승압 모드로 동작하는 간접형 매트릭스 컨버터를 이용한 영구자석 동기 전동기 제어

Abstract

본 논문은 승압 모드로 동작하는 간접형 매트릭스 컨버터(indirect matrix converter; IMC)를 이용한 영구자석 동기 전동기(permanent-magnet synchronous motor; PMSM) 제어 방법을 제안한다. 승압 모드로 동작하는 IMC는 입력-출력 전압 전달비를 증가시키기 위해 일반적인 IMC와 비교하여 입력과 출력의 전력 흐름 방향을 역으로 변환한 것이며, 이는 역방향 매트릭스 컨버터(reverse matrix converter; RMC)로 불린다. 이러한 RMC는 추가적인 소자나 회로없이 승압 모드로 동작하며, 선형 변조 영역에서 1/0.866의 최소 전압 전달비를 갖는다. 본 논문에서는 RMC의 구조와 변조 방법에 대해 살펴보고, PMSM을 구동하는 RMC의 제어 방법을 제안한다. 우선, RMC의 입력 측에 전압의 크기 및 주파수가 가변하는 발전기가 연결된 경우에 출력 측에 연결된 PMSM을 구동하는 RMC의 제어 방법을 제안한다. 여기서, 발전기의 회전 속도에 따라 RMC의 입력 전압 크기 및 주파수가 가변하는 조건에서도 제안하는 제어 방법을 통해 출력 측 PMSM을 일정 속도로 제어할 수 있다. 또한, 출력 측에 연결된 PMSM을 구동하는 RMC의 직접 전력 제어(direct power control; DPC)를 이용한 제어 방법을 제안한다. 제안하는 제어 방법은 직류단 에너지 저장 소자를 갖지 않는 RMC의 특징을 이용하며, RMC의 전압원 정류단(voltage source rectifier; VSR)에 적용된다. 본 논문에서 제안하는 제어 방법들의 타당성은 시뮬레이션과 실험 결과를 통해 검증한다.