The full range control of the PWM inverter is addressed.
The Space Vector pulse width modulation is used as the industry standard method because of its outstanding characteristics. It is used for the applications adjustable speed AC drives, UPS and FACTS. However, inverter nonlinearities, as well as the modulation method, limit the operating range of the Voltage Source Inverters.
Low voltage operation of inverter is limited by the inverter nonlinearities such as inverter deadtime, semiconductor turn-on voltage drop and pulse dropping. These nonlinear effects can be counterbalanced by the bipolar mode operation of the PWM inverter.
The characteristics of the overmodulations are analyzed in detail using modulation index relation and inverter switching number. In particular, the inverter switching number is the new performance measure introduced in this thesis. It can measure and analysis the overmodulation characteristic more exactly than the modulation index relation. It is shown the equality between the discontinuous modulation by Depenbrock and overmodulation method by Krah in modulation index relation. The equality of the methods enables the freedom of implementations with analog circuitry or digital software.
A new discontinuous modulation method based on the space vector control is proposed and analysed. The proposed technique employs a pulse dropping method and is designed in the time domain. It features a very wide modulation range while maintaining the required waveform qualities and switching numbers in the overmodulation region. Since the modulation method and modulation index equation are simple, the proposed technique can be easily implemented by software and applicable to the overmodulation region in AC motor drives. The performance indices are discussed and the experiments have been performed.
본 논문에서는 광역 속도제어 교류전동기 구동을 위한 새로운 펄스폭 변조 방식에 관하여 다루었다. 속도제어에 있어서 인버터에 의한 제한요인으로 인하여 저속에서의 변조및 과변조의 문제가 발생한다. 전동기의 저속제어의 문제점 중의 하나는 인버터 자체의 비선형 요소에 의한 것이다. 이 영향은 교류전동기의 속도가 감소 할 수록 심각하게 나타나는데, 수치상으로는 사용전압의 수 퍼센트 정도에 달하며, 반도체소자 양단의 도통전압의 영향이 가장 큰 것으로 예상이 된다. 이러한 비선형성은 통상의 보상하는 방법으로는 효과가 없으며 바이폴라 방식의 펄스폭 변조방식으로 해결이 가능하다. 그러나 이 방법은 보편적인 공간벡터 변조방식에 비하여 스위칭 손실이 크므로 교류전동기의 속도가 증가하면 적절한 순간에 공간벡터 변조방식으로 전환하여 사용하여야 한다.
본 논문에서 도입된 스위칭 횟수 라는 평가지수를 사용하여 기존의 과변조 방식을 재해석 하였다. 그리하여 Bolognani 의 과변조방식의 단점을 해석 하였다. 정밀한 분석의 결과 별개의 2가지 과변조 방식인 Depenbrock 의 방법과 Krah 의 방법이 동일함을 해석적으로 증명 하였다.
본 논문에서는 듀티비에 근거한 불연속 방식의 과변조 방식을 제안하였으며 상세히 분석 하였다. 이 과변조 방식을 적용하면 인버터의 스위칭 횟수가 선형적으로 감소한다. 그리고 제안된 단순한 1가지 방법만으로 인버터는 쉽게 포화 상태가 된다. 또한 이 방법은 변조를 위하여 3개의 변수를 사용하기 때문에 기존의 방법에 비하여 보다 더 유연성이 있으며 변조방식이 단순하기 때문에 구현이 쉽다. 그리고 제안된 방법을 사용하여 실험을 수행하여 제안된 방법이 유효함을 입증하였다. 그러나 제안된 방법은 과변조 영역에서 최적의 성능을 나타내지만 선형의 변조영역에서는 높은 고조파 성분으로 인하여 사용하기가 어렵다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 제안된 불연속 함수를 수정하여 출력의 고조파 성분을 줄여야 하는데 좀 더 연구가 필요하다.
