Prof. Byoung-Kuk Lee, Ph.D. Energy Mechatronics Lab ...contents.kocw.net/KOCW/document/2015/sungkyunkwan/leebyeongguk/11.pdf · 전력전자공학 3 / 19 Sungkyunkwan Univ., Energy

Prof. Byoung-Kuk Lee, Ph.D. Energy Mechatronics Lab. School of Information and Communication Eng. Sungkyunkwan University Tel: +82-31-299-4581 Fax: +82-31-299-4612 http://seml.skku.ac.kr EML: [email protected]

-삼상 풀브리지 인버터 (I)-

전력전자공학

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Sungkyunkwan Univ., Energy Mechatronics Lab.

Basic Concept of Six Step Inverter (I)

3ph Inverter

Three Phase 인버터

• 구성 : arm 3개

스위치 6개

부하 3개

• 출력 가능한 Switching vector

000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111

2^3= 8개

000, 111 : zero vector

VDC

a iDC

+_

O

VDC

2

부하 io

+_

vo+ _

S4 = S1

VDC

2S1

S2 = S3

S3

vav

b

b

+_

+_ VDC

2OVDC

VDC

2

부하

vo +_

a

b

c

Sa

io

is1

is2

S1

S2

VDC

iDC

+_

O

VDC

2+_ S4

= S1

VDC

2

b 상

S6

= S3

S1 S3 S5

S2

= S5

c 상a 상

3상 부하

va

v

b

vc

vab

vbc

vca

ia

ib

icvn

Z

Z

Z

전력전자공학

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Basic Concept of Six Step Inverter (II)

( , , ,2 2

) 출력상전압 DC DCa b c

V Vv v v

0( , , ) , ,출력선간전압 ab bc ca DC DCv v v V V

2 1 1 2( , , , , 0 , ,

3 3 3 3부하상전압 )an bn cn DC DC DC DCv v v V V V V

( ) ( ) 3

1( )

3

ao an no

bo bn no

co cn no

ao bo co an bn cn no

no ao bo co

Offset voltage

V V V

V V V

V V V

V V V V V V V

V V V V

Operation Principle

+_

O

VDC

2

3상 부하

+_

+

_

Sa

VDC

2

iDC

Sbn

N

P

va

v

b

vc

vab

vbc

vcaa

b

c

ia

ib

ic

Sc

van

vbn

vcn +

_+

_

a상 b상 c상

전력전자공학

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Basic Concept of Six Step Inverter (III)

• o점을 기준으로한 n점의 전위는 3상 부하의 연결상태에 따라 -VDC/6, +VDC/6, +VDC/2,

-VDC/2 가운데 하나로 나타남

Operation Principle

n

+_

+_ VDC

2

O

VDC

2

N

P

VDC23

VDC13

+

_

+

_

Z

ZZ +_

+_ VDC

2

O

VDC

2

N

P

VDC23

+

_

VDC13

+

_n

Z

ZZ

n+_

+_ VDC

2

O

VDC

2

N

PZ Z Z

n

+_

+_ VDC

2

O

VDC

2

N

P

Z Z Z

+_

O

VDC

2

3상 부하

+_

+

_

Sa

VDC

2

iDC

Sbn

N

P

va

v

b

vc

vab

vbc

vcaa

b

c

ia

ib

ic

Sc

van

vbn

vcn +

_+

_

a상 b상 c상

전력전자공학

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Operation Mode of Six Step Inverter (I)

Operation Principle

출력상전압 출력선간전압 부하상전압

va vb vc vab vbc vca van vbn vcn

+ + + 0 0 0 0 0 0

- + + -- 0 ++ -- + +

+ - + ++ -- 0 + -- +

+ + - 0 ++ -- + + --

- - + ++ -- ++ - - ++

+ - - -- 0 -- ++ - -

- + - 0 ++ 0 - ++ -

- - - 0 0 0 0 0 0

(+) = VDC / 2 (++) = VDC (++) = 2VDC / 3

(-) = -VDC / 2 (--) = -VDC (--) = -2VDC / 3

(0) = 0 (+) = VDC / 3

(-) = -VDC / 3

(0) = 0

전력전자공학

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Operation Mode of Six Step Inverter (II)

Operation Principle

• 각 상의 스위칭 패턴에 동작

모드 결정

V1

V2V3

V4

V5 V6

V7V0

q

d2

3_

VDC VDC1

3VDC

2

3

1

3_

VDC

33

_VDC

VDC33

0, as

bs

cs

(1,0,0)

(1,1,0)

(0,1,0)

(0,1,1)

(0,0,1) (1,0,1)

(0,0,0)(1,1,1)

전력전자공학

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Operation Mode of Six Step Inverter (III)

n

a

c

b

(0,0,0) (1,1,1)

Operation Principle

• 두 가지 모드는 부하에 에너지를 전달 하지 못함

전력전자공학

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Operation Mode & Induced Magnetic Field (I)

(1,0,0) (1,1,0)

C+

A+

A-

B+

B- C-

C+

A+

A-

B+

B- C-

Operation Principle • 모터의 경우 동작모드에 따라

자계 형성에 따라 모터의

회전방향 결정 가능

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Operation Mode & Induced Magnetic Field (II)

(0,1,0) (0,1,1)

C+

A+

A-

B+

B- C-

C+

A+

A-

B+

B- C-

Operation Principle

전력전자공학

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Operation Mode & Induced Magnetic Field (III)

(0,0,1) (1,0,1)

C+

A+

A-

B+

B- C-

C+

A+

A-

B+

B- C-

Operation Principle

전력전자공학

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Waveforms of Six Step Inverter (I)

S1 S2 S3 S4 S5 S6

• 60도 씩 순차적으로 Turn-on

• 180도 도통

• 120도 위상 Shift

0

t

0

t

S1

0

t

1

S3

0

t1

0

t1S5

Sab

Sa

San

12_

12

1

-1

2

3

3

0

t

23 1

3

13_

23_

3

3

Operation Principle

전력전자공학

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Waveforms of Six Step Inverter (II)

출력 상전압 :

출력 선간전압 :

t

t

t

180

60

180

120

0

va

VDC1

2

1

2_

VDC

Q1

Q4

0

0

vb

vc

Q1

Q6

Q3

Q6

Q2

Q5

Q2

Q5

VDC1

2

1

2_

VDC

VDC1

2

1

2_

VDC

t

t

t

120

120

60 60

0

0

0

vab

vbc

vca

VDC

- VDC

VDC

- VDC

VDC

- VDC

Operation Principle

전력전자공학

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Characteristics of Six Step Inverter

부하 상전압과 상전 :

부하 중성점의 전압 :

제어특성:

• 기본파의 크기-제어불가

• 기본파의 주파수-제어가능

• 고조파 성분-제어불가

6-스텝 제어는 3상 인버터로 얻을 수 있는 최대전압을 출력으로 발생

출력 선간전압은 6k±1 (k=정수) 차수의 고조파 성분만을 포함

t

60

2

3_

VDC

VDC1

3

VDC2

3

1

3_

VDC

0

van

ia

t

60

0

vn

1

6_

VDC

VDC1

6

Operation Principle

전력전자공학

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Basic Concept of SPWM Inverter (I)

회로구성 : 동작파형 :

• 부하의 역률은 출력의 한주기 가운데 각 의 다이오드가 도통하는 구간의

크기를 결정

+_

O

VDC

2

iDC

+_

a 상 b 상

VDC

2 Q1

Q4

D1

D4

va

Q3

Q6

D3

D6

vc

Q5

Q2

D5

D2

vb

ia ib ic

c 상t

0

va

0t

3

23

_ VDC

VDC12

VDC13

VDC23

12

_ VDC

13

_ VDC

van

0t

ia

vanf

D1 Q1 Q4D4 D1 Q1

2 Io

Q1

Q4

Q1

Operation Principle

전력전자공학

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Basic Concept of SPWM Inverter (II)

상 인버터와 해석 동

기준파A – 반송파

기준파B – 반송파

기준파C – 반송파

A-pole 전압 : Vao

B-pole 전압 : Vbo

C-pole 전압 : Vco

Vao – Vbo = Vab

Vbo – Vco = Vbc

Vco – Vao = Vca

Van = Vao – Vno

Vbn = Vbo – Vno

Vcn = Vco – Vno

t

t

t

t

12

_ VDC

VDC12

vc vra

VDC

- VDC

1

0.5

-1

0

- 0.5

0

0

0

0

12

_ VDC

VDC12

vrb vrc

ma = 0.8

mf = 15

ma

t

va

vb

vab = va - vb

van

기본파

(a)

(b)

(c)

(d)

23

_ VDC

VDC13

VDC23

13

_ VDC

Operation Principle

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Simulation (I)

Parameter Value

입력 전압 380 V

ma 0.8

Carrier Frequency

1kHz

Load 10 ohm

제어 Open Loop

Simulation Scheme

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Simulation (II)

Simulation Results

출력

선간전압

부하 상전압

출력

상전압

출력

상전압

기준파 &

반송파

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Characteristic of SPWM Inverter (I)

선형변조시 기본파의 실효값

• 출력상전압:

• 출력선간전압:

• 부하상전압:

(1)

1

22

DCPO a

VV m

(1) (1)

33

2 2LL PO DC aV V V m

(1) (1) (1)

1

3PN LL POV V V

(1),max

30.612

2 2LL DC DCV V V

(1),maxLLV : 6-스텝 제어될 때 얻는 출력 선간전압 실효값의 78.6% 밖에 안됨

전압 이용률 낮음

Analysis

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Characteristic of SPWM Inverter (II)

3상 인버터의 동작영역과 출력선간전압의 실효값

Fundamental Component

10

ma

( , mf = 15 때)

2 3 403.24

6-스텝제어과변조

선형변조

VDC

VLL(1)

32 2

= 0.78

= 0.612

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