빠른 동특성을 갖는 3상 PWM 컨버터의 전압 및 전류제어기에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 3상 PWM 컨버터의 제어 대상인 출력전압과 입력전류의 안정적인 제어를 위한 기법을 제안하였다.
첫 번째로, 대용량 전원장치의 정류기는 입력전류의 고조파를 줄이기 위해, 입력 전류 제어 기능을 갖는 3상 PWM 컨버터의 적용이 확대되고 있다. 3상 PWM 컨버터의 전압제어기는 일반적으로 PI 제어기가 사용되며, 출력 전압의 안정성을 얻고 신뢰성을 확보하기 위하여 전압 제어기는 출력전압의 과도상태에서 오버슈트(Overshoot)를 작게 설계한다. 그러나 부하 변동이 급격한 대용량 전원 장치에 3상 PWM 컨버터가 적용될 경우 빠른 부하 변동에 대한 안정적 전압 응답을 얻기 위하여 보다 넓은 대역폭을 갖도록 전압 제어기를 설계할 필요가 있다. 넓은 대역폭을 갖는 PI 제어기는 과도한 출력전압의 오버슈트가 발생될 수 있으며, 이 과도한 출력전압 오버슈트는 전원장치의 안정성을 해칠 수 있다.
본 논문에서는 과도 상태에서 출력전압의 오버슈트를 작게 하기 위하여 IP 제어기를 갖는 3상 PWM 컨버터의 전압 제어기를 제안한다. 제안된 전압 제어기는 3상 PWM 컨버터의 기동 시와 부하 변동시의 과도 응답특성을 개선될 수 있음을 시뮬레이션 및 실험을 통해 확인하였다.
두 번째로, 본 논문은 상용의 전원 전압이 불평형 및 왜곡을 갖는 경우, 전원전압 불평형 및 왜곡 보상기능을 갖는 전류제어기를 제안한다. 일반적으로 3상 전원 시스템은 공통 입력 단자 (Point of Common Coupling)에 단상 부하 및 비선형 부하가 3상 부하와 같이 연결될 수 있어 종종 불평형과 왜곡이 발생한다.
이런 조건하에서 3상 PWM 컨버터를 일반적인 전류 제어기로 제어 할 경우, 3상 PWM 컨버터의 입력 전류가 불평형 및 왜곡을 갖는 문제가 발생한다.
본 논문에서는 간단한 모델 기반 적응 제어 시스템(Model Reference Adaptive System)기법을 이용하여 3상 입력 전압의 불평형 및 왜곡을 관측하고 전향 보상하는 전류 제어기를 제안하며, 모의해석과 실험을 통하여 그 효용성을 입증한다.