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인버터용 고주파 변압기의 효율 향상을 위한 코어 형상 최적화 설계에 대한 연구
A Study on Core shape optimization to Improve The Efficiency of High Frequency Transformer for Inverter 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.28 no.4, 2014년, pp.29 - 35  

유진형 (경남대학교 전기공학과) ,  정태욱 (경남대학교 전기공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of high frequency transformer in the inverter is to reduce the voltage and current stresses of switch components when it operates at the large conversion ratio. But the loss of transformer is the major contributor in the efficiency of inverter. This paper presents the method of core desi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 권선과 코어의 구조를 최적설계하여 변압기의 부피와 손실을 최소화하기 위해 동손과 철손의 관계를 기초로 하는 변압기 코어의 창넓이를 기준으로 최적화 과정을 제안하였다.
  • 본 연구의 목적은 240W급 태양광 발전용 마이크로인버터에 사용된 변압기의 높이를 기존 20mm에서 15mm 이하로 낮추면서 인버터의 전체 효율을 95%이상 달성하기 위한 코어를 설계하는 것이다.
  • 본 연구의 목적은 240W급 태양광 발전용 인버터에 2병렬로 구성된 DC-DC 회로에 사용된 변압기의 높이를 기존 20mm에서 15mm 이하로 낮추면서 효율을 95% 이상 달성하기 위함이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 본 논문에서는 변압기의 철손과 동손의 관계를 이용하여 변압기 손실이 최소가 되면서 부피는 최소가 되는 권선 및 코어의 구조를 설계하는 방법을 연구하였다.
  • 부피가 최소이고 효율이 최대인 코어의 형상을 설계하기 위해서 본 논문에서는 그림5에 나타낸 변압기의 철손과 동손의 관계를 기초로 최적화 과정을 연구하였다.
  • 본 연구의 목적은 240W급 태양광 발전용 인버터에 2병렬로 구성된 DC-DC 회로에 사용된 변압기의 높이를 기존 20mm에서 15mm 이하로 낮추면서 효율을 95% 이상 달성하기 위함이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 본 논문에서는 변압기의 철손과 동손의 관계를 이용하여 변압기 손실이 최소가 되면서 부피는 최소가 되는 권선 및 코어의 구조를 설계하는 방법을 연구하였다. 제안된 최적화 과정에서 변압기의 철손과 동손을 보다 정확하게 비교하기 위해서 실제 회로에 포함되는 변압기 동작을 유한요소해석 프로그램 외부회로를 통해 고려하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
태양광 발전방식의 장점과 단점은? 최근 잇따른 원자력 발전소 사고로 인하여 신재생에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중에서도 태양광 발전방식은 초기 투자비용이 다른 발전방식에 비해 높은 편이지만 소음이 거의 없는점과 에너지원이 풍부한 장점이 있어 많은 연구가 진행되고있다.
마이크로 인버터의 장점은? 최근 계통 연계형 마이크로 인버터를 적용하여 소규모 태양광 발전 설비의 효율을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 마이크로 인버터의 장점은 태양전지마다 독립된 최대 출력 점에서 발전이 가능하기 때문에 발전효율을 최대로 할 수 있는 장점이 있다[1-3].
태양광 발전용 인버터는 변압기를 사용하는데 이것은 어떠한 원인이 되는가? 태양광 발전용 인버터는 태양 전지의 낮은 출력 전압을 계통 전압으로 승압시킬 필요가 있기 때문에 변압기를 사용하여 변압비를 증가시킨다. 하지만 변압기는 인버터의 손실을 증가시키는 요인이 되는데, 이것은 인버터의 높은 동작 주파수로 인한 표피효과와 근접효과로 인하여 변압기의 철손과 동손의 증가가 원인이다. 이러한 손실은 인버터뿐만 아니라 SMPS등 동작주파수가 높은 장치에서 공통적으로 효율을 저하시키는 원인이 된다.
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참고문헌 (8)

  1. Tae-Young Seo, Jae-Sub Ko, Chang-Wook Lee, Hyouk-Sung Kwon, Dong-Hwa Chung, "Comparison and Study of MPPT Control of Photovoltaic System", Proceedings of KIIEE Annual Conference, page:124-125, 2013.11. 

  2. Jung-Sik Choi, Jae-Sub Ko, Dong-Hwa Chung, "Optimal Current Detect MPPT Control of PV System for Robust with Encironment Changing", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 25, No. 10, page:47-58, 2011.10. 

  3. Jae-Hoon Cho, Won-Pyo Hong, "Maximum Power Point Tracker for Photovoltaic System", Proceedings of KIIEE Annual Conference, page:282-283, 2011.5. 

  4. R. Petkov, "Optimum design of a high-power high frequency transformer", IEEE Trans. Power Electronics, vol.11, no. 1, pp. 33-42, 1996. 

  5. William Gerard Hurley, Werner Hugo Wolfle and John G. Breslin, "Optimized Transformer Design: Inclusive of High-Frequency Effects", IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 13, No. 4, pp 651-659, July 1998. 

  6. H. R. Karampoorian, Gh. Papi, and A. Zadehgol, "Volume and Loss Optimization of High Frequency Transformer for Compact Switch Mode Power Supply Considering Corrected Waveform Factor", in Proc. IEEE Power India Conference, 2006. 

  7. Nilanga Abeywickrama, "High-Frequency Modeling of Power Transformers for Use in Frequency Response Analysis" IEEE Trans, on power delivery, Vol. 23, No. 4, October 2008. 

  8. A. J. Moses, "Comparison of Transformer Loss Prediction from Computed and Measured Flux Density Distribution", IEEE Trans, on magnetics, Vol. 34, No. 4, July 1998. 

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