비엔나 정류기의 공통모드 저감이 가능한 PWM 변조 기법 = PWM Modulation method of Vienna Rectifier for rediction of common mode voltage

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

3-Phase 3-Level Inverter Vienna rectifier is needed for unidirectional power conversion. Also it has been considered as topology for input current THD reduction of AC/DC converter. Compared with 2-Level PWM rectifier, THD of output voltage of 3-Level Vienna rectifier is lower. 3 Level Vienna rectifier is easy to reduce input current THD. Furthermore, it takes half voltage stress in power element. As a result, it can use a device of lower voltage stress. Therefore, this topology has a very big advantage for high efficiency of converter because switching loss is low. Because of high efficiency, Vienna rectifier has been used in the field demanding the maximum safety of the power supply. However, Common mode noise is caused by variation of common mode voltage in Vienna rectifier. It has a bad influence on EMI problem and system so it leads to a problem on control system. EMI problem worsen communication disconnection or electronic circuit function by electromagnetic interference. To eliminate common mode noise in Vienna rectifier, There are cases in which proposed a method of attaching by designing the EMI filter circuit. However, if filter is attach to the board, the board size is expanded. Also cost is increased. Therefore, This paper has applied the MVPWM to reduce the variation of the common mode voltage. Recently, MVPWM is proposed to reduce common mode noise in 3-level inverter. It is the switching method to generate “(+)”, “0” and “(-)” at the same time on each of three phase using a eight medium vector with the same common mode voltage. When three kinds of voltages come out simultaneously on three phase, Common mode voltage variation is reduced. thus, Common mode noise is reduced. This paper applies MVPWM switching method to Vienna rectifier and proves result through simulation and experiment.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 비엔나 정류기의 공통모드 전압 저감이 가능한 PWM 변조 기법을 비교 분석한다. 일반적으로 산업용 및 통신용 등 여러 분야에서 2-레벨 정류기가 주로 사용 되어 왔다. 하지만 2-레벨 정류기는 효율 및 THD를 높이는데 한계가 있기 때문에 3-레벨 정류기에 대한 연구가 진행 되어 왔다. 3-레벨 정류기의 대표적인 회로가 비엔나 정류기이다. 비엔나 정류기는 2-레벨의 PWM 정류기에 비해 출력 전압의 전압 THD가 낮아, 전류 THD를 작게 하기에 용이하며, 스위칭 손실이 작아 정류기의 고효율화에 유리한 장점을 가지고 있기 때문에 3-레벨 비엔나 정류기를 선정 하였고 기존의 방사성 EMI, 전도성 EMI를 저감 하기 위하여 하드웨어 필터 및 소프트웨어 필터에 관한 연구가 많았다. 하드웨어 필터는 EMI 저감 효과에 탁월하나 수동 소자의 값 선정 및 가격 측면에서 매우 불리한 면을 가지고 있고 그리하여 가장 최적의 방법인 소프트웨어 방법을 사용하여 EMI 저감효과를 누리는 것이다. 기존의 비엔나 정류기는 여러 PWM 방법 중에서도 공간 벡터 변조 기법을 사용해 왔다. 다른 변조 기법과 비교하여 동일 직류 링크 전압 하에서 가장 큰 교류 상 전압을 얻을 수 있고 또한 이 기법으로 변조된 전압을 인가한 경우 출력 전류의 고조파가 다른 변조 방식보다 적다는 장점을 가지고 있기에 이 기법을 가장 많이 사용해왔다. 이 방법은 각각의 벡터 인가시간을 계산하여 그 시간동안 전압명령을 생성하는 방식이다. 하지만 이 방법은 매 주기별 공통 모드 전압 발생으로 인하여 방사성 EMI를 유발한다. EMI는 기기 및 신체에 매우 큰 악영향을 끼치므로 반드시 제거해야할 요소이다. 그렇기 때문에 새로운 3-레벨 비엔나 정류기 PWM 변조 기법을 사용하여 공통 모드 전압 저감 효과를 기존 PWM 변조 기법과 시뮬레이션 과 실험 결과를 통하여 비교 분석하고 그 효용성을 확인한다.이 방법은 각각의 벡터 인가시간을 계산하여 그 시간동안 전압명령을 생성하는 방시이다. 하지만 이 방법은 매 주기별 공통 모드 전압 발생으로 인하여 방사성 EMI를 유발한다. EMI는 기기 및 신체에 매우 큰 악영향을 끼치므로 반드시 제거해야할 요소이다. 그렇기 떄문에 새로운 3-레벨 비엔나 정류기 PWM 변조 기법을 사용하여 공통 모드 전압 저감 효과를 기존 PWM 변조 기법과 시뮬레이션 과 실험 결과를 통하여 비교 분석하고 그 효용성을 확인한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ.서론 1
• Ⅱ.2레벨 정류기와 3레벨 비엔나 정류기 4
• 2.1 2레벨 정류기 4
• 2.1.1 2레벨 정류기의 공간 벡터 기법 6
• 2.2 3레벨 비엔나 정류기 10
• 2.2.1 3레벨 정류기의 공간 벡터 기법 12
• 2.2.2 기존 비엔나정류기의 PWM 기법 17
• Ⅲ.비엔나 정류기의 새로운 펄스 폭 변조 기법 19
• 3.1 비엔나 정류기의 공통모드 전압 19
• 3.2 미디엄 벡터 전압 변조 방식 20
• 3.2.1 미디엄 벡터 전압 변조 방식의 동작원리 22
• Ⅳ.모의해석 및 실험 26
• 4.1 PSIM을 이용한 시뮬레이션 26
• 4.2 실험 결과 및 해결 과제 31
• 4.2.1 실험 31
• 4.2.2 해결 과제 35
• Ⅴ. 결론 36
• 참고문헌 37
• Abstract 39