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고압 멀티레벨 인버터의 스위칭 기법에 따른 온도 손실 비교
Comparison of Temperature Loss from The Switching Method of Midium Voltage Multilevel Inverter 원문보기

전력전자학회 2016년도 추계학술대회 논문집, 2016 Nov. 25, 2016년, pp.9 - 10  

이슬아 (성균관대학교) ,  강진욱 (성균관대학교) ,  홍석진 (성균관대학교) ,  현승욱 (성균관대학교) ,  원충연 (성균관대학교)

초록
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최근 급속한 산업 발달로 인하여 기존의 수 MW급 대용량 인버터가 산업용 팬, 컴프레서, 고속 철도 시스템 등 여러 분야에 사용되면서 이와 관련된 대용량 인버터 연구가 활발히 진행 중이다. 이런 대용량 인버터는 고효율과 직병렬의 구성된 전력용반도체 소자를 동시다발적으로 제어되어야하기 때문에 멀티레벨 인버터의 구조가 가장 적합하다. Cascaded H-bridge 멀티레벨 인버터는 커패시터와 다이오드를 사용하지 않고 스위치만으로 구성하며, 필터를 따로 구성하지 않아도 정현파와 유사하게 전압을 출력할 수 있다. 이로 인해 고주파 감소 및 각 셀을 직렬로 연결하여 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있다. 또한, 스위칭 방법에 따라 동일한 Cascaded H-bridge 멀티레벨인버터 토폴로지에서도 각 THD와 온도에 따른 손실이 달라질 수 있다. Cascaded H-bridge 멀티레벨 인버터에서 이용하는 스위칭 방식은 첫 번째로 유니폴라 방식을 기본으로 한 Phase-shift가 있다. 이는 180도 위상차를 갖는 2개의 레퍼런스 파형과 위상천이가 된 캐리어 파형의 비교로 PWM (Pulse Width Modulation) 을 수행한다. 두 번째 방식으로는 Level-shift가 있다. 이는 캐리어 파형을 IPD (In-Phase Disposition) 방식으로 수직적으로 대역폭이 연속적이게 나열하여 레퍼런스 파형과 비교하는 PWM방식이다. 본 논문에서는 Phase-shift와 Level-shift 방식에 따른 Cascaded H-bridge 인버터와 NPC (Neutral Point Clamped) 인버터를 결합한 토폴로지에서의 온도에 따른 손실을 분석하고, 시뮬레이션을 통하여 비교 분석하였다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 9 level Cascaded NPC/H bridge 인버터에 Phase shift와 Level shift의 스위치 방식을 적용하여 상단 셀인 H1과 하단 셀인 H2의 왼쪽 레그 스위치의 온도 손실을 시뮬레이션으로 확인하였다. Level Shift 방식이 Phase Shift 방식에 비하여 H1에서는 1,4번 스위치의 온도 손실이 14℃ 낮고, H2에서는 Phase Shift 방식이 7℃ 낮게 측정 되었다.
  • 그림 4의 한 상이 두 셀로 구성된 9 level의 Cascaded NPC/H bridge 인버터를 기준으로 Phase shift와 Level shift를 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 각 셀마다 왼쪽 레그 스위치의 온도 손실을 측정 및 분석하였다. 그 결과 그림 5와 같이 첫 번째 셀인 H1에서는 Level Shift 방식의 아우터 스위치인 1,4번 스위치의 온도가 약 14℃ 낮게 나타났다.
  • 따라서 본 논문에서는 최근 산업의 발달에 적합한 멀티레벨 인버터의 구조와 적용하는 스위칭 방식을 언급하고, 스위칭에 따른 온도 손실을 시뮬레이션을 통하여 분석하고 비교하였다.

대상 데이터

  • 본 논문에서는 그림 2와 같이 Cascaded H bridge 인버터와 NPC 인버터를 결합한 Cascaded NPC/H bridge 인버터를 선정하였다. Cascaded NPC/H bridge 인버터는 간단한 구조로 유지보수가 용이하고 스위치의 정격전압을 낮출 수 있는 장점을 가지고 있다.
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