본 논문은 캐리어 주파수 20kHz 이상의 고주파 전압형 PWM 인버터를 구동하기 위한 디지털 제어기에 관한 연구이다.적절한 PWM 패턴을 선택하기 위하여 기존의 PWM을 분석하였고, 비동기형 계단 정현파를 기준신호로 하여 제어기의 PWM 패턴을 구하였으며, PWM 제어방법은 가변 캐리어 비를 이용하였다.PWM 제어기는 모두 디지털 방식으로 구성하였다. 특히, 제시된 제어기의 구성은 연산 및 데이터 처리와 PWM 패턴 합성을 8비트 원칩 마이크로프로세서와 디지털 로직으로 나누어 설계하므로써 제어에 대한 속응성 및 제어성을 개선하였다. 또 변조도 데이터를 9비트로 출력하도록 프로그램을 적절히 이용하여 데이터 처리능력을 높였다.디지털 제어기는 회로구성을 i8051과 원칩 EPLD로 구성하였고, 설계된 제어기는 전압형 인버터를 동작시켜 제어성을 고찰하였다. 그리고 전압형 인버터 시스템의 고조파와 전류파형을 평가 분석하였다.
본 논문에서는 전압형 PWM 컨버터의 교류 입력측 LCL 필터의 설계기법을 제안한다 기존의 전압형 PWM 컨버터에서 전원계통으로 흘러 들어가는 스위칭 고조파전류를 억제하기 위해 교류 입력측에 LCL 필터를 설치하는 것은 매우 경제적이고 효과적인 방법이다 필터 커패시터로 스위칭 고조파전류를 흡수하며 공진을 억제하기 위해 수동 댐핑 저항을 이용한다 UPS용의 LCL 필터 구조 PWM 컨버터의 설계예시를 보였으며 제안한 설계기법의 타당성을 입증하기 위해 PSIM을 이용한 시뮬레이션을 행하였다.
일반적으로 3상 PWM AC/DC 컨버터는 정상상태에서의 효과적인 오차제거 및 빠른 과도응답 특성을 얻기 위해 동기좌표계상으로 모델링하여 제어한다. 그러나 이와 같은 제어기는 입력전압이 평형일 경우를 전제조건으로 하므로, 입력전압이 불평형일 경우 입력전류와 직류링크 전압에 2차 고조파 성분이 나타나게 된다. 본 논문에서는 불평형 입력전압 하에서 컨버터 시스템의 입력전류와 직류링크 전압에 발생하는 2차 고조파 성분을 최소화하기 위한 새로운 제어기법을 제안하였다. 입력측 역기전력 성분으로 간주할 수 있는 동기좌표계상의 전압을 입력전압의 상태에 따라 변동하였으며, 전류지령치를 무효전력과 2차 고조파 유효전력을 선택적으로 제거하도록 선정하였다. 입력전압의 분석은 동기좌표계상에서 수행되어지며, 각 상의 위상과 진폭의 검출이 불필요하다. 제안한 제어기법은 매우 간단하며 불평형 입력전압 상태에서 입출력 시스템의 고조파 왜란을 효과적으로 제어할 수 있다.
본 논문에서는 불평형 전원 전압 하에서 삼상 PWM 컨버터의 전류 보상 기법을 제안하였다. 전원 전압이 불평형인 경우 PLL(Phase Locked Loop)를 이용하여 추출한 위상각에는 왜곡 성분이 포함된다. 이러한 왜곡된 위상각으로 컨버터를 제어하는 경우 입력 전류에도 고조파가 포함되게 된다. 본 논문에서는 불평형 전원 전압 하에서도 입력 전류의 THD(Total Harmonic Distortion)를 IEEE Std. 519 규정인 5% 이내로 제한할 수 있도록 하는 전류 보상 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 시뮬레이션을 통해 그 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 태양광 발전시스템을 이용한 PWM(Pulse Width Modulation) 전압형 인버터를 전력변환기로 구성하였고, 안정된 변조를 위해서 동기신호와 제어신호를 56F8323 마이크로프로세서에 의해서 처리하였다. PWM 전압형 인버터는 태양전지가 연속 발전할 수 없는 단점을 보완하기 위해 일반 상용전원과 연계함으로써 약 10~20[%]의 전력 절감 효과를 얻을 수 있는 에너지 절약 전원 복합형 전력변환장치로 구성하였다. 그리고 PWM 전압형 인버터와 위상동기를 위해서 계통전압을 검출하고 계통전압과 인버터 출력을 동상 운전하므로 잉여전력을 계통과 연계할 수 있게 하였다. 또한, 고조파를 절감한 출력을 유지함으로써 부하와 계통에 전력이 안정하게 공급될 수 있도록 제어 시스템을 적용하여 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 태양광 시스템 적용을 위한 PWM 제어 기반의 승압형 DC-DC 컨버터 설계 방법을 연구하였다. 스위칭 모드 방식의 승압형 DC-DC 컨버터의 동작원리를 분석하였으며 기본적인 설계 방법을 연구하였다. 태양광 시스템 적용을 위해 가변 입력 조건 하에서 컨버터의 출력 전압이 목표 전압을 추종할 수 있도록 PWM 제어를 기반으로 하는 출력 전압 궤환 제어 알고리즘을 개발하였다. 제안된 알고리즘의 유효성을 검증하기 위한 절차로서 입력 전압 DC 10V를 DC 30V로 승압하여 출력하는 하나의 궤환 출력 전압을 가지는 승압형 DC-DC 컨버터의 시작품을 설계, 제작하였다. 성능 평가 시험에서 오실로스코프와 LCD의 출력전압이 기준 전압에 대한 1[%] 이내의 오차율을 보임으로써 목표 출력전압을 정확하게 추종함을 확인하였다.
일반적으로 컨버터 장치로서 사용되고 있는 전력용 반도체 소자인 SCR이나 diode를 사용할 때 역률과 고조파의 문제를 야기 시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 자기소호형 소자인 IGBT등을 사용하여 입력측 선전류를 입력 전원전압과 동상인 정현파 전류로 유지함으로써 역률과 고조파에 대한 문제를 해결 하였다. 본 논문에서는 컨버터 출력측 직류전압 제어기에 부하전류 전향보상기(feedforward compensator)를 부가하여 출력측에 다이오드 정류기가 부가된 단상 전압형 인버터를 부하로 사용하여 보상기 부가에 따른 과도상태특성을 개선하였으며 전압형 PWM 컨버터 제어에 의한 특성을 시뮬레이션 및 실험 결과를 통하여 확인 하였다.
본 논문에서는 PWM 승압형 컨버터/인버터를 사용한 교류전동기 구동시스템에서 커먼 모드 전압의 크기를 dc 버스 전압 1/3이하로 제한시키는 새로운 공간전압벡터 PWM 기법을 제안한다. Dc 버스 전압의 2/3에 해당하는 커먼 모드 전압 펄스가 발생하는 경우에 대하여 고찰하고 각각의 경우에 대한 인버터 스위칭 시점의 이동을 통한 제거 방법을 제안한다. 제안된 방법은 부가의 하드웨어를 요구하지 않고 소프트웨어적으로 손쉽게 구현될 수 있으며, 전력변환기의 제어성능에 영향을 미치지 않는다는 장점을 가진다.
본 연구에서는 단상 PWM 컨버터와 3상 PWM 전압형 인버터 유도전동기 운전으로 나누 어져 있다. 단상 시스템의 교류 전원의 주파수에는 순시전력의 맥동성분을 가진다. 컨버터의 직류 맥동전압은 맥동성분을 발생시킨다. 결과적으로 인버터의 출력전압과 전류의 파형은 왜곡된다 시스템의 정상상태는 상태공간법으로 해석된다. 이러한 모든 사항은 시뮬레이션과 실험을 통하여 그 타당성을 확인하였다.
본 논문은 PWM에 의한 전압 고조파를 분석하여 LC 필터를 설계하는 방안을 제안한다. 전압형 인버터는 PWM 방식을 이용하여 출력전압을 합성하며, PWM에 의한 전압 고조파는 직류단 전압, Modulation index, Deadtime 등에 의해서 결정된다. 출력 전압 고조파와 PWM 전압고조파와의 관계를 풀어 LC 필터를 설계한다. 제안된 방법으로 설계된 LC 필터는 시뮬레이션을 통해 설계의 타당성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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