[논문]비선형부하에 의한 역률보상용 전력 커패시터의 고조파 문제

이동주; 김종겸; 이은웅; 조연찬

비선형부하에 의한 역률보상용 전력 커패시터의 고조파 문제
Harmonic Problem in Power Capacitor for Power Factor Compensation due to the Nonlinear Loads 원문보기

이동주 (충남대학교) , 김종겸 (강릉대학교) , 이은웅 (충남대학교) , 조연찬 (충남대학교)

Power capacitors are widely used to compensate the low power factor of the linear load and/or nonlinear load. Especially, nonlinear loads generates the harmonic current and it gives an undesirable effect on the power capacitors. In this paper, harmonic current from nonlinear load to the power capacitors is calculated by the computer simulation and it is compared with the experimental results.

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문제 정의

본 연구를 기초로 해서 향후 비선형 부하로부터의 고조파 성분이 커패시터에 유입되었을 때 커패시터에 미치는 영향과 그에 의한 수명 감소를 예측하고자 한다.

가설 설정

그림 5(a)는 고조파 발생원인 세미 컨버터와 PWM 인버터로 동시에 운전하는 경우 입력전류파형 해석결과이고 그림 5(b)는 실측한 입력전 류파형이다.

제안 방법

그림 2와 같은 등가회로를 기초한 해석적인 방법, look-up table를 기초한 모델 해석방법, 수치해석으로 고조파 분석이 Steffan Hansen(3) 에 의해서 선행 연구되었는데 그 결과 전력전자기기에 포함되어 있는 비선형을 해석하기 위해서는 회로 시뮬레이션 소프트웨어를 사용한 해 석결과가 실제 측정값에 근사하였다.[2] 따라서 본 연구에서는 그림 1의 배전 시스템을 시뮬레이션 소프트웨어(PSim)로 해석하고 그 결과를 실험결과와 비교하여 커패시터에 유입되는 고조파 전류를 분석하였다.
그래서 본 연구에서는 비선형부하로부터의 고조파 성분이 전력용 커패시터에 미치는 영향을 분석하고자 고조파 발생원으로 세미컨버터와 6 펄스 다이오드 정류기를 내장한 PWM 인버터를 선택하여 그 고조파에 의한 영향을 시뮬레이션 소프트웨어로 계산하고 그 결과를 실측 결과와 비교 분석하였다. 세미컨버터는 3상 반파 정류기의한 종류로서 저용량 정류기에 사용되고 있으며 입력전류에 짝수고조파 성분을 포함하고 있는 기기이다[1, 2].
본 연구에서는 세미컨버터와 PWM 인버터와 같은 고조파 발생원을 전원으로 선형부하와 역률보상용 커패시터로 구성된 부하단에 전력을 공급하는 시스템에서 각 고조파 발생원에 발생하는 고조파 전류를 해석하고 측정한 결과를 비교분석하였다. 그리고 세미 컨버터와 PWM 인버터에서 발생하는 고조파 전류가 역률보상용 커패시터에 유입되어 발생하는 왜형파 전류를 해석하여 측정결과와 비교하였다.
본 연구에서는 세미컨버터와 PWM 인버터와 같은 고조파 발생원을 전원으로 선형부하와 역률보상용 커패시터로 구성된 부하단에 전력을 공급하는 시스템에서 각 고조파 발생원에 발생하는 고조파 전류를 해석하고 측정한 결과를 비교분석하였다. 그리고 세미 컨버터와 PWM 인버터에서 발생하는 고조파 전류가 역률보상용 커패시터에 유입되어 발생하는 왜형파 전류를 해석하여 측정결과와 비교하였다.

이론/모형

그림 2와 같은 등가회로를 기초한 해석적인 방법, look-up table를 기초한 모델 해석방법, 수치해석으로 고조파 분석이 Steffan Hansen(3) 에 의해서 선행 연구되었는데 그 결과 전력전자기기에 포함되어 있는 비선형을 해석하기 위해서는 회로 시뮬레이션 소프트웨어를 사용한 해 석결과가 실제 측정값에 근사하였다.[2] 따라서 본 연구에서는 그림 1의 배전 시스템을 시뮬레이션 소프트웨어(PSim)로 해석하고 그 결과를 실험결과와 비교하여 커패시터에 유입되는 고조파 전류를 분석하였다.

성능/효과

이 그림 5(a) (b)에서 전원 변압기 2차측 전압(Vsa)파형에 합성 고조파 성분으로 인한 왜형이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서 사용한 전원시스템 구성에서는 고조파 발생원 1인 세미컨버터보다 고조파 발생원 2인 PWM 인버터에 의한 영향이 더 커서 합성 고 조파 전류(Ihn)파형이 고조파 발생원 2의 입력전류파형(Ih2n)에 가까웠다.

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