Науковий вісник НГУ

Calculation of static and dynamic losses in power IGBT transistors by polynomial approximation of basic energy characteristicss

• 
• 

User Rating:  / 0

PoorBest 

Details

Category: Contens №2 2020

Last Updated on 19 May 2020

Published on 10 May 2020

Hits: 3588

Authors:

O. A. Plakhtii, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof., orcid.org/0000-0002-1535-8991, Ukrainian State University of Railway Transport, Kharkiv, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

V. P. Nerubatskyi, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof., orcid.org/0000-0002-4309-601X, Ukrainian State University of Railway Transport, Kharkiv, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

D. A. Hordiienko, orcid.org/0000-0002-0347-5656, Ukrainian State University of Railway Transport, Kharkiv, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

H. A. Khoruzhevskyi, orcid.org/0000-0003-2042-4938, Ukrainian State University of Railway Transport, Kharkiv, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 повний текст / full article

Abstract:

Purpose. Development of a calculation technique that allows the Matlab software to determine the static and dynamic losses in power IGBT-transistors and reverse diodes.

Methodology. Polynomial approximation of the energy dependences of IGBT-transistors using the least squares method. Simulation in Matlab/Simulink. Power loss calculation with MelcoSim 5.1.

Findings. The proposed calculation method allows the Matlab software to determine with sufficient accuracy the static and dynamic losses in power IGBT-transistors and reverse diodes for any type of semiconductor converter with any control law. The simulation confirms the accuracy of the proposed technique for calculating power losses in semiconductor converters. In addition, the presented method allows determining not only the power loss, but also the temperature of the power transistor to prevent it from failing. The results of the approximation of the characteristics of high-voltage power IGBT-transistors manufactured by Mitsubishi are presented.

Originality. The technique of simulation in Matlab/Simulink program for calculation of static and dynamic power losses in power IGBT-transistors, as well as power losses in reverse diodes is developed. The presented method allows determining power losses and efficiency in any semiconductor converter with any control algorithm, which is a very useful tool in research.

Practical value. The presented technique in Matlab simulation allows determining power losses and temperature of power transistors of any type in the composition of any semiconductor converter.

References.

1. Blahnik, V., & Talla, J. (2016). Single-phase synchronization for traction active rectifier. International Conference on Applied Electronics (AE), 23-26. https://doi.org/10.1109/ae.2016.7577233.

2. Nerubatskyi, V., Plakhtii, O., & Kotlyarov, V. (2019). Analysis of topologies of active four-quadrant rectifiers for implementing the INDUSTRY 4.0 principles in traffic power supply systems. International scientific journal “INDUSTRY 4.0”, 4(3), 106-109.

3. Plakhtii, O., Nerubatskyi, V., Ryshchenko, I., Zinchenko, O., Tykhonravov, S., & Hordiienko, D. (2019). Determining additional power losses in the electricity supply systems due to current’s higher harmonics. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(8(97)), 6-13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155672.

4. Bouzida, A., Abdelli, R., & Ouadah, M. (2016). Calculation of IGBT power losses and junction temperature in inverter drive. 8^th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC), 768-773. https://doi.org/10.1109/icmic.2016.7804216.

5. Gervasio, F., Mastromauro, R., & Liserre, M. (2015). Power losses analysis of two-levels and three-levels PWM inverters handling reactive power. IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), 1123-1128. https://doi.org/10.1109/icit.2015.7125248.

6. Pillay, T., & Saha, A. (2017). Analysis and simulation of flying capacitor multilevel inverter using PDPWM strategy. International Conference on Innovative Mechanisms for Industry Applications (ICIMIA), 1061-1070.

7. Shcherbak, Ya. V., Plakhtii, O. A., & Nerubatskiy, V. P. (2017). Regulatory characteristics of the active quadrature converter in regimens and recuperation modes. Technical electrodynamics, 6, 26-31. https://doi.org/10.15407/techned2017.06.026.

8. Ahmadzadeh, T., Sabahi, M., & Babaei, M. (2017). Modified PWM control method for neutral point clamped multilevel inverters. 14^th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), 765-768.

9. Dai, P., Guoand, G., & Gong, Z. (2016). A Selection Precharge Method for Modular Multilevel Converter. International Journal of Control and Automation, 9(4), 161-170.

10. Plakhtii, O. A., & Nerubatskyi, V. P. (2018). Analyses of energy efficiency of interleaving in active voltage-source rectifier. 2018 IEEE 3 ^rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 253-258. https://doi.org/10.1109/IEPS.2018.8559514.

11. Zhao, G. I., Wang, L., Li, Q., & Chen, G. (2014). Analyze and compare the efficiency of two-level and three-level inverter in SVPWM. 9 ^th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 1954-1958. https://doi.org/10.1109/iciea.2014.6931488.

12. Vasil’ev, B. Yu. (2015). Providing overmodulation mode and increasing energy conversion efficiency in autonomous power inverters of electric drives. Electricity, 6, 47-55.

13. Rodder, S., Biswas, M., & Khan, Z. (2016). A modified PWM technique to improve total harmonic distirtion of multilevel inverter. 9 ^th International Conference on Electrical and Computer Engineering (ICECE), 46-54. https://doi.org/10.1109/ICECE.2016.7853970.

14. Fomin, O. (2014). Modern requirements to carrying systems of railway general-purpose gondola cars. Scientific and technical journal “Metallurgical and Mining Industry”, 5, 31-43.

15. Gevorkyan, E. S., Rucki, M., Kagramanyan, A. A., & Nerubatskiy, V. P. (2019). Composite material for instrumental applications based on micro powder Al₂O₃ with additives nano-powder SiC. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, (82), 336-339. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.05.010.

16. Plakhtii, O. A., Nerubatskyi, V. P., Hordiienko, D. A., & Tsybulnyk, V. R. (2019). Analysis of the energy efficiency of a two-level voltage source inverter in the overmodulation mode. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 68-72. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-4/9.

17. Ferdowsi, F., Yazdankhah, A., & Rohani, H. (2014). A com­binative method to control output power fluctuations of large gridconnected photovoltaic systems. In Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 260-264.

18. Dias, R. A., Lira, G. R., Costa, E. G., Ferreira, R. S., & Andrade, A. F. (2018). Skin effect comparative analysis in electric cables using computational simulations. 2018 Simposio Brasileiro de Sistemas Eletricos (SBSE), 1-6. https://doi.org/10.1109/SBSE.2018.8395687.

19. Ferdowsi, F., Edrington, C., & Elmezyani, T. (2015). Real-time stability assessment utilizing non-linear time series analysis. In North American Power Symposium (NAPS), 1-6.

20. Arcega, F. J., & Pardina, A. (2014). Study of harmonicsthermal effect in conductors produced by skin effect. IEEE Latin America Transactions, 12(8), 1488-1495. https://doi.org/10.1109/TLA.2014.7014518.

• < Prev
• Next >