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전력전자이론및설계 건국대 최규하
제2장
기본이론
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
전력변환및 스위칭 함수
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환 - 전력변환의 상호연관성
- 전원이 교류일 경우
③ 직류-직류 변환(DC-DC conversion)
④ 직류-교류 변환(DC-AC conversion)
- 기타
① 교류-직류 변환(AC-DC conversion)
② 교류-교류 변환(AC-AC conversion)
- 전원이 직류일 경우
① 주파수변환(Cycloconversion) ② 역률제어(PF correction)
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환
출력 : 입력의 정현파를 유지하면서
그 크기만이 제어되는 교류
- 이상적인 교류-교류 변환
입력 : 일정한 크기 및 주파수를 갖는 순수한 정현파 교류
<비고> 교류의 경우 가장 최선의 파형은 정현파 임
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환
정현파 출력
정현파 입력
- 교류-교류 변환의 이상 구현
어떻게
구현해야 하나?
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환
정현파 출력정현파 입력
- 교류-교류 변환의 구현법
구현가능방법 ?
1. 가변저항기
2. 가변리액터 - 단권변압기
3. 단상 전압조정기
4. 교류발전기
5. 전력전자장치
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환
정현파 출력
정현파 입력
- 교류-교류 변환의 실제 구현
<단권 변압기>)2 1:,( 211
2 권선비차및차NNVNNV iO =
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환 - 단권변압기 구현의 평가 분석
<특징>
- 단순한 접점의 변경으로 구현 가능
- 넓은 범위의 크기조절 가능, 연속출력
- 구조간단, 강인 및 저렴 등 이점
- 강압(Step-down) 및 승압 모두 용이함
<평가>
- 크고 무거움
- 접점의 유한한 수명 ; 지속보수 필요
- 낮은 효율, 전기적 절연 불가 등
- 부정확, 자동제어 곤란
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환
정밀한 정현파 출력제어
주어진 정현파 입력
- 단권변압기의 자동제어 구현
어떻게
구현해야 하나?
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환 - 자동 전압제어의 구현 예시 1
PI제어기
기준전압
전동기
K
전력 신호
제어 신호
실제전압신호
실제 전압
제어전압
전원전압전압오차
제어신호
변압기
축 결합 부하MotorController
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환 - 자동 전압제어의 구현 예시 2
PI제어기
기준전압
K
전력 신호
제어 신호
실제전압신호
실제 전압
제어전압
전원전압전압오차
제어신호
변압기
부하AC Chopper
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
- 전력변환및제어의 기본 구성
정지형 전력변환
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환
<특징>
- 반도체 접점으로 수명이 반영구적임
- 넓은 범위의 크기조절 가능, 불연속출력
- 구조간단, 강인 및 저렴 등 이점
- 강압만 가능(승압불가)
<평가>
- 작고 가벼움
- 접점의 반영구적 수명 ; 지속보수 불필요
- 높은 효율, 전기적 절연 불가 등
- 정확, 자동제어 가능
- AC Chopper 구현의 평가 분석
파형 ?
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환 - AC Chopper 구현의 평가 분석
<특징>
- 반도체 접점으로 수명이 반영구적임
- 넓은 범위의 크기조절 가능, 불연속출력
- 구조간단, 강인 및 저렴 등 이점
- 강압만 가능(승압불가)
<평가>
- 작고 가벼움
- 접점의 반영구적 수명 ; 지속보수 불필요
- 높은 효율, 전기적 절연 불가 등
- 정확, 자동제어 가능
파형 ?
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환 - AC Chopper 의 개선책
<PWM Chopper의 특징>
- 반도체 접점으로 수명이 반영구적임
- 넓은 범위의 크기조절 가능, 연속출력
- 구조복잡, 덜 강인 및 고가
- 강압만 가능(승압불가)
<평가>
- 작고 가벼움
- 접점의 반영구적 수명 ; 지속보수 불필요
- 높은 효율, 전기적 절연 불가 등
- 정확, 자동제어 가능
파형 ?
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환 1- 교류-직류 변환
à 최초의 전력변환예) 전열제어, 직류전동기 제어, 전기 화학, 가전/소형 전기기구 등 제어 전원
(a) : 단상/3상 교류를 직류로 변환만 하는 (단순)정류 (Simple Rectification)
(b), (c) : 교류를 직류로 변환/제어 하는 제어정류 (Controlled Rectification )
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환 2- 교류-교류 변환
(a),(b) : SCR을 이용한 단상 또는 3상 교류 초퍼(AC Chopper)
(c) : 고조파/역률을 개선해 주는 펄스폭변조 초퍼(PWM Chopper)
à 크기(실효치)의 제어예) 조광/전열제어, 유도전동기 제어, 주파수변환, 무효전력보상 등 제어 전원
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
☞ 직류 초퍼(dc chopper) : 직류전동기 제어전원
☞ 스위칭 전원(switching regulator) : 컴퓨터용/제어용 안정화 전원 è SMPS
정지형 전력변환 3
à 시비율 제어(TRC)로 평균치 제어 ; 주기에 대한 스위치 ON시간의 비예) 직류전동기 제어, 직류안전화 전원, 전기자동차 등 제어 전원
- 직류-직류 변환
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
단상/3상전압형
단상 /3상전류형
정지형 전력변환 4- 직류-교류 변환
à 크기/주파수가 다른 교류로 변환예) 교류전동기 제어, UPS, 유도가열, 태양광발전, 인버터응용 등 제어전원
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환 5
à 주파수변환 ; 싸이클로 컨버터 등 예) 대형 교류전동기 제어 등
- 주파수변환/역률보상
à 역률보상 ; 무효전력보상 등 예) 무효전력보상장치(SVC)
(a),(b) : 직접 변환 ; 싸이클로컨버터, 간접 변환 ; 인버터
(c) : 역률보상 ; 무효전력보상기 (SVC : Static Var Compensator)
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전력전자이론및설계 건국대 최규하
정지형 전력변환에서의 제어변수
à 전력 ; 전압 및 전류의 제어예) 전압제어, 전류제어
- 컨버터의 변환 및 제어변수
à 주파수 ; 직류 또는 교류전원에서 다른 주파수로 변환예) 인버터, 싸이클로 컨버터 등 주파수변환장치
à 위상각 ; 교류전원에 대한 역률각 제어예) 무효전력보상장치(SVC)
- 변환 및 제어변수
à 전력(power), 주파수(frequency), 위상각(phase angle)