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계통연계형 단상인버터의 Common Mode Noise 저감을 위한 Switching 방법
A Switching Method of Single Phase Grid Connected Inverter for Common Mode Noise Reduction 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.21 no.1, 2016년, pp.27 - 33  

이승주 (Dept. of control & Instrumentation Eng., Korea Nat' Univ. of Transportation) ,  홍창표 (Dept. of control & Instrumentation Eng., Korea Nat' Univ. of Transportation) ,  김학원 (Dept. of control & Instrumentation Eng., Korea Nat' Univ. of Transportation) ,  조관열 (Dept. of control & Instrumentation Eng., Korea Nat' Univ. of Transportation)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A pulse-width modulation (PWM) method for common mode noise reduction in a PWM inverter connected to a single-phase grid is proposed in this study. The extensively used conventional switching method may experience common mode voltage problems, which generate current leakage and electromagnetic induc...

주제어

#Single phase PWM inverter   #Common mode voltage   #Common mode current   #EMI  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 단상 풀 브리지 인버터에서의 접지와 중성점간에 발생되는 공통 모드 노이즈로 인한 EMI 문제를 해결하는 새로운 스위칭 (Fixed Totem pole) 방법을 제안하였다. 이를 시뮬레이션과 실험을 통하여 기존 스위치 방법에서 부하전류에서 발생되는 공통 모드 노이즈 전압을 확인하였고, 제안하는 PWM 스위칭 방법을 사용하여 CMV를 저감시킴으로서 기생 캐피시터로 인해 발생되는 CMC를 저감하여 누설전류를 억제시킴으로 공통 모드 노이즈가 억제되는 것을 확인함으로서 제안하는 스위칭 방법의 효과를 입증하였다.

가설 설정

  • 앞에서 언급했듯이 상용 단상 전원이 (+)양의 구간일 때, 그림 4(a)의 전력 공급모드와 그림 4(b)의 환류모드일 때 각각 스위치 S3 , S4가 상보적인 스위칭을 한다. CMV는 4(a)와 4(b) 상태 모두 직류링크 전압의 (-)단의 전압이 0V가 되어, CMV는 0[V]가 된다. 상용 단상 전원이 (+)양의 구간에서 인버터 출력 전압과 공통 모드 전압에 대한 모의해석 결과를 파형으로 나타내면 그림 5와 같다.
  • 가 된다. 그림 6(b) 상태에서는 스위치 S1 , S3이 개방 되어 직류 링크 전압은 중성점과 같은 전압인 0[V]가 걸리게 되어 CMV는 0[V]가 된다. 상용 단상 전원의 (-)음 구간에서 인버터 출력 전압과 공통 모드 전압에 대한 모의해석 파형은 그림 7과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무정전 전원 공급장치란 무엇인가? 무정전 전원 공급장치(UPS : Uninterruptible Power Supply 이하 UPS)는 평소 잉여의 전력을 밧데리 (Battery) 등의 에너지 저장 장치에 저장해 두었다가, 상용전원의 장애 발생 시 안정적으로 전원을 공급하는 장치이다. 무정전 전원 공급장치는 발생 가능한 전원장애를 방지하고 항상 안정된 교류전원 출력을 공급하기 위해 고효율의 인버터가 요구된다[1]-[4] .
단상 인버터에서 PWM을 사용하는 이유는 무엇인가? 인버터는 출력 용량에 따라 단상과 삼상으로 구분되는데, 일반적으로 단상 인버터는 풀 브리지(Full-Bridge)회로를 이용하여 교류전원을 만든다. 단상 인버터는 교류를 만들기 위해서 고주파로 반도체 스위치를 온-오프(On-Off) 스위칭하여 출력 전압의 기본파 전압이 원하는 전압이 되도록 펄스폭 변조 (Pulse Width Modulation)을 행한다. 보통 단상 인버터의 스위칭 방식은 바이폴라 PWM 스위칭 방식보다 전류, 전압 리플이 낮은 유니폴라 PWM 방식이 많이 사용 된다[4].
무정전 전원 공급장치에 고효율의 인버터가 요구되는 이유는 무엇인가? 무정전 전원 공급장치(UPS : Uninterruptible Power Supply 이하 UPS)는 평소 잉여의 전력을 밧데리 (Battery) 등의 에너지 저장 장치에 저장해 두었다가, 상용전원의 장애 발생 시 안정적으로 전원을 공급하는 장치이다. 무정전 전원 공급장치는 발생 가능한 전원장애를 방지하고 항상 안정된 교류전원 출력을 공급하기 위해 고효율의 인버터가 요구된다[1]-[4] . 인버터는 출력 용량에 따라 단상과 삼상으로 구분되는데, 일반적으로 단상 인버터는 풀 브리지(Full-Bridge)회로를 이용하여 교류전원을 만든다.
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참고문헌 (12)

  1. Y. T. Woo and Y. C. Kim, "A digital control of a single-phase ups inverter for robust ac-voltage tracking," 30th Annual Conference of IEEE, Vol. 2, pp. 1623-1628, 2004. 

  2. M. J. Yazdanpanah, E. Semsar, and B. Siahkolah, "An H-inf robust controller for single phase pwm inverters," in Proceedings of 15th IFAC World Congress, Barcelona, Spain, 2002. 

  3. Y. Zhilei, X. Xiao, and Y. Yangguang "Seamless transfer of single-phase grid-interactive inverters between grid-connected and stand-alone modes," IEEE Trans. On. Industrial Electronics, Vol. 25, No. 6, Jun. 2010. 

  4. A. Ahmad and M. Mohamadian, "Fixed switching frequency sliding mode control for single-phase unipolar inverters," IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 27, pp. 2507-2514, Nov. 2011. 

  5. M. Cacciato, A. Consoli, G. Scarcella, and A. Testa, "Reduction of common mode currents in pwm inverter motor drives," IEEE IAS Annual Meeting, Vol. 1, pp. 707-713, 1997. 

  6. T. Kato, K. Inoue, and K. Akimasa, "EMI reduction method for a single-phase pwm inverter by suppressing common-mode currents with complementary switching," Power Electronics and Motion Control Conference, IEEE, Vol. 3, pp. 1-5, 2006. 

  7. T. Guo, D. Y. Chen, and F. C. Lee, "Separation of the common mode and differential mode conducted EMI noise," IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 11, pp. 480-488, May 1996. 

    상세보기 crossref

  8. P. V. Y. Jayasree, J. C. Priya, G. R. Poojita, and G. Kameshwari, "EMI filter design for reducing common-mode and differential-mode noise in conducted interference," ISSN 0974-2166, Vol. 5, pp. 319-329, May, 2012. 

  9. H. Hasegawa, T. Doumoto, and H. Akagi, "A three-phase voltage source PWM inverter system characterized by sinusoidal output voltage with neither common-mode voltage nor normal-mode voltage design and performance of a passive EMI filter," T. IEE Japan, Vol. 122-D, pp. 845-852, 2002. 

  10. S. Ogasawara, H. Ayano, and H. Akagi, "An active circuit for cancellation of common-mode voltage generated by a PWM inverter," IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 13, No. 5, pp. 835-841, 1998. 

    상세보기 crossref

  11. A. Rao, "A modified single phase inverter topology with active common mode voltage cancellation," Proceedings of the IEEE, Vol. 1, No. 4, pp. 850-854, 1999. 

  12. H. W. Kim, H. K. Shin, H. S. Mok, Y. K. Lee, and K. Y. Cho, "Novel PWM method with low ripple current for position control applications of BLOC motors," Journal of Power Electronics, Vol. II, No. 5, pp. 726-733, Sep. 2011. 

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