A New PWM Rectifier with High Speed Output Disconnection from a Short Circuit Load

Abstract

본 논문에서는 교류/직류 전력변환기의 부하측에서 단락사고가 발생하는 경우 직류전원을 부하로부터 신속하게 차단하여, 컨버터와 부하를 과다한 단락전류에 의한 손상으로부터 보호하기 위한 새로운 방식의 전력변환기를 제안한다. 수십 kV 이상의 직류전원을 필요로 하는 경우에 대하여, 부하 단락사고로부터 시스템을 보호하고 부하가 정상상태로 복귀시 신속하게 직류전원을 재투입하기 위한 여러가지 방식이 연구되었다. 초창기에는 진공관을 사용하여 직류출력을 온/오프 하였으나 진공관의 짧은 수명, 낮은 효율, 유지보수의 어려움 등의 문제가 있어 80년대 중반부터 GTO 사이리스터를 사용하기 시작하였다. 진공관에 비하여 GTO 사이리스터는 전력용 반도체 스위칭 소자로서 반영구적인 수명과 높은 효율 및 고속 스위칭 특성이 있어 직류전원 차단성능을 매우 향상시켰다. 그러나 고전압 직류전원의 경우 GTO 사이리스터를 직렬로 여러개 연결하여 사용함에 따라 직류전원 차단장치의 사이즈가 커지고 각 GTO 사이리스터의 온/오프 스위칭시 동기를 확보해야하는 어려움이 있다. 최근에는 보다 향상된 성능을 얻기 위하여 인버터 방식의 직류전원장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 방식은 교류전원을 SCR 사이리스터 정류기를 사용하여 직류전원으로 변환하고, 이를 GTO 인버터로 다시 교류전원으로 변환하여 승압변압기에 의해 승압된 교류를 다이오드 정류기로 정류하여 직류전원을 얻는다. 따라서 부하단락시 전원차단은 인버터에 의해 이루어진다. 본 논문에서는 기존의 인버터 방식보다 구조가 간단한 새로운 전력변환기를 제안하여 시스템의 신뢰도를 높이고 성능을 향상시키고자 한다. 제안한 방식에 대한 동작원리 및 특성해석을 하였으며, 4 kW (400V 10A)급으로 축소하여 제작한 모형의 실험을 통하여 제안한 방식의 타당성을 검증하였다.