승압 모드로 동작하는 간접형 매트릭스 컨버터를 이용한 영구자석 동기 전동기 제어
Control for Permanent-Magnet Synchronous Motor Using Indirect Matrix Converter Operating in Boost Mode
- 주제(키워드) 승압 모드 , 간접형 매트릭스 컨버터 , 영구자석 동기 전동기
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이교범
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000029106
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 승압 모드로 동작하는 간접형 매트릭스 컨버터(indirect matrix converter; IMC)를 이용한 영구자석 동기 전동기(permanent-magnet synchronous motor; PMSM) 제어 방법을 제안한다. 승압 모드로 동작하는 IMC는 입력-출력 전압 전달비를 증가시키기 위해 일반적인 IMC와 비교하여 입력과 출력의 전력 흐름 방향을 역으로 변환한 것이며, 이는 역방향 매트릭스 컨버터(reverse matrix converter; RMC)로 불린다. 이러한 RMC는 추가적인 소자나 회로없이 승압 모드로 동작하며, 선형 변조 영역에서 1/0.866의 최소 전압 전달비를 갖는다. 본 논문에서는 RMC의 구조와 변조 방법에 대해 살펴보고, PMSM을 구동하는 RMC의 제어 방법을 제안한다. 우선, RMC의 입력 측에 전압의 크기 및 주파수가 가변하는 발전기가 연결된 경우에 출력 측에 연결된 PMSM을 구동하는 RMC의 제어 방법을 제안한다. 여기서, 발전기의 회전 속도에 따라 RMC의 입력 전압 크기 및 주파수가 가변하는 조건에서도 제안하는 제어 방법을 통해 출력 측 PMSM을 일정 속도로 제어할 수 있다. 또한, 출력 측에 연결된 PMSM을 구동하는 RMC의 직접 전력 제어(direct power control; DPC)를 이용한 제어 방법을 제안한다. 제안하는 제어 방법은 직류단 에너지 저장 소자를 갖지 않는 RMC의 특징을 이용하며, RMC의 전압원 정류단(voltage source rectifier; VSR)에 적용된다. 본 논문에서 제안하는 제어 방법들의 타당성은 시뮬레이션과 실험 결과를 통해 검증한다.
more초록/요약
This paper presents control method for permanent-magnet synchronous motor (PMSM) of indirect matrix converter (IMC) operating in boost mode. The IMC operating in boost mode, which is called a reverse matrix converter (RMC), is that the power-flow directions of the input and output are switched to improve the input-output voltage transfer ratio comparing with the conventional IMC. The RMC operates in boost mode without additional elements or circuits and it has a minimum voltage transfer ratio of 1/0.866 in a linear–modulation region. In this paper, a structure and modulation method for the RMC are presented and the control method of the RMC driving the PMSM is proposed. First, in case the generator having variable voltage magnitude and frequency is connected to the input stage of the RMC, the control method for RMC driving the PMSM, which is connected to the output stage, is proposed. Here, through the proposed control method, the PMSM of the output stage can be controlled to constant speed under variable generator input conditions that the input voltage magnitude and frequency of the RMC are changed depending on the rotating speed of the generator. In addition, this paper presents a control method using the direct power control (DPC) for the RMC driving the PMSM, which is connected to the output stage. The proposed control method is based on the characteristic of the RMC without the DC-link energy storage elements and it is applied to the voltage source rectifier (VSR) of the RMC. In this paper, the effectiveness of the proposed control methods is verified by the simulation and experimental results.
more목차
제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 6
1.3 논문의 구성 8
제 2 장 AC-AC 전력변환 시스템 9
2.1 간접 전력변환 방식 9
2.2 직접 전력변환 방식 12
2.2.1 매트릭스 컨버터의 역사 14
2.2.2 매트릭스 컨버터의 장점과 단점 15
2.2.3 매트릭스 컨버터의 응용분야 16
2.2.4 매트릭스 컨버터의 국내외 연구 동향 17
2.3 직접형 매트릭스 컨버터 19
2.3.1 개요 19
2.3.2 스위칭 상태와 입력-출력 전압 및 전류 23
2.3.3 공간 벡터 변조 방법 26
2.4 간접형 매트릭스 컨버터 29
제 3 장 RMC 의 구조 및 변조 방법 33
3.1 RMC 의 구조 33
3.2 RMC 의 변조 방법 35
3.2.1 CSI 의 변조 방법 35
3.2.2 CSI 의 4-스텝 커뮤테이션 39
3.2.3 VSR 의 변조 방법 41
3.2.4 CSI 와 VSR 의 스위칭 방법 42
3.3 전압 전달비의 고려 43
3.4 RMC 의 승압 원리 44
제 4 장 가변 입력 조건에서 PMSM 제어 방법 48
4.1 발전기 및 PMSM 을 포함하는 RMC 의 회로 구성 48
4.2 제어 목적 49
4.3 VSR 전류의 제어 50
4.4 CSI 전류의 제어 52
4.5 시뮬레이션 결과 54
4.6 실험 결과 62
제 5 장 DPC 를 이용한 PMSM 제어 방법 73
5.1 3 상 전원공급장치 및 PMSM 을 포함하는 RMC 의 회로 구성 73
5.2 제어 목적 74
5.3 CSI 의 벡터 제어 75
5.4 DPC 를 이용한 VSR 의 제어 77
5.5 시뮬레이션 결과 79
5.6 실험 결과 86
제 6 장 결론 및 요약 92
제 7 장 참고문헌 94
