KR20050007860A - Active High Power Factor Diode Rectifier System - Google Patents

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KR20050007860A KR1020030047463A KR20030047463A KR20050007860A KR 20050007860 A KR20050007860 A KR 20050007860A KR 1020030047463 A KR1020030047463 A KR 1020030047463A KR 20030047463 A KR20030047463 A KR 20030047463A KR 20050007860 A KR20050007860 A KR 20050007860A
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Abstract

PURPOSE: An active type high power factor diode rectifier system is provided to improve a waveform of a source current to be similar to a sinusoidal wave, and to adjust an output voltage irrespectively of a load. CONSTITUTION: An active type high power factor diode rectifier system includes a transformer, upper/lower boost converters(18), and a controller(21). The transformer includes a delta-3-phase autotransformer which changes phases of two output voltages and generates a sinusoidal source current from two currents generated by the two boost converters using an electromotive relation. The upper/lower boost converters control the current for the sinusoidal source current. The controller generates a voltage control signal for controlling a PWM(Pulse Width Modulation) operation of the upper/lower boost converters based on instruction signals of the upper/lower boost converter inductor currents, a first small signal of a current extracted from an inductor current of the upper boost converter, and a second signal of a current extracted from an inductor current of the lower boost converter.

Description

능동형 고역률 다이오드 정류기시스템{Active High Power Factor Diode Rectifier System}Active High Power Factor Diode Rectifier System

본 발명은 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템에 대한 것으로서, 부하에 관계없이 전원측의 고조파 전류를 개선할 수 있는 것이다.The present invention relates to an active high power factor diode rectifier system, which can improve the harmonic current on the power supply side regardless of the load.

최근 통신설비, 교류 또는 직류 모터드라이브와 같은 전력변환장치의 사용이 증가되고 있으며, 이러한 전력변환장치의 앞단에 사용되는 저가격 다이오드정류기는 고조파 전류를 발생시켜 전력계통에 심각한 문제를 야기시키고 있다.Recently, the use of power converters such as communication equipment, AC or DC motor drive has been increasing, and low-cost diode rectifiers used in front of these power converters generate harmonic currents, causing serious problems in the power system.

이러한 고조파를 저감하기 위한 연구와 실용화가 진행되고 있는데, 이 방식 중에서 비교적 용량이 큰 응용에 적용되는 다중화방식은 복수대의 6-펄스 정류기를 위상변압기와 상간변압기를 사용하여 연결하여 출력을 증대시킴과 동시에 입력전류의 저차 고조파도 제거한다. 하지만 고조파제거 만을 위하여 복수대의 정류기와 위상변압기를 사용하는 것은 비경제적이므로 두 대의 6-펄스 정류기에 보조회로를 부가하여 고조파를 제거하는 방식[Sewan Choi, Prasad N. Enjeti and Ira J. Pitel, "New 24-Pulse Diode Rectifier Systems for Utility Interface of High-Power AC Motor Drives,"IEEE Trans. on Power Electronics,Vol. 11, No. 5, pp. 680-690, Sept. 1996.]이 연구되었다. 이 방식은 수동소자만을 사용하여 24-펄스의 입력전류 파형을 얻고 있으며 델타결선된 3상 오토트랜스포머의 사용으로 기존 △-Y 위상변압기의 보다 80%의 KVA정격의 절감효과가 있다. 또한 상간변압기에 전류를 주입하여 정현파에 가까운 입력전류를 얻는 능동형 방식[Sewan Choi, Prasad N. Enjeti, Hong-Hee Lee and Ira J. Pitel, "A New Active Interphase Reactor for 12-Pulse Rectifiers Provides Clean Power Utility Interface",IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 21, No. 6, Nov./Dec. 1996.]도 있는데, 이러한 방식들은 출력전압조정의 기능이 없는 단점이 있다. 고조파저감과 출력전압조정 기능이 있는 정류기로는 3대의 정류기와 부스트컨버터를 사용하여 18-펄스의 성능을 갖는 방식[Seixas, F.J.M., and Barbi, I. "A New 12kW Three- Phase 18-Pulse High Power Factor AC-DC Converter with Regulated Output Voltage for Rectifier Units", in IEEE INTELEC Record, Section 14.2, Jun. 1999]과 두 대의 단상 정류기과 부스트컨버터를 사용하여 정현파의 입력전류를 얻는 방식[Jaehong Hahn, Prasad N. Enjeti and Ira J. Pitel, "A New Three-Phase Power-Factor Correction(PFC) Scheme Using Two Single-Phase PFC Modules", IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 38, No. 1, Jan/Feb 2002] 및 두 대의 부스트컨버터와 △-Y 위상변압기를 사용하는 방식[Jaehong Hahn, Prasad N. Enjeti and In-Gyu Park, "A Wide Input Range Active Multi-pulse Rectifier for Utility Interface of Power Electronic Converters,"Proceedings ICPE '01 Conference,pp. 512-517, Jun. 2001.]등 이 있다.In order to reduce the harmonics, research and practical use are being carried out. Among these methods, the multiplexing method applied to a relatively large capacity application increases the output by connecting a plurality of 6-pulse rectifiers using a phase transformer and a phase transformer. At the same time, it eliminates the lower harmonics of the input current. However, the use of multiple rectifiers and phase transformers to remove harmonics alone is uneconomical, and a method of removing harmonics by adding an auxiliary circuit to two 6-pulse rectifiers [Sewan Choi, Prasad N. Enjeti and Ira J. Pitel, " New 24-Pulse Diode Rectifier Systems for Utility Interface of High-Power AC Motor Drives, " IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 11, No. 5, pp. 680-690, Sept. 1996.]. This method obtains 24-pulse input current waveform using only passive elements and reduces 80% of KVA rating than △ -Y phase transformer by using delta-connected three-phase autotransformer. In addition, an active method of injecting a current into the inter-phase transformer to obtain an input current close to sinusoidal wave [Sewan Choi, Prasad N. Enjeti, Hong-Hee Lee and Ira J. Pitel, "A New Active Interphase Reactor for 12-Pulse Rectifiers Provides Clean Power Utility Interface ", IEEE Trans. on Industry Applications , Vol. 21, No. 6, Nov./Dec. 1996.] These methods have the disadvantage of not having the function of output voltage regulation. Rectifiers with harmonic reduction and output voltage regulation have 18-pulse performance using three rectifiers and boost converters [Seixas, FJM, and Barbi, I. "A New 12kW Three-Phase 18-Pulse High Power Factor AC-DC Converter with Regulated Output Voltage for Rectifier Units ", in IEEE INTELEC Record, Section 14.2, Jun. 1999] and two single-phase rectifiers and boost converters to obtain sinusoidal input current [Jaehong Hahn, Prasad N. Enjeti and Ira J. Pitel, "A New Three-Phase Power-Factor Correction (PFC) Scheme Using Two Single Phase PFC Modules ", IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 38, no. 1, Jan / Feb 2002] and two boost converters and △ -Y phase transformers [Jaehong Hahn, Prasad N. Enjeti and In-Gyu Park, "A Wide Input Range Active Multi-pulse Rectifier for Utility Interface of Power Electronic Converters, " Proceedings ICPE '01 Conference, pp. 512-517, Jun. 2001.].

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 2대의 다이오드 정류기와 저감된 용량을 갖는 델타결선된 3상 오토트랜스포머에 2대의 부스트컨버터를 이용하여 전류의 파형을 능동적으로 만들어 정현파의 입력전류를 얻는 새로운 방식의 고조파 저감기술을 제안한다. 본 발명의 특징은 다음과 같다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, by using two boost converters in a delta-connected three-phase autotransformer having two diode rectifiers and a reduced capacitance, and actively generating a waveform of a current to the sinusoidal input current. We propose a new harmonic reduction technique to obtain. Features of the present invention are as follows.

- 입력측에 정현파의 전류가 흘러 역률 1의 전원품질을 갖는다.-A sinusoidal current flows on the input side and has a power quality of 1 power factor.

- 출력전압의 조정이 가능하다.-The output voltage can be adjusted.

- 델타결선된 3상 오토트랜스포머의 사용으로 기존의 △-Y 변압기에 비해 KVA정격이 80% 절감된다.-KVA rating is reduced by 80% compared to △ -Y transformer by using delta-connected three-phase autotransformer.

- 기존의 이중접속방식에서 사용하던 상간변압기가 필요없다.-There is no need for the phase transformer used in the existing dual connection method.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템의 회로 구성을 나타낸 회로도.1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of an active high power factor diode rectifier system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 연결되는 변압기의 벡터도2 is a vector diagram of a transformer connected to the present invention

도 3은 본 발명의 프로그램에 의한 각부파형.Figure 3 is a square wave waveform by the program of the present invention.

도 4는 본 발명의 상측 다이오드 정류기의 "a"상 스위칭함수.Figure 4 is a "a" phase switching function of the upper diode rectifier of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 전원전류의 파형개선을 위한 각 부스트컨버터의 지령전류 발생블록도.5 is a block diagram of command current generation of each boost converter for waveform improvement of power supply current according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 페루프 제어 시스템의 구성을 나타낸 기능 블록도.6 is a functional block diagram showing a configuration of a Peruvian control system according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 전원전류의 파형이 개선된 다이오드 정류기시스템의 각 부스트인덕터전류의 실험파형을 나타낸 파형도.Figure 7 is a waveform diagram showing the experimental waveform of each boost inductor current of the diode rectifier system with improved waveform of the power supply current according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 전원전류의 파형이 개선된 다이오드 정류기시스템의 정류기 입력전류의 실험파형을 나타낸 파형도.Figure 8 is a waveform diagram showing the experimental waveform of the rectifier input current of the diode rectifier system with improved waveform of the power supply current according to the present invention.

도 9은 본 발명에 따른 전원전류의 파형이 개선된 다이오드 정류기시스템의 입력전류 실험파형을 나타낸 파형도.Figure 9 is a waveform diagram showing the input current experimental waveform of the diode rectifier system with improved waveform of the power supply current according to the present invention.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

11a, 11b, 11c : 3상 교류 전원, 12a, 12b, 12c :전원측 위상선11a, 11b, 11c: three-phase AC power supply, 12a, 12b, 12c: power supply phase line

13 : 델타결선된 3상 오토트랜스포머13: Delta-connected three-phase autotransformer

14a, 14b, 14c : 상측 다이오드정류기 입력측 위상선14a, 14b, 14c: phase rectifier input side line

15a, 15b, 15c : 하측 다이오드 정류기 입력측 위상선15a, 15b, 15c: phase line of lower diode rectifier input side

16 : 상측 다이오드 정류기 17 : 하측 다이오드 정류기16: upper diode rectifier 17: lower diode rectifier

18 : 상측 부스트컨버터부 19 : 하측 부스트컨버터부18: upper boost converter section 19: lower boost converter section

20 : 영상전위검출부 21 : 제어부20: image potential detection unit 21: control unit

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템은 부하에 상관없이 전원전류의 고조파 전류를 효율적으로 감쇄시키는 것으로, 전원측에 직렬로 접속하여 두 출력전압의 위상을 바꾸고 출력측에서 두 대의 부스트컨버터에 의해 발생된 전류를 기자력관계로부터 정현파 전원전류를 갖게 하는 변압기부와 정현파 전원전류를 갖기 위해 전류를 제어하는 상·하측 부스트컨버터부와 정현파 전원전류를 갖기 위한 상기 상·하측 부스트컨버터 인덕터전류의 각 지령신호들과 상기 상측 부스트컨버터부 인덕터전류에서 추출된 전류의 제1 소신호와 상기 하측 부스터컨버터부 인덕터전류에서 추출된 전류의 제 2신호를 근거로 상기 상·하측 부스트컨버터부의 PWM 동작 제어를 위한 상기 전압제어신호를 생성하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Active high power factor diode rectifier system according to the present invention for achieving the above object to efficiently attenuate the harmonic current of the power supply current regardless of the load, connected in series to the power supply side to change the phase of the two output voltages, A transformer unit for generating a sine wave power supply current from a magnetic force relationship and an upper and lower boost converter part for controlling current to have a sine wave power supply current, and the upper and lower boost converter inductors for having a sine wave power supply current. PWM of the upper and lower boost converter sections based on respective command signals of the current and the first small signal of the current extracted from the upper boost converter section inductor current and the second signal of the current extracted from the lower boost converter section inductor current. And a controller configured to generate the voltage control signal for operation control. Characterized in that configured.

상기한 구성에 의하면, 전원측의 고조파 전류를 정현파에 가깝게 개선할 수 있으며 또한 변압기의 정격을 줄이며 부가적으로 출력전압을 조정할 수 있다.According to the above configuration, the harmonic current on the power supply side can be improved to be close to the sine wave, and the output voltage can be additionally adjusted by reducing the transformer rating.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템의 회로 구성를 나타낸 것이다.Figure 1 shows the circuit configuration of an active high power factor diode rectifier system according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 참조번호 11a, 11b, 11c는 전압이 같고 그 위상이 각각 120도 씩 차이나는 3상 교류 전원이고, 12a, 12b, 12c는 교류전원(11a, 11b, 11c)와 변압기를 연결하는 전원측 위상선(Phase Line)이다.In FIG. 1, reference numerals 11a, 11b, and 11c are three-phase AC power supplies having the same voltage and differing in phase by 120 degrees, respectively, and 12a, 12b, and 12c are power supply sides connecting the AC power supplies 11a, 11b, and 11c to a transformer. Phase Line.

전원측 위상선(12a, 12b, 12c)은 델타결선된 3상 오토트랜스포머(13)의 1차측에 연결되어졌고 델타결선된 3상 오토트랜스포머의 2차측의 a1, b1, c1은 상측 다이오드 정류기 입력측 위상선(14a, 14b, 14c)에 연결되었고, 델타결선된 3상 오토트랜스포머의 2차착 a2, b2, c2는 하측 다이오드 정류기 입력측 위상선(15a, 15b, 15c)에 연결되어 졌다.The power supply phase lines 12a, 12b, and 12c are connected to the primary side of the delta-connected three-phase autotransformer 13, and a1, b1, c1 on the secondary side of the delta-connected three-phase autotransformer are the phases of the upper diode rectifier input side. Connected to lines 14a, 14b and 14c, the secondary attachments a2, b2 and c2 of the delta-connected three-phase autotransformer were connected to the lower diode rectifier input side phase lines 15a, 15b and 15c.

14a, 14b, 14c는 상측 다이오드 정류기(16)에 연결되어졌고, 15a, 15b, 15c는 하측 다이오드 정류기(17)에 연결되어졌다.14a, 14b, 14c were connected to the upper diode rectifier 16, and 15a, 15b, 15c were connected to the lower diode rectifier 17.

상측 다이오드 정류기(16)은 상측 부스트컨버터(18)과 직렬로 연결되어 졌고, 하측 다이오드 정류기(17)는 하측 부스트컨버터(19)에 직렬로 연결되어 졌다.The upper diode rectifier 16 is connected in series with the upper boost converter 18, and the lower diode rectifier 17 is connected in series with the lower boost converter 19.

전원측 위상선(12a, 12b, 12c)에서 검출된 전원전압은 영전위검출부(Zero Cross Detector)(20)로 입력되고, 영전위검출부의 출력은 두 부스트컨버터의 스위치를 제어하는 제어부(21)로 입력되어진다.The power supply voltage detected by the power supply phase lines 12a, 12b, and 12c is input to a zero cross detector 20, and the output of the zero potential detection unit is supplied to a control unit 21 for controlling the switches of the two boost converters. It is input.

참조부호 isa, isb, isc는 전원측 상전류이고, iL1, iL2는 상·하측 부스트컨버터의 전류제어에 의해서 발생되는 각각의 인덕터전류이고, ia1, ib1, ic1은 상측 부스트컨버터에 의해 발생된 전류와 다이오드 정류기의 스위칭함수에 의해 발생되는 상측 다이오드 정류기의 입력전류이고 ia2, ib2, ic2는 상측 부스트컨버터에 의해 발생된 전류와 다이오드 정류기의 스위칭함수에 의해 발생되는 상측 다이오드 정류기의 입력전류이다.Reference numerals isa, isb and isc are phase currents on the power supply side, iL1 and iL2 are inductor currents generated by current control of the upper and lower boost converters, and ia1, ib1 and ic1 are currents and diodes generated by the upper boost converter. The input current of the upper diode rectifier generated by the switching function of the rectifier and ia2, ib2, ic2 are the input current of the upper diode rectifier generated by the switching function of the diode rectifier and the current generated by the upper boost converter.

도 1에서 상·하측 부스트컨버터부(16, 17)는 병렬로 연결되어 있고, 제어부(21)로부터 인가되는 소정 전압제어신호(Vg1, Vg2)를 근거로 각 인덕터전류는 삼각파에 가까운 모양이 되도록 전류를 제어하기 위한 것이다.In FIG. 1, the upper and lower boost converters 16 and 17 are connected in parallel, so that each inductor current becomes a triangle wave based on the predetermined voltage control signals Vg1 and Vg2 applied from the controller 21. To control the current.

또한 도 1에서 상기 상측 부스트컨버터부(16)는 공통의 평활용 커패시터(Co), 전류제어를 위한 커플링 인덕터(L1), 다이오드(D1a, D1b),스위치(S1)를 구비하여 구성되고, 하측 부스트컨버터부(17)는 공통의 평활용 커패시터(Co), 전류제어를 위한 커플링 인덕터(L2), 다이오드(D2a, D2b), 스위치(S2)를 구비하여 구성된다.In addition, in FIG. 1, the upper boost converter unit 16 includes a common smoothing capacitor Co, a coupling inductor L1 for controlling current, diodes D1a and D1b, and a switch S1. The lower boost converter unit 17 includes a common smoothing capacitor Co, a coupling inductor L2 for current control, diodes D2a and D2b, and a switch S2.

상기 전류제어용 커플링 인덕터는 상·하측 부스트컨버터(16, 17)의 전류를 제어하기 위한 것으로 각 부스트컨버트(16, 17)의 스위치(S1, S2)의 스위칭에 의해서 동작한다.The current controlling coupling inductor is for controlling the current of the upper and lower boost converters 16 and 17 and is operated by switching the switches S1 and S2 of the boost converters 16 and 17.

상기의 전류제어를 위하여 각각의 부스트컨버터(16, 17)는 독립적으로 동작해야 하고, 부스트컨버터(16, 17)의 출력단에서 상호영향을 미치는 것을 제한하기 위해 다이오드 정류기에서 음의 출력단에 인덕터와 다이오드 D1b, D2b를 추가하였고, 상측 또는 하측 다이오드 정류기의 출력측에 있는 두 인덕터에는 동일한 전류가 흐르므로 코아의 크기를 줄이기 위해 커플링 인덕터로 구성하였다.Each of the boost converters 16 and 17 must operate independently for the current control, and the inductor and diode at the negative output of the diode rectifier to limit the mutual influence at the output of the boost converters 16 and 17. D 1b and D 2b were added, and two inductors on the output side of the upper or lower diode rectifiers had the same current, so they were configured as coupling inductors to reduce core size.

도 2는 제안하는 정류기에서 사용하는 델타결선된 3상 오토트랜스포머의 벡터도와 결선도이다. 이 오토트랜스포머는 도 2(a)의 벡터도에서 보듯이 전원전압을 입력받아 전원전압보다 각각 15°앞서거나 뒤지는 두 셋트의 3상전압을 만들어 주며 출력용량의 약 24%의 정격을 가지게 되어 기존의 Y-△형 변압기와 비교할 때 변압기의 크기와 무게를 저감할 수 있다. 이렇게 하면 상측과 하측 다이오드 정류기의 출력전압이 서로 30°위상차를 갖게 된다. 즉, 입력전압은2 is a vector diagram and a connection diagram of a delta-connected three-phase autotransformer used in the proposed rectifier. As shown in the vector diagram of Fig. 2 (a), the autotransformer generates two sets of three-phase voltages that are 15 ° ahead or behind the power supply voltage, respectively, and have a rating of about 24% of the output capacity. The size and weight of the transformer can be reduced compared to the Y- △ transformer of. This causes the output voltages of the upper and lower diode rectifiers to be 30 ° out of phase with each other. That is, the input voltage

이다. 여기서V m 은 입력상전압의 최대값이며 상측 다이오드 정류기의 입력전압은 to be. Where V m is the maximum value of the input phase voltage and the input voltage of the

이고, 하측 다이오드 정류기의 입력전압은 The input voltage of the lower diode rectifier is

이다. 여기서V m '=1.035V m 이다. to be. Where V m ' = 1.035 V m .

상측 다이오드 정류기의 'a'상에 대한 스위칭 함수S a1 을 도 3과 같이 정의하면 각 상에 대한 스위칭함수는 다음과 같다.If the switching function S a1 for the 'a' phase of the upper diode rectifier is defined as shown in FIG. 3, the switching function for each phase is as follows.

또한 하측 다이오드 정류기에 대한 스위칭함수는Also, the switching function for the lower diode rectifier

이 되므로 정류기 입력전류를 이 스위칭함수와 정류기 출력전류, 즉 인덕터전류에 의하여 표현할 수 있다. 그러므로, 수학식4, 5에 의해서Therefore, the rectifier input current can be expressed by this switching function and the rectifier output current, that is, the inductor current. Therefore, according to Equations 4 and 5

, ,

와 같다. 또한, 도 2(b)의 결선도에서 각 레그에 대한 기자력 관계식으로부터 델타결선된 3상 오토트랜스포머의 델타결선의 권선전류는Same as In addition, in the connection diagram of FIG. 2 (b), the winding current of the delta connection of the three-phase autotransformer delta-connected from the magnetomotive force relation equation for each leg is

이고, kirchhoff의 전류법칙에 의해 전원전류i a 는The power current i a is

{i_a} = i_a1 +i_a2 + i_1 - i_3{i_a} = i_a1 + i_a2 + i_1-i_3

이므로, 수학식7과 8에 의해 전원전류i a 는 다음과 같이 된다.Therefore, according to equations (7) and (8), the power supply current i a is as follows.

수학식4, 5와 9에 의해서 전원전류는 스위칭함수와 정류기출력전류i L1 ,i L2 에 의해 다음과 같이 된다. According to equations (4), (5) and (9), the power supply current is as follows by the switching function and the rectifier output currents i L1 and i L2 .

본 발명인 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템에 관한 주요파형을 도 4에 나타낸다. 각 인덕터에 그림과 같은 전류 파형의i L1 과i L2 가 흐른다고 가정하면 정류기 입력전류i a1 과i a2 는 수학식6에 의하여 도 4와 같이 된다. 이와 같이 다이오드 입력전류가 결정되면 수학식9에 의해 전원전류가 결정되는데 이는 도 4와 같이 역률 1의 순수한 정현파가 된다.4 shows a main waveform of the active high power factor diode rectifier system of the present invention. Assuming that i L1 and i L2 of the current waveform as shown in the figure flow through each inductor, the rectifier input currents i a1 and i a2 become as shown in FIG. As such, when the diode input current is determined, the power supply current is determined by Equation 9, which becomes a pure sine wave of power factor 1 as shown in FIG.

이러한 각 부스트컨버터의 지령전류i L1 과i L2 를 발생시키 위한 방법을 도 5의 블록도로 표시하였다.i L1 과i L2 의 파형은 전원전압의 굵은 선과 같은 모양으로 프로그램에 의해 미리 구하여 Look Up Table에 저장하여 놓는다. 또한 영전위 검출(Zero Cross Detector)과 PLL(Phase Locked Loop)회로를 이용하여 미리 저장된 지령전류의 데이터를 전원전압과 동기시켜 출력시킨다.The method for generating the command currents i L1 and i L2 of each boost converter is shown in the block diagram of FIG. 5. The waveforms of i L1 and i L2 have the same shape as the thick line of the power supply voltage, and are obtained in advance by the program and stored in the Look Up Table. In addition, by using Zero Cross Detector and PLL (Phase Locked Loop) circuit, the data of pre-stored command current is synchronized with the power supply voltage.

도 5로부터 얻은 지령전류의 제어를 위한 제어블록도를 도 6에 나타낸다. 이러한 제어방식으로 전류제어는 물론 출력전압을 조정할 수 있다. 지령치v o * 와 검출된 출력전압v o 와 비교하여 발생된 오차는 PI 제어기에 입력되어 각 부스트컨버터의 인덕터에 흐르는 전류의 크기신호가 된다. 이 크기신호는 도 5로부터 얻어진 단위화(Normalize)된 모양 지령전류i L1,N 와i L2,N 와 곱해져 각 인덕터전류의 기준전류인i L1 * ,i L2 * 가 된다. 검출된 인덕터전류i L1 ,i L2 와 비교하여 발생된 오차를 PI 제어를 행한 후 게이트 구동부에 인가되어 각 부스트컨버터의 스위치를 구동하게 된다.6 is a control block diagram for controlling the command current obtained from FIG. 5. This control method can adjust the output voltage as well as the current control. The error generated by comparing the setpoint v o * and the detected output voltage v o is input to the PI controller and becomes a magnitude signal of the current flowing through the inductor of each boost converter. This magnitude signal is multiplied by the normalized shape command currents i L1, N and i L2, N obtained from FIG. 5 to become i L1 * , i L2 * which are the reference currents of each inductor current. The error generated in comparison with the detected inductor currents i L1 and i L2 is applied to the gate driver after PI control to drive the switch of each boost converter.

도 7, 도 8, 도 9는 제안한 방식의 각 전류의 실험파형을 나타낸다. 도 6에 의해서 발생된 인덕터전류i L1 ,i L2 를 도 7(a)와 도 7(b)에 나타낸다. 이 전류들은 각 다이오드 정류기의 스위칭함수에 의해서 나타나는 다이오드 정류기의 입력전류i a1 ,i a2 를 도 8(a)와 도 8(b)에 나타냈다. 각각의 다이오드 정류기의 입력전류와 델타결선된 3상 오토트랜스포머의 기자력관계식으로부터 도 9(a)와 같은 정현파에 가까운 전원전류i a 를 얻었다. 도 9(a)에는 이 전원전류i a 에 대한 FFT를 나타내는데 전원전류의 THD = 2.9%로 거의 정현파가 된다.7, 8 and 9 show experimental waveforms of the currents in the proposed scheme. The inductor currents i L1 and i L2 generated by FIG. 6 are shown in FIGS. 7A and 7B. These currents are shown in Figs. 8 (a) and 8 (b) of the input currents i a1 and i a2 of the diode rectifier represented by the switching functions of the respective diode rectifiers. From the input current of each diode rectifier and the magnetomotive force relation of the delta-connected three-phase autotransformer, a power supply current i a close to a sine wave as shown in FIG. 9 (a) was obtained. Fig. 9A shows the FFT for this power supply current i a , which is almost sinusoidal with THD = 2.9% of the power supply current.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부하의 크기에 관계없이 전원전류를 정현파에 가깝게 개선할 수 있고 이와 동시에 출력전압을 조정할 수 있게 된다. 또한 위상변압기의 정격을 기존의 △-Y 변압기에 비해 80%정도 낮출 수 있으며 상간변압기도 필요 없어서 전체적으로 정류기 시스템의 소형화를 달성할 수 있다. 이같은 정류기시스템은 고품질의 전원이 요구되는 통신용정류기나 전동기 구동부 전단의 정류기로서 사용하면 효과적이다.As described above, according to the present invention, the power supply current can be improved to be close to the sine wave regardless of the size of the load, and the output voltage can be adjusted at the same time. In addition, the rating of the phase transformer can be lowered by about 80% compared to the conventional Δ-Y transformer, and the need for a phase transformer is also eliminated, thereby miniaturizing the rectifier system as a whole. Such a rectifier system is effective when used as a rectifier for a communication rectifier or a front end of a motor drive unit requiring high quality power.

Claims (5)

본 발명은 전원전류의 고조파 전류를 감쇄시키는 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템에 대한 것으로서,The present invention relates to an active high power factor diode rectifier system for attenuating harmonic currents of a power supply current. 전원측에 직렬로 접속하여 두 출력전압의 위상을 바꾸고 출력측에서 두 대의 부스트컨버터에 의해 발생된 전류를 기자력관계로부터 정현파 전원전류를 갖게 하는 델타결선된 3상 오토트랜스포머에 대한 변압기부,Transformer section for delta-connected three-phase autotransformers connected in series to the power supply side to change the phase of the two output voltages, and having the sinusoidal power current from the magnetomotive force relationship of the current generated by the two boost converters on the output side; 정현파 전원전류를 갖기 위해 전류를 제어하는 상·하측 부스트컨버터부,Upper and lower boost converter section for controlling the current to have a sinusoidal power supply current, 정현파 전원전류를 갖기 위한 상기 상·하측 부스트컨버터부 인덕터전류의 각 지령신호들과 상기 상측 부스트컨버터부 인덕터전류에서 추출된 전류의 제1 소신호와 상기 하측 부스터컨버터부 인덕터전류에서 추출된 전류의 제 2신호를 근거로 상기 상·하측 부스트컨버터부의 PWM 동작 제어를 위한 상기 전압제어신호를 생성하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템.The first small signal of each of the command signals of the upper and lower boost converter section inductor currents and the first small signal of the current extracted from the upper boost converter section inductor current to have a sine wave power supply current, and the current extracted from the lower booster converter section inductor current. And a controller for generating the voltage control signal for controlling the PWM operation of the upper and lower boost converters based on a second signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 변압기부는 상기 상·하측 다이오드 정류기입력단과 위상선이 접속되어구성된 것을 특징으로 하는 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템으로 본 발명에서 이 변압기부는 델타결선된 3상 오토트랜스포머 뿐만 아니라 Δ-Y형 변압기 또는 스타결선된 3상 오토트랜스포머로도 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템.The transformer part is an active high power factor diode rectifier system, characterized in that the phase line is connected to the upper and lower diode rectifier input terminals. In the present invention, the transformer part is a delta-connected three-phase autotransformer as well as a Δ-Y type transformer or star. An active high power factor diode rectifier system, characterized in that it also consists of a connected three-phase autotransformer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 변압기부에 의해서 2대의 부스트컨버터는 병렬로 연결되는데 병렬연결되는 출력측에 상간리액터가 필요 없고, 2대의 부스트컨버터의 구성되기 때문에 부하변동이나 입력전압의 변동에 대한 출력전압을 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템.Two boost converters are connected in parallel by the transformer unit, and there is no need for a phase reactor on the output side connected in parallel, and since the two boost converters are configured, the output voltage can be adjusted for load variation or input voltage variation. Active high power factor rectifier system. 본 발명은 정현파 전원전류를 갖기 위해 입력측 전원전압을 영전위 검출하고, 검출된 신호는 제어부의 PLL(Phase Locked Loop)로 입력되어진다. 각 부스트컨버터의 지령전류가 Look up table 방식으로 프로세서에 255개의 데이터로 저장되어 있고, 프로세서는 PLL에서 출력되는 신호를 인식할때마다 Look up table에 저장된 255개의 데이터를 순서대로 한 개씩 출력하게 되어 각각의 부스트컨버터 지령전류를 발생하게 되는 것을 특징으로 하는 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템.The present invention detects the zero potential of the input power supply voltage to have a sinusoidal power supply current, and the detected signal is input to a phase locked loop (PLL) of the controller. The command current of each boost converter is stored as 255 data in the processor by look up table method, and each time the processor recognizes the signal output from the PLL, it outputs 255 data stored in the look up table one by one. Active high power factor diode rectifier system, characterized in that to generate a respective boost converter command current. 본 발명은 상측 부스트컨버터부와 하측 부스트컨버터부의 출력측에 있는 두 인덕터에는 동일한 전류가 흐르므로 코아의 크기를 줄이기 위해 커플링 인덕터로구성된 것을 특징으로 하는 능동형 고역률 다이오드 정류기시스템.The present invention provides an active high power factor diode rectifier system comprising a coupling inductor to reduce core size since two inductors at the output side of the upper and lower boost converters have the same current.
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