PWM 멀티레벨 인버터 시스템의 출력필터 설계 및 전도성 EMI 저감에 관한 연구 (A) study on output filter design and mitigation of conducted EMI in PWM multi-level inverter systems원문보기
일반적인 2레벨 인버터 시스템에 비해 고조파 발생과 스위치의 전압 스트레스가 작은 장점을 가진 멀티레벨 컨버터/인버터 시스템이 널리 이용되고 있다. 이들 멀티레벨 시스템은 고전압-대용량 분야에 응용이 가능한 장점을 지니고 있다. 고전압-대전력 시스템에서는 수십에서 수백 Hz의 스위칭 주파수 사용이 어려우므로, 낮은 대역의 스위칭 주파수를 주로 사용한다. 그리고, ...
일반적인 2레벨 인버터 시스템에 비해 고조파 발생과 스위치의 전압 스트레스가 작은 장점을 가진 멀티레벨 컨버터/인버터 시스템이 널리 이용되고 있다. 이들 멀티레벨 시스템은 고전압-대용량 분야에 응용이 가능한 장점을 지니고 있다. 고전압-대전력 시스템에서는 수십에서 수백 Hz의 스위칭 주파수 사용이 어려우므로, 낮은 대역의 스위칭 주파수를 주로 사용한다. 그리고, 멀티레벨 인버터 시스템에서 낮은 스위칭 주파수를 사용함에 따라 시스템 출력단에 높은 크기의 고조파 성분이 발생하게 된다. 일반적으로 이러한 문제를 해결하기 위해 인버터 시스템의 출력단에 LC필터를 사용하였다. LC필터의 사용에 의해 고조파 성분은 현저히 감소하지만, 필터로 사용된 인덕터와 커패시터의 공진문제가 발생하게 되며 LC필터의 공진을 감쇄시키기 위한 방법으로 필터단에 제동저항을 사용하는 방법이 소개되었다. LC필터를 사용한 시스템은 차단주파수와 제동저항의 크기에 따라 전압 고조파의 크기가 변화된다. 본 논문은 낮은 스위칭 주파수를 갖는 NPC 3레벨 인버터 시스템을 위한 LC트랩/LCR 출력필터 설계방법과 교류 전동기 구동 시스템에서 발생되는 전도성 EMI감소를 위한 필터 설계 및 연결방법을 제안하였다. 제안된 LC트랩필터는 스위칭 주파수에 동조되어 스위칭 주파수에 의해 발생되는 전압고조파 필터링에 매우 효과적이며, LC트랩필터가 인버터 시스템에 연결될 경우 LCR필터의 차단주파수를 증가시킬지라도 필터링 효과는 감소되지 않는다. 그리고 차단주파수를 증가시킴으로써 LCR필터의 크기를 감소시킬 수 있으며, 제동저항값을 증가시켜 출력필터 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 본 논문에서는 PWM인버터를 이용하여 교류 전동기 구동시 발생하는 여러가지 문제점을 고찰하였으며, 이를 제거 및 감소시키기 위한 대책으로 필터 설계 및 연결방법을 제시하였다. 논문에서 제안된 필터 시스템은 모의실험을 통하여 그 타당성을 검증하였고, 실험을 통해 제안된 방법의 유용성과 그 효과를 입증하였다.
일반적인 2레벨 인버터 시스템에 비해 고조파 발생과 스위치의 전압 스트레스가 작은 장점을 가진 멀티레벨 컨버터/인버터 시스템이 널리 이용되고 있다. 이들 멀티레벨 시스템은 고전압-대용량 분야에 응용이 가능한 장점을 지니고 있다. 고전압-대전력 시스템에서는 수십에서 수백 Hz의 스위칭 주파수 사용이 어려우므로, 낮은 대역의 스위칭 주파수를 주로 사용한다. 그리고, 멀티레벨 인버터 시스템에서 낮은 스위칭 주파수를 사용함에 따라 시스템 출력단에 높은 크기의 고조파 성분이 발생하게 된다. 일반적으로 이러한 문제를 해결하기 위해 인버터 시스템의 출력단에 LC필터를 사용하였다. LC필터의 사용에 의해 고조파 성분은 현저히 감소하지만, 필터로 사용된 인덕터와 커패시터의 공진문제가 발생하게 되며 LC필터의 공진을 감쇄시키기 위한 방법으로 필터단에 제동저항을 사용하는 방법이 소개되었다. LC필터를 사용한 시스템은 차단주파수와 제동저항의 크기에 따라 전압 고조파의 크기가 변화된다. 본 논문은 낮은 스위칭 주파수를 갖는 NPC 3레벨 인버터 시스템을 위한 LC트랩/LCR 출력필터 설계방법과 교류 전동기 구동 시스템에서 발생되는 전도성 EMI감소를 위한 필터 설계 및 연결방법을 제안하였다. 제안된 LC트랩필터는 스위칭 주파수에 동조되어 스위칭 주파수에 의해 발생되는 전압고조파 필터링에 매우 효과적이며, LC트랩필터가 인버터 시스템에 연결될 경우 LCR필터의 차단주파수를 증가시킬지라도 필터링 효과는 감소되지 않는다. 그리고 차단주파수를 증가시킴으로써 LCR필터의 크기를 감소시킬 수 있으며, 제동저항값을 증가시켜 출력필터 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 본 논문에서는 PWM인버터를 이용하여 교류 전동기 구동시 발생하는 여러가지 문제점을 고찰하였으며, 이를 제거 및 감소시키기 위한 대책으로 필터 설계 및 연결방법을 제시하였다. 논문에서 제안된 필터 시스템은 모의실험을 통하여 그 타당성을 검증하였고, 실험을 통해 제안된 방법의 유용성과 그 효과를 입증하였다.
The multilevel converter/inverter systems, which have advantages in that the voltage stress of switches and harmonics generation are less than the general 2-level converter/inverter systems, have been widely used. These multilevel systems are normally used for high voltage or high power applications...
The multilevel converter/inverter systems, which have advantages in that the voltage stress of switches and harmonics generation are less than the general 2-level converter/inverter systems, have been widely used. These multilevel systems are normally used for high voltage or high power applications. Since, in high power systems, low-band switching frequency is used to reduce switching losses, large size of low frequency harmonic components is generated. Generally, LC filter is used at the output terminal of inverter systems to solve this problem. Although using LC filters could reduce the harmonic component, it generates a resonance problem between inductor and capacitor of the filters. To diminish the resonance problem of the LC filter, a method using damping resistor was proposed. The systems using LC filter could change the amplitude of the voltage harmonics according to cut-off frequency and size of damping resistor. In this paper, we proposed an LC trap/LCR output filter design method for NPC three-level inverter systems with low switching frequency and filter connection methods for conducted EMI mitigation that is happened in AC motor drive system. The proposed LC trap filter is very effective in voltage harmonic filtering at the switching frequency since it is tuned to the switching frequency. The size of the LCR filter can decrease while filtering effect does not decrease although the cut-off frequency of the LCR output filter increases, when the LC trap filter is connected with the inverter system. Then, it can reduce size of LCR filter by increasing cut-off frequency. Also, when an LC trap filter is installed, CR terminal current is reduced by increasing LCR filter cut-off frequency. This means that increased the efficiency of the output filter system by power loss of damping resistor decreases. Also, this paper investigated various problems that happen at AC motor drive system using PWM inverter and we proposed filter design and connection methods to solve this problem. The filter system that is proposed in this paper verified validity through simulation. The filter system that is proposed in this paper verified validity through simulation, and it is confirmed by experimental results.
The multilevel converter/inverter systems, which have advantages in that the voltage stress of switches and harmonics generation are less than the general 2-level converter/inverter systems, have been widely used. These multilevel systems are normally used for high voltage or high power applications. Since, in high power systems, low-band switching frequency is used to reduce switching losses, large size of low frequency harmonic components is generated. Generally, LC filter is used at the output terminal of inverter systems to solve this problem. Although using LC filters could reduce the harmonic component, it generates a resonance problem between inductor and capacitor of the filters. To diminish the resonance problem of the LC filter, a method using damping resistor was proposed. The systems using LC filter could change the amplitude of the voltage harmonics according to cut-off frequency and size of damping resistor. In this paper, we proposed an LC trap/LCR output filter design method for NPC three-level inverter systems with low switching frequency and filter connection methods for conducted EMI mitigation that is happened in AC motor drive system. The proposed LC trap filter is very effective in voltage harmonic filtering at the switching frequency since it is tuned to the switching frequency. The size of the LCR filter can decrease while filtering effect does not decrease although the cut-off frequency of the LCR output filter increases, when the LC trap filter is connected with the inverter system. Then, it can reduce size of LCR filter by increasing cut-off frequency. Also, when an LC trap filter is installed, CR terminal current is reduced by increasing LCR filter cut-off frequency. This means that increased the efficiency of the output filter system by power loss of damping resistor decreases. Also, this paper investigated various problems that happen at AC motor drive system using PWM inverter and we proposed filter design and connection methods to solve this problem. The filter system that is proposed in this paper verified validity through simulation. The filter system that is proposed in this paper verified validity through simulation, and it is confirmed by experimental results.
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