전자종합설계1-이교범

소개글

전자종합설계1-이교범에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 개요

2.1. 이론설명
2.1-1. 전력반도체 스위치의 손실
2.1-2. 인버터에서 스위치 상태에 따른 Leg의 스위칭 상태를 설명
2.1-3. 3상 2-Level 인버터와 3-Level 인버터 비교

3.1. 3상 3-Level NPC 인버터 코드 설명
3.2. 3상 3-Level NPC 인버터 시뮬레이션 해석

4.고찰

본문내용

offset 전압을 이용하여 삼각파와 비교하여서 스위칭 여부를 결정하기 위함
VanRef = VasRef + Vsn;
VbnRef = VbsRef + Vsn;
VcnRef = VcsRef + Vsn;
Dan = (1. + (2. * VanRef / (Vdc))) * PwmPeriod
Dbn = (1. + (2. * VbnRef / (Vdc))) * PwmPeriod
Dcn = (1. + (2. * VcnRef / (Vdc))) * PwmPeriod
}
-스위칭 알고리즘을 구현하기 위함
void Duty()
{
if (Dan <= PwmPeriod) { Dan1 = 0; Dan2 = Dan; }
else { Dan1 = Dan - PwmPeriod Dan2 = PwmPeriod }
if (Dbn <= PwmPeriod) { Dbn1 = 0; Dbn2 = Dbn; }
else { Dbn1 = Dbn - PwmPeriod Dbn2 = PwmPeriod }
if (Dcn <= PwmPeriod) { Dcn1 = 0; Dcn2 = Dcn; }
else { Dcn1 = Dcn - PwmPeriod Dcn2 = PwmPeriod }
}
3.2. 3상 3-Level NPC 인버터 시뮬레이션 해석
우선 위상각 real_theta 값을 보도록 하자.

이와 같이 위상각이 교류로 나오는 것을 확신할 수 있다. 이 후 과정에서 d/q변환을 이용해서 이 신호를 직류로 바꾸고 이를 통해 제어를 해야 한다. 우선 고정좌표계를 출력해보도록 하겠다.
<고정좌표계(초록선 V14=Ids_out 보라선 V15=Iqs_out)>
위에 보이는 그래프가 고정 좌표계이다. 고정 좌표계는 축이 고정되어 있는 좌표계를 이야기한다. 즉, 아직은 축이 고정되어 있기 때문에 값이 계속 변화는 결과가 나오는 것을 확인 할 수 있다. 직류 신호를 확인하기 위해서는 회전좌표계를 이용하여 값을 직류로 바꿔줘야 한다. 이제 그러면 지령 전류의 회전 좌표계와 현재 전류의 회전 좌표계를 알아보자.
<지령 전류의 회전 좌표계( 빨간선 V7= IdeRef 파란선 V9=IqeRef) >
<현재 전류의 회전 좌표계(빨간선 V8=Ide_out 파란선 V10=Iqe_out)>
이와 같이 위상각 real_theta를 이용하여 지령 전류와 현재 전류의 회전 좌표계 또한 구할 수 있다. 아까 고정좌표계와 달리 값이 직류로 고정되어 있음을 확인할 수 있다. 이처럼 표현하는 이유는 언제나 d축과 q축 기준으로 같은 값을 갖도록 하여 더 쉽게 제어하기 위함이다.
이어서 우리는 전류 제어기를 동작하고 정지 좌표계를 3상 전압 좌표계로 바꿔줘서 최종 지령 전압을 구해야한다. A B C의 최종 전압 지령은 각각 VasRef, VbsRef, VcsRef를 의미한다.
<지령 전압 V16=VasRef, V17=VbsRef, V18=VcsRef 각각 빨, 파, 초>
위와 같이 세 지령 전압이 일정한 간격으로 같은 sin파를 그리는 것을 알 수 있다. 그 후 확인하고자 하는 것은 옵셋 전압을 확인해야한다. 따라서 옵셋 전압을 관찰함에 있어서 옵셋 전압은 Vmax와 Vmin을 이용해서 구해야하기 때문에 Vmax와 Vmin과 함께 확인하고자 한다.
<옵셋 전압 V19=Vmax, V20=Vmin, V21=Vsn 각각 빨, 파, 초>
위와 같이 옵셋 전압이 나오는 것을 확인 할 수 있다. Vsn = -(Vmax + Vmin) * 0.5;의 식을 보면 쉽게 알 수 있지만 그래프로 직접 확인해보면 옵셋 전압은 최대 전압과 최소 전압의 평균값임을 확인할 수 있다.
여기까지 진행하였다면 이제는 스위칭 알고리즘을 이용하여 파형을 비교하고 switching을 결정하면 된다.
-추가적으로 확인해본 a b c상 상전류

4. 고찰[참고문헌] (강의노트 이외의 자료가 있는 경우)
3상 전압형 인버터를 구현해보았다. 인버터라고 하면 신호를 변조해주는 장치라고 생각하고 있었는데 생각보다 복잡한 단계를 거쳐서 직류 전압이 교류로 바뀐다는 것을 확인할 수 있었다. 그러기 위해서는 교류로 들어오는 신호를 직류로 바꿔 제어해주고 그리고 최종적으로는 다시 교류로 바꿔 출력해줘야한다. 그리고 인버터의 종류도 다양하다는 것을 알 수 있었고 2-level과 3-level과의 차이에 대해서도 알 수 있었다. 2-level에 비해서 3-level은 출력이 세밀하게 나왔던 점을 보아 실제 시스템을 어느 정도 세심하게 제어하기 위해서는 2-level은 여러모로 부족할 것 같다는 생각을 하였다. 그리고 처음에는 이해가 가지 않던 설명들이 시뮬레이션 속 문제들을 해결하며 조금씩 이해할 수 있었다. 그리고 전압 변조 방식 중 하나인 offset 전압을 이용해서 전압을 변조해주는 과정도 확인할 수 있었다. 그리고 회로 설계도를 보면서 3-level 인버터의 회로에 대한 이해도 할 수 있었다. 회로를 보면 알 수 있듯 m-level 인버터는 m-1개의 캐패시터를 갖기 때문에 우리는 3-level 인버터로 2개의 캐패시터를 가지고 있다. 지난 주에 진행한 내용과 조금 달랐던 부분도 있었다. 첫 실험에서는 임의의 전압을 초반에 입력 후 과정을 진행하였는데 두 번째 실험에서는 초기 입력을 0으로 주고 지령과의 관계를 통해서 실험을 진행했다.
뿐만 아니라 실험에서 나오는 이론이 정말 다양해서 많은 것을 배울 수 있었다. d축과 q축에는 지령 전류를 설정해주었는데 이는 지령 전류와 실제 전류와의 차이를 통해 원하는 전류값으로 센싱하기 위함이다. 이러한 과정을 통해서 d/q변환이라는 것을 하게 된다. d/q변환을 하는 이유는 교류를 직류처럼 다루기 위함이다. 그렇게 되면 제어가 간편해지기 때문에 사용하는 방식이다. 실험 과정에서 미흡했던 부분도 있었다. 코드를 보면 마지막에 스위칭 알고리즘을 이용하여 값의 스위칭 여부를 결정해야하는데 그 부분에 대해서는 아직 이해가 부족했다. 따라서 이 분야에 대해 더 심도있는 공부를 통해 이 부분을 이해하고자 노력할 것이다.
*참고문헌*
네이버 지식백과 전력 반도체
위키백과 인버터

키워드

아주대,   전자종합설계,   융합캡스톤디자인,   전력전자