KR100724498B1 - Method for compensating voltage of matrix converter and apparatus thereof - Google Patents

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KR100724498B1
KR100724498B1 KR1020060015324A KR20060015324A KR100724498B1 KR 100724498 B1 KR100724498 B1 KR 100724498B1 KR 1020060015324 A KR1020060015324 A KR 1020060015324A KR 20060015324 A KR20060015324 A KR 20060015324A KR 100724498 B1 KR100724498 B1 KR 100724498B1
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output
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윤인식
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

An apparatus and a method for compensating a voltage of a matrix converter are provided to reduce a harmonic wave of an output current by compensating the delay and an error of an output voltage in a commutation process. An apparatus for compensating a voltage of a matrix converter includes a voltage control device(100), a commutation compensating device(200), a commutation control device(300), and a PWM(Pulse Width Modulation) generator(400). The voltage control device(100) determines location information of an output command phase voltage and an input line voltage of the matrix converter. The commutation compensating device(200) compensates a delay and an error of the output voltage by commutation of two-way switching devices of the matrix converter on the basis of a duty ratio of the output voltage and the location information of the output/input voltages. The commutation control device(300) commutes the two-way switching devices on the basis of the duty ratio of the output voltage of each phase and polarity of the output phase voltage. The PWM generator synchronizes a switching cycle of the two-way switching devices of each phase of the commutation control device(300).

Description

매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치 및 그 방법{METHOD FOR COMPENSATING VOLTAGE OF MATRIX CONVERTER AND APPARATUS THEREOF}Voltage compensator for matrix converter and its method {METHOD FOR COMPENSATING VOLTAGE OF MATRIX CONVERTER AND APPARATUS THEREOF}

도1은 일반적인 3상 매트릭스 컨버터의 구성을 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram showing the configuration of a typical three-phase matrix converter.

도2는 일반적인 양방향 스위칭 소자들의 4단계 전환 방법을 나타낸 도이다.2 is a diagram illustrating a four-stage switching method of a general bidirectional switching device.

도3은 종래 기술에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 오차를 보상하는 장치를 나타낸 구성도이다.3 is a block diagram illustrating an apparatus for compensating for a voltage error of a matrix converter according to the prior art.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.4 is a block diagram showing the configuration of a voltage compensator of a matrix converter according to an embodiment of the present invention.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전환에 의한 출력 전압의 지연 및 오차를 보상한 예를 나타낸 도이다.5 is a diagram illustrating an example of compensating for a delay and an error of an output voltage due to switching of a matrix converter according to an exemplary embodiment of the present invention.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

100: 전압 제어기 200: 전환 보상기100: voltage controller 200: switching compensator

300: 전환 제어기 400: 펄스 폭 변조 발생기300: switching controller 400: pulse width modulation generator

본 발명은 매트릭스 컨버터에 관한 것으로서, 특히 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치 및 그 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a matrix converter, and more particularly, to an apparatus and method for compensating a voltage of a matrix converter.

종래 기술에 따른 매트릭스 컨버터는 9개의 양방향 스위칭 소자들로 구성되어 있기 때문에 직접적으로 교류-교류 전력 변환이 가능하다. 그러나, 매트릭스 컨버터는 스위칭 소자들이 많고 제어가 복잡하며, 양방향 스위칭 소자들의 전류 전환(Commutation)이 필요하게 된다. 상기 양방향 스위칭 소자들의 전류 전환을 위한 방법으로는 일반적으로 4단계 전환 방법이 적용된다. 그러나, 상기 4단계 전환 방법을 매트릭스 컨버터에 적용하면 입력 전압과 출력 전류의 극성에 따라 출력 전압에 오차와 지연이 발생되었다.The matrix converter according to the prior art is composed of nine bidirectional switching elements, thus allowing direct AC-AC power conversion. However, the matrix converter has many switching elements, complicated control, and requires commutation of bidirectional switching elements. As a method for current switching of the bidirectional switching elements, a four-stage switching method is generally applied. However, when the four-stage switching method is applied to the matrix converter, errors and delays occur in the output voltage depending on the polarity of the input voltage and the output current.

도1은 일반적인 3상 매트릭스 컨버터의 구성을 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram showing the configuration of a typical three-phase matrix converter.

도1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 3상 매트릭스 컨버터는, 전원 라인에 연결되고, 입력 전류의 고조파를 저감시키는 입력 필터(1)와; 어느 순간에 하나의 입력상(a, b 또는 c)은 어느 출력상(A, B 또는 C)에 연결이 되도록 입력과 출력의 교차점에 위치되는 9개의 양방향 스위칭 소자들(3)을 갖는 스위칭부(2)와; 상기 스위칭부(2)의 입/출력에서 발생하는 과전압 방지 및 자유 송신(Freewheeling)을 위한 다이오드 클램프부(4)로 구성된다. 여기서, 상기 3상 매트릭스 컨버터는 유도 전동기(5)에 연결될 수 있다.As shown in Fig. 1, a three-phase matrix converter according to the prior art includes: an input filter 1 connected to a power supply line and reducing harmonics of an input current; Switching part having nine bidirectional switching elements 3 positioned at the intersection of the input and the output such that one input phase a, b or c is connected to any output phase A, B or C at any moment (2); It is composed of a diode clamp 4 for preventing overvoltage and freewheeling occurring at the input / output of the switching unit 2. Here, the three-phase matrix converter may be connected to the induction motor (5).

도2는 일반적인 양방향 스위칭 소자들의 4단계 전환 방법을 나타낸 도이다. 여기서, 부하 전류

Figure 112006011607364-pat00001
는 양이라 하고, 입력 전압은
Figure 112006011607364-pat00002
가
Figure 112006011607364-pat00003
보다 크다고 가정한다. 또한, 전류가 흐를 수 있는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor,　IGBT)는
Figure 112006011607364-pat00004
,
Figure 112006011607364-pat00005
로 나타내고 도통되지 않은 IGBT는
Figure 112006011607364-pat00006
,
Figure 112006011607364-pat00007
로 표기하였다.2 is a diagram illustrating a four-stage switching method of a general bidirectional switching device. Where load current
Figure 112006011607364-pat00001
Is positive and the input voltage is
Figure 112006011607364-pat00002
end
Figure 112006011607364-pat00003
Assume greater than In addition, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) through which current can flow
Figure 112006011607364-pat00004
,
Figure 112006011607364-pat00005
Represented and not conducting IGBT
Figure 112006011607364-pat00006
,
Figure 112006011607364-pat00007
Indicated as.

도2의 전환 1에 도시한 바와 같이, 전환이 시작되기 전에 출력 전압은

Figure 112006011607364-pat00008
이되고 전환 과정이 끝나면
Figure 112006011607364-pat00009
가 된다. 전환 과정이 시작되면
Figure 112006011607364-pat00010
는 입력상간의 단락을 방지하기 위해 즉시 턴오프된다.
Figure 112006011607364-pat00011
이 지난 후에
Figure 112006011607364-pat00012
이 턴온이 되며
Figure 112006011607364-pat00013
이라면
Figure 112006011607364-pat00014
이 역방향 바이어스가 되므로 출력 전압은 계속해서
Figure 112006011607364-pat00015
을 유지하게 된다. 상기 전환 과정이 시작된 후 지연시간
Figure 112006011607364-pat00016
이 지난 후에 도통되는
Figure 112006011607364-pat00017
가 강제로 턴오프가 되면 출력 전압이
Figure 112006011607364-pat00018
이 되는 전환 과정이 완료된다. 다시
Figure 112006011607364-pat00019
후에
Figure 112006011607364-pat00020
이 턴온되어 4단계 전환 과정이 완료된다.As shown in switch 1 of Fig. 2, the output voltage is
Figure 112006011607364-pat00008
And the conversion process is over
Figure 112006011607364-pat00009
Becomes Once the conversion process begins
Figure 112006011607364-pat00010
Is turned off immediately to prevent shorts between inputs.
Figure 112006011607364-pat00011
After this
Figure 112006011607364-pat00012
Is turned on
Figure 112006011607364-pat00013
Ramen
Figure 112006011607364-pat00014
This reverse bias, so the output voltage
Figure 112006011607364-pat00015
Will be maintained. Delay after the conversion process begins
Figure 112006011607364-pat00016
After this
Figure 112006011607364-pat00017
Forcibly turns off, the output voltage
Figure 112006011607364-pat00018
This conversion process is completed. again
Figure 112006011607364-pat00019
after
Figure 112006011607364-pat00020
Is turned on to complete the four-step transition process.

도2의 전환 2에 도시한 바와 같이, 입력 전압의 크기가 턴온되는 상전압이 커지게 된다. 그러므로, 전환이 시작되고

Figure 112006011607364-pat00021
이 지난 후 도통되는
Figure 112006011607364-pat00022
와
Figure 112006011607364-pat00023
가 순방향 바이어스가 되어 자연적으로 전환이 일어나게 된다. 이 경우 연결된
Figure 112006011607364-pat00024
만큼의 지연이 발생하게 된다. 만약 부하 전류
Figure 112006011607364-pat00025
이 음이라면 양의 경우와 반대의 전환 과정이 수행되어 전환 1에서는
Figure 112006011607364-pat00026
의 지연이 발생하며 전환 2에서는
Figure 112006011607364-pat00027
의 지연 시간이 발생하게 된다. 그러므로, A상의 상전류의 극성에 따라 전환에 의해 A상의 출력 상전압이 수학식 1과 같은 오차를 가지게 된다.As shown in the switching 2 of Fig. 2, the phase voltage at which the magnitude of the input voltage is turned on becomes large. Therefore, the transition begins
Figure 112006011607364-pat00021
Being conductive after this
Figure 112006011607364-pat00022
Wow
Figure 112006011607364-pat00023
Is forward biased, so that the transition occurs naturally. In this case connected
Figure 112006011607364-pat00024
As much delay occurs. If load current
Figure 112006011607364-pat00025
If this is negative, then the reversed conversion process is performed.
Figure 112006011607364-pat00026
Will cause a delay of
Figure 112006011607364-pat00027
Delay time is generated. Therefore, the output phase voltage of the A phase has an error as shown in Equation 1 by switching according to the polarity of the phase current of the A phase.

Figure 112006011607364-pat00028
Figure 112006011607364-pat00028

여기서,

Figure 112006011607364-pat00029
는 스위칭 주기,
Figure 112006011607364-pat00030
은 선간 전압(line voltage)이다.here,
Figure 112006011607364-pat00029
Is the switching cycle,
Figure 112006011607364-pat00030
Is the line voltage.

도3은 종래 기술에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 오차를 보상하는 장치를 나타낸 구성도이다.3 is a block diagram illustrating an apparatus for compensating for a voltage error of a matrix converter according to the prior art.

도3에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 오차를 보상하는 장치는, 전압 오차를 보상하는 전압 보상기(10)와; SVM(Space Vector Modulation)을 이용하여 출력 전압의 듀티비

Figure 112006011607364-pat00031
,
Figure 112006011607364-pat00032
,
Figure 112006011607364-pat00033
를 구하고 입력 선간 전압 및 출력 지령 상전압의 위치 정보
Figure 112006011607364-pat00034
Figure 112006011607364-pat00035
를 결정하는 전압 제어기(20)와; 상기 출력 전압의 듀티비
Figure 112006011607364-pat00036
,
Figure 112006011607364-pat00037
,
Figure 112006011607364-pat00038
와 출력 지령 상전압의 위치 정보
Figure 112006011607364-pat00039
Figure 112006011607364-pat00040
와 출력 상전류의 극성
Figure 112006011607364-pat00041
,
Figure 112006011607364-pat00042
,
Figure 112006011607364-pat00043
을 이용하여 양방향 스위칭 소자들의 전환을 수행하는 전환 제어기(30)와; 각 상의 양방향 스위칭 소자의 스위칭 주기를 동기화 시키는 펄스 폭 변조(pulse width modulation,　PWM) 발생기(40)로 구성된다.As shown in Fig. 3, an apparatus for compensating for a voltage error of a matrix converter according to the prior art includes: a voltage compensator 10 for compensating for a voltage error; Duty ratio of output voltage using space vector modulation (SVM)
Figure 112006011607364-pat00031
,
Figure 112006011607364-pat00032
,
Figure 112006011607364-pat00033
Find the position information of input line voltage and output command phase voltage
Figure 112006011607364-pat00034
Figure 112006011607364-pat00035
A voltage controller 20 for determining a; Duty ratio of the output voltage
Figure 112006011607364-pat00036
,
Figure 112006011607364-pat00037
,
Figure 112006011607364-pat00038
Position information of output voltage
Figure 112006011607364-pat00039
Figure 112006011607364-pat00040
And polarity of output phase current
Figure 112006011607364-pat00041
,
Figure 112006011607364-pat00042
,
Figure 112006011607364-pat00043
A switching controller 30 for performing switching of the bidirectional switching elements by using; It consists of a pulse width modulation (PWM) generator 40 for synchronizing the switching periods of the bidirectional switching elements of each phase.

먼저, 상기 전압 보상기(10)는 입력 선간 전압

Figure 112006011607364-pat00044
,
Figure 112006011607364-pat00045
,
Figure 112006011607364-pat00046
를 입력 받아 출력 전압에 사용되는 가장 큰 선간 전압을 선정한 후 출력 전류의 극성
Figure 112006011607364-pat00047
,
Figure 112006011607364-pat00048
,
Figure 112006011607364-pat00049
를 상기 수학식 1에 적용하여 출력 지령 상전압
Figure 112006011607364-pat00050
,
Figure 112006011607364-pat00051
,
Figure 112006011607364-pat00052
에 각각 더해서 최종 출력 지령 상전압
Figure 112006011607364-pat00053
,
Figure 112006011607364-pat00054
,
Figure 112006011607364-pat00055
을 출력한다.First, the voltage compensator 10 is an input line voltage
Figure 112006011607364-pat00044
,
Figure 112006011607364-pat00045
,
Figure 112006011607364-pat00046
Select the largest line voltage used for the output voltage
Figure 112006011607364-pat00047
,
Figure 112006011607364-pat00048
,
Figure 112006011607364-pat00049
Is applied to Equation 1 above, the output command phase voltage
Figure 112006011607364-pat00050
,
Figure 112006011607364-pat00051
,
Figure 112006011607364-pat00052
In addition to each, the final output command phase voltage
Figure 112006011607364-pat00053
,
Figure 112006011607364-pat00054
,
Figure 112006011607364-pat00055
Outputs

상기 전압 제어기(20)는 최종 출력 지령 상전압

Figure 112006011607364-pat00056
,
Figure 112006011607364-pat00057
,
Figure 112006011607364-pat00058
과 입력 선간 전압
Figure 112006011607364-pat00059
,
Figure 112006011607364-pat00060
,
Figure 112006011607364-pat00061
을 입력으로 하여 SVM를 적용하여 유효 전압의 듀티비
Figure 112006011607364-pat00062
,
Figure 112006011607364-pat00063
,
Figure 112006011607364-pat00064
와 입력 선간 전압의 위치 정보
Figure 112006011607364-pat00065
와 출력 지령 상전압의 위치 정보
Figure 112006011607364-pat00066
를 출력한다.The voltage controller 20 is the final output command phase voltage
Figure 112006011607364-pat00056
,
Figure 112006011607364-pat00057
,
Figure 112006011607364-pat00058
And input line voltage
Figure 112006011607364-pat00059
,
Figure 112006011607364-pat00060
,
Figure 112006011607364-pat00061
As input and apply SVM to duty ratio of effective voltage
Figure 112006011607364-pat00062
,
Figure 112006011607364-pat00063
,
Figure 112006011607364-pat00064
Position information of the input voltage
Figure 112006011607364-pat00065
Position information of output voltage
Figure 112006011607364-pat00066
Outputs

상기 전환 제어기(30)는, 유효 전압의 듀티비

Figure 112006011607364-pat00067
,
Figure 112006011607364-pat00068
,
Figure 112006011607364-pat00069
와 입력 선간 전압의 위치 정보
Figure 112006011607364-pat00070
와 출력 지령 상전압의 위치 정보
Figure 112006011607364-pat00071
를 입력 받아 각 상의 양방향 스위칭 소자들의 스위칭 상태를 결정하고, 출력 전류의 극성
Figure 112006011607364-pat00072
,
Figure 112006011607364-pat00073
,
Figure 112006011607364-pat00074
에 따라 전환을 실시하여 각 상의 양방향 스위칭 소자들을 제어한다. 즉, 종래 기술에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 오차를 보상하는 장치는, 스위칭 주기 동안의 전압 오차를 평균적으로는 보상한다.The switching controller 30 has a duty ratio of an effective voltage.
Figure 112006011607364-pat00067
,
Figure 112006011607364-pat00068
,
Figure 112006011607364-pat00069
Position information of the input voltage
Figure 112006011607364-pat00070
Position information of output voltage
Figure 112006011607364-pat00071
To determine the switching state of bidirectional switching elements of each phase, and the polarity of output current
Figure 112006011607364-pat00072
,
Figure 112006011607364-pat00073
,
Figure 112006011607364-pat00074
By switching according to the control of the bidirectional switching elements of each phase. That is, the device for compensating the voltage error of the matrix converter according to the prior art compensates the voltage error during the switching period on average.

그러나, 종래 기술에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 오차를 보상하는 장치는, 출력 전압을 보상할 때 하나의 입력 선간 전압만을 이용하기 때문에, 입력 선간 전압의 최대 값만을 이용하여 출력 전압만 제어하는 방식에만 적용된다. 그러므로, 입력 전류의 역률 제어를 위해서 입력 선간 전압의 최대 값과 중간 전압을 이용하는 제어 방식에서는 종래 기술에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 오차를 보상하는 방법을 적용할 수 없는 문제점이 있었다.However, the device for compensating the voltage error of the matrix converter according to the related art uses only one input line voltage when compensating the output voltage, and thus applies only to the method of controlling the output voltage using only the maximum value of the input line voltage. do. Therefore, the control method using the maximum value of the input line voltage and the intermediate voltage to control the power factor of the input current has a problem that the method of compensating for the voltage error of the matrix converter according to the prior art cannot be applied.

따라서, 본 발명의 목적은, 매트릭스 컨버터의 양방향 스위치를 턴온 또는 턴오프시에 수행하는 전환 과정에서 발생하는 출력 전압의 오차와 지연을 보상할 수 있는 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for compensating a voltage of a matrix converter capable of compensating for an error and a delay of an output voltage occurring in a switching process of performing a bidirectional switch of a matrix converter at turn-on or turn-off. have.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 방법은, 매트릭스 컨버터의 출력 전압의 각 상의 전환을 독립적으로 수행하는 단계로 이루어진다.The voltage compensation method of the matrix converter according to the embodiment of the present invention for achieving the above object comprises the step of independently switching each phase of the output voltage of the matrix converter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 방법은, 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들의 전환(Commutation)시에 발생하는 출력 전압의 지연 및 전압 왜곡을 보상하는 방법에 있어서, 상기 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들로부터 출력되는 출력 전압의 각 상의 스위칭 정보와 상기 양방향 스위칭 소자들로부터 출력된 전류의 극성을 근거로 각 상의 상기 출력 전압의 듀티비를 조정함으로써 상기 출력 전압의 지연과 오차를 보상하는 단계로 이루어진다.In a method of compensating a voltage of a matrix converter according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in the method of compensating for a delay and voltage distortion of an output voltage occurring at the time of commutation of bidirectional switching elements of a matrix converter, Delay of the output voltage by adjusting the duty ratio of the output voltage of each phase based on the switching information of each phase of the output voltage output from the bidirectional switching elements of the matrix converter and the polarity of the current output from the bidirectional switching elements. Compensation for errors is made.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 방법은, 매트릭스 컨버터의 입력 전압의 섹터 정보, 상기 매트릭스 컨버터의 출력 전압의 섹터 정보, 상기 출력 전압의 듀티비를 근거로 상기 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들의 스위칭 정보를　검출하는 단계와; 상기 스위칭 정보와 상기 매트릭스 컨버터의 출력 전류의 극성을 근거로 각 출력상의 출력 전압 듀티비를 조정함으로써　상기 출력 전압의 지연과 오차를 보상하는 단계로 이루어진다.According to another aspect of the present invention, there is provided a voltage compensation method of a matrix converter, based on sector information of an input voltage of a matrix converter, sector information of an output voltage of the matrix converter, and a duty ratio of the output voltage. Detecting the switching information of the bidirectional switching elements of the matrix converter; Compensating the delay and error of the output voltage by adjusting the output voltage duty ratio on each output based on the switching information and the polarity of the output current of the matrix converter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치는, 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들로부터 출력되는 전압의 각 상의 전환을 독립적으로 수행하는 수단으로 이루어진다.The apparatus for compensating a voltage of a matrix converter according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises means for independently switching each phase of a voltage output from bidirectional switching elements of the matrix converter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치는, 매트릭스 컨버터의 출력 전압의 듀티비를 SVM(Space Vector Modulation)를 통해 구하고, 상기 매트릭스 컨버터의 입력 선간 전압 및 출력 지령 상전압의 위치 정보를 결정하는 전압 제어기와; 상기 출력 전압의 듀티비와 상기 입/출력 전압의 위치 정보를 근거로 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들의 전환에 의한 상기 출력 전압의 오차 및 지연을 보상하는 전환(Commutation) 보상기와; 각 상의 출력 전압의 듀티비와 출력 상전압의 극성을 근거로 각각의 출력상의 양방향 스위칭 소자들을 전환(Commutation)하는 전환 제어기로 구성된다.In order to achieve the above object, a voltage converter for a matrix converter according to an embodiment of the present invention obtains a duty ratio of an output voltage of a matrix converter through space vector modulation (SVM), and input line voltage and output command of the matrix converter. A voltage controller for determining position information of the phase voltage; A commutation compensator configured to compensate for an error and a delay of the output voltage due to the switching of the bidirectional switching elements of the matrix converter based on the duty ratio of the output voltage and the positional information of the input / output voltage; And a switching controller for commutating bidirectional switching elements on each output based on the duty ratio of the output voltage of each phase and the polarity of the output phase voltage.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치의 구성을 도4 및 도5를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the voltage compensator of the matrix converter according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치의 구성을 나타낸 구성도이다. 즉, 도4는 본 발명의 전환에 의한 출력 전압의 지연 및 오차를 보상하기 위한 구성도를 나타낸 것이다.4 is a block diagram showing the configuration of a voltage compensator of a matrix converter according to an embodiment of the present invention. That is, Figure 4 shows the configuration for compensating for the delay and error of the output voltage by the switching of the present invention.

도4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치는, 매트릭스 컨버터의 출력 전압의 듀티비(Duty Ratio)를 SVM(Space Vector Modulation)를 통해 구하고, 상기 매트릭스 컨버터의 입력 선간 전압 및 출력 지령 상전압의 위치 정보를 결정하는 전압 제어기(100)와; 상기 출력 전압의 듀티비와 상기 입/출력 전압의 위치 정보를 근거로 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들의 전환에 의한 상기 출력 전압의 오차 및 지연을 보상하는 전환 (Commutation) 보상기(200)와; 각 상의 출력 전압의 듀티비와 출력 상전압의 극성을 근거로 각각의 출력상의 양방향 스위칭 소자들을 전환(Commutation)하는 전환 제어기(300)와; 상기 전환 제어기(300)의 각 상의 양방향 스위칭 소자들의 스위칭 주기를 동기화 시키는 펄스 폭 변조(pulse width modulation,　PWM) 발생기(400)로 구성된다.As shown in FIG. 4, the apparatus for compensating a voltage of a matrix converter according to an embodiment of the present invention obtains a duty ratio of an output voltage of a matrix converter through space vector modulation (SVM), A voltage controller (100) for determining positional information of input line voltage and output command phase voltage; A commutation compensator (200) for compensating for the error and delay of the output voltage due to the switching of the bidirectional switching elements of the matrix converter based on the duty ratio of the output voltage and the positional information of the input / output voltage; A switching controller 300 for commutating bidirectional switching elements on each output based on the duty ratio of the output voltage of each phase and the polarity of the output phase voltage; And a pulse width modulation (PWM) generator 400 for synchronizing the switching periods of the bidirectional switching elements of each phase of the switching controller 300.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치의 동작을 도4 및 도5를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the voltage compensator of the matrix converter according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전환에 의한 출력 전압의 지연 및 오차를 보상한 예를 나타낸 도이다.5 is a diagram illustrating an example of compensating for a delay and an error of an output voltage due to switching of a matrix converter according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 상기 전압 제어기(100)는 출력 지령 상전압

Figure 112006011607364-pat00075
,
Figure 112006011607364-pat00076
,
Figure 112006011607364-pat00077
과 입력 선간 전압
Figure 112006011607364-pat00078
,
Figure 112006011607364-pat00079
,
Figure 112006011607364-pat00080
을 근거로 SVM를 통해 유효 전압의 듀티비
Figure 112006011607364-pat00081
,
Figure 112006011607364-pat00082
,
Figure 112006011607364-pat00083
,
Figure 112006011607364-pat00084
,
Figure 112006011607364-pat00085
와 입력 선간 전압의 위치 정보
Figure 112006011607364-pat00086
와 출력 지령 상전압의 위치 정보
Figure 112006011607364-pat00087
를 상기 전환 보상기(200)에 출력한다.First, the voltage controller 100 outputs an output command phase voltage.
Figure 112006011607364-pat00075
,
Figure 112006011607364-pat00076
,
Figure 112006011607364-pat00077
And input line voltage
Figure 112006011607364-pat00078
,
Figure 112006011607364-pat00079
,
Figure 112006011607364-pat00080
Duty ratio of effective voltage through SVM based on
Figure 112006011607364-pat00081
,
Figure 112006011607364-pat00082
,
Figure 112006011607364-pat00083
,
Figure 112006011607364-pat00084
,
Figure 112006011607364-pat00085
Position information of the input voltage
Figure 112006011607364-pat00086
Position information of output voltage
Figure 112006011607364-pat00087
Is output to the conversion compensator 200.

상기 전환 보상기(200)는 상기 전압 제어기(100)로부터 출력된 유효 전압의 듀티비

Figure 112006011607364-pat00088
,
Figure 112006011607364-pat00089
,
Figure 112006011607364-pat00090
,
Figure 112006011607364-pat00091
,
Figure 112006011607364-pat00092
와 입력 선간 전압의 위치 정보(섹터 정보)
Figure 112006011607364-pat00093
와 출력 지령 상전압의 위치 정보(섹터 정보)
Figure 112006011607364-pat00094
를 근거로 스위칭 주기 동안에 양방향 스위칭 소자들의 스위칭 정보(스위칭 소자의 온-오프 상태)를 얻는다. 예를 들면, 도5에 도시한 바와 같이, 입력 상전압이
Figure 112006011607364-pat00095
이고, 출력 상전류가
Figure 112006011607364-pat00096
이면, 각각의 듀티 시간 동안의 출력 상전압의 파형은 두 번째와 같이 나타난다. 그러므 로, 매트릭스 컨버터로부터 출력되는 첫 번째 파형과 출력 상전압의 파형을 비교하면, 출력 전압에 지연과 오차가 발생하게 된다. 이러한 지연과 오차를 제거하기 위해 상기 전압 제어기(100)의 출력인 유효 전압의 듀티비
Figure 112006011607364-pat00097
,
Figure 112006011607364-pat00098
,
Figure 112006011607364-pat00099
,
Figure 112006011607364-pat00100
,
Figure 112006011607364-pat00101
를 각각의 입력 전압의 크기에 따라 지연 시간
Figure 112006011607364-pat00102
만큼 보상한다. 예를 들면, 처음
Figure 112006011607364-pat00103
의 구간에서
Figure 112006011607364-pat00104
의 구간으로 변하는 지점을 보면
Figure 112006011607364-pat00105
의 구간이 지연 시간
Figure 112006011607364-pat00106
만큼 커지는 것을 알 수 있다. 따라서,
Figure 112006011607364-pat00107
의 구간의 시간을
Figure 112006011607364-pat00108
만큼 감산하며,
Figure 112006011607364-pat00109
의 구간의 시간은
Figure 112006011607364-pat00110
만큼 가산해서 유효 전압의 듀티비
Figure 112006011607364-pat00111
,
Figure 112006011607364-pat00112
로 적용하면 된다. 이러한 방법으로 각각의 스위칭 패턴에 대해서 입력 전압의 크기에 따라 새로운 유효 전압의 듀티비
Figure 112006011607364-pat00113
,
Figure 112006011607364-pat00114
,
Figure 112006011607364-pat00115
,
Figure 112006011607364-pat00116
,
Figure 112006011607364-pat00117
를 얻는다. 이때, 보상 시간
Figure 112006011607364-pat00118
은 출력 전류의 극성에 따라 달라지게 되며 스위칭 정보의 조합에 따라 각각의 출력상의 유효 전압의 듀티비가 달라지게 된다. 그러므로, 각 상의 양방향 스위칭 소자들의 전환을 독립적으로 수행한다.The conversion compensator 200 has a duty ratio of an effective voltage output from the voltage controller 100.
Figure 112006011607364-pat00088
,
Figure 112006011607364-pat00089
,
Figure 112006011607364-pat00090
,
Figure 112006011607364-pat00091
,
Figure 112006011607364-pat00092
Position information of the input and line voltages (sector information)
Figure 112006011607364-pat00093
And position information of output command phase voltage (sector information)
Figure 112006011607364-pat00094
The switching information (on-off state of the switching element) of the bidirectional switching elements is obtained during the switching period. For example, as shown in Fig. 5, the input phase voltage
Figure 112006011607364-pat00095
Output phase current
Figure 112006011607364-pat00096
If so, the waveform of the output phase voltage for each duty time is shown as the second. Therefore, comparing the first waveform output from the matrix converter with the waveform of the output phase voltage, there is a delay and error in the output voltage. Duty ratio of the effective voltage that is the output of the voltage controller 100 to eliminate such delay and error
Figure 112006011607364-pat00097
,
Figure 112006011607364-pat00098
,
Figure 112006011607364-pat00099
,
Figure 112006011607364-pat00100
,
Figure 112006011607364-pat00101
Delay time according to the magnitude of each input voltage
Figure 112006011607364-pat00102
Reward as much. For example, first
Figure 112006011607364-pat00103
In the interval of
Figure 112006011607364-pat00104
If you look at the point that turns into
Figure 112006011607364-pat00105
Interval of the delay time
Figure 112006011607364-pat00106
You can see that it grows as large. therefore,
Figure 112006011607364-pat00107
Time of the interval
Figure 112006011607364-pat00108
As much as
Figure 112006011607364-pat00109
The time of the interval of
Figure 112006011607364-pat00110
The duty ratio of the effective voltage
Figure 112006011607364-pat00111
,
Figure 112006011607364-pat00112
This can be applied. In this way, the duty ratio of the new effective voltage according to the magnitude of the input voltage for each switching pattern.
Figure 112006011607364-pat00113
,
Figure 112006011607364-pat00114
,
Figure 112006011607364-pat00115
,
Figure 112006011607364-pat00116
,
Figure 112006011607364-pat00117
Get At this time, the compensation time
Figure 112006011607364-pat00118
Depends on the polarity of the output current, and the duty ratio of the effective voltage on each output depends on the combination of switching information. Therefore, switching of bidirectional switching elements of each phase is performed independently.

따라서, 상기 전환 제어기(300)의 A상 전환 제어기(301)는 상기 전환 보상기(200)에서 출력된 출력 A상의 유효 전압 듀티비

Figure 112006011607364-pat00119
,
Figure 112006011607364-pat00120
,
Figure 112006011607364-pat00121
,
Figure 112006011607364-pat00122
,
Figure 112006011607364-pat00123
의 정보와 상기 전압 제어기(100)에서 얻은 입력 전압 및 출력 전압의 위치 정보
Figure 112006011607364-pat00124
,
Figure 112006011607364-pat00125
를 근거로 미리 정해진 테이블에서 출력 A상에 연결된 양방향 스위칭 소자들
Figure 112006011607364-pat00126
,
Figure 112006011607364-pat00127
,
Figure 112006011607364-pat00128
의 스위칭 상태를 읽는다. 그리고, 스위칭 주기 동안에 A상의 스위칭 상태와 A상 의 출력 전류 극성
Figure 112006011607364-pat00129
에 따라 4단계 전환 방법을 실시한다.Accordingly, the phase A switching controller 301 of the switching controller 300 has an effective voltage duty ratio of the output A phase output from the switching compensator 200.
Figure 112006011607364-pat00119
,
Figure 112006011607364-pat00120
,
Figure 112006011607364-pat00121
,
Figure 112006011607364-pat00122
,
Figure 112006011607364-pat00123
Information on the position of the input voltage and the output voltage obtained from the voltage controller 100
Figure 112006011607364-pat00124
,
Figure 112006011607364-pat00125
Bidirectional switching elements connected on output A in a predetermined table based on
Figure 112006011607364-pat00126
,
Figure 112006011607364-pat00127
,
Figure 112006011607364-pat00128
Read the switching state of. And the switching state of phase A and the output current polarity of phase A during the switching period.
Figure 112006011607364-pat00129
According to the four-step switching method.

상기 B상 및 C상 전환 제어기(302, 303)는 상기 A상 전환 제어기(301)과 동일한 동작 방법으로 4단계 전환을 수행한다.The B-phase and C-phase switching controllers 302 and 303 perform four-step switching in the same operation method as the A-phase switching controller 301.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치 및 그 방법은, 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들의 전환을 실시할 때 발생하는 출력 전압의 오차와 지연을 보상함으로써 출력 전류의 고조파를 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 전압 보성 장치 및 그 방법을 가변속 제어 분야에 적용할 때 저속 영역에서 매트릭스 컨버터의 제어 성능을 향상시킬 수 있다.As described above in detail, an apparatus and method for compensating a voltage of a matrix converter according to an exemplary embodiment of the present invention provide an output current by compensating for an error and a delay of an output voltage generated when switching between bidirectional switching elements of the matrix converter. There is an effect that can reduce the harmonics of. That is, when the voltage compensating device and the method according to the embodiment of the present invention are applied to a variable speed control field, it is possible to improve the control performance of the matrix converter in the low speed region.

Claims (8)

삭제delete 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들의 전환(Commutation)시에 발생하는 출력 전압의 지연 및 전압 왜곡을 보상하는 방법에 있어서,A method for compensating for delay and voltage distortion of an output voltage occurring during commutation of bidirectional switching elements of a matrix converter, 상기 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들로부터 출력되는 출력 전압의 각 상의 스위칭 정보와 상기 양방향 스위칭 소자들로부터 출력된 전류의 극성을 근거로 상기 각 상의 출력 전압의 듀티비를 조정함으로써 상기 출력 전압의 지연과 오차를 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터의 전압 보상 방법.Delay of the output voltage by adjusting the duty ratio of the output voltage of each phase based on the switching information of each phase of the output voltage output from the bidirectional switching elements of the matrix converter and the polarity of the current output from the bidirectional switching elements. Compensating the error comprising the step of voltage compensation method of the matrix converter. 매트릭스 컨버터의 입력 전압의 섹터 정보, 상기 매트릭스 컨버터의 출력 전압의 섹터 정보, 상기 출력 전압의 듀티비를 근거로 상기 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들의 스위칭 정보를　검출하는 단계와;Detecting the switching information of the bidirectional switching elements of the matrix converter based on the sector information of the input voltage of the matrix converter, the sector information of the output voltage of the matrix converter, and the duty ratio of the output voltage; 상기 스위칭 정보와 상기 매트릭스 컨버터의 출력 전류의 극성을 근거로 각 출력상의 출력 전압 듀티비를 조정함으로써　상기 출력 전압의 지연과 오차를 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터의 전압 보상 방법.Compensating for the delay and error of the output voltage by adjusting the output voltage duty ratio on each output based on the switching information and the polarity of the output current of the matrix converter. 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들로부터 출력되는 전압의 각 상의 전환을 독립적으로 수행하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치.And means for independently switching each phase of the voltage output from the bidirectional switching elements of the matrix converter. 제4항에 있어서, 상기 수단은,The method of claim 4, wherein the means, 상기 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들의 전환시에 발생하는 상기 전압의 지연 및 그 전압의 지연을 보상하는 장치인 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치.And a device for compensating for the delay of the voltage and the delay of the voltage occurring during the switching of the bidirectional switching elements of the matrix converter. 매트릭스 컨버터의 출력 전압의 듀티비를 SVM(Space Vector Modulation)를 통해 구하고, 상기 매트릭스 컨버터의 입력 선간 전압 및 출력 지령 상전압의 위치 정보를 결정하는 전압 제어기와; A voltage controller for obtaining a duty ratio of an output voltage of a matrix converter through space vector modulation (SVM), and determining position information of an input line voltage and an output command phase voltage of the matrix converter; 상기 출력 전압의 듀티비와 상기 입/출력 전압의 위치 정보를 근거로 매트릭스 컨버터의 양방향 스위칭 소자들의 전환에 의한 상기 출력 전압의 오차 및 지연을 보상하는 전환(Commutation) 보상기와; A commutation compensator configured to compensate for an error and a delay of the output voltage due to the switching of the bidirectional switching elements of the matrix converter based on the duty ratio of the output voltage and the positional information of the input / output voltage; 각 상의 출력 전압의 듀티비와 출력 상전압의 극성을 근거로 각각의 출력상의 양방향 스위칭 소자들을 전환(Commutation)하는 전환 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치.And a switching controller for commutating bidirectional switching elements on each output based on the duty ratio of the output voltage of each phase and the polarity of the output phase voltage. 제6항에 있어서, 상기 전환 보상기는,The method of claim 6, wherein the conversion compensator, 상기 듀티비를 각각의 입력 전압의 크기에 따라 지연 시간만큼 보상하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치.Compensating the duty ratio according to the magnitude of each input voltage by a delay time, the voltage converter of the matrix converter. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전환 제어기의 각 상의 양방향 스위칭 소자들의 스위칭 주기를 동기화 시키는 펄스 폭 변조(pulse width modulation,　PWM) 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터의 전압 보상 장치.And a pulse width modulation (PWM) generator for synchronizing the switching periods of the bidirectional switching elements of each phase of the switching controller.
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