본 논문에서는 Custom Power의 전력품질 향상을 위한 PWM Cuk AC-AC 컨버터를 제안한다. AC line Conditioner, 위상천이기와 같은 고정주파수 가변전압(WCF:Variable Voltage Constant Frequency)응용에 사용되는 PWM Cuk AC-AC 컨버터를 모델링함에 있어서 복소 회로 DQ 변환을 사용하여 전압이득, 역률과 같은 정적인 특성에 대한 해석적인 식을 구한다. 끝으로, PSIM 시뮬레이션을 통하여 해석과 모델링의 타당성을 보일 것이다.
PWM Buck AC-AC 컨버터는 최근 들어 전압 또는 전력 레귤레이터, 전자식 변압기, 위상 천이기와 같은 산업현장의 다양한 응용분야에 폭넓게 사용되고 있다. 본 논문에서는 이러한 PWM Buck AC-AC 컨버터의 정적 및 동적 모델링과 완전한 특성 해석을 제시한다. 먼저, 3상의 컨버터 시스템은 DQ 변환 기법에 의하여 모델링 되고 그에 따라 전압이득과 역률과 같은 기본적인 특성식을 구하고 제어를 위한 시스템의 상태 방정식과 전달함수를 구한다. 다음으로, 이러한 해석에 기초하여 매우 빠른 동적 응답을 갖도록 순시적인 듀티 변동이 가능한 feedforward-feedback 제어기법을 제안한다. 끝으로, 실험결과를 통하여 이러한 모델링과 해석 및 제어가 유효함을 확인할 수 있다.
최근 전력품질 개선을 위한 Custom Power 기기 가운데 PWM AC-AC 컨버터를 이용한 전압 안정화 기기에 대한 연구가 활발하다. 본 논문에서는 PWM Buck-Boost AC-AC컨버터를 이용한 전압 전압안정학기가 제안되고, 회로 DQ 변환기법을 사용하여 그 정상상태 특성을 해석하고 전압이득과 역률에 대한 해석적인 식을 밝힌다. 그럼으로써 각종 회로 파라미터가 전압이득과 역률에 미치는 영향을 분석하여 설계시 기준이 되도록 하였다. 실험을 통하여 해석된 내용이 서로 일치함을 보인다.
본 논문에서는 가변속 교류 전동기 구동에 많이 사용되는 3상 ac/dc/ac PWM 컨버터 시스템에서의 직류링크 리플전류를 주파수 영역에서 해석하고자 한다. 고조파 전류는 컨버터의 스위칭함수와 지수함수 형태의 퓨리에 급수 전개를 이용하여 분석된다. 전원측 컨버터와 부하측 인버터의 스위칭 주기간의 변위각과 비동기 PW이 리플전류에 미치는 영향도 고찰된다. 해석 결과가 PSIM을 이용한 시뮬레이션으로부터 나온 고조파 스펙트럼과 잘 일치함을 확인한다 제시된 해석기법은 PWM의 원리에 대한 이해를 돕고, 해석 결과는 직류링크 커패시터의 고주파 등가 모델링에 이용된다.
산업분야에서 많이 사용되고 있는 컴퓨터나 자동화 제조공정 둥은 전압저하나 이상전압에 민감하게 반응한다. 전력품질의 문제가 증가함에 따라 수용가 측에서는 무정전 전원장치(UPS)와 같은 일정전압을 유지할 수 있는 전압조절장치 들을 사용하고 있다. 본 논문에서는 전압조절기 응용을 위한 PWM Buck-Boost AC/AC 컨버터가 제안된다. 제안된 컨버터는 IGBT 스위칭 모듈을 사용하고 입력전압의 저하나 증가시, 그리고 부하의 변동시에 PWM 제어에 의하여 일정한 전압을 유지할 수 있다. 본 논문에서는 제안된 PWM Buck-Boost AC/AC 컨버터의 회로구성과 특징을 설명하고 이를 PSPICE 시뮬레이션을 통하여 동작특성을 보인다.
본 논문에서 커뮤테이션 문제가 없는 새로운 직접형 PWM 멀티레벨 AC-AC 컨버터를 제안한다. 스위칭셀 구조와 결합인덕터를 사용한 단상 PWM AC-AC 컨버터를 다단으로 결합한 구조로써 제안한 컨버터는 커뮤테이션 문제를 해결하기 위해 입력전압의 극성을 검출할 필요가 없다. 다단구조로 갈 경우 제안된 컨버터는 멀티레벨 출력이 가능하고 작은 전압내압을 가진 스위치 소자를 이용해서 높은 AC 전압을 얻을 수 있다. 그리고 Phase Shift PWM 기법을 적용하여서 인터리브드 효과로 인해 출력 필터의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 400W급 2단 구조의 컨버터를 제작하여서 성능을 검증하였다.
본 논문은 Custom Power의 입력 전압 Sag 보상을 위해 사용되는 3상 PWM Boost AC-AC 컨버터의 정적특성 및 동적 특성의 모델링 및 해석을 다룬다. 특히 회로 DQ 변환 기법을 사용하여 기본파 영역에서 시스템의 특성을 모두 포함하는 등가회로를 구하고, 전압이득과 입력 역률에 대한 해석적인 결과를 도출한다. 또한, 제어의 관점에서 유용한 일정한 동작 점 하에서의 선형화 된 상태방정식을 구한다. 끝으로, PSIM 시뮬레이션을 통하여 제안된 등가회로 모델링과 해석이 타당함을 확인하였다.
동기발전기의 출력전압은 여자 시스템의 계자 전류 제어에 의해 일정하게 유지된다. 현재 대부분의 발전기 여자기의 여자전류제어를 위해 사용되는 AVR 시스템의 AC/DC 컨버터 부는 출력전압 제어가 가능한 위상제어 컨버터나 출력전압을 제어할 수 없는 다이오드 정류기와 DC/DC 컨버터를 결합하여 사용하고 있다. AC/DC 전력 변환장치로서 위상제어 컨버터나 출력전압을 제어할 수 없는 다이오드 정류기의 경우, AVR시스템의 전력을 공급하는 모선의 역률저하 및 저차 고조파 발생의 문제점을 야기 시키게 된다. 본 논문에서는 동기발전기의 여자전류 제어를 위해 사용되는 AVR 시스템 설계에 있어 단위역률 동작이 가능한 Boost형 AC/DC 컨버터와 모선의 부하변동에 속응성 있게 동작할 수 있는 전류 제어형 Buck 컨버터를 결합한 2단 3상 PWM AC/DC 컨버터에 대해 연구하였다. 제안된 AC/DC 컨버터를 시뮬레이션 한 결과 Boost 컨버터의 경우 단위 역률 동작 및 출력 DC 전압의 Boost 동작이 원할히 이루어졌으며, Buck 컨버터의 경우 다른 위상제어 컨버터에 비해 응답시간이 개선되었음을 알 수 있었다.
본 논문에서는 복소 회로 DQ 변환 기법을 활용하여 3상 PW Cuk AC-AC 컨버터에 대한 완전한 정보를 포함하는 등가모델을 제시하고, 이 모델로부터 상태방정식과 같은 컨버터의 동적 특성의 해석적친 표현을 유도하였다. 또, 이러한 동적 동작특성 해석에 대한 결과는 PSIM 시뮬레이션을 통하여 그 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 Custom Power의 전력품질의 향상을 위하여 PWM Buck-Boost AC-AC 컨버터를 사용, 항상 일정한 출력전압을 얻는 시스템을 보이고 제어를 위한 동적 모델링 및 제어기 설계의 일례를 보였다. 그 결과, 시스템 상태방정식을 유도하였고 전달함수를 구였으며 일정한 동작점 하에서 출력전압을 기준전압으로 regulation 제어하기 위한 제어기에 대하여 다루었다. 끝으로, 실험을 통하여 제안된 모델링과 시스템 설계가 타당함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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