[논문]단일 반송파를 이용한 비엔나 정류기의 전압 제어

윤병철; 김학원; 조관열; 임병국

doi:10.6113/tkpe.2012.17.2.129

단일 반송파를 이용한 비엔나 정류기의 전압 제어
A single-carrier comparison PWM for Voltage Control of Vienna Rectifier 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.17 no.2, 2012년, pp.129 - 134

윤병철 (R&D Center Dongah Elecomm.) , 김학원 (Dept. of Cont. & Inst. Eng., Korea Nat'l Univ. of Trans.) , 조관열 (Dept. of Cont. & Inst. Eng., Korea Nat'l Univ. of Trans.) , 임병국 (Dept. of Cont. & Inst. Eng., Korea Nat'l Univ. of Trans.)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a new simple PWM method for Vienna rectifier is proposed. The previous SVPWM method for Vienna rectifier is very complex and difficult to implement. To solve these problems, a new single-carrier comparison PWM method for voltage control of Vienna rectifier is proposed. Because of using the only single carrier, implementation of the proposed PWM is very simple. In the proposed PWM method, carrier comparison parts of the PWM block is only changed from the 2 level PWM control block. The usefulness of the proposed PWM method is verified by the simulation and experiment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 비엔나 컨버터의 단일 반송파 비교 PWM 방법을 제안하였다. 기존의 2 레벨 컨버터의 총고조파 왜곡률 THD를 줄이기 위해 3 레벨 컨버터를 사용하였지만, 3 level 컨버터의 공간 전압 벡터를 이용한 SVPWM 방법의 계산이 복잡하고, 실제 구현이 어려운 문제점이 있었다.
본 논문은 단일 반송파를 이용한 비엔나 컨버터의 반송파 비교 PWM 방법을 제안한다. 제안한 단일 반송파 비교 PWM 방법은 단일 반송파를 사용하기 때문에 구현이 용이한 장점을 갖는다.

제안 방법

한편, 이 문제점을 해결하기 위해 비엔나 정류기의 두 개의 캐리어 비교 SVPWM 방식을 제안하였지만, 계산은 간단하지만 실제 구현이 어려운 문제점이 있었다. 이 문제점을 해결하기 위해 단일 반송파를 이용한 비엔나 정류기를 이용하여 제어 및 구현이 간단하다는 것을 시뮬레이션 및 실험을 통하여 제어가 잘 되는 것을 검증하였다.

대상 데이터

그림 7의 ①은 3상 입력 부분이며, ②는 비엔나 정류기의 메인 전력 회로 부분이며, 다이오드와 MOSFET 스위치를 사용 하였다. ③은 비엔나 정류기의 전체 시스템을 제어하는 부분이며, 사용된 컨트롤러는 염가형 DSP인 피콜로(Piccolo) 시리즈의 TDS28035를 사용 하였다. 또한 제어부는 입력 전압 및 전류 그리고 출력 Vdc전압을 계측하여 제어 기능을 갖는다.
표 1은 비엔나 정류기의 모의해석 및 실험에 사용된 파라미터 값이다. 모의해석 및 실험에서 사용한 스위칭 소자는 MOSFET를 사용 하였다.

데이터처리

그림 5는 PWM 방법에 따른 모의해석 결과 이다. 그림5의 (a), (b), (c)는 PWM 방법으로 두 개의 반송파를 이용한 PWM 방식이며, 그림 5의 (d), (e), (f)는 본 논문에서 제안한 단일 반송파 방식으로 두개의 PWM 방식을 비교 하였다. 그림 5의 (a)는 각 상의 스위칭 지령 x_abc와 두 개의 반송파를 비교하는 파형이다.

성능/효과

세 번째 파형은 출력 V_dc이다. 단일 반송파를 이용한 SVPWM방식을 적용한 비엔나 정류기의 시뮬레이션 결과 제어가 잘되는 것을 확인 할 수 있다.
2장에서는 제안한 단일 반송파 비교 PWM 방법에 대한 이론적 배경을 설명하며, 3장에서는 이에 대한 모델에 대하여 다룬다. 마지막으로 제안한 단일 반송파 비교 PWM 방법으로 비엔나 정류기를 제어한 실험 결과를 보여 제안한 방법의 효용성을 검증한다.
그림 8의 (c)는 제안한 단일 반송파를 이용하여 동작하는 비엔나 정류기의 입력 상전류(I_abc이며, 그림 8의 (d)는 제안한 단일 반송파를 이용하여 동작하는 비엔나 정류기의 직류 링크 출력 Vdc(V_dc) 값이다. 실험 결과 제안된 단일 반송파를 이용하여 비엔나 정류기를 제어한 결과, 직류 링크 전압 및 입력 전류가 잘 제어됨을 확인하였다.
본 논문은 단일 반송파를 이용한 비엔나 컨버터의 반송파 비교 PWM 방법을 제안한다. 제안한 단일 반송파 비교 PWM 방법은 단일 반송파를 사용하기 때문에 구현이 용이한 장점을 갖는다. 2장에서는 제안한 단일 반송파 비교 PWM 방법에 대한 이론적 배경을 설명하며, 3장에서는 이에 대한 모델에 대하여 다룬다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	3레벨의 비엔나 정류기의 장점은?	3상 3레벨 비엔나 형태의 정류기(Vienna Type Rectifier)는 단방향의 전력 변환이 요구되는 AC/DC 컨버터(Converter)의 입력 전류 고조파 저감을 위한 회로로 검토되고 있다.[1] 3레벨의 비엔나 정류기는 2레벨의 펄스 폭 변조 (Pulse Width Modulation, 이하 PWM) 정류기에 비해 출력 전압의 총 왜곡률 (Total Harmonic Distortion, 이하 THD)이 낮아, 전류 THD를 작게 하기에 용이하고, 낮은 내압의 전력용 소자를 사용할 수 있으며, 스위칭 손실이 작아 컨버터의 고효율화에 유리한 장점을 가지고 있다.
	비엔나 정류기는 무엇으로 구성되는가?	그림 1은 3레벨의 비엔나 정류기 회로 이다. 비엔나 정류기는 3상의 정류 다이오드와 3개의 양방향 스위치로 구성된다. 그림 1에서 eabc는 3상의 계통 입력 전압 이며, iabc는 3상 입력 전류를 의미 한다.
	비엔나 정류기를 제어하기 위한 PWM 방법은 크게 공간 전압 벡터를 이용하여 전압 벡터의 인가 시간을 직접 계산하는 공간 전압 벡터 PWM 방법과 반송파 비교 PWM 방법으로 나눌 수 있다, 각각의 방법 특징은?	한편, 비엔나 정류기를 제어하기 위한 PWM 방법은 크게 공간 전압 벡터를 이용하여 전압 벡터의 인가 시간을 직접 계산하는 공간 전압 벡터 PWM 방법과 반송파 비교 PWM 방법으로 나눌 수 있다. 공간 전압 벡터 상에서 인가 전압 벡터와 인가 시간을 직접 계산하는 방법은 3상 계통 전압의 상태에 따라 다이오드 (Diode) 의 통전 상태가 모두 달라, 공간 전압 벡터 생성을 위한 유효 전압 벡터의 선택이 복잡하고, 유효 전압 벡터 및영 전압 벡터의 인가 시간 계산이 복잡하여, 실제 구현을 위하여 많은 계산을 필요로 하는 단점이 있다.[2-5] 반면, 반송파를 사용하여 PWM 제어를 행하는 반송파 비교 PWM 방법은 유효 전압 벡터 및 인가 시간 계산이 간단한 장점이 있으나[6], 각 상별 각 각 두 개의 반송파를 요구하므로 많은 반송파 비교 PWM 모듈을 요구하 며, 두 개의 반송파간 동기화 등이 필요하여 실제 제품에 적용이 용이하지 않다.

참고문헌 (6)

J. Kolar and F. Zach, "A Novel Three-phase utility interface minimizing line current harmonics of high-power telecommunications rectifier modules", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 44, No. 4, pp. 456-467, 1997, August.

상세보기
Jarno Alahuhtala, Heikki Tuusa "Space Vector Modulation Method for Unidirectional Four-Wire Three-Phase/LeveI Switch (Vienna) Rectifier", The 7th international Conference on Power Electronics, pp. 742-748, 2007, October.
Grzegorz Radomski, "Voltage Space Vector Control System of Vienna Rectifier I", EUROCON 2007 The International Conference on "Computer as a Tool", pp. 1666-1673, 2007, Sept. 9-12.
Hesameddin Mirzaee Teshnizi, Ali Moallem, and Mohammad Reza Zolghadri Mehdi Ferdowsi, "A Dual-Frame Hybrid Vector Control of Vector-Modulated VIENNA I Rectifier for Unity Power Factor Operation Under Unbalanced Mains Condition", APEC 2008, pp. 1402-1408, 2008, Feb. 24-28.
H. S. Jung, S. J. Nho, J. H. Choi, K. B. Jung "Improvement of Input Current using VIENNA Rectifier" Proceedings of Electrical Engineering Spring Conference, Part of Machine and Energy Conversion, pp19-21, 2007, January
Byung-Chul Yoon, Hee-Keun Shin, Hag-Wone Kim, Kwan-Yuhl Cho, Byung-Kuk Lim, Soon-Sang Hwang "Carrier Comparison SVPWM for Voltage Control of Vienna Rectifier" Proceedings of Power Electronics Autumn Conference, 2010.11 pp183-185, 2010, July

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