[논문]가전기기용 교류 전동기 구동 시스템의 EMI 특성 및 필터 설계

정세교; 신휘범

문제 정의

전력전자시스템의 전도성 노이즈 저감에 관해서는 스위칭 전 원 장치를 중심으로 많은 연구가 진행되어 왔으며 최근 들어 전동기 구동 시스템 분야에서도 연구결과들이 제시되고 있다'5H明. 본 논문에서는 가전기기에 사용되는 가 변속 교류 전동기 구동 시스템의 전도성 노이즈 저감을 위한 EMI 필터 설계 기법을 제시하였다. 이를 위해 먼저 교류 전동기 구동 시스템에서 전도성 노이즈의 발생 및 전달 메커니즘을 분석하였다.
본 논문에서는 가전기기에 사용되는 가변속 교류 전동기 구동 시스템의 전도성 EMI 저감을 위한 EMI 필터 설계기법을 다루었다. 이를 위해 교류전동기 구동 시스템에서 전도성 노이즈의 발생 및 전달 메커니즘을 분석하였으며 필터 등 가회로와 노이즈 분리기를 이용하여 EN₅₅014 기준을 만족하도록 필터를 설계 하였다.

제안 방법

CM 및 DM 필터는 각 모드의 노이즈 성분을 측정하여 노이즈 레벨을 EMI limit 이하로 하는 감쇄 계수를 선정하여 설계한다. 그림 10(a)는 측정된 CM 노이즈의 quasi-peak 및 average 값으로부터 CM 필터의 설계 방법을 나타내고 있다.
그림 10(b)와 같이 DM 필터도 같은 방법으로 설계할 수 있다. EMI 시험에서 quasi-peak 및 average 기준을 모두 만족해야 하므로 두 값 중 요구감쇄량이 큰 것을 기준으로 감쇄 선을 설정하였다. 이 그림에서 얻어진 CM 및 DM 필터 의 차단 주파수는 각각/'cw=49kHz, 力加=95kHz 이다.
이를 위해 먼저 교류 전동기 구동 시스템에서 전도성 노이즈의 발생 및 전달 메커니즘을 분석하였다. 그리고 공통모드 (common mode; CM) 와 차동모드 (differential mode; DM)에 대한 EMI 필터 등 가 회로를 유도한 다음 노이즈 분리기 (noise separator)를 이용하여 가전기기에 적용되는 EN₅₅014 기준을 만족하는 EMI 필터를 설계 하였다. 설계된 EMI 필터의 성능을 검증하기 위해 PWM 인버터로 구동되는 유도 전동기에 대한 실험을 수행하였고 그 결과 요구되는 EMI 기준을 만족함을 입증할 수 있었다.
이때 필터의 차단 주파수는 감쇄 선과 OdB 선의 교차점 주파수이다. 본 논문에서는 6dB의 여유를 두어 설계하였다. 그림 10(b)와 같이 DM 필터도 같은 방법으로 설계할 수 있다.
설계기법을 다루었다. 이를 위해 교류전동기 구동 시스템에서 전도성 노이즈의 발생 및 전달 메커니즘을 분석하였으며 필터 등 가회로와 노이즈 분리기를 이용하여 EN₅₅014 기준을 만족하도록 필터를 설계 하였다. 설계된 필터의 성능을 검증하기 위해 PWM 인버터로 구동되는 유도전동기 구 동 시스템에 대한 실험을 수행하였고 그 결과 요구되는 EMI 기준을 만족함을 입증하였다.
본 논문에서는 가전기기에 사용되는 가 변속 교류 전동기 구동 시스템의 전도성 노이즈 저감을 위한 EMI 필터 설계 기법을 제시하였다. 이를 위해 먼저 교류 전동기 구동 시스템에서 전도성 노이즈의 발생 및 전달 메커니즘을 분석하였다. 그리고 공통모드 (common mode; CM) 와 차동모드 (differential mode; DM)에 대한 EMI 필터 등 가 회로를 유도한 다음 노이즈 분리기 (noise separator)를 이용하여 가전기기에 적용되는 EN₅₅014 기준을 만족하는 EMI 필터를 설계 하였다.
전기전자기기에서 발생되는 전자기적 노이즈는 전달 경로에 따라 전도 노이즈 (conducted noise)와 복사노이즈 (radiated noise)로 나눌 수 있으며 본 논문에서는 전도성 노이즈를 다룬다. 전력전자시스템의 전도성 노이즈 저감에 관해서는 스위칭 전 원 장치를 중심으로 많은 연구가 진행되어 왔으며 최근 들어 전동기 구동 시스템 분야에서도 연구결과들이 제시되고 있다'5H明.

이론/모형

등에 의해 정의되어 있다. 본 논문에서는 IEC 규성을 사용하였다. EC 규정은 전도성 노이즈에 대해서 150kHz~30MHz범위의 EMI 레벨을 측정하며 산업용 기기, 통신기기, 가전기기, 램프, 정보기기 등의 종류에 따라 각각의 허용 레벨이 정해져 있다.
EC 규정은 전도성 노이즈에 대해서 150kHz~30MHz범위의 EMI 레벨을 측정하며 산업용 기기, 통신기기, 가전기기, 램프, 정보기기 등의 종류에 따라 각각의 허용 레벨이 정해져 있다. 여기 서는가 넌 기기에 적용되는 EN₅₅014 규정을 사용하였다
성능/효과
- 기인한 것으로 생각된다. 따라서 2-30MHZ의주파수 영역에서 효과적으로 EMI를 저감하기 위해서는 EMI 원인이 되는 du/dt의 저감과 적절한 접지 및 치폐 등의 대책이 필요하며 본 실험에서도 이 방법을 이용하여 고주파 영역에서 EMI 기준을 만족할 수 있었다.
- 그리고 공통모드 (common mode; CM) 와 차동모드 (differential mode; DM)에 대한 EMI 필터 등 가 회로를 유도한 다음 노이즈 분리기 (noise separator)를 이용하여 가전기기에 적용되는 EN₅₅014 기준을 만족하는 EMI 필터를 설계 하였다. 설계된 EMI 필터의 성능을 검증하기 위해 PWM 인버터로 구동되는 유도 전동기에 대한 실험을 수행하였고 그 결과 요구되는 EMI 기준을 만족함을 입증할 수 있었다.
- 이를 위해 교류전동기 구동 시스템에서 전도성 노이즈의 발생 및 전달 메커니즘을 분석하였으며 필터 등 가회로와 노이즈 분리기를 이용하여 EN₅₅014 기준을 만족하도록 필터를 설계 하였다. 설계된 필터의 성능을 검증하기 위해 PWM 인버터로 구동되는 유도전동기 구 동 시스템에 대한 실험을 수행하였고 그 결과 요구되는 EMI 기준을 만족함을 입증하였다. 실험 결과 2MHz이하의 저주파 대역에서는 EMI 필터의 감쇄 특성이 설계치와 유사한 결과를 나타냈으나 2MHz 이상의 대역에서는 페라이트 코어의 고주파 특성에 의해 필터의 감쇄 특성이 저하됨을 볼 수 있었다.
- 설계된 필터의 성능을 검증하기 위해 PWM 인버터로 구동되는 유도전동기 구 동 시스템에 대한 실험을 수행하였고 그 결과 요구되는 EMI 기준을 만족함을 입증하였다. 실험 결과 2MHz이하의 저주파 대역에서는 EMI 필터의 감쇄 특성이 설계치와 유사한 결과를 나타냈으나 2MHz 이상의 대역에서는 페라이트 코어의 고주파 특성에 의해 필터의 감쇄 특성이 저하됨을 볼 수 있었다. 따라서 2MHz-30MHz의 고주파 대역에서 EMI 조건을 만족하지 못할 경우 스위칭 소자의 dv/dt 저감과 적절한 접지 및 차폐 등이 효과적이며 추후 이에 대한 연구가 필요하리라 생각된다.
- 그림에서 보는 바와 같이 Quasi-peak 값과 average 값이 각각의 limit 내에 존재하여 EN₅₅014 EMI 기준을 만족함을 알 수 있다. 실험 결과에서 약 2MHz까지는 EMI 필터가 설계된 감쇄 특성을 나타낸다고 볼 수 있으나 그 이상의 주파수에서는 감쇄 특성이 저하됨을 볼 수 있다.
후속연구
- 실험 결과 2MHz이하의 저주파 대역에서는 EMI 필터의 감쇄 특성이 설계치와 유사한 결과를 나타냈으나 2MHz 이상의 대역에서는 페라이트 코어의 고주파 특성에 의해 필터의 감쇄 특성이 저하됨을 볼 수 있었다. 따라서 2MHz-30MHz의 고주파 대역에서 EMI 조건을 만족하지 못할 경우 스위칭 소자의 dv/dt 저감과 적절한 접지 및 차폐 등이 효과적이며 추후 이에 대한 연구가 필요하리라 생각된다.

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