PWM Buck AC-AC 컨버터는 최근 들어 전압 또는 전력 레귤레이터, 전자식 변압기, 위상 천이기와 같은 산업현장의 다양한 응용분야에 폭넓게 사용되고 있다. 본 논문에서는 이러한 PWM Buck AC-AC 컨버터의 정적 및 동적 모델링과 완전한 특성 해석을 제시한다. 먼저, 3상의 컨버터 시스템은 DQ 변환 기법에 의하여 모델링 되고 그에 따라 전압이득과 역률과 같은 기본적인 특성식을 구하고 제어를 위한 시스템의 상태 방정식과 전달함수를 구한다. 다음으로, 이러한 해석에 기초하여 매우 빠른 동적 응답을 갖도록 순시적인 듀티 변동이 가능한 feedforward-feedback 제어기법을 제안한다. 끝으로, 실험결과를 통하여 이러한 모델링과 해석 및 제어가 유효함을 확인할 수 있다.
PWM Buck AC-AC 컨버터는 최근 들어 전압 또는 전력 레귤레이터, 전자식 변압기, 위상 천이기와 같은 산업현장의 다양한 응용분야에 폭넓게 사용되고 있다. 본 논문에서는 이러한 PWM Buck AC-AC 컨버터의 정적 및 동적 모델링과 완전한 특성 해석을 제시한다. 먼저, 3상의 컨버터 시스템은 DQ 변환 기법에 의하여 모델링 되고 그에 따라 전압이득과 역률과 같은 기본적인 특성식을 구하고 제어를 위한 시스템의 상태 방정식과 전달함수를 구한다. 다음으로, 이러한 해석에 기초하여 매우 빠른 동적 응답을 갖도록 순시적인 듀티 변동이 가능한 feedforward-feedback 제어기법을 제안한다. 끝으로, 실험결과를 통하여 이러한 모델링과 해석 및 제어가 유효함을 확인할 수 있다.
Recently, PWM Buck AC-AC Converter is widely employed in various industrial applications such as voltage and power regulator, electronic transformer, phase shifter and so on. This paper presents static and dynamic modeling and complete characteristic analysis of a PWM Buck AC-AC converter. Firstly, ...
Recently, PWM Buck AC-AC Converter is widely employed in various industrial applications such as voltage and power regulator, electronic transformer, phase shifter and so on. This paper presents static and dynamic modeling and complete characteristic analysis of a PWM Buck AC-AC converter. Firstly, the three phase converter system is modelled by using DQ transformation whereby we can obtain basic characteristic equations such as voltage gain and power factor as well as state equation and transfer function for control. Secondly, based on the analysis, the feedforward-feedback control technique is also proposed to obtain instantaneous duty level change whereby very fast dynamic response is achieved. Finally, the experimental results show the validity of the modeling, analysis and control.
Recently, PWM Buck AC-AC Converter is widely employed in various industrial applications such as voltage and power regulator, electronic transformer, phase shifter and so on. This paper presents static and dynamic modeling and complete characteristic analysis of a PWM Buck AC-AC converter. Firstly, the three phase converter system is modelled by using DQ transformation whereby we can obtain basic characteristic equations such as voltage gain and power factor as well as state equation and transfer function for control. Secondly, based on the analysis, the feedforward-feedback control technique is also proposed to obtain instantaneous duty level change whereby very fast dynamic response is achieved. Finally, the experimental results show the validity of the modeling, analysis and control.
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문제 정의
있다.(3) 본 논문에서는 가장 활발히 응용이 되고 있는 PWM Buck AC-AC 컨버터에 대하여 다루며, 회로 구성과 정적 및 동적 동작 특성을 밝힌다. 이제까지 PWM Buck AC-AC 컨버터에 대한 연구는 정상상태 해석과 고조파 해석 등이 대부분이고 이것이 시스템의 거동 파악 및 설계에 제한적으로 적용되어 왔다(3) 본 논문에서는 DQ 변환기법을 적용하여 전압이 득, 입력측 역률과 같은 정상상태 특성은 물론, 제어의 목적을 위한상태방정식, 전달함수와 같은 동적 특성을 구한다.
본 논문에서는 그림3과 같이 기존의 fee dback 방식에 입력 전압의 변동을 센싱하여 직접듀티비 d 의 보정값을 계산하는 순방향 (feed forward) 제어루프를 삽입하여 동적 특성을 개선한 feedforward-feedback 제어 방안을 제안한다.
가설 설정
은 IGBT와 인덕터乙의 손실을 나타내고, 저항 Re 부하 저항이다. 부하저항 2?에는 커패시터 C의 손실이 포함되어 있다고 가정한다. 또, d는 스위치 0, Q의 duty rati。이다.
제안 방법
PWM Buck AC-AC 컨버터의 동작과 제어 특성을 확인하기 위하여 10 kVA용량의 컨버터를 구성하고 실험을 수행하였다. 그림4는 실험에 사용된 전체 시스템의 블록도를 보인다.
특성을 완전히 해석해 내었다. 또한, 시스템전달함수로부터 입력 전압의 변동에도 불구하고 최종 출력 전압이 빠르게 안정화되는 feedforw ard-feedback 제어기를 제안하였다. 끝으로, 실험을 통하여 동적 및 정적 모델링과 시스템 설계가 타당함을 확인하였다.
이제까지 PWM Buck AC-AC 컨버터에 대한 연구는 정상상태 해석과 고조파 해석 등이 대부분이고 이것이 시스템의 거동 파악 및 설계에 제한적으로 적용되어 왔다(3) 본 논문에서는 DQ 변환기법을 적용하여 전압이 득, 입력측 역률과 같은 정상상태 특성은 물론, 제어의 목적을 위한상태방정식, 전달함수와 같은 동적 특성을 구한다. 또한, 이러을 일정하게 유지하는 새로운 Feedforward-feedback 제어기법을 제안한다. 이러한 동작 특성의 해석 및 한 정적 및 동적 모델링과 해석의 결과로부터 교류 입력 전압의 변동에도 불구하고 안정되게 출력 전압 제어기법은 실험을 통하여 그 타당성을 확인할 것이다.
본 논문에서는 DQ 변환기법을 사용하여PWM Buck AC-AC 컨버터의 전압이 득, 역률과 같은 정적 특성은 물론 상태 방정식, 전달함수와 같은 동적 특성을 완전히 해석해 내었다. 또한, 시스템전달함수로부터 입력 전압의 변동에도 불구하고 최종 출력 전압이 빠르게 안정화되는 feedforw ard-feedback 제어기를 제안하였다.
(3) 본 논문에서는 가장 활발히 응용이 되고 있는 PWM Buck AC-AC 컨버터에 대하여 다루며, 회로 구성과 정적 및 동적 동작 특성을 밝힌다. 이제까지 PWM Buck AC-AC 컨버터에 대한 연구는 정상상태 해석과 고조파 해석 등이 대부분이고 이것이 시스템의 거동 파악 및 설계에 제한적으로 적용되어 왔다(3) 본 논문에서는 DQ 변환기법을 적용하여 전압이 득, 입력측 역률과 같은 정상상태 특성은 물론, 제어의 목적을 위한상태방정식, 전달함수와 같은 동적 특성을 구한다. 또한, 이러을 일정하게 유지하는 새로운 Feedforward-feedback 제어기법을 제안한다.
대상 데이터
본 논문의 실험에 사용된 시스템 파라 미터는 전원 전압 Vs = 220 V, 전원 주파수 / = 60 Hz, 1.= 1 mH, C = 45 uF, r = 0.01 2, 7? = 5 9 이다. 또, IGBT의 스위칭 주파수는 10 kHz, dead time 은 3.
성능/효과
또한, 시스템전달함수로부터 입력 전압의 변동에도 불구하고 최종 출력 전압이 빠르게 안정화되는 feedforw ard-feedback 제어기를 제안하였다. 끝으로, 실험을 통하여 동적 및 정적 모델링과 시스템 설계가 타당함을 확인하였다.
이것은 그림 7의 위로부터 3번째 파형에서 보듯이, 입력전압이 순간적으로 변동하면 feedforward loop가 동작하여 듀티 d가 순간적으로 변동하기 때문이다. 즉, feedforward-feedback 제어가 입력 전압의 변동에도 불구하고 출력 전압을 일정하게 유지하는데 매우 효과적임을 이와 같은 비교 실험을 통하여 확인할 수 있다.
후속연구
또한, 이러을 일정하게 유지하는 새로운 Feedforward-feedback 제어기법을 제안한다. 이러한 동작 특성의 해석 및 한 정적 및 동적 모델링과 해석의 결과로부터 교류 입력 전압의 변동에도 불구하고 안정되게 출력 전압 제어기법은 실험을 통하여 그 타당성을 확인할 것이다.
참고문헌 (4)
N.G. Hingorani, 'Power Electronics in Electric Utilities : Role of Power Electronics in Future Power System,' Proceedings of the IEEE, Vol. 76, No. 4, pp. 481-482, 1988, April
H. Mehta, 'Recent Development: EPRI's CUSTOM POWER Concept', Proceedings of Power Quality '93 Conference, Interec International Inc., Ventura, CA, pp 794-795, October 1993
Vekataramanan, et al., 'An AC-AC power converter for custom power applications', IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 11, No. 3, pp. 1666-1671, 1996
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