三相 交流 高周波 스위칭 電源裝置와 高性能 無停電 電源 시스템의 應用에 關한 硏究

Abstract

본 논문에서는 본 논문은 고성능 전력변환을 실현하는 새로운 회로 토폴로지와 이를 활용하는 제어 기술을 제안하여 연구를 정리한 것이 며, 제1장에서는 교류 무정전 전원장치와 직류 무정전 전원장치의 기술 배경을 전개하고, 고도 정보화 사회에서의 고성능, 저잡음의 교류 무정 전 전원장치나 직류 무정전 전원장치의 필요성과 문제점을 설명하고 연 구의 의의와 목적을 제시하며, 각 장의 내용에 관해 서술하였다. 제2장 에서는 교류 무정전 전원장치와 직류 무정전 전원장치의 전력변환 회로 기술의 현황과 문제점에 관해 설명하고, 본 연구의 목적에 관해 서술하 였다. 제3장에서는 교류 무정전 전원 장치에 적용할 수 있는 전력변환 효율의 향상의 수단으로서, 소프트 스위칭 기술을 적용한 전력변환 회 로와 그 소프트 스위칭 제어 방법과 동작 원리에 관해 서술하였다. 그 리고 제안한 방식은 소프트 스위칭을 실현하기 위한 회로가 간단하고, 또한 소프트 스위칭을 달성하기 위한 제어가 용이하며, 공진 전류를 상 승시키지 않고 소프트 스위칭을 실현할 수 있기 때문에 소프트 스위칭 회로의 손실이 적은 장점을 확인하였다. 그리고, 10[kW]용량에서 제안 한 방식으로 실험한 결과 종래의 하드 스위칭 방식에 비해 전력변환 효 율의 향상과 스위칭 노이즈의 저감이 달성된 것을 확인하였다. 제4장 및 제5장에서는 각각 직류 무정전 전원 장치를 구성하는 소프트 스위칭 PWM 정류기와 소프트 스위칭 고주파 절연 DC-DC 컨버터를 서술하였 다. 특히 제4장에서는 고역률 3상 PWM 정류기에 적합한 새로운 회로 구성과 제어 방법, 동작 원리를 나타내면서 특징을 서술하였다. 제안한 회로는 3상 PWM 정류기에 용도를 특화함으로써 3상 소프트 스위칭 인버터 회로와 비교하여 회로 구성이 간단해진다는 것을 나타내 고 있다. 또한, 5[kW] 용량에서 실험한 결과 98[%]이상의 전력변환 효율을 달성할 수 있었음을 확인하였다. 제5장에서는 새로운 고주파 절 연 DC-DC 변환기와 제어 방법을 제안하고, 동작 천이와 특징에 관해 서술하였다. 제안된 회로는 고주파 절연 변압기의 2차측 스위칭을 사용 하여 1차측 주 스위칭 장치의 소프트 스위칭을 지원하며, 동기 정류의 작용에 의해 회로 손실을 저감하고 있다. 그리고 무부하에서 정격 부하 까지 광범위한 범위에서 소프트 스위칭이 가능함을 이론적으로 제시하 고 실험을 통해 검증했다. 제6장에서는 회로 구성이 간단한 직류 무정 전 전원장치로서 3상 교류 입력 1단 변환 고주파 절연 통신용 직류 전 원장치의 회로 기술을 제안하고, 제어 방법을 서술하였다. 그리고 종래 의 2단으로 구성되어 있는 직류 무정전 전원장치와 비교하여 제안한 회 로는 1단으로 구성이 간단해져, 제어도 용이하게 할 수 있다. 또한, 고 주파 절연 변압기를 자기 포화시키지 않는 제어 방법을 6[kW]용량의 실험장치에 적용하여 제안한 회로의 유용성을 증명하였으며, 종래의 직 류 무정전 전원 장치에 비해 크기 및 중량을 80[%]로 경감할 수 있었 음을 확인하였다. 또한, 상용 교류 입력 전압의 왜곡으로 인한 출력 전 압의 맥동을 새롭게 제안하는 반복 학습 제어를 적용하여 감소시켰다. 제7장의 결론에서는 본 연구에서 얻은 주요 성과를 정리하여 서술하였 다. 첫째로, 통신 기기에 안정된 전력을 공급하는 무정전 전원 장치에 있어서, 소프트 스위칭을 도입함으로써 스위칭 손실을 저감할 수 있는 것을 나타내었다. 이러한 결과는 스위칭 주파수를 증가시키는 것을 용 이하게 하고 추가적인 고성능화를 가능하게 한다는 것이 밝혀졌다. 둘 째로, 종래의 2단 변환을 1단으로 하는 새로운 직류 무정전 전원장치의 개발에서는 변환기의 소형․경량화를 행할 수 있는 것을 밝혔다. 이러한 성과는 향후 파워 일렉트로닉스의 보다 한층 진보와 새로운 응용 전개 에 도움이 될 것으로 기대된다.