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PSIM 모델을 이용한 변압기 모델링 및 회로상수 추출방법
An Effective Gyrator-based Transformer Modeling using PSIM 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.21 no.3, 2016년, pp.207 - 214  

최희수 (School of Electrical Engineering, University of Ulsan) ,  최성진 (School of Electrical Engineering, University of Ulsan)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Magnetic circuit is a physical modeling method that is useful in designing and analyzing power transformers, especially for a priori evaluation of leakage and magnetizing inductance before actual production. In this study, a novel modeling approach that uses PSIM magnetic elements adopting gyrator a...

주제어

#PSIM   #Magnetic Circuit   #Magnetizing Inductance   #Leakage Inductance  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 PSIM에서 제공하는 마그네틱 라이브러리를 이용하여 변압기를 퍼미언스-캐패시터로 직관적으로 모델링하는 방법을 상세히 연구한다. 먼저, 코어의 누설 경로를 이용하여 자화 및 누설 인덕턴스를 각 퍼미언스-캐패시터로 변경하는 방법을 제안하였고, 시뮬레이션 지그(jig)를 도입하여 변압기를 제작하기 전 데이터 시트만을 활용해서 누설 및 자화 인덕턴스를 추출하는 방법을 제시한다.
  • 본 논문에서 PSIM 권선 소자의 내부 손실저항은 무시 하였다.(통상 1mΩ) 권선 소자에는 1차측과 2차측 각 턴 비를 대입한다.
  • 본 논문은 PSIM에서 제공하는 마그네틱 라이브러리를 이용하여 변압기를 모델링하는 방법에 대해 분석하였다. 또한, 변압기를 제작하기 전 누설 및 자화 인덕턴스를 코어의 데이터 시트만을 이용하여 사전에 예측할수 있는 방법을 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LLC 공진 컨버터에서 중요한 것은? 그 중에서 오디오나 TV 등에 사용되는 LLC 공진 컨버터(Fig. 1)에서는 변압기의 누설 및 자화 성분을 이용한 변압기 모델링이 특히 중요하다[1][2].변압기 모델링 방법 중 가장 정확한 방법은 FEM(finite element method)과 같은 전자기장 해석 시뮬레이션 프로그램을 사용하는 것이지만, 이는 비용이 비싸며 변압기 상수를 추출하는데 걸리는 계산시간이 길고, 각종 회로구조와의 연계에 제약이 따르는 단점이 있다[3][4] .
집중소자에 기반한 변압기 해석방법은 어떻게 나뉘어 지는가? 특히 변압기는 해석 뿐만 아니라 설계 또한 중요하기 때문에, 자화인덕턴스와 누설인덕턴스와 같은 전기적인 터미널 모델과 함께 내부의 형상구조와 자기물성 정보를 포함할 수있는 자기회로(magnetic circuit) 모델방법은 그 의미가 매우 크다 할 수 있다. 이러한 변압기 모델링 연구 동향으로는 자기저항(reluctance)을 사용하는 방법과 퍼미언스-캐패시터(permeance-capacitor)를 사용하는 방법 크게 두 가지로 나뉜다.
고밀도 dc/dc 컨버터에서 요구되는 것은? 고밀도 dc/dc 컨버터에서는 마그네틱 소자의 정확한 모델링이 요구된다. 그 중에서 오디오나 TV 등에 사용되는 LLC 공진 컨버터(Fig.
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참고문헌 (17)

  1. B. Yang, F. C. Lee, A. J. Zhang, and J. Y. Lee, "LLC resonant converter for front end DC/DC conversion," in Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf., pp. 1108-1112, 2002. 

  2. G. M. Kim, J. U. Yoo, T. K. Kim, C. H. Kang, and T. W. Chun, "Development of battery charger for electric vehicle using the LLC resonant converter," Transaction of the Korean Inititute of Power Electronics, Vol. 18, No. 5, pp. 443-447, Oct. 2013. 

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  3. N. H. Kim, J. H. Nam, and K. H Choi, "A study on flux barrier of permanent magnet assisted reluctance synchronous moter design using FEM," Transaction of the korean inititu. of Power Electronics, pp. 298-302, Aug. 2008. 

  4. C. Alvarez-Marino, F. de Leon, and X. M. Lopez-Fernandez, "Equivalent circuit for the leakage inductance of multiwinding transformers: Unification of terminal and duality models," IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 27, No.1, pp. 353-361, 2012. 

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  5. L. Dixon, "Deriving the equivalent electrical circuit form the magnetic device physical properties," Oct. 1994. 

  6. G. W. Ludwig and S. A. El-Hamamsy, "Coupled inductance and reluctance models of magnetic components," IEEE Transsactions on Power Electronics, Vol. 6, No. 2, pp. 240-250, Apr. 1991. 

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  7. D. C. Hamill, "Lumped equivalent circuits of magnetic components: The gyrator-capacitor approach," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 8, No.2, pp. 97-103, Apr. 1993. 

  8. D. C. Hanmill, "Gyrator-capacitor modeling: A better way of understanding mganetic components," Applied Power Electronics Conference and Exposition, pp. 326-332, 1994. 

  9. L. Yan and B. Lehman, "A capacitor modeling method for intgegrated magnetic components in DC/DC converters," IEEE Transsactions on Power Electronics, Vol. 20, No. 5, pp. 987-996, Sep. 2005. 

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  10. P. K. Preetha, S. Jacob, and P. S. C. Nair, "An equivalent circuit model for star-star-delta_utilized distribution transformer," IEEE Region 10 Conference, pp. 1-6, Oct. 2014. 

  11. PSIM User's Guide, Ver. 9, May, 2010, POWERSIM. 

  12. Tutorial on How to Define the Saturable Core Element, July, 2006, POWERSIM. 

  13. M. E. Eaton, "Adding flux paths to SPICE's analytical capability improves the ease and accuracy of simulation power circuits," Applied Power Electronics Conf., Vol. 1, pp. 386-392, 1998. 

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  15. E. C. Snelling., 1969, Soft Ferrites-Properties and Applications, second ed., London Iliffe Books LTD, pp. 337-358, 

  16. D. Simone, C. Adragna, and C. Spini, "Design guideline for magnetic integration in LLC resonant converters," International Symposium on Power Electronics, pp. 950-957, 2008. 

  17. N. Y. Abed and O. A. Mohammed, "Physics-based high-frequency transformer modeling by finite elements," IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 46, No. 8, pp. 3249-3252, 2010. 

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