본 논문에서는 3상 220V/5kVA 소프트스위칭 인버터의 새로운 회로구성을 제안하고 그 동작과 성능을 분석한 내용을 기술하고 있다. 제안하는 소프트스위칭 인버터는 ARCP(Auxiliary Resonant Commutated Pole) 인버터의 회로구성과 유사한 구조이나 이와 달리 LC 공진회로와 Diode 클램프 회로로 구성되어 있다. 이론적인 분석과 실험을 통해 제안하는 인버터의 효율을 분석하고 이를 하드스위칭 인버터와 비교하여 약 1% 정도의 효율 개선이 가능함을 알 수 있었다. 제안하는 인버터는 소프트 스위칭을 위해 소프트스위칭 보조회로와 게이트 드라이버가 추가로 장착되는 점에서 비용적인 경쟁력이 떨어질 수 있다. 그러나 최근 수요가 급증하고 있는 인버터에서 1% 효율 차이는 전력수급의 효율화를 통해 비용 측면에서 경쟁력을 갖을 것으로 판단된다. 또한 소프트스위칭 회로의 컴팩트화와 하드웨어의 최적화된 물리적 배치를 통해 추가의 효율증대가 가능할 것으로 보인다.
유도전동기의 속도 제어 장치로 인버터의 사용이 두드러지고 있으며, 소용량 가변속 드라이브에 있어서 그 제어성의 양호한 범용 인버터 구동이 현 인버터 시장의 주류를 이루고 있다. 그러나 범용 인버터는 종래의 TR구동 인버터에 비해 스윗칭 횟수가 많고 데드타임의 영향이 크게 나타난다. 본 논문에서는 유도전동기를 운전하는 범용인버터에 대하여 데드타임으로 인한 문제 해결 및 전류 왜곡 개선 방법을 제안하였고, 이를 실험적인 결과로 입증하였다.
수 MW이상의 인버터 시스템을 구성하기 위해서는 계통연계형 인버터 다수가 PCC에 연결되어 계통과 연결된다. 이러한 경우 단일 인버터의 공진주파수가 LCL필터 값에 의해 결정되는 반면 각각의 인버터들이 서로 영향을 주고받아 공진주파수가 변화한다. 또한 공진주파수가 상용주파수에 가까워짐에 따라 시스템이 불안정해지고 기존의 액티브 댐핑기법으로 공진성분을 억제할 수 없다. 본 논문에서는 다수의 인버터가 계통연계 시 발생하는 공진 현상을 인버터 모델링을 통해 분석하고, 이러한 시스템에 적합한 액티브 댐핑기법을 제안한다.
논문은 동해화력발전처의 이차공기송풍기를 가변 회전수 제어하여 소내 소비 전력을 절감하고 전동기의 직입기동에 의한 스트레스를 줄이기 위하여 실증 적용된 동해화력발전처 이차 공기 송풍기 구동용 H-브릿지 멀티레벨 인버터에 관한 것이다. H-브릿지 멀티레벨 인버터는 독립적으로 절연된 직류 부를 갖는 저압의 단상 인버터(셀 인버터)를 다수 직렬 접속하여 고압 3상 전압을 출력하는 Cascaded H-브릿지 전압형 인버터이다. 본 논문에서는 동해화력발전처에 실증 적용된 6.6kV, 1MVA급 인버터의 계통 병입 후 부하 변동 시험을 통하여 신뢰성을 입증하였다.
본 논문에선 보정된 차단영역 어드미턴스 인버터 등가회로를 이용하여 밀리미터파 대역의 NRD gap-coupled filter를 설계하였다. 설계된 filter는 3개의 반파장 공진기와 4개의 인버터 (gap)로 구성되어 있다. 인버터에 해당되는 gap (차단영역)의 S 파라미터를 EM 시뮬레이터로 추출해서 어드미턴스 인버터로 구현 하였다 위의 설계과정을 통하여 2% 대역폭, 0.1dB ripple, 38.3GHz를 중심주파수로 갖는 필터를 설계하였고, 보정된 인버터로 설계한 경우가 보정되지 않은 인버터로 설계한 경우보다 정확한 응답특성이 나옴을 확인하였다.
LCD 디스플레이 산업은 현재 국가주도형 첨단 산업으로 고 성장을 이루고 있으며 관련 백라이트 인버터 구동 기술도 발전하고 있다. 그러나 핵심 부품, 특히 백라이트 인버터용 변압기의 설계 기술과 특성 분석에 대하여 보고 된 문헌이 아직까지 미비하여 최적의 설계와 성능 향상에 어려움이 많은 상황이다. 백라이트 인버터용 변압기는 전압의 증폭뿐만 아니라 공진형 인버터의 공진 뱅크의 인덕턴스 역할도 하고 있다. 따라서 최적 효율점에서 운전될 수 있도록 변압기의 누설 인덕턴스가 선정되어야 하며 그에 따른 포화와 손실을 고려한 1차, 2차 턴수가 설계되어야한다. 또한 ZVS 구현을 위한 인버터 구동방식에 따라 변압기 설계 방법도 달리해야하므로 인버터 구동에 연계한 특성 분석도 검토하여야 한다. 이에 본 연구에서는 백라이트 인버터에 최적인 변압기 요구 특성을 도출하고 요구 성능을 만족하는 변압기 설계 방법 및 특성 분석을 마련하고자 한다.
인버터는 전기적으로 DC(직류)를 AC(교류)로 변환하는 역 변환 장치이며, 상용전원(AC 22V/440V)으로부터 공급된 전력을 입력받아 전압과 주파수를 가변시켜 전동기에 공급함으로써 전동기의 속도를 고효율로 이용하게 제어하는 장치이다. 본 논문에서는 550kW급 IGBT, DIODE의 발열에 의한 인버터 내부의 열 및 온도분포를 ICEPAK 상용코드를 통하여 수치적 해석을 수행하였다. 인버터의 발열은 캐패시터의 수명과 소자들의 오작동 등 많은 열적 문제를 가지고 있으며 Heat-sink, Fan, Duck등을 통하여 전도와 대류가 이루어지는 시스템이다. 인버터은 많은 파라미터들에 의해 온도가 결정되기 때문에 실험을 통한 해석은 제한적 일수 밖에 없다. 따라서 수치해석을 통하여 빠른 시간에 효율적인 열 설계를 할 수 있으며, 인버터의 크기는 최종적으로 Heat-sink의 형상에 따라 달라지므로 이를 최적화 하고 소형화 하는 작업이 필요하다. 인버터의 복잡한 내부구조상 하단부(발열원, Heat-sink, Fan등)만 수치해석을 수행하였을 때와 Full Model과는 $15^{\circ}C$ 온도 차이를 보였다. 최종적으로 인버터의 최적 열 설계를 위하여 Frame위치 변경, Heat-Sink 형상변화등 많은 수치해석을 통하여 만족할 만한 결과를 얻었다.
본 논문에서는 계통연계형 단상 인버터의 데드타임 영향을 보상하는 새로운 알고리즘을 제시한다. 데드타임은 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 PWM 신호 출력시 인버터의 동일 레그에서 두 스위칭 소자가 동시에 턴-온 되는 경우 발생하는 단락을 방지하기 위해 삽입된다. 이러한 데드타임은 인버터 출력전압에 전원주파수의 기본파 및 홀수차 고조파를 야기하며 그로 인해 상전류 역시 왜곡이 발생된다. 본 논문에서는 H-bridge 인버터의 구조를 가지는 계통연계형 단상 인버터에서 데드타임에 의한 인버터 출력전압 및 상전류의 영향을 분석하고 계통측 상전류에 포함된 고조파 성분을 제거하기 위하여 SOGI(Second-order Generalized Integrator)를 활용한 새로운 보상 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션과 실험을 통해 제안하는 알고리즘의 효용성을 검증한다.
본 논문은 10kW급 태양광 3 레벨 NPC 인버터 설계에 대해 서술하였다. 3 레벨 인버터는 2 레벨 인버터보다 정격 전압과 출력전류의 고조파 감소가 가능하기 때문에 효율이 높다는 장점이 있다. 설계된 태양광 3 레벨 인버터는 제어보드, 게이트보드, 3 레벨 IGBT 등으로 구성된다. 게이트 드라이버 보드는 소자들의 최소 절연거리와 신호전달의 용이성을 고려하여 설계되었다. 3 레벨 NPC 인버터의 동작을 PSIM을 통해 시뮬레이션 하였으며, 실험을 통하여 제작된 태양광 3 레벨 인버터가 실제 조건에서도 정상적으로 동작함을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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