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대체에너지의 개발에 관심이 고조되면서 에너지 소비 제품들의 고 효율화를 위한 연구가 활발히 이루어지는 가운데 전력에너지 변환 효율을 올리기 위한 기술이 발전하고 고효율 전력 변환기들이 늘고 있는 추세이며 최근에 고효율 특성으로 각광받는 전력전자 분야의 공진형(Resonant)제어 방식이 전력변환기에 적용되고 있으며 많은 연구가 진행 중이다. Resonant제어방식도 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS)방식과 영전류 스위칭(Zero Current Switching, ZCS)방식 뿐만 아니라 2가지를 혼합된 ZVZCS방식으로 고효율, 고출력, 고주파로 향상되고 고주파의 Switching 손실을 최소화하여 전력변환효율이 90%이상 상승한다는 연구보고도 있다. 그러나 대용량의 전력을 소비하는 용접기의 고 효율화를 얻기 위한 연구 결과는 많지 않아 본 논문에서는 용접기의 전력변환 효율을 얼마나 올릴 수 있는지 분석하기 위하여 기능적 측면보다는 전력변환 효율 측면에서 ...

대체에너지의 개발에 관심이 고조되면서 에너지 소비 제품들의 고 효율화를 위한 연구가 활발히 이루어지는 가운데 전력에너지 변환 효율을 올리기 위한 기술이 발전하고 고효율 전력 변환기들이 늘고 있는 추세이며 최근에 고효율 특성으로 각광받는 전력전자 분야의 공진형(Resonant)제어 방식이 전력변환기에 적용되고 있으며 많은 연구가 진행 중이다. Resonant제어방식도 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS)방식과 영전류 스위칭(Zero Current Switching, ZCS)방식 뿐만 아니라 2가지를 혼합된 ZVZCS방식으로 고효율, 고출력, 고주파로 향상되고 고주파의 Switching 손실을 최소화하여 전력변환효율이 90%이상 상승한다는 연구보고도 있다. 그러나 대용량의 전력을 소비하는 용접기의 고 효율화를 얻기 위한 연구 결과는 많지 않아 본 논문에서는 용접기의 전력변환 효율을 얼마나 올릴 수 있는지 분석하기 위하여 기능적 측면보다는 전력변환 효율 측면에서 Inverter Arc 용접기를 설계 제작하여 분석하였다. 연구대상인 4 KW급 Inverter Arc 용접기는 가장 보급이 많이 되는 일반적인 용접기를 고주파화 하여 Transformer나 Coil의 소형화, Capacitor의 저 용량 등 고 효율화로 인해 소형, 경량, 저 소비전력, 안전 등 많은 부분의 개선이 가능하다. 본 논문에서 용접기의 고효율 개선을 실험하기 위해 4 KW급의 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)제어방식의 용접기를 설계하고 시료를 제작한다. 그리고 병행하여 Resonant제어의 ZVS방식을 적용한 동일한 용량의 용접기를 설계하고 전력변환 기능을 분석하고 최종적으로 전력변환 효율의 차이를 비교하였다. 본문에 서술된 이론적 설계에 기초하여 각 부분별로 설계하여 제작한 시료는 정확한 실험을 위해 PWM제어와 Resonant제어의 차이를 제어회로와 절연게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) Drive회로 및 LC공진회로만 변경하여 실험하였다. 그 결과 본 논문에서 증명된 것은 각 부하별로 전력변환 효율을 측정했을 때 PWM제어가 평균효율 75 %이고 Resonant제어가 평균효율 79 % 정도로 약 4 %가 향상되었다. 그리고 Resonant제어의 Transformer 입력 Pulse 파형이 역기전력이 없는 깨끗한 파형으로 IGBT의 Soft Switching에 의해 손실이 줄어들었다. 두 가지의 실험에서 전력변환 효율의 차이가 크지 않은 이유로 IGBT의 Turn-on시의 손실과 출력 Diode의 130 A의 대 전류가 흐를 때 손실이 동일하기 때문으로 분석되었다. 그래서 보다 개선된 효율의 Resonant제어를 위해 Switching 주파수를 올리고 높은 주파수에서 손실이 적은 Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor(MOSFET)의 Switching 소자를 사용한 ZVS제어가 필요하다고 판단된다.

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