본 논문은 20kV 10kW급 고전압 직류 전원장치와 원격제어기의 개발에 대해서 기술하고 있다. 개발된 고전압 직류 전원장치는 다양한 고전압 시스템에 적용하기 위해서 출력전압이 최대 20kV까지 가변 가능하도록 설계되었으며 먼저, 펄스파워 시스템에 필요한 고전압 캐패시터 충전용 전원장치로서 사용하여 동작특성과 신뢰성을 확인하였다. 고전압 직류 전원장치는 단상 고주파 공진형 인버터 방식을 채용하였으며 스위칭 주파수를 최대 100kHz까지 가변시켜 출력전류를 제어하였다. 또한 인버터 출력이 인가되는 고전압 변압기에 2대의 단상 변압기를 사용하여 각각의 출력부담과 전기적 절연내력을 낮출 수 있었다. 한편, 고전압 시스템에 적용 할 때, 조작자의 안전성을 높이고 동작상태를 실시간으로 진단하기 위해서 원격제어기를 개발하였으며 다양한 조건에서의 시뮬레이션과 실험을 통해 개발된 고전압 전원장치와 원격제어기의 동작특성을 확인하였다
본 논문에서는 전기자동차 고전압 시스템의 구성에 대하여 서술하고, 배터리의 에너지를 부하단의 액츄에이터에 전달 및 차단 역할을 수행하는 고전압 릴레이 동작에 대한 제어 알고리즘에 대하여 기술하였다. 또한 고전압 릴레이 제어시에 고려되어야 될 요소에 대한 이론적인 해석을 수행하였으며, 전기자동차의 고전압 시스템에 대한 모델링을 구현하고 스파이스 해석 툴을 통한 시뮬레이션으로 이를 검증하였다.
최근 미세먼지(PM10 또는 PM2.5)로 인한 인체 유해성 및 실제 피해사례가 인터넷, TV 매체 등에 의해 화두가 됨에 따라 각종 제조, 사업장 및 발전소에서는 미세먼지 배출기준을 충족하기 위한 고효율 집진 기술이 필요로 되고 있는 상황이다. 고압 코로나 방전에 의해 미세먼지를 포집하는 고전압 하전방식 집진장치의 경우 전류를 광범위로 조절 가능하며 역전리 방지에 탁월하여 고효율의 집진이 가능하다. 본 논문에서는 기존의 다전원(펄스전원, 기본전원)을 이용한 마이크로 펄스 하전방식이 아닌 공진형 컨버터와 고압 트랜스포머, 배전압 회로를 적용한 고전압 단전원 제어 하전방식 및 이를 이용한 고전압 전압원의 저속 스위칭 제어기법을 제안하고, 실제 측정을 통해 제안 방식의 실효성을 검증하였다.
본 논문에서는 H-브릿지 멀티레벨 인버터를 이용한 고전압 대용량 유도 전동기 구동을 위한 단순하고 강인한 속도 센서리스 제어를 소개하였다. H-브릿지 멀티레벨 인버터는 고전압 대용량화, 우수한 입출력 전력품질, 모듈화, 그리고 설치 조건 편의성으로 인해 고전압 대용량 유도 전동기 가변속 용도로 적용이 확대되고 있지만, V/F 운전시의 대표적인 단점인 저속 영역에서의 낮은 토오크, 무부하 혹은 경부하 조건의 전류 및 전동기 진동, 그리고 전동기 슬립에 의한 속도 변동은 대용량 유도 전동기의 인버터 적용에 걸림돌이 되고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위해 속도 센서가 필요 없으며 전동기 상수에 강인한 속도 센서리스 제어를 전류 및 슬립 보상을 적용하여 유도 전동기의 기동 토오크 증대, 경부하 진동 억제, 그리고 속도 제어 특성을 향상 시켰다.
본 논문에서는 입력부, 특고압 발생부 및 고압 정류부, IGBT Pulse Switch로 구성된 Gyro-klystron용 대전력, 고전압, 전류 펄스 전원장치의 설계 및 개발에 대하여 기술하였다. 대전력, 고전압, 전류 펄스 전원장치를 위한 각 구성부분의 제어 및 설계 특징은 다음과 같다. 입력부인 IGBT Inverter는 펄스 전원장치의 전압 제어를 위하여 출력 고전압을 Feedback System 제어에 의해 Pulse 설정 전압을 갖도록 제어하며, 또한 Pulse 출력중에 직류 고전압부의 전압강하, 즉 Pulse 전압의 Drop이 커지는 것을 방지하기 위하여 Fast Dynamics를 갖도록 Feedback System을 구성하였다. 3대의 단상 특고압 승압변압기가 직렬로 구성된 특고압 발생부는 PWM된 전압을 입력받아 특고압으로 승압시킨다. 특고압 변압기는 고압 Pulse성 전압과 매우 높은 dV/dt 전압이 인가되므로 Stray Capacitance가 최소가 되어야 하며 절연파괴로부터 보호될 수 있어야 한다. 고압 정류부는 Inverter와 특고압변압기에 의하여 전원이 공급되므로 교류전압의 교번순간에 매우 높은 전압 변동률을 가지는 Fast Recovery High Voltage Rectifier로 설계, 제작되어졌다. Pulse Switch인 IGBT Switch는 Gate Driver에 의해 구동되어 진다. 주어진 Pulse 사양을 만족시키며 특히 소자의 전압 특성을 고려하여 120KV의 전압값을 갖도록 설계, 제작하였다. 본 논문에서는 고전압 펄스 전원장치 각 부분의 설계에 대하여 기본적인 사항들을 제시하며, 실험결과를 통하여 제안된 방식의 우수한 특성을 입증한다.
최근 고 에너지 저장 및 발생장치의 개발은 군사용에서 산업용으로 응용되면서 각종 첨단 설비가 개발되고 있다. 본 논문에서는 전자빔 발생기로 쓰이는 Gyroklystron용 대전력, 고전압, 전류 펄스 전원장치로 입력부, 특고압 발생부, 고압 정류부 및 IGBT 펄스 스위치 구성하고 그 설계 및 개발 자료에 대하여 기술하였다. 대전력 고전압 전류펄스 전원장치를 위한 각 구성 부분의 제어 및 설계 특징은 다음과 같다. 입력부인 IGBT Inverter는 펄스 전원장치의 제어를 위하여 출력 고전압을 Feedbark System에 의해 펄스 설정 전압을 유지하도록 제어하며, 또한 펄스 출력중에 직류 고전압부의 전압강하, 즉 펄스 진압의 Drop이 커지는 것을 방지하기 위하여 Fast Dynamics를 갖도록 Feedback System을 구성하였다. 단상 특고압 승압용 변압기 3대를 직렬접속한 특고압 발생부는 PWM 제어된 전압을 입력받아 특고압으로 승압시키며 고압 펄스성 전압과 매우 높은 dV/dt 전압이 인가되므로 Stray Capacitance가 최소가 되어야 하며 절연파괴로부터 보호될 수 있어야 한다. 고압 정류부는 Inverter와 특고압 변압기에 의하여 전원이 공급되므로 교류전압의 교번 순간에 매우 높은 전압변동률을 가지는 Fast Recovery High Voltage Rectifier로 설계 제작되어졌다. 펄스 스위치인 IGBT 스위치는 Gate Driver에 의해 구동되어 지며 주어진 펄스 사양을 만족시키게 된다. 특히 소자의 전압특성을 고려하여 120KV의 전압 값을 갖도록 설계, 제작하였다.
본 연구에서는 의료용 X선 발생기의 고전압 발생장치를 설계하는 방법을 제시한다. 고전압의 발생을 위해 인버터를 사용하였다. 또한 라인필터회로, 정류회로, 펄스 복 변조 제어회로, 전 브리지 구동회로, 고전압 트랜스, 고전압 정류회로를 설계 제작하였다. 본 논문에서 제시된 설계 방법에 의해 스위칭 주파수 40 KHz인 고전압 발생장치를 제작·실험하여 가변전압 0∼620 V. 가변전류 50 ∼500 mA를 얻었다.
최근 수년동안 의료 X-선 장비의 고전압 발생용 전원장치는 고주파 인버터 형태로의 개발이 가속화되어 단시간 촬영의 고성능화와 장치의 소형화 그리고 고전압 리플의 저감에 따른 피폭량 감소가 실현되고 있다. 본 논문은 이에 따른 의료 진단용 X-선 발생 시스템에서 40kW(125kV, 800mA)급 고주파 전원 발생장치 개발에 관한 것으로 고주파 고전압 인버터, 고주파 고전압 변압기를 포함한 고전압 발생 회로, X-선 관전압, 관전류 제어부, 시스템 구동부의 설계 개발에 대하여 기술하였고, 전체 구성된 시스템의 실험 파형에 따른 동작 특성을 제시하였다.
펄스형 자기자극장치를 누설변압기의 1차측 스위칭 제어로 교류(60hz) 스위칭 제어를 하여 비용과 크기면에서 기존의 전원장치로 구성된 것보다 약30w의 소용량으로 구성을 할 수가 있었다. 펄스반복률은 자기자극장치의 출력제어를 5-60hz로 적절하게 조절하였다. 이 자석 자극에서는, 고전압 출력 회로를 위한 낮은 전압 열리는 반복 통제가 고전압 표본 추출을 피하기 위하여 채택되며, 또는 스위칭제어와 고전압 누설 변압기는 고전압 하나로 조정된 낮은 전압 펄스를 개조하기 위하여 사용된다. ZCS (영전류스위칭) 회로 및 DSP & FPGA는 SCR의 게이트 신호를 정확하게 통제하기 위하여 사용된다. 펄스 반복 비율은 AC 선과 높은 누설 유도자의 주파수 때문에 60Hz에 의해 제한된다. 최대 자석자극장치의 출력은6 0Hz, 각각 40, 80, 120, $160^{\circ}$, SCR 게이트의 펄스반복 비율로 33W에 관하여 트리거 각 $90^{\circ}$에 대한 전체적인 출력으로 얻어졌다.
본 논문에서는 관전류 직접제어 방식을 채택한 3.2kW(80kV,40mA)급 최소형, 최경량 Portable X-선 장치를 제안한다 본 장치는 X-선 발생을 위한 고전압 발생 단에 모노탱크 블록 사용하였고, 고주파 고전압용 인버터에는 스위칭 전력소자로서 Mini block type의 MOS-FET를 채용, 80kHz로 스위칭 함으로서 고전압 변압기를 비롯한 고전압 발생부의 크기와 무게를 최소화하였다. X-ray Power의 출력이 높아짐에 따라, X-ray tube의 필라멘트 인버터의 출력용량 또한 증가되었다. 본 논문에서는 설정 관전류에 대한 정밀한 제어를 위하여 2단계 모드로 필라멘트 예열을 행하여 관전류 응답특성을 개선하였으며 제안한 휴대용 X-선 발생장치의 부하변동에 따른 X-선 관전압과 관전류의 개선된 특징을 실험파형을 통하여 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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