본 논문은 소프트 스위칭 기법을 적용한 싱크로너스 양방향 DC-DC 컨버터를 제안한다. 제안된 컨버터는 싱크로너스 벅 컨버터를 병렬구성을 하여 인터리브드 기법을 통해 도통 손실을 줄이고, 하나의 공진인덕터를 사용한 ZVT-Cell을 적용함으로써 스위칭 손실을 최소화 하였다. 전 부하 범위에서 CCM(Continuous Conduction Mode) 으로 동작하고 ZVS가 성립되도록 하였으며, 전류주입 기법을 통해 넓은 출력전압 범위에서도 ZVS 조건을 만족하였다. 또한, 기존 싱크로너스 벅 컨버터의 데드타임(dead time)동안 발생하는 역병렬 다이오드의 도통손실 및 dv/dt, di/dt 발생을 저감하는 효과를 얻을 수 있다. 제안된 컨버터의 유효성은 실험을 통해서 검증하였다.
공진형 인버터는 스위칭 전압이 0이거나 스위칭 전류가 0인 조건에서 동작할 때 스위칭 손실을 최소로 할 수 있다. 오늘날 조리용 인덕션 레인지에서 폭넓게 사용되고 있는 싱글 스위치 방식의 공진형 인버터는 영전압 스위칭 방법을 주로 사용하는데, 출력 전력을 가변하기 위하여 주파수를 변동시키는 경우에는 종종 영전압 스위칭이 올바르게 수행되지 않는 문제를 가지고 있다. 이는 스위칭 소자가 과열되거나 소손되는 문제를 야기한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 하드웨어적인 전압 비교기를 사용하여 영전압 스위칭 동작을 개선하는 방법을 제안하고, 이 방법의 유효성을 컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 통하여 확인하였다.
본 논문에서 제안된 스위칭변조기법은 전기 자동차의 제한된 배터리 출력 전력으로 보다 향상된 주행거리 확보를 위해 기존 3상 SVPWM 제어기반 인버터의 스위칭 패턴을 분석한 후 이를 개선하기 위해 2개 스위칭시퀀스를 도입하여 조건에 따라 스위칭패턴을 선택하여 제어함으로써 스위칭손실을 저감시킬 수 있음을 시뮬레이션 및 실험해석을 통해 그 유효성을 검증한다.
본 논문에서는 최근 서버에 적용되고 있는 180~305 Vac의 높은 입력에 대한 종속 벅 부스트 형태의 역률 보상 회로를 제안한다. 제안된 컨버터는 277 Vac인 공칭 입력 전압에서 기존 부스트 역률 보상 회로와 동일하게 동작하며, 277 Vac 이상의 입력에서는 추가된 벅 스위치의 간단한 피드-포워드 제어를 통해 부스트 단의 평균 입력 전압을 낮추는 방법을 사용한다. 따라서, 277 Vac 이상의 높은 입력 전압에서도 기존 보다 낮은 출력 전압으로 컨버터가 동작하기 때문에, 기존의 부스트 컨버터에 비해 출력 콘덴서의 크기와 부스트 스위치, 다이오드의 전압 스트레스를 감소시킬 수 있다. 이를 통해 공칭 입력 전압에서 부스트 스위치의 스위칭 손실을 감소시킬 수 있고 높은 전력 밀도를 가질 수 있다. 본 논문에서는 제안된 컨버터의 분석과 함께, 유효성 확인을 위해 입력 180~305 Vac, 출력 400 V, 750 W 급 컨버터를 제작하였으며 실험을 통해 얻은 결과를 제시하였다.
3상 전류형 인버터는 3상의 전류원을 정류하여 직류로 내보내는 대표적인 전력변환시스템이다. 3상 전류형 컨버터의 효율을 극대화 시키는 연구가 활발히 진행되고 있는 현재 시점에 스위칭시퀀스를 간략화 하여 스위칭횟수를 감소함으로써 스위칭 손실 저감시킴은 전체 시스템 효율에 긍정적인 영향을 미친다. 본 논문에서는 3상 전류형 컨버터의 기존 스위칭시퀀스를 간략화 함을 통해 스위칭 절환을 최소로 하는 3상 전류형 컨버터의 제어기법에 대해 제안을 하며, 그 유효성을 PSIM 시뮬레이터와 실험을 통해서 검증한다.
3상 전압형 인버터는 직류전압을 전원으로 하여 3상 교류로 내보내는 대표적인 전력변환시스템이다. 3상 전압형 인버터의 효율을 극대화 시키는 연구가 활발히 진행되고 있는 현재 시점에 스위칭횟수는 전체 시스템 효율향상에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 3상 전압형 인버터의 기존 스위칭시퀀스를 탈피하여 간략화 스위칭시퀀스 전략을 도입하여 스위칭손실을 저감시킬 수 있는 3상 전압형 인버터의 SVPWM 제어기법을 제안하고, 유효성을 시뮬레이션 및 실험을 통해서 검증한다.
최근 산업의 핵심 에너지원을 공급하고 있는 전력회사의 운영에서, 계통 사고시 대량의 경보 신호 발생으로 인하여 운전원의 혼란을 가져오게 되어, 사고후 복구시간의 지연을 초래하는 문제로 인한 해당산업체의 손실이 대형화하는 추세이다. 본 논문에서는 이와 같은 문제를 해결하는 방안으로 사고시 보호시스템의 순차정보를 이용하여 단시간에 고장진단을 수행함으로서, 고장의 원인 파악과 정확한 고장발생지점 정보를 운전원에게 제공할 수 있는 방법을 제안하고 있다. 고장진단 기법은 고장 발생의 불확실성을 고려한 보호시스템의 모델링 방법과 퍼지 페트리네트 기법을 개발하여 적용하였다. 본 연구에서 개발한 방법을 사례연구를 통하여 모델 계통에 적응하고 그 유효성 여부를 확인한 결과 만족할 만한 성과를 얻을 수 있었다. 특히 보호시스템의 오동작이나 부동작 둥의 불확실한 정보를 처리하는 데 본 연구에서 개발한 퍼지 페트리네트 기법이 탁월한 성능을 발휘하므로 실제의 대형 전력계통에 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 본 방법은 SCADA로부터 전송되는 실시간 데이터의 온라인 처리도 가능하므로 그 유용성은 아주 높다고 볼 수 있다.
본 논문에서는 3레벨 무정전전원장치의 직류링크 전압 불균형을 제거할 수 있는 3레벨 인터리브드 충방전기의 장치 및 제어 기법을 제안하였다. 기존 2레벨에 비해서 3레벨 인터리브드 충방전기는 배터리 전류의 리플감소와 전력변환손실을 절감할 수 있으며, 중성점 전압 제어로 직류링크의 전압편차를 균등화 할 수 있다. 제안된 기법은 방전 시 독립방전모드와 중복방전모드가 자동 전환되며, 간단하고도 효과적으로 중성점 전압제어가 가능하다. 제안된 방식의 유효성은 PSIM 시뮬레이션과 300kVA 무정전전원장치 시제품의 동작파형으로 검증하였다.
본 논문에서는 전기자동차 긴급구난용 급속충전 병렬능동클램프 고효율 절연형 DC/DC 컨버터를 제안한다. ZVS 턴온동작하여 스위칭손실을 저감하고, 능동클램프 스위칭소자에 대한 스위칭주파수와 전류를 저감시킬 수 있도록 토폴로지의 개선과 함께 제어기법을 도입한 20kW급 전기자동차 급속충전 전력변환시스템을 제안하고, 이에 대한 유효성을 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증한다.
본 논문에서는 자계 집속을 위해 메타 물질 slab을 포함하는 무선 전력 전송 성능을 공진기의 유효 Q-factor와 결합계수 예측식을 사용하여 요소적으로 분석하였다. 구체적으로, 메타 물질이 갖는 손실을 고려한 등가회로를 제안하고, 이를 이용하여 무선 전력 전송 시스템을 분석하였다. 손실이 없는 이상적 또는 저손실 메타 물질이 시스템에 삽입될 경우, 음의 투자율로 인한 자계 집속으로 인해 전송 효율이 대폭적으로 개선될 수 있다. 하지만 음의 투자율을 구현하기 위해 RR (Ring Resonator) 또는 SRR(Split Ring Resonator)로 메타 물질을 설계할 경우, 구조에 의한 손실로 효율 증가에 악영향을 끼치게 된다. 점 자하 소스가 아닌 실제의 루프 공진기에 손실이 있는 메타 물질을 사용하여 전송 효율을 향상시키기 위해서는, 메타 물질의 폭을 송수신 공진기 간 거리의 반 이하에서 최적화하여야 한다. 손실 탄제트가 0.001인 메타 물질이 두 공진체 사이에 삽입되었을 때는 그 폭과 두 공진기 사이의 거리의 비가 약 0.35일 때 전송 효율이 93%(메타물질 사용하지 않은 경우는 53 %)로 최대가 되었으며, 손실 탄젠트가 0.2(실제 손실과 유사)를 갖는 메타 물질이 삽입될 경우, 그 비가 약 0.25에서 약 61 %의 최대 전송효율을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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