인버터 비선형성 보상을 통한 전류 고조파 저감에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

전력용 반도체 소자는 전력변환시스템에 큰 영향을 미치며, 최근에는 SiC FET 소자를 이용한 연구가 진행되고 있다. 이러한 전력용 반도체 소자들을 이용한 인버터의 출력전압은 각 상의 스위치에 대한 상보적인 스위칭으로 정해진다. 스위치의 게이팅 신호전달 중 시간 지연 차이와 반도체 스위치 ON-OFF 시간의 차이로 인해 두 스위치가 동시에 도통이 되어 단락 사고(Arm Short) 사고를 일으킬 수 있다. 따라서 인버터 제어 시 한 상의 스위치 off가 보장되는 일정 시간 후에 그 상의 다른 스위치를 on 하도록 제어한다. 이 시간을 데드타임(Dead Time), 또는 블랭킹 타임(Blanking Time) 이라고 한다. 데드타임 구간 동안은 인버터의 전압 왜곡(Voltage Distortion)이 발생하게 되어 전압 지령과 실제 출력 전압이 다르게 된다. 데드타임으로 인한 전압 왜곡을 적절히 보상시켜주지 않으면 인버터의 전류 왜곡을 발생시키고 소음, 진동을 일으키게 된다. 특히 전류가 ‘0’ 부근일 때 데드타임 동안 스위칭 소자의 기생 커패시턴스의 충방전 현상에 의해 비선형적인 전압 왜곡이 일어나게 된다. 따라서 저속에서의 회전자 위치 추정 기술 성능에 큰 영향을 미치기 때문에 센서리스 제어에서 데드타임 보상은 필수적이다.
본 논문은 인버터 저속 구동 시 스위칭 소자 기생 커패시턴스의 충방전에 의한 전압 왜곡을 정의하고 물리적 모델을 세운다. 그리고 MLR(Multiple Linear Regression) 피팅을 통해 기생 커패시턴스값을 Off-line 추정하고 물리적 모델을 이용해 전압 왜곡을 보상한다. 이를 통해 저속/저전류 구간에서 전류 5, 7차 고조파가 저감되어 토크 제어 정밀도가 향상되었고 센서리스 제어의 정밀도가 향상되었다.