PWM Generator (Three-phase, Three-level)

스위칭 소자 게이팅을 위한 3상 3레벨 펄스 폭 변조 신호 또는 파형 생성

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라이브러리:
Simscape / Electrical / Control / Pulse Width Modulation

설명

PWM Generator (Three-phase, Three-level) 블록은 3상 3레벨 전력 컨버터의 전환 동작을 제어합니다. 이 블록은 다음 작업을 수행합니다.

1. 다음과 같은 블록 입력을 기준으로 온게이팅 시간과 오프게이팅 시간을 계산합니다.

   • 세 개의 정현파 기준 전압

   • DC 링크 전압

   • DC 링크 중성점 평형 제어 신호

2. 게이팅 시간을 사용하여 12개의 스위치 제어 펄스를 생성합니다.

3. 게이팅 시간을 사용하여 변조 파형을 생성합니다.

샘플링 모드

이 블록을 사용하면 변조파에 대해 자연 샘플링, 대칭 샘플링 또는 비대칭 샘플링을 선택할 수 있습니다.

PWM Generator (Three-phase, Two-level) 블록은 반송파 기반 펄스 폭 변조(PWM)를 수행하지 않습니다. 대신에 이 블록은 입력 신호를 사용하여 게이팅 시간을 계산한 다음, 해당 게이팅 시간을 사용하여 스위치 제어 펄스와 출력할 변조 파형을 모두 생성합니다.

한편, 반송파 기반 PWM은 선택한 샘플링 모드가 이 블록이 생성하는 펄스의 스위치온 동작 및 스위치오프 동작과 어떻게 관련되는지 보여주는 데 유용합니다. 3레벨 반송파 기반 PWM 방법을 사용하는 생성기는 다음을 수행합니다.

1. 기준파를 샘플링합니다.

2. 샘플을 한 레벨 차이로 분리된 두 개의 평행한 삼각 반송파와 비교합니다.

   

3. 샘플이 반송파 신호보다 높은 경우에는 스위치온 펄스를 생성하고 샘플이 반송파보다 낮은 경우에는 스위치오프 펄스를 생성합니다.

스위치온 펄스 동작과 스위치오프 펄스 동작을 결정하기 위해 3레벨 반송파 기반 PWM 생성기는 다음 방법을 사용하여 각각의 삼각파를 샘플링합니다.

• 자연 — 샘플링 및 비교가 변조파와 반송파의 교점에서 발생합니다.

  

• 비대칭 — 샘플링이 반송파의 상부 경계와 하부 경계에서 발생합니다. 비교는 샘플링을 한 이후에 교점에서 발생합니다.

  

• 대칭 — 샘플링이 반송파의 상부 경계에서만 발생합니다. 비교는 샘플링을 한 이후에 교점에서 발생합니다.

  

과변조

전력 컨버터가 주어진 전압을 출력할 수 있는지를 측정하는 변조 인덱스는 다음과 같이 정의됩니다.

$$m=\frac{V_M}{V_C},$$

여기서 각각은 다음과 같습니다.

• m은 변조 인덱스입니다.

• V_m은 변조파의 피크 값입니다.

• V_c는 삼각 반송파의 피크 값입니다.

  

3상 SPWM의 경우는 다음과 같습니다.

$$V_{peak}=m\frac{v_{dc}}{2},$$

여기서 각각은 다음과 같습니다.

• V_peak는 상-중성점 전압의 기본 성분의 피크 값입니다.

• v_dc는 DC 링크 전압입니다.

3상 공간 벡터 PWM(SVM)의 경우는 다음과 같습니다.

$$V_{peak}=m\frac{v_{dc}}{\sqrt{3}}.$$

일반적인 정상 상태 동작의 경우 0 <m ≤ 1입니다. 부하 증가와 같은 과도로 인해 V_m의 진폭이 V_c의 진폭을 초과하는 경우 과변조(m > 1)가 발생합니다.

과변조가 발생하면 전력 컨버터의 출력 전압은 양의 DC 레일 또는 음의 DC 레일에 클램핑됩니다.

3상 3레벨 PWM 생성기 예제에서, Three-Level Controller 서브시스템은 1800V DC 링크 입력과 0.8의 변조 인덱스 m을 포함하고 있습니다. SVM의 경우 최대 입력 전압은 $$1800/\sqrt{3}$$V, 즉 1039.23V입니다. 과변조를 보여주기 위해 시뮬레이션 시작 시점에 과도가 추가됩니다. 이 과도는 기준 전압의 진폭이 DC 링크 전압의 $$1/\sqrt{3}$$ 진폭을 초과하도록 만듭니다. 과변조를 강조하기 위해, 스코프는 12개의 출력 펄스 중 하나에 대한 시뮬레이션 결과와 기준 전압, 변조 파형, 출력 전압의 a상에 대한 시뮬레이션 결과만 포함하고 있습니다.

0.03~0.09초에서 변조 인덱스는 1보다 큽니다. 과변조 시 다음이 수행됩니다.

• 펄스는 켜진 상태 또는 꺼진 상태를 유지합니다.

• 출력 전압은 양의 DC 레일 또는 음의 DC 레일에 클램핑됩니다.

예제

3상 3레벨 PWM 생성기

이 예제에서는 3레벨 컨버터를 제어하기 위해 PWM Generator (Three-phase, Three-level)를 사용하는 방법을 보여줍니다. 상부 공급 전압과 하부 공급 전압은 DC 링크 커패시터 전압의 평형을 유지하는 중성점 제어기에 입력됩니다. 기준 AC 파형은 PWM 생성기에 대한 입력값으로 사용됩니다. 제어기 파형에 대한 시간 스코프가 1개 있습니다.

• 모델 열기

전기차용 DC 고속 충전기

이 예제에서는 전기차(EV)의 배터리 팩과 연결된 DC 고속 충전소를 모델링합니다.

• 모델 열기

포트

입력

Vabc — 3상 정현파 기준 신호입니다.

벡터

연결된 컨버터가 출력하도록 하려는 세 개의 정현파 전압을 지정합니다(1상당 하나).

vdc — DC 링크 전압 신호

스칼라

컨버터의 DC 링크 전압에 대해 양의 실수를 지정합니다.

vneutral — DC 링크 중성점 평형 제어

스칼라

이 신호는 DC 공급장치의 평형을 유지하는 피드백 제어 루프의 출력입니다. 신호 값은 –1과 +1 사이의 실수여야 합니다.

출력

g — 게이트 제어

벡터

연결된 전력 컨버터의 전환 동작을 결정하는 12펄스 파형입니다.

ModWave — 변조파

벡터

PWM 기능을 갖춘 하드웨어를 포함하는 플랫폼용 코드를 생성하는 경우, 변조파를 해당 하드웨어에 배포할 수 있습니다. 그 외의 경우 이 데이터는 단지 참고용입니다.

파라미터

연속 PWM — 연속 펄스 폭 변조 방법

SPWM: 정현파 PWM (디폴트 값) | SVM: 공간 벡터 변조

파형 기법을 지정합니다.

샘플링 모드 — 파형 샘플링 방법

자연 (디폴트 값) | 비대칭 | 대칭

샘플링 모드는 파형이 교차할 때 또는 반송파가 경계 조건의 한쪽 또는 양쪽에 있을 때 블록이 변조 파형을 샘플링할지 여부를 결정합니다.

스위칭 주파수(Hz) — 전환 속도

1e3 (디폴트 값) | 양수

전력 컨버터의 스위치 전환 속도를 지정합니다.

샘플 시간(초) — 블록 샘플 시간

5e-5 (디폴트 값) | 양수

연속된 블록 실행(출력 계산) 간의 시간 간격을 지정합니다. 생성된 신호의 적절한 분해능을 보장하기 위해 이 값을 1/(10*Fsw)보다 작거나 같은 값으로 설정하십시오. 여기서 F_sw는 스위칭 주파수(Hz)입니다.

참고 문헌

[1] Chung, D. W., J. S. Kim, and S. K. Sul. “Unified Voltage Modulation Technique for Real Time Three-Phase Power Conversion.” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 34, No. 2, 1998, pp. 374–380.

[2] Seo, J. H., C. H. Choi, and D. S. Hyun. “A new simplified space-vector PWM method for three-level inverters.” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 16, No. 4, 2001, pp. 545-550.

확장 기능

C/C++ 코드 생성
Simulink® Coder™를 사용하여 C 코드나 C++ 코드를 생성할 수 있습니다.

버전 내역

R2016b에 개발됨

참고 항목

Simscape 블록

• Three-Level Converter (Three-Phase)

블록

• PWM Generator | PWM Generator (Three-phase, Two-level) | Thyristor 6-Pulse Generator