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스위치 저감형 Z-Source Inverter PWM 제어
PWM Control of Reduced Switch Z-Source Inverter 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.1, 2019년, pp.53 - 57  

김성환 (Dept. of Electrical & Control Engineering, Mokpo National University) ,  박태식 (Dept. of Electrical & Control Engineering, Mokpo National University)

초록
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본 논문에서는 스위칭 소자를 줄이기 위한 새로운 Z-소스 인버터의 구조와 PWM 펄스 제어 방법에 대하여 제안하였다. 개선된 Z-소스 인버터는 Z-네트워크가 DC전압과 인버터 사이가 아닌 인버터 뒷단과 접지 사이에 연결되며, 이러한 개선된 Z-소스 인버터는 커패시터 돌입 전류 제한 기능과 커패시터 전압 스트레스가 작은 장점을 가지고 있다. 개선된 Z-소스 인버터에서 스위치를 6개에서 4개로 줄이는 새로운 형태의 스위치 저감형 Z-소스 인버터의 Topology를 제안하고, 제안된 Topology에 적합한 PWM 제어 방법을 개발하였다. 제안된 방법은 PSIM 시뮬레이션을 통해 특성과 성능을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a new Z-source inverter structure to reduce switching elements and PWM pulse control method. Z-network is connected between the inverter backplane and ground, rather than between the DC voltage and the inverter in an improved Z-source inverter. And the improved Z-source inv...

주제어

#Improved Z-Source Inverter   #Switch reduced inverter   #Z-network   #PWM   #voltage stress   #PSIM  

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 스위칭 소자의 저감 또는 인버터 스위치의 고장시 4개의 스위치만으로 인버터를 동작하고자 하는 B4인버터의 적용을 위해 기존의 Z-소스 인버터에 대해서는 연구가 진행되었으나, 개선된 Z-소스 인버터에 대해서는 여태까지 연구결과가 없었다. 본 연구에서는 개선된 Z-소스 B4 인버터의 Topology를 제안 하고 특성을 해석하였으며, 이에 적합한 PWM 패턴을 발생하기 위한 방법을 제시하였다. 제안된 방법은 PSIM 시뮬레이션을 통해 특성을 확인하였으며, Z-소스 인버터의 장점인 DC입력전압을 증폭하여 보다 큰 교류 출력을 발생할 수 있으면서, 4개의 스위치로 동작 가능함을 검증하였다.
  • 본 연구에서는 이러한 Z-소스 B-4 인버터의 특징을 고찰하고, Improved Z-소스 인버터에 B-4 형태를 적용하기 위한 방안과 PWM 패턴에 shoot-through 상태를 삽입하고, 3상 교류 출력을 발생하기 위한 PWM 제어 방법을 연구하였다. 제안된 방법은 PSIM 시뮬레이션을 통하여 특성을 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Z-소스 인버터의 장점은? Z-소스 인버터는 단일 단의 구조를 가지면서 승압 -강압이 가능한 장점과, 인버터의 단락에 대한 우려가 없고 향상된 EMI 특성과 신뢰성을 갖는다. 그림 1 은 Z-소스 인버터의 기본적인 구조를 보여주고 있으며 인버터의 레그를 단락시키는 시비율(Duty-ratio)에 따라 출력 전압의 크기가 결정된다[1][2].
개선된 Z-소스 B4 인버터는 어떤 구조를 가지는가? 개선된 Z-소스 B4 인버터는 Z 네트워크와 부하의 한 상이 DC전압의 (-)단에 같이 연결된 구조를 가지며, 스위칭 패턴에 따른 각 상의 전압과 벡터 도는 표 1, 그림 7과 같다. 또한 제안된 방식의 인버터 입력 전압의 크기는 식 (6)으로 나타나고, 따라서 증폭된 출력전압을 발생할 수 있다.
인버터의 스위치를 줄이고, 3상 교류 출력을 발생하기 위한 연구가 진행되어 온 이유는? 기본적인 인버터는 각 상당 2개의 스위치가 사용되어 총 6개의 스위칭 소자로 구성되어 있으나, B-4 인버터는 4개의 스위치로 3상 전압을 출력할 수 있어 스위칭 소자의 개수를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 기본적인 인버터의 스위칭 소자 중 일부가 고장이 발생할 경우 일시적으로 B-4 인버터로 제어하여 3상의 교류 출력을 발생할 수도 있다. 이러한 장점으로 인하여 인버터의 스위치를 줄이고, 3상 교류 출력을 발생하기 위한 연구가 진행되어 왔다[4], [5].
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참고문헌 (6)

  1. F. Z. Peng, "Z-Source Inverter," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 39, no. 2, pp. 504-510, 2003. DOI: 10.1109/TIA.2003.808920 

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  2. F. Z. Peng, M.Shen, and Z. Qian, "Maximum Boost Control of the Z-Source Inverter," IEEE Trans. Power Electron., vol. 20, no. 4, pp. 833-838, 2005. DOI: 10.1109/TPEL.2005.850927 

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  3. Y. Tang, S. Xie and C. Zhang, "An Improved Z-Source Inverter," IEEE Trans. Power Electron., vol. 26, no. 12, pp. 3865-3868, 2011. DOI: 10.1109/TPEL.2009.2039953 

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  4. M. Correa, C. Jacobina, E. Silva and A. Lima, "A General PWM Strategy for Four-Switch Three-Phase Inverters," IEEE Trans. Power Electron., vol. 21, No. 6, pp. 1618-1627, 2006. DOI: 10.1109/TPEL.2006.882964 

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  5. G. Kim and T. Lipo, "VSI-PWM Rectifire/Inveter System with a Reduced Swithch Count," IEEE Trans. on Ind. Appl., vol. 32, no. 6, pp. 1331-1337, 1996. DOI: 10.1109/28.556635 

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  6. E. Najimi, M. Nohamadian and S. Dehghan, "Z-Source Three-Phase Four-Switch Inverter with DC Link Split Capacitor and Comprehensive Investigation of Z-Source Three-Phase Four- Switch Inverters," Electronics and Drive Systems Technology (PEDSTC) pp. 25-31, 2012. DOI: 10.1109/PEDSTC.2012.6183341 

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