본 논문에서는 입력전류 추정에 의한 전밥형 PWM 컨버터의 정상상태 및 과도상태 특성을 개선하기 위하여 정현추종제어기를 제안한다. 그리고, 입력전류의 추정방법과 제어기의 구성에 대해서 논의된다. DC 출력전압은 PI제어기로 제어되며, AC 입력전류를 직접추총 제어하는 정현추종 전류제어기가 입력전류 제어기로 사용된다. 정현추종 전류제아기는 좌표변환 알고리즘 없이 사용가능 하므로 제어계를 간소화 할 수 있다. 입력전류 제어계의 전달함수로부터 입력전류의 정상상태오차가 0이 되고, 입력전압의 동에 대해서도 제안한 제어계는 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다. 아울러 제안한 방법에 대한 타당성이 시뮬레이션 및 부하, 입력 전압 변동에 대한 실험결과로부터 확인할 수 있다.
역률 보상(Power Factor Correction) 회로의 입력 전압은 정현파이다. 부스트 역률 보상 회로의 경우, 정현파인 입력 전압의 크기가 충분히 작을 때 다이오드가 도통하지 않는 구간이 생긴다. 이 구간에서는 입력 전류 파형의 왜곡이 일어나고, 입력 전류의 전고조파왜율(Total Harmonic Distortion)이 증가하게 된다. 본 논문에서는 임계 도통 모드(Critical Conduction Mode) 역률 보상 부스트 컨버터에 한하여 두 가지 영전류 검출 방법을 사용하여 전고조파왜율을 개선하는 방법을 제안하고, 모의실험으로써 성능을 검증하였다.
본 논문에서는 왜곡된 전원 전압과 주파수 변동 하에서도 입력 전류를 정현적으로 제어하도록 하는 단상 PWM 컨버터의 동기좌표계 전류 제어 기법을 제안한다. 왜곡된 전원 전압은 PWM 컨버터 제어를 위한 제어 위상각을 왜곡시켜 입력 전류에 고조파를 발생시키며, 전원 주파수의 변동 역시 입력 전류의 제어 성능을 저하시킨다. 본 논문에서는 위상각의 왜곡 성분을 이용하여 지령 전류를 보상하고 동기좌표계 PLL (Phase Lock Loop) 제어기의 출력으로부터 주파수 변동분을 검출하여 왜곡된 전원 전압과 주파수하에서도 정현적인 전류 제어가 가능하도록 하였다. 제안된 기법의 유용성은 실험을 통해 확인하였다.
본 논문은 복잡한 스위칭 변조없이 입력역률과 입력 전류파형을 향상시키는 우수한 정현 컨버터를 제안하고자 한다. 그 구성과 제어방법은 비교적 단순하지만 정현컨버터는 입력 선전류에 포함된 무효전력과 고조파를 효과적으로 감소시킴으로서 우수한 동작 특성을 이론적 분석과 Pspice 시뮬레이션을 통하여 입증하고자 한다.
본 연구에서는 입력 선전류 파형이 거의 정현적으로 되고 역률이 1이 되는 3상 AC/DC Boost 콘버터를 제안하였다. 이 콘버터의 전류 제어는 고정된 스위칭 주파수로 동작되는 공간 벡터 PWN법이 적용되고 선전류는 한 샘플링 구간내에서 기준 전류를 추종하게 된다. 전류 제어를 위한 공간 벡터 PWM법을 적용하기 위하여 DSP를 사용하여 디지털 제어 방법으로 구현하였으며, 이 제어 기법으로 구동되는 3상 AC/DC Bost 콘버터는 일정한 스위칭 주파수로 동작하며 입력 선 전류가 거의 정현파에 가깝고, 작은 DC 링크 캐피시터를 적용함에도 불구하고 출력 전류와 전압의 리플이 작으며, 부하변화시와 입력 전압 변화시에도 오버슈트없이 기준전류를 잘 추종하게 된다.
본 논문에서는 왜곡된 단상 전원 전압 하에서도 교류 입력 전류를 정현적으로 제어할 수 있도록 하는 제어기법을 제안하였다. 단상의 물리량을 가상의 삼상 물리량으로 변환하여 이를 d-q축 동기좌표계로 변환된 물리량으로 제어하는 동기좌표계 전류제어기법을 적용하였으며, 왜곡된 전원 전압에 의한 왜곡된 위상각 성분을 추출하여 이를 d-q축 동기좌표계 지령전류에 보상하는 방법을 제안하였다. 제안한 기법으로 왜곡된 전원 전압 하에서도 교류 입력 전류의 고조파를 5%이내로 제한할 수 있음을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다.
매트릭스 컨버터(Matrix Converter:MC)는 기본적으로 9개의 양방향 스위치를 이용한 전력변환장치이다. 입력 전압의 크기에 따라 일정 범위 내의 전압을 합성할 수 있으며, 다이오드 정류기를 이용하는 인버터에 비해 입력전류를 정현파로 만들 수 있는 장점을 가지고 있다. 다수의 스위치를 이용하여 출력전압을 합성하기 때문에 제어가 복잡하다는 단점이 있으나, 반대로 여러 가지 방법으로 전압을 합성할 수 있는 가능성과 회로 구성의 확장 가능성이 크다는 장점도 있다. 본 논문에서는 입력 전압의 순시적인 선간전압을 이용한 새로운 공간 벡터 변조(Space Vector Modulation: SVM)방법을 제안하고, 기존 SVM과 동일한 구현 가능성 및 새로운 유사 멀티레벨(Multi-level) SVM으로의 확장성을 보인다. 유사 멀티레벨 SVM을 사용하였을 경우 출력 전류의 리플이 감소하고 고조파 특성이 개선됨을 Matlab 시뮬레이션을 통해 검증한다.
디스크 형의 회전자를 가지고 있는 영구자석 표면 부착형 동기 전동기에서 회전자가 중력 방향에 직각으로 서있고, 디스크 상에 부하가 존재하는 경우 디스크의 불균일한 질량 분포에 의해 편심이 발생한다. 편심 부하는 합성 무게 중심이 반중력 방향으로 향하면 전동기의 속도는 감소하고, 중력 방향이면 속도가 증가하는 정현적인 부하 토크로 작용하여 정현적 인 속도 오차를 발생시킨다. 이 속도 오차를 감소시키기 위해 q-축 전류와 측정된 속도를 입력으로 가지는 부하 토크 관측기를 설계하여 생성된 보상전류를 피드 포워드 방식으로 q-축 지령 전류에 보상하는 방식을 사용한다. 본 연구에서는 부하 토크 관측기를 사용하는 방식에서 발생하는 속도오차에 관하여 분석하였다.
본 논문에서는 전해 캐패시터가 없는 단상 입력 인버터 시스템의 출력 전류 파형 생성 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 모터 제정수에 의한 전압 변화를 고려하여 계통 전류 형태를 정현파에 가깝게 만드는 출력 전류 지령을 구할 수 있다. 운전 조건에 맞는 최적 출력 전류를 수치 해석을 통해 구하고, 이를 참조표로 만들어 사용한다. 제안된 구동 전류 파형 생성 알고리즘에 대해 설명하고, 모의 실험을 통해 제안된 알고리즘의 타당성을 검증했다.
본 논문에서는 자기 소호 능력을 가지고 있는 전력용 반도체 소자로 구성된 3상 PWM Boost 컨버터를 이용하여 기존의 정류기에서 나타나는 문제점들을 해결하고, 입력 전류와 역률을 개선하기 위한 전류제어 기법을 제시한다. 이 컨버터의 전류제어는 부하에 관계없이 항상 일정한 스위칭 주파수로 동작되는 예측 전류제어 기법을 적용하고 있으며, 선전류는 한 샘플링 시간 구간내에서 기준 전류를 추종하게 된다. 이 제어 기법을 사용하므로서 입력 전류의 파형이 거의 정현파에 가까워져 역률도 거의 1로되고, 작은 DC링크 캐패시터를 적용함에도 불구하고 출력 전류와 전압의 리플이 적으며, 다이나믹 응답 특성도 매우 양호하게 나타난다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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