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문제 정의
- 본 논문에서는 그림 2-1 과 같이 2-스위치 Buck-Boost 컨버터와 4-스위치 인버터의 직렬 조합으로 새로운 6개의 스위치를 사용하는 전압 가변형 인버터 시스템을 제안한다. 제안된 인버터 시스템은 기동 시와 저속 영역에서 DC 단의 전압을 낮춤으로써 전류 및 토크 리플의 크기를 감소시키고, 고속 영역에서는 DC 단의 전압의 크기를 증가시킴으로써 역기전력의 전압의 제한을 받지 않는다.
- 본 논문에서는 저 단가 및 높은 성능을 내기 위한 새로운 DC 링크 전압 가변형 인버터를 제안하였다. 제안된 인버터 시스템은 3상 전동기 드라이브 시스템에서 사용되고 있는 6-스위치 인버터가 아닌 시스템의 가격 및 스위치 개수를 저감할 수 있는 4-스위치 인버터로 구성하였고, 배터리 출력 전압과 독립적으로 DC 링크 전압을 제어하기 위하여 인버터 앞단에 2-스위치 Buck-Boost 컨버터를 사용하였다.
가설 설정
- 3상의 전류파형은 일정 토크로 제어하기 위하여 준구형파 형태로 제어 하였고 A와 B 상을 독립적으로 제어함으로써 C상으로 흐르는 전류 불균형을 해결하였다. 그림 5-3의 시뮬레이션 파형을 3개의 모드로 나눠서 살펴보면, 그림 5-3(a)의 Mode I과 같이 전동기가 정지 상태에서 기동하기 시작할 때 2-스위치 Buck-Boost 컨버터의 출력전압은 최소 DC링크 전압을 유지한다. 실제적으로 이때 입력 배터리의 경우 출력 파워가 가장 작은 상태로 유지되게 되므로 입력 배터리에서의 전압 강하는 거의 일어나지 않게 된다.
- 실제적으로 이때 입력 배터리의 경우 출력 파워가 가장 작은 상태로 유지되게 되므로 입력 배터리에서의 전압 강하는 거의 일어나지 않게 된다. 따라서 입력 배터리의 SOC가 만충전 상태로 충전되어 있다고 가정한다면 입력 배터리에서의 전압 강하분은 무시 할 수 있다. Mode II에서는 전동기의 속도가 증가함에 따라 속도와 비례하여 영구자석 전동기의 역기전력이 증가하고 이에 따라 출력 파워 또한 증가한다.
- 따라서 배터리의 특성상 출력 전류의 증가로 인한 내부 저항의 전압 강하와 배터리의 비선형성을 고려하면 배터리는 전압 강하가 발생하게 된다. 본 시뮬레이션에서는 이러한 전압 강하에 의한 입력 배터리 전압의 변화를 각각 배터리의 최대 동작 점과 최소 동작 점으로 가정하였다. 이에 따라 전압강하가 없는 상태의 배터리 전압을 52V로 가정하고 최대출력을 내는 정격 속도에서 입력 배터리의 최대 전압 강하가 발생한다고 가정하여 이때의 전압은 37.
- 5V로 가정한다. 이에 따라 Mode Ⅲ에서 전동기의 속도는 정격 속도에 도달하여 최대 출력 파워를 발생하고 있다고 가정하여 입력 전압은 37.5V까지 강하되는 것으로 하였다. 그림 5-3(b)은 속도가 감소될 때 2-스위치 Buck-Boost 컨버터의 출력이 Boost 모드에서 Buck 모드로 변환되는 것을 나타낸다.
- 본 시뮬레이션에서는 이러한 전압 강하에 의한 입력 배터리 전압의 변화를 각각 배터리의 최대 동작 점과 최소 동작 점으로 가정하였다. 이에 따라 전압강하가 없는 상태의 배터리 전압을 52V로 가정하고 최대출력을 내는 정격 속도에서 입력 배터리의 최대 전압 강하가 발생한다고 가정하여 이때의 전압은 37.5V로 가정한다. 이에 따라 Mode Ⅲ에서 전동기의 속도는 정격 속도에 도달하여 최대 출력 파워를 발생하고 있다고 가정하여 입력 전압은 37.
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