[실무] 모터 SVPWM (Space-Vector PWM) 제어 이해하기 - 1편

(SVPWM 제어를 모두 이해하려면 상당히 길고 어려울 수 있어서 여러 글로 나눴습니다)

Intro (PWM 기법들)

TI - Symmetric PWM과 Asymmetric PWM

Symmetric (대칭), Asymmetric (비대칭).

 PWM 제어는 모터를 효율적으로 제어하기 위해 많이 사용된다. 위 사진에서 보이는 것처럼 PWM 신호는 Period에 따라 대칭 혹은 비대칭적이게 구성할 수 있다.

 

그리고 PWM 기법은 다양한데 흔하게 sinusoidal PWM, hysteric PWM, 그리고 상대적으로 최신 기법인 Space-Vector(SV) PWM이 있다. 이 기법들은 보통 AC induction 제어나 BLDC와 Switched Reluctance(SR) 모터에 활용된다. 

 

SV PWM 기법은 3상 전압 소스 인버터 (voltage-source inverter(VSI))로 구성된다.

 

SV PWM 기법 이론 이해하기

3상 VSI 구조

위 그림은 3상 VSI 구조를 나타낸다.

(입력=a, a', b, b', c, c' / 출력=Va, Vb, Vc) a가 1(High) 면 a'는 0(Low)이 된다.

 

((주의) 여기서부터 빡셈. 집중 필요.)

line-to-line 출력전압(Vab, Vbc, Vca) & line-to-GND 전압(Va, Vb, Vc)의 관계식

3상 전압 관계식

이해하기 어렵다면 a, b, c가 1, 0, 0이라고 가정하고 전류 방향을 그려보기 바란다.

SV PWM은 위에 있는 3상 VSI인 트랜지스터 3개를 활용한다. 그리고 SV PWM은 simusoidal PWM 기법보다 모터 코일에서 출력 전압이나 전류의 왜곡을 줄여주고, 약 15% 전력 효율을 높여준다. 

 

반응형

 

a	b	c	va	vb	vc	vab	vbc	vca
0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	2/3	–1/3	–1/3	1	0	–1
1	1	0	1/3	1/3	–2/3	0	1	–1
0	1	0	–1/3	2/3	–1/3	–1	1	0
0	1	1	–2/3	1/3	1/3	–1	0	1
0	0	1	–1/3	–1/3	2/3	0	–1	1
1	0	1	1/3	–2/3	1/3	1	–1	0
1	1	1	0	0	0	0	0	0

그리고 위의 표처럼 총 8가지 On/Off 케이스가 있다. (8개가 있다는 것만 알고 다음으로)

 

TI - Basic Space Vectors and Switching States

 

모터의 상(패이즈)를 나타내는 d 축과 q 축이 있다고 가정해보자. 6개의 인버터가 나타내는 것을 표현하면 위 그림과 같이 U0, U60, U120, U180, U240, U300, O000 and O111로 표현이 될 것이다. 이 6개의 벡터를 기본 공간벡터 (Basic Space Vectors)라고 부른다.

 

즉,

 

SVPWM이란, 6개의 기본 공간 벡터를 PWM으로 크기를 조절해서 제어하는 방식을 말한다.

 

 

 

2편에 이어서 계속...

 

References

[1] TI - Space-Vector PWM With TMS320C24x/F24x Using Hardware and Software Determined Switching Patterns

https://www.ti.com/lit/pdf/spra524

[2] Space Vector PWM Simulation for Three Phase DC/AC Inverter

https://zenodo.org/record/1060621/files/5205.pdf?download=1

[3] Mathwork - 모터제어를 위한 SVM(공간벡터변조)

https://kr.mathworks.com/solutions/power-electronics-control/space-vector-modulation.html

공간 벡터 변조