본 논문에서는 비대칭 컨버터에 비하여 전력소자의 수를 감소하면서도, 고속 운전에 적합한 새로운 멀티레벨 인버터를 제안한다. 제안된 인버터는 기존의 비대칭 컨버터에 비하여 전력소자의 수를 감소시킬 수 있는 특징이 있으며, SRM의 감자구간에서 휠링되는 에너지와 전원에서 공급되는 에너지를 교차적으로 활용하는 방식을 적용함으로써, C-dump 인버터에 비해 커패시터의 정격전압을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 제안된 멀티레벨 인버터의 동작 모드는 비대칭 컨버터에 비하여, 충전 레벨의 전원을 정역으로 활용하여 빠른 여자(Excitation)와 감자(Demagnetization) 모드를 가지게 되므로, 제어의 활용성이 매우 높다. 따라서, SRM의 고속 운전에 필요한 여자전류의 빠른 확립을 통하여 응답시간을 개선시키며, 토크 발생구간을 확장시킬 수 있다. 제안된 멀티레벨 인버터 구동형 SRM의 운전특성은 시뮬레이션과 실험을 통해 검증하였다.
본 논문에서는 비대칭 컨버터에 비하여 전력소자의 수를 감소하면서도, 고속 운전에 적합한 새로운 멀티레벨 인버터를 제안한다. 제안된 인버터는 기존의 비대칭 컨버터에 비하여 전력소자의 수를 감소시킬 수 있는 특징이 있으며, SRM의 감자구간에서 휠링되는 에너지와 전원에서 공급되는 에너지를 교차적으로 활용하는 방식을 적용함으로써, C-dump 인버터에 비해 커패시터의 정격전압을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 제안된 멀티레벨 인버터의 동작 모드는 비대칭 컨버터에 비하여, 충전 레벨의 전원을 정역으로 활용하여 빠른 여자(Excitation)와 감자(Demagnetization) 모드를 가지게 되므로, 제어의 활용성이 매우 높다. 따라서, SRM의 고속 운전에 필요한 여자전류의 빠른 확립을 통하여 응답시간을 개선시키며, 토크 발생구간을 확장시킬 수 있다. 제안된 멀티레벨 인버터 구동형 SRM의 운전특성은 시뮬레이션과 실험을 통해 검증하였다.
In this paper, a novel multi-level inverter for low cost high speed switched reluctance(SR) drive is proposed. The proposed multi-level converter has reduced number of power switches and diodes than that of a conventional asymmetric converter for SRM and smaller voltage rating of the dump capacitor ...
In this paper, a novel multi-level inverter for low cost high speed switched reluctance(SR) drive is proposed. The proposed multi-level converter has reduced number of power switches and diodes than that of a conventional asymmetric converter for SRM and smaller voltage rating of the dump capacitor comparing with energy efficient c-dump converter. It can supply five operating modes that is boosted, DC-link, zero, negative bias and negative boosted voltage. The proposed multi-level converter has fast excitation and demagnetization modes of phase current, so dynamic response can be achieved. The proposed multi-level converter is verified by computer simulation and experimental results.
In this paper, a novel multi-level inverter for low cost high speed switched reluctance(SR) drive is proposed. The proposed multi-level converter has reduced number of power switches and diodes than that of a conventional asymmetric converter for SRM and smaller voltage rating of the dump capacitor comparing with energy efficient c-dump converter. It can supply five operating modes that is boosted, DC-link, zero, negative bias and negative boosted voltage. The proposed multi-level converter has fast excitation and demagnetization modes of phase current, so dynamic response can be achieved. The proposed multi-level converter is verified by computer simulation and experimental results.
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문제 정의
본 논문에서는 경제성과 SRM의 구동성능을 고려한 새로운 멀티레벨 인버터를 제안하였다. 제안한 멀티레벨 인버터는 Energy efficiency C-dump형 인버터에 비해, 스위칭 소자가 1개 더 필요하나, 높은 여자 전압 및 감자 전압을 형성하기 위한 부스터 커패시터의 내압이 낮으며, 전류(commutation) 구간에서의 제어의 유연성이 높다.
본 논문에서는 비대칭 컨버터에 비하여 전력 소자의 수를 감소하면서도, 고속 운전에 적합한 새로운 멀티레벨 인버터를 제안한다. 제안된 인버터는 기존의 비대칭 컨버터에 비하여 전력소자의 수를 감소시킬 수 있는 특징이 있으며, SRM의 감자구간에서 휠 링 되는 에너지와 전원에서 공급되는 에너지를 교차적으로 활용하는 방식을 적용함으로써, C-dump 인버터에 비해 커패시터의 정격전압을 낮출 수 있는 장점이 있다.
제안 방법
본 논문에서는 인버터 스위칭 토폴로지를 검증하기 위하여 비교적 간단한 PI형 속도 제어기를 적용하였으며, 전류 제어기는 히스테리시스 방식의 제어기를 적용하였다. 부스터 커패시터의 충전전압은 200[V]가 되도록, SRM의 턴-온 및 턴-오프각과 부스터 스위치 및 DC-link단 스위치를 제어하였다.
부스터 커패시터의 충전전압은 200[V]가 되도록, SRM의 턴-온 및 턴-오프각과 부스터 스위치 및 DC-link단 스위치를 제어하였다.
인버터를 제안한다. 제안된 멀티레벨 인버터는 DCTink단의 필터 커패시터 외에 상 권선의 감자 에너지를 충전하여 재활용하기 위한 부스터 커패시터를 가지는 구조로, 다음 상의 여자 상태에는 부스터 커패시터의 전압과 DC-Hnk 전압을 같이 인가하여, 높은 여자 전압으로 빠른 여자 전류의 확립이 가능하며, 감자 시에는 부극성의 높은 감자 전압을 통하여 감자 전류를 빠르게 소호시키며, 이 에너지를 다시 부스터 커패시터에 저장하게 된다.
제안된 멀티레벨 인버터의 동작 특성을 확인하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 수행하였다.
인버터를 제안한다. 제안된 인버터는 기존의 비대칭 컨버터에 비하여 전력소자의 수를 감소시킬 수 있는 특징이 있으며, SRM의 감자구간에서 휠 링 되는 에너지와 전원에서 공급되는 에너지를 교차적으로 활용하는 방식을 적용함으로써, C-dump 인버터에 비해 커패시터의 정격전압을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 제안된 멀티레벨 인버터의 동작 모드는 비대칭 컨버터에 비하여, 충전 레벨의 전원을 정역으로 활용하여 빠른 여자(Excitation) 와 감자(Demagnetization) 모드를 가지게 되므로, 제어의 활용성이 매우 높다.
동작한다. 제안한 멀티레벨 인버터와 비대칭형 인버터의 동작을 비교하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 행하였다. 그림8과 9는 PWM과 단일펄스 모드에서의 동작 특성을 비교한 결과이다.
대상 데이터
시험에 사용된 전동기는 12/8극 200W 3상 SRM이다. 그림 10은 실험 장치를 보여준다.
그림 10은 실험 장치를 보여준다. 제어기는 TI사의 TMS320F2812 를 사용하였으며 전압과 전류신호는 DSP에 내장된 12bit ADC를 사용하였다. 회전자 위치와 속도는 512ppr 엔코더를 사용하여 검출 하였다.
데이터처리
제안된 멀티레벨 인버터 구동형 SRM의 운전 특성은 시뮬레이션과 실험을 통해 검증하였다.
성능/효과
제안된 인버터는 기존의 비대칭 컨버터에 비하여 전력소자의 수를 감소시킬 수 있는 특징이 있으며, SRM의 감자구간에서 휠 링 되는 에너지와 전원에서 공급되는 에너지를 교차적으로 활용하는 방식을 적용함으로써, C-dump 인버터에 비해 커패시터의 정격전압을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 제안된 멀티레벨 인버터의 동작 모드는 비대칭 컨버터에 비하여, 충전 레벨의 전원을 정역으로 활용하여 빠른 여자(Excitation) 와 감자(Demagnetization) 모드를 가지게 되므로, 제어의 활용성이 매우 높다. 따라서, SRM의 고속 운전에 필요한 여자전류의 빠른 확립을 통하여 응답시간을 개선시키며, 토크 발생 구간을 확장 시킬 수 있다.
멀티레벨 인버터를 제안하였다. 제안한 멀티레벨 인버터는 Energy efficiency C-dump형 인버터에 비해, 스위칭 소자가 1개 더 필요하나, 높은 여자 전압 및 감자 전압을 형성하기 위한 부스터 커패시터의 내압이 낮으며, 전류(commutation) 구간에서의 제어의 유연성이 높다. 또한, 비대칭형 보다 전력소자와 다이오드 갯수를 줄여 소자를 절감할 수 있으며, 상 여자전압을 5레벨로 제어할 수 있어 여자와 감자시간을 단축할 수 있다.
그림 14는 무부하에서 정격부하로 변했을 때의 특성을 비교한 것이다. 제안한 방식은 부하의 급작스런 변화에도 속도의 변화가 적음을 알 수 있다. 이는 상대적으로 높은 상전압의 순시적 대응과 이에 따른 전류의 증가로 응답시간을 줄일 수 있기 때문이다.
35Nm에서 PWM 제어 모드로 동작하는 경우의 실험결과이다. 제안한 방식은 여자전류 확립시 DC-link 전압에 더하여 부스터 전압이 가해져 전류확립 시간이 줄어들고, 소호 시에도 더 큰 음의 감자 전압을 인가할 수 있어 소호 시간을 단축할 수 있음을 확인할 수 있다. 시뮬레이션과 다르게 여자되지 않는 상에 약간의 간섭현상을 볼 수 있으나, 이는 여자되지 않는 상의 권선이 floating 상태로 유지하기 때문이며, 인덕턴스의 변화가 없는 위치이므로 토크에 미치는 영향이 없어 그 영향은 무시할 수 있다.
효율을 비교한 것이다. 제안한 방식이 기존의 비대칭형에 비해lOOOrpm에서 1.5%정도의 낮은 것으로 측정되었으며, 이는 여자 및 감자시의 빠른 전류변화에 따른 철손의 증가에 기인한 것으로 사료된다. 하지만, 제안한 인버터는 비대칭 컨버터에 비해 경제성이 높고, 제어의 유연성이 좋은 장점을 가지게 된다.
제안한 인버터는 다양한 동작모드의 조합에 의해 SRM의 고속 운전과 제어의 유연성이 높아지며, 전력 소자의 절감이 가능하다. 하지만, 부스터 스위치와 DC-link 스위치를 각 상에서 상호 공유하게 되므로, 전류(commutation)구간 동안 감자를 위한 충분한 음의 전압을 제공할 수 없는 단점이 있다.
참고문헌 (12)
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