PWM 인버터의 개요

  서보시스템의 전력 변환장치

     1. PWM 인버터의 개요

 최근 전력용 반도체 소자와 고성능 마이크로프로세서의 발달에 따라 고속의 스위칭(Switching)이 가능한 전력용 반도체(Power Semiconductor) 소자를 이용하여 가변전압 가변주파수(VVVF: Variable Voltage Variable Frequency)의 전원을 손쉽게 구현 할 수가 있게 되었다. 가변전압 가변주파수를 발생시키는 회로는 여러 가지 형태가 있을 수 있으나, 교류전원을 정류기(Rectifier)또는 AC-DC 컨버터를 사용하여 직류전압으로 변환한 후 이 직류 전압과 주파수를 가변 하는 전압형인버터(VSI: Voltage Source Inverter)가 널리 쓰이고 있다.

3상 또는 단상 교류전원으로부터 유입된 교류는 정류 다이오드를 거쳐 정류되어 콘덴서에 직류전압의 형태로 저장된다.

전력 변환방식에는 PWM방식과 펄스진폭변조(PAM: Pulse Amplitude Modulation)가 있다. PWM방식은 일정한 직류전압에서 스위칭 소자의 ON, OFF 시간비율을 변화하여 평균적인 전압이 되도록 제어하는 반면에 PAM방식은 콘덴서의 충, 방전으로 직류 전압을 변화하여 전동기 인가전압을 제어하는 방식으로 전동기 인가전압을 빠르게 제어하여야 하는 서보전동기 구동 시스템에는 적합하지 않다. 따라서 PWM전력 변환방식은 서보전동기 구동시스템의 전력변환회로에 주로 사용된다. 그 외에 PWM방식에 따라 정현파 PWM (SPWM: Sinusoidal PWM 또는 삼각파 비교 전압변조 방식이라고도 함)과 히스테리시스 PWM(Hysteresis PWM) 및 공간벡터PWM (SVPWM: Space Vector PWM)방식으로 구분된다.  

      2. PWM인버터의 종류

삼각파 비교 전압변조방식(또는 정현파 PWM)의 기본 동작 원리는 사인파의 지령 극전압과 삼각파를 비교하여 그 크기의 대소에 따라 인버터 각 상의 스위치를 조작하는 것이다. 이 방식은 원리가 간단하고 특히 아날로그 구현이 수월하여 고전적으로 널리 사용되었는데 가장 고전적인 방법은 정현파 전압 변조방식(SPWM)이다. 이 방식은 옵셋(Offset) 전압을 설정하는 과정이 필요 없으므로 구현이 간단하며, 특히 아날로그 회로로 구현하기에 용이하다.

 삼각파 비교 사인파 제어방식이 전압 제어인 반면에 히스테리시스 PWM방법이란 전류 제어 방식으로  기준 사인파형에 가상의 사인파형 밴드를 만들어 점선의 상위 사인파의 밴드와 하위 사인파 밴드사이에 실제 전류 값이 존재하도록 스위칭 동작을 하도록 한다. 즉 A부분의 기준 사인파가 전류의 지령치를 나타내며, 실제 전류는 히스테리 밴드 내에 존재한다.