본 논문은 SiC MOSFET 디바이스를 사용하는 전력변환장치에서 Rogowski 코일을 이용하여 SiC MOSFET 디바이스에 흐르는 전류를 측정하여, 과전류를 검출하고 게이팅 신호를 차단하는 기법에 관하여 연구한다. SiC MOSFET는 소자의 특성으로 보편적으로 사용되는 과전류 검출 방법인 DeSAT 적용이 어렵기 때문에 Rogowski 코일을 사용하여 스위치 전류를 측정, 과전류를 검출한다. 본 논문에서는 PCB패턴 Rogowski 코일의 설계 방법뿐만 아니라 Rogowski 코일과 적분기의 대역폭에 대해서도 논의한다. 실험은 직류링크 커패시터에 SiC MOSFET 스위치 레그를 병렬로 연결하고, 직류링크 커패시터에 직류전압을 충전 후 스위치 레그를 약 6us정도 단락시켜 SiC MOSFET에 과전류를 발생시킨다. 이 때, 제안한 Rogowski 코일을 이용한 과전류 검출 및 차단 기법의 적용 전후를 비교하여 동작 및 성능(검출 및 차단 소요시간)을 확인한다. 마지막으로 실험 결과를 통해 본 논문에서 제안한 PCB패턴 Rogowski 코일을 이용하여 과전류 검출 및 차단 기법이 검증되었다.
저압전로에 시설하는 과전류차단기는 이를 시설하는 곳을 통과하는 단락전류를 차단하는 능력을 가지는 것이어야 한다. 다만 그곳을 통과하는 최대단락전류가 10kA를 넘는 경우에 과전류차단기로서 10kA이상의 단락전류를 차단하는 능력을 가지는 배선용 차단기를 시설하고 그곳으로부터 전원측의 선로에 그 배선용차단기의 단락전류를 그 배선용차단기보다 빨리 또는 동시에 차단하는 능력을 가지는 과전류차단기를 시설하는 때에는 그러하지 아니하다.
초전도 선재를 전력 기기에 적절히 응용하기 위하여 사고 시 과전류에 대한 안전성 여부를 확인할 필요가 있다. 본 논문에서는 임계전류 이상의 영역에서 Bi-2223 선재의 저항 및 온도변화 특성을 알아보았다. 임계전류가 57 A인 Bi-2223 선재에 임계 전류 이상의 과전류를 인가한 후 전류 크기 및 사고시간에 따른 저항 변화를 조사하였다. 또한 열전대를 사용하여 과전류 인가에 따른 선재의 온도 변화를 측정하여 저항에 의해 유추한 결과와 상호 비교하였다. 이로부터 Bi-2223 선재에 과전류 인가 시 발생된 저항으로부터 간접적으로 얻은 선재의 온도와 측정된 줄열은 매우 잘 일치하였으며, 이로부터 과전류 인가 시간과 크기에 따른 선재의 온도 변화를 예측할 수 있었다.
본 논문에서는 과전류로부터 보호해야 할 트랜지스터의 정격전력을 고려해 protection level 을 결정하는 과 전류 보호회로를 제안하였다. 기존의 과전류 보호회로는 과부하시 출력 트랜지스터 양단 전압과는 무관하게 단순히 전류의 크기만을 감지해 보호회로를 동작시키기 때문에 출력 트랜지스터의 정격전력을 고려하지 않고 동작을 한다. 하지만 제안된 회로는 출력전압과 출력전류의 크기를 모두 감지해 protection 여부를 결정하기 때문에 protection 시 출력 트랜지스터에서의 소모전력이 거의 일정하도록 유지시켜준다. Protection level 설정에 있어서 기존 방식과 다른 점을 먼저 살펴보고, 실제 오디오 증폭기의 보호회로로 사용된 회로의 동작원리를 설명하겠다. 아울러 실험을 통해 검증된 과전류 보호회로의 동작 결과를 살펴보겠다.
멀티 콘센트의 과전류로 인한 과열을 방지하기 위한 보호방식으로는 주로 금속바이메탈 방식, 스위칭회로 방식, 마이크로컨트롤러(MCU)를 이용한 과전류 정밀제어 방식 등이 사용되어 오고 있다. 하지만 이러한 방식들은 보호회로가 과전류가 흐르는 전선에 병렬접속 함으로써 2차 화재의 위험이 있을 수 있으며 입력전압의 비선형 왜곡에 취약한 단점을 가지고 있다. 또한 기존의 방식들은 제품의 단가가 비교적 크게 올라가므로 충분한 시장성을 확보하기가 쉽지 않다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 과전류가 흐르는 전선에 비접촉식 관통형 변류기를 설계하고 변류기의 2차 유도전류를 이용하여 과전류를 감지하여 사용자가 과전류 상황을 인지할 수 있도록 LED 및 부저 회로를 통하여 시각 및 청각적 신호를 전달하는 기능을 구현한다. 실험 결과들로부터 제안된 회로는 매우 경제적이고 간단하면서도 안정적으로 동작함을 확인 할 수 있다.
유도전동기의 시동시에는 정격전류의 수배의 전류가 흐른다고 한다. 현재는 농형의 유도전동기로 3상200V의 50KW나 75KW의 비교적 용량이 큰 전동기가 $Y-{\Delta}$시동으로 운전되고 있다. 이 정도의 용량이 되면 시동전류도 커져서 2대가 동시시동과 같은 경우에는 고압측의 차단기가 동작하는 경우가 있다. 또한 전동기가 75KW나 되면 저압측이 퓨즈나 차단기과의 동작협조가 곤란해진다.
계전기는 1930년대에 처음 개발되어 지금까지 수많은 발전을 거치며 전력계통의 과도현상을 효과적으로 차단해왔다. 이러한 계전기의 종류에는 많은 종류가 있으며 본 논문에서는 배전선로 보호에 주로 쓰이는 재폐로부 과전류계전기에 대한 연구를 수행하였다. 배전계통에 사용하는 과전류계전기는 이상전류가 발생할 경우 순시특성과 한시 특성을 이용하여 계통을 차단하지만 고장검출시간은 비교적 짧은 편이다. 이런 현상은 짧은 시간 안에 발생하는 이상전류에 대해서도 계통을 정전상태로 만들기 때문에 효율적이지 못하다. 따라서 이러한 문제점을 해결하고자 재폐로부 과전류계전기가 개발되어 재폐로의 특징을 이용해 좀 더 긴 고장검출 시간을 확보하여 계통의 불필요한 정전을 방지하고 있다. 본 연구에서는 재폐로부 과전류계전기를 EMTP를 이용하여 모델링하고 계전기 동작을 검증하였으며 또한 EMTP를 이용하여 모델링된 배전계통에 적용시켜 모의결과를 분석하였다.
본 논문에서는 벡터 제어 유도전동기 구동 시스템에서 과변조시 출력 토오크 향상을 위한 새로운 과변조 기법을 제안한다. 제안된 과변조 기법은 인버터의 전압 제한과 유도 전동기의 전류 다이나믹스를 동시에 고려하여, 과변조시 동기좌표계 d축 전압을 감소시킴으로써 순시적으로 d축 전류를 감소시키고 q축 전류 제어를 위한 전압 여유를 확보한다. 따라서 과변조시에도 q축 전류 제어가 원활하게 수행됨에 따라 전동기의 출력 토오크를 향상시킨다. 기존의 기법과의 비교 실험에서 제안된 기법이 우수함을 증명하였다.
본 논문에서는 비닐 캡타이어 전선(600 V, VCTFK, $2C{\times}1.25mm^2$)을 모델로 하여 과전류 시 전류크기 및 이격 거리에 따른 전선 상호간의 힘을 유한요소법(FEM)을 통하여 계산하며, 또한 직접 제작한 대전류 공급 장치(형명: EHT_EFAD, Korea 사용하여 과전류시 전류크기와 공급시간에 따른 전선 상호간의 최대 이격거리에 대하여 실험함으로써 과전류로 인한 전기화재 감식 시 기초 자료로 활용하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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