Introduction to Power Electronics by D. W. Hart Chapter 8. …contents.kocw.net/KOCW/document/2015/gachon/shonjingeun/... · 2016. 9. 9. · 0.20 0.10 n = m f 0.60 0.71 0.82 0.92

Electrical Engineering

Power Electronics

1

Introduction to Power Electronics

by D. W. Hart

Chapter 8. Inverters (2)

: Converting AC to DC


Power Electronics

2

Contents

6 Half Bridge Inverter (반브리지 인버터 )

7 Pulse Width Modulation

(펄스폭 변조 출력)

8 PWM 관련 정의와 고려사항

9

10

PWM 고조파

3상 인버터

11 유도전동기의 속도제어


Power Electronics

3

Half Bridge Inverter

(반브리지 인버터 )

사용되는 스위치의 수가 2개로 전브리지의 반이며 열려있는 스위치 양단전압은 부하전압의 2배로 Vdc가 된다. 스위칭시 공백시간이 필요하며, 유도성 부하의 전류를 연속적으로 흐르게 하기 위해 궤환 다이오드가 필요하다.

스위치의 단락 출력전압

S1

S2

-Vdc/2

+Vdc /2


Power Electronics

4

다단계 인버터(multilevel)

-보다 정현파(고조파성분 감쇄)


Power Electronics

5

다단계 인버터(multilevel)

-보다 정현파(고조파성분 감쇄)


Power Electronics

6

Pulse Width Modulation 1

(펄스폭 변조 출력)

부하전류의 THD를 낮추기 위해 사용되는 방법

장점: 고조파 저감용 필터의 크기가 작다. 출력전압의 크기를 제어할 수 있다. 단점: 스위치 제어회로가 복잡해진다. 빈번한 스위칭으로 인해 스위칭 손실이 커진다. 기준신호(변조신호 또는 제어신호, 정현파)와 운송신호(스위칭 주파수를 결정하는 삼각파)가 필요하다.


Power Electronics

7


(펄스폭 변조 출력: 양방향 스위칭)

sine 1 2

sine 3 4

( & )

( & )

tri O dc

tri O dc

v v S S close v V

v v S S close v V

출력에 양의 값과 음의 값의 직류전원 전압이 교대로 나타나므로 양방향 스위칭이라 한다.


Power Electronics

8


(펄스폭 변조 출력: 단방향 스위칭)

스위치쌍(S1,S4)와 (S2,S3)는 상보적이어서 한쌍의 스위치쌍에서 하나가 닫혀있으면 다른 하나는 열려있어야 한다.

sine 1

sine 2

sine 3

sine 4

( )

( )

( )

( )

tri

tri

tri

tri

v v S close

v v S close

v v S close

v v S close


Power Electronics

9


(펄스폭 변조 출력: 단방향 스위칭)

한 쌍의 스위치를 운송주파수로 동작하는 고주파 스위치로 사용하고 다른 한쌍의 스위치를 기준파 주파수로 동작하는 저주파 스위치로 사용하는 것이다.

sine 1

sine 4

sine 2

sine 3

( )

( )

0 ( )

0 ( )

tri

tri

v v S close

v v S close

v S close

v S close

고주파동작

저주파동작


Power Electronics

10

PWM 관련 정의와 고려사항

sine

, ,sine

, m,tri

1

:

1

.

3. :

.

4. :

carrier tri

f

reference

m reference m

a

m carrier

a

a

f fm

f f

V Vm

V V

m V

m

1. 주파수변조비:

2. 크기변조비

만일 이면기본파출력전압의크기 이

에선형적으로비례한다

스위치 전류를양방향으로흘리기위해

궤환다이오드가필요하다

기준전압

.

인버터의제어회로내에서발생시키거나

외부기준전압에서얻어진다


Power Electronics

11

PWM 고조파

1

1

0

1

0 0

0 0 0 0

1

1

( ) sin( )

1( )sin( ) ( )

1sin( ) ( ) ( )sin( ) ( )

cos cos 2cos ( )

k

k

k k k

k k k

O n

n

nk O

dc dc

dc

k k k k

p

n nk

k

v t V n t

V v t n t d t

V n t d t V n t d t

Vn n n

n

V V


Power Electronics

12

양방향 PWM에 대한 주파수 스펙트럼

ma=1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

n = 1

1.00

0.90

0.80

0.70

0.60

0.50

0.40

0.30

0.20

0.10

n = mf

0.60

0.71

0.82

0.92

1.01

1.08

1.15

1.20

1.24

1.27

n = mf ± 2

0.32

0.27

0.22

0.17

0.13

0.09

0.06

0.03

0.02

0.00

Table 8-3. Normalized Fourier Coefficients Vn/Vdc for Bipolar PWM


Power Electronics

13

단방향 PWM에 대한 주파수 스펙트럼


Power Electronics

14

단방향 및 양방향성 전류파형 패턴


Power Electronics

15

3상 인버터 (6 스텝 인버터) 1

,

4cos

6

6 1 1,5,7,11,13...

3 .

dc

n L L

VV n

n

n k

의배수 고조파와짝수고조파는없다


Power Electronics

16

3상 인버터 (6 스텝 인버터) 2

,

8cos

3 6

6 1 1,5,7,11,13...

3 .

dc

n L N

VV n

n

n k

의배수 고조파와짝수고조파는없다


Power Electronics

17

PWM 3상 인버터

1 4

3 6

5 2

2 2

3 3 3

3

3

,

,

,

3

.

.

sin sin2 3

cos si2

A tri A tri

B tri B tri

C tri C tri

f

n n n

n n

n n

V V S on V V S on

V V S on V V S on

V V S on V V S on

m

V A B

n nwhere A V

nB V

를 의배수로취하면

고조파를최소화 할수있다

선간전압의퓨리에계수는다음과같다

n3

n


Power Electronics

18

유도전동기의 속도제어

2,e S r

S

S

sp

유도전동기의 속도제어를 위해서는 입력전원의 주파수를 제어하면 된다.

그러나 속도제어를 위해 주파수만을 바꾸면 공극 임피던스 변화에 따른 공극 자속의 변화로 전동기의 토오크가 변화 하게 된다.

따라서, 전압과 주파수의 비를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. PWM인버터를 사용하면 이러한 제어가 가능해 진다.

V/f = 일정

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