High Power Density Hybrid Si-WBG Type of Converters for high Performance High Density Electric Motor Drives Applications

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Power electronic converters (PECs) are a prevalent and most efficient technology for AC to DC power conversion and vice versa. They are used in every industry, from electric vehicle (EV) chargers, to variable-speed motor drives, heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems, and so on where more than 70% of the produced energy transferred and converted by utilizing these devices. This research project introduces new concept of scalable power electronic converters technology. This new approach allows for integrating enhanced high power density and high efficiency hybrid wide bandgap (WBG) based multilevel power electronic converter configurations adding to it the flexibility which permit to increase the power rating and resiliency of the overall power conversion system. Moreover, proper paralleling of several converters necessitates special control and modulation techniques to eliminate or mitigate circulating current and equal power sharing between inverters. Novel control techniques and modulation methods for paralleled inverters for providing fast transient response, equal power sharing between the paralleled inverters, minimizing circulating current, ensuring therefore reliable, flexible, and redundant control are required. Accordingly, the objective of this research project can be summarized as follows. First, a fully industrial high-power density and high efficiency three-phase hybrid WBG based multilevel power electronic converter cell (MPECC) including all passive and active components with volumetric power density higher than 4 kW/dm3 and efficiency higher than 98.5% will be developed. Then, a scalable modular bidirectional back-to-back multilevel converter comprising two different parallel configurations of MPECCs will be developed.#(cr)#(lf)Les convertisseurs électroniques de puissance (PEC) sont une technologie répandue et la plus efficace pour la conversion de courant alternatif en courant continu et vice versa. Ils sont utilisés dans toutes les industries, des chargeurs de véhicules électriques (VE) aux entraînements à vitesse variable, aux systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), etc. Plus de 70% de l'énergie produite est transférée et convertie en utilisant ces convertisseurs. Ce projet de recherche introduit un nouveau concept de technologie de convertisseurs électroniques de puissance évolutifs. Cette nouvelle approche permet d'intégrer des configurations de convertisseur électronique de puissance multiniveaux à haute densité de puissance et à haute efficacité. Cette approche permet d'ajouter de la flexibilité qui permet d'augmenter la puissance nominale et la résilience du système de conversion de puissance global. De plus, une mise en parallèle correcte de plusieurs convertisseurs nécessite des techniques de commande et de modulation spéciales pour éliminer ou atténuer le courant de circulation et le partage égal de la puissance entre les onduleurs. De nouvelles techniques de contrôle et méthodes de modulation pour les onduleurs en parallèle pour fournir une réponse transitoire rapide, un partage de puissance égal entre les onduleurs en parallèle, minimisant le courant de circulation, garantissant par conséquent un contrôle fiable, flexible et redondant. En conséquence, l'objectif de ce projet de recherche peut être résumé comme suit. Premièrement, une cellule de conversion électronique de puissance à plusieurs niveaux (MPECC) entièrement industrielle à haute densité de puissance et à haut rendement hybride triphasée basée sur le WBG, comprenant tous les composants passifs et actifs avec une densité de puissance volumétrique supérieure à 4 kW / dm3 et un rendement supérieur à 98,5% sera développée. Ensuite, un convertisseur multiniveau dos à dos bidirectionnel modulaire évolutif comprenant deux configurations parallèles différentes de MPECC sera développé.