Adjustable speed control system of induction motor requires balanced three phase AC voltage source with both adjustable frequency and magnitude. Practically this can be implemented with power switching devices and PWM technology: so called inverter system.
The three-level inverter is attractive over serial connection of devices and transformer coupling of conventional two-level inverters when high voltage/ high power inverter comes. The advantages includes good harmonic contents, switching frequency doubling and high voltage capability.
No matter what PWM method is used, it must not allow to generate the narrow pulses under some hundred microseconds specified by manufactures. Otherwise it may result in the destruction of GTO device by hot spotting. Even though many PWM strategies have been proposed so far, there is few studies on composing optimal PWM map with existing PWM methods. However, ample care must be paid in composing PWM map because good harmonic performance must be drew in spite of low switching frequency of switching devices like GTO in high power system. Each PWM technique has both advantages and disadvantages according to regions they used. Thus proper choice becomes important in PWM map design.
In this thesis, the mechanism of generating undesirable narrow pulses in conventional space vector PWM is revealed which using nearest three voltage vector close to command vector. Then, suggests two new space vector PWM method using non-nearest three and four vectors in low modulation index region to avoid such a narrow pulse problem.
Comparative studies between elimination and optimal PWM strategy are given. Discussions on considerations to be paid in construction of PWM map are also given. An efficient and optimal PWM map for 1MVA rated GTO inverter for induction motor drive is suggested based on the comparative studies. The PWM map adapt space vector PWM suggested in this thesis, harmonic elimination and optimal PWM strategy in low, medium and high modulation index region, respectively. The PWM map was implemented using digital signal processor, and experimental results are obtained using 10KVA prototype. Experimental result shows smooth gear changings.
유동전동기를 가변속 제어하기 위해서는 가변전압 및 가변주파수의 평형된 3상 교류전원을 필요로 한다. 실제적으로 이러한 장치는 전력스위치와 펄스폭 변조기법(PWM, Pulse Width Modulation)에 의하여 실현가능하며 이를 인버터(Inverter)라 부른다. 3단인버터(Three-level Inverter)는 고압 및 대용량이 요구되는 경우 스위치를 직렬로 연결하여 사용하거나 기존의 2단인버터(Two-level Inverter)의 출력단을 드랜스포머로 연결 하는 방법에 비하여 많은 장점을 가지고 있다. 그 장점으로는 좋은 고조파특성, 스위칭 주파수의 증가 및 고압에의 대응성을 들 수 있다. 어느 펄스폭 변조방법을 사용하든 제조회사에서 규정하는 수백 마이크로초 이하의 펄스를 허용해서는 않된다. 그렇지 않을 경우 스위칭 시 부분 가열에 의하여 GTO(Gate Turn Off Thyrister)의 파괴에 이르게 할 수도 있기 때문이다. 비록 현재까지 펄스폭 변조에 관한 연구들은 많이 수행되어 왔지만 이러한 개개의 펄스폭 변조방법을 사용한 효과적이고 효율적인 펄스폭 변조도(PWM Map)의 구성에 대해서는 연구가 등한시 되었었다. 그러나, 대용량에서는 스위칭 주파수가 낮은 GTO등을 이용하면서도 좋은 고주파특성을 얻기 위해서는 펄스폭 변조도를 설계할 때 세심한 주의가 요구된다. 각각의 펄스폭 변조 방식은 그것이 쓰이는 영역에 따라 단점과 장점들을 동시에 가지고 있다. 따라서 펄스폭 변조도를 설계할때는 적당한 선택이 중요해 진다. 본 논문에서는 지령전압벡터에 가장 가까운 전압벡터를 사용하는 기존 공간벡터 펄스폭 변조방식에서 좁은 펄스폭 발생의 원인을 분석했다. 또한 낮은 변조영역에서 사용가능하고 좁은 펄스폭문제를 발생하지 않으며 지령전압벡터으로 부터 다소 먼 셋 또는 네개의 벡터를 사용하는 새로운 공간벡터 펄스폭 변조방식을 제안했다. 기존의 고조파 제거방식(Harmonic Elimination PWM)과 최소손실 펄스폭 변조방식(Optimal PWM)의 비교연구가 행하여 졌으며, 펄스폭 변조도를 구성할 때 고려되어야 할 사항들에 관한 논의도 행하여졌다. 이러한 비교 연구를 통하여 1MVA급 GTO 인버터를 위한 효과적이고 효율적인 펄스폭 변조도를 제안했다. 이 펄스폭 변조도는 본 논문에서 제안한 공간벡터 펄스폭 변조방식, 고조파 제거방식 및 최소손실 펄스폭 변조방식을 각각 낮은 변조영역, 중간 변조영역 및 높은 변조영역에 사용하여 구성되었다. 제안된 펄스폭 변조ae뎬ⓟ 디지탈 신호용 마이크로프로세서를 사용하여 실현되었으며 10KVA의 실험용 인버터를 사용한 실험에서 만족할만한 성능을 보였다.
