Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm
Introduction. Three-phase pulse width modulation (PWM) rectifiers are widely used in modern power conversion systems due to their high efficiency, controllability, and ability to provide high-quality energy conversion. They play a crucial role in applications such as motor drives, renewable energy i...
Saved in:
| Date: | 2026 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/338423 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Institution
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1864036367034482688 |
|---|---|
| author | Ahmane, A. Sakri, D. Farhi, S. E. Golea, N. |
| author_facet | Ahmane, A. Sakri, D. Farhi, S. E. Golea, N. |
| author_sort | Ahmane, A. |
| baseUrl_str | http://eie.khpi.edu.ua/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-05-01T21:05:27Z |
| description | Introduction. Three-phase pulse width modulation (PWM) rectifiers are widely used in modern power conversion systems due to their high efficiency, controllability, and ability to provide high-quality energy conversion. They play a crucial role in applications such as motor drives, renewable energy integration, and power supplies, where a stable DC voltage and low harmonic distortion are essential. The conventional direct power control (DPC) method, based on a 12-sector switching table, is commonly employed for its simple implementation, reduced complexity, and fast dynamic response. Problem. Despite its simplicity and fast dynamic response, the classical DPC approach is highly sensitive to parameter variations and relies on a predefined switching table, which limits its robustness and current quality. Goal. To experimentally validate an improved control strategy for a three-phase PWM rectifier that enhances robustness and current quality by integrating the super-twisting algorithm (STA) into the conventional DPC framework. Methodology. The proposed STA-based DPC was implemented and tested on an experimental setup using a dSPACE DS1104 digital control board. Both the conventional DPC and the modified STA-based DPC were experimentally evaluated under the same operating conditions to ensure fair comparison. Results. Experimental results demonstrate that the STA-based DPC achieves a THD reduction from 11.85 % to 6.11 % and improves the stability of the DC-link voltage under parameter variations. These quantitative results confirm current quality, improved robustness and reduced chattering compared to the classical DPC. Scientific novelty. Integrating the STA into the DPC framework eliminates dependence on the predefined switching table and enhances robustness to system uncertainties. Practical value. The experimental validation confirms the feasibility and effectiveness of implementing the STA-based DPC in real-time applications, offering a reliable and high-performance solution for modern power conversion systems. References 17, tables 4, figures 19. |
| doi_str_mv | 10.20998/2074-272X.2026.3.11 |
| first_indexed | 2026-05-02T01:00:07Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-338423 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-05-02T01:00:07Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | eiekhpieduua-article-3384232026-05-01T21:05:27Z Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm Ahmane, A. Sakri, D. Farhi, S. E. Golea, N. пряме керування потужністю керування в ковзному режимі алгоритм суперскручування трифазний ШІМ випрямляч dSPACE 1104 direct power control sliding mode control super twisting algorithm three-phase PWM rectifier dSPACE 1104 Introduction. Three-phase pulse width modulation (PWM) rectifiers are widely used in modern power conversion systems due to their high efficiency, controllability, and ability to provide high-quality energy conversion. They play a crucial role in applications such as motor drives, renewable energy integration, and power supplies, where a stable DC voltage and low harmonic distortion are essential. The conventional direct power control (DPC) method, based on a 12-sector switching table, is commonly employed for its simple implementation, reduced complexity, and fast dynamic response. Problem. Despite its simplicity and fast dynamic response, the classical DPC approach is highly sensitive to parameter variations and relies on a predefined switching table, which limits its robustness and current quality. Goal. To experimentally validate an improved control strategy for a three-phase PWM rectifier that enhances robustness and current quality by integrating the super-twisting algorithm (STA) into the conventional DPC framework. Methodology. The proposed STA-based DPC was implemented and tested on an experimental setup using a dSPACE DS1104 digital control board. Both the conventional DPC and the modified STA-based DPC were experimentally evaluated under the same operating conditions to ensure fair comparison. Results. Experimental results demonstrate that the STA-based DPC achieves a THD reduction from 11.85 % to 6.11 % and improves the stability of the DC-link voltage under parameter variations. These quantitative results confirm current quality, improved robustness and reduced chattering compared to the classical DPC. Scientific novelty. Integrating the STA into the DPC framework eliminates dependence on the predefined switching table and enhances robustness to system uncertainties. Practical value. The experimental validation confirms the feasibility and effectiveness of implementing the STA-based DPC in real-time applications, offering a reliable and high-performance solution for modern power conversion systems. References 17, tables 4, figures 19. Вступ. Трифазні випрямлячі з ШІМ (PWM) широко застосовуються в сучасних системах перетворення енергії завдяки їх високій ефективності, керованості та здатності забезпечувати високу якість електроенергії. Вони відіграють важливу роль у таких застосуваннях, як електроприводи, інтеграція відновлюваних джерел енергії та системи живлення, де необхідні стабільна напруга постійного струму та низький рівень гармонічних спотворень. Традиційний метод прямого керування потужністю (DPC), заснований на 12-секторній таблиці перемикання, широко застосовується завдяки простоті реалізації, зниженій складності та високій швидкодії. Проблема. Незважаючи на простоту та швидку динамічну реакцію, класичний підхід DPC є чутливим до варіацій параметрів і базується на заздалегідь визначеній таблиці перемикання, що обмежує його робастність і якість струму. Мета. Експериментально підтвердити ефективність удосконаленої стратегії керування трифазним PWM-випрямлячем, яка підвищує робастність і якість струму шляхом інтеграції алгоритму суперскручування (STA) у структуру класичного DPC. Методика. Запропонований підхід DPC на основі STA реалізовано та досліджено на експериментальному стенді з використанням плати цифрового керування dSPACE DS1104. Як класичний DPC, так і модифікований DPC на основі STA експериментально оцінювалися за однакових умов роботи для забезпечення коректного порівняння. Результати. Експериментальні результати показали, що DPC на основі STA забезпечує зниження коефіцієнта гармонічних спотворень (THD) з 11,85 % до 6,11 % та покращує стабільність напруги в ланці постійного струму за умов зміни параметрів. Отримані результати підтверджують покращення якості струму, підвищення робастності та зменшення тремтіння порівняно з класичним DPC. Наукова новизна. Інтеграція STA в структуру DPC усуває залежність від заздалегідь визначеної таблиці перемикання та підвищує робастність до невизначеностей системи. Практична значимість. Експериментальна валідація підтверджує доцільність і ефективність реалізації DPC на основі STA в системах реального часу, що забезпечує надійне та високоефективне рішення для сучасних систем перетворення електроенергії. Бібл. 17, табл. 4, рис. 19. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-05-02 Article Article application/pdf https://eie.khpi.edu.ua/article/view/338423 10.20998/2074-272X.2026.3.11 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 3 (2026); 73-78 Электротехника и Электромеханика; № 3 (2026); 73-78 Електротехніка і Електромеханіка; № 3 (2026); 73-78 2309-3404 2074-272X en https://eie.khpi.edu.ua/article/view/338423/344195 Copyright (c) 2026 A. Ahmane, D. Sakri, S. E. Farhi, N. Golea http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | direct power control sliding mode control super twisting algorithm three-phase PWM rectifier dSPACE 1104 Ahmane, A. Sakri, D. Farhi, S. E. Golea, N. Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm |
| title | Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm |
| title_alt | Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm |
| title_full | Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm |
| title_fullStr | Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm |
| title_full_unstemmed | Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm |
| title_short | Three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm |
| title_sort | three-phase pulse width modulation boost rectifier enhancement direct power control based on super-twisting algorithm |
| topic | direct power control sliding mode control super twisting algorithm three-phase PWM rectifier dSPACE 1104 |
| topic_facet | пряме керування потужністю керування в ковзному режимі алгоритм суперскручування трифазний ШІМ випрямляч dSPACE 1104 direct power control sliding mode control super twisting algorithm three-phase PWM rectifier dSPACE 1104 |
| url | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/338423 |
| work_keys_str_mv | AT ahmanea threephasepulsewidthmodulationboostrectifierenhancementdirectpowercontrolbasedonsupertwistingalgorithm AT sakrid threephasepulsewidthmodulationboostrectifierenhancementdirectpowercontrolbasedonsupertwistingalgorithm AT farhise threephasepulsewidthmodulationboostrectifierenhancementdirectpowercontrolbasedonsupertwistingalgorithm AT golean threephasepulsewidthmodulationboostrectifierenhancementdirectpowercontrolbasedonsupertwistingalgorithm |