한국의 고속전철을 위하여 불란서, 독일, 일본 등 각국이 제안한 구동 시스템의 전력 변환 장치를 개괄적으로 살펴보았다. 고속전철 부분의 선발 주자인 불란서는 오래전에 동기 전동기 구동 시스템을 채택하였으나, 그 후 전력 변환 기술 및 전력용 변환소자의 발달로 인하여 후발 주자인 독일과 일본은 유도 전동기 시스템을 채택하였다. 이는 앞으로 고속전철 기술을 흡수하고 국산화함에 있어 구동 시스템 이외에 차량, 통신 분야 등 불란서 고속전철이 갖는 장점과 독일, 일본의 고속전철에서 채택하고 있는 유도 전동기 시스템과의 같이 전력전자의 발전에 따르는 전력 변환 장치를 포함한 새로운 구동 기술을 결합하도록 해야 함을 보여주고 있다.
차동 전력 조절기 시스템은 PV 모듈의 부분 음영으로 인해 전체 발전량이 감소하는 현상을 방지하기 위해서 사용한다. 기존의 차동 전력 조절기는 PV 패널과 바이패스 다이오드를 연결하여 구성한 PV 스트링당 한 개의 전력변환 장치가 필요하므로, 전력변환 장치의 개수가 증가하고 전력 시스템의 설치비용이 증가한다. 본 논문에서는 복수의 스트링에 단일 전력변환장치를 사용할 수 있는 차동 전력 조절기 모듈의 구조와 동작 알고리즘을 제안한다. 차동 전력 조절기에 대한 동작 알고리즘을 통해 다양한 부분 음영 조건 시에도 기존의 직렬 연결방식이나 차동 전력 조절 방식에 비하여 최대 발전량을 유지할 수 있다. 제안하는 차동 전력 조절기의 동작 알고리즘은 Matlab/Simulink 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다.
본 논문에서는 계통 연계가 가능한 새로운 교류/직류 전력변환 장치를 제안한다. 제안된 전력변환 회로는 정현파의 입력상 전류를 가지고, 양방향 전력 전달이 가능하며, 역률 제어가 가능하다는 장점으로 인하여 계통 연계형 전력변환 장치로 적합하다. 특히 제안된 전력변환 장치는 무효전력 소자의 사용을 최소화하여 시스템의 신뢰성을 증대시키고, 전기적 절연을 고주파 변압기를 통하여 얻도록 하여 시스템의 부피를 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. 본 논문에서는 제안된 전력변환 회로의 구성 방법과 각 부분 별 동작에 대해서 기술하였으며 실험 장치를 구성하여 그 타당성을 입증하였다.
본 논문은 예비 전력공급설비의 일환으로 비상시 소방 방재설비에 적용되는 연료전지 발전시스템에 대해 연구된다. 제안된 시스템은 비상시 상용 전력공급의 차단에 대비하여 소방 방재설비들의 전력공급원으로 이용된다. 연료전지 발전시스템에서 가장 손실이 큰 부분은 전력변환부이다. 또한 전력변환부의 손실은 전력변환을 위해 사용된 전력용 반도체 스위치의 스위칭 손실로 주어진다. 본 논문에서는 이러한 연료전지 발전시스템의 출력을 최대한 활용하기 위하여 부분공진의 기법이 적용된 고효율의 전력변환기가 제안된다. 또한 연료전지 발전시스템에 적용된 고효율 전력변환기는 비절연형으로 설계되고 사용된 제어스위치들은 새로운 소프트 스위칭 회로토폴로지에 의해 무손실로 동작되어 시스템의 효율을 증대시킨다. 다양한 컴퓨터 시뮬레이션과 특성실험을 통해 이론적 해석의 타당성이 입증된다.
3상 AC/AC 2단계 직접형 전력변환시스템(TSDPC)의 제어는 입력전류공간벡터와 출력전압공간벡터를 합성한 공간벡터 PWM 스위칭패턴을 통해 제어를 하며, 이를 기반으로 계산된 유효벡터인가시간에 따라 TSDPC를 구성하는 다수 스위칭소자가 절환 됨을 통해 많은 스위칭손실이 발생하는 문제점이 있다. 본 논문에서는 스위칭 시퀀스를 간략화하여 스위칭 절환횟수를 줄임과 동시에 부분 영전류 스위칭 제어기법을 도입하여, 스위칭손실 저감 제어기법을 제안한다.
본 논문은 용량성 결합 플라즈마 응용 시스템을 위한 전류형 토폴로지 기반의 전력 변환장치 구조를 제안한다. 제안된 시스템은 독립적으로 제어된 두 개의 고 정밀 펄스 전류를 부하로 출력하는 병렬 연결된 전류형 전력 변환장치로 구성된다. 전체 회로 토폴로지는 네 가지 세부 부분; 바이어스 전류 발생기, 바이어스 전류 모듈레이터, 슬롭 전류 발생기, 슬롭 전류 모듈레이터로 구성되어 있다. 제안된 시스템은 빠른 과도 특성을 위해 1200V/90A급 SiC MOSFET 스위치를 사용하였다. 제안된 전력 변환장치는 4.5kV의 출력전압, 40A급 출력전류와 100ns급 전류 상승/하강 특성을 충족시키도록 설계되었다. 본 연구는 펄스 전류형 전력 변환회로를 제안함으로써 전압형 전력 변환장치에 비해 전압 스파이크 및 전압 파형 왜곡을 줄여 보다 정확한 출력 전압을 발생시킴으로써 용량성 결합 플라즈마 시스템의 안정도 및 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 논문에서는 영전압 스위칭 풀브릿지 DC-DC 컨버터의 회로방식에 대한 전력변환 효율 특성을 빠르고 효과적으로 분석 할 수 있는 방법에 대해 보고한 것이다. 먼저 기존회로에서 내부손실이 없는 이상적인 등가회로를 유도하고 스위칭 동작 파형을 이용하여 주요부분에 대한 전류의 실효값을 유도하였다. 이상적인 등가회로에 내부손실 저항을 삽입하고 전류의 실효값으로부터 주요소자의 전도손실을 계산하여 컨버터의 전력변환손실과 효율을 예측할 수 있도록 하였다. 해석 방법의 타당성을 검토하기 위해서 입력전압 400V, 출력전압 12V, 최대전력 720W의 시험용 회로를 구성하여 해석 결과와 비교 하였다.
본 논문에서는 풍력발전기용 전력변환기의 소자에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각시키기 위한 수냉식 방열판의 구조를 제안한다. 인버터 IGBT의 방열을 위한 방열판의 구조는 전체 stack의 방열시스템에서 중요한 부분을 차지하며, 인버터 시스템의 전력밀도 향상을 위해서 시스템 내부 구조가 콤팩트 해야하기 때문에 방열판에 대한 설계 및 방열구조 설계의 연구는 필수적이라 할 수 있다. 본 논문에서는 발열원을 기준으로 수로의 숫자와 형태변화를 통해 방열현상을 CosmosFloXpress를 통해 해석하여 방열효과가 우수한 방열판을 선정하였다. 추후 시뮬레이션 결과를 토대로 배관구조를 적용한 전력변환기의 제작 및 실험을 통해 제안된 모델의 타당성을 검증하고자 한다.
92년말 한국에 파견된 러시아 과학자 Louri Kan박사는 한국전기연구소 전력변환연구팀에서 8년째 우리 연구진과 공동연구를 수행하고 있다. 현재 정부의 G7과제중의 한 분야인 고속전철시스템 엔지니어링기술을 개발중인 Louri Kan 박사는 고속전철의 전력공급시 발생하는 고주파를 줄이기 위한 부분과 전기물리현상인 플라즈마를 발생시키기 위한 높은 전압의 펄스를 발생시키는 장치의 연구에서 큰 성과를 거두고 있다.
본 논문에서는 무선전력전송을 위한 정류회로의 RF-to-DC 변환효율 개선에 대해 연구하였다. 정류회로는 지역통과 필터, 다이오드 회로, 직류 통과필터로 구성되어 있는데, 이것들 모두가 변환 효율에 영향을 미친다. 시뮬레이션을 통해 이러한 부분들이 어떻게 변환효율에 영향을 주는지 조사를 하였고, 이러한 내용을 바탕으로 10dBm의 저전력에서 약 50%의 변환효율을 갖는 912MHz의 정류회로를 제작하여 특성을 측정하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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