r e u s e d . I n t h i s p a p e r , a s t u d y a n d r e g a r d i n g t h e i n t e r h a r m o n i c s c u r r e n t s i n t h e t r a n s f o r m e re v a l u a t i o n o f t h e i n t e r h a r m o n i c s c u r r e n t s b e h a v i o r i n j e c t e d b y w i n d i n g i s a v a i l a b l e .C C V i n t h e t r a n s f o r m e r w i n d i n g s i s p r e s e n t e d . F i e l dm e a s u r e m e n t s a n d s i m u l a t i o n s s u p p o r t t h e a n a l y s i s . R e s u l t s F o r h a v i n g a d e s i g n t o o l , i n t h i s p a p e r , a s t u d y a n ds u p p o r t s f u r t h e r i m p r o v e m e n t s c o n c e r n i n g d e s i g n , e v a l u a t i o n o f t h e i n t e r h a r m o n i c s c u r r e n t s b e h a v i o r i n j e c t e de n g i n e e r i n g a n d o p e r a t i o n i s s u e s . b y C CV i n t h e t r a n s f o r m e r w i n d i n g s i s p r e s e n t e d . T h e

K e y w , c y c l o c o n v e r t e r s , high- m e t h o d o l o g y i s b a s e d on a c o m p u t a t i o n a l m o d e l i n g a n dK o w e y w o r d s - - r v e r s , h r a n s f o r m o n s , s y n c h r o n m o t o r . p r o c e d u r e f o r t h e e v a l u a t i o n o f h a r m o n i c a n d i n t e r h a r m o n i cp o w e r c o n v e r t e s , t r a n f or m e rs s y n c h r n m o c u r r e nt s i n j e c t e d t o t h e n e t w o r k b y a medium v o l t a g e CCV-I . I N T R O D U C T I O N f e d d r i v e . R e s u l t s f r o m s i m u l a t i o n a n d m e a s u r e m e n t s o fi n t e r n a l c u r r e n t s i n t r a n s f o r m e r w i n d i n g s f e e d i n g a 1 2 - p u l s e

C y c l o c o n v e r t e r s ( C C V ) a r e c u r r e n t l y e m p l o y e d f o r h i g h - C CV b e l o n g i n g t o a n a c t u a l s y s t e m v a l i d a t e t h e m o d e l i n g .p o w e r a p p l i c a t i o n s , e s p e c i a l l y f o r l o w - s p e e d a n d h i g h - T h e d e v e l o p e d m e t h o d o l o g y c a n b e e m p l o y e d f o r d e s i g nt o r q u e s y s t e m d r i v e s [ 1 ] , [ 2 ] . A l t h o u g h c o n v e n t i o n a l a n d d e v e l o p m e n t o f m o n i t o r i n g a n d d i a g n o s t i c s s y s t e m s f o rt h y r i s t o r s t e c h n o l o g y i s e m p l o y e d , a d v a n c e s i n p o w e r a u t o m a t i o n a n d p e r f o r m a n c e i m p r o v e m e n t o f i n d u s t r i a ls e m i c o n d u c t o r s d e s i g n , e l e c t r o n i c s a n d a u t o m a t i o n , f a c i l i t i e s w i t h h i g h - p o w e r c y c l o c o n v e r t e r s - f e d d r i v e s . I n t h ee n h a n c e r e l i a b i l i t y a n d p e r f o r m a n c e i n a p p l i c a t i o n s n e x t s e c t i o n a b r i e f d e s c r i p t i o n o f t h e p o w e r s y s t e mc o v e r i n g t h e r a n g e o f 5 - 2 1 MW D r a w b a c k s o f CCVs a r e a n a l y s i s i s p r e s e n t e d , s h o w i n g a s i n g l e l i n e d i a g r a m o f t h et h e i n j e c t i o n o f h ar m on i c s a n d i n t e r h a r m o n i c s c u r r e n t s [ 3 ] n e t w o r k . I n s e c t i o n I I I , s i m u l a t i o n r e s u l t s a r e p r e s e n t e d ,[ 4 ] , [ 5 ] i n t o t h e n e t w o r k w i t h w i d e - b a n d s p e c t r u m , s e c t i o n I V i s d e d i c a t e d t o s h o w t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s a n de s p e c i a l l y b y v a r i a b l e s p e e d o p e r a t i o n . B e c a u s e m e d i u m s e c t i o n V i s d e d i c a t e d t o t h e a n a l y s i s o f t h e s i m u l a t i o n a n dv o l t a g e s y s t e m s w i t h p o w e r c o n v e r t e r l o a d s h a v e r e l a t i v e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s .l o w l o s s e s , o v e r a l l d a m p i n g f a c t o r s a r e v e r y l o w [ 6 ] .C o m b i n a t i on o f N e t w o r k r e s o n a n c e , l o w d a m p i n g f a c t o r I I . P O W E R S Y S T E M D E S C R I P T I O Na n d i n j e c t i o n o f h ar m on i c s a n d i n t e r h a r m o n i c s c u r r e n t sw i t h a b r o a d b a n d - s p e c t r u m , i n c r e a s e t h e p r o b a b i l i t y o fu n w a n t e d e f f e c t s , l i k e o v e r v o l t a g e s , a d d i t i o n a l l o s s e s a n d F i g . 1 s h o w s t h e s i n g l e - l i n e d i a g r a m o f a C C V - f e dE M C - i s s u e s . I n a d d i t i o n , t h e r i s k o f d o w n t i m e s c a u s e d b y s y n c h r o n o u s m o t o r d r i v e ( S M D ) f o r a g r i n d i n g m i l l . A 1 2 -u n e x p e c t e d p h e n o m e n a or u n d e s i r e d p r o t e c t i v e d e v i c e p u l s e c o n f i g u r a t i o n i s u s e d f o r r e d u c i n g t h e n e t w o r ko p e r a t i o n s i n c r e a s e s , [ 7 ] , [ 8 ] r e d u c i n g t h e e f f i c i e n c y a n d i n t e r a c t i o n a n d f i l t e r s i z i n g [ 7 ] , [ 1 0 ] . T h e 1 7 0 0 0 H I P m o t o rr e l i a b i l i t y o f t h e i n d u s t r i a l s y s t e m [ 9 ] , [ 1 0 ] , [ 1 1 ] . Some w i t h 9 . 5 rpm r a t e d s p e e d , 8 0 p o l e s , h a s t w o t h r e e - p h a s et e c h n i q u e s f o r i n t e r h a r m o n i c s d e t e c t i o n a n d m e a s u r e m e n t w i n d i n g s , f e d b y t w o s e p a r a t e d 6 - p u l s e 5 0 Hz C CV s ,h a v e b ee n d e v e l o p e d a n d s o m e m e t h o d s f o r m i t i g a t i o n h a v e b u i l d i n g t h e 1 2 - p u l s e b e h a v i o r t o t h e n e t w o r k . T h e 1 2 - p u l s eb e e n p r e s e n t e d a n d a n a l y z e d [ 1 2 ] , [ 1 3 ] , [ 1 4 ] , [ 1 5 ] , [ 1 6 ] . C CV i s a r r a n g e d w i t h 7 2 t h y r i s t o r s u s i n g t h r e e i d e n t i c a lT h a t i s w h y , f o r h i g h - p o w e r r a n g e , m e d i u m v o l t a g e t h r e e - p h a s e t r a n s f o r m e r s , n a m e l y T A , TB a n d T C , w i t h t w oc o n v e r t e r - t r a n s f o r m e r s i s s u e s a r e b e c o m i n g m o r e i m p o r t a n t s e c o n d a r i e s e a c h o n e . T h e f i r s t o n e i s w y e c o n n e c t e d a n d


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2 0 0 6 3 7 t h A n n u a l IEEE Power E l e c t r o n i c s S p e c i a l i s t s C o n f e r e n c e J e J u , K o r e a , 2 0 0 6

s i m u l a t e d c u r r e n t w a v e f o r m s o f o ne s e c o n d a r y w i n d i n g s t a r5 _ H i . c o n n e c t e d .I n e t | 2 3 k V C u r r e n t s Waveforms

hpAA t P ~ 1 1 B TB TC4 c c v l c c v t 9 c c I c c c c v c c v 1

ismIi~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

L ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ R r p m l l

F i g . 1 S i n g l e - l i n e d i a g r a m o f a n i n d u s t r i a l C C V - f e d S MD Q 1 1 . 5 1 . 6 1 . 7 1 . 8 1 . 9 2s e c o n d i s d e l t a c o n n e c t e d , b o t h h a v i n g t h e s a m e p o w e r [ s ]r a t i n g . F o r t h e s a k e o f s i m p l i c i t y , t h e s c a l e o f t h e c u r r e n tmeasurements i s n o r m a l i z e d t o 1 . 0 p . u . c o r r e s p o n d i n g t o F i g . 2 : S i m u l a t i o n o f c u r r e n t s w a v e f o r m s in t h e s e c o n d a r y w i n d i n g s I S S At h e r a t e d v a l u e o f o n e o f t h e s t a t o r w i n d i n g s o f t h e f o r a n o p e r a t i o n a t r a t e d s p e e d a n d p o w e r .s y n c h r o n o u s m o t o r . I n t h e a u t h o r s e x p e r i e n c e t h e b e h a v i o ri s v e r y s i m i l a r f o r t h e p o w e r r a n g e o f 1 O t o 2 1 MW. B . S p e c t r a l b e h a v i o r o f p h a s e c u r r e n t sF i g . 3 s h o w s t h e s p e c t r u m o f o n e p h a s e c u r r e n t i n c l u d i n gB . T h e P r o b l e m a zoom a r o u n d t h e f u n d a m e n t a l c o m p o n e n t f o r h i g h l i g h t i n gt h e l o w - f r e q u e n c y s i d e - b a n d c o m p o n e n t s . I t c a n b e n o t i c e dT h e c u r r e n t s i n wy e a n d d e l t a s e c o n d a r i e s o f T A a r e t h a t c h a r a c t e r i s t i c h a rm o n i c s a n d i n t e r h a r m o n i c s a r e p r e s e n tn a m e d I s s A a n d I s d A , r e s p e c t i v e l y . I n t h e s a m e wa y c u r r e n t s i n t h e s p e c t r u m . M o r e o v e r , s i d eb an d s r e ac h u p t o 37 o fa r e d e f i n e d f o r TB a n d T C . T h e n e t w o r k c u r r e n t I n e t i s b u i l t f u n d a m e n t a l f r e q u e n c y .b y t h e su m o f I p A , I p B a n d I p c . T h e r e i s v e r y f e w C u r r e n t S p e c t r u md o c u m e n t e d i n f o r m a t i o n r e g a r d i n g t h e b e h a v i o r o f 1 0 0 - _ 1i n t e r h a r m o n i c c u r r e n t s a t e a c h s e c o n d a r y w in d i n g o f p o w e rt r a n s f o r m e r s f e e d i n g a h i g h - p o w e r C C V - f e d d r i v e . T h e 8 0m o t i v a t i o n a n d g o a l o f t h i s s t u d y w a s t o c l a r i f y t h i s 3 7b e h a v i o r w i t h t h e b e n e f i t f o r a s s e s s i n g t h e d e s i g n a n d 3 3 _o p e r a t i o n o f t h e p o w e r t r a n s f o r m e r . 6 0

I I I . MODELING AND S I M U L A T I O N 4 0A . T i m e b e h a v i o r o f p h a s e c u r r e n t s 2 0 L 0 C ,T h e s y s t e m o f F i g . l w a s m o d e l e d a n d s i m u l a t e d f o c u s i n g 0 . 5 1 1 . 5 2i n t h e s e c o n d a r y w i n d i n g s . T h e m o d e l i n g c o n s i d e r s t h a t I : 1 .e a c h s e c o n d a r y w i n d i n g f e e d s a t h r e e - p h a s e d u a l c o n v e r t e r 0 5 [ F r e q p u ] 1 0 1 5w i t h 1 2 t h y r i s t o r s . O u tp u t f re q u en c y i s c a . 6 . 0 Hz f o r ar a t e d s p e e d o f c a . 9 . 5 r p m o f t h e 8 0 - p o l e s y n c h r o n o u s F i g . 3 : S i m u l a t e d C u r r e n t S p e c t r u m o f I S S A i n w y e s e c o n d a r y w i n d i n g .m a c h i n e . A d e a d t i m e o f 1 . 0 [ m s ] w a s c h o s e n f o r t h e z e r o -c r o s s i n g o f t h e c o n t r o l l e d c u r r e n t . T h e c u r r e n t c o n t r o l h a st h r e e - p h a s e r e f e r e n c e s o f s i n u s o i d a l w a v e f o r m . T h e v o l t a g e I V . E X P E R I M E N T A L R E S U L T Sc o n t r o l mode h a s b e e n c on si d er e d w i th a n o p e r a t i o n o f M e a s u r e m e n t s w e r e c a r r i e d o u t i n a n a c t u a l i n d u s t r i a ls i n u s o i d a l m o d u l a t i o n i n t h e b a s e - s p e e d r a n g e . T h e s y s t e m d r i v e d e p i c t e d i n F i g . l 1 , o p e r a t i n g n e a r r a t e d p o w e rs o f t w a r e M a tl a b S i m ul i n k w a s e m p l o y e d . F i g . 2 d e p i c t s t h e a n d r a t e d s p e e d . A f o u r - c h a n n e l o s c i l l o s c o p e T e k t r o n i x

u s in g C u r r e n t p ro b es LEM P R 3 O w i t h 0 t o 1 0 0 kHz


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b a n d wi d t h w er e e m p l o y e d . F i g . 4 p r e s e n t s t h e c u r r e n tw a v e f o r m o f s e c o n d a r y d e l t a - w i n d i n g s I .A o b t a i n e d d u r i n g r .a f i e l d m e a s u r e m e n t . F i g . 5 s h o w s t h e c u r r e n t w a v e f o r ms c a l e i s 5 0 m s / d i v a n d v e r t i c a l s c a l e i s 0 . 7 p . u / d i v . , w h e r e1 . 0 p . u . i s t h e r a t e d c o r r e n t o f o n e o f t h e s t a t o r w i n d i n g s . . . II IB o t h , d e l t a a n d s t a r - w i n d i n g c u r r e n t s s h o w a s i m i l a r 6 - . l i tp u l s e b e h a v i o r , w i t h a n a m p l i t u d e m o d u l a t i o n g i v e n b y t h e ) io u t p u t c u r r e n t . F i g . 6 s h o w s t h e c u r r e n t o f p r i m a r y d e l t a Bw i n d i n g s I p A , d e p i c t i n g a 1 2 - p u l s e h a r m i n i c b e h a v i o r . T h e .. ..t i m e s c a l e i s 5 0 m s / d i v a n d v e r t i c a l s c a l e i s 1 . 7 p . u . / d i v . . . J

L 1 i | |' i I i | i I t l | i i | I i | Ch 4 don A l e | ] . C H 1 I I E V J 0 1 rr mT I S V_ ) _pL .lJ41i V . l . L>r- , , r . , fA | | | | | | | | | | - | | | | | | | | 1 F ]i g . 6 : P h a s e c u r r e n t s o f p r i m a r y d e l t a w i n d i n g s p A b t a i n e d d u r i n g a f i e l d

L 0 i 1 l t 1 1 1 1 1 - l | | | | l m e a s u r e m e n t , f o =c . a . 6 . 0 H z , 1 [ V ] 1 . 7 p u , 5 0 m s /d i vV . ANALYSISB - >I . | l 1 1 1 | 0 1 : 114 | F 5 7 jV j L1XA. P h a s e c u r r e n t s i n t h e s e c o n d a r y w i n d i n g s

F~~~~~~~~~ f.H . T 1 l 1 l T h e o u t p u t c u r r e n t s I S M a n d I d M t o t h e m o t o r a r e I c o n t r o l l e d i n t h e C CV w i t h s i n u s o i d a l r e f e r e n c e s o f l o w -f r e q u e n c y ( c a . 6 H z ) b u i l d i n g a m o d u l a t i o n w i t h t w i c e t h ef r e q u e n c y a s s e e n i n F i g . 8 a n d 9 . T h e o r d e r s o f t h e + i n t e r h a r m o n i c c u r r e n t s a r e g i v e n b y :C 4 c a n i l a ] . C H I I V t) } [ 4 d n p l e s C H 2 I V. 50 m.S I [ 1 4 , p n i l e p ] i IVlI4 lSQ V I I n , :F i g . 4 : M e a s u r e d P h a s e c u r r e n t s o f s e c o n d a r y d e l t a w i n d i n g s 1 , d A , f i e l d f h = f h + n f 0 ( 1 )m e a s u r e m e n t , f o c . a . 6 . 0 H z , 1 [ V ] 0 . 7 p u , 5 0 m s / d i v . W h e r e : h i s t h e i n t e g e r h a r m o n i c o r d e r , i h i si n t e r h a r m o n i c o r d e r , n =0, 1 , 2 . . . , a n d f o i s t h e o u t p u tf r e q u e n c y o f c y c l o c o n v e r t e r . F i g . 7 d e p i c t s t h e s p e c t r u m o ft l1 1 11 1 1 : 1 1 1 1 1 r l 1 1 1 1 1 1 1 1 r: |h a s e c u r r e n t i n a s e c o n d a r y D e l t a - w i n d i n g ,A r i i c o r r e s p o n d i n g t o t h e m e a s u r e m e n t o f F i g . 5 .tA j F o r o n e o f t h e t w o s t a t o r w i n d i n g s , F i g . 8 a n d 9 s h o w t h eJ I h i i o u t p u t ( m o t o r ) c u r r e n t s I s M a n d I d M ( f u n d a m e n t a lf r e q u e n c y , c . a . 6 . 0 H z ) b u i l t a s t h e e n v e l o p e o f t h e S t a r -B | R a n d D e l t a - s e c o n d a r y c u r r e n t s , r e s p e c t i v e l y . C l e a r l y t h e

B ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ s e c o n d a r yu r r e n t s a r e v e r y s i m i l a r l y m o d u l a t e d b y t h e~ ~ ~ o u t p u t f r e q u e n c y . T h e s i d e - b a n d s a r o u n d t h e f u n d a m e n t a lc o m p o n e n t g i v e n b y ( 1 ) ca n b e r e c o g n i z e d in t h e s p e c t r u m.: ..ofh e p h a s e c u r r e n t s h o w n i n F i g . 1 0 . B o t h s e c o n d a r i e sb e h a v e v e r y s i m i l a r l y . M a j o r s i d e b a n d s a r e t h eL ...i.. i n t e r h a r m o n i c s o f o r d e r s i h 1 0 . 7 6 ( 5 0 - 2 6 = 3 8 H z ) a n d i h 2c [cna e s ] . C H I I V 0 rm tN l14cannles].CH2 I V. 50 f =1.24 ( 5 0 + 2 * 6 =6 2 H z ) , w h e r e , t h e f r e c q u e n c i e s o f i h l ,i h 2 a r e :F i g . 5 : P h a s e c u r r e n t s o f s e c o n d a r y w y e w i n d i n g L S A , f i e l d m e a s u r e m e n t ,f o = c . a . 6 0 H z , 1 [ V ] - 0 . 7 p u , 5 0 m s / d i v i h = 1-2f a n d i h = 1 +2 f ( 2 )


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C u r r e n t S p e c t r u m C u r r e n t s w a v e f o r m s o f s e c o n d a r y we w i n d i n g s1 . 08 0 A3 5

[ F r e q p u ] l00 1 5 - 1 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ . 0 4[Frequ ]

0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 i 0 2 0 0F i g . 7 : S p e c t r u m o f C u r r e n t i n a s e c o n d a r y d e l t a w i n d i n g ( M e a s u r e m e n t T i m e [ I m s ]shown i n F i g . 5 ) . F i g . 9 O u t p u t c u r r e n t I S M o f CCV a s t h e e n v el o p e o f t h r e e - p h a s e S t a r -C u r r e n t s w a v e f o r m s o r s e c o n d a r y d e l t a w i n d i n g i s s e c o n d a r y c u r r e n t s ( M e a s u r e m e n t s o f F i g . 5 )u rE - - - - - - - - ---T

=_C u rren pectrum- . ; M - - < - - J - - - - - - 5 0 | 100a o o X ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~If

-- 1 . 0 .. -- i i ......

1 0i_I f _0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0T i m e [ i s ]] t l l l j l i I h t i l k H f t L f t di g . 8 : O u t p u t c u r r e n t I D M o f C C V a s t h e e n v e l o p e o f t h r e e - p h a s e D e l t a - 0 0.5 0 . 7 6 1.14 1 . 5s e c o n d a r y c u r r e n t s ( M e a s u r e m e n t s o f F i g . 4 ) [ F r e q p u ]F i g . 1 0 : S p e c t r u m o f C u r r e n t i n a s e c o n d a r y d e l t a w i n d i n g a r o u n dA s i m i l a r a n a l y s i s c a n b e d o n e f o r t h e s i d e b a n d s a r o u n d f u n d a m e n t a l c o m p o n e n t ( M e a s u r e m e n t s o f F i g . 4 ) .c h a r a c t e r i s t i c s h a r m o n i c o r d e r s l i k e t h e 5 i , 7 i , 1 l i a n d 1 3 ih a r m o n i c o r d e r s . B e c a u s e t h e c o n t r o l l e d o u t p u t c u r r e n t s S M , l d M n o t o n l y h a v e a f u n d a m e n t a l c o m p o n e n t o f B . P h a s e c u r r e n t s i n t h e p r i m a r y w i n d i n g sf r e q u e n c y , b u t r a t h e r a l s o h a r m o n i c s , t h e r e a r e a d d i t i o n a l T h e c u r r e n t s i n t h e p r i m a r y w i n d i n g I p A h a v e a s i m i l a rs i d e - b a n d s a t t h e s e c o n d a r y w i n d i n g s . T h i s s i t u a t i o n ma y b e b e h a v i o r o f s e c o n d a r y c u r r e n t s , b u t w i t h o u t 6 - p u l s em o d e l e d b y e x t e n d i n g ( 1 ) w i t h a d d i t i o n a l c o m p o n e n t s . c h a r a c t e r i s t i c h a r m o n i c s , w i t h s i d e b a n d s o r d e r s g i v e n b y :S i m u l a t e d a n d m e a s u r e d r e s u l t s a g r e e v e r y w e l l v a l i d a t i n gt h e m o d e l i n g a n d s i m u l a t i o n . f h =fh n f o ( 3 )

w h e r e , h = 1 , 1 1 , 1 3 , 2 3 , 2 5 , e t c . n = 2 , 4 , 6 , e t cF i g . 1 1 s h o w s t h e c a l c u l a t e d c u r r e n t s p e c t r u m f o r t h ep r i m a r y w i n d i n g s c u r r e n t s . I t c a n b e n o t i c e d t h a t


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2 0 0 6 3 7 t h A n n u a l IEEE Power E l e c t r o n i c s S p e c i a l i s t s C o n f e r e n c e J e J u , K o r e a , 2 0 0 6

i n t e r h a r m o n i c s c o m p o n e n t s r e a c h u p t o 3 8 8 o f t h e n e t w o r k s i d e . H o w e v e r , a t t h e s e c o n d a r y w i n d i n g s t h ef u n d a m e n t a l . c u r r e n t s h a v e 6 - p u l s e h a r m o n i c s a n d i n t e r h a r m o n i c s w h i c hm u s t b e c o n s i d e r e d f o r t h e p r o p e r d e s i g n , m a i n t e n a n c e a n dC u r r e n t S p e c t r u m o p e r a t i o n .1 0 0 ___ R e s u l t s p r e s e n t e d i n t h i s w o r k a r e v e r y i m p o r t a n t f o ri m p r o v i n g t h e u n d e r s t a n d i n g a n d d e s i g n , b e c a u s e8 0 3 8 _ _ _ _ i n t e r h a r m o n i c s a r e c o m m o n l y n o t c o n s i d e r e d f o r t h e p o w e rc a l c u l a t i o n s f o r t r a n s f o r m e r s d e s i g n . M a i n I E E E S t d s l i k eC 2 8 . _ _ IEEE S t d C 5 7 . 1 1 0 - 1 9 9 8 [ 1 7 ] a n d IEEE S t d C 5 7 . 1 8 . 1 0 -6 0 X 1 9 9 8 [ 1 8 ] e s t a b l i s h h a r m o n i c c o n s i d e r a t i o n s f o r p o w e r1 - 0 t r a n s f o r m e r s b ut i nt er ha rm on ic s a r e n o t s p e c i f i c a l l yL _ . . c o n s i d e r e d .2 4 0 I n t e r h a r m o n i c s c o m p o n e n t s g e n e r a t e p o w e r l o s s e s i n t h e0 n : - 7 T . 5 T - lr w l * - l - 1 1 v : . 5 . t w i n d i n g s a n d t r a n s f o r m e r c o r e . T h e s e l o s s e s c a n r e a c h, 0 0 1 [ F r e q p . ] i m p o r t a n t l e v e l s c o n s i d e r i n g t h a t i n t e r h a r m o n i c s c o m p o n e n t2 0 a r e u p t o 40 o f t h e f u n d a m e n t a l , r e d u c i n g t h e u t i l i z a t i o nf a c t o r o f p o w e r t r a n s f o r m e r s .

0 5 1 0 1 5 V I I . COMMENTS AND CONCLUSIONS[ F r e q p . u . ]F i g . 1 1 : C a l c u l a t e d C u r r e n t S p e c t r u m i n t h e p r i m a r y w i n d i n g o fthe L a r g e d r i v e s f e d b y 1 2 - p u l s e C y c l o c o n v e r t e r s (CCVs) a r et r a n s f o r m e r ( M e a s u r e m e n t s h o w n i n F i g .6 . e x t e n s i v e l y a p p l i e d i n i n d u s t r i a l a n d t r a c t i o n d r i v e s . F o rh i g h - p o w e r a p p l i c a t i o n s , t h r e e s e p a r a t e d t h r e e - p h a s eC . P h a s e c u r r e n t s i n t h e m a i n m e d i u m v o l t a g e f e e d e r t r a n s f o r m e r s w i t h t w o s e c o n d a r y w i n d i n g s w i t h s t a r - a n d

T h e c u r r e n t s i n t h e m a i n m e d i u m v o l t a g e f e e d e r I n e t h a v e d e l t a c o n n e c t i o n a r e u s e d .a 1 2 . p u l s e b e h a v i o r , an d i n t e r h a r m o n i c s g i v e n b y : I n t h i s p a p e r , a s t u d y a n d e v a l u a t i o n o f t h e i n t e r h a r m o n i c sc u r r e n t s b e h a v i o r i n j e c t e d b y C CV i n t h e t r a n s f o r m e r

I I p A + I p B + I ~ . C (4windings i s p r e s e n t e d . F i e l d m e a s u r e m e n t s a t a n i n d u s t r i a ln e t P A P B p C ( 4 ) d r i v e a n d s i m u l a t i o n s s u p p o r t t h e a n a l y s i s .T h r e e - p h a s e s y m m e t r y a n d c o n t r o l l e d c u r r e n t b a l a n c e ,f , h = h n f o ( 5 ) a l l o w s t h e c a n c e l l a t i o n o f 6 - p u l s e h a r m o n i c s a n d m o t o r -f r e q u e n c y m o d u l a t i o n a t t h e n e t w o r k s i d e b u i l d i n g a 1 2 -p u l s e b e h a v i o r . H o w e v e r , a t t h e s e c o n d a r y w i n d i n g s t h eW h e r e h , , , , , n , W c u r r e n t s h a v e 6 - p u l s e h a r m o n i c s a n d i n t e r h a r m o n i c s w h i c hB e t c a u s e , themotorcurrentsoffrequencyin phasesA , Bmust b e c o n s i d e r e d f o r t h e p r o p e r d e s i g n , m a in t en a nc e a n dB e c a u s e , t h e m o t o r c u r r e n t s o f f r e q u e n c y i n p h a s e s A , B oeaina n d C a r e d i s p l a c e d 1 2 0 d e g r e e s a m o n g t h e m , t h e h a r m o n i c o p e r a t i o n .^ ~ ~ ~ ~ F u r t h e r w o r k w i t h t h e d e v e l o p e d m e t h o d o l o g y i Sc o m p o n e n t s r e s u l t i n g f r o m t h e m o d u l a t i o n a r e c a n c e l l e d a t c o n s i e r f o r i m p r o v e m n s o f e d e n g i n e r i g a nt h e l i n e s i d e w i t h t h e e x c e p t i o n o f t h o s e o f 6 k - o r d e r s . c o e r a o f o i n d u s t r o fc i e s w i t h h g e i n g h - o eo p e r a t i o n , o f i n d u s t r i a l f a c i l i t i e s w i t h h i g h - p o w e rV I . I M P A C T O F THE R E S U L T S c y c l o c o n v e r t e r s - f e d d r i v e s .

P h a s e - c o n t r o l l e d c y c l o c o n v e r t e r s w i t h c u r r e n t - f r e e c o n t r o lm o d e , o f f e r g o o d p e r f o r m a n c e f o r h i g h - p o w e r a p p l i c a t i o n s , ACKNOWLEDGMENTw i t h l o w d i s t o r t i o n c u r r e n t s a t t h e m o t o r . F o r a 1 2 - p u l s e T h e a u t h o r s g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e t h e s u p p o r t p r o v i d e dc o n f i g u r a t i o n h i g h - p o w e r a p p l i c a t i o n s , t h r e e i d e n t i c a l b y M i l l e n n i u m N u c l e u s i n I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s a n dt r a n s f o r m e r s w i t h t w o s e c o n d a r y w i n d i n g s s t a r - d e l t a , a r e M e c h a t r o n i c s g r a n t e d b y M i d e p l a n - C h i l e a n d FONDEFc o m m o n l y e m p l o y e d . D e s p i t e t h e f a c t a u n i q u e t h r e e - p h a s e P r o j . D 0 4 - 1 1 3 9 2 g r a n t e d b y CONICYT- C h i l e a n dm u l t i w i n d i n g p o w e r t r a n s f o r m e r w i t h 6 s e c o n d a r y - n o l e d g e t h e s u p p o r t g i v e n b y t h e T e c h n i c a l U n i v e r s i t yw i n d i n g s ma y a l s o b e u s e d , c o n s t r u c t i v e a s p e c t s , eeioSnaMrat r a n s p o r t a t i o n a n d m a i n t en an c e i s s u e s s u g g e s t t h e u s e o ft h r e e s e p a r a t e d t r a n s f o r m e r s . T h r e e - p h a s e s y m m e t r y a n dc o n t r o l l e d c u r r e n t b a l a n c e , a l l o w s t h e c a n c e l l a t i o n o f 6 -p u l s e h a r m o n i c s a n d m o t o r - f r e q u e n c y m o d u l a t i o n a t t h e


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R E F E R E N C E S [ 9 ] M . R . R i f a i , T . H . O r t m e y e r , W . J . M c Q u i l l a n ,[ 1 ] S . B e r n e t , M e d i u m V o l t a g e C o n v e r t e r s , D i s c u s s i o n E v a l u a t i o n o f c u r r e n t i n t e r h a r m o n i c s f r o m AC[ 1 ] s 5 . i B e n e t , o M e d V u o l t a g Con t e r s , D s c u i o n i d r i v e s , IEEE T r a n s . On P o w e r D el iv er y, V ol . 1 5 ,S e s s i o n - W o r k s h o p , E u r o p e a n P o w e r E l e c t r o n i c s N r . 3 , J u l y 2 0 0 0 , p p . 1 0 9 4 - 1 0 9 8 .C o n f e r e n c e , E P E ' 0 5 , D r e s d e n G e r m a n y , S e p t e m b e r , [ 1 0 ] J . R o d r i g u e z , J . P o n t t , P . Newman, L . M o r a n , G .1 2 t h , 2 0 0 5 . A l z a m o r a , T e c h n i c a l e v a l u a t i o n a n d p r a c t i c a l[ 2 ] H . A k a g i , L a r g e s t a t i c c o n v e r t e r s f o r i n d u s t r y a n d e x p e r i e n c e o f h i g h p o w e r g r i n d i n g m i l l d r i v e s i nu t i l i t y a p p l i c a t i o n s , i n P r o c e e d i n g s o f t h e I E E E , V o l .8 9 , n 6 , J u n e 2 0 0 1 , p p . 9 7 6 - 9 8 3 . m i n i n g a p p l i c a t i o n s , 3 8 t h I A S A n n u a l M e e t i n gn6 Jn 2 0 0 1 p .9 7 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 8 3 I A S 2 0 0 3 , V o l . 3 , 1 2 - 1 6 O c t . , 2 0 0 3 , p p . 1 6 2 9 - 1 6 3 6 .[ 3 ] C E I / I E C 1 0 0 0 - 2 - 1 , E l e c t r o m a g n e t i c C o m p a t i b i l i t y , [ 1 1 T e s t a I s s u e s r e l a t e d t o i n t e r h a r m o n i c s , IEEE P o w e rP a r t 2 : E n v i r o n m e n t , S e c t i o n 1 : D e s c r i p t i o n o f t h e E n g i n e e r i n g S o c i e t y G e n e r a l M e e t i n g , 6 - 1 0 J u n ee n v i r o n m e n t - E l e c t r o m a g n e t i c f o r l o w f r e q u e n c yc o n d u c t e d d i s t u r b a n c e s a n d s i g n a l i n g i n p u b l i c p o w e r 20 V o l 1 , pp77 7 8 2o n d u c t e d disturbances and s i g n a l i n g i n p u b l i c p o w e r [ 1 2 ] M . L o s k a m , K . D . T o s t , C . U n g e r , R . W i t z m a n n ,s u p p l y s y s t e m s , F i r s t E d i t i o n , M a y , 1 9 9 0 . M i t i g a t i o n o f I n t e r h a r m o n i c s d u e t o l a r g e[ 4 ] I E C 6 1 0 0 0 - 2 - 2 , E l e c t r o m a g n e t i c C o m p a t i b i l i t y , P a r t C y c l o c o n v e r t e r - F e d M i l l D r i v e s P r o c e e d i n g s o f t h e2 - 2 : E n v i r o n m e n t - C o m p a t i b i l i t y l e v e l s f o r l o w y 2.2n v i r o n m e n t . o m p a t i b i l i t y levels for8th I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n H a r m o n i c s Andf r e q u e n c y c o n d u c t e d d i s t u r b a n c e s a n d s i g n a l i n g i n Q u a l i t y o f P o w e r , 1 9 9 8 , V o l . 1 , 1 4 - 1 6 O c t . 1 9 9 8 , p p .p u b l i c l o w v o l t a g e p o w e r s u p p l y s y s t e m s , S e c o n d 1 2 2 - 1 2 6 .E d i t i o n , S e p t e m b e r , 2 0 0 0 . [ 1 3 ] K u m a r , A . G h o s h , A . J o s h i , T h e p r o t e c t i o n o f[ 5 ] L i , W. X u a n d T . T a y j a s a n a n t , I n t e r h a r m o n i c s : s e n s i t i v e l o a d s f r o m i n t e r h a r m o n i c c u r r e n t s u s i n gB a s i c C o n c e p t s a n d T e c h n i q u e s f o r T h e i r s h u n t / s e r i e s a c t i v e f i l t e r s , E l e c t r i c P o w e r S y s t e mD e t e c t i o n a n d M e a s u r e m e n t , ( i n v i t e d p a p e r ) , R e s e a r c h , E l s e v i e r , N r . 7 3 , 2 0 0 5 , p p . 1 8 7 - 1 9 6 .E l e c t r i c P o w e r S y s t e m s R e s e a r c h V o l . 6 6 , N o . 1 , [ 1 4 ] . T . T a y j a s a n a n t , W. Wang, C . L i , W. X u ,J u l y 2 0 0 3 , p p . -4 8 . I n t e r h a r m o n i c - F l i c k e r C u r v e s , IEEE T r a n s . o n[ 6 ] R . E r r a t h , P . B u r m e i s t e r , A . S a p i n , S AG m i l l Power D e l i v e r y , V o l . 2 0 , Nr 2 , A p r i l 2 0 0 5 ,o p e r a t i o n w i t h w e a k n e t w o r k c o n d i t i o n s , p p . 1 0 1 7 - 1 0 2 4 .I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n S AG g r i n d i n g , [ 1 5 ] h t t p : / g r o u p e r . i e e e . o r g / g r o u p s / h a r m o n i c / i h a r m / d o c s / iS A G 2 0 0 1 , V a n c o u v e r , C a n a d a , 2 0 0 1 . CD R o m . h 5 1 9 c . p d f[ 7 ] J . P o n t t , J . R o d r i g u e z , W. V a l d e r r a m a , G . S e p u i l v e d a , h 1 c . dG. Aora, R e o n a n e z E f e t s l o e r r Q u a l t y a n [ 1 6 ] h t t p : / / g r o u p e r . i e e e . o r g / g r o u p s / h a r m o n i c / i h a r m / d o c s / r. A l z a m o r a , R e s o n a n c e E f f e c t s , P o w e r Q u a l i t y a n d w8pfR e l i a b i l i t y I s s u e s o f H i g h - P o w e r C o n v e r t e r s - F e d b w g 8 . p d f .D r i v e s E m p l o y e d i n Mo d em S A G C i r c u i t s , M i n e r a l s [ 1 7 ] IEEE S t d C 5 7 . 1 E 1 0 - 1 9 9 8 IEEE RecommendedE n g i n e e r i n g , N o v . 2 0 0 4 , V o l . 1 7 , I s s u e 1 1 - 1 2 , p p . P r a c t i c e f o r E s t a b l i s h i n g T r a n s f o r m e r C a p a b i l i t y1 1 2 5 - 1 1 3 4 . When S u p p l y i n g N o n s i n us o i d a l Load C u r r e n t s .[ 8 ] R . C h u , J . B u r n s , I m p a c t s o f c y c l o c o n v e r t e r [ 1 8 ] IEEE S t d C 5 7 . 1 8 . 1 0 - 1 9 9 8 IEEE S t a n d a r dh a r m o n i c s , IEEE T r a n s . On I n d . A p p l . , V o l . 2 5 , P r a c t i c e s a n d R e q u i r e m e n t s f o r S e m i c o n d u c t o rN r . 3 , M a y / J u n e , 1 9 8 9 , p p . 4 2 7 - 4 3 5 . Power R e c t i f i e r T r a n s f o r m e r s

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