Published January 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Analysis and Small Signal Modeling of Five-Level Series Resonant Inverter

Creators

  • 1. Hassiba Benbouali University of Chlef
  • 2. University of Malaya
  • 3. King Abdulaziz University
  • 4. Swinburne University of Technology
  • 5. United Arab Emirates University

Description

This paper explains the implementation of a small-signal model for a new five-level series resonant inverter structure. The proposed circuit combines the advantages of multilevel inverters and the characteristics of the physical phenomena, resonance. The small-signal model offers the possibility to design a linearized linear time-invariant (LTI) model around an equilibrium point based on the first-order Taylor series. After that, the performance of the proposed five-level series resonant inverter and its small-signal model are evaluated in MATLAB/Simulink environment. Compared with a MATLAB model generated using the system identification toolbox, the developed small-signal model exhibited a good accuracy in frequency and time domains. In addition, a hardware test bench is developed to validate the proposed model. Both simulation and experimental results show that the proposed multilevel resonant inverter is very interesting for high-voltage high-frequency applications. As a perspective, from the results obtained, we suggest the use of small-signal AC analysis for multilevel series resonant inverter modeling. The paper contains rich information on the recently used tools for dynamic systems modeling and analysis of nonlinear processes that can be applied to modeling and analyzing other power electronics inverters.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تشرح هذه الورقة تنفيذ نموذج إشارة صغيرة لهيكل عاكس رنيني جديد من خمسة مستويات. تجمع الدائرة المقترحة بين مزايا المحولات متعددة المستويات وخصائص الظواهر الفيزيائية والرنين. يوفر نموذج الإشارة الصغيرة إمكانية تصميم نموذج خطي ثابت زمنيًا (LTI) حول نقطة توازن بناءً على سلسلة تايلور من الدرجة الأولى. بعد ذلك، يتم تقييم أداء العاكس الرنيني المقترح من خمسة مستويات ونموذج الإشارة الصغيرة الخاص به في بيئة MATLAB/Simulink. مقارنة بنموذج MATLAB الذي تم إنشاؤه باستخدام صندوق أدوات تحديد النظام، أظهر نموذج الإشارة الصغيرة المطور دقة جيدة في نطاقات التردد والوقت. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير منصة اختبار الأجهزة للتحقق من صحة النموذج المقترح. تُظهر كل من نتائج المحاكاة والنتائج التجريبية أن العاكس الرنان متعدد المستويات المقترح مثير جدًا للاهتمام للتطبيقات عالية الجهد عالية التردد. كمنظور، من النتائج التي تم الحصول عليها، نقترح استخدام تحليل AC صغير الإشارة لنمذجة العاكس الرنانة متعددة المستويات. تحتوي الورقة على معلومات غنية عن الأدوات المستخدمة مؤخرًا لنمذجة الأنظمة الديناميكية وتحليل العمليات غير الخطية التي يمكن تطبيقها على نمذجة وتحليل محولات إلكترونيات الطاقة الأخرى.

Translated Description (French)

Cet article explique la mise en œuvre d'un modèle à petit signal pour une nouvelle structure d'onduleur résonant en série à cinq niveaux. Le circuit proposé combine les avantages des onduleurs multiniveaux et les caractéristiques des phénomènes physiques, la résonance. Le modèle des petits signaux offre la possibilité de concevoir un modèle linéaire invariant dans le temps (LTI) autour d'un point d'équilibre basé sur la série de Taylor du premier ordre. Après cela, les performances de l'onduleur résonant en série à cinq niveaux proposé et de son modèle à petit signal sont évaluées dans un environnement MATLAB/Simulink. Comparé à un modèle Matlab généré à l'aide de la boîte à outils d'identification du système, le modèle de petit signal développé présentait une bonne précision dans les domaines fréquentiel et temporel. En outre, un banc d'essai matériel est développé pour valider le modèle proposé. La simulation et les résultats expérimentaux montrent que l'onduleur résonant multiniveau proposé est très intéressant pour les applications haute tension haute fréquence. En perspective, à partir des résultats obtenus, nous suggérons l'utilisation de l'analyse CA à petits signaux pour la modélisation d'onduleurs résonants en série à plusieurs niveaux. L'article contient des informations riches sur les outils récemment utilisés pour la modélisation et l'analyse de systèmes dynamiques de processus non linéaires qui peuvent être appliqués à la modélisation et à l'analyse d'autres onduleurs d'électronique de puissance.

Translated Description (Spanish)

Este documento explica la implementación de un modelo de señal pequeña para una nueva estructura de inversor resonante de serie de cinco niveles. El circuito propuesto combina las ventajas de los inversores multinivel y las características de los fenómenos físicos, la resonancia. El modelo de señal pequeña ofrece la posibilidad de diseñar un modelo lineal linealizado invariante en el tiempo (LTI) en torno a un punto de equilibrio basado en la serie de Taylor de primer orden. Después de eso, el rendimiento del inversor resonante en serie de cinco niveles propuesto y su modelo de pequeña señal se evalúan en el entorno MATLAB/Simulink. En comparación con un modelo MATLAB generado utilizando la caja de herramientas de identificación del sistema, el modelo de señal pequeña desarrollado mostró una buena precisión en los dominios de frecuencia y tiempo. Además, se desarrolla un banco de pruebas de hardware para validar el modelo propuesto. Tanto la simulación como los resultados experimentales muestran que el inversor resonante multinivel propuesto es muy interesante para aplicaciones de alta tensión y alta frecuencia. Como perspectiva, a partir de los resultados obtenidos, sugerimos el uso de análisis de CA de pequeña señal para el modelado de inversores resonantes en serie multinivel. El documento contiene información rica sobre las herramientas recientemente utilizadas para el modelado de sistemas dinámicos y el análisis de procesos no lineales que se pueden aplicar al modelado y análisis de otros inversores de electrónica de potencia.

Files

09504577.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5f23788efa12e32cdc4f9dfff0189fef
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحليل ونمذجة الإشارات الصغيرة لعاكس الرنين من سلسلة خمسة مستويات
Translated title (French)
Analyse et modélisation des petits signaux de l'onduleur résonant à cinq niveaux
Translated title (Spanish)
Análisis y modelado de señales pequeñas del inversor resonante de la serie de cinco niveles

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3187264434
DOI
10.1109/access.2021.3102102

Is supplement to
https://openalex.org/W4361792108 (Other)
https://openalex.org/W2899281987 (Other)
https://openalex.org/W2733958211 (Other)
https://openalex.org/W2391711312 (Other)
https://openalex.org/W2360371044 (Other)
https://openalex.org/W2136034808 (Other)
https://openalex.org/W2118989961 (Other)
https://openalex.org/W2088710868 (Other)
https://openalex.org/W2081123219 (Other)
https://openalex.org/W1877857611 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1972903719
  • https://openalex.org/W2040955209
  • https://openalex.org/W2108874108
  • https://openalex.org/W2134509430
  • https://openalex.org/W2342438649
  • https://openalex.org/W2507676957
  • https://openalex.org/W2604237051
  • https://openalex.org/W2612373346
  • https://openalex.org/W2728397521
  • https://openalex.org/W2794227034
  • https://openalex.org/W2808087894
  • https://openalex.org/W2809112303
  • https://openalex.org/W2830390047
  • https://openalex.org/W2914602899
  • https://openalex.org/W2919932076
  • https://openalex.org/W2943643689
  • https://openalex.org/W3000960937
  • https://openalex.org/W3036281892
  • https://openalex.org/W3044645209
  • https://openalex.org/W3083791656
  • https://openalex.org/W3084769607
  • https://openalex.org/W3091198572
  • https://openalex.org/W3106745359
  • https://openalex.org/W3112817308
  • https://openalex.org/W3116443811
  • https://openalex.org/W3117962123
  • https://openalex.org/W3133409062
  • https://openalex.org/W3147839506