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선박 평형수 처리용 대전류 인버터 방식의 정류기 설계
Design of High-Current Inverter-type Rectifier for Electrolytic Disinfection of Ship Ballast Water 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.16 no.5, 2011년, pp.430 - 439  

조원우 (LG전자 에어컨 사업부) ,  김진영 (부경대 전기공학과) ,  김인동 (부경대 전기공학과) ,  노의철 (부경대 전기공학과) ,  고강우 (광산 기술연구소) ,  배상범 (광산 기술연구소)

초록
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세계화와 더불어 수출 입 물동량이 크게 늘어남에 따라 세계를 왕래하는 선박의 평형수(Ballast water) 속에 존재하는 해양 유기체에 의한 생태계의 파괴가 큰 문제가 되고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 국제규약은 선박의 평형수를 배출할 때는 반드시 미생물을 제거한 다음 바다로 배출할 것을 요구하고 있다. 이는 위한 염소발생용 전기분해 수 처리 시스템을 위해 우수한 성능을 가지는 저전압 대전류 방식의 정류기의 필요성이 커지고 있다. 본 논문에서는 선박의 평형수 처리를 위한 해수 전기분해용 정류기에 적합한 저전압 대전류 정류기 방식을 제안하고, 정류기 전력회로 설계와 제어기 설계에 필요한 실제적인 설계 가이드라인을 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the import and export cargos across the world increase with global trade environments, the ecocide caused lots of small marine organisms in the ship's ballast water is a big issue. The implementation of the BWTS (Ballast water treatment system) thus needs low-voltage high-current rectifier for el...

주제어

#Ballast water treatment system   #Low-voltage high-current rectifier   #Power circuit design  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 인버터 타입 정류기 방식을 활용한 그림 4와 같은 새로운 해수 전기분해용 정류기를 제안한다. 또한 고주파 인버터 방식을 이용한 12[V], 1200[A], 14.
  • 화물선의 평형수에 의한 생태계의 파괴 문제가 심화되고 있으며 이를 해결하기위한 우수한 성능의 저전압 대전류 방식의 정류기의 필요성이 커지고 있다. 본 논문에서는 저전압 대전류 방식의 정류기 중 선박에 실장하여 활용되기 가장 적합한 정류 방식을 제안하고 전력 회로의 파라미터 선정 방법과 구현하고자 하는 시스템에 적합한 제어가 되도록 하기위한 제어기 설계의 가이드라인을 제시하였으며 실험을 통해 그 출력특성을 확인 및 분석하였다.
  • 하지만 이러한 방식은 표 1에서 정류기 방식을 상세히 비교한 바와 같이 부피가 큰 60[Hz] 변압기가 필요할 뿐만 아니라 역률이 낮고 큰 정격용량을 가지는 스위칭 소자를 필요로 하는 단점을 가진다[7]-[9]. 이러한 단점을 보완하기 위해 그림 3과 같은 3상 전파 정류기 + 고주파 인버터 + 고주파 변압기의 방식을 제안하고자 한다. 고주파 인버터를 사용함으로써 변압기의 무게와 부피를 현저히 감소시킬 수 있으며 제어가 간단하고 높은 역률을 가지는 정류기를 구현할 수 있다.

가설 설정

  • 실제 결선에서 정류기의 출력단자와 전극까지의 거리를 2[m]이상으로 가정하면 선로의 기생 인덕턴스가 4[μH] 이상 예상되므로 별도의 추가 인덕턴스는 필요하지 않으나, 결선에 관계없이 안정적인 동작을 위해 5[μH]로 선정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선박의 좌우에 평형수 탱크의 역할은? 선박은 부력에 의한 선박의 과도한 부유를 방지하고 선박의 프로펠러가 해수 속에 충분히 잠겨 추진력을 원활히 발휘 할 수 있도록 하기위해 선박의 좌우에 평형수 탱크를 설치하여 필요에 따라 해수를 흡⋅배수하도록 설계되어있다. 하지만 최근 세계화와 더불어 화물선을 통한 수출⋅입 물동량이 크게 늘어남에 따라 평형수 속의 해양 유기체가 타 지역으로 유출되어 그 지역의 토착 생태계를 교란시키는 문제점이 발생하고 있다[1]-[4].
3상 전파 정류기 + 고주파 인버터 + 고주파 변압기의 방식의 장점은? 이러한 단점을 보완하기 위해 그림 3과 같은 3상 전파 정류기 + 고주파 인버터 + 고주파 변압기의 방식을 제안하고자 한다. 고주파 인버터를 사용함으로써 변압기의 무게와 부피를 현저히 감소시킬 수 있으며 제어가 간단하고 높은 역률을 가지는 정류기를 구현할 수 있다.
저전압 대전류 출력을 가지는 정류기를 구성하기 위한 기존의 방식으로는 3상 위상 제어 정류기를 사용하는 방식, 3상 전파정류기의 출력을 쵸퍼 방식이 있는데, 이러한 방식들의 단점은? 저전압 대전류 출력을 가지는 정류기를 구성하기 위한 기존의 방식으로는 그림 1과 같은 3상 위상 제어 정류기를 사용하는 방식과 그림 2와 같은 3상 전파정류기의 출력을 쵸퍼 방식을 이용해 구성하는 방식이 있다. 하지만 이러한 방식은 표 1에서 정류기 방식을 상세히 비교한 바와 같이 부피가 큰 60[Hz] 변압기가 필요할 뿐만 아니라 역률이 낮고 큰 정격용량을 가지는 스위칭 소자를 필요로 하는 단점을 가진다[7]-[9]. 이러한 단점을 보완하기 위해 그림 3과 같은 3상 전파 정류기 + 고주파 인버터 + 고주파 변압기의 방식을 제안하고자 한다.
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참고문헌 (9)

  1. IMO, "Guidelines For Approval Of Ballast Water Management Systems (G8)", RESOLUTION MEPC.174 (58), Adopted on 10 October 2008. 

  2. M. David, S. Gollasch, C. Hewitt, L. Jakomin, "Ballast Water Management for European Seas - Is There a Need for a Decision Support System?," OCEANS 2007 - Europe, pp 3500.1-5. 

  3. Lloyd's Register, "Ballast Water Treatment Technology -Current Status", Lloyd's Register, 2008, September. 

  4. Eun-Chan Kim; Kang-Pyung Lee, "Development of ballast water treatment system based on electro chemical disinfection technology," OCEANS 2009-EUROPE, pp. 1-8. 

  5. M. H. Rashid, Power Electronics Handbook, Academic Press, 2001. 

  6. D.Cretu, W.D.Dunford, G.Garabandic and M.Edmunds, "Single Stage DC-DC Converter for High Current High Power Applications", IEEE APEC 1997, pp. 617-622. 

  7. M. H. Rashid, Power Electronics-Circuits, Devices and Applications, 3rd edition, Pearson-Prentice Hall 2004. 

  8. In-Dong Kim, E. C. Nho and G. H. Cho, "Novel Constant Frequency PWM DC/DC Converter with Zero Voltage Switching for Both Primary Switches and Secondary Rectifying Diodes," IEEE Trans. on Ind. Elec., Vol. 39, No. 5, pp.444-452, 1992, Oct. 

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  9. In-Dong Kim and Eui-Cheol Nho, "Module-Type Switching Rectifier for Cathodic Protection of Underground and Maritime Metallic Structures," IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 52, No. 1, pp. 181-189, 2005, Feb. 

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