이 논문은 새로운 인터리브 방식 삼상 절연형 고효율 부스트 컨버터를 제안한다. 이 컨버터는 삼상 전력변환 방식을 채택하여 보다 큰 전력전송 능력을 갖으며 각 상의 rms 전류값이 작으므로 전도손실도 작다. 이에 더하여, 삼상 부스트 컨버터의 인터리브 동작으로 인하여 입력 전류 리플이 줄어들고, 실효 동작 주파수의 증가로 필터소자의 크기가 작아져서 높은 전력밀도를 갖는다. 부스트 컨버터 출력의 각 상 전류는 제안된 3 상 PWM 구동방식에 따라 전류 연속모드로 동작하여 3 상 변압기로 통합된다. 이 컨버터는 전도손실이 작아 96% 이상의 효율로 동작하며 능동클램프의 작용으로 스위칭 손실도 역시 작다. 제안된 컨버터와 PWM 구동방식을 분석 및 시뮬레이션 하고 하드웨어로 제작하였다. 제작된 시제품을 500 W 급으로 실험하여 모든 설계검증 및 해석을 실시하였다.
본 논문에서는 전류품질 향상을 위해 다양한 전압벡터를 인가하는 모델 예측 제어 기반의 공간 벡터 변조 기법을 제안한다. 기존의 모델 예측 제어 기반의 전류제어는 제어주기 동안 하나의 스위치 상태가 인가되어 낮은 스위칭 횟수로 인해 높은 전류품질을 기대하기 힘들다. 이러한 이유로 본 논문에서 제안하는 방법은 공간 벡터도 상에서 전압벡터의 세분화를 통해 스위칭 횟수를 늘려 전류품질을 높일 수 있다. 또한 계통 위상각을 이용해 필요한 전압벡터만을 사용하여 비용함수를 계산하기 때문에 제어주기 동안 계산시간을 보장할 수 있다. 시뮬레이션을 통해 제안한 방법이 기존의 모델 예측 제어 기법의 전류제어 기법보다 향상된 전류품질을 보장하는 것을 검증하였다.
산업용 인버터에서 전차원 적응 자속 추정기를 적용하여 유도전동기 센서리스 제어를 하는 경우, 토크 제어 시 저속/저토크 영역에서 기동에 문제점을 보인다. 따라서 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 동기 좌표계 상의 d축 전류의 크기를 토크에 따라 변동 시키는 방법을 제안한다. 주어진 토크 지령에 따라 발생되는 토크를 유지하기 위해, d축 전류 변동에 따라 q축 전류의 크기를 변화 시킨다. 운전 조건에 따른 d축 전류 크기의 변동 범위를 식을 통해 도출하였고, 복잡한 연산을 저 성능제어기에 적용할 수 있도록, d축 전류 크기를 간략히 설정하는 방법을 제안한다. 실제 인버터에 제안하는 방법을 적용하여 기존에 비해 훨씬 더 작은 토크만으로 기동 및 재 기동하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 PWM ac-dc 컨버터의 출력직류전압 안정화를 위한 새로운 방식의 입력전류 제어기법에 대해 기술하였다. 제안한 방식의 전류제어 기법은 히스테리시스 전류제어기가 갖는 장점을 모드 갖고 있을 뿐 아니라 스위칭 손실도 최소화되는 특성을 갖는다. 기존의 히스테리시스 전류제어기와 다른 점은 PWM 컨버터 각 상 입력전류의 반주기 내에 1/3구간에서는 컨버터의 스위칭 소자가 PWM에 의한 스위칭이 이루어지지 않는다는 것이다. 더군다나 입력전류의 피크값 근처에서 스위칭이 발생하지 않으므로 한 주기 평균 스위칭 손실을 최소로 할 수 있다는 것이 특징이다. 이러한 동작 원리에 대한 설명과 제안한 방식의 특성을 해석하였으며 실험을 통하여 그 효용성을 입증하였다.
전기철도에서의 급전시스템은 레일을 귀선으로 사용하는 단상급전시스템을 사용하고 있다. 이에 따라 레일로부터 대지로의 누설에 의해 상당한 누설전류가 대지로 흐르게 된다. 대지로 흐르는 이 누설전류는 전자유도에 의해 선로 주변에 설치된 통신 케이블 또는 장치에 영향을 주게 된다. 더욱이 전기차의 견인시스템은 견인전동기를 제어하는데 있어서 스위칭 소자의 개폐에 의한 고조파 전류를 발생하고 있어 대지누설전류에 고조파 전류가 포함되어 흐른다. 본 연구에서는 전기철도 급전시스템에서 통신유도원인 대지누설전류에 따른 고려되어야 할 급전시스템 설계 파라미터를 시뮬레이션을 통하여 검증하였으며, 이 결과가 향후 급전시스템 설계시 기본적인 지침이 되어야 할 것이다.
단상 계통연계형 인버터에서 전류센서를 통한 상전류 측정시 옵셋 오차는 전류센서와 측정 경로상에 위치한 아날로그 소자의 전압 불균형 및 비선형성으로 인하여 발생하게 된다. 또한 데드타임은 전력용 반도체 스위치를 제어하기 위한 PWM 신호 출력시 필연적으로 발생된다. 본 논문에서는 데드타임으로 인하여 왜곡된 상전류에 포함된 옵셋 오차에 의한 영향을 분석하고 동기좌표계 dq축 전류에 포함된 특정 고조파 성분을 제거하기 위하여 PR 제어기를 사용한 알고리즘이 제안되었다. 데드타임 및 옵셋 오차로 인해 발생된 전류맥동 보상을 위한 기준신호로는 동기좌표계 dq축 전류를 사용하였다. 제안된 알고리즘의 타당성을 시뮬레이션과 실험을 통하여 증명하였다.
본 연구에서 제시하는 기공세라믹(Porous Ceramic)에 의한 누설전류 측정법은 기공 사이즈가 일정한 Open Pore Cell내에서 도전성 물질 및 이온화된 물질이 기공 사이에 침투되었을 때 외부에서 전계를 가하므로 써 이들 이온화 된 물질이 chain처럼 배열되어 전기적 병렬회로를 구성시켜 미세한 누설전류를 흐르게 한다. 이 누설전류법에 의한 도전성분 검출을 여러 환경 배출가스에 대한 모의실험을 실시한 결과 기공세라믹인 센서 자체의 누설전류는 가스 온도 150 ($^{\circ}C$) 이상에서 급격한 변화를 보이고 200($^{\circ}C$)에서 센서 자체의 전류치와 가스를 주입하였을 때의 전류치와는 상당한 격차를 두고 변화됨을 알 수 있었다. 그리고 공장연돌이나 자동차 배기관에서 방출되는 가스 중 HC, CO, NO, $CO_2$, $SO_2$, $N_2$ 등에 대한 센서 특성이 각각 달리 나타남을 알 수 있었다.
본 논문은 전류 패턴을 이용한 스위치드 릴럭턴스 모터의 스위칭 소자 고장진단 방법을 제안한다. 측정된 4상 전류($i_a$, $i_b$, $i_c$, $i_d$)는 정지 좌표계 전류로 변환되고 이를 정지 좌표계에 나타내면 스위칭 소자의 고장에 따른 특정한 형태를 갖는 전류 벡터의 패턴을 얻을 수 있다. 제안한 기법을 통해 스위칭 소자의 개방 및 단락 고장을 진단 가능하다. 제안된 기법은 기존의 기법들과는 달리 추가적인 전류센서나 전압센서가 필요하지 않고, 시스템 모델링이 필요하지 않아 비용적인 측면과 복잡한 계산이 필요하지 않은 장점이 있다. 본 논문에서는 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 기법의 타당성 및 성능을 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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