전력전자이론및설계 건국대 최규하

제2장

기본이론

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전력변환및 스위칭 함수

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정지형 전력변환 - 전력변환의 상호연관성

- 전원이 교류일 경우

③ 직류-직류 변환(DC-DC conversion)

④ 직류-교류 변환(DC-AC conversion)

- 기타

① 교류-직류 변환(AC-DC conversion)

② 교류-교류 변환(AC-AC conversion)

- 전원이 직류일 경우

① 주파수변환(Cycloconversion) ② 역률제어(PF correction)

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정지형 전력변환

출력 : 입력의 정현파를 유지하면서

그 크기만이 제어되는 교류

- 이상적인 교류-교류 변환

입력 : 일정한 크기 및 주파수를 갖는 순수한 정현파 교류

<비고> 교류의 경우 가장 최선의 파형은 정현파 임

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정지형 전력변환

정현파 출력

정현파 입력

- 교류-교류 변환의 이상 구현

어떻게

구현해야 하나?

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정지형 전력변환

정현파 출력정현파 입력

- 교류-교류 변환의 구현법

구현가능방법 ?

1. 가변저항기

2. 가변리액터 - 단권변압기

3. 단상 전압조정기

4. 교류발전기

5. 전력전자장치

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정지형 전력변환

정현파 출력

정현파 입력

- 교류-교류 변환의 실제 구현

<단권 변압기>)2 1:,( 211

2 권선비차및차NNVNNV iO =

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정지형 전력변환 - 단권변압기 구현의 평가 분석

<특징>

- 단순한 접점의 변경으로 구현 가능

- 넓은 범위의 크기조절 가능, 연속출력

- 구조간단, 강인 및 저렴 등 이점

- 강압(Step-down) 및 승압 모두 용이함

<평가>

- 크고 무거움

- 접점의 유한한 수명 ; 지속보수 필요

- 낮은 효율, 전기적 절연 불가 등

- 부정확, 자동제어 곤란

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정지형 전력변환

정밀한 정현파 출력제어

주어진 정현파 입력

- 단권변압기의 자동제어 구현

어떻게

구현해야 하나?

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정지형 전력변환 - 자동 전압제어의 구현 예시 1

PI제어기

기준전압

전동기

K

전력 신호

제어 신호

실제전압신호

실제 전압

제어전압

전원전압전압오차

제어신호

변압기

축 결합 부하MotorController

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정지형 전력변환 - 자동 전압제어의 구현 예시 2

PI제어기

기준전압

K

전력 신호

제어 신호

실제전압신호

실제 전압

제어전압

전원전압전압오차

제어신호

변압기

부하AC Chopper

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- 전력변환및제어의 기본 구성

정지형 전력변환

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정지형 전력변환

<특징>

- 반도체 접점으로 수명이 반영구적임

- 넓은 범위의 크기조절 가능, 불연속출력

- 구조간단, 강인 및 저렴 등 이점

- 강압만 가능(승압불가)

<평가>

- 작고 가벼움

- 접점의 반영구적 수명 ; 지속보수 불필요

- 높은 효율, 전기적 절연 불가 등

- 정확, 자동제어 가능

- AC Chopper 구현의 평가 분석

파형 ?

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정지형 전력변환 - AC Chopper 구현의 평가 분석

<특징>

- 반도체 접점으로 수명이 반영구적임

- 넓은 범위의 크기조절 가능, 불연속출력

- 구조간단, 강인 및 저렴 등 이점

- 강압만 가능(승압불가)

<평가>

- 작고 가벼움

- 접점의 반영구적 수명 ; 지속보수 불필요

- 높은 효율, 전기적 절연 불가 등

- 정확, 자동제어 가능

파형 ?

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정지형 전력변환 - AC Chopper 의 개선책

<PWM Chopper의 특징>

- 반도체 접점으로 수명이 반영구적임

- 넓은 범위의 크기조절 가능, 연속출력

- 구조복잡, 덜 강인 및 고가

- 강압만 가능(승압불가)

<평가>

- 작고 가벼움

- 접점의 반영구적 수명 ; 지속보수 불필요

- 높은 효율, 전기적 절연 불가 등

- 정확, 자동제어 가능

파형 ?

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정지형 전력변환 1- 교류-직류 변환

à 최초의 전력변환예) 전열제어, 직류전동기 제어, 전기 화학, 가전/소형 전기기구 등 제어 전원

(a) : 단상/3상 교류를 직류로 변환만 하는 (단순)정류 (Simple Rectification)

(b), (c) : 교류를 직류로 변환/제어 하는 제어정류 (Controlled Rectification )

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정지형 전력변환 2- 교류-교류 변환

(a),(b) : SCR을 이용한 단상 또는 3상 교류 초퍼(AC Chopper)

(c) : 고조파/역률을 개선해 주는 펄스폭변조 초퍼(PWM Chopper)

à 크기(실효치)의 제어예) 조광/전열제어, 유도전동기 제어, 주파수변환, 무효전력보상 등 제어 전원

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☞ 직류 초퍼(dc chopper) : 직류전동기 제어전원

☞ 스위칭 전원(switching regulator) : 컴퓨터용/제어용 안정화 전원 è SMPS

정지형 전력변환 3

à 시비율 제어(TRC)로 평균치 제어 ; 주기에 대한 스위치 ON시간의 비예) 직류전동기 제어, 직류안전화 전원, 전기자동차 등 제어 전원

- 직류-직류 변환

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단상/3상전압형

단상 /3상전류형

정지형 전력변환 4- 직류-교류 변환

à 크기/주파수가 다른 교류로 변환예) 교류전동기 제어, UPS, 유도가열, 태양광발전, 인버터응용 등 제어전원

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정지형 전력변환 5

à 주파수변환 ; 싸이클로 컨버터 등 예) 대형 교류전동기 제어 등

- 주파수변환/역률보상

à 역률보상 ; 무효전력보상 등 예) 무효전력보상장치(SVC)

(a),(b) : 직접 변환 ; 싸이클로컨버터, 간접 변환 ; 인버터

(c) : 역률보상 ; 무효전력보상기 (SVC : Static Var Compensator)

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정지형 전력변환에서의 제어변수

à 전력 ; 전압 및 전류의 제어예) 전압제어, 전류제어

- 컨버터의 변환 및 제어변수

à 주파수 ; 직류 또는 교류전원에서 다른 주파수로 변환예) 인버터, 싸이클로 컨버터 등 주파수변환장치

à 위상각 ; 교류전원에 대한 역률각 제어예) 무효전력보상장치(SVC)

- 변환 및 제어변수

à 전력(power), 주파수(frequency), 위상각(phase angle)