KR20050012421A - 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법 - Google Patents

에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법

Info

Publication number
KR20050012421A
KR20050012421A KR1020030051384A KR20030051384A KR20050012421A KR 20050012421 A KR20050012421 A KR 20050012421A KR 1020030051384 A KR1020030051384 A KR 1020030051384A KR 20030051384 A KR20030051384 A KR 20030051384A KR 20050012421 A KR20050012421 A KR 20050012421A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pulse width
random
phase
width modulation
modulation method
Prior art date
Application number
KR1020030051384A
Other languages
English (en)
Inventor
위석오
임영철
양형열
정영국
Original Assignee
대한민국(전남대학교총장)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대한민국(전남대학교총장) filed Critical 대한민국(전남대학교총장)
Priority to KR1020030051384A priority Critical patent/KR20050012421A/ko
Publication of KR20050012421A publication Critical patent/KR20050012421A/ko

Links

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
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of dc power input into ac 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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—Conversion of dc power input into ac 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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac 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
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac 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
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법에 관한 것으로, 2상 중앙 정렬된 SVM 펄스를 펄스간 중앙정렬을 유지하면서 펄스의 중앙선을 변조구간에서 랜덤하게 배치한다. 이러한 본 발명의 방식에 의하면 종래의 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법에 비해 주파수의 스펙트럼성분을 상대적으로 광대역화함으로써, 모터 전압의 불연속적이고 강한 고조파 성분을 광대역의 연속적인 성분으로 분산시킬 수 있고, 이를 통해 인버터 구동 에너지변환장치의 가청 스위칭 소음을 현저하게 감소시킬 수 있다.

Description

에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법 {A random pulse centered displacement - pulse width modulation method for power converting device}
본 발명은 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가청 스위칭 소음을 현저히 저감할 수 있는 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 산업현장의 전력전자 변환장치에 사용되고 있는 확정적인 주파수를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation; 펄스폭 변조)기법은 전력 변환시 잡음 전력을 특정 주파수에 집중시켜서 전자기적 잡음과 가청 소음을 유발하게 한다.
또한, 시스템의 직류 링크 단에 고조파 전류를 발생함으로써 전원측에 EMI (Electro-magnetic interference)를 발생하기도 한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에 와서 비 확정적 PWM 또는 RPWM (Random PWM)방법이 연구되고 있다. 이 방법은 인버터(Inverter)로 구동되는 에너지변환장치(예컨대, 모터 등)로부터 발생되는 가청 스위칭 소음의 전력을 광대역 주파수 영역으로 확산함으로서 불쾌감을 주는 소음을 저감하고 있다.
이러한, RPWM기법은 매 샘플링 주기마다 스위칭 주파수를 랜덤하게 변조하는RSF-PWM (Random Switching Frequency PWM)과, 매 샘플링 주기를 일정하게 유지하면서 변조구간 내에서 펄스의 위치를 랜덤하게 결정함으로써 실제적인 유효 스위칭 주파수를 랜덤하게 하는 RPP-PWM (Random Pulse Position PWM) 등으로 분류될 수 있다.
이 중에서 공간벡터 방식의 RSF-PWM은 전압 지령부와 스위칭 부를 동기화하는데 있어서, 제어 알고리즘의 연산시간이 스위칭 주파수의 최대값을 제한하는 요소로 작용하게 된다. 이에 따라 복잡한 제어루프를 구성하는 경우, 최대 스위칭 주파수가 어느 한계를 갖는 문제점이 있다.
그리고, RPP-PWM기법은 펄스의 위치만을 랜덤하게 변경하여 RPWM 효과를 나타내는 방법이다. 이 방법은 펄스의 위치가 매 변조 구간에서 변경되므로 고정된 주파수로 스위칭을 하더라도 스위칭 주파수가 변하는 것과 같은 효과를 갖고 있다.
RPP-PWM기법은 RLL(Random Lead-Lag) PWM, RCD (Random Centered Distribution) PWM, RZV (Random Zero Vector Distribution) PWM, SRP (Separatley Randomized Pulse Position) PWM등 여러 방법에 의해 구현이 가능하다.
이중 3상의 RCD PWM 기법은, 도 1에 예시한 바와 같으며, 3상의 펄스를 중앙 정렬하고 이 펄스들 간의 중앙 정렬은 유지하면서 펄스의 중앙선을 변조 구간 내에서 자유롭게 선택하는 RPP-PWM의 일종이라고 볼 수 있는 기법이다.
이러한 3상 RCD PWM 기법은 가장 초기 버전인 RLL-PWM에 비해 상대적으로 랜덤 자유도가 넓고 전류 리플도 향상된 특성을 보이지만, 에너지변환장치의 가청 스위칭 소음을 만족할 만한 수준까지 저감시키기에는 다소 미흡하다.
따라서, 인버터에 의해 구동되는 모터 등의 에너지변환장치에 대한 가청 스위칭 소음을 저감시키킬 수 있도록, PWM 기법에 대한 지속적인 개선 노력이 필요하다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 필요성에 부응하여 안출한 것으로, 가청 스위칭 소음을 더욱 저감할 수 있는 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따른 펄스 파형도,
도 2는 본 발명을 수행하기 위한 하드웨어의 개략적인 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법을 설명하기 위한 플로우챠트,
도 4는 도 3의 펄스발생스텝에서 발생한 펄스 파형의 일예를 도시한 펄스 파형도,
도 5는 도 3의 공간 벡터 변조 스텝을 설명하기 위한 공간벡터도,
도 6의 (a) 내지 (c)는 도 3의 우측 정렬 스텝과 중앙 배치 스텝 및 랜덤 변위 적용 재배치 스텝을 각각 설명하기 위한 펄스 파형도,
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 스위칭 주파수의 유효범위를 설명하기 위한 펄스 파형도,
도 8의 (a)는 3상 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 전압의 파워 스펙트럼,
도 8의 (b)는 2상 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 전압의 파워 스펙트럼,
도 8의 (c)는 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 전압의 파워 스펙트럼,
도 8의 (d)는 본 발명의 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 전압의 파워 스펙트럼,
도 9의 (a)는 3상 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 직류전류의 파워 스펙트럼,
도 9의 (b)는 2상 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 직류전류의 파워 스펙트럼,
도 9의 (c)는 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 직류전류의 파워 스펙트럼,
도 9의 (d)는 본 발명의 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 직류전류의 파워 스펙트럼,
도 10의 (a)는 3상 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 가청스위칭 소음의 파워 스펙트럼,
도 10의 (b)는 2상 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 가청스위칭 소음의 파워 스펙트럼,
도 10의 (c)는 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 가청스위칭 소음의 파워 스펙트럼,
도 10의 (d)는 본 발명의 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 가청스위칭 소음의 파워 스펙트럼.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 연산 처리부 20: 기억부
30: 랜덤수 발생부 40: PWM 신호 발생부
50: 정류부 60: 인터버
70: 에너지변환장치
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법은, 전압지령을 2상의 벡터성분으로 변조하고 이를 시간적으로 재배치하여 펄스의 형태를 완성하는 변조스텝과, 상기 2상의 펄스를 중앙 정렬하여 배치하는 중앙정렬스텝과, 상기 2상의 펄스를 중앙 정렬된 상태로 랜덤변위에 따라 이동하여 재배치하는 스텝과, 상기 랜덤 변위된 중앙 정렬의 2상 펄스를 발생·출력하는 스텝을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명을 수행하기 위한 하드웨어의 개략적인 블록 구성도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명을 수행하기 위한 하드웨어는, 연산 처리부(10)와 기억부(20)와 랜덤수 발생부(30)와 PWM 신호 발생부(40)와 정류부(50)와 인버터(60)와 에너지변환장치(70)를 포함하여 구성된다.
상기 연산 처리부(10)는, 소정의 전압지령장치(예컨대, 키조작부, 지령전압 계산용 연산장치, 외부의 컴퓨터장치 등)로부터 입력되는 지령전압을 공간전압 벡터성분으로 변환하여 펄스형태를 구성하고 중앙 정렬 및 랜덤 변위를 적용하는 연산 처리를 수행한다.
상기 기억부(20)는, 전압지령을 공간벡터변조하기 위한 데이터 테이블 즉, SVM(Space Vector Modulation) 테이블을 저장하고 연산 처리부(10)의 요청에 따라 입력된 전압지령에 상응하는 공간벡터변조 데이터를 검색하여 연산 처리부(10)로 제공한다.
상기 랜덤수 발생부(30)는 연산 처리부(10)에서 랜덤 변위 생성에 필요한 랜덤한 수를 발생하여 이를 연산 처리부(10)로 제공하고, 상기 PWM 신호발생부(40)는 연산 처리부(10)에서의 연산 처리결과에 상응하는 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 신호를 발생하여 인버터(60)로 입력한다.
상기 정류부(50)는 상용교류전압을 직류로 정류하여 인버터(60)로 인가하는 것으로, 직류전원을 이용하는 경우에는 생략이 가능한 구성요소이다.
상기 인버터(60)는 정류부(50)로부터 인가되는 직류전압을 단속(斷續)하기 위한 복수의 스위칭소자를 포함하여 구성되며, PWM신호발생부(40)로부터 인가되는 펄스폭 변조 신호에 따라 정류부(50)로부터 인가되는 직류전압을 단속하여 에너지변환장치(70)의 3상 코일에 각각 인가한다.
상기 에너지변환장치(70)는 인버터(60)로부터 3상 코일로 인가되는 전력에 의해 회전력을 발생하는 장치로서, 예컨대, 3상 모터일 수 있다.
이제 상기와 같이 구성된 하드웨어를 통해 구현되는 본 발명의 동작과정을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
소정의 전압지령장치로부터 전압 지령이 입력되면 연산 처리부(10)는 이 입력된 전압지령을 기억부(20)에 기억된 공간벡터변조 데이터 테이블에 대입하여 2개의 유효벡터와 영벡터를 구한 다음, 이 구해진 2개의 유효벡터와 영벡터를 시간적으로 배치하여 펄스형태를 구현한다. 이때, 영벡터는 0의 값(V(000))만을 사용함으로써, 2상변조가 되게 한다(S10).
다음, 연산 처리부(10)는 상기 스텝(S10)에서 변조된 2상의 펄스를, 도 5의 (a)에 예시한 바와 같이, 1 주기(T) 내에서 우측으로 정렬한 다음(S20), 도 5의 (b)에 예시한 바와 같이, 2상 펄스의 중심선을 서로 중앙에 일치시켜 배치하는 중앙 정렬 배치를 수행한다(S30).
그리고, 연산 처리부(10)는 랜덤수 발생부(30)로부터 제공되는 랜덤수에 따라 랜덤 변위(TRND)를 결정하여(S40), 이 결정된 랜덤 변위(TRND)를 중앙 정렬된 2상의 펄스에 적용하여, 도 5의 (c)에 예시한 바와 같이, 2상의 펄스를 중앙 정렬된 상태로 랜덤 변위(TRND)만큼 이동시켜 재배치한다(S50).
상기 스텝(S10) 내지 스텝(S50)을 통해 상기 연산 처리부(10)에서 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조된 값에 상응하는 펄스폭 변조신호가 PWM 신호 발생부(40)로부터 발생하여 인버터(60)로 인가된다.
인버터(60)는 상기 PWM신호 발생부(40)로부터 인가되는 펄스폭 변조신호에의해 정류부(50)로부터 인가되는 직류전압을 단속함으로써 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조된 펄스를 발생하고, 이를 에너지변환장치(70)로 인가하여 에너지변환장치(70)를 구동한다(S60).
상기 스텝(S60)에서 인버터(60)에서 발생하는 펄스는, 도 4에 예시한 바와 같다. 참고적으로, 도 4는 본 발명에 의해 구현되는 2상 랜덤 중앙배치 펄스폭 변조 파형을 4주기 동안 도시한 것이다.
즉, 본 발명은, 2상 중앙 정렬된 SVM 펄스를 각 상 펄스 간 중앙 정렬을 유지하면서 펄스의 중앙선을 변조구간에서 랜덤하게 배치하는 2상 랜덤 중앙배치 펄스폭 변조방법으로, 각 펄스들이 위치할 수 있는 범위는 현재 지령치 전압벡터 V*가, 도 5에 나타낸 바와 같은, 공간 벡터도 상의 6개 섹터(Secter) 중 어느 위치에 있는 가에 따라 달라지게 된다.
예컨대, 지령치 전압벡터 V*가, 도 5에 도시된 바와 같이, 공간 벡터도 상에서 1번 섹터에 위치할 경우, 1 주기 동안의 펄스는 도 6의 (a) 내지 (c)에 예시된 바와 같다.
도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 2상 펄스를 우측으로 정렬한 다음, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 중앙으로 정렬하고, 정렬된 2상의 펄스를 중앙 정렬을 유지한 상태로 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이 중앙에서 랜덤하게 좌우로 위치시킨다.
상기 중앙 정렬된 펄스 폭의 변위(TRND)는 랜덤수 발생부(30)에 의해 결정되는 랜덤한 값을 갖게 된다. 여기서, 랜덤수의 발생 범위는 영벡터 V(000)의 유지시간 Ta_on의 범위에서 이루어져야하는 조건을 만족하여야 한다.
다시 말해, 본 발명에 따른 2상 랜덤 중앙배치 펄스폭 변조방법은, 1 변조 구간 내에 2개의 펄스만이 존재하며 이들 펄스는 항상 같은 변위만큼 이동할 수 있다. 이렇게 변위할 수 있는 랜덤 변위는 영벡터가 인가되는 시간 범위 내에서 결정된다.
2개의 펄스 중앙이 랜덤하게 결정된 변위(TRND) 만큼 동시에 이동하게 되면, 영벡터와 2개의 유효벡터가 인가되는 각각의 시간에는 변함이 없다.
랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법은, 샘플링 주파수는 고정되어 있으나, 펄스의 위치가 매 변조구간마다 변경되므로 스위칭 주파수가 변동하는 것과 같은 효과가 있는 데, 이를 유효 스위칭 주파수라 한다.
본 발명에 따른 2상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법은, 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법에 비해 전류 맥동이 다소 증가하기는 하나, 샘플링 시간 T를 줄일 수 있어 펄스폭 변조 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있고 제어주기를 줄일 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 유효 스위칭 주파수의 최대값 "" 과 최소값 "" 은 각각 하기의 수학식 1 및 2에 나타난 바와 같고, 도 7의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같다.
본 발명에 따른 2상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법은 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법에 비해 총 스위칭 주파수가 1/3이 줄어들게 된다.
이는 공간벡터가 존재할 수 있는 6개의 각 섹터별로, 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법은 3개의 상 모두에서 스위칭이 이루어지는 것에 반해, 2상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법은 2개의 상에서만 스위칭이 이루어지기 때문이다.
즉, 본 발명에 따른 2상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법은 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법에 비해 스위칭 주파수가 1/3정도 감소할 수 있고, 이로 인해 주파수의 스펙트럼성분이 상대적으로 광대역화하여 가청 스위칭 소음을 감소시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 효과는 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같은 실제 실험 결과에 의해 증명된다. 참고적으로, 본 실험은 3상 유도 모터를 이용하여 무부하, 대략 40Hz 정도의 지령속도, 변조지수 M = 0.7, 2kHz의 고정 스위칭 주파수로 오픈루프 방식으로 운전하였다.
도 8의 (a) 내지 (d)는 실험에 의한 모터 전압의 파워 스펙트럼을 나타난 것으로, 도 8의 (a)는 3상 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 전압의 파워 스펙트럼이고, 도 8의 (b)는 2상 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 전압의 파워 스펙트럼이며, 도 8의 (c)는 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 전압의 파워 스펙트럼이고, 도 8의 (d)는 본 발명의 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 전압의 파워 스펙트럼이다.
도 8의 (a)에 나타난 바와 같이, 3상 중앙 배치 펄스폭 변조 방법은 스위칭 주파수의 2배 주파수인 약 4kHz 정도에서 가장 강한 고조파 성분이 있고, 스위칭 주파수와 스위칭 주파수의 정수배 주파수에서 비슷한 분포의 고조파 성분이 존재함을 알 수 있다.
도 8의 (b)에 나타난 바와 같이, 2상 중앙 배치 변조 펄스폭 방법은, 스위칭 주파수인 약 2kHz 정도에서 가장 강한 고조파 성분이 있고, 2배의 스위칭 주파수인 약 4kHz 정도에서 다음으로 강한 고조파 성분이 존재함을 알 수 있다.
도 8의 (c)에 나타난 바와 같이, 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법의 전압 파워 스펙트럼을, 도 8의 (a)와 비교해 보면 스위칭 주파수의 2배 주파수 성분은 약간 줄어들었으며, 상대적으로 스펙트럼이 약간 더 광대역화한 것을 알 수 있다.
도 8의 (d)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따른 결과를 도 8의 (b)와 비교해 보면 스위칭 주파수인 약 2kHz 정도에서의고조파 성분이 대폭적으로 감소되었음을 알 수 있다. 또, 전 구간에서의 고조파 성분이 특정 주파수에 고정되지 않고 넓은 영역에 고루 분포하고 있어, 약 2kHz 의 스위칭 주파수를 제외한 전구간에서 거의 이상적인 랜덤 특성을 보이고 있음을 알 수 있다.
도 9의 (a) 내지 (d)는 인버터의 직류 링크 전류에 대한 파워 스펙트럼을 나타낸 것으로, 도 9의 (a)는 3상 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 직류전류의 파워 스펙트럼이고, 도 9의 (b)는 2상 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 직류전류의 파워 스펙트럼이며, 도 9의 (c)는 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 직류전류의 파워 스펙트럼이고, 도 9의 (d)는 본 발명의 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 직류전류의 파워 스펙트럼이다.
도 9의 (d)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법은, 도 9의 (c)에 나타난 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법의 결과와 비교하여, 스위칭 주파수에서의 고조파 성분을 제외하고는 전 구간에 걸쳐 상대적으로 매우 양호한 주파수 확산 분포를 보이고 있음을 알 수 있다.
인버터 응용 장치들은 출력전압과 동일하게 직류링크 전류에도 특정 스위칭 주파수의 고조파가 발생되고, 직류 고조파 전류는 인버터의 전원계통에 EMI(Electro Magnetic Interference)를 유도하므로, 인버터의 입력전원에는 EMI 필터 등을 부착하는 경우가 많다. 따라서, 본 발명을 이용하면, 인버터 전원 측에 사용하는 EMI필터의 정격을 감소시킬 수 있다.
도 10의 (a) 내지 (d)는 모터의 가청 소음에 대한 파워 스펙트럼을 나타낸 것으로, 도 10의 (a)는 3상 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 가청스위칭 소음의 파워 스펙트럼, 도 10의 (b)는 2상 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 가청스위칭 소음의 파워 스펙트럼, 도 10의 (c)는 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 가청스위칭 소음의 파워 스펙트럼, 도 10의 (d)는 본 발명의 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법에 따라 실험한 모터 구동장치의 가청스위칭 소음의 파워 스펙트럼이다.
도 10의 (a) 및 (b)에 각각 나타난 3상 중앙 배치 펄스폭 변조 방법과 2상 중앙 배치 변조 펄스폭 방법은, 상기의 도 8의 (a) 및 (b)에 나타낸 모터 전압의 파워 스펙트럼과 유사하게 스위칭 주파수의 정수배 분포에서 소음이 발생됨을 알 수 있다.
도 10의 (c)에 나타난 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법의 결과를 살펴보면, 스위칭 주파수의 2배 주파수의 스펙트럼을 제외하고는 다소 이산적인 성분이 완화되어져 있음을 알 수 있다.
도 10의 (d)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 본 발명의 2상 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법은, 도 10의 (c)에 나타난 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조 방법의 결과와 비교하여, 스위칭 주파수의 2배인 약 4kHz 정도의 주파수 성분이 현저하게 감소되어져 있으며, 또, 약 6kHz, 8kHz, 10kHz 정도에서 소음 성분이 많이 감소되었음을 알 수 있다.
이는 인간이 소음에 대해 가장 고통을 느끼는 1-6kHz에서 종래의 3상 랜덤중앙 배치 펄스폭 변조 방법보다 소음 스펙트럼의 분포가 광대역화 되어져 있음으로써, 소음으로 인한 불쾌감을 해소할 수 있다.
종합하면, 본 발명에 따른 2상 랜덤 중앙 배치 변조 펄스폭 방법은, 전압의 파워 스펙트럼과 유사하게 스위칭 주파수에서의 강한 소음을 제외하면, 전체적으로 이산적인 소음 스펙트럼이 상당히 완화되어져 있음을 알 수 있다.
상기에서 본 발명은 특정 실시예를 예시하여 설명하지만 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명에 대한 다양한 변형, 수정을 용이하게 만들 수 있으며, 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 2상 중앙 정렬된 SVM 펄스를 펄스간 중앙정렬을 유지하면서 펄스의 중앙선을 변조구간에서 랜덤하게 배치한다.
이러한 본 발명의 방식에 의하면 종래의 3상 랜덤 중앙 배치 펄스폭 변조방법에 비해 주파수의 스펙트럼성분을 상대적으로 광대역화함으로써, 모터 전압의 불연속적이고 강한 고조파 성분을 광대역의 연속적인 성분으로 분산시킬 수 있고, 이를 통해 인버터 구동 에너지변환장치의 가청 스위칭 소음을 현저하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 에너지변환장치를 위한 펄스폭변조 방법에 있어서,
    전압지령을 2상의 벡터성분으로 변조하고 이를 시간적으로 재배치하여 펄스의 형태를 완성하는 변조스텝과,
    상기 2상의 펄스를 중앙 정렬하여 배치하는 중앙정렬스텝과,
    상기 2상의 펄스를 중앙 정렬된 상태로 랜덤변위에 따라 이동하여 재배치하는 스텝과,
    상기 랜덤 변위된 중앙 정렬의 2상 펄스를 발생·출력하는 스텝을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지변환장치를 위한 펄스폭변조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변조스텝에서는, 전압지령을 미리 기억된 공간벡터변조 데이터 테이블에 대입하여 벡터성분으로 변조함을 특징으로 하는 에너지변환장치를 위한 펄스폭변조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 중앙정렬스텝에서는, 초기에 2상 펄스를 좌측이나 우측 중 어느 한쪽으로 정렬한 다음, 2상 펄스의 폭으로부터 이들을 중앙 정렬하기 위한 변위값을 구해, 이 구해진 변위값에 따라 2상 펄스를 각각 이동하여 중앙 정렬하는 것임을 특징으로 하는 에너지변환장치를 위한 펄스폭 변조 방법.
KR1020030051384A 2003-07-25 2003-07-25 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법 KR20050012421A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030051384A KR20050012421A (ko) 2003-07-25 2003-07-25 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030051384A KR20050012421A (ko) 2003-07-25 2003-07-25 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050012421A true KR20050012421A (ko) 2005-02-02

Family

ID=37224384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030051384A KR20050012421A (ko) 2003-07-25 2003-07-25 에너지변환장치를 위한 랜덤 중앙 배치 펄스폭변조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20050012421A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101875864B1 (ko) 2017-01-26 2018-08-02 강원대학교산학협력단 옵셋 전압을 이용한 일정 스위칭 주파수의 랜덤 pwm 장치 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101875864B1 (ko) 2017-01-26 2018-08-02 강원대학교산학협력단 옵셋 전압을 이용한 일정 스위칭 주파수의 랜덤 pwm 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5706186A (en) Hybrid pulse width modulation method and apparatus
US7894224B2 (en) Voltage drive system with hysteretic current control and method of operating the same
Rahman et al. Analysis of current controllers for voltage-source inverter
US6023417A (en) Generalized discontinuous pulse width modulator
Blaabjerg et al. Improved modulation techniques for PWM-VSI drives
KR101004627B1 (ko) 전력 전달 시스템 상의 하모닉 효과를 감소시키는 시스템및 그 방법
US7495938B2 (en) DC voltage balance control for three-level NPC power converters with even-order harmonic elimination scheme
US7164254B2 (en) Modulation methods and apparatus for reducing common mode voltages
US7492616B2 (en) Modulation controller, method of controlling and three phase converter system employing the same
EP2214301A1 (en) Power conversion systems and methods for controlling harmonic distortion
EP2395652A2 (en) Systems and methods for reducing AC drive common-mode currents
US5680299A (en) Electric power conversion equipment
EP2784924B1 (en) Ac conversion circuit
Dai et al. A multisampling SVM scheme for current source converters with superior harmonic performance
CN111357185A (zh) 用于多电平转换器的脉冲宽度调制控制
US5956244A (en) Controlling currents in parallel AC/DC converters
JP4929863B2 (ja) 電力変換装置
JP5042512B2 (ja) 電力制御装置
US5132892A (en) PWM controller used in a multiple inverter
JP4690151B2 (ja) 電力変換装置
JP5506619B2 (ja) インバータ装置及び制御方法
Nedic et al. Low-cost current-fed PMSM drive system with sinusoidal input currents
Kim et al. Spreading power spectrum of an induction motor drive system by chaotic pulse width modulation method
Agelidis et al. An optimum modulation strategy for a novel" notch" commutated 3-/spl Phi/PWM inverter
Ammann et al. Investigation of the average switching frequency of direct model predictive control converters

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application