In this dissertation, a dynamic modeling and an improved current control strategy for quantum series resonant inverter (QSRI) are newly proposed to overcome the disadvantages of conventional QSRI, and then this scheme is applied to DC motor drive.
Firstly, the detailed analysis for the internal characteristics of a QSRI is presented to guarantee the four quadrant operation of output voltage and current. Using this analysis, an optimal predictive current control technique is developed. The usefulness of the proposed modeling and control techniques are verified by the computer simulations and experiments.
Next, a proposed current controlled QSRI is applied to a servo amplifier for a DC motor drive. This system generates a resonant current in a series link and switching is occurred at zero crossing instants of the resonant current, so that the switching loss and electromagnetic interference (EMI) can be effectively reduced. Motor current and speed controller considering the dynamics of current controlled QSRI are designed and the overall characteristics of the system are investigated by the computer simulations and the experiments.
Finally, the porposed technique and full bridge topology are extended to a single phase AC to AC converter without input filter.
The proposed techniques are expected to be widely applicable to the other types of resonant link power conversion schemes.
최근 수 년간 빠른 속도의 디바이스를 사용한 공진 결합형 전력 변환 장치에 대한 연구가 있어왔다. 그중에서 무정전 전원 장치를 위한 영 전류 스위칭을하는 적분주기 모드를 가지는 직렬 공진형 인버터가 소개되었다. 이와 같은 영 전류 스위칭을하는 공진형 전력변환기들은 거의 영 스위칭 손실, 출력 필터 크기의 소형화, 저 전자기 간섭 수준등의 바람직한 특성을 제공한다. 그러나 고정된 적분제어 주기때문에 양자화된 출력 전압과 큰 전류 리플이 생긴다. 따라서 본 논문에서는 비주기 적분 모드를 가지는 직렬 공진형 인버터를 소개하고 동적 모델링 및 개선된 전류제어 기법들이 제시되었다. 희생 모드를 사용함으로써 출력 전압과 전류의 4상한 동작을 작은 전류 맥동과 빠른 과도응답 특성과 함께 얻을 수 있었다. 시뮬레이션과 실험을 통하여 제시된 모델링 및 최적 예측 전류제어 기법의 유용성을 다른 제어기법들과 상호 비교 검토되었다.
다음으로, 제안된 퀀텀 직렬 공진형 인버터는 출력측의 전압과 전류의 4상한 동작을하는 시스템이므로 직류 전동기 구동회로에의 응용을하였다. 퀀텀 직렬 공진형 인버터와 직류 전동기를 포함한 이산 시간 영역에서의 동적 모델링을하였으며, 직류 전동기의 전류 제어와 속도제어를 기존의 제어 기법을 사용하여 시뮬레이션과 실험을하였다. 이와같은 시뮬레이션과 실험 결과로 동적 모델링의 유용성을 보였으며, 직류 전동기 구동회로에 퀀텀 직렬 공진형 인버터와 같은 공진 결합형 전력변환 장치의 적용이 가능함을 보였다.
마지막으로, 퀀텀 직렬 공진형 인버터는 다방면으로 응용이 용이한 시스템이므로 직류 입력을 교류 입력으로 바꾸어, 매우 큰 부피를 차지하는 입력 필터없이 동작하는 공진형 교류에서 교류 변환 장치를 소개하였다. 여기서도 위와 유사한 방법으로 동적 모델링을하였으며 몇가지 시스템 응답을 시뮬레이션을 통하여 보였으며, 전류 기울기에 대한 분석을하였다.
