Prof. Byoung-Kuk Lee, Ph.D. Energy Mechatronics Lab. School of Information and Communication Eng. Sungkyunkwan University - 삼상 풀브리지 인버터 (I)-

Prof. Byoung-Kuk Lee, Ph.D.

Energy Mechatronics Lab.

School of Information and Communication Eng.

Sungkyunkwan University

Tel: +82-31-299-4581 Fax: +82-31-299-4612 http://seml.skku.ac.kr EML: bkleeskku@skku.edu

Basic Concept of Six Step Inverter (I)

 3ph Inverter



•

 스위치 6개

 부하 3개

•

 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111

 2^3= 8개

 000, 111 : zero vector

VDC

a iDC

+_

O VDC

2

부하 io

+_

vo

+ _

S4= S1

VDC

2 S1

S2 = S3

S3

va v

b

b

+_

+_ ^VDC O 2

VDC

VDC

2

부하 vo + _

a

b c Sa

io

is1

is2

S1

S2

V_DC i_DC

+_

O VDC

2 +_ S4

= S1

VDC

2

b 상

S6

= S3

S1 S3 S5

S2

= S5

c 상 a 상

3상 부하 v_a

v

b

v_c

v_ab v_bc

vca

i_a

i_b

ic

vn

Z Z Z

Basic Concept of Six Step Inverter (II)

( , , ,

2 2

)

출력상전압 _{a b c} V^DC V^DC

v v v  

   

 





(출력선간전압 v_ab, v_bc, v_ca )  V_DC , , V_DC

2 1 1 2

( , , , , 0 , ,

3 3 3 3

부하상전압v_an v_bn v_cn)   V_DC V_DC  V_DC  V_DC

 

( ) ( ) 3

1 ( )

3

ao an no

bo bn no

co cn no

ao bo co an bn cn no

no ao bo co

Offset voltage

V V V

V V V

V V V

V V V V V V V

V V V V

 

 

  

     

   

 Operation Principle

+_

O

VDC

2

3상 부하

+_

+ _ S_a

V_DC 2

iDC

S_b n

N P

v_a

v

b

v_c

vab

vbc

v_ca a

b

c ia

i_b

i_c Sc

van

v_bn

vcn + + _

_

a상 b상 c상

Basic Concept of Six Step Inverter (III)

• o점을 기준으로한 n

 Operation Principle

n +_

+_

2 O

VDC

2

N P V

23

V

1 3

+ _ +

_ Z

Z Z +_

+_

2 O

V_DC 2

N P

V

23

+ _ V

13

+ _ n

Z

Z Z

+_ n +_

2 O

V_DC 2

N Z Z Z P

n +_

+_

2 O

V_DC 2

N P

Z Z Z

+_

O

VDC

2

3상 부하

+_

+ _ Sa

VDC

2

iDC

Sb n

N P

va

v

b

vc

v_ab vbc

vca

a

b

c ia

ib

ic

S_c

van

vbn

vcn+ + _

_

a상 b상 c상

Operation Mode of Six Step Inverter (I)

 Operation Principle

출력상전압 출력선간전압 부하상전압

v_a v_b v_c v_ab v_bc v_ca v_an v_bn v_cn

+ + + 0 0 0 0 0 0

- + + -- 0 ++ -- + +

+ - + ++ -- 0 + -- +

+ + - 0 ++ -- + + --

- - + ++ -- ++ - - ++

+ - - -- 0 -- ++ - -

- + - 0 ++ 0 - ++ -

- - - 0 0 0 0 0 0

(+) = VDC / 2 (++) = VDC (++) = 2VDC / 3 (-) = -VDC / 2 (--) = -VDC (--) = -2VDC / 3

(0) = 0 (+) = VDC / 3 (-) = -V_DC / 3 (0) = 0

Operation Mode of Six Step Inverter (II)

 Operation Principle

• 각 상의 스위칭 패턴에 동작 모드 결정

V1

V2

V3

V4

V5 V6

V7

V0

q

2 d 3

_ VDC VDC

1

3 VDC

2 3 1

3 _ VDC

3 3 _ VDC

VDC

3 3

0

, as

bs

cs

(1,0,0) (1,1,0)

(0,1,0)

(0,1,1)

(0,0,1) (1,0,1)

(0,0,0)

(1,1,1)

Operation Mode of Six Step Inverter (III)

n a

c b

(0,0,0) (1,1,1)

 Operation Principle

• 두 가지 모드는 부하에 에너지를 전달 하지 못함

Operation Mode & Induced Magnetic Field (I)

(1,0,0) (1,1,0)

C+

A+

A-

B+

B- C-

C+

A+

A-

B+

B- C-

 Operation Principle

자계 형성에 따라 모터의 회전방향 결정 가능

Operation Mode & Induced Magnetic Field (II)

(0,1,0) (0,1,1)

C+

A+

A-

B+

B- C-

C+

A+

A-

B+

B- C-

 Operation Principle

Operation Mode & Induced Magnetic Field (III)

(0,0,1) (1,0,1)

C+

A+

A-

B+

B- C-

C+

A+

A-

B+

B- C-

 Operation Principle

Waveforms of Six Step Inverter (I)

 S1  S2  S3  S4  S5  S6

• 60도 씩 순차적으로 Turn-on

• 180도 도통

• 120도 위상 Shift

 

0

t



0

  

t S1

 

0 t



1

S₃

0   

t 1

0   

t S5 1

Sab

Sa

San

1 2

_

1 2

1

-1

2 3 

 3

0 





t 2

3 1

3

1 3 2 _

3

 _ 3

 3

 Operation Principle

Waveforms of Six Step Inverter (II)

 출력 상전압 :

 출력 선간전압 :

t

t

t 180^

60^

180^

120^ 0

va

VDC

1 2 1

2 _ VDC

Q1

Q4

0

0 vb

vc

Q1

Q6

Q3

Q6

Q2

Q5

Q2

Q5

VDC

1 2 1

2 _ VDC

VDC

1 2

1 2 _ VDC

t

t

t 120^

120^

60^ 60^

0

0

0 vab

vbc

vca

VDC

- VDC

VDC

- VDC

VDC

- V

 Operation Principle

Characteristics of Six Step Inverter

 부하 상전압과 상전 :

 부하 중성점의 전압 :

 제어특성:

•

•

•

 6-스텝 제어는 3상 인버터로 얻을 수 있는 최대전압을 출력으로 발생

 출력 선간전압은 6k±1 (k=정수) 차수의 고조파 성분만을 포함

t 60^

2 3 _ VDC

VDC

1 3

VDC

2 3

1 3 _ VDC

0 van

ia

t 60^

0 vn

1 6 _ VDC

VDC

1 6

 Operation Principle

Basic Concept of SPWM Inverter (I)

 회로구성 :  동작파형 :

• 부하의 역률은 출력의 한주기 가운데 각 의 다이오드가 도통하는 구간의

+_

O

VDC

2 iDC

+_

a 상 b 상

V_DC

2 Q1

Q4

D1

D4

va

Q3

Q6

D3

D6

vc

Q5

Q2

D5

D2

vb

ia ib ic

c 상 0 t

va

0 t

3

23 _ VDC

VDC

12

VDC

31 VDC

32

21 _ VDC

13 _ VDC

van

0 t

ia

vanf

D1 Q1 D4 Q4 D1 Q1

2 Io

Q1

Q4

Q1

 Operation Principle

Basic Concept of SPWM Inverter (II)

 상 인버터와 해석 동

 기준파A – 반송파

 기준파B – 반송파

 기준파C – 반송파

 A-pole 전압 : Vao

 B-pole 전압 : Vbo

 C-pole 전압 : Vco

 Vao – Vbo = Vab

 Vbo – Vco = Vbc

 Vco – Vao = Vca

 Van = Vao – Vno

 Vbn = Vbo – Vno

 Vcn = Vco – Vno

t

t

t

t 12

_ VDC

VDC 12

vc vra

VDC

- VDC

1 0.5

-1 0 - 0.5

0

0

0

0 21 _ VDC

VDC 12

vrb vrc

ma =

0.8 mf = 15

ma

t

va

vb

vab = va- vb

van

기본파 (a)

(b)

(c)

23 _ VDC

VDC 1 3

VDC 23

13 _ VDC

 Operation Principle

Simulation (I)

Parameter Value

Frequency 1kHz Load 10 ohm

제어 Open Loop

 Simulation Scheme

Simulation (II)

 Simulation Results

선간전압 출력

상전압 부하 상전압 출력

상전압 출력 기준파 &

반송파

Characteristic of SPWM Inverter (I)

 선형변조시 기본파의 실효값

• 출력상전압:

• 출력선간전압:

• 부하상전압:

(1)

1 2 2

DC

PO a

V   V m

(1) (1)

3 3

LL PO

2 2

V  V  V m

(1) (1) (1)

1

PN

3

V  V  V

(1),max

3 0.612

LL

2 2

V  V  V

(1),max

VLL

 : 6-스텝 제어될 때 얻는 출력 선간전압 실효값의 78.6% 밖에 안됨

 Analysis

Characteristic of SPWM Inverter (II)

 3상 인버터의 동작영역과 출력선간전압의 실효값

 Fundamental Component

0 1

( , mf = 15 때)

2 3 4

0 3.24

6-스텝제어 과변조

선형변조

V_LL(1)

3 2 2 = 0.78

= 0.612

