KR101250454B1 - Switching fuction generator and generating method for control voltage of vienna rectifier using carrier comparison pwm - Google Patents
Switching fuction generator and generating method for control voltage of vienna rectifier using carrier comparison pwm Download PDFInfo
- Publication number
- KR101250454B1 KR101250454B1 KR1020110133835A KR20110133835A KR101250454B1 KR 101250454 B1 KR101250454 B1 KR 101250454B1 KR 1020110133835 A KR1020110133835 A KR 1020110133835A KR 20110133835 A KR20110133835 A KR 20110133835A KR 101250454 B1 KR101250454 B1 KR 101250454B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage command
- terminal voltage
- carrier
- normalized
- switching function
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기 및 스위칭 함수 발생방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 3레벨 비엔나 정류기의 전압을 간단하게 제어하기 위해 두 개의 반송파를 이용한 삼각파 비교 PWM 방식 또는 단일 반송파를 이용한 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기 및 스위칭 함수 발생방법에 관한 것이다. The present invention relates to a switching function generator and a switching function generating method for voltage control of a Vienna rectifier using a triangular wave comparison PWM scheme. More specifically, a switching function generator and a switching function for voltage control of a Vienna rectifier using a triangular wave comparison PWM method using two carriers or a triangular wave comparison PWM method using a single carrier to easily control the voltage of a three-level Vienna rectifier. It relates to a generation method.
종래 교류전압을 입력받아 직류로 변환하기 위해 사용되던 2레벨 3상 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; 이하 PWM) 정류기는 3상 전원의 입력 전류 고조파 저감을 위한 회로로 산업용 통신전원용 등 여러 응용분야에서 많이 사용되어 왔다. The conventional two-level three-phase pulse width modulation (PWM) rectifier is used to reduce input current harmonics of three-phase power supplies. It has been used a lot.
이러한 종래 2레벨 3상 PWM 정류기의 스위칭 소자로 내압이 높은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor, 14) 가 일반적으로 사용되는데, 높은 내압의 IGBT(14)는 고속 스위칭이 요구될 경우, 스위칭 손실이 높아 효율을 높이는데 한계가 있다. Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) having high breakdown voltages are generally used as switching elements of the conventional two-level three-phase PWM rectifiers. When the high
이런 단점을 극복하기 위하여 3 레벨 3상 정류기의 적용이 검토되기 시작하였으며, 이의 대표적인 회로가 비엔나 정류기(10)이다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제어대상이 되는 3레벨 비엔나 정류기(10)의 회로도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 비엔나 정류기(10)는 3상의 교류전압을 인가하는 3상 전압인가부(11), 3상의 입력단 각각에 구비된 3개의 인덕터(12), 출력단에 구비된 2개의 직류연결 캐패시터(13) 및 인덕터(12)와 직류연결 캐패시터(13) 사이에 구비되어 3상 펄스폭변조(PWM) 전력제어를 하기 위한 전력용 반도체 스위치를 구비하여 3상의 교류전압을 직류로 변환하게 된다. In order to overcome this disadvantage, the application of the three-level three-phase rectifier has begun to be examined, and the typical circuit thereof is the Vienna rectifier (10). Figure 1 shows a circuit diagram of a three-level Vienna
도 1에 도시된 3 레벨 비엔나 정류기(10)의 출력 단자 전압은 0.5Vdc, 0, -0.5Vdc 3개의 상태를 가지고 있기 때문에 기존의 2 레벨 PWM 정류기에서 사용되는 전력용 반도체 소자와 비교하여, 스위칭 소자의 내압을 절반 수준으로 낮출 수 있어, 전력용 반도체 소자를 IGBT(14) 대신 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)가 사용 가능하다. 이에 따라 전력용 반도체 소자의 스위칭 손실을 대폭 저감할 수 있으며, 재료비를 낮출 수 있는 장점이 있다.Since the output terminal voltage of the three-level Vienna
도 1에 도시된 3레벨 비엔나 정류기(10)에서 Sabc(Sa, Sb, Sc)는 스위치에 인가되는 전압, 전류에 대하여 4 상한 동작이 가능하도록 모스펫(MOSFET)와 다이오드로 구성된 전력용 반도체 모듈 내부의 모스펫의 스위칭 상태를 나타내는 스위칭 함수이다. 또한 도 1에 도시된 D1 내지 D6 3상의 일반적인 정류용 다이오드를 의미한다. 위에서 언급한 4 상한 전력용 스위칭 소자에 포함된 모스펫의 스위칭 상태를 나타내는 스위칭 함수는 이하의 수학식 1로서 정의될 수 있다.In the three-level Vienna
[수학식 1][Equation 1]
즉, 스위칭 함수(Sabc)가 1일 때, 스위치는 켜진 상태(ON)로 제어되고, 스위칭함수(Sabc)가 0일 때는 스위치는 꺼진 상태(OFF)로 제어되게 된다. 비엔나 정류기(10)의 동작은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력용 반도체인 모스펫 스위치가 켜진(ON) 상태일 경우 각 상 출력단자전압(V( abc )0)은 0V가 되고, 전력용 반도체 스위치가 꺼진(OFF) 상태일 경우는 전류의 방향에 따라 출력단자전압(V( abc )0)은 Vdc/2 또는 -Vdc/2의 값을 갖는다. 이하의 수학식 2는 스위칭 함수(Sabc)에 따른 비엔나 정류기(10)의 출력 단자 전압(V( abc )0)을 나타내었다.That is, when the switching function S abc is 1, the switch is controlled to the ON state, and when the switching function S abc is 0, the switch is controlled to the OFF state. As shown in FIG. 1, when the MOSFET switch, which is a power semiconductor, is turned on, each of the phase output terminal voltages V ( abc ) 0 becomes 0 V, and the
[수학식 2]&Quot; (2) "
수학식 2에서와 같이, 전력용 반도체인 모스펫 스위치가 켜진(ON) 상태(Sabc=1)일 경우 각 상 출력단자전압(V( abc )0)은 0V가 되고, 전력용 반도체 스위치가 꺼진(OFF) 상태(Sabc=0)일 때, 입력되는 전류가 양(+)의 값인 경우, 출력단자전압(V(abc)0)은 -Vdc/2이 되고, 입력되는 전류가 음(-)의 값인 경우 출력단자전압(V( abc)0)은 Vdc/2 값을 갖게 됨을 알 수 있다.As shown in Equation 2, when the MOSFET switch, which is a power semiconductor, is turned on (Sabc = 1), each phase output terminal voltage V ( abc ) 0 becomes 0 V, and the power semiconductor switch is turned off ( In the OFF state (Sabc = 0), when the input current is a positive value, the output terminal voltage V (abc) 0 becomes -V dc / 2, and the input current is negative. It can be seen that the output terminal voltage V ( abc) 0 has a value of V dc / 2.
한편 이러한 기존의 비엔나 정류기(10)의 전압 제어 방법으로 공간 전압 벡터(Space Voltage Vector)를 이용한 방법이 적용되고 있다. 도 2는 종래 3레벨 비엔나 정류기를 제어하기 위한 공간 전압 벡터도를 도시한 것이다. Meanwhile, a method using a space voltage vector is applied as a voltage control method of the conventional Vienna
도 2에 도시된 공간 전압벡터도에서, 전압벡터 I, II, III, IV, V, VI는 각각 모스펫(MOSFET)이 꺼져있는 상태에서 3상 입력 전압에 의해 결정되는 3상 다이오드의 통전 상태에 따른 공간 전압 벡터를 나타낸다. In the spatial voltage vector diagram shown in FIG. 2, voltage vectors I, II, III, IV, V, and VI are respectively applied to the energized state of the three-phase diode determined by the three-phase input voltage with the MOSFET turned off. According to the space voltage vector.
도 2에 도시된 전압 벡터도의 회색 영역은 a상의 전압이 양의 값을, b, c상의 전압이 음의 값을 각각 갖는 I번 영역에서 4 상한 스위치의 통전 상태에 따라 가질 수 있는 공간 전압 벡터를 나타낸다. 회색 영역 중 4 상한 스위치가 모두 꺼지면 출력단자전압은 V1을 가지며, 4상한 스위치가 모두 켜지면 출력단자전압은 V4를 갖는다. In the gray area of the voltage vector diagram shown in FIG. Represents a vector. If all four high limit switches are off, the output terminal voltage has V1. If all four high limit switches are on, the output terminal voltage has V4.
또한, V2와 V6는 하나의 4상한 스위치가 켜진 경우 출력단자전압은 V2와 V6 값을 갖게 되며, 두 개의 4상한 스위치가 켜진 경우 출력단자전압은 V3와 V5 값을 갖게 된다. 또한, 회색 영역의 중간 벡터는 a상의 4 상한 스위치만 켜거나 b,c상의 4상한 스위치 두 개를 모두 켜서 만들어 낼 수 있다. In addition, the output terminal voltage has a value of V2 and V6 when one of the four upper limit switches is turned on, and the output terminal voltage has a value of V3 and V5 when the two four upper limit switches are turned on. In addition, the middle vector in the gray region can be created by turning on only the quadrant switch on a or both quadrant switches on b and c.
이런 전압 벡터의 조합으로 총 25개의 유효벡터를 사용하여 원하는 전압 벡터를 만들 수 있다. 3 레벨 정류기인 비엔나 정류기는 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 전압 및 4 상한 스위치 조합에 의한 스위칭 벡터의 선택이 어렵고, 선택된 각각의 벡터의 인가 시간 계산이 복잡하기 때문에 3상 스위치의 스위칭 상태를 결정하기 매우 어렵다는 문제가 존재한다. With this combination of voltage vectors, a total of 25 valid vectors can be used to create the desired voltage vector. As shown in Fig. 2, the Vienna rectifier, which is a three-level rectifier, is difficult to select a switching vector by a combination of input voltage and four upper limit switches, and the calculation time of each selected vector is complicated. There is a problem that is very difficult to determine.
이하에서는 종래 2레벨 정류기의 구성과 종래 2레벨 정류기를 제어하기 위한 방법으로서 공간전압벡터를 이용하는 방법과 삼각파 비교 PWM 방식을 이용한 방법을 간략히 언급하기로 한다. Hereinafter, a method of using a spatial voltage vector and a method using a triangular wave comparison PWM method will be briefly described as a configuration of a conventional two-level rectifier and a method for controlling the conventional two-level rectifier.
도 3은 종래 2레벨 PWM 정류기(1)의 회로도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4는 도 3에 도시된 2레벨 PWM 정류기(1)를 제어하기 위한 공간 전압 벡터도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 2 레벨 PWM 정류기(1)의 전압 제어를 위한 공간 전압 벡터도는 도 2에 도시된 비엔나 정류기(10)를 제어하기 위한 공간전압벡터도와 비교하여 복잡하지 않음을 알 수 있다. 따라서 2 레벨 PWM 정류기(1)의 경우에는 이러한 공간전압벡터도를 이용하여 전압을 유용하게 제어할 수 있었다. 3 shows a circuit diagram of a conventional two-
또한, 도 5는 종래 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 2레벨 PWM 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기(20)의 구성도를 도시한 것이다. 삼각파 비교 PWM을 하면 도 4에서 도시된 공간 전압 벡터와 동일한 전압 제어 효과가 나타나므로 2레벨의 PWM 정류기(1)의 제어 방법으로 많이 사용된다. 이러한 삼각파 비교 PWM 방법과 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 스위칭 함수 발생기의 구성에 대해서는 이하의 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서 상세히 설명하도록 한다. In addition, FIG. 5 illustrates a configuration diagram of a
앞서 언급한 바와 같이 종래 비엔나 정류기(10)를 제어하기 위하여 공간전압벡터 방법을 이용하게 되면, 공간 전압 벡터 생성을 위한 유효 전압 벡터의 선택이 복잡하고, 유효 전압 벡터 및 영 전압 벡터의 인가 시간 계산이 복잡하여, 실제 구현이 어려운 문제가 있게 된다. As mentioned above, when the spatial voltage vector method is used to control the
따라서 이러한 3레벨 비엔나 정류기(10)를 제어하기 위하여 공간전압벡터 방식을 채용하지 않고, 기존의 삼각파 비교 PWM 방식을 수정 적용하여 보다 간단하고, 구현 가능성을 높인 비엔나 정류기의 전압제어방법 및 그 장치가 요구되었다. Therefore, to control the three-level Vienna
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에서는 비엔나 정류기를 간단하게 제어하기 위한 방안으로, 기존의 3레벨 정류기에 사용되는 두 개의 반송파를 이용한 삼각파 비교 PWM 방식을 수정하여 비엔나 정류기에 적용가능한 삼각파 비교 PWM방식을 적용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기 및 스위칭 함수 발생방법을 제공하게 된다. The present invention has been made to solve the above problems, in one embodiment of the present invention is a scheme for simply controlling the Vienna rectifier, a triangular wave comparison PWM scheme using two carriers used in the existing three-level rectifier In this paper, a switching function generator and a switching function generation method for voltage control of a Vienna rectifier using a triangular wave comparison PWM method applicable to a Vienna rectifier are provided.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 단일 반송파를 이용한 비엔나 정류기의 반송파 비교 PWM 방법을 제공하게 된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단일 반송파 비교 PWM 방법은 단일 반송파를 사용하기 때문에 구현이 용이한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기 및 발생방법을 제공하게 된다. In addition, according to another embodiment of the present invention to provide a carrier comparison PWM method of the Vienna rectifier using a single carrier. The single carrier comparison PWM method according to another embodiment of the present invention provides a switching function generator and generation method for voltage control of a Vienna rectifier, which is easy to implement because of using a single carrier.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명의 목적은, 3상의 교류전압을 인가하는 3상 전압인가부, 3상의 입력단 각각에 구비된 인덕터, 출력단에 구비된 직류연결 캐패시터 및 인덕터와 직류연결 캐패시터 사이에 구비되어 3상 펄스폭변조(PWM) 전력제어를 하기 위한 전력용 반도체 스위치를 구비하여 3상의 교류전압을 직류로 변환하는 비엔나 정류기에서, 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생시키는 스위칭 함수 발생기에 있어서, 각 상의 전압을 펄스폭 변조하기 위하여 주어진 상 전압명령을 발생시키는 상 전압 명령발생부; 중성점 전압을 발생시키는 중성점 전압발생부; 상 전압 명령발생부에서 발생된 상 전압명령과 중성점 전압발생부에서 발생된 중성점 전압을 합산하여 단자전압명령을 발생시키는 단자전압명령 연산부; 단자전압명령 연산부에서 출력된 단자전압명령을 직류 링크전압에 해당하는 전압으로 나누어 정규화된 단자전압명령을 발생시키는 정규화 수단; 반송파를 발생시키는 반송파 인가부; 및 정규화 수단에서 출력된 정규화된 단자전압명령과 반송파 인가부에서 인가된 반송파를 삼각파 비교 PWM방식을 적용하여 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생시키는 삼각파비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼각파 비교 PWM방식을 적용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기로서 달성될 수 있다. An object of the present invention, the three-phase voltage applying unit for applying the three-phase AC voltage, the inductor provided in each of the three-phase input terminal, the DC connection capacitor provided in the output terminal and the inductor and DC connection capacitor is provided between the three-phase pulse width modulation (PWM) In a Vienna rectifier having a power semiconductor switch for power control and converting three-phase AC voltage into direct current, a switching function generator for generating a switching signal for controlling the power semiconductor switch, wherein the voltage of each phase A phase voltage command generator for generating a given phase voltage command to modulate the pulse width; A neutral point voltage generator for generating a neutral point voltage; A terminal voltage command calculator configured to generate a terminal voltage command by adding the phase voltage command generated by the phase voltage command generator and the neutral point voltage generated by the neutral point voltage generator; Normalization means for generating a normalized terminal voltage command by dividing the terminal voltage command output from the terminal voltage command calculation unit by a voltage corresponding to a DC link voltage; A carrier applying unit generating a carrier; And a triangular wave comparator for generating a switching signal for controlling the power semiconductor switch by applying a triangular wave comparison PWM method to the normalized terminal voltage command output from the normalization means and the carrier wave applied from the carrier applying unit. It can be achieved as a switching function generator for voltage control of a Vienna rectifier with a triangular wave comparison PWM scheme.
전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 함수는 이하의 수학식 1로 정의되고, 스위칭 함수에 따른 비엔나정류기(10)의 출력단자전압은 이하의 수학식 2로 정의되는 것을 특징으로 할 수 있다. The switching function for controlling the power semiconductor switch is defined by
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 3]&Quot; (3) "
수학식 1에서 Sabc는 스위칭 함수이고, 수학식 3에서 V( abc )0는 출력단자전압이고, iabc는 입력전류이고, 입력전류가 양의 값이면 Sign(iabc)는 +1이고, 입력전류가 음의 값이면 Sign(iabc)는 -1이다.In
반송파 인가부는 0 이상의 범위에 존재하는 하이 반송파와 0 미만의 범위에 존재하는 로우 반송파를 발생시켜 삼각파 비교기에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다. The carrier applying unit may generate a high carrier present in a range of 0 or more and a low carrier present in a range of less than 0 to apply the triangular wave comparator.
삼각파 비교기는, 정규화된 단자전압명령과 하이 반송파를 비교하거나 정규화된 단자전압명령과 로우 반송파를 비교하여 스위칭 함수를 발생시키는 것을 특징으로 할 수 있다. The triangular wave comparator may be configured to generate a switching function by comparing the normalized terminal voltage command and the high carrier or by comparing the normalized terminal voltage command and the low carrier.
삼각파 비교기는, 정규화된 단자전압명령이 양의 값인 경우, 정규화된 단자전압명령과 하이 반송파를 비교하여 정규화된 단자전압명령이 하이 반송파보다 작은 경우 스위칭 함수를 1로 제어하고, 정규화된 단자전압명령이 하이 반송파보다 클 우 스위칭 함수를 0으로 제어하며, 정규화된 단자전압명령이 음의 값인 경우, 정규화된 단자전압명령과 로우 반송파를 비교하여 정규화된 단자전압명령이 로우 반송파보다 클 경우 스위칭 함수를 1로 제어하고, 정규화된 단자전압명령이 로우 반송파보다 작은 경우 스위칭 함수를 0으로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. When the normalized terminal voltage command is a positive value, the triangular wave comparator compares the normalized terminal voltage command with the high carrier to control the switching function to 1 when the normalized terminal voltage command is smaller than the high carrier, and the normalized terminal voltage command If the normalized terminal voltage command is greater than the low carrier, the switching function is controlled to 0 when the normalized terminal voltage command is greater than the low carrier. The control function may be controlled to 1, and the switching function may be controlled to 0 when the normalized terminal voltage command is smaller than the low carrier.
반송파 인가부는 0 이상의 범위에서만 존재하는 단일 반송파를 발생시켜 삼각파 비교기에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다. The carrier applying unit may generate a single carrier existing only in a range of 0 or more and apply the generated single carrier to the triangular wave comparator.
삼각파 비교기와 정규화 수단 사이에 구비되어, 정규화 수단에서 출력된 정규화된 단자전압명령을 인가받아 정규화된 단자전압명령의 절대값인 변조 단자전압명령을 삼각파 비교기에 출력시키는 절대값생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It is provided between the triangular wave comparator and the normalizing means, further comprising an absolute value generating unit for receiving the normalized terminal voltage command output from the normalizing means for outputting a modulated terminal voltage command that is an absolute value of the normalized terminal voltage command to the triangular wave comparator It can be characterized.
삼각파 비교기는 반송파 인가부로부터 인가받은 단일반송파와 절대값생성부로부터 인가받은 변조 단자전압명령을 비교하여 스위칭 함수를 발생시키는 것을 특징으로 할 수 있다. The triangular wave comparator may generate a switching function by comparing a single carrier received from the carrier applying unit with a modulation terminal voltage command applied from the absolute value generating unit.
삼각파 비교기는 변조 단자전압명령과 단일 반송파를 비교하여 변조 단자전압명령이 단일 반송파보다 작은 경우 스위칭 함수를 1로 제어하고, 변조 단자전압명령이 단일 반송파보다 클 경우 스위칭 함수를 0으로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The triangular wave comparator compares the modulation terminal voltage command with a single carrier to control the switching function to 1 when the modulation terminal voltage command is smaller than the single carrier and to control the switching function to 0 when the modulation terminal voltage command is larger than the single carrier. You can do
또 다른 카테고리로서 본 발명의 목적은, 3상의 교류전압을 인가하는 3상 전압인가부, 3상의 입력단 각각에 구비된 인덕터, 출력단에 구비된 직류연결 캐패시터 및 인덕터와 직류연결 캐패시터 사이에 구비되어 3상 펄스폭변조(PWM) 전력제어를 하기 위한 전력용 반도체 스위치를 구비하여 3상의 교류전압을 직류로 변환하는 비엔나 정류기에서, 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생시키는 스위칭 함수 발생 방법에 있어서, 상 전압 명령발생부에서 각 상의 전압을 펄스폭 변조하기 위하여 주어진 상 전압명령을 발생시키고, 중성점 전압발생부에서 중성점 전압을 발생시키는 단계; 단자전압명령 연산부에서 상 전압 명령발생부에서 발생된 상 전압명령과 중성점 전압발생부에서 발생된 중성점 전압을 합산하여 단자전압명령을 발생시키는 단계; 정규화 수단이 단자전압명령 연산부에서 출력된 단자전압명령을 직류 링크전압에 해당하는 전압으로 나누어 정규화된 단자전압명령을 발생시키는 단계; 및 삼각파비교기가 정규화 수단에서 출력된 정규화된 단자전압명령과 반송파 인가부에서 인가된 반송파를 삼각파 비교 PWM방식을 적용하여 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼각파 비교 PWM방식을 적용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생방법으로 달성될 수 있다. In another category, an object of the present invention is to provide a three-phase voltage applying unit for applying an alternating voltage of three phases, an inductor provided at each of the three phase input terminals, a DC connection capacitor provided at the output terminal, and an inductor and a DC connection capacitor. In a Vienna rectifier having a power semiconductor switch for phase pulse width modulation (PWM) power control and converting three-phase AC voltage into direct current, a switching function generating method for generating a switching signal for controlling the power semiconductor switch. Generating a given phase voltage command to pulse width modulate the voltage of each phase in the phase voltage command generator and generating a neutral point voltage in the neutral voltage generator; Generating a terminal voltage command by adding a phase voltage command generated by the phase voltage command generator and a neutral point voltage generated by the neutral point voltage generator; Generating a normalized terminal voltage command by dividing the terminal voltage command output from the terminal voltage command calculating unit by a voltage corresponding to a DC link voltage; And generating, by a triangular wave comparator, a switching signal for controlling the power semiconductor switch by applying a triangular wave comparison PWM scheme to the normalized terminal voltage command output from the normalization means and the carrier wave applied from the carrier applying unit. It can be achieved by a switching function generation method for voltage control of a Vienna rectifier using a triangular wave comparison PWM method.
스위칭 신호를 발생시키는 단계는, 반송파 인가부가 0 이상의 범위에 존재하는 하이 반송파와 0 이하의 범위에 존재하는 로우 반송파를 발생시켜 삼각파비교기에 인가하는 단계; 및 삼각파 비교기가 정규화된 단자전압명령과 하이 반송파를 비교하거나 정규화된 단자전압명령과 로우 반송파를 비교하여 스위칭 함수를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The generating of the switching signal may include generating a high carrier in a range of 0 or more and a low carrier in a range of 0 or less and applying the triangular comparator; And generating a switching function by comparing the normalized terminal voltage command with the high carrier or comparing the normalized terminal voltage command with the low carrier.
스위칭 신호를 발생시키는 단계는, 삼각파 비교기가 정규화된 단자전압명령이 양의 값인 경우, 정규화된 단자전압명령과 하이 반송파를 비교하여 정규화된 단자전압명령이 하이 반송파보다 작은 경우 스위칭 함수를 1로 제어하고, 정규화된 단자전압명령이 하이 반송파보다 클 경우 스위칭 함수를 0으로 제어하며, 정규화된 단자전압명령이 음의 값인 경우, 정규화된 단자전압명령과 로우 반송파를 비교하여 정규화된 단자전압명령이 로우 반송파보다 클 경우 스위칭 함수를 1로 제어하고, 정규화된 단자전압명령이 로우 반송파보다 작은 경우 스위칭 함수를 0으로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The step of generating the switching signal may include: when the normalized terminal voltage command is a positive value, the triangle wave comparator compares the normalized terminal voltage command with a high carrier to control the switching function to 1 when the normalized terminal voltage command is smaller than the high carrier. If the normalized terminal voltage command is higher than the high carrier, the switching function is controlled to 0. If the normalized terminal voltage command is negative, the normalized terminal voltage command is low by comparing the normalized terminal voltage command to the low carrier. The switching function may be controlled to 1 when the carrier is larger than the carrier, and the switching function may be controlled to 0 when the normalized terminal voltage command is smaller than the low carrier.
정규화된 단자전압명령을 발생시키는 단계 후에, 삼각파 비교기와 정규화 수단 사이에 구비된 절대값생성부가 정규화 수단에서 출력된 정규화된 단자전압명령을 인가받아 정규화된 단자전압명령의 절대값인 변조 단자전압명령을 삼각파 비교기에 출력시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. After the step of generating the normalized terminal voltage command, the absolute value generator provided between the triangular wave comparator and the normalization means receives the normalized terminal voltage command outputted from the normalization means, thereby modulating the terminal voltage command which is an absolute value of the normalized terminal voltage command. It may be characterized in that it further comprises the step of outputting to a triangular wave comparator.
스위칭 신호를 발생시키는 단계는, 반송파 인가부가 0 이상의 범위에서만 존재하는 단일 반송파를 발생시켜 삼각파 비교기에 인가하는 단계; 및 삼각파 비교기가 반송파 인가부로부터 인가받은 단일반송파와 절대값생성부로부터 인가받은 변조 단자전압명령을 비교하여 스위칭 함수를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The generating of the switching signal may include: generating and applying to the triangular comparator a single carrier existing only in a range of 0 or more; And generating, by the triangular wave comparator, a switching function by comparing a single carrier received from the carrier applying unit with a modulation terminal voltage command applied from the absolute value generating unit.
스위칭 함수를 발생시키는 단계는, 삼각파 비교기가 변조 단자전압명령과 단일 반송파를 비교하여 변조 단자전압명령이 단일 반송파보다 작은 경우 스위칭 함수를 1로 제어하고, 변조 단자전압명령이 단일 반송파보다 클 경우 스위칭 함수를 0으로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the generating of the switching function, the triangular wave comparator compares the modulation terminal voltage command with a single carrier to control the switching function to 1 when the modulation terminal voltage command is smaller than a single carrier, and to switch when the modulation terminal voltage command is larger than a single carrier. It can be characterized by controlling the function to zero.
따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 삼각파 비교 PWM 방식을 적용하여 보다 쉽고 간단하게 비엔나 정류기의 전압을 제어할 수 있는 효과를 갖는다. 기존의 공간전압 벡터를 이용한 PWM 방식은 공간 벡터 생성을 위한 유효 전압 벡터 인가 시간과 영 전압 벡터 인가 시간의 계산이 복잡하고, 구현이 어려운 문제를 가지고 있었으나 본 발명의 일실시예에 따르면 두 개의 반송파(carrier wave)신호를 이용한 삼각파 비교 PWM 방식을 적용하여 비엔나 정류기의 스위칭 함수를 보다 간단하게 발생시킬 수 있는 장점이 있다.Therefore, according to one embodiment of the present invention as described, it has the effect that it is easier and simple to control the voltage of the Vienna rectifier by applying a triangular wave comparison PWM scheme. In the conventional PWM method using the space voltage vector, the calculation of the effective voltage vector applying time and the zero voltage vector applying time for generating the space vector is complicated and difficult to implement, but according to an embodiment of the present invention, two carriers The triangular wave comparison PWM method using a carrier wave signal can be applied to generate the switching function of the Vienna rectifier more simply.
또한, 두 개의 반송파 비교 PWM 방식은 다수개의 반송파를 요구해 실제 구현이 어려운 문제점이 있어, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 비엔나 정류기의 단일 반송파 비교 PWM 방법을 제안하여, 보다 간단히 삼각파 비교 PWM 방법을 구현할 수 있는 효과를 갖게 된다. In addition, since the two carrier comparison PWM method requires a plurality of carriers, the actual implementation is difficult, and according to another embodiment of the present invention, a single carrier comparison PWM method of a Vienna rectifier is proposed to implement a triangular wave comparison PWM method more simply. Will have the effect.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, All fall within the scope of the appended claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제어대상이 되는 3레벨 비엔나 정류기의 회로도,
도 2는 종래 3레벨 비엔나 정류기를 제어하기 위한 공간 전압 벡터도,
도 3은 종래 2레벨 PWM 정류기의 회로도,
도 4는 종래 2레벨 PWM 정류기를 제어하기 위한 공간 전압 벡터도
도 5는 종래 삼각파 비교 PWM방식을 적용한 2레벨 PWM 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기의 구성도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 반송파를 이용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기의 구성도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 반송파, 정규화된 상 전압명령 및 정규화된 단자전압명령을 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 반송파를 이용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생 방법의 흐름도,
도 9a는 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 반송파와 정규화된 단자전압명령을 나타낸 그래프,
도 9b는 도 9a의 확대 그래프,
도 9c는 본 발명의 제1실시예에 따른 스위칭 함수를 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 반송파를 이용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기의 구성도,
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 반송파, 정규화된 상 전압명령 및 변조 단자전압명령을 나타낸 그래프,
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 반송파를 이용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생 방법의 흐름도,
도 13a는 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 반송파와 변조 단자전압명령을 나타낸 그래프,
도 13b는 도 13a의 확대 그래프,
도 13c는 본 발명의 제2실시예에 따른 스위칭 함수를 나타낸 그래프,
도 14a는 본 발명의 실험예에 따른 비엔나 정류기의 정규화된 단자전압명령를 나타낸 그래프,
도 14b는 본 발명의 실험예에 따른 비엔나 정류기의 변조 단자전압명령을 나타낸 그래프,
도 14c는 본 발명의 실험예에 따른 입력 상전류를 나타낸 그래프,
도 14d는 본 발명의 실험예에 따른 출력단자전압을 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 1 is a circuit diagram of a three-level Vienna rectifier to be controlled according to an embodiment of the present invention;
2 is a spatial voltage vector diagram for controlling a conventional three-level Vienna rectifier;
3 is a circuit diagram of a conventional two-level PWM rectifier,
4 is a space voltage vector diagram for controlling a conventional two-level PWM rectifier.
5 is a configuration diagram of a switching function generator for voltage control of a two-level PWM rectifier using a conventional triangular wave comparison PWM scheme;
6 is a configuration diagram of a switching function generator for voltage control of a Vienna rectifier using two carriers according to the first embodiment of the present invention;
7 is a graph showing two carriers, a normalized phase voltage command and a normalized terminal voltage command according to the first embodiment of the present invention;
8 is a flowchart of a method of generating a switching function for voltage control of a Vienna rectifier using two carriers according to a first embodiment of the present invention;
9A is a graph showing two carriers and a normalized terminal voltage command according to the first embodiment of the present invention;
9B is an enlarged graph of FIG. 9A,
9c is a graph showing a switching function according to the first embodiment of the present invention;
10 is a block diagram of a switching function generator for voltage control of a Vienna rectifier using a single carrier according to a second embodiment of the present invention;
11 is a graph showing a single carrier, a normalized phase voltage command and a modulation terminal voltage command according to a second embodiment of the present invention;
12 is a flowchart of a method for generating a switching function for voltage control of a Vienna rectifier using a single carrier according to a second embodiment of the present invention;
13A is a graph illustrating a single carrier and a modulated terminal voltage command according to a second embodiment of the present invention;
13B is an enlarged graph of FIG. 13A,
13c is a graph illustrating a switching function according to a second embodiment of the present invention;
14A is a graph showing a normalized terminal voltage command of a Vienna rectifier according to an experimental example of the present invention;
14B is a graph showing a modulated terminal voltage command of a Vienna rectifier according to an experimental example of the present invention;
14c is a graph showing an input phase current according to an experimental example of the present invention;
14d shows a graph showing an output terminal voltage according to an experimental example of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, this includes not only the case where it is directly connected, but also the case where it is indirectly connected with another element in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기(100)의 구성 및 작용에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제어대상이 되는 3레벨 비엔나정류기(10)의 회로도를 도시한 것이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 반송파를 이용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기(100)의 구성도를 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 반송파, 정규화된 상 전압명령 및 정규화된 단자전압명령을 나타낸 그래프를 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration and operation of the
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어의 대상이 되는 3레벨 비엔나정류기(10)의 출력 단자 전압은 0.5Vdc, 0, -0.5Vdc 3개의 상태를 가지고 있기 때문에 기존의 2 레벨 PWM 정류기에서 사용되는 전력용 반도체 소자와 비교하여, 스위칭 소자의 내압을 절반 수준으로 낮출 수 있어, 전력용 반도체 소자를 IGBT(14) 대신 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)가 사용 가능함을 알 수 있다.As shown in FIG. 1, since the output terminal voltage of the three-
도 1에 도시된 3레벨 비엔나정류기(10)에서, Sabc(Sa, Sb, Sc)는 스위치에 인가되는 전압, 전류에 대하여 4상한 동작이 가능하도록 모스펫(MOSFET)와 다이오드로 구성된 전력용 반도체 모듈 내부의 모스펫의 스위칭 상태를 나타내는 스위칭 함수이다. 또한 도 1에 도시된 D1 내지 D6 3상의 일반적인 정류용 다이오드를 의미한다. In the three-
3레벨인 비엔나정류기(10)의 반도체 스위치를 온, 오프하기 위하여 스위칭 함수와 출력단자전압의 관계은 이하의 수학식 3으로 정의될 수 있다. In order to turn on and off the semiconductor switch of the three-
[수학식 3]&Quot; (3) "
수학식 3에서 V( abc )0은 출력단자전압, Sabc는 스위칭 함수이다. 수학식 3은 앞서 언급한 수학식 2를 간략화한 것이며, Sign(i)는 전류의 방향을 함수로 표시하였다. 즉, 전류가 양의 값이면 Sign(i)가 +1, 전류가 음의 값이면 Sign(i)는 -1이 된다.In Equation 3, V ( abc ) 0 is an output terminal voltage and S abc is a switching function. Equation 3 is a simplification of Equation 2 mentioned above, and Sign (i) indicates the direction of the current as a function. That is, if the current is a positive value, Sign (i) is +1. If the current is a negative value, Sign (i) is -1.
수학식 3에서 알 수 있는 바와 같이, 비엔나정류기(10)를 위한 4 상한 스위치의 스위칭 함수(Sabc)는 출력단자전압(V( abc )0)이 0V가 될 때 1이 되도록 비엔나정류기(10)의 스위칭 함수 발생기(100)를 만들어 주면 된다. 반면, 4 상한 스위치의 스위칭 함수(Sabc)가 0일 때는, 즉 4상한 스위치가 꺼져 있을 때는 상 전류의 방향에 따라, 양극 또는 음극에 연결된 두 개의 다이오드 중 하나가 켜지게 되며 양의 상 전류에서의 출력단자전압(V( abc )0)은 0.5Vdc, 음의 상전류에서는 출력단자전압(V( abc )0)이 -0.5Vdc의 값을 갖는다. 그러므로 출력단자전압이 원하는 평균 전압을 갖게 하기 위해서는 4 상한 스위치가 꺼져있을 때의 전압 벡터를 고려하여 4상한 스위치를 선택하여 켜주어야 하는 문제가 발생된다. As can be seen from Equation 3, the switching function S abc of the four upper limit switch for the
한편, 비엔나정류기(10)의 입력 역률 목표 값이 1이므로 항상 전류 명령과 전압 명령이 동상이 된다. 만약 비엔나정류기(10)의 상 전류의 방향이 전압 명령과 동상이라고 가정한다면, 수학식 3을 이하의 수하식 4로 표현할 수 있다. On the other hand, since the input power factor target value of the
[수학식 4]&Quot; (4) "
수학식 4에서 알 수 있는 바와 같이, 스위칭 함수(Sabc)가 0일 때 단자전압 명령이 양과 음의 여부에 따라 출력단자전압(V( abc )0)이 결정되므로, 쉽게 스위칭 함수 발생기(100)를 설계할 수 있다. 즉 단자전압명령이 양의 값이고 스위칭 함수(Sabc)가 0이면 출력단자 전압(V( abc )0)은 0.5Vdc가 되고, 단자전압명령이 음의 값이고 스위칭 함수(Sabc)가 0이면 출력단자 전압(V( abc )0)은 -0.5Vdc가 된다. 스위칭 함수(Sabc)가 1이면 단자전압명령(V( abc )0)의 양과 음의 값 여부에 관계없이 출력단자전압(V( abc)0)은 0V가 된다. As can be seen in Equation 4, when the switching function S abc is 0, since the output terminal voltage V ( abc ) 0 is determined according to whether the terminal voltage command is positive or negative, the switching function generator 100 ) Can be designed. That is, if the terminal voltage command is positive and the switching function S abc is 0, the output terminal voltage V ( abc ) 0 is 0.5 V dc , the terminal voltage command is negative and the switching function S abc is If it is 0, the output terminal voltage (V ( abc ) 0 ) is -0.5V dc . If the switching function S abc is 1, the output terminal voltage V ( abc) 0 becomes 0 V regardless of whether the terminal voltage command V ( abc ) 0 is positive or negative.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 다른 스위칭 함수 발생기(100)는 상 전압명령 발생부(110), 중성점 전압발생부(120), 단자전압명령 연산부(130), 반송파 인가부(150) 및 삼각파 비교기(160) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다. 상 전압 명령 발생부(110)는 각 상의 전압을 펄스폭 변조하기 위하여 주어진 상 전압명령(Van _ ref, Vbn _ ref, Vcn _ ref)을 발생시키게 된다. 그리고, 중성점 전압발생부(120)는 중성점 전압(Vno _ ref)을 발생시키게 된다. As shown in FIG. 6, the
그리고, 단자전압명령 연산부(130)는 상 전압 명령발생부(110)에서 발생된 상 전압명령(Van _ ref, Vbn _ ref, Vcn _ ref)과 중성점 전압발생부(120)에서 발생된 중성점 전압(Vno_ref)을 합산하여 단자전압명령(Vao _ ref, Vbo _ ref, Vco _ ref)을 발생시키게 된다. In addition, the terminal
그리고, 정규화 수단(140)은 단자전압명령 연산부(130)에서 출력된 단자전압명령(Vao _ ref, Vbo _ ref, Vco _ ref)을 직류 링크전압에 해당하는 전압으로 나누어 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)을 발생시켜 삼각파 비교기(160)로 인가하게 된다. The normalization means 140 divides the terminal voltage commands Va a _ ref , V bo _ ref , V co _ ref ) output from the terminal voltage
또한, 제1실시예에 따른 반송파 인가부(150)는 2개의 반송파 즉, 0 이상의 범위를 갖는 하이 반송파(carrier_positive)와 0 미만의 범위를 갖는 로우 반송파(carrier_negative) 각각을 발생시켜 2개의 반송파를 삼각파 비교기(160)로 인가하게 된다. In addition, the
삼각파 비교기(160)에서는 정규화된 단자전압명령(dabc)과 두 개의 반송파 신호를 비교하며, 정규화된 단자전압명령(dabc)이 0보다 클 때 도 7에 도시된 그래프의 0 이상에 위치하는 하이 반송파 신호와 비교를 하게 되고, 정규화된 단자전압명령(dabc)이 0보다 작을 때는 0 이하에 위치하는 로우 반송파 신호와 비교하도록 논리적 곱(AND) 연산이 필요하게 된다. The
즉, 정규화된 단자전압명령(dabc)이 0보다 크고, 하이 반송파 신호보다 크면 출력단자전압이 0.5Vdc가 되도록 스위칭 함수가 0이 되도록 하고, 하이 반송파 신호보다 작으면 출력단자전압이 0V가 되도록 스위칭 함수가 1이 되어야 한다. 정규화된 단자전압명령(dabc)이 0보다 작고, 로우 반송파 신호보다 작으면 출력단자전압이 -0.5Vdc가 되도록 스위칭 함수는 0이 되도록 하고, 정규화된 단자전압명령(dabc)이로우 반송파 신호보다 크면 출력단자전압이 0V가 되도록 스위칭 함수가 1이 되도록 한다. That is, if the normalized terminal voltage command (d abc ) is greater than 0 and greater than the high carrier signal, the switching function is set to 0 so that the output terminal voltage is 0.5 V dc . The switching function should be 1 whenever possible. If the normalized terminal voltage command (d abc ) is less than 0 and less than the low carrier signal, the switching function is zero so that the output terminal voltage is -0.5 Vdc, and the normalized terminal voltage command (d abc ) is a low carrier signal. If it is larger, the switching function is set to 1 so that the output terminal voltage becomes 0V.
최종적으로 삼각파 비교기(160)는 하이 반송파와 로우 반송파의 비교 결과를 논리적 합(OR) 연산 후, 1개의 상 스위치를 제어한다. 도 7에서 da는 정규화된 단자전압명령을 의미하며, 단자전압명령에 직류링크 전압의 절반으로 나누어서 구한다. Finally, the
즉, 비교된 결과는 각 상에 위치한 양방향 스위치를 켜고 끄기 위한 스위칭 함수(Sa)를 발생시키게 된다. 정규화된 단자전압명령(da)이 0보다 클 때 스위칭 함수는 이하의 수학식 5에 의해서 결정되고, 단자전압명령(da)이 0보다 작을 때는 이하의 수학식 6에 의해서 스위칭 함수(Sa)가 결정된다.That is, the result of the comparison generates a switching function Sa for turning on and off the bidirectional switch located on each phase. Normalized terminal voltage command (d a) is greater when the switching function than 0 is determined by the equation (5) below, the terminal voltage command (d a) the switching function by the equation 6 below when this is less than 0 (S a ) is determined.
[수학식 5][Equation 5]
Sa=1, da ≤ 하이 반송파(carrie_Positive)S a = 1, d a ≤ high carrier (carrie_Positive)
Sa=0, da > 하이 반송파(carrie_Positive), da≥0S a = 0, d a > high carrier (carrie_Positive), d a ≥ 0
[수학식 6]&Quot; (6) "
Sa=1, da ≥ 로우 반송파(carrie_Negative)S a = 1, d a ≥ low carrier (carrie_Negative)
Sa=0, da < 로우 반송파(carrie_Negative), da<0S a = 0, d a <low carrier (carrie_Negative), d a <0
도 7에 도시된 바와 같이, 그래프는 비엔나정류기(10)의 삼각파 비교 PWM 방식을 위한 두 개의 반송파(하이 반송파(carrie_Positive), 로우 반송파(carrie_Negative)), 정규화된 상전압 명령(Vabc _ ref/Vdc ), 및 정규화된 단자 전압 명령(dabc )을 나타냄을 알 수 있다. 하이 반송파 신호는 정규화된 단자 전압 명령(dabc )이 0보다 클 때, 정규화된 단자 전압 명령(dabc )과 비교를 위한 것이고, 로우 반송파 신호는 정규화된 단자 전압 명령(dabc)이 0보다 작을 때 정규화된 단자 전압 명령(dabc)과 비교를 위한 것이다. 3레벨 비엔나정류기(10)는 정규화된 단자전압명령(dabc)이 0보다 크면 상단의 두 개의 직렬 스위치를 PWM하며, 정규화된 단자 전압 명령(dabc)이 하이 반송파보다 크면 상단 두 개의 스위치를 모두 켜서 출력단자전압을 0.5Vdc로 만든다. As shown in FIG. 7, the graph shows two carriers (high carrier (carrie_Positive), low carrier (carrie_Negative), and normalized phase voltage command V abc _ ref / for the triangular wave comparison PWM scheme of the
만약 정규화된 단자전압명령(dabc)이 상단 반송파보다 작으면 상단의 두 개의 스위치 중 맨 위의 스위치를 꺼서 출력단자전압이 0V가 되게 한다. 이런 방식으로 정규화된 단자전압명령(dabc)에 따라 단자전압의 스위칭 주기에 따른 평균값을 단자 전압명령과 같게 제어하는 방법이 삼각파 비교 PWM 방법이며, 두 개의 반송파를 사용한 방식은 전압 명령 생성 및 벡터의 인가시간을 계산하지 않고, 단자 전압 명령과 두 개의 반송파를 비교하는 스위칭 명령을 만들기 때문에 간단하게 제어할 수 있다.If the normalized terminal voltage command (d abc ) is smaller than the upper carrier, turn off the top of the two switches at the top so that the output terminal voltage becomes 0V. In this way, according to the normalized terminal voltage command (d abc ), the method of controlling the average value according to the switching period of the terminal voltage is the same as the terminal voltage command. The triangle wave comparison PWM method is used. It can be controlled simply because it makes a switching command comparing the terminal voltage command and two carriers without calculating the application time of.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 반송파를 이용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생 방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고, 도 9a는 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 반송파와 정규화된 단자전압명령을 나타낸 그래프를 도시한 것이고, 도 9b는 도 9a의 확대 그래프, 그리고 도 9c는 본 발명의 제1실시예에 따른 스위칭 함수를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. Hereinafter, a method of generating a switching function for voltage control of the
먼저, 상 전압 명령발생부(110)에서 각 상의 전압을 펄스폭 변조하기 위하여 주어진 상 전압명령을 발생시키고, 중성점 전압발생부(120)에서 중성점 전압을 발생시키는게 된다(S10-1). 그리고, 단자전압명령 연산부(130)에서 상 전압 명령발생부(110)에서 발생된 상 전압명령과 중성점 전압발생부(120)에서 발생된 중성점 전압을 합산하여 단자전압명령을 발생시키게 된다(S20-1)First, the phase voltage
다음으로, 정규화 수단(140)이 단자전압명령 연산부(130)에서 출력된 단자전압명령을 직류 링크전압에 해당하는 전압으로 나누어 정규화된 단자전압명령을 발생시키게 된다(S30-1). 그리고, 삼각파 비교기(160)로 정규화된 단자전압명령이 인가되게 되고, 반송파 인가부(150)에서는 2개의 반송파 신호를 발생시켜 이를 삼각파 비교기(160)로 인가시키게 된다(S40-1).Next, the
그리고, 삼각파비교기(160)는 정규화 수단(140)에서 출력된 정규화된 단자전압명령과 반송파 인가부(150)에서 인가된 2개의 반송파를 삼각파 비교 PWM 방식을 적용하여 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생시키게 된다(S50-1).In addition, the
도 9a는 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 반송파와 정규화된 단자전압명령을 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 9b는 도 9a의 확대 그래프를 도시한 것이고, 도 9c는 본 발명의 제1실시예에 따른 스위칭 함수를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 수학식 5과 수학식 6에 의해 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)이 0보다 큰 경우, 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)는 하이 반송파와 비교되게 되고, 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)이 하이 반송파보다 작게 되면 도 9c에 도시된 바와 같이 스위칭 함수(Sa, Sb, Sc)는 1이 되고, 정규화된 단자전압명령(da)이 하이 반송파보다 크게 되면 도 9c에 도시된 바와 같이 스위칭 함수(Sa, Sb, Sc)는 0이 되게 된다. 9A illustrates a graph showing two carriers and a normalized terminal voltage command according to the first embodiment of the present invention. 9B shows an enlarged graph of FIG. 9A, and FIG. 9C shows a graph showing a switching function according to the first embodiment of the present invention. As mentioned above, when the terminal voltage commands (da, db, dc) normalized by
또한, 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)이 0보다 작은 경우, 정규화된 단자전압명령(da)는 로우 반송파와 비교되게 되고, 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)이 로우 반송파보다 작게 되면 도 9c에 도시된 바와 같이 스위칭 함수(Sa, Sb, Sc)는 0이 되고, 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)이 로우 반송파보다 크게 되면 도 9c에 도시된 바와 같이 스위칭 함수(Sa, Sb, Sc)는 1이 되게 된다. 그리고, 이러한 방식에 의해 발생된 스위칭 함수에 의해 비엔나정류기(10)의 전력용 반도체 스위치가 제어되게 된다(S60-1).
Further, when the normalized terminal voltage command d a , d b , d c is less than 0, the normalized terminal voltage command d a is compared with the low carrier, and the normalized terminal voltage command d a , d When b and d c are smaller than the low carrier, as shown in FIG. 9C, the switching functions S a , S b , and S c become zero, and the normalized terminal voltage commands d a , db, and d c are If larger than the low-cost carrier switching function as shown in Figure 9c (S a, S b, S c) are presented one. Then, the power semiconductor switch of the
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기(200)의 구성 및 작용에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기(200)는 제1실시예와 달리 절대값 생성부(170)를 더 포함하고, 반송파 인가부(150)에서 두 개의 반송파가 아닌 단일 반송파를 사용하고, 삼각파 비교기(160)의 구성이 제1실시예에 비하여 단순하다는 특징을 갖는다. Hereinafter, the configuration and operation of the
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 반송파를 이용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기(200)의 구성도를 도시한 것이고, 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 반송파, 정규화된 상 전압명령 및 변조 단자전압명령을 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 제2실시예에 따른 스위칭 함수 발생기(200)의 상 전압명령 발생부(110)와 중성점 전압 발생부(120), 단자전압명령 연산부(130) 및 정규화 수단(140)은 제1실시예에 따른 스위칭 함수 발생기(100)와 동일한 것으로 상세한 설명은 생략하도록 한다.FIG. 10 is a block diagram of a
본 발명의 제2실시예에 따른 단일 반송파를 이용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기(200)는 정규화 수단(140)과 삼각파 비교기(160) 사이에 구비되는 절대값 생성부(170)를 더 포함하고 있다. 이러한 절대값 생성부(170)는 정규화 수단(140)에서 출력되는 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)을 인가받아 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)의 절대값을 취하여 변조 단자전압명령(xa, xb, xc)을 삼각파 비교기(160)로 출력시키게 된다. The
또한, 제2실시예에 따른 스위칭 함수 발생기(200)의 반송파 인가부(150)는 2개의 반송파를 발생시키는 것이 아니라 0 이상의 범위를 갖는 단일 반송파만을 발생시켜 삼각파 비교기(160)로 인가시키게 된다. In addition, the
따라서, 제2실시예에 따른 스위칭 함수 발생기(200)의 삼각파 비교기(160)는 절대값 생성부(170)에서 발생된 변조 단자전압명령(xa, xb, xc)과 반송파 인가부(150)에서 발생된 단일 반송파를 인가받아 변조 단자전압명령(xa, xb, xc)과 단일반송파를 비교하여 스위칭 함수(Sa, Sb, Sc)를 발생시키게 된다. Accordingly, the
제2실시예에 따른 삼각파 비교기(160)에 의해 발생되는 스위칭 함수(Sa)는 이하의 수학식 7에 의해 정의될 수 있다. The switching function S a generated by the
[수학식 7][Equation 7]
Sa = 1, │da│≤ 단일 반송파S a = 1, d a ≤ single carrier
Sa = 0, │da│> 단일 반송파S a = 0, d a single carrier
수학식 7은 수학식 6의 로우 반송파(carrie_negative)는 하이 반송파(carrie_positive)의 절대값과 같고, 부하가 반대인 반송파를 사용한다면 수학식 6을 수학식 7과 같이 정의할 수 있게 된다. 또한, 변조 단자전압명령(xa)을 정규화된 단자전압명령(da)의 절대값으로 정의하면 비엔나정류기(10)의 스위칭 함수(Sa)는 아래의 수학식 8로도 나타낼 수 있다.In Equation 7, the low carrier (carrie_negative) of Equation 6 is equal to the absolute value of the high carrier (carrie_positive), and Equation 6 may be defined as shown in Equation 7 if the carrier having the opposite load is used. In addition, if the modulation terminal voltage command x a is defined as the absolute value of the normalized terminal voltage command d a , the switching function S a of the
[수학식 8][Equation 8]
Sa = 1, xa ≤ 단일 반송파S a = 1, x a ≤ single carrier
Sa = 0, xa > 단일 반송파S a = 0, x a > Single carrier
즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 변조 단자전압명령(xa)이 단일반송파보다 작거나 같은 값을 가지게 되면 스위칭 함수(Sa)는 1이 되고, 변조 단자전압명령(xa)이 단일반송파보다 큰 값을 가지게 되면 스위칭 함수(Sa)는 0이 되게 된다. That is, as shown in FIG. 11, when the modulation terminal voltage command xa has a value equal to or less than a single carrier, the switching function S a becomes 1, and the modulation terminal voltage command x a is a single carrier. If a greater value to have the switching function (S a) is to zero.
본 발명의 제2실시예에 따른 단일 반송파 PWM 방법은 기존의 2 레벨 컨버터의 전압변조 방식에서 삼각파 비교기(160)비교기(160)나정류기(10)에 맞게 바꾸면, 비엔나정류기(10)의 PWM 방식을 이용하여 간단한 전압제어를 할 수 있게 된다. In the single carrier PWM method according to the second embodiment of the present invention, the PWM modulation of the
정규화된 단자전압명령(da)을 절대값으로 정의하면 변조 단자전압명령(xa)이 만들어지며, 만들어진 변조 단자전압명령(xa)와 단일 반송파를 이용하여 스위칭 명령을 만들 수 있게 된다. 그러므로 단일 반송파를 이용하면 S/W 및 H/W 구현이 매우 간단할 수 있게 된다.
When the normalized terminal voltage command d a is defined as an absolute value, a modulated terminal voltage command x a is generated, and a switching command can be generated using the generated modulated terminal voltage command x a and a single carrier. Therefore, the S / W and H / W implementation can be very simple using a single carrier.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생방법에 대하여 설명하도록 한다. 먼저, 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 단일 반송파를 이용한 비엔나정류기(10)의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생 방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고, 도 13a는 본 발명의 제2실시예에 따른 단일의 반송파와 변조 단자전압명령을 나타낸 그래프를 도시한 것이고, 도 13b는 도 13a의 확대 그래프 그리고, 도 13c는 본 발명의 제2실시예에 따른 스위칭 함수를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. Hereinafter, a method of generating a switching function for voltage control of the
먼저, 상 전압 명령발생부(110)에서 각 상의 전압을 펄스폭 변조하기 위하여 주어진 상 전압명령을 발생시키고, 중성점 전압발생부(120)에서 중성점 전압을 발생시키는게 된다(S10-2). 그리고, 단자전압명령 연산부(130)에서 상 전압 명령발생부(110)에서 발생된 상 전압명령과 중성점 전압발생부(120)에서 발생된 중성점 전압을 합산하여 단자전압명령을 발생시키게 된다(S20-2)First, the phase voltage
다음으로, 정규화 수단(140)이 단자전압명령 연산부(130)에서 출력된 단자전압명령을 직류 링크전압에 해당하는 전압으로 나누어 정규화된 단자전압명령을 발생시키게 된다(S30-2). Next, the normalization means 140 generates a normalized terminal voltage command by dividing the terminal voltage command output from the terminal voltage
그리고, 절대값 생성부(170)가 정규화된 단자전압명령을 인가받아 정규화된 단자전압명령의 절대값인 변조 단자전압명령을 생성하게 된다(S40-2). 다음으로, 삼각파 비교기(160)로 변조 단자전압명령이 인가되게 되고, 반송파 인가부(150)에서는 1개의 단일 반송파 신호를 발생시켜 이를 삼각파 비교기(160)로 인가시키게 된다(S50-2).The absolute
그리고, 삼각파비교기(160)는 절대값 생성부(170)에서 출력된 변조 단자전압명령과 반송파 인가부(150)에서 인가된 1개의 단일 반송파를 삼각파 비교 PWM 방식을 적용하여 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생시키게 된다(S60-2).In addition, the
도 13a는 본 발명의 제2실시예에 따른 두 개의 반송파와 정규화된 단자전압명령을 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 13b는 도 13a의 확대 그래프를 도시한 것이고, 도 13c는 본 발명의 제1실시예에 따른 스위칭 함수를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 수학식 7 또는 수학식 8에 의해 변조 단자전압명령(xa, xb, xc)은 단일 반송파와 비교되게 되고, 정규화된 단자전압명령(xa, xb, xc)이 단일 반송파보다 작게 되면 도 13c에 도시된 바와 같이 스위칭 함수(Sa, Sb, Sc)는 1이 되고, 변조 단자전압명령(xa, xb, xc)이 단일 반송파보다 크게 되면 도 13c에 도시된 바와 같이 스위칭 함수(Sa, Sb, Sc)는 0이 되게 된다. 13A illustrates a graph showing two carriers and a normalized terminal voltage command according to the second embodiment of the present invention. 13B illustrates an enlarged graph of FIG. 13A, and FIG. 13C illustrates a graph showing a switching function according to the first embodiment of the present invention. As mentioned above, by the equation (7) or (8), the modulated terminal voltage command (x a , x b , x c ) is compared with a single carrier, and the normalized terminal voltage command (x a , x b , x When c ) is smaller than a single carrier, as shown in FIG. 13C, the switching functions S a , S b , and S c become 1, and the modulation terminal voltage command (x a , x b , x c ) is smaller than that of a single carrier. If it becomes large, as shown in FIG. 13C, the switching functions Sa , S b , and S c become zero.
두 개의 반송파를 이용한 PWM 방법을 비교하였을 때, PWM 방식은 다르지만 스위칭 명령이 같다는 것을 알 수 있다. 그리고, 이러한 방식에 의해 발생된 스위칭 함수에 의해 비엔나정류기(10)의 전력용 반도체 스위치가 제어되게 된다(S60-1).Comparing the PWM method using two carriers, it can be seen that the PWM command is different but the switching commands are the same. Then, the power semiconductor switch of the
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 실험결과에 대해 간략히 설명하도록 한다. 도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 실험예에 따른 비엔나정류기(10)의 실험 결과이다. 비엔나정류기(10)의 실험을 위한 조건은 다음과 같다. 입력전압 조건은 60[Hz]의 120[Vrms]이 입력된다. DC 출력을 위한 부하는 저항 부하를 사용하였으며, 출력 파워는 2.8[kW]이다. 입력 인덕턴스는 1[mH]이며 PWM 제어 주파수는 20[kHz]로 설정하였다. Hereinafter will be briefly described the experimental results according to the second embodiment of the present invention. 14A to 14D are experimental results of the
도 14a는 본 발명의 실험예에 따른 비엔나정류기(10)의 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)를 나타낸 그래프를 도시한 것이고, 도 14b는 본 발명의 실험예에 따른 비엔나정류기(10)의 변조 단자전압명령(xa, xb, xc)을 나타낸 그래프, 도 14c는 본 발명의 실험예에 따른 입력 상전류(Ias, Ibs, Ics)를 나타낸 그래프, 그리고, 도 14d는 본 발명의 실험예에 따른 출력단자전압을 나타낸 그래프를 도시한 것이다. FIG. 14A shows a graph showing normalized terminal voltage commands d a , d b , and d c of the
그림 14a에 도시된 바와 같이, 그래프는 비엔나정류기(10) 제어를 위한 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)을 나타내고 있고, 도 14b에 도시된 그래프는 도 14a의 정규화된 단자전압명령(da, db, dc)을 변조 단자전압명령(xa, xb, xc)으로 바꾼 파형을 나타내고 있다. 도 14c의 그래프는 제안한 단일 반송파를 이용하여 동작하는 비엔나정류기(10)의 입력 상전류(Ias, Ibs, Ics)이며, 도 14d의 그래프는 제안한 단일 반송파를 이용하여 동작하는 비엔나정류기(10)의 직류 링크 출력(Vdc) 값을 나타내고 있음을 알 수 있다. 실험 결과 제안된 단일 반송파를 이용하여 비엔나정류기(10)를 제어한 결과, 직류 링크 전압 및 입력 전류가 잘 제어됨을 알 수 있다. As shown in Fig. 14A, the graph shows the normalized terminal voltage commands d a , d b , d c for controlling the
1:2레벨 PWM 정류기
10:3레벨 비엔나 정류기
11:3상 전압인가부
12:인덕터
13:직류연결 캐패시터
14:IGBT
20:종래 삼각파 비교 PWM 방식을 적용한 2레벨 PWM 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기
21:종래 삼각파 비교기
100:제1실시예에 따른 삼각파 비교 PWM방식을 적용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기
110:상 전압명령 발생부
120:중성점 전압 발생부
130:단자전압명령 연산부
140:정규화 수단
150:반송파 인가부
160:삼각파 비교기
170:절대값 생성부
200:제2실시예에 따른 삼각파 비교 PWM방식을 적용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기1: 2 Level PWM Rectifier
10: 3 level Vienna rectifier
11: 3-phase voltage applied
12: inductor
13: DC connection capacitor
14: IGBT
20: Switching function generator for voltage control of two-level PWM rectifier using conventional triangle wave comparison PWM method
21: Conventional triangle wave comparator
100: Switching function generator for voltage control of the Vienna rectifier applying the triangular wave comparison PWM method according to the first embodiment
110: phase voltage command generation unit
120: neutral voltage generator
130: terminal voltage command operation unit
140: normalization means
150: carrier application unit
160: triangle wave comparator
170: absolute value generator
200: Switching function generator for voltage control of the Vienna rectifier applying the triangular wave comparison PWM method according to the second embodiment
Claims (14)
각 상의 전압을 펄스폭 변조하기 위하여 주어진 상 전압명령을 발생시키는 상 전압 명령발생부; 중성점 전압을 발생시키는 중성점 전압발생부; 상기 상 전압 명령발생부에서 발생된 상기 상 전압명령과 상기 중성점 전압발생부에서 발생된 중성점 전압을 합산하여 단자전압명령을 발생시키는 단자전압명령 연산부; 상기 단자전압명령 연산부에서 출력된 상기 단자전압명령을 직류 링크전압에 해당하는 전압으로 나누어 정규화된 단자전압명령을 발생시키는 정규화 수단; 반송파를 발생시키는 반송파 인가부; 및 상기 정규화 수단에서 출력된 정규화된 단자전압명령과 반송파 인가부에서 인가된 반송파를 삼각파 비교 PWM방식을 적용하여 상기 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생시키는 삼각파비교기;를 포함하고,
상기 반송파 인가부가 0 이상의 범위에 존재하는 하이 반송파와 0 미만의 범위에 존재하는 로우 반송파를 발생시켜 상기 삼각파 비교기에 인가하는 경우, 상기 삼각파 비교기는 상기 정규화된 단자전압명령과 상기 하이 반송파를 비교하거나 상기 정규화된 단자전압명령과 상기 로우 반송파를 비교하여 상기 스위칭 함수를 발생시키고, 상기 삼각파 비교기는 상기 정규화된 단자전압명령이 양의 값인 경우, 상기 정규화된 단자전압명령과 상기 하이 반송파를 비교하여 상기 정규화된 단자전압명령이 상기 하이 반송파보다 작은 경우, 상기 전력용 반도체 스위치를 켜기 위한 스위칭 함수를 발생시키고, 상기 정규화된 단자전압명령이 상기 하이 반송파보다 클 경우, 상기 전력용 반도체 스위치를 끄기 위한 스위칭 함수를 발생시키고, 정규화된 단자전압명령이 음의 값인 경우, 상기 정규화된 단자전압명령과 상기 로우 반송파를 비교하여 상기 정규화된 단자전압명령이 상기 로우 반송파보다 클 경우 상기 전력용 반도체 스위치를 켜기 위한 스위칭 함수를 발생시키고, 상기 정규화된 단자전압명령이 상기 로우 반송파보다 작은 경우 상기 전력용 반도체 스위치를 끄기 위한 스위칭 함수를 발생시키며,
상기 반송파 인가부가 0 이상의 범위에서만 존재하는 단일 반송파를 발생시켜 상기 삼각파 비교기에 인가하는 경우, 상기 삼각파 비교기와 상기 정규화 수단 사이에 구비되어, 상기 정규화 수단에서 출력된 상기 정규화된 단자전압명령을 인가받아 상기 정규화된 단자전압명령의 절대값인 변조 단자전압명령을 상기 삼각파 비교기에 출력시키는 절대값생성부를 더 포함하고, 상기 삼각파 비교기는 상기 반송파 인가부로부터 인가받은 단일반송파와 상기 절대값생성부로부터 인가받은 변조 단자전압명령을 비교하여 상기 스위칭 함수를 발생시키고, 상기 삼각파 비교기는 변조 단자전압명령과 상기 단일 반송파를 비교하여 상기 변조 단자전압명령이 상기 단일 반송파보다 작은 경우 상기 전력용 반도체 스위치를 켜기 위한 스위칭 함수를 발생시키고, 상기 변조 단자전압명령이 상기 단일 반송파보다 클 경우 상기 전력용 반도체 스위치를 끄기 위한 스위칭 함수를 발생시키는 것을 특징으로 하는 삼각파 비교 PWM방식을 적용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생기.
Three-phase voltage applying unit for applying three-phase AC voltage, an inductor provided in each of the three-phase input terminal, a DC connection capacitor provided in the output terminal and between the inductor and the DC connection capacitor to control the three-phase pulse width modulation (PWM) power In the Vienna rectifier having a power semiconductor switch for converting the three-phase AC voltage to direct current, in the switching function generator for generating a switching signal for controlling the power semiconductor switch,
A phase voltage command generator for generating a given phase voltage command to pulse width modulate the voltage of each phase; A neutral point voltage generator for generating a neutral point voltage; A terminal voltage command calculator configured to generate a terminal voltage command by adding the phase voltage command generated by the phase voltage command generator and the neutral point voltage generated by the neutral point voltage generator; Normalization means for generating a normalized terminal voltage command by dividing the terminal voltage command output from the terminal voltage command calculation unit by a voltage corresponding to a DC link voltage; A carrier applying unit generating a carrier; And a triangular wave comparator configured to generate a switching signal for controlling the power semiconductor switch by applying a triangular wave comparison PWM scheme to the normalized terminal voltage command output from the normalization means and the carrier wave applied from the carrier applying unit.
When the carrier applying unit generates a high carrier present in a range of 0 or more and a low carrier present in a range of less than 0 and applies it to the triangle wave comparator, the triangle wave comparator compares the normalized terminal voltage command with the high carrier or The switching terminal is generated by comparing the normalized terminal voltage command with the low carrier, and the triangular wave comparator compares the normalized terminal voltage command with the high carrier when the normalized terminal voltage command is positive. A switching function for turning on the power semiconductor switch when the normalized terminal voltage command is smaller than the high carrier, and switching to turn off the power semiconductor switch when the normalized terminal voltage command is larger than the high carrier. Generates function and normalizes terminal voltage When the command is negative, the normalized terminal voltage command is compared with the low carrier to generate a switching function for turning on the power semiconductor switch when the normalized terminal voltage command is larger than the low carrier. Generating a switching function for turning off the power semiconductor switch when the terminal voltage command is smaller than the low carrier;
When the carrier applying unit generates a single carrier existing only in a range of 0 or more and applies it to the triangular wave comparator, the triangular comparator and the normalization unit are provided to receive the normalized terminal voltage command output from the normalization unit. And an absolute value generator for outputting a modulated terminal voltage command that is an absolute value of the normalized terminal voltage command to the triangle wave comparator, wherein the triangle wave comparator is applied from a single carrier received from the carrier applying unit and the absolute value generator. Compare the received modulation terminal voltage command to generate the switching function, and the triangular wave comparator compares the modulation terminal voltage command and the single carrier to turn on the power semiconductor switch when the modulation terminal voltage command is smaller than the single carrier. Generate a switching function, And a switching function for turning off the power semiconductor switch when the modulation terminal voltage command is larger than the single carrier wave.
3상의 교류전압을 인가하는 3상 전압인가부, 3상의 입력단 각각에 구비된 인덕터, 출력단에 구비된 직류연결 캐패시터 및 상기 인덕터와 직류연결 캐패시터 사이에 구비되어 3상 펄스폭변조(PWM) 전력제어를 하기 위한 전력용 반도체 스위치를 구비하여 3상의 교류전압을 직류로 변환하는 비엔나 정류기에서, 상기 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생시키는 스위칭 함수 발생 방법에 있어서,
상 전압 명령발생부에서 각 상의 전압을 펄스폭 변조하기 위하여 주어진 상 전압명령을 발생시키고, 중성점 전압발생부에서 중성점 전압을 발생시키는 단계; 단자전압명령 연산부에서 상기 상 전압 명령발생부에서 발생된 상기 상 전압명령과 상기 중성점 전압발생부에서 발생된 중성점 전압을 합산하여 단자전압명령을 발생시키는 단계; 정규화 수단이 상기 단자전압명령 연산부에서 출력된 상기 단자전압명령을 직류 링크전압에 해당하는 전압으로 나누어 정규화된 단자전압명령을 발생시키는 단계; 및 삼각파비교기가 상기 정규화 수단에서 출력된 정규화된 단자전압명령과 반송파 인가부에서 인가된 반송파를 삼각파 비교 PWM방식을 적용하여 상기 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생시키는 단계;를 포함하고,
상기 스위칭 신호를 발생시키는 단계는,
상기 반송파 인가부가 0 이상의 범위에 존재하는 하이 반송파와 0 이하의 범위에 존재하는 로우 반송파를 발생시켜 상기 삼각파비교기에 인가하는 단계; 및 상기 삼각파 비교기가 상기 정규화된 단자전압명령과 상기 하이 반송파를 비교하거나 상기 정규화된 단자전압명령과 상기 로우 반송파를 비교하여 상기 스위칭 함수를 발생시키는 단계를 포함하고, 상기 스위칭 신호를 발생시키는 단계는, 상기 삼각파 비교기가 상기 정규화된 단자전압명령이 양의 값인 경우, 상기 정규화된 단자전압명령과 상기 하이 반송파를 비교하여 상기 정규화된 단자전압명령이 상기 하이 반송파보다 작은 경우 상기 전력용 반도체 스위치를 켜기 위한 스위칭 함수를 발생시키고, 상기 정규화된 단자전압명령이 상기 하이 반송파보다 클 경우, 상기 전력용 반도체 스위치를 끄기 위한 스위칭 함수를 발생시키고, 상기 정규화된 단자전압명령이 음의 값인 경우, 상기 정규화된 단자전압명령과 상기 로우 반송파를 비교하여 상기 정규화된 단자전압명령이 상기 로우 반송파보다 클 경우 상기 전력용 반도체 스위치를 켜기 위한 스위칭 함수를 발생시키고, 상기 정규화된 단자전압명령이 상기 로우 반송파보다 작은 경우 상기 전력용 반도체 스위치를 끄기 위한 스위칭 함수를 발생시키며,
상기 정규화된 단자전압명령을 발생시키는 단계 후에,
상기 삼각파 비교기와 상기 정규화 수단 사이에 구비된 절대값생성부가 상기 정규화 수단에서 출력된 상기 정규화된 단자전압명령을 인가받아 상기 정규화된 단자전압명령의 절대값인 변조 단자전압명령을 상기 삼각파 비교기에 출력시키는 단계를 더 포함하고, 상기 스위칭 신호를 발생시키는 단계는, 상기 반송파 인가부가 0 이상의 범위에서만 존재하는 단일 반송파를 발생시켜 상기 삼각파 비교기에 인가하는 단계; 및 상기 삼각파 비교기가 상기 반송파 인가부로부터 인가받은 단일반송파와 상기 절대값생성부로부터 인가받은 변조 단자전압명령을 비교하여 상기 스위칭 함수를 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 스위칭 함수를 발생시키는 단계는, 상기 삼각파 비교기가 상기 변조 단자전압명령과 상기 단일 반송파를 비교하여 상기 변조 단자전압명령이 상기 단일 반송파보다 작은 경우 상기 전력용 반도체 스위치를 켜기 위한 스위칭 함수를 발생시키고, 상기 변조 단자전압명령이 상기 단일 반송파보다 클 경우 상기 전력용 반도체 스위치를 끄기 위한 스위칭 함수를 발생시키는 것을 특징으로 하는 삼각파 비교 PWM방식을 적용한 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 스위칭 함수 발생 방법. In the method of generating a switching function using the function generator according to claim 1,
Three-phase voltage applying unit for applying three-phase AC voltage, an inductor provided in each of the three-phase input terminal, a DC connection capacitor provided in the output terminal and between the inductor and the DC connection capacitor to control the three-phase pulse width modulation (PWM) power In the Vienna rectifier having a power semiconductor switch for converting the three-phase AC voltage to direct current, the switching function generating method for generating a switching signal for controlling the power semiconductor switch,
Generating a given phase voltage command to pulse width modulate the voltage of each phase in the phase voltage command generator and generating a neutral point voltage in the neutral voltage generator; Generating a terminal voltage command by adding a phase voltage command generated by the phase voltage command generator and a neutral point voltage generated by the neutral point voltage generator; A normalizing means dividing the terminal voltage command output from the terminal voltage command calculating unit by a voltage corresponding to a DC link voltage to generate a normalized terminal voltage command; And a triangular wave comparator generating a switching signal for controlling the power semiconductor switch by applying a triangular wave comparison PWM scheme to the normalized terminal voltage command output from the normalization means and the carrier wave applied from the carrier applying unit. ,
Generating the switching signal,
Generating a high carrier in a range of 0 or more and a low carrier in a range of 0 or less and applying it to the triangular comparator; And generating, by the triangular wave comparator, the switching terminal by comparing the normalized terminal voltage command with the high carrier or by comparing the normalized terminal voltage command with the low carrier. The triangular wave comparator compares the normalized terminal voltage command with the high carrier and turns on the power semiconductor switch when the normalized terminal voltage command is smaller than the high carrier when the normalized terminal voltage command is a positive value. Generating a switching function for generating a switching function for turning off the power semiconductor switch when the normalized terminal voltage command is greater than the high carrier, and generating the switching function for turning off the power semiconductor switch. The terminal voltage command is compared with the low carrier to A switching function for turning on the power semiconductor switch when the normalized terminal voltage command is larger than the low carrier; and a switching function for turning off the power semiconductor switch when the normalized terminal voltage command is smaller than the low carrier. Raises,
After generating the normalized terminal voltage command,
The absolute value generator provided between the triangle wave comparator and the normalization means receives the normalized terminal voltage command output from the normalization means and outputs a modulated terminal voltage command that is an absolute value of the normalized terminal voltage command to the triangle wave comparator. The method may further include generating the switching signal, wherein the carrier applying unit generates and applies a single carrier present only in a range of 0 or more to the triangular comparator; And generating, by the triangular wave comparator, the switching function by comparing a single carrier received from the carrier applying unit with a modulation terminal voltage command received from the absolute value generating unit, wherein the switching function is generated. The triangular wave comparator compares the modulated terminal voltage command with the single carrier to generate a switching function for turning on the power semiconductor switch when the modulated terminal voltage command is less than the single carrier, wherein the modulated terminal voltage command is And a switching function for turning off the power semiconductor switch when the carrier wave is larger than the carrier wave.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110133835A KR101250454B1 (en) | 2011-12-13 | 2011-12-13 | Switching fuction generator and generating method for control voltage of vienna rectifier using carrier comparison pwm |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110133835A KR101250454B1 (en) | 2011-12-13 | 2011-12-13 | Switching fuction generator and generating method for control voltage of vienna rectifier using carrier comparison pwm |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101250454B1 true KR101250454B1 (en) | 2013-04-08 |
Family
ID=48442286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110133835A KR101250454B1 (en) | 2011-12-13 | 2011-12-13 | Switching fuction generator and generating method for control voltage of vienna rectifier using carrier comparison pwm |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101250454B1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103715921A (en) * | 2013-12-19 | 2014-04-09 | 浙江大学 | Current-limiting control method for VIENNA rectifier |
KR101842705B1 (en) | 2017-01-26 | 2018-03-28 | 파워소프트 주식회사 | Carrier Comparison PWM Method of Vienna Rectifier for Generating Switching Pulse |
WO2018060632A1 (en) | 2016-09-29 | 2018-04-05 | Renault Sas | Method for determining a current setpoint for a motor vehicle battery charger |
CN110212792A (en) * | 2019-07-02 | 2019-09-06 | 北方民族大学 | The control method and system of anti-push controller based on VIENNA rectifier |
WO2019238404A1 (en) | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Renault S.A.S | Method for controlling a vienna rectifier |
CN112713791A (en) * | 2020-11-25 | 2021-04-27 | 杭州中恒电气股份有限公司 | Vienna rectifier processing method and device, electronic equipment and medium |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004266972A (en) | 2003-03-04 | 2004-09-24 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Alternating current-alternating current power converter |
JP2006246673A (en) | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Nagaoka Univ Of Technology | Control unit for isolated direct power conversion device |
US7141943B2 (en) | 2004-12-30 | 2006-11-28 | Korean Institute Of Science And Technology | Brushless DC motor system and method of controlling the same |
-
2011
- 2011-12-13 KR KR1020110133835A patent/KR101250454B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004266972A (en) | 2003-03-04 | 2004-09-24 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Alternating current-alternating current power converter |
US7141943B2 (en) | 2004-12-30 | 2006-11-28 | Korean Institute Of Science And Technology | Brushless DC motor system and method of controlling the same |
JP2006246673A (en) | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Nagaoka Univ Of Technology | Control unit for isolated direct power conversion device |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
한국산업기술학회 논문집(제목: 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 반송파 비교 PWM) 논문발표 2011년 10월 * |
한국산업기술학회 논문집(제목: 비엔나 정류기의 전압제어를 위한 반송파 비교 PWM) 논문발표 2011년 10월* |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103715921A (en) * | 2013-12-19 | 2014-04-09 | 浙江大学 | Current-limiting control method for VIENNA rectifier |
WO2018060632A1 (en) | 2016-09-29 | 2018-04-05 | Renault Sas | Method for determining a current setpoint for a motor vehicle battery charger |
KR101842705B1 (en) | 2017-01-26 | 2018-03-28 | 파워소프트 주식회사 | Carrier Comparison PWM Method of Vienna Rectifier for Generating Switching Pulse |
WO2019238404A1 (en) | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Renault S.A.S | Method for controlling a vienna rectifier |
US11362583B2 (en) | 2018-06-15 | 2022-06-14 | Renault S.A.S. | Method for controlling a Vienna rectifier |
CN110212792A (en) * | 2019-07-02 | 2019-09-06 | 北方民族大学 | The control method and system of anti-push controller based on VIENNA rectifier |
CN110212792B (en) * | 2019-07-02 | 2020-06-12 | 北方民族大学 | Control method and system of reverse-pushing controller based on VIENNA rectifier |
CN112713791A (en) * | 2020-11-25 | 2021-04-27 | 杭州中恒电气股份有限公司 | Vienna rectifier processing method and device, electronic equipment and medium |
CN112713791B (en) * | 2020-11-25 | 2022-05-20 | 杭州中恒电气股份有限公司 | Vienna rectifier processing method and device, electronic equipment and medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kwak et al. | Model predictive control methods to reduce common-mode voltage for three-phase voltage source inverters | |
KR101250454B1 (en) | Switching fuction generator and generating method for control voltage of vienna rectifier using carrier comparison pwm | |
JP5995139B2 (en) | Bidirectional DC / DC converter | |
EP2323248B1 (en) | Operation of a three level converter | |
KR102009509B1 (en) | Apparatus and method for generating offset voltage of 3-phase inverter | |
An et al. | Study on the novel generalized discontinuous SVPWM strategies for three-phase voltage source inverters | |
US20120300519A1 (en) | Multi-phase active rectifier | |
US9899936B2 (en) | Offset voltage generator and method for generating an offset voltage of three-phase inverter | |
Wu et al. | A dual three-level inverter-based open-end winding induction motor drive with averaged zero-sequence voltage elimination and neutral-point voltage balance | |
US11349410B2 (en) | Series multiplex inverter | |
Ibrahim et al. | Variable switching frequency hybrid PWM technique for switching loss reduction in a three-phase two-level voltage source inverter | |
Yamanodera et al. | Application of GaN device to MHz operating grid-tied inverter using discontinuous current mode for compact and efficient power conversion | |
CN110546874B (en) | Power conversion system | |
Somani et al. | Modulation strategies for direct-link drive for open-end winding AC machines | |
EP2953252B1 (en) | Systems and methods for controlling active rectifiers | |
KR100902940B1 (en) | System for controlling switch of single-phase double conversion ups | |
KR101648002B1 (en) | Switching signal generator and Switching signal generating method for 3-phase 3-level rectifier | |
KR101842705B1 (en) | Carrier Comparison PWM Method of Vienna Rectifier for Generating Switching Pulse | |
Meşe et al. | Compensation of dead-time effects in three-level neutral point clamped inverters based on space vector PWM | |
Takeda et al. | The alternative pulse reduction algorithm for three-phase voltage-source inverter | |
JP6372642B2 (en) | Reactive power control device, reactive power control method, and program | |
KR102669599B1 (en) | Method and apparatus for DPWM control of three phase three-level power converter | |
Shukla et al. | Simulation and Comparative Analysis of SPWM & SVPWM Based Voltage Source Inverter with Inductive Load | |
US20230019205A1 (en) | Power conversion device and motor system | |
JP3261998B2 (en) | Inverter control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160108 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170102 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180123 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |