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Active NPC 인버터의 손실 분배 제어를 위한 뉴턴의 냉각법칙 기반의 간단한 열 모델링 기법
Convenient Thermal Modeling for Loss Distribution method of 3-Level Active NPC Inverter using Newton's Law of cooling 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.29 no.9, 2015년, pp.71 - 80  

현승욱 ,  이정효 (LG 이노텍) ,  원충연

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a convenient thermal modeling method for loss distribution control method of 3-level Active NPC(Neutral Point Clamped) inverter. In the drawback of conventional 3-level NPC, the generated losses can occur unbalance in each switching device, as a result, thermal utilization of des...

주제어

#3-Level Inverter   #NPC   #Active NPC   #Thermal Modeling   #Newton'S Law Of Cooling  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 뉴턴의 냉각법칙을 이용하는 덧셈 기반의 열 모델링 기법을 연구하였다. 그림 7은 제안한 열 모델링 기법의 개념도이다.
  • 본 논문은 3-레벨 Active NPC 인버터의 손실 분배제어를 위한 새로운 열 모델링 기법에 대해 제안하였다. 제안한 기법에서 스위칭 소자의 발열 성분은 소자의 손실은 줄의 법칙에 기반하였고 냉각 성분은 뉴턴의 냉각법칙을 이용하여 유도하였다.
  • 본 논문은 Active NPC의 손실 분배 기법을 구현하기 위해 열 모델링의 필요성을 설명을 하였고, 뉴턴의 냉각법칙을 이용한 제안한 열 모델링 기법과 기존 열모델링 기법을 비교하였다. 제안한 열 모델링은 시뮬레이션 및 실험을 통해 타당성을 확인하였다.

가설 설정

  • 제안한 기법에서 스위칭 소자의 발열 성분은 소자의 손실은 줄의 법칙에 기반하였고 냉각 성분은 뉴턴의 냉각법칙을 이용하여 유도하였다. 스위칭 소자의 정상상태 온도가 기존 열 모델링의 값과 같다고 가정하여 최종값 정리를 이용하여 발열 계수 h와 냉각 계수 k를 선정하였다. 제안한 열 모델링 기법은 기존 열모델링 기법과 비교하여 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
신재생 에너지 중 풍력발전의 장점은? 최근 화석연료의 고갈과 원자력발전소 건설의 반대 여론 확산으로 인해 세계적으로 신재생 에너지에 대한 관심이 커지고 있다. 이러한 신재생 에너지 중 풍력발전은 높은 효율과 대용량 설계가 용이하다는 이유로 각광받고 있다. 하지만 육상 풍력발전의 경우 적절한 설치 부지 선정의 어려움 및 설치 지역의 소음에 대한 민원 문제 등 개발을 어렵게 하는 요소를 갖고 있다.
육상 풍력발전의 문제점은? 이러한 신재생 에너지 중 풍력발전은 높은 효율과 대용량 설계가 용이하다는 이유로 각광받고 있다. 하지만 육상 풍력발전의 경우 적절한 설치 부지 선정의 어려움 및 설치 지역의 소음에 대한 민원 문제 등 개발을 어렵게 하는 요소를 갖고 있다. 이에 따라 육상풍력에 비해 상대적으로 이러한 문제점이 적고 대용량 설비가 용이한 해상풍력 발전이 많이 관심을 받고 있다.
본 논문에서는 DSP TMS320C28346을 사용하여 IGBT와 다이오드 각 18개씩 총 36개의 소자로 구성된 Active NPC의 열 계산과 제어장치의 계산방법을 최적화한 이유는? 3-레벨 Active NPC 인버터는 그림 1과 같이 NPC의 중성점 다이오드를 IGBT와 같은 스위칭 소자로 전환한 토폴로지이다. 3-레벨 Active NPC 인버터는 중성점에 스위칭 소자를 연결하여 스위칭 손실과 도통 손실을 원하는 스위치에서 발생하게 할 수 있다. 이러한 손실 제어 기법은 각 상을 구성하고 있는 IGBT 및 다이오드의 열을 비교하여 제어하게 되는데, 한번의 스위칭 상태를 만들기 위해 모든 IGBT와 다이오드의 열을 계산하는 등의 많은 계산량을 필요로 한다. 그러므로 본 논문에서는 DSP TMS320C28346을 사용하여 IGBT와 다이오드 각 18개씩 총 36개의 소자로 구성된 Active NPC의 열 계산과 제어장치의 계산방법을 최적화하였다.
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참고문헌 (10)

  1. Senturk,O.S., Helle,L., Munk-Nielsen,S., Rodriguez,P. and Teodorescu, R., "Power Capability Investigation Based on Electrothermal Models of Press-Pack IGBT Three-Level NPC and ANPC VSCs for Multimegawatt Wind Turbines," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, No. 7, pp. 3195-3206, Jul. 2012. 

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  2. Rodriguez,J., Jih-Sheng Lai and Fang Zheng Peng, "Multilevel Inverters : A Survey of Topologies, Controls, and Applications," IEEE Transactions on industry applications, Vol.49, No.4, pp. 724-238, Aug. 2002. 

  3. A. Nabae, I. Takahashi, and H. Akagi, "A new neutral -point-clamped PWM inverter," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 17, no. 5, pp. 518-523, Sept./Oct. 1981. 

  4. J. Zaragoza, J. Pou, S. Ceballos, E. Robles, C. Jaen, M. Corbalan, "Voltage-Balance Compensator for a Carrier Based Modulation in the Neutral Point Clamped Converter," IEEE Trans. on Ind. Electron., vol. 56, no. 2, pp. 305-314, Feb. 2009. 

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  5. W. Chenchen and L. Yongdong, "Analysis and Calculation of Zero-Sequence Voltage Considering Neutral-Point Potential Balancing in Three-Level NPC Converters," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 7, pp. 2262-2271, July. 2010. 

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  6. Bruckner,T., Bernet,S. and Guldner,H. "The Active NPC Converter and Its Loss-Balancing Control," IEEE Transactions on industrial elecronics, Vol.52, No. 3, pp.855-868, June. 2005. 

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  7. Mohzani, Z., McGrath, B.P., Holmes, D.G. "The balancing properies of DC link compensation for 3-phase Neutral Point Clamped (NPC) Converter" IEEE 7th International Power Electronics and Motion Control Conference, vol.1, pp. 574-579, Jun. 2012. 

  8. Bai Baodong, Chen Dezhi, "Inverter IGBT loss analysis and calculation, Industrial Technology (ICIT), 2013 IEEE International Conference on, pp. 563-569, Feb. 2013. 

  9. Infineon, "Infineon Datasheet Understanding," 2010 ENPC Seminar. 

  10. Blasko,V., Lukaszewski, R., "On the Loading of Power Modules in a Three Phase Voltage Source Converter," IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, vol.2, pp.1241-1246, Oct. 1977. 

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