본 논문에서는 12펄스 정류기의 커패시터 중앙 DC버스에 개선된 보조전원장치를 설치하는 방법을 제안하였다. 11차 및 13차 고조파가 감소하는 이론적인 배경을 다루었으며 부하전류의 크기, 전원전압의 위상 및 크기, 커패시터 전압에 따라 개선된 보조전원의 파형 및 크기가 어떻게 제어되어야 하는지를 제시하였다. 기존의 구형파 보조전원장치를 적용한 경우는 전 영역에서 고조파 왜형률이 6~60[%]로 큰 편차를 보이지만 본 눈문에서 제안하는 개선된 보조전원장치를 적용한 경우 저 부하에서 고 부하에 이르는 전 영역에서 57~71[%] 라는 안정되고 뛰어난 고조파 왜형율 저감 효과를 보인다. 특히 10[%] 부하상태에서 기존방식은 고조파 왜형율 저감 효과가 6[%]로 효과가 거의 없지만 제안된 방식은 71[%]라는 놀라운 저감성능을 보여주고 있다. 소프트웨어 PSIM을 활용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 방식의 유효성을 입증하였다.
본 논문에서는 12펄스 정류기의 커패시터 중앙 DC버스에 개선된 보조전원장치를 설치하는 방법을 제안하였다. 11차 및 13차 고조파가 감소하는 이론적인 배경을 다루었으며 부하전류의 크기, 전원전압의 위상 및 크기, 커패시터 전압에 따라 개선된 보조전원의 파형 및 크기가 어떻게 제어되어야 하는지를 제시하였다. 기존의 구형파 보조전원장치를 적용한 경우는 전 영역에서 고조파 왜형률이 6~60[%]로 큰 편차를 보이지만 본 눈문에서 제안하는 개선된 보조전원장치를 적용한 경우 저 부하에서 고 부하에 이르는 전 영역에서 57~71[%] 라는 안정되고 뛰어난 고조파 왜형율 저감 효과를 보인다. 특히 10[%] 부하상태에서 기존방식은 고조파 왜형율 저감 효과가 6[%]로 효과가 거의 없지만 제안된 방식은 71[%]라는 놀라운 저감성능을 보여주고 있다. 소프트웨어 PSIM을 활용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 방식의 유효성을 입증하였다.
Diode rectifiers are very popular in industry. However, they include large low-order harmonics in the input current and do not satisfy harmonic current content restrictions. To reduce the harmonics to the power system, several methods have been introduced. It is heavy and expensive solution to use p...
Diode rectifiers are very popular in industry. However, they include large low-order harmonics in the input current and do not satisfy harmonic current content restrictions. To reduce the harmonics to the power system, several methods have been introduced. It is heavy and expensive solution to use passive filters as the solution for high power application. Another solution for the harmonic filter is utilization of active filter, but it is too expensive solution. Diode rectifiers with configurations using switching device have been introduced, but they are very complicated. The combined 12-pulse diode rectifier with the square auxiliary voltage supply has been introduced. It has the advantages that auxiliary circuit is simple and inexpensive compared to other strategies. The advanced auxiliary voltage supply in this thesis is presented as a new solution. When the square auxiliary voltage supply applied, the improvement of THD is 6~60[%] in whole load range. But when the advanced auxiliary voltage supply applied, it shows stable and excellent reduction effect of THD as 57~71[%]. Especially, for the case with 10[%] load factor, reduction effect of THD has little effect as 6[%] in the case of inserting a square auxiliary voltage supply. But when the proposed new solution applied, reduction effect has excellent effect as 71[%]. Theoretical analysis of the combined 12-pulse diode rectifier with the advanced auxiliary voltage supply is presented and control methods of the auxiliary supply is proposed. The reduction in the input current harmonics is verified by simulation using software PSIM.
Diode rectifiers are very popular in industry. However, they include large low-order harmonics in the input current and do not satisfy harmonic current content restrictions. To reduce the harmonics to the power system, several methods have been introduced. It is heavy and expensive solution to use passive filters as the solution for high power application. Another solution for the harmonic filter is utilization of active filter, but it is too expensive solution. Diode rectifiers with configurations using switching device have been introduced, but they are very complicated. The combined 12-pulse diode rectifier with the square auxiliary voltage supply has been introduced. It has the advantages that auxiliary circuit is simple and inexpensive compared to other strategies. The advanced auxiliary voltage supply in this thesis is presented as a new solution. When the square auxiliary voltage supply applied, the improvement of THD is 6~60[%] in whole load range. But when the advanced auxiliary voltage supply applied, it shows stable and excellent reduction effect of THD as 57~71[%]. Especially, for the case with 10[%] load factor, reduction effect of THD has little effect as 6[%] in the case of inserting a square auxiliary voltage supply. But when the proposed new solution applied, reduction effect has excellent effect as 71[%]. Theoretical analysis of the combined 12-pulse diode rectifier with the advanced auxiliary voltage supply is presented and control methods of the auxiliary supply is proposed. The reduction in the input current harmonics is verified by simulation using software PSIM.
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문제 정의
본 논문에서는 12펄스 정류기의 커패시터 중앙 DC버스에 개선된 보조전원장치를 설치하는 방법을 제안하였다. 11차 및 13차 고조파가 감소하는 이론적인 배경을 다루어 부하전류의 크기, 전원전압의 위상 및 크기, 커패시터 전압에 따라 개선된 보조전원의 파형 및 크기가 어떻게 제어되어야 하는지를 제시하고자 한다. 또한, 소프트웨어 PSIM을 활용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 방식의 유효성을 입증하였다.
본 논문에서는 12펄스 정류기의 커패시터 중앙 DC버스에 개선된 보조전원장치를 설치하는 방법을 제안하였다. 11차 및 13차 고조파가 감소하는 이론적인 배경을 다루어 부하전류의 크기, 전원전압의 위상 및 크기, 커패시터 전압에 따라 개선된 보조전원의 파형 및 크기가 어떻게 제어되어야 하는지를 제시하고자 한다.
그러나 이 경우 제어계통은 단순해지지만 최적의 제어조건을 만족한다고 볼 수는 없다. 본 논문에서는 보다 정밀한 제어방식을 고려해 보고자한다.
본 논문에서는 최근 산업현장에 폭넓게 사용되고 있는 12-펄스 다이오드 정류기의 고조파 저감대책으로, 기존 발표된 구형파 보조전원장치의 단점을 보완하기 위해 DC버스 중앙에 개선된 보조전원장치를 삽입하는 것을 제안하였다. 이 장치의 유효성에 대한 이론적인 배경과 제어알고리즘을 유도하였고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
가설 설정
그러므로 만일 DC 입력전류가 Fig. 2의 (a) 및 (b)와 같은 형상을 가진다면 고조파 특성은 24펄스 정류기와 유사해질 것이다.
)은 Fig. 5(b)와 같이 시간에 따라 거의 선형적으로 감소한다. Fig.
본 논문에서 제안한 고조파 저감방식의 유효성을 확인하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다. 12펄스 다이오드 정류기의 출력은 6[MW], 선간전압은 2.2[kV], 주파수는 60[Hz]로 가정하였으며 변압기의 리액턴스는 2.5[%], DC 커패시터들의 용량은 12[mF]로 간주하였다.
제안 방법
본 논문에서 제안한 고조파 저감방식의 유효성을 확인하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다. 12펄스 다이오드 정류기의 출력은 6[MW], 선간전압은 2.
이론/모형
1과 같이 단상보조전원장치(AVS ; auxiliary voltage supply)를 DC버스 중앙에 삽입하였다. AVS의 파형은 구형파가 사용될 수도 있지만본 논문에서는 구형파와 삼각파의 합성파형을 적용한다.보조전원장치 평균전압의 크기 VS는 주파수 및 부하전류에 따라 조정이 가능해야하고 임의의 다이오드가 통전하는 순간 극성도 전환시킨다.
성능/효과
17은 12펄스 다이오드 정류기에 보조전원장치를 사용 하지 않은 경우, 구형파 보조전원장치를 적용한 경우 및 본 논문에서 제안하는 개선된 보조전원장치를 적용한 경우의 부하율에 따른 입력 상전류의 총 고조파 왜형률을 나타낸 것이다. 100[%] 부하상태에서 입력전류의 총 고조파 왜형률은 각각 9.1[%], 3.6[%] 및 2.7[%]로, 각각 고조파의 60[%]와 70[%]를 감소시켜 구형파 보조전원장치와 개선된 보조전원장치 모두 양호한 고조파 저감효과를 보였다.
① 부하 100[%] 상태에서 보조전원장치를 사용하지 않은 경우, 기존 구형파 보조전원장치 및 개선된 보조전원장치를 적용한 경우, 입력 상전류 총 고조파 왜형률은 각각 9.1[%], 3.6[%] 및 2.7[%]로, 각각 고조파의 60[%]와 70[%]를 감소시켜 두 장치 모두 양호한 고조파 저감효과를 보였다.
④ 기존의 구형파 제어방식은 부하에 따라 6~60[%]의 엄청난 편차를 갖는 고조파 저감률을 보이지만 본 논문에서 제안한 방식은 전 부하 범위에 걸쳐 57~71[%]라는 안정되고 뛰어난 고조파 저감률을 나타내었다.
결과적으로 ia의 총 고조파 왜형률은 1.06[%]정도로 매우 낮다. 그러므로 만일 DC 입력전류가 Fig.
12에 비해 불연속구간도 짧고 보다 더 날카로워 삼각파에 가깝게 정형되어있고 입력 상전류의 파형도 더욱 더 개선되었음을 볼 수 있다. 구형파보조전원장치를 사용한 경우에 비해 입력 상전류의 총 고조파 왜형률은 10.1[%]에서 6.4[%]로 감소되었다. 즉, 본 논문에서 제안한 방식이 기존의 구형파 보조전원장치에 비해 저부하에서 탁월한 고조파저감 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.
4[%]이었다. 즉, 기존 구형파 보조전원장치의 고조파 저감 효과가 31[%]로 현저히 떨어진 반면 본 논문에서 제안된 방식은 57[%]의 고조파를 감소시켰다. 10[%] 부하상태에서는 총 고조파 왜형률이 각각 34.
또한 0∘ 시점이 전류의 변화가 증가 → 감소로 전환하는 극점으로서 원하는 전류변화를 얻기 위해 가장 높은 전압을 인가해야하므로 보조전원장치의 인가전압을 이 순간의 최적값인 vi = VS+Vm(= ec - eb -Vdc1 + 48fLSIL at 0∘ )로 선정하는 것이 타당하다고 할 수 있다.
11차 및 13차 고조파가 감소하는 이론적인 배경을 다루어 부하전류의 크기, 전원전압의 위상 및 크기, 커패시터 전압에 따라 개선된 보조전원의 파형 및 크기가 어떻게 제어되어야 하는지를 제시하고자 한다. 또한, 소프트웨어 PSIM을 활용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 방식의 유효성을 입증하였다.
보조전원장치의 구형파 전압은 부하전류에 비례하여 크게 감소되었고 정류기 입력 및 입력 상전류는 보조전원장치를 사용하지 않았을 때와 거의 차이가 없음을 알 수 있다.
보조전원장치의 전압이 보다 급변하고 있음을 알 수 있다. 입력 상전류의 총 고조파 왜형률이 구형파 보조전원장치를 사용한 경우에 비해 32.4[%]에서 10.2[%]로 크게 감소되었다.
4[%]이었다. 즉, 기존 구형파 보조전원장치의 고조파 저감 효과가 31[%]로 현저히 떨어진 반면 본 논문에서 제안된 방식은 57[%]의 고조파를 감소시켰다. 10[%] 부하상태에서는 총 고조파 왜형률이 각각 34.
2 [%]이었다. 즉, 기존방식은 THD의 6[%] 정도만 감소시켜 저감효과가 거의 없지만 제안된 방식은 71[%]라는 놀라운 저감성능을 보여주고 있다.
2 [%]이었다. 즉, 기존방식은 THD의 6[%] 정도만 감소시켜 저감효과가 거의 없지만 제안된 방식은 71[%]라는 놀라운 저감성능을 보여주고 있다.
4[%]로 감소되었다. 즉, 본 논문에서 제안한 방식이 기존의 구형파 보조전원장치에 비해 저부하에서 탁월한 고조파저감 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.
후속연구
⑤ 전 부하(부하율 100[%]) 부근에서 운전되는 장치의 경우 전술한 두 장치 중 어느 것이나 보조전원장치로 적용하여도 무방하지만 저 부하에서 고 부하에 이르기까지 폭넓은 범위의 운전이 필수적인 응용부문에서는 본 논문에서 제안한 방식이 훨씬 뛰어난 고조파 저감대책이 될 것이라고 사료된다. 특히 최근 많이 채용되고 있는 전기추진선박의 추진 장치는 급격한 부하변동이 동반될 수 있고 추진 전동기에 비해 발전기의 용량이 작으므로, 선내 전력의 품질을 일정이상으로 유지하기 위해서는 고조파 저감대책이 필수적이다.
일반적으로 부하장치의 출력에 비해 변압기의 용량은 훨씬 크게 설계된다. 따라서 변압기 용량에 대한 실제 부하율은 60[%] 이하로 운전되는 것이 일반적이므로 본 논문에서 제안한 방식이 보다 유용한 대책이 될 것이라고 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
다이오드 정류기의 문제점은?
다이오드 정류기는 산업 현장에서 다양하게 응용되고 있다. 그러나 다이오드 정류기는 입력전류에 많은 저차 고조파를 포함하고 있어 전력 품질에 영향을 줄 수 있다. 전력 품질의 저하는 장비와 시스템의 운전에 영향을 줄 뿐 아니라, 안전에도 악영향을 끼칠 수 있다.
다이오드 정류기로 인해 전력 품질에 영향이 생겨서 나타날 수 있는 영향은?
그러나 다이오드 정류기는 입력전류에 많은 저차 고조파를 포함하고 있어 전력 품질에 영향을 줄 수 있다. 전력 품질의 저하는 장비와 시스템의 운전에 영향을 줄 뿐 아니라, 안전에도 악영향을 끼칠 수 있다. 정류기로부터 전력 시스템에 유입되는 고조파 전류를 줄이기 위한 방법으로 수동 필터(passive filter)를 일반적으로 설치하고 있지만, 수동필터의 추가로 장비의 부피가 크게 증가하고 전 시스템의 가격이 상승하는 단점이 있다.
수동 필터의 단점은?
전력 품질의 저하는 장비와 시스템의 운전에 영향을 줄 뿐 아니라, 안전에도 악영향을 끼칠 수 있다. 정류기로부터 전력 시스템에 유입되는 고조파 전류를 줄이기 위한 방법으로 수동 필터(passive filter)를 일반적으로 설치하고 있지만, 수동필터의 추가로 장비의 부피가 크게 증가하고 전 시스템의 가격이 상승하는 단점이 있다. 고조파 저감을 위한 또 하나의 방법인 능동필터(active filter)도 비용이 높아지고, 전체시스템 및 제어가 복잡해질 수 있다는 단점이 있다.
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