[논문]최소 손실 불연속 변조 기법에 따른 2레벨 3상 전압원 인버터의 직류단 전압 맥동 분석

이준혁; 박정욱

doi:10.6113/tkpe.2021.26.2.120

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최소 손실 불연속 변조 기법에 따른 2레벨 3상 전압원 인버터의 직류단 전압 맥동 분석
DC-Link Voltage Ripple Analysis of Minimum Loss Discontinuous PWM Strategy in Two-Level Three-Phase Voltage Source Inverters 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.26 no.2, 2021년, pp.120 - 126

이준혁 (School of Electrical and Electronic Engineering, Yonsei University) , 박정욱 (School of Electrical and Electronic Engineering, Yonsei University)

Abstract ▼ AI-Helper

DC-link capacitors are one of the main components in two-level three-phase voltage source inverters (VSIs); they provide the pulsating input current and stabilize the vacillating DC-link voltage. Ideally, the larger the capacitance of DC-link capacitors, the better the DC-link voltage stabilizes. However, high capacitance increases the cost and decreases the power density of VSI systems. Therefore, the capacitance should be chosen carefully on the basis of the DC-link voltage ripple requirement. However, the DC-link voltage ripple is dependent on the pulse-width modulation (PWM) strategy. This study especially presents a DC-link voltage ripple analysis when the minimum loss discontinuous PWM strategy is applied. Furthermore, an equation for the selection of the minimum capacitance of DC-link capacitors is proposed. Experimental results with R-L loads are also provided to verify the effectiveness of the presented analysis.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Circuit diagram of the battery-powered two-level three-phase voltage source inverter system.
그림 Fig. 2. Block diagram of the MLDPWM strategy.
$Fig. 3. Switching signal generation of the MLDPWM strategy. (a) <TEX>$v_{no}^{*}$</TEX> = 1 - <TEX>$v_{n1}^{*}$</TEX>, (b) <TEX>$v_{no}^{*}$</TEX> = -1 - <TEX>$v_{n3}^{*}$</TEX>.$ 그림 Fig. 3. Switching signal generation of the MLDPWM strategy. (a) $v_{no}^{*}$ = 1 - $v_{n1}^{*}$, (b) $v_{no}^{*}$ = -1 - $v_{n3}^{*}$.
그림 Fig. 4. Flowchart of the MLDPWM strategy to select the zero-sequence signal.
그림 Fig. 5. Waveforms of the DC-link capacitor current and DC-link voltage when the MLDPWM strategy is applied at m = 0.8 and ϕ = 10°.
표 TABLE Ⅰ VALUES OF INVERTER INPUT CURRENT ACCORDING TO THE SWITCHING STATES
그림 Fig. 6. Carrier cycle waveforms of the inverter input current and DC-link voltage ripple when the MLDPWM strategy is applied. (a) |i_a| > |i_c|, (b) |i_a| ≤ |i_c|.
그림 Fig. 7. Normalized peak-to-peak values of the DC-link voltage ripple when the MLDPWM strategy is applied at different modulation indices (0.2, 0.5, 0.8, 1.1) and power factor angles. (a) ϕ = 0°, (b) ϕ = 30°, (c) ϕ = 60°, (d) ϕ = 90°.
그림 Fig. 8. Maximum peak-to-peak DC-link voltage ripple of the modulation index when the MLDPWM strategy is applied at different power factor angles.
그림 Fig. 9. Maximum peak-to-peak DC-link voltage ripple of the modulation index when the SVPWM strategy is applied at different power factor angles.
그림 Fig. 10. Experimental results of the DC-link capacitor current, DC-link voltage ripple, a-phase pole voltage reference, and a-phase current when the MLDPWM strategy is applied with load 1. (a) m = 1/3, (b) m = 2/3, (c) m = 1.0.
그림 Fig. 11. Experimental results of the DC-link capacitor current, DC-link voltage ripple, a-phase pole voltage reference, and a-phase current when the MLDPWM strategy is applied with load 2. (a) m = 1/3, (b) m = 2/3, (c) m = 1.0.
표 TABLE Ⅱ EXPERIMENTAL PARAMETERS

참고문헌 (7)

J. Reimers, L. Dorn-Gomba, C. Mak, and A. Emadi, "Automotive tranction inverters: Current status and future trends," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 68, No. 4, pp. 3337 -3348, Apr. 2019.

상세보기
K. Nishizawa, J. I. Itoh, A. Odaka, A. Toba, and H. Umida "Current harmonic reduction based on space vector PWM for DC-link capacitors in three-phase VSIs operating over a wide range of power factor," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 34, No. 5, pp. 4853-4867, May 2019.

상세보기
E. R. C. da Silva, E. C. Dos Santos, and C. B. Jacobian, "Pulsewidth modulation strategies," IEEE Industrial Electronics Magazine, Vol. 5, No. 2, pp. 31-45, Jun. 2011.
A. M. Hava, R. J. Kerkman, and T. A. Lipo, "Simple analytical and graphical methods for caarrier-based PWM-VSI drives," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 14, No. 1, pp. 49-61, Jan. 1999.

상세보기
T. D. Nguyen, J. Hobraiche, N. Patin, G. Friedrich, and J. P. Vilain, "A direct digital technique implementation of general discontinuous pulse width modulation strategy," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 58, No. 9, pp. 4445-4454, Sep. 2011.

상세보기
H. Wen, W. Siao, X. Wen, and P. Armstrong, "Analysis and evaluation of DC-link capacitors for high-power-density electric vehicle drive systems," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 61, No. 7, pp. 2950-2964, Sep. 2012.

상세보기
M. Vujacic, M. Hammami, M. Srndovic, and G. Grandi, "Analysis of dc-link voltage switching ripple in three-phase PWM inverters," Energies, Vol. 11, No. 2, pp. 1-14, Feb. 2018.

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