본 논문에서는 가전제품과 같은 저전력 응용분야에 효과적으로 적용이 가능한 2상 유도전동기 벡터제어 인버터를 제안한다. 현재까지 이 분야에서는 가격이 저렴하지만 속도제어가 용이하지 않은 단상 유도전동기를 사용해왔다. 2상 유도전동기 벡터제어는 3상 유도전동기 벡터제어에 버금가는 우수한 제어 성능을 가지고 있으면서도 좌표변환이 불필요하여 제어기의 부담을 줄일 수 있고, 전체 시스템을 저가격으로 구현할 수 있으므로 이러한 저전력 응용분야에서 단상 유도전동기에 대한 훌륭한 대안이 될 수 있다. 본 논문에서는 360[W]급의 소용량 2상 유도전동기를 위한 3레그형 2상 벡터제어 인버터를 설계하였고, 실험을 통하여 시스템의 유효성을 검증한다.
계통에 사고가 발생하면 순간 전압저하로 계통에 연계하여 운전 중인 태양광 인버터가 정지하거나 운전을 계속하더라도 전압 복귀 시의 제어성능에 따라 출력전류가 불안정하게 될 가능성이 있다. 또한, 2선 단락 사고가 상위에서 발생하면 하위 단상 계통에서는 위상 급변의 형태로 나타나므로 인버터가 정지할 수 있다. 이러한 요인으로 분산형 전원의 설치 용량이 증가할 수록 송전선 등에서 사고 발생 시, 계통 안정성에 주는 영향을 무시할 수 없게 되므로 FRT(Fault Ride Through) 성능이 필요하다. 본 논문에서는 순시 전압저하 및 위상 급변에 대해 운전을 계속하고, 전압 복귀 시 안정적인 전류제어가 가능한 FRT 제어 방법을 제시하고, 그 유효성을 실험을 통해 검증하였다.
신재생 에너지 분야에 적용되는 계통 연계형 인버터에서는 출력 전류 리플을 감소 및 계통 연계 기준을 만족하기 위하여 필터 인덕터가 필수적으로 사용된다. 현재 출력 인덕터로 적용될 수 있는 코아 중에서 아몰퍼스(Amorphous) 코아 AMCC 250을 사용하였으며, 단상하프브릿지 전압형 인버터의 스위칭은 SPWM 방법을 사용하였다. 본 논문에서는 출력 필터 인덕터 설계시에 사용할 수 있는 코아 손실 분석 방법을 제시하고, 제시된 방법에 따라 코아 손실 값을 도출하였다. 이러한 분석 결과를 실제 제작한 간이 열량계 통하여 검증을 시도하였다.
본 논문에서는 고압전동기를 직접 드라이브 할 수 있는 H-브릿지 멀티레벨 인버터의 개별 전력 셀의 동작원리에 대해서 고찰하였다. H-브릿지 멀티레벨 인버터는 여러 개의 단상 Power Cell을 직렬로 연결함으로써 저전압 전력용 반도체를 사용하여 고전압을 얻을 수 있고, 정현파에 가까운 출력전압 파형을 얻을 수 있는 멀티레벨 인버터 토폴로지이다. 480V, 180kVA H-브릿지 멀티레벨 인버터를 제작하고 V/F제어, 벡터제어, 센서리스 벡터제어 이론을 적용하여 인버터 출력전압 레벨이 여러 단계이며 dv/dt가 적으며 입력단 THD를 크게 낮출 수 있다는 결론을 얻었다.
본 논문에서는 저가형의 고효율 이단형 탭인덕터 벅-부스트 컨버터를 적용한 마이크로 인버터를 제안한다. 제안하는 인버터는 정상상태 연속모드(CCM)에서 단상전력계통에 고역률의 정현파전류를 공급할 수 있는 새로운 구조이다. 강압시에는 벅 모드로 동작하며, 승압시에는 탭인덕터 부스트 모드로 동작한다. 정류형태의 전류를 인버터에 공급하며, 낮은 주파수를 사용하는 전파정류 인버터가 고역률의 교류 파형으로 변환한다. 벅-부스트에 탭인덕터를 적용함으로써 권선비에 따른 시비율을 조절할 수 있어 극단적인 승압시에도 벅-부스트의 도통을 적절히 유지할 수 있다. 제안하는 인버터는 정상상태 연속모드(CCM), 200W급 하드웨어 프로토타입을 통해 동작특성 및 효율 분석을 하였다.
본 논문은 단상하프브릿지 구조를 갖는 계통연계형 전압형 PWM 인버터를 위한 필터설계를 목적으로 한다. 단상하프브릿지 전압형 PWM 인버터의 교류출력단 전압과 계통전압의 관계를 분석하여 필터 인덕터에 순시적으로 인가되는 전압의 특징적인 관계를 정성적 및 정량적으로 파악하였다. 또한 교류출력단 전압의 분석을 기초로 하여 필터인덕터에 흐르는 스위칭리플전류의 크기를 정량적으로 구하였다. 이러한 분석을 기초로 하여 계통주입전류의 기본파성분에 대한 스위칭리플전류의 비율을 평가함수로 하는 필터인덕터의 설계법을 제시하였다. 제안된 설계방법을 시뮬레이션 및 실험을 통하여 검증한다.
본 논문은, HVDC 시스템의 인버터 제어기 및 고조파 필터의 설계를 위하여 동특성 및 정상상태 특성을 해석하는 방법을 제시한다. EMTP 시뮬레이션을 이용하면, 동특성 분석이 가능하며, 정상상태 특성의 분석은필터와 부하를 고려한 조류해석을 수행함으로써 가능하다. 또한 본 논문은 HVOC 시스템의 정적 및 동적 특성 분석이 가능한 단상 등가회로를 제안한다. 이 단상 등가회로에서 인버터는 스위치의 소호에 따른 전류원으로 취급된다. 또한 필터설계에 사용되고 있는 각종 목적함수를 단상 등가회로룹 이용하여 구할 수 있다, 본 논문은 전압의 고조파 성분 및 필터의 전력손실을 고려한 목적함수를 이용하여 펄터를 최적화하는 과정이 제시되어 있다.
본 논문에서는 단상 UPS 인버터의 강인한 전압제어기를 제안하고 설계한다. 제안된 전압제어기는 부하 변동에 대해서 강인 안정성과 강인 추종 성능을 얻기 위해 ${\mu}$-합성에 기초한 강인 제어 이론을 이용하여 설계되었다. 설계된 전압제어기의 강인 제어 성능은 ${\mu}$-해석을 통해 이론적으로 확인하였다. 그리고 단상 인버터에 대해 선형 부하와 비선형 부하로 시뮬레이션 및 실험을 수행하여 제안된 전압제어기가 안정된 전압제어 성능과 빠른 동특성을 가지는 향상된 제어성능을 제공하는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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