[논문]LLC 공진형 인버터를 이용한 IPT 전력전송 효율 특성 분석

김기병; 이형우; 박찬배; 이병송; 김남포

LLC 공진형 인버터를 이용한 IPT 전력전송 효율 특성 분석
Characteristic Analysis of The Efficiency of the Power Transfer of the IPT Using LLC Resonant Inverter 원문보기

김기병 (한양대학교) , 이형우 (한국철도기술연구원, 주행추진연구실) , 박찬배 (한국철도기술연구원, 주행추진연구실) , 이병송 (한국철도기술연구원, 주행추진연구실) , 김남포 (한국철도기술연구원, 주행추진연구실)

Nowadays, the development of sustainable transportation has been researched all over the world and Korea Railroad Research Institute (KRRI) is conducting a study in order to apply the sustainable Contactless Inductive Power Supply Technology to the electric railway system. But, inherent large flux leakage has limited the high power transmission because the gap of the Inductive Power Transformer(IPT) is much larger than one of the conventional transformers. In this study, a method to compensate the leakage flux and improve the power transmission by using LLC resonant inverter was proposed, incorporated in a built system, and verified by experimental work.

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문제 정의

본 논문에서는 5kW급 축소형 차량 시스템을 제작하여 IPT 효율을 측정하였고, Simulation을 통해 효율을 비교하였다. 정격일 때, Simulation결과 효율은 82%이고 실험을 통해 측정된 효율은 72.
본 연구에서는 철도차량에 적용하기 위한 축소형 IPT 모듈을 설계하였다. 그림 2-2는 철도차량용 축소형 U-U 타입 IPT의 시작품을 보여준다.

제안 방법

Simulation을 이용한 급집전체(IPT)의 효율과 실험을 통해 측정된 급집전체(IPT)의 효율을 비교·분석 하였다.
급집전체 효율은 공진형 인버터 dc-link 전압, 전류를 그림 2-9의 계측기로 측정하여 입력 전력을 구하였고, IPT 2차측 부하의 충전기 출력전압(DC), 전류(DC)는 PT, CT로 측정한 후 출력 전력을 구하여 효율을 계산하였다. 급집전체 효율 측정 위치는 그림 2-8에서와 같다.
급집전체 효율 측정 위치는 그림 2-8에서와 같다. 급집전체 효율은 인버터 효율(90%), 충전기 효율(85%)를 고려하였다.
본 연구에서는 IPT의 누설 자속을 보상할 수 있는 LLC 공진형 인버터를 적용하였다. 그림 2-5은 공진형 인버터 회로도를 보여주고, 그림 2-6은 실제 설계하여 제작한 공진형 인버터 시작품이다.
본 연구에서는 U-U type IPT의 파라미터는 Additive polarity, Subtractive polarity의 두 방식을 이용하여 각 파라미터를 측정하였고, 측정된 파라미터는 식 (2-1), (2-2)을 이용하여 1, 2차측 자기(self) 인덕턴스와 상호(mutual)인덕턴스를 도출하였다. 1,2 차측 누설(leakage)인덕턴스는 식 (2-3), (2-4)을 이용하여 도출하였다.
본 연구에서는 전력 전송의 효율을 높이기 위해 IPT의 누설 자속(Leakage Flux)을 보상할 수 있는 LLC 공진형 인버터(LLC Resonant Inverter)를 적용 하였으며, 한국철도기술연구원에서 제작한 5kW급 축소형 차량 시스템에서 IPT 전력 전송 효율을 측정하여 특성을 분석하였다.

성능/효과

1%로 10%의 차이를 보이고 있다. 또한, 입력전압이 205V 일 때 정격전압보다 더 높은 에너지 전달 효율을 갖는 것을 확인 하였다.
본 논문에서는 5kW급 축소형 차량 시스템을 제작하여 IPT 효율을 측정하였고, Simulation을 통해 효율을 비교하였다. 정격일 때, Simulation결과 효율은 82%이고 실험을 통해 측정된 효율은 72.1%로 10%의 차이를 보이고 있다. 또한, 입력전압이 205V 일 때 정격전압보다 더 높은 에너지 전달 효율을 갖는 것을 확인 하였다.
표 2-5처럼 슬라이닥스를 이용하여 공진형 인버터 입력전압을 205~220V로 인가하였을 때 입력전압 205V 에서 80.2%의 효율이 측정되었고, 입력전압을 205V 이상으로 점차 상승 시킬 때는 효율이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 그림 2-10는 입력전압에 따른 IPT 에너지 효율을 그래프로 나타냈다.

후속연구

향후, 실제 IPT 에너지 효율과 Simulation 상에서 효율의 오차를 줄이기 위해 요구되는 파라미터를 찾아내야 하며, IPT 에너지 효율의 개선을 위한 연구가 진행되어야 할 것이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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