본 논문에서는 AFE 정류기의 제어를 위해 제안하는 전원 전압 위상각 제어기 를 활용하여 동기회전좌표계 축으로 변환된 무효전력성분인 축 전압을 항상 0이 되도록 제어하여 실제 위상각과 허상각을 일치시키므로 전원 전압의 왜곡에도 실제 위상각과 오차가 발생하지 않는 위상각 를 구할 수 있어 정류 기 제어의 정확성을 향상시키고, 더불어 전원 출력측의 전압과 전류의 역률을 개선시키는 효과를 얻을 수 있다.
그리고 개선된 전류제어기는 외란 역할을 하는 역기전력 성분과 기준 축이 회 전함에 따라 발생하는 속도기전력의 상호 간섭성분을 제거하기 위한 전향보상 기법을 사용하여 DC link단의 직류 출력파형에 발생하는 리플을 감소시킬 수 있다. 또한 DC link단에서 측정된 직류 출력파형을 실시간으로 지령 전압값과 비교하고, 발생된 오차는 비례적분제어기를 통해 축 전류로 변환 출력하여 직 류 출력 전압을 지령값으로 제어하므로 DFE 정류기에 비해 DC link단에 크기 가 작은 커패시터를 설치해도 출력되는 직류전압의 크기는 지령값과 거의 일치 하는 결과를 얻을 수 있다.
Fig 5.8은 0[V] → 1500[V]의 계단입력 전압지령에 따른 DC link단 직류 출력 전압 파형의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 지령값에 대한 DC link단 출력 전압의 추종성능이 우수하며 정류기의 개선된 전류제어기를 통해서 외란의 역 할을 하는 상호 간섭성분을 제거하여 전향보상 함으로서 출력파형에 리플이 거 의 포함되지 않음을 알 수 있다.
0.5 1 1.5 2
Time (s) 0
500 1000 1500 2000
DC link voltage[V]
Fig 5.8 Simulation response for DC link voltage of proposed AFE rectifier
Fig 5.9는 정상상태에서 부하의 가변에 따른 DC link단 직류 출력전압 파형의 변화를 나타낸 결과이다. 부하의 급격한 변화에도 직류 출력파형이 지령값에 일치함을 보여주며, 정류기의 제어시스템이 안정함을 확인 할 수 있다.
0.5 1 1.5 2
Time (s) 0
500 1000 1500 2000
DC link voltage[V]
Fig 5.9 Simulation response for change of load(100[Ω]→150[Ω]→50[Ω])
Fig 5.10은 제안하는 전원 전압 위상각 제어기를 사용하여 정상상태에서 동기 회전좌표계 축으로 변환된 무효전력성분인 축 전압의 크기를 순간적으로 변화시키는 경우에 축 전압의 값이 0으로 제어되는 응답특성을 알아보기 위한 시뮬레이션 결과이다. (a)는 0.5[sec]에서 임의로 축 전압의 지령값을 1000[V]
로 변화시킬 경우에 축 전압의 값이 다시 0[V]의 값으로 제어되는 시간이 0.01[sec]로 위상각 제어기의 제어성능이 우수함을 알 수 있다. 또한 (b)는 무효 전력성분인 축 전압의 변화에 따른 유효전력성분 축 전압의 크기 변화를 나 타낸 결과이며, 0.5[sec]에서 임의로 축 전압의 지령값이 1000[V]로 변화될 경 우에 축 전압이 정상상태로 유지하는 제어 시간에 맞게 축 전압값도 안정적 으로 제어되는 것을 볼 수 있다.
0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52 Time (s)
0
-500
-1000 500 1000
Eq[V]
(a)
0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52
Time (s) 0
-500
-1000 500 1000
Ed[V]
(b)
Fig 5.10 Simulation response for change of -axis voltage
Fig 5.11은 부하 인덕터의 크기를 변화했을 경우 교류전원측의 전압과 전류의 크기와 위상을 나타낸 시뮬레이션 결과이다. (a)는 부하측의 인덕터 크기를 1000[mH]으로 하였을 경우이고 입력 전압과 전류의 위상이 동위상을 유지하며 역률은 단위역률의 값을 가짐을 알 수 있다. (b)는 부하측의 인덕터를 5000[mH]
으로 하였을 경우이며 입력 전류의 위상이 동위상을 나타내고, 역률은 단위역 률로 출력되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 제안하는 전원 전압 위상각 제어 기법을 사용할 경우에 부하 인덕터의 크기 변화에도 전원 출력측 전압과 전류 는 동위상이 되도록 제어되며 단위역률 값이 출력되는 것을 확인할 수 있다.
1.9 1.91 1.92 1.93 1.94 1.95 Time (s)
0
-500
-1000 500 1000
Ia[A] Ea[V]
(a) Load inductor : 1000[mH]
1.9 1.91 1.92 1.93 1.94 1.95
Time (s) 0
-500
-1000 500 1000
Ia[A] Ea[V]
(b) Load inductor : 5000[mH]
Fig 5.11 Power factor for voltage and current of proposed AFE rectifier
Fig 5.12는 전원 출력측에 포함된 총고조파왜형률의 시뮬레이션 결과로서 그 값이 약 3[%] 정도로 기존 AFE 정류기의 총고조파왜형률의 값보다 향상된 결 과를 보여준다.
0 0.5 1 1.5 2
Time (s) 0
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
THD
Fig 5.12 Total harmonic distortion for proposed AFE rectifier