KR101284923B1 - 인버터 소음 저감을 위한 랜덤 ｐｗｍ 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터 소음 저감을 위한 랜덤 PWM 발생기에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 랜덤 PWM 발생장치는 지령전압을 출력하는 지령전압 출력부; 동일한 주기를 갖되 주기 내 피크치의 시간성분을 달리하는 캐리어를 복수개 생성하는 캐리어 발생부; 상기 복수개의 캐리어 중 어느 하나를 랜덤하게 선택하여 활성화시키는 랜덤선택부; 및 상기 지령전압 생성부로부터 출력되는 지령전압과 상기 캐리어 발생부로부터 출력되는 캐리어를 이용하여 인버터 구동 펄스를 생성하는 PWM 발생부;를 포함한다.
본 발명에 따르면 특정대역에 집중된 고조파성분을 광대역화할 수 있어 소음저감의 효과를 얻을 수 있다.

Description

인버터 소음 저감을 위한 랜덤 ＰＷＭ 발생장치{Random PWM Generator for reducing noise of invertor}
본 발명은 인버터 소음 저감을 위한 랜덤 PWM 발생기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차세대 고속철도 구동용 인버터에 의한 전동기 소음을 저감하는 PWM 발생기에 관한 것이다.
종래의 고속철도에서 사용하는 PWM 기법은 일정한 스위칭 주파수로 동작한다. 일정 주파수를 갖는 PWM은 전력변환 시 잡음전력이 특정 주파수에 집중되어 해당 주파수의 토크맥동을 유발하며, 그에 따라 부하측 및 전원측 인덕턴스에 전자기적 잡음과 가청소음을 유발한다.
차세대 고속철도 구동 인버터의 동작은 고정 스위칭 주파수 방식이기 때문에 스위칭 주파수가 커질수록 스위칭 주파수와 그의 정수 배에 해당되는 특정대역에서 고조파의 분포가 현저하게 증가하게 된다. 증가된 고조파에 의해서 시스템의 전자기적 소음, 기계적 진동, EMI 등의 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 전자기간섭 필터(EMI filter)와 차폐필터(shielding filter) 및 출력필터(out filter)를 이용할 수 있으나, 시스템을 고가화 시키며 설치장소의 문제를 야기하는 결과를 가져온다.
고정 스위칭 주파수로 동작하는 인버터 출력 전압, 전류의 고조파성분이 특정 주파수에 집중되는 문제점을 해결하기 위하여 도입된 방법으로 랜덤 PWM(Random Pulse Width Modulation)이 있다. 기존의 RPWM방식은 부가적인 하드웨어를 필요로 하여 비용이 증가하거나 제어 알고리즘이 복잡하여 이를 구현하기 위한 프로그램 작성이 매우 어렵다. 또한 성능 예측을 위한 시뮬레이션 모델을 구성하고 이를 실제 프로그램으로 작성하는 경우 시뮬레이션과 실제 프로그램 상의 차이가 발생할 수 있어 시뮬레이션으로 예측한 성능을 정확히 구현하기 어렵다.
본 발명은 인버터, 특히 고속철도 구동용 인버터에 의한 전동기 소음을 저감할 수 있는 수단을 제공한다.
또한 본 발명은 실제 C언어 등을 이용한 제어 프로그램 생성 및 시뮬레이션이 가능하도록 하는 수단을 제공한다.
본 발명에 따른 랜덤 PWM 발생장치는 지령전압을 출력하는 지령전압 출력부; 동일한 주기를 갖되 주기 내 피크치의 시간성분을 달리하는 캐리어를 복수개 생성하는 캐리어 발생부; 상기 복수개의 캐리어 중 어느 하나를 랜덤하게 선택하여 활성화시키는 랜덤선택부; 및 상기 지령전압 생성부로부터 출력되는 지령전압과 상기 캐리어 발생부로부터 출력되는 캐리어를 이용하여 인버터 구동 펄스를 생성하는 PWM 발생부;를 포함한다.
또한 상기 지령전압 출력부로부터 출력되는 지령전압과 상기 캐리어 발생부로부터 출력되는 캐리어를 비교하여 게이트 펄스를 PWM 발생부로 출력하는 비교부를 포함할 수 있다.
나아가 상기 비교부가 출력하는 게이트 펄스는 캐리어가 지령신호보다 큰 경우 1의 값을 갖고 지령신호가 캐리어보다 큰 경우 0의 값을 가질 수 있다.
또한 상기 PWM 발생부로 입력되는 게이트 펄스의 스케일을 조절하는 곱셈부를 포함할 수 있다.
상기 지령전압 출력부는 정현파 지령 전압을 생성하는 지령발생부를 포함하는 랜덤 PWM 발생장치. 나아가 상기 지령전압 출력부는 상기 지령발생부로부터 지령전압을 입력받아 3상 지령전압으로 출력하는 공간벡터 발생부를 포함하는 랜덤 PWM 발생장치.
또한 상기 랜덤 선택부는 주기적으로 어느 하나의 캐리어를 활성화시킬 수 있다.
또한 상기 랜덤 선택부에 의한 캐리어 스위칭 주파수를 결정하는 스위칭 주파수 선정부를 포함할 수 있다.
또한 상기 랜덤 선택부는 상기 스위칭 주파수에 맞추어 복수의 출력 포트 중 랜덤하게 어느 한 출력포트로만 1의 값을 갖는 신호를 출력하고, 나머지 출력포트로는 0의 값을 갖는 신호를 출력할 수 있다.
나악 상기 캐리어 발생부는 상기 랜덤 선택기의 복수의 출력포트에 각각 대응하는 삼각파형의 캐리어를 생성하고, 상기 출력포트 신호와 이에 대응하는 캐리어 신호를 곱하여 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 랜덤 PWM 발생방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 제1 단계에서는 스위칭 주파수를 발생시킨다. 제2 단계에서는 동일한 주기를 갖되 주기 내 피크치의 시간성분을 달리하는 캐리어를 복수개 생성한다. 제3 단계에서는 스위칭 주파수에 따라 상기 복수개의 캐리어 중 어느 하나를 랜덤하게 선택하여 출력한다. 제4 단계에서는 지령신호와 상기 선택된 캐리어를 비교하여 게이트 펄스 신호를 출력한다. 제5 단계에서는 상기 게이트 펄스 신호에 따라 인버터 구동 펄스를 생성한다.
또한 다음의 단계를 포함할 수 있다. 제1-a 단계에서는 정지좌표계 상의 정현파 지령 전압을 생성한다. 제2-a 단계에서는 상기 정현파 지령 전압을 입력받아 공간벡터 기반의 3상 지령 전압으로 출력한다. 이 때 상기 제1-a 단계 및 제2-a 단계는 상기 제1 내지 제3 단계와 병존적으로 수행된다.
또한 상기 랜덤 PWM 발생방법은 Matlab/Simulink를 이용한 모델 기반 설계 방법에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면 특정대역에 집중된 고조파성분을 광대역화할 수 있어 소음저감의 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 Matlab/Simulink를 이용한 모델 기반 설계가 가능하여 신속한 설계의 반복과 매개변수 최적화를 가능한다.
또한 본 발명에 따르면 시스템의 시뮬레이션을 통한 성능 평가가 가능하고 시뮬레이션의 설정대로 실제 DSP 프로세서의 동작을 위한 제어 프로그램을 별도의 코딩 없이 자동 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치의 모습을 나타내는 블록도이다.
도 2는 지령전압과 캐리어로부터 게이트 펄스 신호를 생성하는 방법을 나타내는 개략적인 그래프이다.
도 3은 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치를 구비하는 고속철도용 구동 시스템의 개략적인 모습을 나타내는 블록도이다.
도 4a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 지령 및 캐리어를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 지령 및 캐리어를 나타내는 그래프이다.
도 5a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 게이트 펄스를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 게이트 펄스를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전압을 나타내는 그래프이다.
도 6b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전압을 나타내는 그래프이다.
도 7a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전압 FFT 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전압 FFT 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전류를 나타내는 그래프이다.
도 8b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전류를 나타내는 그래프이다.
도 9a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 상전류 FFT 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 9b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 상전류 FFT 분석결과를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치(100)를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치의 모습을 나타내는 블록도이고, 도 2는 지령전압과 캐리어로부터 게이트 펄스 신호를 생성하는 방법을 나타내는 개략적인 그래프이다.
지령전압 출력부(110; Reference Generator) 는 지령전압을 출력하는 기능을 수행하며, 지령발생부(111)와 공간벡터 발생부(112)로 구분될 수 있다. 지령발생부(111)는 정지좌표계 상의 정현파 형태의 지령 전압을 생성한다. 공간벡터 발생부(112; Space Vector Generator)는 지령발생부(111)로부터 지령전압을 입력받아 공간벡터 기법이 적용된 3상 지령전압으로 출력한다. 공간벡터 발생부(112)로부터 출력된 3상 지령전압은 비교부(150)에 전달된다.
스위칭 주파수 선정부(120)는 스위칭 주파수를 결정하여 출력한다. 스위칭 주파수의 역수는 캐리어가 랜덤하게 선택되는 주기 및 캐리어 자체의 주기와 동일하다.
랜덤 선택부(130)는 캐리어 발생부(140)에 의하여 생성되는 복수의 캐리어 중 하나의 캐리어를 선택 및 활성화하는 기능을 수행한다. 구체적으로 예를 들면 랜덤 선택부(130)는 복수의 출력포트를 구비하며, 스위칭 주파수 선정부(120)가 출력하는 스위칭 신호의 주기에 맞추어 복수의 출력포트 중 어느 하나의 출력포트에 1의 값을 갖는 신호를 출력할 수 있다. 이 경우 나머지 출력포트에는 0의 값을 갖는 신호를 출력한다.
캐리어 발생부(140) 복수의 캐리어를 생성하고 스위칭 신호의 주파수에 따라 랜덤 선택부(130)에 의하여 활성화되는 캐리어를 출력하는 기능을 한다. 구체적으로 예를 들면 캐리어 발생부(140)는 랜덤 선택부(130)에 구비된 4개의 출력포트에 각각에 대응하는 캐리어를 생성한다. 이 때 각 캐리어는 동일한 주기를 갖되 주기 내 피크치의 시간성분을 달리하도록 생성된다. 랜덤 선택부(130)는 스위칭 신호의 주기에 맞추어 어느 한 출력포트로 1의 신호를 나머지 출력포트로는 0의 신호를 출력한다. 캐리어 발생부(140)는 랜덤 선택부(130)의 출력포트로 출력되는 신호와 이에 대응하는 각 캐리어 신호를 곱하여 어느 한 캐리어 신호를 활성화 시키게 된다. 캐리어 발생부(140)는 활성화된 캐리어 신호를 출력한다.
비교부(150)는 지령전압 출력부(110)로부터 출력되는 지령전압과 캐리어 발생부(140)로부터 출력되는 캐리어를 비교하여 게이트 펄스를 출력한다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 게이트 펄스를 출력할 수 있다. 도 2의 상부 그래프는 지령 신호(B)와 캐리어 신호(A)를 나타내고 있으며, 하부 그래프는 비교부(150)에 의하여 출력되는 게이트 펄스 신호를 나타내고 있다. 비교부(150)는 캐리어 신호(B)가 지령 신호(A)보다 큰 경우에는 1의 값을 갖는 게이트 신호를 출력하고, 캐리어 신호(B)가 지령 신호(A)보다 작은 경우에는 0의 값을 갖는 캐리어 신호를 출력할 수 있다. 이와 같이 비교부(150)는 캐리어 신호(A)와 지령 신호(B)의 크기에 따라 1과 0의 값을 펄스파형으로 번갈아 출력하게 된다.
곱셈부(160)는 비교부(150)로부터 출력되는 게이트 신호의 스케일을 조절한다.
PWM 발생부(170)는 실제 DSP의 동작을 결정하는 레지스터 설정을 통하여 인버터 구동 펄스를 생성하는 기능을 한다. 즉, PWM 발생부(170)는 지령전압 생성부(110)로부터 출력되는 지령전압과 캐리어 발생부(140)로부터 출력되는 캐리어를 이용하여 인버터 구동 펄스를 생성한다.
일 실시예에 따른 PWM 발생방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 스위칭 주파수 선정부(120)가 스위칭 주파수를 발생시킨다. 다음으로 앞서 설명한 바와 같이 캐리어 발생부(140)가 동일한 주기를 갖되 주기 내 피크치의 시간성분을 달리하는 캐리어를 복수개 생성한다. 다음으로 생성된 스위칭 신호의 주기에 따라 복수개의 캐리어 중 어느 하나를 랜덤하게 선택하여 출력한다.
한편, 캐리어의 출력과는 병존적으로 지령 신호를 출력한다. 먼저 정지좌표계 상의 정현파 지령 전압을 생성하고, 생성된 정현파 지령 전압을 공간벡터 기반의 3상 지령 전압으로 출력한다.
다음으로 생성된 지령신호와 선택된 캐리어를 비교하여 게이트 펄스 신호를 출력하고, 게이트 펄스 신호를 이용하여 인버터 구동 펄스를 생성한다.
도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 랜던 PWM 발생장치를 적용한 IPMSM 구동 차세대 고속철도 시스템을 간략히 설명한다. 도 3은 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치를 구비하는 고속철도용 구동 시스템의 개략적인 모습을 나타내는 블록도이다.
속도 제어기(210)는 지령속도와 실제 속도의 오차를 약계자 제어를 적용하여지령 전류 생성한다. 최대토크 및 약계자 제어기(220)는 정토크영역에서는 최대토크제어를 통해서 높은 기동토크를 얻고 정출력 영역에서는 약계자 제어를 통해서 운전속도 범위 확장하는 기능을 한다. 전류제어기(230)는 지령 전류와 실제 전류의 오차를 통하여 지령 전압 생성한다. 즉, 생성된 지령전류는 최대토크 및 약계자 제어기(220)를 통하여 단위전류 당 최대 토크제어와 약계자 제어를 하기 위한 지령전류를 생성하게 되고 전류 제어기(230)와 전향 보상기(240)를 거쳐 회전좌표계 상의 지령 전압이 생성된다. 생성된 회전좌표계 상의 지령 전압은 좌표 변환 식에 의하여 정지좌표계 상의 지령전압으로 변환이 되고 본 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치(100)로 입력된다.
랜덤 PWM 발생장치(100)는 앞서 설명한 바와 같이 지령 전압과 랜덤 PWM 생성기에서 발생한 랜덤 캐리어와의 비교를 통하여 2레벨 인버터 구동 펄스 생성한다. 인버터는 전동기 구동을 위한 전력 변환기로서 기능하며, 2 레벨 인버터를 이용할 수 있다. IPMSM는 매입형 영구자석동기전동기 모델로서 인버터에 의하여 변환된 전력을 이용하여 실제 고속철도를 구동하기 위하여 구동한다.
한편, 본 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치 및 시뮬레이션 방법은 다음과 같은 방법으로 구현될 수 있다. 랜덤 PWM 기법은 인버터의 매 스위칭 순간마다 랜덤함수에 의해서 스위칭 주파수 혹은 펄스의 위치를 랜덤하게 변화시킴으로써 특정대역의 고조파 분포를 연속적으로 널리 분포시키는 방식이다. 기존의 방식은 부가적인 하드웨어를 필요로 하여 비용이 증가하거나 제어 알고리즘이 복잡하여 이를 구현하기 위한 C 프로그램 작성이 매우 어려운 단점이 있다. 또한 성능 예측을 위한 시뮬레이션 모델을 구성하고 이를 실제 C 프로그램으로 작성하는 경우, 시뮬레이션과 실제 C 프로그램 상의 차이가 발생할 수 있어 시뮬레이션으로 예측한 성능을 정확히 구현하기 어렵다.
본 발명에서는 이러한 기존 방식의 문제를 해결하기 위해 Matlab/Simulink의 TI C2000 DSP플랫폼을 사용하여 4부분의 펄스 위치가 랜덤하게 생성되는 공간벡터 기반 랜덤 PWM 발생기를 구현하였다. 본 발명을 이용하면 시스템의 시뮬레이션을 통한 성능 평가가 가능하고 시뮬레이션의 설정대로 실제 DSP 프로세서의 동작을 위한 C 프로그램을 별도의 코딩 없이 자동 생성할 수 있다.
TI C2000 DSP 플랫폼은 MATLAB/simulink를 TI의 express DSP tool들과 통합한 것으로, 제어기 설계에 있어 개발자의 이론 및 개념을 코드 생성을 통하여 검증이 가능토록 한 것이다. 이 플랫폼은 사용자의 Simulink 모델의 C 프로그램을 구현하기 위해 MATLAB의 Real-time Workshop과 TI의 개발도구들을 이용한다. 이 때 Real-Time Workshop은 Code Composer Studio 프로젝트를 만드는데, 사용자는 생성된 프로젝트를 컴파일, 링크 및 타겟 보드에 다운로드할 수 있다.
또한 Matlab/Simulink를 이용한 모델 기반 설계는 GUI (Graphic User Interface) 기반으로 필요한 블록을 추가하는 계층적 설계 프로세서를 적용함으로써 신속한 설계의 반복과 매개변수 최적화를 가능하게 하여 매우 편리하게 시스템을 설계할 수 있고, Matlab/Simulink상에서 DSP프로세서를 구동하게 하는 프로그램인 CCS(Code Composer Studio) 프로젝트로 자동 변환됨으로 빠른 시간 안에 시스템을 구현할 수 있는 장점을 갖는다.
도 4a 내지 도 9b를 참조하여 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치와 비교예로서 공간벡터변조(SVPWM) 장치의 시뮬레이션 및 실험 결과를 비교 설명한다.
먼저 도 4a 내지 도 5b를 참조하여 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치와 비교예로서 공간벡터변조(SVPWM) 장치의 지령, 캐리어 및 게이트 펄스를 비교 설명한다. 도 4a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 지령 및 캐리어를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 지령 및 캐리어를 나타내는 그래프이다. 또한 도 5a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 게이트 펄스를 나타내는 그래프이고, 도 5b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 게이트 펄스를 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 도 9b를 참조하여 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치와 비교예로서 공간벡터변조(SVPWM) 장치를 구비한 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전압 및 상전류를 비교 분석한다. 도 6a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전압을 나타내는 그래프이고, 도 6b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전압을 나타내는 그래프이다. 또한 도 7a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전압 FFT 분석결과를 나타내는 그래프이고, 도 7b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전압 FFT 분석결과를 나타내는 그래프이다. 또한 도 8a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전류를 나타내는 그래프이고, 도 8b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 시뮬레이션 상전류를 나타내는 그래프이다. 또한 도 9a는 비교예에 따른 단순 공간벡터변조(SVPWM) 방식의 인버터 시스템의 상전류 FFT 분석결과를 나타내는 그래프이고, 도 9b는 일 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식의 인버터 시스템의 상전류 FFT 분석결과를 나타내는 그래프이다.
본 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치를 2 레벨 인버터 시스템에 적용하여 Matlab/Simulink를 이용한 시뮬레이션과 실험을 하고, 그 결과를 SVPWM의 결과와 비교분석 하였다. 시뮬레이션과 실험 조건은 지령 주파수 50Hz, 스위칭 주파수 1kHz, 변조지수 0.7, 입력 전압 200V, 부하 13ohm 5mH으로 진행하였다.
도 4a와 도 4b에서 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 진폭을 나타낸다. 각 도면에서 초록색은 캐리어, 파란색은 지령 전압을 나타낸다. 도 4a에 도시된 바와 같이 SVPWM의 경우 캐리어가 일정한 삼각파의 모양을 나타내고 있는 반면, 도 4b에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치의 경우 밑변은 일정하나 꼭짓점 즉 피크치가 가로 시간축에 대하여 랜덤하게 변화하는 삼각파를 발생하고 있다.
지령이 캐리어보다 높을 경우 스위치가 온이 되는 게이트 펄스를 생성하게 되면, 도 5a 및 도 5b와 같은 게이트 펄스가 생성되는데 본 실시예에 따른 랜덤 PWM이 적용된 경우 도 5b에 도시된 바와 같이 캐리어가 랜덤하게 변화하기 때문에 게이트 펄스의 위치가 기존 방식처럼 일정한 위치에서 생성되지 않고 변화하게 된다.
도 6a 및 도 6b의 상전압 특성과 도 7a 및 도 7b의 상전압 FFT 분석 결과는 시뮬레이션에 의하여 수행된 결과로서, 실제 실험에 의한 결과와 크게 다르지 않은 결과를 나타냈다. 또한 상전압의 FFT분석 결과 도 7a에 도시된 SVPWM 방식의 상전압 FFT 분석그래프와 도 7b에 되된 랜덤 PWM 방식의 상전압 FFT 분석그래프를 살펴보면, 본 실시예에 따른 랜덤 PWM 발생장치를 구비한 경우가 SVPWM의 경우에 비하여 고조파 성분이 절반 이하로 감소된 것을 알 수 있다. 이는 본 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식이 인버터 시스템의 전자기적 소음의 원인이 되는 특정대역에 몰려 있던 고조파성분을 전 대역에 분산시켜 고조파 성분의 최대값이 감소한 것으로 판단된다.
도 8a 내지 도 9b에 도시된 바와 같이 상전류도 상전압과 마찬가지로, 본 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식을 적용하였을 경우 전류 리플이 SVPWM 방식보다 증가한 것을 볼 수 있다. 또한 상전류의 FFT 분석 그래프를 살펴보면 SVPWM방식보다 본 실시예에 따른 랜덤 PWM 방식이 특정대역의 고조파 성분이 분산되어 고조파의 최대값이 감소한 것을 볼 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 인버터 소음 저감을 위한 랜덤 PWM 발생장치로 구현될 수 있다.
100: 랜덤 PWM 발생장치 110: 지령전압 출력부
111: 지령 발생부 112: 공간벡터 발생부
120: 스위칭 주파수 선정부 130: 랜덤 선택부
140: 캐리어 발생부 150: 비교부
160: 곱셈부 170: PWM 발생부

Claims (13)

  1. 지령 전압을 출력하는 지령 전압 출력부;
    동일한 주기를 갖되 주기 내 피크치의 시간 성분을 달리하는 캐리어를 복수개 생성하는 캐리어 발생부;
    상기 복수개의 캐리어 중 주기적으로 어느 하나를 랜덤하게 선택하여 활성화시키는 랜덤 선택부; 및
    상기 지령 전압 생성부로부터 출력되는 지령 전압과 상기 캐리어 발생부로부터 출력되는 캐리어를 이용하여 인버터 구동 펄스를 생성하는 PWM 발생부;
    를 포함하되, 상기 지령 전압 출력부는 정현파 지령 전압을 생성하는 지령 발생부 및 상기 지령 발생부로부터 입력된 지령 전압을 공간 벡터 기법이 적용된 3상 지령 전압으로 출력하는 공간 벡터 발생부를 포함하며, 상기 지령 전압 출력부, 캐리어 발생부, 랜덤 선택부 및 PWM 발생부는 Matlab/Simulink를 이용한 모델 기반 설계 방법으로 구현된 것인, 랜덤 PWM 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지령전압 출력부로부터 출력되는 지령전압과 상기 캐리어 발생부로부터 출력되는 캐리어를 비교하여 게이트 펄스를 PWM 발생부로 출력하는 비교부를 포함하는 랜덤 PWM 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비교부가 출력하는 게이트 펄스는 캐리어가 지령신호보다 큰 경우 1의 값을 갖고 지령신호가 캐리어보다 큰 경우 0의 값을 갖는 랜덤 PWM 발생장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 PWM 발생부로 입력되는 게이트 펄스의 스케일을 조절하는 곱셈부를 포함하는 랜덤 PWM 발생장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 선택부에 의한 캐리어 스위칭 주파수를 결정하는 스위칭 주파수 선정부를 포함하는 랜덤 PWM 발생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 랜덤 선택부는 상기 스위칭 주파수에 맞추어 복수의 출력 포트 중 랜덤하게 어느 한 출력포트로만 1의 값을 갖는 신호를 출력하고, 나머지 출력포트로는 0의 값을 갖는 신호를 출력하는 랜덤 PWM 발생장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 캐리어 발생부는 상기 랜덤 선택부의 복수의 출력포트에 각각 대응하는 삼각파형의 캐리어를 생성하고, 상기 출력포트 신호와 이에 대응하는 캐리어 신호를 곱하여 출력하는 랜덤 PWM 발생장치.
  11. 스위칭 주파수를 발생시키는 제1단계;
    정지 좌표계 상의 정현파 지령 전압을 생성하고, 상기 정현파 지령 전압을 공간 벡터 기반의 3상 지령 전압으로 출력하는 제1-a단계;
    동일한 주기를 갖되 주기 내 피크치의 시간 성분을 달리하는 캐리어를 복수개 생성하는 제2단계;
    스위칭 주파수에 따라 상기 복수개의 캐리어 중 주기적으로 어느 하나를 랜덤하게 선택하여 출력하는 제3단계;
    상기 출력된 지령 전압과 상기 선택된 캐리어를 비교하여 게이트 펄스 신호를 출력하는 제4단계; 및
    상기 게이트 펄스 신호에 따라 인버터 구동 펄스를 생성하는 제5단계
    를 포함하되, 상기 제1-a단계는 상기 제1 내지 제3단계와 병존적으로 수행되며, 상기 제1-a단계, 상기 제1 단계 내지 제5 단계는 Matlab/Simulink를 이용한 모델 기반 설계 방법에 의하여 수행되는 랜덤 PWM 발생 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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