International Software Product Line Conference
2017-03-01
org.kosen.entty.User@5220e6c0
이병호(mireaups62)
분야
정보/통신
개최일
2017-09-25 ~ 2017-09-29
신청자
이병호(mireaups62)
개최장소
Spain,Seville
URL
행사&학회소개
한국정보기술학회 : 소속임
신중을 기술것이며 그분에 인하여 여기에 이르렀음.
그분을 위하여 기술을 소개합니다. ..
Abstract - 본 논문에서는 기존 제품들의 문제점을 해결할 수 있는 태양광을 응용한 충전장치를 개발하고자 한다. 개발하고자 하는 장치의 구성은 DC필터부, Rectifier부, 역변환부(INVERTER), 쵸퍼부, 출력 TR부, Converter 부, Switching부 및 전력반도체에 의한 절체부등으로 구성되어져 있다. 특히 개발한 장치에서는 역변환부, Converter 부,BOOST CONVERTER부, Switching에 의한 절체부,전력반도체형 분전반의 순서로 구성되며 에너지 저장및 SWITCHING시 전기적 잡음및 HAMORNICS에 대한 대책및이를 보완할 수 있는 방법을 제시한다.
1. 서 론
전력변환장치는 산업 사회의 에너지 저장장치와 이를 에너지를 효율적으로 운영및 에너지 축적및 활용할수 있는 장치이다. 고주파유도 가열기, 용접기,RECTIFIRE, 지하철 정류기, 충전기,인버터,VVVF 등 여러 가지 산업용 전원장치로 널리 사용된다. 그러므로 이장치의 수요는 빌딩,공장,조선, 기계, 화학, 도금, 의료기, 전기자동차 분야의 중소기업 및 자동차 부품업계를 포함하여 매우 많다. 그러나 국내에서 사용하고 있는 전력변환장치는 주로 미국과유럽에서 제작한 제품이며 전력변환장치에 대한 국산화가 시급하다.
현재 미국,유럽에서는 이장치 제작시에 SWITCHING 주파수가 낮은TR방식을 이용하므로 고장이 잘나지 않고 물리적으로 안정성을 가지고 있으나 고조파로 인한 문제, 전력반도체 스위칭 손실에 의한 문제, 전기적 손실에 의한 문제, 무게에 의한 문제 등 해결해야 할 많은 문제점이 있다. 그러므로 전력 변환장치에도 고주파 스위칭에 의한 ALL IGBT에 의한 전력변환이 필요하며 HAMORNICS에 의한 손실 연구도 필요하다.
또한 현재 산업계에서 사용하고 있는 장치의 문제점으로는 빈번한 고장을 들수가 있다.
특히 대용량 전원장치 에서는 IGBT(integrated gate bipolar transistor)의 파손이 빈번하게 발생한다. 즉, 국내에서는 외국산 제품 (미국,유럽)에 주로 의존하고 있으며, 2010년부터 저가의 중국 제품도 국내에서 사용되고 있으나 전원장치의 고장이 빈번하다는 단점이 있다. 국내에서는 수입된 제품을 사용하므로 고장이 발생하면 고장수리가 쉽지 않으며 수리비용이 많이 소요된다. 이와 같이 빈번한 고장 발생과 고장수리의 지연은 해당 산업체의 가동률 저하를 초래하며 궁극적으로는 기업 경쟁력을 약화시키는 원인이 된다. 그러므로 태양광을 이용한 전력변환장치에 대한 국산화가 시급하게 요구된다.
본 논문에서는 태양광을 이용한 전력변환장치를 개발한다. 개발하는 전원장치는 입력 필터부, RECTIFIRE부, 역변환부(INVERTER), 쵸퍼부, 출력 TR부, DC-DC 컨버터부, 전력스위칭에 의한 분전반 등으로 구성되어 있다. 개발한 전원장치에서는 기존의 대용량전원장치의 문제점인 전기적 손실이 크다는 점과 고장이 많이 발생한다는 점을 보완한다. 특히 역변환부, 컨버터부, 전력반도체를 응용한 분전반의 순서로 구성 되어져 있다. 따라서 반도체 온도및 surge에 대한 고장이 많이 발생하므로 이를 보완할수 있는 방법을 제시한다.
2. 개발한 태양광을 이용한 충전장치
개발한 태양광을 이용한 전력변환장치는 그림 1(a) 및 (b)와 같이 입력필터부, 정류부(RECTIFIER), BOOST CONVERTER부, 초퍼부, DC 필터부, 인버터부(INVERTER),전력반도체를 이용한 분전반부 등으로 구성 된다.
2.1 제작한 시스템의 구성 및 특징
1) 능동형 입력 필터부(P.L.C를 응용한 AHF)
능동형 입력필터부는 SCR 필터링 시 불필요한 전기적 리플및 BACK RIPPLE을 차단해 주는 역할을 한다. 또한 입력측으로 유입되는 HAMORNIC 방지 역할도 한다. 즉, SWITCHING 반도체 소자를 통하여 R,C,서정수를 공진화 시켜 실시간 입력측으로 전류의 진,지상 성분의 성질만을 찾아 동기화 시켜주는 기능을 한다. 본 연구에서는 SWITCHING 전력반도체의 소모성 고조파를 제거시켜 주기 위하여 사용하였다.
그림A LAYOUT도
그림2,SCR및IGBT DRIVER PCB
2) 한전측 정류부(RECTIFIRE)=GENERATOR와 병렬(고장대비)
정류부는 그림 2와 같으며 일반 6상 정류기로 구성하였으며 AC를 DC화시켜 비상시및 BATTERY의 종지전압 까지 전압이 떨어지는 순간 절체되며(4ms)또한 빛이 들어오게 되면 STAND BY 비상 BYPSS 역할을 한다. SCR 6개를 30도 각도로 TRIG 하여 맥류파로 만들어 CHOPPER 회로를 거친다.
3)DC-DC CONVERTER부
이 장치는 그림 3과 같이 평상시 BATTERY에 정전압 정전류로 충
RECTIFIRE CONROL TRIC DRIVER
전을 하는 동시에 인버터로 가동하다가 고장이 발생시에 즉시 SCR 정류기로 변환하는 기능을 하며 전력 반도체의 TRIAC에 의해 동작된다. 동작속도는 1/4Hz로서 정류되어 나오는 DC전압을 인버터 고장 시에 즉시 투입하는 기능이다. 이장치는 여름철에 잦은 사고로 인해 산업의 생산에 지장을 초래하며 생산설비가 모두 정지되는 일이 종종 발생하는데 이러한 사고 대비를 위하여 추가하였다.(온도문제)
4) 초퍼부
저항이나 리액터, 콘덴서 등 병렬로 초퍼를 연결하고 통전율을 제어하므로 등가적으로 저항이나 리액턴스의 값에 의하여 연속적 제어가 가능토록 한 방식이며 여기서는 리액터와 콘덴서 값에 의해 통전율을 높이며 맥류성분이나 리플(전기적잡음), 돌입전류 등을 흡수하는 기능이 가능하게 설계되어 있다.
5) 인버터(INVERTER)
인버터부는 그림 4와 같으며 IGBT를 응용하여 순시형 FUSH FULL 방식으로 고주파 스위칭 제어 방식이다. 정류되어 들어오는 DC 전압을 IGBT 고주파 스위칭을 통하여 FUSH-FULL 방식의 전류에 의하여 PWM 파형으로 만들어지며 파형이 인버터 TRANS에 통전된다. 따라서 PWM 파형은 직렬 리액터와 캐패시터를 통하면 공진 조건에 의하여 SINE WAVE가 만들어진다.
<그림 4> 인버터부
<그림7> INVERTER PWM 제어전의 파형
6)BOOST CONVERTER
기본동작 원리는 Layout도에 나타난 바와 같이 기본적 MAIN도를 설명 한다.상기의 3개 회로를 동시에 동작하며 BATTERY CHARGER 로서 1개의 회로는 빛을 받아 DC-DC CONVERTER를 통하여 INVERTER형 BATTERY CHARGER를 통하여 PLC가 SIGNAL 들어 올때 반도체형 SWITCH가 동작하여 INVERTER형 BATTERY CHARGER의 전자식 분전반을 통하여 BATTERY에 충전을 하고 회로의 MAIN 회로의 우선 순위로 동작을 하며 빛이 들어오지 않을 때 는 BATTERY CHARGER가 BOOST CONVERTER를 통하여 2차 동작을 한다.
3번회로는 한전이 정전 되거나 BATTERY CHARGER가 고장시 BATTERY CHARGER에 내에 있는 BATTERY가 BOOST CONVERTER가 BATTERY의 VOLTAGE 보다 증폭되어 전기 자동차의 BATTERY나 산업용 BATTERY를 CHARGING 시킨다.CHARGING 과정은 PLC가 분담하여 동작 하도록 되어 있다.또한 고장을 대비 하기 위한 회로로 구성되며 각회로의 SWITCHING는 PLC가 순차적 방법을 제시 한다.
전기자동차및 산업용의 BATTERY CHARGING용으로 사용 하도록 되어 있다.
7) 출력 필터링
부하시 FEED BACK 되어서 나오는 전기적 리플이나 SURGE, SAGG 등의 제거용 전기적 필터이다. 저항과 고압용 콘덴서로 구성되며 스위칭 시 되돌아 나오는 전기적 HAMORNICS나 전기적 잡음 등을 제거하며 출력측 으로 안정적인 파형을 공급하는 역할을 한다.
2.2 설계한 시스템의 장점
기존의 미국,유럽 제품에 비해 본 논문에서 제작한 이장치의 장점을 정리하면 다음과 같다.
① 유럽,미국의 제품 보다 효율이 높으며 인버터 부분은 FULL BRIDGE 방식을 사용하므로 전압 안정도가 우수하다.(NON TRANS 방식으로 대용량일 경우 DC에서 순환 전류를 흡수하는 복잡성이 있다)
② 입력측의 Back Ripple및 High 차수의 고조파를 어느정도 해결 했다.
③ IGBT의 온도 문제는 GAS HEAT PIPE를 사용하여 온도와 방열판의 SIZE를 줄일수가 있었으며 어느정도 문제 해결 할 수 있다.
④ TRIPLE 방식이라 IGBT 고장 시에 발전 모드로 신속하게 전환하므로서 고장에 대비한 문제를 해결 할 수가 있었다.
⑤고장시 자가 진단하여 신속 정확한 문제해결을 할수 있다.(PLC를 이용한 순차적 자가 발전 할수 있도록 설계되어 있다)
⑥ 통신을 이용한 병렬 운전이 가능하므로 필요시 전력 증설이 쉽다.
3. 실험결과
그림 5과 같이 제작한 장치의 실험결과 인버터부의 출력 PWM파형은 그림 5와 같으며 DC 파형을 AC로 바꾸는 과정으로서 인버터부 gate의 pulse를 switching 하여 최종적으로 나오는 PWM wave이다. 그리고 그림 6은 IGBT 신호파형으로서 일본제품의 경우에는 스위칭주파수가 3kHz이나 제작한 장치의 경우에는 20KHz 이내 파형이 더 세밀하고 섬세함을 알 수 있다. Half Bridge 방식을 사용하는 타제품의 경우에는 전기적 Ripple과 전력 반도체의 온도가 상승 즉 손실이 증가한다는 것을 알 수가 있다.
<그림 5> 인버터 PWM 출력파형
4. 결 론
본 논문에서는 기존 제품들의 문제점을 해결할 수 있는 전력변환장치를 개발하였다. 개발한 전원장치의 구성은 입력 필터부, RECTIFIRE부,
<그림 6> IGBT 신호파형
역변환부(INVERTER), CHOPPER부, 출력 TR부, DC-DC CONVERTER부, 스위칭 전력반도체형 분전반 등으로 되어 있다. 개발한 전력변환 장치는 기존장치와 달리 입력측의 리플과 써지등 노이즈를 최소화 하고, 역율과 전원의 안정성을 개선하였다. 또한 개발한 전원장치는 반도체를 응용하여 기존의 기계의 입력측 손실을 적게하고 역율 보상이 가능하며 전기적 진동을 혁신적으로 줄일 수 있는 동시에 절단면을 고르게 하기 위하여 고주파 스위칭하므로서 안정되고 양질의 전력 공급이 가능하므로 산업사회의 다양한 전원으로 사용 할 수가 있을 것으로 기대한다. 특히 개발한 전원장치는 DUAL 방식을 사용하므로 IGBT 고장 시에 BOOST CONVERTER형 바이패스(BYPASS) 모드로 신속하게 전환할 수 있으며 이로 인해 예기치 않게 발생하는 고장에 대처할 수 있다는 장점이 있다. 또한 병렬운전이 가능하므로 필요시 전력 증설이 쉽다 는 장점이 있다.
[감 사 의 글]
본 논문은 중소기업청에서 지원하는 2013년도 산학연협력 기술개발사업의 연구수행으로 인한 결과물을 응용한 MODULE별 장치를 개발한 것임을 밝힙니다.
[참 고 문 헌]
[1] Hypersom technical final drawing, USA
[2] Sanrex company technical final drawing, Japan
[3] G. Roberts and A. S. Sedra, "Spice", Oxford University Press, 1997
[4] B. Razavi, "Design of analog CMOS integated circuits", MECRAW-HILL, 2001
[5] R. Schaumann and M. E Van Valkeanberg, "Design of analog filters", Oxford University Press, 2001
[6]“전력변환장치 개발”, 2013 정보 및 제어 심포지엄,및 제주국제학술회 전력전자부분 응용.
90년UPS및인버터개발참여, 플라즈마(2013)연구참여
부산기능대(전기기술),아세아항공전문대졸(항공정비),
방송통신대4년(컴퓨터과학)재 E/G POWER 대표
그림8 1KVA태양광 충전기 제작품
신중을 기술것이며 그분에 인하여 여기에 이르렀음.
그분을 위하여 기술을 소개합니다. ..
Abstract - 본 논문에서는 기존 제품들의 문제점을 해결할 수 있는 태양광을 응용한 충전장치를 개발하고자 한다. 개발하고자 하는 장치의 구성은 DC필터부, Rectifier부, 역변환부(INVERTER), 쵸퍼부, 출력 TR부, Converter 부, Switching부 및 전력반도체에 의한 절체부등으로 구성되어져 있다. 특히 개발한 장치에서는 역변환부, Converter 부,BOOST CONVERTER부, Switching에 의한 절체부,전력반도체형 분전반의 순서로 구성되며 에너지 저장및 SWITCHING시 전기적 잡음및 HAMORNICS에 대한 대책및이를 보완할 수 있는 방법을 제시한다.
1. 서 론
전력변환장치는 산업 사회의 에너지 저장장치와 이를 에너지를 효율적으로 운영및 에너지 축적및 활용할수 있는 장치이다. 고주파유도 가열기, 용접기,RECTIFIRE, 지하철 정류기, 충전기,인버터,VVVF 등 여러 가지 산업용 전원장치로 널리 사용된다. 그러므로 이장치의 수요는 빌딩,공장,조선, 기계, 화학, 도금, 의료기, 전기자동차 분야의 중소기업 및 자동차 부품업계를 포함하여 매우 많다. 그러나 국내에서 사용하고 있는 전력변환장치는 주로 미국과유럽에서 제작한 제품이며 전력변환장치에 대한 국산화가 시급하다.
현재 미국,유럽에서는 이장치 제작시에 SWITCHING 주파수가 낮은TR방식을 이용하므로 고장이 잘나지 않고 물리적으로 안정성을 가지고 있으나 고조파로 인한 문제, 전력반도체 스위칭 손실에 의한 문제, 전기적 손실에 의한 문제, 무게에 의한 문제 등 해결해야 할 많은 문제점이 있다. 그러므로 전력 변환장치에도 고주파 스위칭에 의한 ALL IGBT에 의한 전력변환이 필요하며 HAMORNICS에 의한 손실 연구도 필요하다.
또한 현재 산업계에서 사용하고 있는 장치의 문제점으로는 빈번한 고장을 들수가 있다.
특히 대용량 전원장치 에서는 IGBT(integrated gate bipolar transistor)의 파손이 빈번하게 발생한다. 즉, 국내에서는 외국산 제품 (미국,유럽)에 주로 의존하고 있으며, 2010년부터 저가의 중국 제품도 국내에서 사용되고 있으나 전원장치의 고장이 빈번하다는 단점이 있다. 국내에서는 수입된 제품을 사용하므로 고장이 발생하면 고장수리가 쉽지 않으며 수리비용이 많이 소요된다. 이와 같이 빈번한 고장 발생과 고장수리의 지연은 해당 산업체의 가동률 저하를 초래하며 궁극적으로는 기업 경쟁력을 약화시키는 원인이 된다. 그러므로 태양광을 이용한 전력변환장치에 대한 국산화가 시급하게 요구된다.
본 논문에서는 태양광을 이용한 전력변환장치를 개발한다. 개발하는 전원장치는 입력 필터부, RECTIFIRE부, 역변환부(INVERTER), 쵸퍼부, 출력 TR부, DC-DC 컨버터부, 전력스위칭에 의한 분전반 등으로 구성되어 있다. 개발한 전원장치에서는 기존의 대용량전원장치의 문제점인 전기적 손실이 크다는 점과 고장이 많이 발생한다는 점을 보완한다. 특히 역변환부, 컨버터부, 전력반도체를 응용한 분전반의 순서로 구성 되어져 있다. 따라서 반도체 온도및 surge에 대한 고장이 많이 발생하므로 이를 보완할수 있는 방법을 제시한다.
2. 개발한 태양광을 이용한 충전장치
개발한 태양광을 이용한 전력변환장치는 그림 1(a) 및 (b)와 같이 입력필터부, 정류부(RECTIFIER), BOOST CONVERTER부, 초퍼부, DC 필터부, 인버터부(INVERTER),전력반도체를 이용한 분전반부 등으로 구성 된다.
2.1 제작한 시스템의 구성 및 특징
1) 능동형 입력 필터부(P.L.C를 응용한 AHF)
능동형 입력필터부는 SCR 필터링 시 불필요한 전기적 리플및 BACK RIPPLE을 차단해 주는 역할을 한다. 또한 입력측으로 유입되는 HAMORNIC 방지 역할도 한다. 즉, SWITCHING 반도체 소자를 통하여 R,C,서정수를 공진화 시켜 실시간 입력측으로 전류의 진,지상 성분의 성질만을 찾아 동기화 시켜주는 기능을 한다. 본 연구에서는 SWITCHING 전력반도체의 소모성 고조파를 제거시켜 주기 위하여 사용하였다.
그림A LAYOUT도
그림2,SCR및IGBT DRIVER PCB
2) 한전측 정류부(RECTIFIRE)=GENERATOR와 병렬(고장대비)
정류부는 그림 2와 같으며 일반 6상 정류기로 구성하였으며 AC를 DC화시켜 비상시및 BATTERY의 종지전압 까지 전압이 떨어지는 순간 절체되며(4ms)또한 빛이 들어오게 되면 STAND BY 비상 BYPSS 역할을 한다. SCR 6개를 30도 각도로 TRIG 하여 맥류파로 만들어 CHOPPER 회로를 거친다.
3)DC-DC CONVERTER부
이 장치는 그림 3과 같이 평상시 BATTERY에 정전압 정전류로 충
RECTIFIRE CONROL TRIC DRIVER
전을 하는 동시에 인버터로 가동하다가 고장이 발생시에 즉시 SCR 정류기로 변환하는 기능을 하며 전력 반도체의 TRIAC에 의해 동작된다. 동작속도는 1/4Hz로서 정류되어 나오는 DC전압을 인버터 고장 시에 즉시 투입하는 기능이다. 이장치는 여름철에 잦은 사고로 인해 산업의 생산에 지장을 초래하며 생산설비가 모두 정지되는 일이 종종 발생하는데 이러한 사고 대비를 위하여 추가하였다.(온도문제)
4) 초퍼부
저항이나 리액터, 콘덴서 등 병렬로 초퍼를 연결하고 통전율을 제어하므로 등가적으로 저항이나 리액턴스의 값에 의하여 연속적 제어가 가능토록 한 방식이며 여기서는 리액터와 콘덴서 값에 의해 통전율을 높이며 맥류성분이나 리플(전기적잡음), 돌입전류 등을 흡수하는 기능이 가능하게 설계되어 있다.
5) 인버터(INVERTER)
인버터부는 그림 4와 같으며 IGBT를 응용하여 순시형 FUSH FULL 방식으로 고주파 스위칭 제어 방식이다. 정류되어 들어오는 DC 전압을 IGBT 고주파 스위칭을 통하여 FUSH-FULL 방식의 전류에 의하여 PWM 파형으로 만들어지며 파형이 인버터 TRANS에 통전된다. 따라서 PWM 파형은 직렬 리액터와 캐패시터를 통하면 공진 조건에 의하여 SINE WAVE가 만들어진다.
<그림 4> 인버터부
<그림7> INVERTER PWM 제어전의 파형
6)BOOST CONVERTER
기본동작 원리는 Layout도에 나타난 바와 같이 기본적 MAIN도를 설명 한다.상기의 3개 회로를 동시에 동작하며 BATTERY CHARGER 로서 1개의 회로는 빛을 받아 DC-DC CONVERTER를 통하여 INVERTER형 BATTERY CHARGER를 통하여 PLC가 SIGNAL 들어 올때 반도체형 SWITCH가 동작하여 INVERTER형 BATTERY CHARGER의 전자식 분전반을 통하여 BATTERY에 충전을 하고 회로의 MAIN 회로의 우선 순위로 동작을 하며 빛이 들어오지 않을 때 는 BATTERY CHARGER가 BOOST CONVERTER를 통하여 2차 동작을 한다.
3번회로는 한전이 정전 되거나 BATTERY CHARGER가 고장시 BATTERY CHARGER에 내에 있는 BATTERY가 BOOST CONVERTER가 BATTERY의 VOLTAGE 보다 증폭되어 전기 자동차의 BATTERY나 산업용 BATTERY를 CHARGING 시킨다.CHARGING 과정은 PLC가 분담하여 동작 하도록 되어 있다.또한 고장을 대비 하기 위한 회로로 구성되며 각회로의 SWITCHING는 PLC가 순차적 방법을 제시 한다.
전기자동차및 산업용의 BATTERY CHARGING용으로 사용 하도록 되어 있다.
7) 출력 필터링
부하시 FEED BACK 되어서 나오는 전기적 리플이나 SURGE, SAGG 등의 제거용 전기적 필터이다. 저항과 고압용 콘덴서로 구성되며 스위칭 시 되돌아 나오는 전기적 HAMORNICS나 전기적 잡음 등을 제거하며 출력측 으로 안정적인 파형을 공급하는 역할을 한다.
2.2 설계한 시스템의 장점
기존의 미국,유럽 제품에 비해 본 논문에서 제작한 이장치의 장점을 정리하면 다음과 같다.
① 유럽,미국의 제품 보다 효율이 높으며 인버터 부분은 FULL BRIDGE 방식을 사용하므로 전압 안정도가 우수하다.(NON TRANS 방식으로 대용량일 경우 DC에서 순환 전류를 흡수하는 복잡성이 있다)
② 입력측의 Back Ripple및 High 차수의 고조파를 어느정도 해결 했다.
③ IGBT의 온도 문제는 GAS HEAT PIPE를 사용하여 온도와 방열판의 SIZE를 줄일수가 있었으며 어느정도 문제 해결 할 수 있다.
④ TRIPLE 방식이라 IGBT 고장 시에 발전 모드로 신속하게 전환하므로서 고장에 대비한 문제를 해결 할 수가 있었다.
⑤고장시 자가 진단하여 신속 정확한 문제해결을 할수 있다.(PLC를 이용한 순차적 자가 발전 할수 있도록 설계되어 있다)
⑥ 통신을 이용한 병렬 운전이 가능하므로 필요시 전력 증설이 쉽다.
3. 실험결과
그림 5과 같이 제작한 장치의 실험결과 인버터부의 출력 PWM파형은 그림 5와 같으며 DC 파형을 AC로 바꾸는 과정으로서 인버터부 gate의 pulse를 switching 하여 최종적으로 나오는 PWM wave이다. 그리고 그림 6은 IGBT 신호파형으로서 일본제품의 경우에는 스위칭주파수가 3kHz이나 제작한 장치의 경우에는 20KHz 이내 파형이 더 세밀하고 섬세함을 알 수 있다. Half Bridge 방식을 사용하는 타제품의 경우에는 전기적 Ripple과 전력 반도체의 온도가 상승 즉 손실이 증가한다는 것을 알 수가 있다.
<그림 5> 인버터 PWM 출력파형
4. 결 론
본 논문에서는 기존 제품들의 문제점을 해결할 수 있는 전력변환장치를 개발하였다. 개발한 전원장치의 구성은 입력 필터부, RECTIFIRE부,
<그림 6> IGBT 신호파형
역변환부(INVERTER), CHOPPER부, 출력 TR부, DC-DC CONVERTER부, 스위칭 전력반도체형 분전반 등으로 되어 있다. 개발한 전력변환 장치는 기존장치와 달리 입력측의 리플과 써지등 노이즈를 최소화 하고, 역율과 전원의 안정성을 개선하였다. 또한 개발한 전원장치는 반도체를 응용하여 기존의 기계의 입력측 손실을 적게하고 역율 보상이 가능하며 전기적 진동을 혁신적으로 줄일 수 있는 동시에 절단면을 고르게 하기 위하여 고주파 스위칭하므로서 안정되고 양질의 전력 공급이 가능하므로 산업사회의 다양한 전원으로 사용 할 수가 있을 것으로 기대한다. 특히 개발한 전원장치는 DUAL 방식을 사용하므로 IGBT 고장 시에 BOOST CONVERTER형 바이패스(BYPASS) 모드로 신속하게 전환할 수 있으며 이로 인해 예기치 않게 발생하는 고장에 대처할 수 있다는 장점이 있다. 또한 병렬운전이 가능하므로 필요시 전력 증설이 쉽다 는 장점이 있다.
[감 사 의 글]
본 논문은 중소기업청에서 지원하는 2013년도 산학연협력 기술개발사업의 연구수행으로 인한 결과물을 응용한 MODULE별 장치를 개발한 것임을 밝힙니다.
[참 고 문 헌]
[1] Hypersom technical final drawing, USA
[2] Sanrex company technical final drawing, Japan
[3] G. Roberts and A. S. Sedra, "Spice", Oxford University Press, 1997
[4] B. Razavi, "Design of analog CMOS integated circuits", MECRAW-HILL, 2001
[5] R. Schaumann and M. E Van Valkeanberg, "Design of analog filters", Oxford University Press, 2001
[6]“전력변환장치 개발”, 2013 정보 및 제어 심포지엄,및 제주국제학술회 전력전자부분 응용.
90년UPS및인버터개발참여, 플라즈마(2013)연구참여
부산기능대(전기기술),아세아항공전문대졸(항공정비),
방송통신대4년(컴퓨터과학)재 E/G POWER 대표
그림8 1KVA태양광 충전기 제작품
보고서작성신청
작성은 그분을 위하여 ......(IT 융복합 장치관련 ..이며 all together all world 기술도 도 함께해야할 시점이 아닌가 싶어요...
자연을 이용한 응용부분 ...all..,.....세상을 위해 갑시다. ...
Abstract - 본 논문에서는 기존 제품들의 문제점을 해결할 수 있는 태양광을 응용한 충전장치를 개발하고자 한다. 개발하고자 하는 장치의 구성은 DC필터부, Rectifier부, 역변환부(INVERTER), 쵸퍼부, 출력 TR부, Converter 부, Switching부 및 전력반도체에 의한 절체부등으로 구성되어져 있다. 특히 개발한 장치에서는 역변환부, Converter 부,BOOST CONVERTER부, Switching에 의한 절체부,전력반도체형 분전반의 순서로 구성되며 에너지 저장및 SWITCHING시 전기적 잡음및 HAMORNICS에 대한 대책및이를 보완할 수 있는 방법을 제시한다.
1. 서 론
전력변환장치는 산업 사회의 에너지 저장장치와 이를 에너지를 효율적으로 운영및 에너지 축적및 활용할수 있는 장치이다. 고주파유도 가열기, 용접기,RECTIFIRE, 지하철 정류기, 충전기,인버터,VVVF 등 여러 가지 산업용 전원장치로 널리 사용된다. 그러므로 이장치의 수요는 빌딩,공장,조선, 기계, 화학, 도금, 의료기, 전기자동차 분야의 중소기업 및 자동차 부품업계를 포함하여 매우 많다. 그러나 국내에서 사용하고 있는 전력변환장치는 주로 미국과유럽에서 제작한 제품이며 전력변환장치에 대한 국산화가 시급하다.
현재 미국,유럽에서는 이장치 제작시에 SWITCHING 주파수가 낮은TR방식을 이용하므로 고장이 잘나지 않고 물리적으로 안정성을 가지고 있으나 고조파로 인한 문제, 전력반도체 스위칭 손실에 의한 문제, 전기적 손실에 의한 문제, 무게에 의한 문제 등 해결해야 할 많은 문제점이 있다. 그러므로 전력 변환장치에도 고주파 스위칭에 의한 ALL IGBT에 의한 전력변환이 필요하며 HAMORNICS에 의한 손실 연구도 필요하다.
또한 현재 산업계에서 사용하고 있는 장치의 문제점으로는 빈번한 고장을 들수가 있다.
특히 대용량 전원장치 에서는 IGBT(integrated gate bipolar transistor)의 파손이 빈번하게 발생한다. 즉, 국내에서는 외국산 제품 (미국,유럽)에 주로 의존하고 있으며, 2010년부터 저가의 중국 제품도 국내에서 사용되고 있으나 전원장치의 고장이 빈번하다는 단점이 있다. 국내에서는 수입된 제품을 사용하므로 고장이 발생하면 고장수리가 쉽지 않으며 수리비용이 많이 소요된다. 이와 같이 빈번한 고장 발생과 고장수리의 지연은 해당 산업체의 가동률 저하를 초래하며 궁극적으로는 기업 경쟁력을 약화시키는 원인이 된다. 그러므로 태양광을 이용한 전력변환장치에 대한 국산화가 시급하게 요구된다.
본 논문에서는 태양광을 이용한 전력변환장치를 개발한다. 개발하는 전원장치는 입력 필터부, RECTIFIRE부, 역변환부(INVERTER), 쵸퍼부, 출력 TR부, DC-DC 컨버터부, 전력스위칭에 의한 분전반 등으로 구성되어 있다. 개발한 전원장치에서는 기존의 대용량전원장치의 문제점인 전기적 손실이 크다는 점과 고장이 많이 발생한다는 점을 보완한다. 특히 역변환부, 컨버터부, 전력반도체를 응용한 분전반의 순서로 구성 되어져 있다. 따라서 반도체 온도및 surge에 대한 고장이 많이 발생하므로 이를 보완할수 있는 방법을 제시한다.
2. 개발한 태양광을 이용한 충전장치
개발한 태양광을 이용한 전력변환장치는 그림 1(a) 및 (b)와 같이 입력필터부, 정류부(RECTIFIER), BOOST CONVERTER부, 초퍼부, DC 필터부, 인버터부(INVERTER),전력반도체를 이용한 분전반부 등으로 구성 된다.
2.1 제작한 시스템의 구성 및 특징
1) 능동형 입력 필터부(P.L.C를 응용한 AHF)
능동형 입력필터부는 SCR 필터링 시 불필요한 전기적 리플및 BACK RIPPLE을 차단해 주는 역할을 한다. 또한 입력측으로 유입되는 HAMORNIC 방지 역할도 한다. 즉, SWITCHING 반도체 소자를 통하여 R,C,서정수를 공진화 시켜 실시간 입력측으로 전류의 진,지상 성분의 성질만을 찾아 동기화 시켜주는 기능을 한다. 본 연구에서는 SWITCHING 전력반도체의 소모성 고조파를 제거시켜 주기 위하여 사용하였다.
그림A LAYOUT도
그림2,SCR및IGBT DRIVER PCB
2) 한전측 정류부(RECTIFIRE)=GENERATOR와 병렬(고장대비)
정류부는 그림 2와 같으며 일반 6상 정류기로 구성하였으며 AC를 DC화시켜 비상시및 BATTERY의 종지전압 까지 전압이 떨어지는 순간 절체되며(4ms)또한 빛이 들어오게 되면 STAND BY 비상 BYPSS 역할을 한다. SCR 6개를 30도 각도로 TRIG 하여 맥류파로 만들어 CHOPPER 회로를 거친다.
3)DC-DC CONVERTER부
이 장치는 그림 3과 같이 평상시 BATTERY에 정전압 정전류로 충
RECTIFIRE CONROL TRIC DRIVER
전을 하는 동시에 인버터로 가동하다가 고장이 발생시에 즉시 SCR 정류기로 변환하는 기능을 하며 전력 반도체의 TRIAC에 의해 동작된다. 동작속도는 1/4Hz로서 정류되어 나오는 DC전압을 인버터 고장 시에 즉시 투입하는 기능이다. 이장치는 여름철에 잦은 사고로 인해 산업의 생산에 지장을 초래하며 생산설비가 모두 정지되는 일이 종종 발생하는데 이러한 사고 대비를 위하여 추가하였다.(온도문제)
4) 초퍼부
저항이나 리액터, 콘덴서 등 병렬로 초퍼를 연결하고 통전율을 제어하므로 등가적으로 저항이나 리액턴스의 값에 의하여 연속적 제어가 가능토록 한 방식이며 여기서는 리액터와 콘덴서 값에 의해 통전율을 높이며 맥류성분이나 리플(전기적잡음), 돌입전류 등을 흡수하는 기능이 가능하게 설계되어 있다.
5) 인버터(INVERTER)
인버터부는 그림 4와 같으며 IGBT를 응용하여 순시형 FUSH FULL 방식으로 고주파 스위칭 제어 방식이다. 정류되어 들어오는 DC 전압을 IGBT 고주파 스위칭을 통하여 FUSH-FULL 방식의 전류에 의하여 PWM 파형으로 만들어지며 파형이 인버터 TRANS에 통전된다. 따라서 PWM 파형은 직렬 리액터와 캐패시터를 통하면 공진 조건에 의하여 SINE WAVE가 만들어진다.
<그림 4> 인버터부
<그림7> INVERTER PWM 제어전의 파형
6)BOOST CONVERTER
기본동작 원리는 Layout도에 나타난 바와 같이 기본적 MAIN도를 설명 한다.상기의 3개 회로를 동시에 동작하며 BATTERY CHARGER 로서 1개의 회로는 빛을 받아 DC-DC CONVERTER를 통하여 INVERTER형 BATTERY CHARGER를 통하여 PLC가 SIGNAL 들어 올때 반도체형 SWITCH가 동작하여 INVERTER형 BATTERY CHARGER의 전자식 분전반을 통하여 BATTERY에 충전을 하고 회로의 MAIN 회로의 우선 순위로 동작을 하며 빛이 들어오지 않을 때 는 BATTERY CHARGER가 BOOST CONVERTER를 통하여 2차 동작을 한다.
3번회로는 한전이 정전 되거나 BATTERY CHARGER가 고장시 BATTERY CHARGER에 내에 있는 BATTERY가 BOOST CONVERTER가 BATTERY의 VOLTAGE 보다 증폭되어 전기 자동차의 BATTERY나 산업용 BATTERY를 CHARGING 시킨다.CHARGING 과정은 PLC가 분담하여 동작 하도록 되어 있다.또한 고장을 대비 하기 위한 회로로 구성되며 각회로의 SWITCHING는 PLC가 순차적 방법을 제시 한다.
전기자동차및 산업용의 BATTERY CHARGING용으로 사용 하도록 되어 있다.
7) 출력 필터링
부하시 FEED BACK 되어서 나오는 전기적 리플이나 SURGE, SAGG 등의 제거용 전기적 필터이다. 저항과 고압용 콘덴서로 구성되며 스위칭 시 되돌아 나오는 전기적 HAMORNICS나 전기적 잡음 등을 제거하며 출력측 으로 안정적인 파형을 공급하는 역할을 한다.
2.2 설계한 시스템의 장점
기존의 미국,유럽 제품에 비해 본 논문에서 제작한 이장치의 장점을 정리하면 다음과 같다.
① 유럽,미국의 제품 보다 효율이 높으며 인버터 부분은 FULL BRIDGE 방식을 사용하므로 전압 안정도가 우수하다.(NON TRANS 방식으로 대용량일 경우 DC에서 순환 전류를 흡수하는 복잡성이 있다)
② 입력측의 Back Ripple및 High 차수의 고조파를 어느정도 해결 했다.
③ IGBT의 온도 문제는 GAS HEAT PIPE를 사용하여 온도와 방열판의 SIZE를 줄일수가 있었으며 어느정도 문제 해결 할 수 있다.
④ TRIPLE 방식이라 IGBT 고장 시에 발전 모드로 신속하게 전환하므로서 고장에 대비한 문제를 해결 할 수가 있었다.
⑤고장시 자가 진단하여 신속 정확한 문제해결을 할수 있다.(PLC를 이용한 순차적 자가 발전 할수 있도록 설계되어 있다)
⑥ 통신을 이용한 병렬 운전이 가능하므로 필요시 전력 증설이 쉽다.
3. 실험결과
그림 5과 같이 제작한 장치의 실험결과 인버터부의 출력 PWM파형은 그림 5와 같으며 DC 파형을 AC로 바꾸는 과정으로서 인버터부 gate의 pulse를 switching 하여 최종적으로 나오는 PWM wave이다. 그리고 그림 6은 IGBT 신호파형으로서 일본제품의 경우에는 스위칭주파수가 3kHz이나 제작한 장치의 경우에는 20KHz 이내 파형이 더 세밀하고 섬세함을 알 수 있다. Half Bridge 방식을 사용하는 타제품의 경우에는 전기적 Ripple과 전력 반도체의 온도가 상승 즉 손실이 증가한다는 것을 알 수가 있다.
<그림 5> 인버터 PWM 출력파형
4. 결 론
본 논문에서는 기존 제품들의 문제점을 해결할 수 있는 전력변환장치를 개발하였다. 개발한 전원장치의 구성은 입력 필터부, RECTIFIRE부,
<그림 6> IGBT 신호파형
역변환부(INVERTER), CHOPPER부, 출력 TR부, DC-DC CONVERTER부, 스위칭 전력반도체형 분전반 등으로 되어 있다. 개발한 전력변환 장치는 기존장치와 달리 입력측의 리플과 써지등 노이즈를 최소화 하고, 역율과 전원의 안정성을 개선하였다. 또한 개발한 전원장치는 반도체를 응용하여 기존의 기계의 입력측 손실을 적게하고 역율 보상이 가능하며 전기적 진동을 혁신적으로 줄일 수 있는 동시에 절단면을 고르게 하기 위하여 고주파 스위칭하므로서 안정되고 양질의 전력 공급이 가능하므로 산업사회의 다양한 전원으로 사용 할 수가 있을 것으로 기대한다. 특히 개발한 전원장치는 DUAL 방식을 사용하므로 IGBT 고장 시에 BOOST CONVERTER형 바이패스(BYPASS) 모드로 신속하게 전환할 수 있으며 이로 인해 예기치 않게 발생하는 고장에 대처할 수 있다는 장점이 있다. 또한 병렬운전이 가능하므로 필요시 전력 증설이 쉽다 는 장점이 있다.
[감 사 의 글]
본 논문은 중소기업청에서 지원하는 2013년도 산학연협력 기술개발사업의 연구수행으로 인한 결과물을 응용한 MODULE별 장치를 개발한 것임을 밝힙니다.
[참 고 문 헌]
[1] Hypersom technical final drawing, USA
[2] Sanrex company technical final drawing, Japan
[3] G. Roberts and A. S. Sedra, "Spice", Oxford University Press, 1997
[4] B. Razavi, "Design of analog CMOS integated circuits", MECRAW-HILL, 2001
[5] R. Schaumann and M. E Van Valkeanberg, "Design of analog filters", Oxford University Press, 2001
[6]“전력변환장치 개발”, 2013 정보 및 제어 심포지엄,및 제주국제학술회 전력전자부분 응용.
90년UPS및인버터개발참여, 플라즈마(2013)연구참여
부산기능대(전기기술),아세아항공전문대졸(항공정비),
방송통신대4년(컴퓨터과학)재 E/G POWER 대표
그림8 1KVA태양광 충전기 제작품
자연을 이용한 응용부분 ...all..,.....세상을 위해 갑시다. ...
Abstract - 본 논문에서는 기존 제품들의 문제점을 해결할 수 있는 태양광을 응용한 충전장치를 개발하고자 한다. 개발하고자 하는 장치의 구성은 DC필터부, Rectifier부, 역변환부(INVERTER), 쵸퍼부, 출력 TR부, Converter 부, Switching부 및 전력반도체에 의한 절체부등으로 구성되어져 있다. 특히 개발한 장치에서는 역변환부, Converter 부,BOOST CONVERTER부, Switching에 의한 절체부,전력반도체형 분전반의 순서로 구성되며 에너지 저장및 SWITCHING시 전기적 잡음및 HAMORNICS에 대한 대책및이를 보완할 수 있는 방법을 제시한다.
1. 서 론
전력변환장치는 산업 사회의 에너지 저장장치와 이를 에너지를 효율적으로 운영및 에너지 축적및 활용할수 있는 장치이다. 고주파유도 가열기, 용접기,RECTIFIRE, 지하철 정류기, 충전기,인버터,VVVF 등 여러 가지 산업용 전원장치로 널리 사용된다. 그러므로 이장치의 수요는 빌딩,공장,조선, 기계, 화학, 도금, 의료기, 전기자동차 분야의 중소기업 및 자동차 부품업계를 포함하여 매우 많다. 그러나 국내에서 사용하고 있는 전력변환장치는 주로 미국과유럽에서 제작한 제품이며 전력변환장치에 대한 국산화가 시급하다.
현재 미국,유럽에서는 이장치 제작시에 SWITCHING 주파수가 낮은TR방식을 이용하므로 고장이 잘나지 않고 물리적으로 안정성을 가지고 있으나 고조파로 인한 문제, 전력반도체 스위칭 손실에 의한 문제, 전기적 손실에 의한 문제, 무게에 의한 문제 등 해결해야 할 많은 문제점이 있다. 그러므로 전력 변환장치에도 고주파 스위칭에 의한 ALL IGBT에 의한 전력변환이 필요하며 HAMORNICS에 의한 손실 연구도 필요하다.
또한 현재 산업계에서 사용하고 있는 장치의 문제점으로는 빈번한 고장을 들수가 있다.
특히 대용량 전원장치 에서는 IGBT(integrated gate bipolar transistor)의 파손이 빈번하게 발생한다. 즉, 국내에서는 외국산 제품 (미국,유럽)에 주로 의존하고 있으며, 2010년부터 저가의 중국 제품도 국내에서 사용되고 있으나 전원장치의 고장이 빈번하다는 단점이 있다. 국내에서는 수입된 제품을 사용하므로 고장이 발생하면 고장수리가 쉽지 않으며 수리비용이 많이 소요된다. 이와 같이 빈번한 고장 발생과 고장수리의 지연은 해당 산업체의 가동률 저하를 초래하며 궁극적으로는 기업 경쟁력을 약화시키는 원인이 된다. 그러므로 태양광을 이용한 전력변환장치에 대한 국산화가 시급하게 요구된다.
본 논문에서는 태양광을 이용한 전력변환장치를 개발한다. 개발하는 전원장치는 입력 필터부, RECTIFIRE부, 역변환부(INVERTER), 쵸퍼부, 출력 TR부, DC-DC 컨버터부, 전력스위칭에 의한 분전반 등으로 구성되어 있다. 개발한 전원장치에서는 기존의 대용량전원장치의 문제점인 전기적 손실이 크다는 점과 고장이 많이 발생한다는 점을 보완한다. 특히 역변환부, 컨버터부, 전력반도체를 응용한 분전반의 순서로 구성 되어져 있다. 따라서 반도체 온도및 surge에 대한 고장이 많이 발생하므로 이를 보완할수 있는 방법을 제시한다.
2. 개발한 태양광을 이용한 충전장치
개발한 태양광을 이용한 전력변환장치는 그림 1(a) 및 (b)와 같이 입력필터부, 정류부(RECTIFIER), BOOST CONVERTER부, 초퍼부, DC 필터부, 인버터부(INVERTER),전력반도체를 이용한 분전반부 등으로 구성 된다.
2.1 제작한 시스템의 구성 및 특징
1) 능동형 입력 필터부(P.L.C를 응용한 AHF)
능동형 입력필터부는 SCR 필터링 시 불필요한 전기적 리플및 BACK RIPPLE을 차단해 주는 역할을 한다. 또한 입력측으로 유입되는 HAMORNIC 방지 역할도 한다. 즉, SWITCHING 반도체 소자를 통하여 R,C,서정수를 공진화 시켜 실시간 입력측으로 전류의 진,지상 성분의 성질만을 찾아 동기화 시켜주는 기능을 한다. 본 연구에서는 SWITCHING 전력반도체의 소모성 고조파를 제거시켜 주기 위하여 사용하였다.
그림A LAYOUT도
그림2,SCR및IGBT DRIVER PCB
2) 한전측 정류부(RECTIFIRE)=GENERATOR와 병렬(고장대비)
정류부는 그림 2와 같으며 일반 6상 정류기로 구성하였으며 AC를 DC화시켜 비상시및 BATTERY의 종지전압 까지 전압이 떨어지는 순간 절체되며(4ms)또한 빛이 들어오게 되면 STAND BY 비상 BYPSS 역할을 한다. SCR 6개를 30도 각도로 TRIG 하여 맥류파로 만들어 CHOPPER 회로를 거친다.
3)DC-DC CONVERTER부
이 장치는 그림 3과 같이 평상시 BATTERY에 정전압 정전류로 충
RECTIFIRE CONROL TRIC DRIVER
전을 하는 동시에 인버터로 가동하다가 고장이 발생시에 즉시 SCR 정류기로 변환하는 기능을 하며 전력 반도체의 TRIAC에 의해 동작된다. 동작속도는 1/4Hz로서 정류되어 나오는 DC전압을 인버터 고장 시에 즉시 투입하는 기능이다. 이장치는 여름철에 잦은 사고로 인해 산업의 생산에 지장을 초래하며 생산설비가 모두 정지되는 일이 종종 발생하는데 이러한 사고 대비를 위하여 추가하였다.(온도문제)
4) 초퍼부
저항이나 리액터, 콘덴서 등 병렬로 초퍼를 연결하고 통전율을 제어하므로 등가적으로 저항이나 리액턴스의 값에 의하여 연속적 제어가 가능토록 한 방식이며 여기서는 리액터와 콘덴서 값에 의해 통전율을 높이며 맥류성분이나 리플(전기적잡음), 돌입전류 등을 흡수하는 기능이 가능하게 설계되어 있다.
5) 인버터(INVERTER)
인버터부는 그림 4와 같으며 IGBT를 응용하여 순시형 FUSH FULL 방식으로 고주파 스위칭 제어 방식이다. 정류되어 들어오는 DC 전압을 IGBT 고주파 스위칭을 통하여 FUSH-FULL 방식의 전류에 의하여 PWM 파형으로 만들어지며 파형이 인버터 TRANS에 통전된다. 따라서 PWM 파형은 직렬 리액터와 캐패시터를 통하면 공진 조건에 의하여 SINE WAVE가 만들어진다.
<그림 4> 인버터부
<그림7> INVERTER PWM 제어전의 파형
6)BOOST CONVERTER
기본동작 원리는 Layout도에 나타난 바와 같이 기본적 MAIN도를 설명 한다.상기의 3개 회로를 동시에 동작하며 BATTERY CHARGER 로서 1개의 회로는 빛을 받아 DC-DC CONVERTER를 통하여 INVERTER형 BATTERY CHARGER를 통하여 PLC가 SIGNAL 들어 올때 반도체형 SWITCH가 동작하여 INVERTER형 BATTERY CHARGER의 전자식 분전반을 통하여 BATTERY에 충전을 하고 회로의 MAIN 회로의 우선 순위로 동작을 하며 빛이 들어오지 않을 때 는 BATTERY CHARGER가 BOOST CONVERTER를 통하여 2차 동작을 한다.
3번회로는 한전이 정전 되거나 BATTERY CHARGER가 고장시 BATTERY CHARGER에 내에 있는 BATTERY가 BOOST CONVERTER가 BATTERY의 VOLTAGE 보다 증폭되어 전기 자동차의 BATTERY나 산업용 BATTERY를 CHARGING 시킨다.CHARGING 과정은 PLC가 분담하여 동작 하도록 되어 있다.또한 고장을 대비 하기 위한 회로로 구성되며 각회로의 SWITCHING는 PLC가 순차적 방법을 제시 한다.
전기자동차및 산업용의 BATTERY CHARGING용으로 사용 하도록 되어 있다.
7) 출력 필터링
부하시 FEED BACK 되어서 나오는 전기적 리플이나 SURGE, SAGG 등의 제거용 전기적 필터이다. 저항과 고압용 콘덴서로 구성되며 스위칭 시 되돌아 나오는 전기적 HAMORNICS나 전기적 잡음 등을 제거하며 출력측 으로 안정적인 파형을 공급하는 역할을 한다.
2.2 설계한 시스템의 장점
기존의 미국,유럽 제품에 비해 본 논문에서 제작한 이장치의 장점을 정리하면 다음과 같다.
① 유럽,미국의 제품 보다 효율이 높으며 인버터 부분은 FULL BRIDGE 방식을 사용하므로 전압 안정도가 우수하다.(NON TRANS 방식으로 대용량일 경우 DC에서 순환 전류를 흡수하는 복잡성이 있다)
② 입력측의 Back Ripple및 High 차수의 고조파를 어느정도 해결 했다.
③ IGBT의 온도 문제는 GAS HEAT PIPE를 사용하여 온도와 방열판의 SIZE를 줄일수가 있었으며 어느정도 문제 해결 할 수 있다.
④ TRIPLE 방식이라 IGBT 고장 시에 발전 모드로 신속하게 전환하므로서 고장에 대비한 문제를 해결 할 수가 있었다.
⑤고장시 자가 진단하여 신속 정확한 문제해결을 할수 있다.(PLC를 이용한 순차적 자가 발전 할수 있도록 설계되어 있다)
⑥ 통신을 이용한 병렬 운전이 가능하므로 필요시 전력 증설이 쉽다.
3. 실험결과
그림 5과 같이 제작한 장치의 실험결과 인버터부의 출력 PWM파형은 그림 5와 같으며 DC 파형을 AC로 바꾸는 과정으로서 인버터부 gate의 pulse를 switching 하여 최종적으로 나오는 PWM wave이다. 그리고 그림 6은 IGBT 신호파형으로서 일본제품의 경우에는 스위칭주파수가 3kHz이나 제작한 장치의 경우에는 20KHz 이내 파형이 더 세밀하고 섬세함을 알 수 있다. Half Bridge 방식을 사용하는 타제품의 경우에는 전기적 Ripple과 전력 반도체의 온도가 상승 즉 손실이 증가한다는 것을 알 수가 있다.
<그림 5> 인버터 PWM 출력파형
4. 결 론
본 논문에서는 기존 제품들의 문제점을 해결할 수 있는 전력변환장치를 개발하였다. 개발한 전원장치의 구성은 입력 필터부, RECTIFIRE부,
<그림 6> IGBT 신호파형
역변환부(INVERTER), CHOPPER부, 출력 TR부, DC-DC CONVERTER부, 스위칭 전력반도체형 분전반 등으로 되어 있다. 개발한 전력변환 장치는 기존장치와 달리 입력측의 리플과 써지등 노이즈를 최소화 하고, 역율과 전원의 안정성을 개선하였다. 또한 개발한 전원장치는 반도체를 응용하여 기존의 기계의 입력측 손실을 적게하고 역율 보상이 가능하며 전기적 진동을 혁신적으로 줄일 수 있는 동시에 절단면을 고르게 하기 위하여 고주파 스위칭하므로서 안정되고 양질의 전력 공급이 가능하므로 산업사회의 다양한 전원으로 사용 할 수가 있을 것으로 기대한다. 특히 개발한 전원장치는 DUAL 방식을 사용하므로 IGBT 고장 시에 BOOST CONVERTER형 바이패스(BYPASS) 모드로 신속하게 전환할 수 있으며 이로 인해 예기치 않게 발생하는 고장에 대처할 수 있다는 장점이 있다. 또한 병렬운전이 가능하므로 필요시 전력 증설이 쉽다 는 장점이 있다.
[감 사 의 글]
본 논문은 중소기업청에서 지원하는 2013년도 산학연협력 기술개발사업의 연구수행으로 인한 결과물을 응용한 MODULE별 장치를 개발한 것임을 밝힙니다.
[참 고 문 헌]
[1] Hypersom technical final drawing, USA
[2] Sanrex company technical final drawing, Japan
[3] G. Roberts and A. S. Sedra, "Spice", Oxford University Press, 1997
[4] B. Razavi, "Design of analog CMOS integated circuits", MECRAW-HILL, 2001
[5] R. Schaumann and M. E Van Valkeanberg, "Design of analog filters", Oxford University Press, 2001
[6]“전력변환장치 개발”, 2013 정보 및 제어 심포지엄,및 제주국제학술회 전력전자부분 응용.
90년UPS및인버터개발참여, 플라즈마(2013)연구참여
부산기능대(전기기술),아세아항공전문대졸(항공정비),
방송통신대4년(컴퓨터과학)재 E/G POWER 대표
그림8 1KVA태양광 충전기 제작품