3상 PWM인버터 설계(Matlab 시뮬링크)

소개글

3상 PWM인버터 설계(Matlab 시뮬링크)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 3상인버터 원리
2.PWM이론 / 시뮬레이션
3.인버터 설계 / 시뮬레이션
4.회로해석(매트랩)

본문내용

가 용이하므로 고속전철용 전원장치에 널리 활용
IGBT 단면도
IGBT 등가회로
※ 3상인버터의 정현파 PWM 제어는 일정한 직류 입력전압 로부터 크기와 주파수가 가변될 수 있는 평형 3상의 제어 출력전압을 얻을 경우 가장 널리 사용되는 출력전압 제어방식
PWM이론 / 시뮬레이션

□ 구형파 전압의 퓨리에 급수전개 및 수식이해
※ 인버터 해석을 하려면 출력전압과 부하전류를 푸리에 급수로 나타내면 좋다
출력에 직류성분이 없을 경우
출력전압, 부하전류
부하에서 소모되는 전력 =
=푸리에 급수에서 각 성분의 실효값 전류
= n차 고조파에서의 부하임피던스
부하전력에서 소모하는 전력
= 푸리에 급수의 각 주파수에서의 전력의 합
P = 부하저항에서 소모되는 총 전력
구형파 경우, 푸리에 급수로 전개하면 홀수차 고조파만 존재
□ PWM 파형 발생원리 이해
○ PWM이란?
- Pulse Width Modulation (펄스폭 변조)의 약칭으로 평활된 직류전압의 크기는 변화시키지 않고 펄스상의 전압의 출력시간을 변화시켜 등가인 전압을 변화시킨다.
- 인버터 출력파형의 반 주기내의 펄스를 여러 개로 분할하여 개개의 펄스 폭을 제어 하는 것에 의해 출력 전압의 제어와 파형개선(저차 고조파 저감)을 하는 제어 방법이다.
- 스위치의 기본이 되는 캐리어파(반송파)의 펄스 폭을 출력파형의 기본파 성분에 상당하는 신호로 변조하는 것으로써 PWM이라 한다.
○ PWM 발생원리
- PWM 제어는 컨버터부에서 Diode Module을 이용하여 AC전압을 DC전압으로 정류시켜 콘덴서로 평활시킨 다음 인버터부에서 직류전압을 Chopping하여 펄스폭을 변화시켜서 인버터 출력전압을 변화시키며 동시에 주파수를 제어하는 방식이다.
- PWM 펄스 변조
는 일정한 주파수로 유지한 상태에서 의 신호의 진폭 및 주기를 가변시켜 펄스의 폭을 가변함으로, 인버터의 출력전압과 주파수를 동시에 제어하는 방식
- 동기식 PWM 제어
스위칭을 하는 캐리어파의 주파수 Ws와 목표 출력 주파수에 상당하는 신호파의 각 주파수 W0을 동기 시키지 않고 변조하는 방법이다. 따라서 신호파의 반주기 내에 포함하는 캐리어파의 펄스 수는 일정하지 않다. 캐리어파의 각 주파수는 일정하게 유지하는 것이 보통이나 운전 상태에 따라 제어 시키기도 한다.
PWM파형 발생은 비교기에서 신호파 e0와 캐리어파 es를 비교하여 진폭의 대소에 따라서 출력 상태를 결정한다.
e0≥es 일 때 Q1(Q4)가 턴 온에서 Va(Vab) = +Vdc
es≥e0 일 때 Q2(Q3)가 턴 온에서 Va(Vab) = -Vdc 이고 Q1과 Q3 또는 Q2과 Q4의 턴온 시는 부하를 단락한 형태로 되어 출력에 0전압의 구간을 얻을 수 있다. 신호파로써 정현파 대신에 직류의 가변 전압을 주어 직류전동기를 제어하는 방법이 서보 드라이브등에서 채용되고 있으나 이것도 비 동기식 단상 PWM인버터의 특수한 형태로 해석할 수 있다.
□ PWM 발생 응용 : 단상 인버터 적용 시뮬레이션
○ 3상 PWW 인버터 기본회로
○ DC/AC Full Bridge Single-Phase PWM Inverter(Matlab 시뮬링크) 활용
Matlab 시뮬링크(Single-Phase PWM Inverter)
입력전압 : DC 400v
스위칭 주파수 : 60㎐
부하조건 : 1Ω, 5mH
인버터 설계/시뮬레이션

□ DC/AC Full Bridge 3-Phase PWM Inverter
○ 설계 1(기본설계)
- 타 소자에 비해 스위칭 속도가 빠른 IGBT(6개)를 활용한 Full Bridge형 3상 PWM 인버터
- 정확한 부하 전류값을 측정하기 Display 사용
- 입력전압 : 200v
- 스위칭 주파수 : 60㎐
- 듀티비 : 0.8
- 부하조건
R : 1Ω
L : 2mH
- 시뮬레이션(인버터 모델링)
3상 구현 / Duty 설정 / 입력주파수 설정
○ 설계 2
- 타 소자에 비해 스위칭 속도가 빠른 IGBT(6개)를 활용한 Full Bridge형 3상 PWM 인버터
- 정확한 부하 전류값을 측정하기 Display 사용
- 입력전압 : 200v
- 스위칭 주파수 : 60㎐
- 듀티비 : 0.6
- 부하조건
R : 1Ω
L : 2mH
- 시뮬레이션(인버터 모델링)
○ 설계 3
- 타 소자에 비해 스위칭 속도가 빠른 IGBT(6개)를 활용한 Full Bridge형 3상 PWM 인버터
- 정확한 부하 전류값을 측정하기 Display 사용
- 입력전압 : 200v
- 스위칭 주파수 : 50㎐
- 듀티비 : 0.8
- 부하조건
R : 1Ω
L : 2mH
- 시뮬레이션(인버터 모델링)
□ R-L부하 Six Step 인버터
○ 목표 출력전압 : AC 200V
○ 설계 4 : 스위칭 소자를 사용하지 않는 3상 인버터(DC & AC Motor제어 책 참고)
- 정확한 출력 전압값을 측정하기 Display 사용
- 입력전압 : 300v
- 스위칭 주파수 : 60㎐
- 듀티비 : 0.8
- 부하조건
R : 1Ω
L : 1mH
○ 시뮬레이션(인버터 모델링)
- Swtching Function 블록
- Inverter 블록
- R-L Load 블록
- Inverter Current 블록
회로 해석

□ DC/AC Full Bridge 3-Phase PWM Inverter
○ 설계 1(스위칭 주파수 : 60㎑, Duty비 : 0.8)
출력 전압값 : 94.11V
부하 전류 / 출력 전압 그래프
부하 전류 / 출력 전압 그래프
○ 설계 2(스위칭 주파수 : 60㎑, Duty비 : 0.6)
출력 전압값 : 69.37V
부하 전류 / 출력 전압 그래프
ㅊ
부하 전류 / 출력 전압 그래프
○ 설계 3(스위칭 주파수 : 50㎑, Duty비 : 0.8)
출력 전압값 : 100.4V
부하 전류 / 출력 전압 그래프
ㅊ
부하 전류 / 출력 전압 그래프
□ 결 론
- PWM 인버터는 주파수와 Duty비를 조절하여 원하는 출력 전압값을 얻을 수 있다.
- 3상 PWM 인버터는 단상 PWM과 달리 일정한 직류 입력전압 로부터 크기와 주파수가 가변될 수 있는 평형 3상의 제어 출력전압을 얻을 수 있다.

키워드

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