This thesis presents a direct duty ratio pulse width modulation (DDPWM) method and its application to matrix converters. In this method, a simplified duty ratio controller is proposed to modulate matrix converters. By sensing the input voltages and selecting proper switching patterns, the duty ratio controller calculates and updates the duty ratios at each switching periods to synthesize the desired output voltages. The sinusoidal input currents with the unity input power factor can be controlled by changing the slope of the carrier.Based on the proposed direct duty ratio control algorithm, a predictive current controlled PWM (PCCPWM) method is also proposed to modulate matrix converters which have known load. A discrete-time model of the system is established to predict the next-step values of the load currents. Together with the sensed input-side voltage and output-side current values, the predictive current controller generates duty ratios at each switching periods to force the load currents to follow the commands. The sinusoidal input currents with the unity input power factor are also synthesized by changing the slope of the carrier.The proposed DDPWM method and PCCPWM technique are also applied to treat a series of matrix converter topologies, including three-phase to single-phase matrix converter, three-phase to two-phase matrix converter, three-phase to two-phase three-leg matrix converter and three-phase to three-phase four-leg matrix converters.The proposed DDPWM and PCCPWM methods imply following merits:1). Direct duty ratio modulation feature, which makes the output voltage synthesis simple and direct.2). Modular modulation approach based on per-output-phase averaging concept. Thus, the DDPWM and PCCPWM methods have good feasibility and adaptiveness.3). Good dynamics performance. The system dynamics and input distortions can be integrated to the duty ratio controller and discrete time model.4). Continuous carrier based modulation and easy implementation. The proposed methods can be implemented without complicated calculation and lookup table initialization.Finally, the feasibility and validity of the proposed methods for matrix converter modulation have been verified by simulation and experiment results. The results indicate that the proposed DDPWM and PCCPWM methods feature very simple and effective methods to modulate matrix converters.
본 논문은 매트릭스 컨버터에의 응용을 위한 직접 시비율 펄스폭 변조 방식(DDPWM: direct duty ratio pulse width modulation)에 대한 것이다. 본 논문에서는 매트릭스 컨버터의 변조를 위한 단순화된 시비율 제어기를 제안한다.입력 전압을 센싱하고 이에 따라 적절한 스위칭 패턴을 선택한 결과를 이용하여, 시비율 제어기는 각 스위칭 주기마다 시비율을 계산하고 이를 업데이트하여 원하는 출력전압을 합성하게 된다. 또한 캐리어의 기울기를 변경함으로써 정현파의 입력전류가 단위 역률을 갖도록 제어할 수 있다.한편, 본 논문에서는 먼저 제안된 직접 시비율 펄스폭 변조 방식을 이용한 새로운 예측 전류제어 펄스폭 변조 방식(PCCPWM:predictive current control pulse width modulation)을 제안한다. 부하 전류의 미래적인 값을 예측하기 위하여 시스템의 이산 시간(discrete-time) 모델을 구하고, 측정된 전압 및 전류 값과 이산 시간 모델로부터 예측 전류 제어기는 각 스위칭 주기마다 부하 전류가 기준 전류(명령값)를 추종하도록 하는 시비율을 발생한다. 이 경우도 캐리어의 기울기를 변경함으로써 정현파의 입력전류가 단위 역률을 갖도록 제어할 수 있다.제안된 DDPWM과 PCCPWM는, 3상-단상 매트릭스 컨버터, 3상-2상 매트릭스 컨버터, 3상-2상 3-레그 매트릭스 컨버터, 3상-3상 4-레그 매트릭스 컨버터 등의 다양한 회로 구성의 매트릭스 컨버터에 적용이 가능하다.끝으로 본 논문에서는, 제안된 매트릭스 컨버터의 변조 방식의 유효성과 적용가능성을 확인하기 위하여 다양한 실험과 시뮬레이션을 수행하였고, 그 결과 제안된 DDPWM과 CCPWM이 매트릭스 컨버터의 변조 제어 방식에서 매우 간단하면서도 효과적인 방식임을 입증하였다.