A 30kW electrical power conversion system is developed for a variable speed wind turbine. In the wind energy conversion system(WECS) a synchronous generator with field current excitation converts the mechanical energy into electrical energy. As the voltage and the frequency of the generator output vary according to the wind speed, a 6-bridge diode rectifier and a PWM boost chopper is utilized as an ac-dc converter maintaining the constant dc-link voltage with only single switch control. An input current control algorithm for maximum power generation during the variable speed operation is proposed without any usage of speed sensor. Grid connection type PWM inverter converts dc input power to ac output currents into the grid. The active power to the grid is controlled by q-axis current and the reactive power is controlled by d-axis current with appropriate decoupling. The phase angle of utility voltage is detected using software PLL(Phased Locked Loop) in d-q synchronous reference frame. Experimental results from the test of 30kW prototype wind turbine system show that the generator power can be controlled effectively during the variable speed operation without any speed sensor.
본 논문에서는 DDFS로 구동하는 PLL을 Q-logic cell based library를 사용하여 schematic 상에서 설계하고 FPGA 0L32$\times$16B를 사용하여 구현하였으며, 측정 결과 주파수 합성기의 스위칭 속도는 DDFS에 사용되는 레지스터 단수와 같다는 결론을 얻을 수 있었다 시뮬레이션 결과 클럭지연은 11클럭 후에 발생되는 것을 알았고, 입력 상태가 랜덤하게 들어온다면 출력에 영향이 있음을 알았다. 따라서 입력상태가 일정간격을 가지게 함으로써 PLL을 구동하기 위한 DDFS는 잡음정형기를 사용하는 것이 좋으며, 또한 D/A 변환기의 대역이 매우 넓어야 하고, PLL의 스위칭 속도보다는 작은 입력 컨트롤 워드의 변화가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
본 논문에서는 software defined radio(SDR) 기반의 고속의 다중 모드, 다중 대역을 위한 새로운 six-port 직접변환 수신기를 제안한다. 설계한 수신기는 2개의 CMOS four-port BPSK 수신기와 직교 LO 신호 발생을 위한 이중 대역 1단 polyphase 필터로 구성되어 있다. 0.18 ${\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 마이크로파 대역에서 처음으로 개발한 four-port 수신기는 두 개의 능동 결합기, 능동 발룬, 두 개의 전력 검출기 및 아날로그 디코더로 구현되어 있다. 제안한 polyphase 필터는 type-I 구조를 선택하였으며, LO 신호의 전력 손실을 줄이기 위하여 1단으로 구현 하였고, 커패시터를 사용하는 것 대신하여 LC 공진구조를 적용하여 이중 대역 동작을 구현하였다. 제안한 sixport 수신기의 RF 가용범위를 확장하기 위하여, six-port junction과 전력 검출기에 I/Q 위상 및 크기를 보정하는 회로를 추가하였다. 제안한 회로에서 위상과 크기 부정합의 보정 범위는 각각 8도와 14 dB이다. 제작한 six-port 수신기는 이중 대역인 900 MHz와 2.4 GHz 대역에서 M-QAM, M-PSK의 40 Msps의 변조 신호를 성공적으로 복조하였다.
전광 그레이코드(gray code) 이진코드(binary code) 변환기를 상용화 전산모사 프로그램(VPI)을 이용하여 처음으로 구현하였다. 전자회로 디자인 방법을 상호 이득변조를 이용한 전광 논리회로에 적합하도록 변형하여, 이상적이지 않은 전광 논리게이트에 의한 신호 왜곡이 최소화 되도록 하였다. 2.5 Gbps의 20 dB 소광비를 가지는 입력 신호에 대해, 신호재생기 없이 가장 많이 왜곡된 출력 신호에 (최하위 비트-LSB) 대해 약 4 이상의 Q값을 얻을 수 있었다. 또한 그레이 코드 이진코드 변환기를 디자인하면서, 이단 단순화 방법을 (two-level simplification method) 변형하여, 그레이코드 이진코드 변환기뿐 아니라 일반적인 전광 회로에 적용할 할 수 있는 일반적 방법을(일단 단순화 방법: one-level simplification method) 얻을 수 있었다.
This paper presents characteristics of SynRM(Synchronous Reluctance Motor) that is compared with a high speed induction motor. SynRM is much suitable for high speed electric machines because of structural robustness. There are many kinds of SynRM according to the shape of rotors. Particularly, axially laminated anisotropic (ALA) rotor is suitable for high speed instruments. Characteristics of SynRM with ALA rotor is obtained from a governing voltage and torque equation mainly composed of d-axis and q-axis inductance that will be identified with finite element method.
In this paper, a novel control algorithm to minimize the power loss of the induction generator for wind power generation system is presented. The proposed method is based on the flux level reduction, where the flux level is computed from the machine model for the optimum d-axis current of the generator. For the vector-controlled induction generator, the d-axis current controls the excitation level in order to minimize the generator loss while the q-axis current controls the generator torque, by which the speed of the induction generator is controlled according to the variation of the wind speed in order to produce the maximum output power. Wind turbine simulator has been implemented in laboratory to validate the theoretical development. The experimental results show that the loss minimization process is more effective at low wind speed and that the percent of power loss saving can approach to 25%. Experimental results are shown to verify the validity of the proposed scheme.
고주파에서 사용되는 능동소자들은 입력전력의 세기에 의하여 위상변화량이 달라지게 된다. 특히 증폭기에 사용되는 트랜지스터는 효율을 고려하여 포화영역 근처에서 사용하게 되면, 입력전력의 변화에 따른 위상 변화량이 크게 나타난다. 본 연구는 능동소자를 통과할 때 발생하는 위상변화량을 고정시키는 회로에 관한 것이다. 회로내의 임의의 가변 위상 벼노한기를 이용하여 위상을 변화시킬 시, 입력부에서 커플링 한 기준신호의 위상과 출력부의 비교신호의 위상을 비교하여 회로내의 또 다른 자동 위상 변환기를 동작하여 자동적으로 고정된 위상 변화량을 가진 신호가 출력되는 회로를 제작하였다. 약 10dB 동작 범위에서 위상이 고정됨과 2개 이상의 신호 입력과 FM 신호 입력시에도 전체회로를 통한 위상 변화량이 측정되고 또한 고정될 수 있음을 확인하였다. 실험주파수는 1960 MHz이고, 실험 기판은 두께가 31mil이고 비유전율 3.2인 테플론을 이용하였다.
본 논문에서는 FPGA를 이용하여 디지틀 방식으로 영상 레이다에 사용하는 주파수 변조된 첩(Chirp) 신호를 생성하고, 이 신호를 I-Q 변조하여 RF 신호로 변환 한 후 24 주파수 체배기로 체배하여 94 GHz W-대역에서 광대역 첩 신호발생 장치의 설계, 제작한 연구 결과를 제시한다. 개발된 첩 발생기는 94 GHz의 캐리어 주파수와 960 MHz의 대역폭을 가지는 주파수 변조된 신호이며, 평탄도는 IF단(3.9 GHz)에서 1 dB 이내, W-대역에서 2 dB 이내 그리고 3 W의 출력을 보여주고 있다.
본 논문은 LTE-Advanced 시스템에 적용할 수 있는 2,500 MHz~2,570 MHz 대역 0.13-${\mu}m$ CMOS RF front-end 송신기를 제안하며 I/Q 상향주파수변환기와 구동증폭기로 구성되어있다. 상향주파수변환기는 우수한 선형특성을 얻기 위해 공진회로를 부하로 사용하였으며 국부발진신호의 누설을 줄이기 위해 전류 보상회로를 사용하였다. 또한, 제안하는 구동증폭기는 높은 전류 효율과 우수한 선형특성을 확보하기 위해 Class AB 바이어스 상태로 설계되었다. 측정 결과 제안하는 RF front-end 송신기는 최대 +6 dBm의 출력 파워를 제공하며, +0 dBm 출력 시 이미지 신호 및 국부 발진 누설 신호와 40 dBc의 차이를 보인다. 제작된 칩은 1.2 V의 공급 전압으로부터 36 mA 전류를 소모한다.
권선형 유도 발전기는 고정자뿐만 아니라 회전자에도 전력을 공급할 수 있는 이중여자의 구조를 가지므로 제어의 폭이 넓은 장점을 가진다. 본 연구에서 구성하는 권선형 유도발전기 시스템은 계통 연계형으로 유도발전기의 고정자는 계통에 직접 연결되고, 회전자는 AC/DC/AC 컨버터를 통해 계통과 연결된다. 간 연구는 이러한 시스템에서 가변속의 동력아래 고정자측 유효전력과 무효전력을 회전자의 d-q 독립제어에 의하여 동시제어가 이루어지도록 하는 연구이다. 본 연구에서는 종래의 유도발전기 시스템에서 터빈의 속도가 동기속도 이상이 되어야만 일정한 전력을 얻을 수 있는 최대전력 점 트래킹 방식 보다 넓은 운전 범위인 동기속도 이하의 영역에서도 회전자 전력변환장치 용량이내에서 일정 전력제어가 가능하도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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