개방 권선 구조의 매입형 영구자석 동기 전동기 구동을 위한 이중 인버터에서의 차동 모드 전압 저감 기법
Differential Mode Voltage Reduction Method of Open-End Winding IPMSM Fed by Dual Inverter
- 주제(키워드) 차동모드전압
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이교범
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032115
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
This thesis presents the differential mode voltage (DMV) reduction method of dual-inverter for open-end winding Interior permanent synchronous motor (OEW-IPMSM). The dual inverter, consisting of dual two-level inverter, can generates higher voltage to stator winding of OEW-IPMSM compared to single inverter. This boosting voltage result in a higher performance at high speed of OEW-IPMSM. Also, the dual inverter can obtain the multi-level effect due to the various voltage vector, and it improve the quality of current. However, since the dual inverter consists of double two-level inverter, the DMV is generated. The DMV can cause the leakage current which is generated by parasitic capacitance, and it result in deterioration of system’s stability. The voltage modulation method of the dual-inverter based on the level-shift had a disadvantage in that the DMV increased significantly compared to the basic scheme. This thesis analyzes the cause of increasing DMV in level-shift method and proposes novel voltage modulation method to reduce DMV. Through analyzing the structure, characteristics, and modeling of the OEW-IPMSM, the voltage equation is analyzed from the voltage applied to the stator winding when driving using a dual-inverter. In addition, the cause and path of the differential mode voltage are fundamentally analyzed by modeling the single inverter and the dual-inverter with IPMSM and OEW-IPMSM as a load. Based on this analysis, we analyze the fundamental cause of differential mode voltage when applying the level-shift technique when driving OEW-IPMSM in dual inverters using theory and simulation, and propose a new voltage modulation technique based on the Level shift technique. The validity of the proposed DMV reduction method for driving OEW-IPMSM is verified through simulation and experimental results.
more초록/요약
본 논문은 개방 권선형 매입형 영구자석 동기전동기(Open-End Winding Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, OEW-IPMSM )구동을 위한 이중 인버터의 Level shift 기반 전압 변조 기법을 제안한다. 기존의 Level shift 기법을 기반으로 하는 이중 인버터의 전압 변조 기법은 차동 모드 전압이 기본 제어 기법에 비해 크게 증가한다는 단점을 가지고 있었다. 본 논문은 이러한 Level shift 기법에서 차동 모드 전압이 기본 전압 변조 기법에 비하여 증가하는 원인을 분석하고 차동 모드 전압을 감소하기 위한 새로운 전압 변조 기법을 제안한다. 이러한 과정에서 매입형 영구자석 동기전동기와 OEW-IPMSM의 구조 및 특성과 모델링을 분석하여 각각 단일 인버터와 이중 인버터를 사용한 구동 시 고정자 권선에 인가되는 전압으로부터 전압 방정식을 분석한다. 또한, 각각의 전동기를 부하로 하는 단일 인버터와 이중 인버터의 모델링과 스위칭 상태에 따른 극전압을 확인하여 근본적으로 차동 모드 전압이 발생하는 원인과 경로를 분석한다. 이러한 분석을 기반으로 이중 인버터에서 OEW-IPMSM을 구동하는 경우, Level shift 기법을 적용할 때 차동 모드 전압이 발생하는 근본적인 원인을 이론과 시뮬레이션을 활용하여 분석하고 이로부터 차동 모드 전압의 발생을 저감할 수 있는 Level shift 기법 기반의 새로운 전압 변조 기법을 제안한다. 제안하는 OEW-IPMSM 구동을 위한 이중 인버터의 차동 모드 전압 저감 전압 변조 기법의 유효성은 시뮬레이션 결과 및 실험 결과를 통해 검증한다.
more목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 6
1.2.1 전동기와 인버터의 특성 및 DMV의 발생 원리 분석 6
1.2.2 OEW-IPMSM 구동을 위한 이중 인버터의 DMV 저감 기법 7
1.3 논문의 구성 8
제 2 장 개방 권선형 전동기 9
2.1 IPMSM의 특징 및 응용 분야 9
2.2 개방 권선 전동기의 구조 및 모델링 12
2.2.1 Y-결선형 IPMSM의 구조 및 모델링 12
2.2.2 개방 권선형 IPMSM의 구조 및 모델링 16
제 3 장 개방 권선형 전동기의 구동을 위한 이중 인버터 18
3.1 2 레벨 인버터의 동작 및 모델링 18
3.2 이중 인버터의 동작 및 모델링 20
3.3 전원 연결 방식에 따른 이중 인버터의 구동 방법 22
3.3.1 플로팅 커패시터를 이용한 이중 인버터 22
3.3.2 공통 전원을 이용한 이중 인버터 24
3.3.3 독립 전원을 이용한 이중 인버터 25
3.4 독립 전원을 사용할 때의 이중 인버터의 합성 전압 벡터 26
3.5 두 개의 독립 전원을 갖는 이중 인버터의 차동 모드 전압 29
3.6 크기가 다른 전원을 이용할 때 이중 인버터의 차동 모드 전압 33
3.7 크기가 같은 전원을 이용할 때 이중 인버터의 차동 모드 전압 43
제 4 장 독립 전원을 사용하는 이중 인버터의 스위칭 기법 49
4.1 독립 전원을 사용하는 경우 일반적인 스위칭 기법 49
4.2 독립 전원을 사용하는 경우 Level shift 기법 기반 스위칭 기법 51
4.3 시뮬레이션 결과 53
4.3.1 스위칭 동작 시뮬레이션 결과 55
4.3.2 단일 및 멀티 캐리어 기반 스위칭 기법의 시뮬레이션 결과 비교 57
제 5 장 제안하는 독립 전원을 사용하는 이중 인버터의 DMV 저감 기법 62
5.1 제안하는 Phase shift 기법을 적용한 DMV 저감 기법 62
5.2 시뮬레이션 결과 65
5.3 실험 결과 71
제 6 장 결론 및 요약 79
제 7 장 참고문헌 81
