[논문]수동형 필터의 리액터 및 커패시터 특성 해석

김일중; 김종겸

doi:10.5207/jieie.2009.23.2.082

수동형 필터의 리액터 및 커패시터 특성 해석
Characteristics Analysis of Reactor and Capacitor for Passive Filter 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.23 no.2, 2009년, pp.82 - 88

김일중 (호서대학교 벤처대학원) , 김종겸 (국립 강릉대학교 전기정보통신공학부)

초록
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전력용 커패시터는 유도성 부하의 낮은 역률을 보상하기 위해 설치하는 경우가 많지만, 전력변환장치에서 발생하는 고조파를 줄이기 위해 수동형 필터로서 리액터와 함께 사용되는 경우도 있다. 수동형 필터는 커패시터와 리액터를 직렬로 연결하여 사용한다. 필터는 비선형 부하에서 발생하는 고조파를 흡수하는 역할을 하기 때문에 전압 및 전류 스트레스를 받아 소손 또는 열화되어 정상적인 수명을 보장받지 못하는 경우가 많다. 본 논문에서는 PWM 인버터의 전원측에 설치된 수동형 필터가 고조파를 저감할 때 받는 영향을 해석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Power capacitor is generally installed to compensate for the low power factor of inductive load But it has been used as passive filter to reduce harmonics generated by the power conversion device. Passive filter is composed by the series connection of reactor and capacitor. Because passive filter has play an important role on the absorber of harmonics, it takes voltage and current stress, follows partially burned on flamed and degradation, finally it has not guaranteed normal life. In this paper, we analyzed the effect that passive filter installed at the source side of PWM inverter is received by harmonics absorption.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 PWM 장치의 컨버터에서 발생하는 고조파를 줄이기 위해 수동형 필터용에 사용되고 있는 커패시터 및 리액터의 전압 및 전류 특성을 분석하였다. 특히 리액터에서는 전압이 매우 찌그러져서 필터에서 커패시터 보다 리액터가 전기적인 스트레스를 더 받아 사고 비율이 높은 원인을 제공하고 있다는 것을 분석할 수 있었다.
본 연구에서는 부하를 효율적으로 운전하기 위해 많아 사용하고 있는 PWM 인버터와 같은 전력변환장치에서 발생하는 고조파를 줄이기 위해 컨버터부의 앞단에 설치한 수동형 필터의 리액터와 커패시터의 전압, 전류 성분과 이들의 고조파 스펙트럼을 분석하였다.

제안 방법

그러나 필터의 적용시 커패시터와 리액터는 전기적인 스트레스를 받아 소손 및 열화를 일으키는 경우가 있다. 따라서 필터의 적용시 받을 수 있는 특성변화를 해석하였다.
이 PWM 드라이브의 컨버터 부에 사용되고 있는 다이오드 정류기에서 고조파가 발생할 경우 전원측 및 연결된 시스템에 고조파 전류를 전달하여 시스템 장애를 초래할 수 있다. 이 고조파 성분을 줄이기 위해 리액터와 커패시터를 직렬로 연결한 수동형 필터를 사용할 경우 필터가 받는 전압 및 전류 성분을 분석하였다 본 연구의 스트레스 분석에는 전자 계과도해석 프로그램을 이용하였다[7].

성능/효과

그림 6 (a)는 그림 4 (a)의 리액터의 전압 고조파 성분을 분석한 것으로서 기본파 전압 외에도 고조파 성분이 많이 포함되어 있는 것을 확인할 수 있다. 특히 6n±l차에 해당되는 차수의 전압 고조파 성분이 모두 나타난 것은 비선형 부하에서 발생한 고조파 성분의 대부분을 리액터에서 흡수하기 때문이다.
전류 파형이지만, 그림 2 (b) 또는 (c)와 같이 같은 커패시터 용량에 <%] 또는 6[%]의 리액터를 적용한 5 고조파 저감 필터를 사용할 때는 고조파 성분이 상당히 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
그림 6 (c)는 그림 4(b) 및 5 (b)와 같이 리액터 및 커패시터에 흐르는 전류 고조파 성분을 나타낸 것으로서 기본파 이외는 고조파 성분이 많이 줄어든 것을 확인할 수 있다. 비선형 부하에서 발생하는 고조파를 줄이기 위해 PWM 인버터의 전원부에 수동형 필터를 설치할 경우 리액터와 커패시터가 받는 전압 및 전류 스트레스를 해석한 결과 전류보다는 전압 스트레스가 높게 분포함을 확인할 수 있다. 또한 리액터에서의 전압 파형은 전압 피크와 전압 강하가 반 주기 동안 발생하여 필터에서의 전압을 불안정하게 하고 있다.
특히 리액터에서는 전압이 매우 찌그러져서 필터에서 커패시터 보다 리액터가 전기적인 스트레스를 더 받아 사고 비율이 높은 원인을 제공하고 있다는 것을 분석할 수 있었다.
해석결과 PWM 인버터와 같은 비선형 부하에서 사용되는 수동형 필터에서 리액터가 커패시터보다 전압 고조파 성분이 많이 포함되어 있으므로 전기적인 스트레스를 받아 열화 및 소손의 가장 큰 원인을 제공할 수 있다고 판단된다.

참고문헌 (7)

Ramasamy Natarajan, "Power System Capacitor", Taylor & Francis, 2005
KSC 4801, "저압 진상콘덴서", 2003
Thomas M. Blooming, "Capacitor Application Issues", IEEE Trans on IAS, Jul-Aug, pp.1013-1026, 2008

상세보기
일본전기학회 기술보고서, "부하공급계통 보호릴레이 시스템의 현상과 그 동향", No. 1006, 2005.3
김종겸, 이은웅, 이동주, "불평형 전압으로 운전하는 비선형 부하의 고조파 특성 분석" 대한전기학회 논문지(B) 제 52권 10호, No. 10, pp.491-500, 2003. 10

원문보기 상세보기
JIS C 4901, "저압 진상콘덴서", 2000
H.W. Dommel, "Electromagnetic Transients Program. Reference Manual (EMTP Theory Book)", BPA 1986

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