철강 소비가 늘어나고, 전기아크로 운영기술의 발전에 따라 아크로의 사용이 증가하고 있다. 그러나 전기아크로의 사용이 늘어날수록 계통에는 악영향을 미치게 된다. 즉, 전력품질 문제인 전압 및 전류 고조파, 상 불평형, 역률 저하, 전압 플리커 등의 문제가 발생하고 있다. 여기서는 시변 특성과 비선형 특성을 갖는 고조파에 대하여 해석하였다. 우선 전기 아크로가 포함된 전력계통 모델을 만들고, 전기 아크로의 다양한 운전 조건에 따라 발생된 고조파가 계통에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 고조파 저감 대책으로 고조파 필터를 설계하여 그 영향을 검토하였다.
3상 4선식 전원공급 시스템에서 단상 및 3상 부하의 운전하에서 전압 불평형은 부하의 불평형 운전에 의해 발생되고, 전류 불평형은 떨어진 전압 품질에 의해 더욱 심해진다. 에너지 변환장치로 사용되는 여러 형태의 컨버터는 3상 4선식 배전시스템에 직접적으로 고조파 전류를 주입함으로서 고조파 왜란을 증가시킨다. 고조파 전류는 전동기 출력 토크를 감소시키고, 전동기를 과열 또는 소음을 증가시키며 회전자에 토크 맥동을 증가하여 기계적인 공진과 진동을 발생하는 등 여러 가지 부작용을 낳고 있다. 따라서 본 논문은 3상 4선식 배전시스템에서 선형 및 비선형 부하의 혼합 운전시 불평형과 고조파 성분에 의해 유도전동기의 특성 변화에 대한 연구로서 선형 단독운전, 비선형 부하 결합에 따른 특성 변화를 해석한 것으로서 단상 비선형 부하의 추가 운전시 5 고조파 필터로도 저감이 어려운 고조파로 인해 토크 맥동 횟수는 줄고 리플값은 증가함을 확인할 수 있었다.
스위칭 모드 전원 공급 장치와 같은 비선형 부하의 증가로, 3상 4선식 배전계통을 채용하는 중성선에 많은 고조파 전류가 흐른다. 중성선은 접지 시스템과 연결되어 있기 때문에 접지 임피던스는 중성선 고조파 전류에 영향을 끼친다고 알려져 있다. 현장에서 실측한 고조파 전류와 전압으로 고조파 해석용 3상 등가 회로를 구성하였다. 실측한 값과 MATLAB으로 시뮬레이션 한 값을 수치와 파형으로 비교 검토하였다. 또한 본 논문에서는 중성선 고조파 전류와 접지 임피던스와의 관계를 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
컴퓨터 부하는 현대사회 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 개인용 컴퓨터의 스위칭 모드 전원공급 장치는 고조파 전류를 발생시키는 주된 발생원이다. 고조파 전류는 전압파형 왜곡, 과다한 중성선 전류, 측정오차, 컴퓨터 일시 정지등 많은 고조파 장해를 일으킬 수 있다. 본 논문의 목적은 단상 개인용 컴퓨터 부하의 고조파 해석용 등가회로 모델링과 고조파 전류를 저감하기 위한 상품화된 직렬 동조 필터를 국제 고조파 관리 기준인 IEEE 519-1992와 IEC 1000-3-2를 근거로 평가하는데 있다.
전력용 커패시터는 유도성 부하의 낮은 역률을 보상하기 위해 설치하는 경우가 많지만 전력변환장치에서 발생하는 고조파를 줄이기 위해 수동형 필터로서 리액터와 함께 사용되는 경우도 있다. 수동형 필터는 커패시터와 리액터를 직렬로 연결하여 사용한다. 이때 비선형 부하에서 발생하는 고조파를 흡수하는 역할에서 리액터가 자주 소손 또는 열화 되어 정상적인 수명을 보장받지 못하는 경우가 많다. 본 논문에서는 비선형 부하에 사용되는 있는 수동형 필터를 PWM 인버터의 다이오드 정류기 전단에 설친 운전할 경우 받을 수 있는 전기적인 스트레스를 해석하였다.
The reduction ratio of the magnetic gear is determined by the ratio of the number of poles between the high-speed permanent magnet layer and the low-speed permanent magnet layer. In general, it is known that the greater the least common multiple of both poles, the smaller the torque ripple called by cogging of the magnetic force generated in the magnetic gear. However, little is known about the effect of the harmonic modulator that filters the magnetic field in the magnetic gear to magnetically couple the high-speed side and the low-speed side except for the number of poles. In this study, torque ripple characteristics according to changes in modulator shape such as opening ratio and tooth thickness are analyzed using a finite element analysis tool.
비선형 부하의 증가로 3상 4선식 배전계통을 채용하는 중성선에는 많은 중성선 고조파 전류가 관측되고 있다. 또한 접지 임피던스는 고주파가 있는 중성선 전류에 영향 끼친다고 알려져 있다. 현장에서 실측한 고조파 전압과 전류, 그리고 대지 고유 저항률과 접지 저항을 토대로 고조파 해석용 등가 회로를 구성하였다. MATLAB과 CDEGS 프로그램으로 시뮬레이션 하여 수치와 파형으로 적절한 결과를 도출하였다.
본 연구에선는 고조파 저감효과가 크고 실시간 제어가 가능하도록 근사화된 3레벨 SHE PWM 방식을 제안하였다. SHE PWM 방식으로 특정 고조파를 제거할 수 있는 스위칭 각을 얻으면 기본파 전압의 크기에 따라 불연속적이고 비선형적인 분포를 이루게 되어 실시간제어에의 적용이 어려우므로 이들 비선형적인 분포를 부분적으로 근사화시킨 직선방식을 얻고 직선방정식의 계수들의 집합을 하나의 조견표로 작성하여 새로운 SHE PWM 스위칭 각 분포를 얻었다. 이때 인버터 dc 링크 전압의 변동을 보상할 수 있도록 인버터 출력 기본파전압과 직류전원 전압의 비를 일정하게 유지시켜며, 이렇게 새로이 얻어진 SHE PWM에 의한 스위칭 패턴을 3레벨 인버터에 적용하여 유도전동기를 운전할 때 인버터 출력전압의 고조파분포를 해석하였다. 또한 시뮬레이션을 통한 전동기 전류의 고조파 왜곡 및 토크리플 특성도 해석하여 제안한 3레벨 근사화 SHE PWM 방식의 고조파 저감효과가 3레벨 SPWM 방식의 결과와 비교하여 우수하며, 직류링크전압 변동에 대한 보상이 이루어짐을 확인하였다.
본 논문에서는 LCCL-S 토폴로지를 가지는 무선전력전송 시스템에서 부하 및 결합계수에 따른 입력 전류 고조파를 분석한다. 분석한 입력전류의 고조파를 통하여 스위칭 손실 및 도통 손실을 예측한다. 고조파 해석의 타당성을 검증하기 위해 PSIM 시뮬레이션 및 실험을 수행한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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