[논문]냉장고의 선형압축기 구동을 위한 단상 하프브리지 인버터 시스템에서 직류단 불평형 보상에 관한 연구

김호진; 김형진; 김동윤; 김장목

doi:10.6113/tkpe.2017.22.3.256

냉장고의 선형압축기 구동을 위한 단상 하프브리지 인버터 시스템에서 직류단 불평형 보상에 관한 연구
DC Voltage Balancing Control of Half-Bridge PWM Inverter for Liniear Compressor of Refrigerator 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.22 no.3, 2017년, pp.256 - 262

김호진 (Automotive Parts Technology Support Center, Busan Techno-Park) , 김형진 (Dept. of Electrical Eng., Pusan National University) , 김동윤 (Dept. of Electrical Eng., Pusan National University) , 김장목 (Dept. of Electrical Eng., Pusan National University)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the control algorithm of a single-phase AC/DC/AC PWM converter for the linear compressor of a refrigerator. The AC/DC/AC converter consists of a full-bridge PWM converter for the control of the input power factor and a half-bridge PWM inverter for the control of the single-phase linear compressor. At the DC-link of this topology, two capacitors are connected in series. These DC-link voltages must be balanced for safe operation. Thus, a new control method of DC voltage balancing for the half-bridge PWM inverter is proposed. The balancing algorithm uses the Integral-Proportional controller and inserts the DC-offset current at the Proportional-Resonant current controller of the inverter to solve the DC-link unbalanced voltages between the two capacitors. The proposed algorithm can be easily implemented without much computation and additional hardware circuit. The usefulness of the proposed algorithm is verified through several experiments.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

토폴로지 구조상 직류단을 2개의 커패시터로 분리 하여 사용하였기 때문에 직류단 불평형 전압이 발생하 였다. 따라서 불평형 보상을 위한 알고리즘을 제안하였 다. 상 ⋅ 하단의 전압 센서와 출력 전류를 통하여 맥동 성분이 제거된 직류단 불평형 성분을 검출하였고 이를 0으로 제어하는 IP 제어기를 이용하여 인버터 출력에 직류 전류를 주입함으로써 직류단 불평형을 보상하였다.
본 논문에서는 직류 불평형 전압 보상을 위하여 과도응답 시 오버 슛을 줄일 수 있는 IP 제어기를 이용하였 다. 이 제어기는 불평형 전압성분(∆V_dc)을 0으로 제어 하기 위한 궤환 입력으로 받고 직류 주입 전류를 제어지령으로 출력한다.

제안 방법

본 논문에서는 단상 풀 브리지 PWM 컨버터와 하프 브리지 PWM 인버터를 사용하여 선형 압축기를 제어하 였다. 토폴로지 구조상 직류단을 2개의 커패시터로 분리 하여 사용하였기 때문에 직류단 불평형 전압이 발생하 였다.
따라서 불평형 보상을 위한 알고리즘을 제안하였 다. 상 ⋅ 하단의 전압 센서와 출력 전류를 통하여 맥동 성분이 제거된 직류단 불평형 성분을 검출하였고 이를 0으로 제어하는 IP 제어기를 이용하여 인버터 출력에 직류 전류를 주입함으로써 직류단 불평형을 보상하였다. 제안된 직류단 불평형 보상 알고리즘은 출력 전류의 왜곡 없이 직류단 불평형을 보상 가능하며 추가적인 하드웨어 없이 쉽게 구현할 수 있다.
그림 6은 제안된 전압 불평형 보상기를 포함한 선형 압축기 전체 제어 블록도이다. 컨버터 측은 풀 브리지를 이용하여 직류단을 500[V]으로 전압제어 하였고 인버터 측은 선형 압축기 구동을 위하여 60[Hz], 1[A]로 제어를 하였다. 표.
그림 10는 상⋅하단 전압과 인버터 출력 전류를 나타낸다. 하단 커패시터의 전압이 상단 커패시터보다 21[V] 높을 때 제안된 전압 보상기를 적용하여 불평형 전압을 0[V]으로 보상하였다. 여기서 커패시터의 불평형을 보상하기 위하여 과도구간에서 직류 전류가 주입됨을 알 수 있다.

성능/효과

제안된 직류단 불평형 보상 알고리즘은 출력 전류의 왜곡 없이 직류단 불평형을 보상 가능하며 추가적인 하드웨어 없이 쉽게 구현할 수 있다. 제안된 알고리즘의 효용성은 실험결과를 통해 증명하였다.
상 ⋅ 하단의 전압 센서와 출력 전류를 통하여 맥동 성분이 제거된 직류단 불평형 성분을 검출하였고 이를 0으로 제어하는 IP 제어기를 이용하여 인버터 출력에 직류 전류를 주입함으로써 직류단 불평형을 보상하였다. 제안된 직류단 불평형 보상 알고리즘은 출력 전류의 왜곡 없이 직류단 불평형을 보상 가능하며 추가적인 하드웨어 없이 쉽게 구현할 수 있다. 제안된 알고리즘의 효용성은 실험결과를 통해 증명하였다.

후속연구

선형 압축기의 사용은 기존의 왕복동식 압축기보다 마찰 손실, 소음 및 진동이 적은 장점들이 있기 때문에 선형 압축기의 구조, 특성, 제어에 관한 연구들이 활발히 진행 되어 왔다^[1-4]. 추가적으로 냉장고 시스템의 효율 향상을 위해서는 적합한 전력변환 장치의 선택에 대한 연구가 필요하다. 일반적으로 가전용 전력변환장치는 고조파 규제에 대응하기 위하여 역률 제어가 필수적이며 스위칭 손실, 도통 손실, 비용 및 부피를 고려하여야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 냉장고에서 선형 압축기의 사용이 증가하고 있는 이유는?	오늘날 냉장고에서는 에너지 효율의 증대와 부피 절감을 위하여 선형 압축기의 사용이 증가하고 있다. 선형 압축기의 사용은 기존의 왕복동식 압축기보다 마찰 손실, 소음 및 진동이 적은 장점들이 있기 때문에 선형 압축기의 구조, 특성, 제어에 관한 연구들이 활발히 진행 되어 왔다[1-4].
	하프 브리지 AC/DC/AC 컨버터 구조에서 전류맥동을 억제하기 위해 필요한 것은?	이 구조는 시스템 구성을 위하여 4개의 스위칭 소자와 2개의 커패시터만을 필요로 한다. 그러나 컨버터 측에서 바이폴라 스위칭 방식에 의하여 발생하는 전류 맥동을 억제하기 위하여 대용량의 필터용 리액터 장착이 필수적이다. 또한, 직류단 커패시터 각각에 계통 전원을 충전하기 때문에 풀 브리지 구조보다 2배 이상의 정격전압 갖는 스위칭 소자의 선정이 필요하다.
	선형 압축기의 사용으로 인한 장점은?	오늘날 냉장고에서는 에너지 효율의 증대와 부피 절감을 위하여 선형 압축기의 사용이 증가하고 있다. 선형 압축기의 사용은 기존의 왕복동식 압축기보다 마찰 손실, 소음 및 진동이 적은 장점들이 있기 때문에 선형 압축기의 구조, 특성, 제어에 관한 연구들이 활발히 진행 되어 왔다[1-4]. 추가적으로 냉장고 시스템의 효율 향상을 위해서는 적합한 전력변환 장치의 선택에 대한 연구가 필요하다.

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원문보기 상세보기
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