1. ์ ๋ก
์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๋ ์ถ์ง์์คํ
์ ์ ๋ ฅ๊ณต๊ธ์ ์ ์ธํ ๋ชจ๋ ์ฅ์น์ธ ๋๋๋ฐฉ ์ฅ์น, ๊ฐ์ค ์กฐ๋ช
, ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ถฉ์ , ์ ๋์ ์ฌ์ฉ๋๋ ๊ณต๊ธฐ ์์ถ ์ฅ์น์ ์ ์
๊ณต๊ธ์ ์ํ ์ฅ์น๋ก์ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์์๋ ํ์์ ์ผ๋ก ์ ์ฉ๋๋ ์ฅ์น์ด๋ค[1].
๊ธฐ์กด์ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ฐ์ ์
๋ ฅ ์ ์๊ณผ 3์ ๋ถํ์ ์ ์ฐ์ ์ํด DC-AC ์ธ๋ฒํฐ ์ถ๋ ฅ๋จ์ 60Hz ์ ์ฃผํ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ ์์คํ
์ผ๋ก
๊ตฌ์ฑ๋๋ค. ์ ์ฃผํ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น ์์คํ
์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ๋จ์ํ๊ณ ์ ์ง ๋ณด์ ๋ฑ์ด ์ ๋ฆฌํ ๋ฐ๋ฉด ๋ถํผ ๋ฐ ๋ฌด๊ฒ๊ฐ ํฐ ๋จ์ ์ด ์๋ค[2].
์ต๊ทผ ์ ์ธ๊ณ์ ์ผ๋ก ํ์๋ฐฐ์ถ์ ๋ํ ๊ท์ ๊ฐ ๊ฐํ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ์ ๋ฝ๊ณผ ๋ถ๋ฏธ์์๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋ ๋ฑ์์ ๋ฐ์ํ๋ ์จ์ค๊ฐ์ค ๋ฐฐ์ถ๋์ ๋ฒ์ ์ผ๋ก ๊ท์ ํ๋ ๊ธฐ์ค์์
๋ฐํํ์ฌ ์ ์ฉํ๊ณ ์๋๋ฐ, ๊ตญ๋ด์์๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ ๊ตฌ์ฑํ๋ ์ ์ฅํ๋ค์ ์๋์ง ํจ์จ ํฅ์๊ณผ ํ์ ๋ฐฐ์ถ ์ ๊ฐ์ ์ํ ๊ณ ํจ์จ ๋ฐ ๊ฒฝ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ๋ฐํ ์งํ๋๊ณ
์๋ค.
์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์์๋ ๊ธฐ์กด ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๋ถํผ๊ฐ ํฐ 60Hz ์ ์ฃผํ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ๋์ ํ์ฌ ์ kHz ๋์ญ์ ๊ณ ์ฃผํ ์ค์์นญ์ฉ ๋ฐ๋์ฒด ์์๋ฅผ
์ฌ์ฉํ ์ ์ฐํ ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ํตํด ๋ณ์๊ธฐ์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์ค์ธ๋ค[3-5]. ๋ํ, ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ๋ ์์ค์ ์ต์ํํ๊ธฐ ์ํด ZVS ๋์์ ํ๋ค[6, 7]. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณต์ง ํฑํฌ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๋ ๊ณต์ง ๋ฆฌ์กํฐ(RL)์ ๊ณต์ง ์บํจ์ํฐ(RC)์ ์ต์ ๊ฐ์ ์ ์ํ๋ค.
๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ ๊ณต์ง ํฑํฌ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๋ ๊ณต์ง ๋ฆฌ์กํฐ์ ๊ณต์ง ์บํจ์ํฐ์ ์์ ๋ฐ ๋
ธํํ์ ์ํด ๊ณต์ง ์ฃผํ์๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ ๋ฌธ์ ๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ค. ๊ณต์ง
์ฃผํ์๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ฉด ๊ณต์ง ์ ๋ฅ์ ์์น์ผ๋ก ์ธํด ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์์์ 2์ฐจ ์์์ ์ด๋ํ ์ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ์ด๋ฅผ ๊ฒ์งํ๊ณ ๋ณดํธ ๋์์ ํ๊ธฐ ์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์
์ ์ํ๋ค.
๋ํ, ์ต๊ทผ์๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์์ ์ฌ์ฉ๋๋ ๊ณต๊ธฐ ์์ถ๊ธฐ ๊ธฐ๋ ์ฅ์น, ๊ณต์กฐ ์ฅ์น, ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ถฉ์ ๊ธฐ ๋ฑ์ ์ฅ์น๋ค์ด ์ ๋ ฅ์ฉ ๋ฐ๋์ฒด ๋ฑ์ ๋ฅ๋ ์์๋ฅผ ํ์ฉํ ์ ๋ ฅ
๋ณํ ์ฅ์น๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ฐํ์ ๋๋ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ๋์ํ๋ ๋น์ ํ ๋ถํ๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๊ณ ์๋ค. ์ด๋ก ์ธํด ๋น์ ํ ๋ถํ์ ์ข
๋ฅ์ ์๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ฌํ
๋ถํ๋ค์ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ ๊ธฐ์ค์ด ๋๋ ๊ธฐ๋ฅ ๊ตฌํ ๋ฐ ์ํํ ์ด์ฉ์ ์ํด์๋ ํ์์ ์ด๋ค[8]. ๊ทธ๋ฌ๋ ๋น์ ํ ๋ถํ์ ๋น์จ์ด ๋์์ง์๋ก ๊ณ ์กฐํ ์ฑ๋ถ๊ณผ ์ถ๋ ฅ ์ ์ ์ ๋ถํํ์ด ๋ฐ์ํ๊ฒ ๋๋ฉฐ, ์ด๋ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ์์ค ์ฆ๊ฐ, ์ญ๋ฅ ๊ฐ์, ํจ์จ
๊ฐ์, ๋ฐ์ด ๋ฑ๊ณผ ๊ฐ์ ๋ฌธ์ ๋ก ์ด์ด์ง ์ ์๋ค.
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ ๊ณ ํจ์จ ๋ฐ ๊ฒฝ๋ํ๋ฅผ ์ํด ์ค๊ณ๋ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณต์ง ํ๊ดด ๊ฒ์ง ๊ธฐ๋ฒ ๋ฐ ๊ณ ์กฐํ ์๊ณก์
๊ฐ์ธํ ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๋ํด ์ ์ํ๋ค. ์ ์ํ๋ ๊ฒ์ง ๊ธฐ๋ฒ ๋ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ค์ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ์ ์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๋ฐ ์คํ์ ํตํด
๊ฒ์ฆํ์๋ค.
2. ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ตฌ์กฐ
Fig. 1์ ๊ธฐ์กด์ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ธฐ์กด์ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๋ ์ ๋ฅ๊ธฐ๋ฅผ ํตํด ์ ๋ฅ๋ ๊ฐ์ ์ ์ DC 900V โผ 1,800V๋ฅผ ์
๋ ฅ๋ฐ์ L-C
ํํฐ๋ฅผ ๊ฑฐ์ณ ์ธ๋ฒํฐ ์
๋ ฅ๋จ ์ ์์ ํ์ฑํ๊ฒ ๋๋ค. ์ธ๋ฒํฐ๋ ์ ์ ์ ์ด๋ฅผ ํตํด 3์ ์ ๊ฐ AC 670V๋ฅผ ์ถ๋ ฅํ๋ค. ์ด๋, ์ธ๋ฒํฐ ํ๋ก์ ์ถ๋ ฅ ํํฐ์
์ ์ง์ ์ธ ์ ์ฐ์ ์ํ 60Hz์ ์ ์ฃผํ์ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ๊ฒ ๋๋ค.
์ ์ฃผํ์ ๋ณ์๊ธฐ ๊ถ์ ๋น์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ์ ๊ฐํ๋ฅผ ํตํด ์ต์ข
์ ์ผ๋ก ์ฒ ๋ ์ฐจ๋ ๋ถํ ์ธก์ ์ ๊ฐ AC 380V๊ฐ ์ธ๊ฐ๋๋ค. ์ด๋, ์
๋ ฅ๋จ์ ์ ์ ํฌ๊ธฐ๋ก ์ธํด
์ธ๋ฒํฐ์ ์ค์์นญ ์ฃผํ์ ์์น์ ํ๊ณ๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ ์ ์ฃผํ์ ๋ณ์๊ธฐ์ ์ค๋ ๋ฐ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ์ ์ฒด์ ์ธ ์ค๋ ๋ฐ ํฌ๊ธฐ๋ ์ฆ๊ฐํ ์๋ฐ์
์๋ค.
Fig. 1. Structure of conventional auxiliary power supply for railway vehicles
Fig. 2๋ ์ ์ํ๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๋ ํฌ๊ฒ ์
๋ ฅ๋จ ๋ฒ
-์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ, ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ, 3์ ์ธ๋ฒํฐ ๋ถ, ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ
์ถฉ์ ์ฉ ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์๋ค.
Fig. 2. Structure of the propulsion control system for resonant auxiliary power supply
unit
Fig. 3. Buck converter part of resonant auxiliary power supply unit
Fig. 4. Resonant converter part of resonant auxiliary power supply unit
Fig. 5. 3-ph. inverter part of resonant auxiliary power supply unit
Fig. 6. Battery charger converter part of resonant auxiliary power supply unit
Fig. 3์ ์
๋ ฅ๋จ ๋ฒ
-์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ฐ์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์
๋ ฅ๋ฐ์ ๋ถ์์ ํ ์ ์์ ๊ฐ์์์ผ์ฃผ๋ ์ญํ ์ ํ๋ฉฐ, ๋ฐ์ด ๋ฐ ์์ ์ฉ๋์ ๊ฒฝ๋ํ๋ฅผ ์ํด ์ด์ค ์ตธํผํ
๊ตฌ์ฑ์ผ๋ก ์ค๊ณ๋์๋ค.
Fig. 4๋ ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ์ด๋ฉฐ ๊ณ ์ฃผํ ์ค์์นญ์ผ๋ก ์ธํด ๋ณ์๊ธฐ์ ์ค๋ ๋ฐ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ค์ด๋ค๋ฉฐ ๊ณต์ง ์บํจ์ํฐ์ ๊ณต์ง ๋ฆฌ์กํฐ๋ก ๊ตฌ์ฑ ๋๋ค.
Fig. 5๋ 3์ ์ธ๋ฒํฐ ๋ถ์ด๋ค. ์ธ๋ฒํฐ ๋ถ๋ ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ๋ก๋ถํฐ ์ ์์ ์ธ๊ฐ๋ฐ์ 3์ ์ ๊ฐ AC 380 V๋ฅผ ์ถ๋ ฅํ๋ฉฐ ๋ถํ๋ก ์ถ๋ ฅ ์ ์์ ์ ๋ฌ ํ๋ค.
Fig. 6์ ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ถฉ์ ์ฉ ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ์ด๋ฉฐ DC-DC ์ปจ๋ฒํฐ๋ก ๊ตฌ์ฑ ๋๋ค.
Fig. 1๊ณผ Fig. 2๋ฅผ ๋น๊ตํด๋ณด๋ฉด Fig. 1์ ๋นํด Fig. 2์ ๊ตฌ์ฑ๊ณผ ํ๋ก๋ ๋ณต์กํ ์ ์์ผ๋, ์ฃผํ๋ก๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๊ณ ์๋ ๊ถ์ ๋ฌผ์ ๋ํ ์ค๋๊ณผ ํฌ๊ธฐ์ ์ฐจ์ด๋ก Fig. 2์ ์ ์ํ๋ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๊ฐ ๊ฒฝ๋ํ์ ์ ํฉํ ํ ํด๋ก์ง์ด๋ค. ์ค์ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ์ ์ฅํ์์ ์ฌ์ฉ๋๋ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๋ Fig. 1 ํ์
๊ณผ Fig. 2 ํ์
์ผ๋ก ๋๋๋ฉฐ ๋ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๋ฌด๊ฒ๋ฅผ ๋น๊ตํด ๋ณด๋ฉด Fig. 2 ํ์
์ ๋ฌด๊ฒ๊ฐ ์ฝ 20% ์๊ฒ ์ธก์ ๋์๋ค.
3. ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณต์ง ํฑํฌ ์ค๊ณ
Fig. 7. Equivalent circuit of an LLC resonant converter
Fig. 7์ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋ฑ๊ฐํ๋ก๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ์ ๊ณต์ง ํฑํฌ๋ ๊ณต์ง ๋ฆฌ์กํฐ์ ๊ณต์ง ์บํจ์ํฐ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์๋ค[9]. ๊ณต์ง ํฑํฌ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๋ ์์์ ์ฉ๋ ์ ์ ์ ์ค์์นญ ์ฃผํ์์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ์ ์ด๋ ๊ณก์ ๋ฐ ์ปจ๋ฒํฐ์ ํน์ฑ์ ๊ฒฐ์ ํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ ๊ณต์ง ํฑํฌ์
์ต์ ์ค๊ณ๋ ํ์์ ์ด๋ค. ์ (1)์ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ ์ ์ด๋ ์์, ์ (2)๋ ๊ฐ ๋ณ์์ ๋ํ ์์์ ๋ํ๋ธ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, $K$๋ ์ ์ ์ด๋, $f_{c}$๋ ์ค์์นญ ์ฃผํ์, $f_{r}$์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์, $L_{m}$์ ์ํ ์ธ๋ํด์ค, $F_{x}$๋ $f_{c}$์
$f_{r}$์ ๋น์จ, $RL$์ ๊ณต์ง ์ธํฑํด์ค, $RC$๋ ๊ณต์ง ์บํจ์ํด์ค, $m$์ $L_{m}$๊ณผ $RL$์ ๋น์จ, $Q$๋ Quality factor,
$R$์ ์ถ๋ ฅ ์ ํญ, $R_{ac}$๋ $R$์ 1์ฐจ ์ธก ๋ฑ๊ฐ ๊ต๋ฅ ์ ํญ, $N_{p}$์ $N_{s}$๋ ๋ณ์๊ธฐ 1, 2์ฐจ ์ธก ๊ถ์ ์๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค.
Fig. 8์ ์ (1)์ Mathworks ์ฌ์ Matlab๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ทธ๋ฆฐ ๊ณต์ง ํฑํฌ์ ์ ์ ์ด๋ ๊ณก์ ์ ๋ํ๋ธ๋ค. Fig. 8(a)๋ ๋น๊ต์ ๋ฎ์ $m$ ๊ฐ์ ์ด๋ ๊ณก์ ์, (b)๋ ๋์ $m$ ๊ฐ์ ์ด๋ ๊ณก์ ์ ๋ํ๋ธ๋ค. Fig. 8์์ ํ์ธํ ์ ์๋ฏ์ด, ๋์ $m$์ ์ ์ ์ด๋ ๊ณก์ ์์๋ $F_{x}$์ ๋ณํ์ ์ ์ ์ด๋์ด ํฌ๊ฒ ๋ณํํ์ง ์๊ณ , ์ ๋ถํ ์์ญ์ ๊ฑธ์ณ 1์ ๊ทผ์ฌํ
์ ์ ์ด๋์ ์ป๋๋ค. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ๋ ๊ณ ์ ์ฃผํ์ ์ ์ด๋ฅผ ํ๋ฏ๋ก $F_{x}$์ ๋ณํ์ ๋ฏผ๊ฐํ์ง ์์ผ๋ฉด์ ์
๋ถํ ์์ญ์์ 1์ ๊ทผ์ฌํ ์ ์ ์ด๋์ ๊ฐ์ง๋ ๋์ $m$๊ฐ์ ์ค๊ณ๊ฐ ์๊ตฌ ๋๋ค.
Fig. 8. Voltage gain graph of resonant tank with different m value (a) : $C_{r}$=13ฮผF,
$L_{r}$=27ฮผH, $m$=112 (b) : $C_{r}$=48ฮผF, $L_{r}$=7.5ฮผH, $m$=400
Table 1. LLC resonant converter design parameters
Parameter
|
Mark
|
Value
|
Unit
|
Rated Output Power
|
$P_{out}$
|
200
|
$k W$
|
Input Voltage
|
$V_{i n}$
|
722
|
$V$
|
Output Voltage
|
$V_{out}$
|
670
|
$V$
|
Turn Ratio ($N_{s}/N_{p}$)
|
$n$
|
0.928
|
-
|
Resonant Inductance
|
$RL$
|
7.5
|
$\mu H$
|
Resonant Capacitance
|
$RC$
|
48
|
$\mu F$
|
Switching Frequency
|
$f_{s}$
|
7
|
$k H z$
|
Table 1์ ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ค๊ณ ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ณต์ง ์บํจ์ํฐ ์ฉ๋์ ์ค์์นญ ์ฃผํ์ 7kHz์ ์ค๊ณ์์ ๋์ $m$๊ฐ์ ๊ฐ์ง๊ณ , $F_{x}$๊ฐ
1์ ๊ทผ์ฌํ ์ฉ๋์ฑ ์์ญ์์ ๋์ํ ์ ์๋ ์ต๋๊ฐ์ธ 48ฮผF์ผ๋ก ์ ์ ํ์๋ค. ๋ํ, ๊ณต์ง ๋ฆฌ์กํฐ ์ฉ๋์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๊ฐ ์ค์์นญ ์ฃผํ์์ ๊ทผ์ฌํ ์
์๋๋ก ์ (2)์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์ ์์์ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐํ 7.5ฮผH๋ก ์ ์ ํ์๋ค.
4. ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ
Fig. 9๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๋ฒ
-์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ์ ์ ์ด ๋ธ๋ก๋๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. Fig. 3๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ฒ
-์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ๋ ์์์ ์จ๋ ์์น์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ์ด์ค ์ตธํผ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์ ์๊ณผ ์๋ซ ์์ ๋ํฐ๊ฐ ๋ฐ๋ก ์ ์ด๋๋ค. ๋ฒ
-์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ๋ DC 900Vโผ1800V๋ก
๋ณ๋ํ๋ ๊ฐ์ ์ ์์ ์
๋ ฅ๋ฐ์ DC 722V์ ์์ ์ ์ธ ์ง๋ฅ ์ ์์ ์ถ๋ ฅํ๋ค.
Fig. 9. Control block diagram of buck-converter
Fig. 10. Control block diagram of 3-ph. inverter
Fig. 11. Control block diagram of battery charger converter
Fig. 12. Control block diagram of overall resonant auxiliary power supply
๋ณ์๊ธฐ 1์ฐจ ์ธก์ ์ ์์ ์ผ์ฑ ๋ฐ์ DC 722V ์ ์์ ์ด๋ฅผ ์ํํ๋ฉฐ, ์ ์์ ์ด์ ์์ ์ฑ์ ์ํด ์ ๋ฅ์ ์ด๋ฅผ ์ํํ๋ค. ๋ํ, ์ด์ค ์ตธํผ ์ ์๊ณผ ์๋ซ
์์ ์ ์ ์ฐจ์ด์ ์ํ ์ ์ ๋ถ๊ท ํ์ ๋ณด์ํ๊ธฐ ์ํด ์ ๋ฅ ์ ์ด๊ธฐ ์ถ๋ ฅ์ ์ ์ ์ฐจ๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ ๋ํฐ๋น๋ฅผ ๋ณด์ํ์๋ค.
Fig. 10์ ์ธ๋ฒํฐ ๋ถ ์ ์ด ๋ธ๋ญ๋๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. 3์ ์ถ๋ ฅ ์ ์๊ณผ ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ผ์ฑ ๋ฐ์ d-q ๋ณํ์ ํตํด ๋๊ธฐ์ขํ๊ณ์์ ์ ์์ ์ด ๋ฐ ์ ๋ฅ์ ์ด๋ฅผ ์ํํ๋ค. ์ธ๋ฒํฐ
๋ถ๋ ์์ ์ ์ธ DC 670V์ ์ ์์ ์
๋ ฅ๋ฐ์ ์ ๊ฐ 3์ AC 380V, 60Hz์ ์ ์์ ๋ถํ์ ๊ณต๊ธํ๋๋ก ์ ์ดํ๋ค. ์ญ๋ฅ ์ 0.85์ด๋ฉฐ AC ๋ถํ์ฉ๋์
170 kVA๋ก ์ค๊ณ๋์๋ค.
Fig. 11์ ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ถฉ์ ์ฉ ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ ์ ์ด ๋ธ๋ก๋๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ฐจ์ ธ ๋ถ๋ ์ธ๋ฒํฐ๋ถ์ ์
๋ ฅ๋จ DC 670V๋ฅผ ๊ณต์ ํ๋ฉฐ ๋จ์ ํ-๋ธ๋ฆฟ์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋ฐ ๋ค์ด์ค๋
์ ๋ฅ๊ธฐ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์๋ค. ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ถฉ์ ์ฉ ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ๋ ๋ณ์๊ธฐ 2์ฐจ ์ธก ์ ์์ ์ผ์ฑํ์ฌ ์ถ๋ ฅ ์ ์ ์ ์ด๋ฅผ ์ํํ๋ค. ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ถฉ์ ์ฉ ์ปจ๋ฒํฐ ์ถ๋ ฅ ์ ์์
์ค์ฐจ๋ PI ์ ์ด๊ธฐ๋ฅผ ํต๊ณผํ์ฌ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ์ง๋ น์ ์์ฑํ๊ณ ๋ด๋ถ ์ ๋ฅ ์ ์ด๊ธฐ๋ฅผ ๊ฑฐ์ณ ์ถ๋ ฅ ์ ์์ ์ป๊ธฐ ์ํ ๋จ์ ํ-๋ธ๋ฆฟ์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ PWM ๋ํฐ๋ฅผ ์ถ๋ ฅ
ํ๋ค. ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ถฉ์ ์ฉ ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ์ ์ค์์นญ ์ฃผํ์๋ 6kHz์ด๋ฉฐ, ์๋ณด ์ค์์นญํ์ฌ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ํตํด 2์ฐจ ์ธก์ผ๋ก ์ ์์ ์ ๋ฌํ๋ค. ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ถฉ์ ์ ์ํ ์ถ๋ ฅ
์ ์์ DC 100V๋ก ์ ์ด๋๋ฉฐ, ์ฉ๋์ 30kW์ด๋ค.
Fig. 12๋ ์ ์ฒด ์ ์ด ๋ธ๋ก๋๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ์์์ ์ค๋ช
ํ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ฐ ์ ์ด๋ถ๋ฅผ ํฉํ ์ ์ด ๋ธ๋ก๋์ด๋ค. ๊ฐ์ ์ ์์ ์
๋ ฅ๋ฐ์ ๋ฒ
์ปจ๋ฒํฐ๋ถ๋ฅผ DC 722V
๊ฐ์๋๋ฉฐ, ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ๋ฅผ ์ง๋ ์ธ๋ฒํฐ ์
๋ ฅ๋จ ๋ฐ ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ฐจ์ ธ ๋ถ ์
๋ ฅ๋จ DC 670V๋ฅผ ํ์ฑํ๋ฉฐ ์ธ๋ฒํฐ ๋ถ๋ ๋ถํ์ ์ ๊ฐ AC 380V๋ฅผ ์ธ๊ฐํ๊ธฐ
์ํด ์ ์์ ์ด๋ฅผ ํ๋ค. ๋ํ ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ฐจ์ ธ๋ถ๋ ์ถ๋ ฅ์ผ๋ก DC 100V ์ ์์ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํด ์ ์์ ์ด๋ฅผ ์ํํ๋ค.
5. ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณต์งํ๊ดด ๊ฒ์ง
์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋ถ๋ ๊ณต์ง ๋ฆฌ์กํฐ์ ๊ณต์ง ์บํจ์ํฐ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ๊ณต์ง ํฑํฌ๊ฐ ์กด์ฌํ๋ค. ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๋ ๊ณต์ง
ํฑํฌ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๋ ์์์ ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ์ (1)์ ๋์
ํ์ฌ ๊ตฌํ ์ ์๋๋ฐ, ๊ณต์ง ์บํจ์ํฐ์ ์์ ํน์ ๊ณต์ง ๋ฆฌ์กํฐ์ ์์์ผ๋ก ์ธํด์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๊ฐ ์ปค์ง๋ ๋ฌธ์ ๊ฐ ๋ฐ์ํ ์ ์๋ค.
๊ณต์ง ์ฃผํ์ ์ด์์ ๊ฒ์งํ๋ ๊ฒ์ ๋ ๊ฐ์ง ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์๋ค. ์ฒซ ๋ฒ์งธ ๋ฐฉ๋ฒ์ MCU์์ ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋ณ์๊ธฐ 1์ฐจ ์ธก ์ค์ ์ ๋ฅ๊ฐ โ0โ์ด ๋๋ ์ง์ (Zero
Crossing Point)๊ณผ ์ ๋ฅ์ ํผํฌ ์ง์ (Peak Current Point)์ ์ผ์ฑ๋ฐ์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๋ฅผ ์ธก์ ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค. ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๊ณต์ง
ํฑํฌ์ ์์ ๊ฐ์ ์ (2)์ $f_{r}$ ์์์ ๊ณ์ฐ๋ ๊ณต์ง ์ฃผํ์์ ๋น๊ตํ์ฌ ๊ณต์ง ์ฃผํ์ ์ด์์ ๊ฒ์งํ ์ ์๋ค. ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ผ์ฑ๋ฐ๋ ์ฃผ๊ธฐ๊ฐ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๋ณด๋ค ๋งค์ฐ
์ปค์ผํ๋ฏ๋ก MCU๊ฐ ์ ์ดํ๋ ๋์์ด ์ ์ ํ ํด๋ก์ง์ ์ ํฉํ๋ค.
๋ ๋ฒ์งธ ๋ฐฉ๋ฒ์ MCU์์ ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋ณ์๊ธฐ 2์ฐจ ์ธก DC ์ ๋ฅ ์ต๋ ๊ฐ๊ณผ ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์
๋ ฅ ์ธก ์ ๋ ฅ์ ๋น๋ฅผ ๊ณ์ฐํ์ฌ ๊ณต์ง ์ฃผํ์ ์ด์์ ๊ฒ์งํ
์ ์๋ค. ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ์ ํฌ๊ธฐ๋ ์ฆ๊ฐํ๊ณ ์ ์ด ์ฃผ๊ธฐ์ ์ผ์ฑ ์ฃผ๊ธฐ๊ฐ ๋์ผ ๋ฐ ๊ณต๋ฐฐ์์ ๊ด๊ณ๋ง ์๋๋ฉด ์ผ์ฑ ์ฃผ๊ธฐ๋ฅผ ๋๋ฆฌ๊ฒ
๊ฐ์ ธ๊ฐ ์ ์๋ค.
๋ฐ๋ผ์, ์ฒ ๋ ์ฐจ๋ ์์คํ
์ ๊ฒฝ์ฐ ์ ์ด์ฃผ๊ธฐ ๋ด์ ์ปจ๋ฒํฐ ๋ฐ ์ธ๋ฒํฐ ์ ์ด, ์ํ์ค ์ ์ด, ๋ณดํธ ๋์ ์ ์ด, ๊ณ ์ฅ ๊ธฐ๋ก, ์ธ๋ถ ํต์ ๋ฑ ์ฌ๋ฌ ์ฐ์ฐ์ ์ํํด์ผ
ํ๋ฏ๋ก ์ ์ด์ฃผ๊ธฐ๋ฅผ ๋น ๋ฅด๊ฒ ๊ฐ๊ฒ ๋๋ฉด ์ฐ์ฐ ์๊ฐ์ ์ด๊ณผ๋ก ์ธํ ๋ฌธ์ ๋ฅผ ๋ฐ์์ํฌ ์ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ ๋ฒ์งธ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ฉํ ๊ณต์ง ํ๊ดด ๊ฒ์ง๋ฅผ ์ ์ํ๋ค.
Fig. 13. Current graph of the secondary side of the transformer
Fig. 14. Transformer secondary current peak value corresponding to the load capacity
Fig. 13์ ๋ถํ๊ฐ ๋์ผํ๊ณ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๊ฐ ๋ค๋ฅธ ๊ฒฝ์ฐ์ ๋ณ์๊ธฐ 2์ฐจ ์ธก ์ ๋ฅ ๊ทธ๋ํ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ถํ๋ ๊ทธ๋ํ์์ ์ ๋ฅ ๋ฉด์ ์ด๋ฉฐ, ๋ถํ๊ฐ ๋์ผํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ Fig. 13์ A ๋ฉด์ ๊ณผ B ๋ฉด์ ์ ๋์ผํด์ผ ํ๋ค.
์ (3)์ A ๋ฉด์ ์ ๋ํ ์์ด๋ฉฐ, ์ (4)๋ B ๋ฉด์ ์ ๋ํ ์์ ๋ํ๋ธ๋ค. A ๋ฉด์ ๊ณผ B ๋ฉด์ ์ด ๋์ผํ๋ค๋ฉด ์ (5)์ ์ํด์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์์ ์ฆ๊ฐ๋ก ์ธํ ๋ฉด์ ์ ๋ฐ๋ณ์ ๊ฐ์์จ๊ณผ ์ ๋ฅ์ ์ฆ๊ฐ์จ์ ๋ฐ๋น๋กํ๋ค๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
Fig. 14๋ ๋ถํ ์ฉ๋์ ๋ํ ๋ณ์๊ธฐ 2์ฐจ์ธก ์ ๋ฅ ํผํฌ๊ฐ์ ๋ํ ๊ทธ๋ฆผ์ด๋ค. ์ (6)๊ณผ ์ (7)์ Fig. 14์ ๊ฐ ๊ทธ๋ํ์ ์์์ ๋ํ๋ธ๋ค. Fig. 14์์ A ๊ทธ๋ํ๋ ์ ์๋์ ์ ๊ทธ๋ํ์ด๋ฉฐ B ๊ทธ๋ํ๋ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๊ฐ ์ฝ 20% ์ฆ๊ฐํ์๋์ ๋ํ ๊ทธ๋ํ์ด๋ค. B์ ๊ทธ๋ํ๋ A์ ๊ทธ๋ํ๋ณด๋ค ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๊ฐ
์ฆ๊ฐํ์ผ๋ฉฐ, ๊ทธ๋ํ์ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ ์ (7)๊ณผ ๊ฐ์ด ํํํ ์ ์๋ค.
๋ฐ๋ผ์ ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ์ (7)์ ์์์ ํตํ์ฌ ๊ณต์งํ๊ดด ์ ์ฆ๊ฐํ๋ ๋ณ์๊ธฐ 2์ฐจ์ธก์ ์ ๋ฅ์ ์ ๋๋ฅผ ํตํด ๊ณ ์ฅ์ ๊ฒ์งํ๋ค. ๋์ผ ๋ถํ ์ฉ๋์ ๋ํด ์ ์์ ์ธ ๋ณ์๊ธฐ 2์ฐจ์ธก ๊ณต์ง ์ ๋ฅ
๋๋น 20% ์ฆ๊ฐ๋ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ผ์ฑํ์ ๋ ๊ณ ์ฅ์ ๊ฒ์งํ๋ฉฐ, 20%์ ๋ํ ๊ธฐ์ค์ ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๊ณ ์๋ ๊ณต์ง ์บํจ์ํฐ์ ์์ ์ฌ์์ ์ํด
์ ์ ํ์๋ค.
6. ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ
Fig. 15๋ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ์ถ๋ ฅ๋จ ์ธ๋ฒํฐ ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ด ์ถ๊ฐ๋ ๋ธ๋ก ๋ค์ด์ด๊ทธ๋จ์ด๋ค. ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น ์ถ๋ ฅ๋จ์ ์ ์์ ์ ์ ์ผ์๋ฅผ
ํตํด ๊ฐ์ง๋๋ฉฐ, ์ด ์ ์์ ์ ์ ์ ์ด๊ธฐ์ ์ ๋ฅ ์ ์ด๊ธฐ๋ฅผ ๊ฑฐ์ณ ์ธ๋ฒํฐ ๋์์ ์ํ ์ง๋ น ์ ์์ผ๋ก ๊ณ์ฐ๋๋ค. ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์์ ๋ฐ์ํ๋
๋น์ ํ ๋ถํ๋ก ์ธํ ๊ณ ์กฐํ ์ค ๊ฐ์ฅ ๋น์จ์ด ๋์ 5์ฐจ์ 7์ฐจ ๊ณ ์กฐํ๋ฅผ ์ถ์ถํ์ฌ ์ ๊ฐ ํ๋ค. ์ด๋ฅผ ์ํด ๊ณ ์กฐํ ๋ณด์๊ธฐ ์์๋ 3์ ์ถ๋ ฅ AC ์ ์์
๊ณ ์กฐํ ์ฃผํ์์ธ 300Hz์ 420Hz๋ก ๋๊ธฐํ ํ๊ธฐ ์ํ d-q ๋ณํ์ ์ํํ๋ค. ๋๊ธฐํ๋ ๊ณ ์กฐํ ์ฃผํ์์ ์ขํ๊ณ์์์ 3์ ์ถ๋ ฅ ์ ์์ ๋งค์ฐ ๋ฎ์
์ฐจ๋จ ์ฃผํ์๋ฅผ ๊ฐ์ง ์ ์ญ ํต๊ณผ ํํฐ๋ฅผ ํต๊ณผํ ํ 0์ผ๋ก ์๋ ดํ๋๋ก ์ ์ด๋์ด ์ง๋ น ์ ์์ ์์ฑํ๋ค. ์ด๋ ๊ฒ ์์ฑ๋ ์ง๋ น ์ ์์ ๊ณ ์กฐํ ๋ณด์ ์ฑ๋ถ์ ํฌํจํ์ฌ
์ ์ง ์ขํ๊ณ์์ ๋ณด์ ๋๋ค. ์ด๋ฌํ ๊ณ ์กฐํ ๋ณด์ ์ฑ๋ถ์ ์ถ๋ ฅ ์ ์์ THD๋ฅผ ์ ๊ฐํ๋ ๋ฐ ์ฌ์ฉ ๋๋ค.
์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ฒฝ์ฐ ์ถ๋ ฅ์ ์์ THD๊ฐ 3% ์ด๋ด๋ฅผ ๋ง์กฑํด์ผ ํ๋ ์กฐ๊ฑด์ด ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ๋๋ถ๋ถ์ ๊ธฐ์กด ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ด ๊ณํต ์ ๋ฅ์
THD๋ฅผ ์ ๊ฐํ๊ธฐ ์ํด ์ ๋ฅ ๊ณ ์กฐํ๋ฅผ ์ถ์ถํ ํ ์ ์ดํ๋ ๋ฐ๋ฉด, ์ ์ํ๋ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์์ ๊ณ ์กฐํ๋ฅผ ์ถ์ถํ ํ ์ ์ง ์ขํ๊ณ์์ ๋ณด์ํ์ฌ ์ ์ THD๋ฅผ
์ ๊ฐํ๋ค.
Fig. 15. Control block diagram of inverter with harmonic reduction algorithm
7. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ
Table 2๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ์ฌ์์ ๋ํ๋ธ๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ Table 2์ ๊ฐ์ด ์ค์ ์ฐจ๋์ ์ฌ์๊ณผ ๋์ผํ ํ๊ฒฝ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ผ๋ก ๊ตฌ์ฑํ์์ผ๋ฉฐ Powersim ์ฌ์ Psim Tool์ ์ด์ฉ ํ์๋ค.
Fig. 16์ ์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๋์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. Fig. 16(a)๋ ์ ๊ฒฉ ๋ถํ์์์ ๋์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ด๋ฉฐ, (b)๋ ๋ถํ ์ํฉ 0% โ 50% โ 100% โ 50% โ 0%์ ๋ถํ๊ธ๋ณ ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ์ ์ํ๋
๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น ์์คํ
์ ๋์์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ฐ์ด ์
๋ ฅ ๋ฒ
์ปจ๋ฒํฐ์ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ ๋์์ผ๋ก DC ๋งํฌ ์ ์์ ์์ฑ ํ ์ถ๋ ฅ ์ธ๋ฒํฐ์
๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ฐจ์ ธ ์ปจ๋ฒํฐ๊ฐ ๋์์ผ๋ก AC 380V์ DC 100V์ ์ถ๋ ฅ ์ ์์ ์์ฑํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ๋ํ, ๊ธ๊ฒฉํ ๋ถํ ๋ณ๋ ์์๋ ์ ์์ ์ธ
๋์์ด ๊ฐ๋ฅํ ์์คํ
์์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
Table 2. Specification of resonant auxiliary power supply for railway vehicle
Parameter
|
Mark
|
Value
|
Unit
|
Rated AC Power
|
$P_{ac}$
|
170
|
$k VA$
|
Rated DC Power
|
$P_{dc}$
|
30
|
$k W$
|
Power Factor
|
$pf$
|
0.85
|
-
|
Input Voltage
|
$V_{i n}$
|
900~1800
|
$V_{dc}$
|
AC Ouuput Voltage
|
$V_{o,\: ac}$
|
380
|
$V_{tms}$
|
DC Ouuput Voltage
|
$V_{o,\: dc}$
|
100
|
$V_{dc}$
|
Fig. 16. Simulation results of resonant auxiliary power supply for railway vehicles
Fig. 17. Simulation results of resonant destruction detection
Table 3. Simulation results of resonant destruction detection
Parameter
|
Normal resonant
condition
|
Resonant destruction condition
|
Case 1
|
Case 2
|
Resonant inductance
|
7.5 ฮผH
|
7.5 ฮผH
|
5 ฮผH
|
Resonant capacitance
|
48 ฮผF
|
32 ฮผF
|
48 ฮผF
|
Resonant frequency
|
8,312 Hz
|
10,273 Hz
|
10,235 Hz
|
Resonant current peak value
|
217 A
|
265 A
|
267 A
|
Fig. 18. Simulation results of harmonic reduction algorithm
Table 3๊ณผ Fig. 17์ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณต์งํ๊ดด ๊ฒ์ง ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ณต์งํ๊ดด์ ๋ชจ์ฌ ์กฐ๊ฑด์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์์ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ์ ์ต๋๊ฐ์ ์ฝ 20% ์ ๋ ๋์ด๋
์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ํ์์ผ๋ฉฐ, ๊ณต์ง ์ปคํจ์ํฐ๋ฅผ 48ฮผF์์ 32ฮผF์ผ๋ก ๋ณ๊ฒฝํ๋ Case 1, ๊ณต์ง ์ธ๋ํด์ค๋ฅผ 7.5ฮผH์์ 5ฮผH์ผ๋ก ๋ณ๊ฒฝํ๋ Case 2๋ก
์ ์ ํ์๋ค.
Fig์ 17(a), (b), (c)๋ ๊ฐ๊ฐ 50% ๋ถํ์์ ์ ์์ธ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ณต์งํ๊ดด ๋ชจ์ฌ ์กฐ๊ฑด Case 1, Case 2์ ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ ๋ณ์๊ธฐ 2์ฐจ ์ธก์ ์ ์ ๋ฐ
์ ๋ฅ ํํ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ์์ ํ์ธํ ์ ์๋ฏ์ด ๊ณต์งํ๊ดด ์กฐ๊ฑด Case 1์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์์ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ ์ต๋๊ฐ์ 10.272kHz์ 265A์ด๋ค.
๊ณต์งํ๊ดด ์กฐ๊ฑด Case 2์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์์ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ ์ต๋๊ฐ์ 10.235kHz์ 267A์ด๋ค. ์ด๋ ์ ์ ๊ณต์ง ์กฐ๊ฑด์ ๊ฒฐ๊ณผ์ธ 8.312kHz์ 217A์
๋นํด ์ฃผํ์๋ ํ๊ท 23.36%, ์ ๋ฅ ์ต๋๊ฐ์ ํ๊ท ์ 22.58% ๋งํผ ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ๊ฐ์ ์ ๋ ฅ์์๋ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๊ฐ ํ์ด์ง
๋งํผ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ์ ์ต๋๊ฐ์ด ๋ณํ๋ ๊ฒ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ผ๋ก ํ์ธํ์๋ค. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํตํด ๊ณต์ง ์ ๋ฅ์ ์ต๋๊ฐ์ผ๋ก ๊ณต์งํ๊ดด ๊ฒ์ง๋ฅผ ์ํํ๋ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ํ๋น์ฑ์
๊ฒ์ฆํ์๋ค.
Fig์ 17(d)์ (e)๋ ๊ณต์งํ๊ดด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ ๋์์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ํด๋น ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ๊ณต์งํ๊ดด ๋ชจ์ฌ ์กฐ๊ฑด์ธ Case 1, Case 2์์ ์งํ๋์๋ค.
์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ฐ์ด ์ถ๋ ฅ์ ์์ด ์ฆ๊ฐํ๋ค ์ถ๋ ฅ ์ ๊ฒฉ์ 30% ์ด์์ธ ๋ถ๋ถ์์ ๊ณ์ฐ๋ ์ ๋ ฅ์ ๊ณต์ง์ ๋ฅ ์ต๋๊ฐ ๋๋น 20% ์ด์์ ๊ณต์ง์ ๋ฅ ์ต๋๊ฐ์
๊ฒ์งํ์ฌ ๋ณดํธ ๋์์ ์ํํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ์ด๋ฅผ ํตํด ์ ์ํ๋ ๊ณต์งํ๊ดด ๊ฒ์ง ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์ ๋์ ๋ฐ ์ ๋ขฐ์ฑ์ ๊ฒ์ฆํ์๋ค.
Fig. 18์ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ์ ์ ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. Fig. 18(a)๋ ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์ธํ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ์ด๊ณ Fig. 18(b)๋ ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์ฉํ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ์ต๋ ์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ์งํ ํ์๋ค. ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์ฉ ํ๋ฉด Fig. 18(b) ์ ๊ฐ์ด 5์ฐจ, 7์ฐจ ๊ณ ์กฐํ๊ฐ โ0โ์ผ๋ก ์๋ ดํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ ์ ์ THD๊ฐ 4.1%์์ 2.4 %๋ก ์ ๊ฐ ๋จ์ ํ์ธํ์๋ค.
7. ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ
Fig. 19๋ ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ด ํฌํจ๋ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๋์ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. Fig. 19(a)๋ ์ ๊ฒฉ ๋ถํ์์์ ๋์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ์
๋ ฅ๋จ ๋ฒ
์ปจ๋ฒํฐ๊ฐ ๋์ํ์ฌ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ์ DC-link ์ ์์ธ 766V๋ฅผ ์ถ๋ ฅํ๊ฒ ๋๋ฉด ๋ณ์๊ธฐ
2์ฐจ ์ธก์ ์ธ๋ฒํฐ์ DC-link ์ ์์ธ 670V๊ฐ ์ถ๋ ฅ๋๋ค. ๊ทธ ํ ์ถ๋ ฅ ์ธ๋ฒํฐ์ ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ฐจ์ ธ ์ปจ๋ฒํฐ๊ฐ ๋์ํ์ฌ AC 380V์ DC 100V์
์ถ๋ ฅ ์ ์์ ์์ฑํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
Fig. 19(b)๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ์ ํฉ์ฑ์ ๊ฒ์ฆํ๊ธฐ ๋ถํ๊ธ๋ณ ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก์จ ๋ถํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ์ ๊ธ๋ณ ์ 0.2์ด ์ด๋ด์ ์ ๊ฒฉ ์ ์์ 5% ์ด๋ด๋ก ์๋ ดํด์ผ
ํ๋ค๋ ๊ฒ์ฆ ํญ๋ชฉ์ด ์กด์ฌํ๋ค. ์ด ํญ๋ชฉ์ ๊ฒ์ฆํ๊ธฐ ์ํด ๋ถํ ์ํฉ 0% โ 50% โ 100% โ 50% โ 0%์ ๋ถํ๊ธ๋ณ ์ํ์ ์งํํ์๋ค. Fig. 19 (c)์ (d)๋ ๊ฐ๊ฐ ๋ถํ๊ธ๋ณ 50% โ 100%, 100% โ 50% ์์ ์๊ฐ์ ํ๋ ํํ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ์์ ํ์ธํ ์ ์๋ฏ์ด ๋ถํ๊ธ๋ณ
์ ๋ฒ
์ปจ๋ฒํฐ, LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ, ์ธ๋ฒํฐ, ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ฐจ์ ธ ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ถ๋ ฅ์ ์์ด ๋ถํ ๊ธ๋ณ์ ๋ฐ๋ผ ์ ์์ ์ธ ๋ฒ์ ๋ด์ ๋์์ ์ํํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ
์ ์๋ค. ์ด๋ฅผ ํตํด ์ ์ํ๋ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น ์์คํ
, ์ค๊ณ ๋ฐฉ๋ฒ ๋ฐ ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์คํ์ ํตํด ๊ฒ์ฆํ์๋ค.
Table 4์ Fig. 20์ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณต์งํ๊ดด ๊ฒ์ง ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ณต์งํ๊ดด์ ์กฐ๊ฑด์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ์ฌ ๊ณต์ง ์ฃผํ์์ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ์ ์ต๋๊ฐ์
์ฝ 20% ์ ๋ ๋์ผ ์ ์๋๋ก ๊ณต์ง ์ปคํจ์ํฐ๋ฅผ 48ฮผF์์ 32ฮผF์ผ๋ก ๋ณ๊ฒฝํ์ฌ ์งํํ์๋ค.
Fig. 19. Experimental results of resonant auxiliary power supply for railway vehicles
Table 4. Experimental results of resonant destruction detction
Parameter
|
Normal resonant
condition
|
Resonant destruction condition
|
Case 1
|
Case 2
|
Resonant inductance
|
7.5 ฮผH
|
7.5 ฮผH
|
5 ฮผH
|
Resonant capacitance
|
48 ฮผF
|
32 ฮผF
|
48 ฮผF
|
Resonant frequency
|
8,312 Hz
|
10,273 Hz
|
10,235 Hz
|
Resonant current peak value
|
217 A
|
265 A
|
267 A
|
Fig. 20. Experimental results of resonant destruction detection
Fig. 20(a)์ (b)๋ ๊ฐ๊ฐ 50% ๋ถํ์์ ์ ์ ๊ณต์ง ์กฐ๊ฑด, ๊ณต์งํ๊ดด ์กฐ๊ฑด์ ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ ๋ณ์๊ธฐ 2์ฐจ ์ธก์ ์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ ํํ์ ๋ํ๋ธ๋ค. Fig. 20(a)์ ์ ์ ๋์ ์ํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์์ ๊ณต์ง์ ๋ฅ ์ต๋๊ฐ์ ๊ฐ๊ฐ 8.22kHz์ 204A ์ด๋ค. Fig. 20(b)์ ๊ณต์งํ๊ดด ์ํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ณต์ง ์ฃผํ์์ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ ์ต๋๊ฐ์ 9.92kHz์ 246A์ด๋ค. ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ ๊ณต์งํ๊ดด ์ ์ ์ ๊ณต์ง ์กฐ๊ฑด ๋ณด๋ค ๊ณต์ง ์ฃผํ์์
๊ณต์ง์ ๋ฅ ์ต๋๊ฐ์ ๊ฐ๊ฐ 20.68%, 20.58% ๋งํผ ์ฆ๊ฐํจ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ๊ฐ์ ์ ๋ ฅ์์๋ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๊ฐ ํ์ด์ง ๋งํผ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ์
์ต๋๊ฐ์ด ๋ณํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๊ณ , ์ด๋ฅผ ํตํด ๊ณต์ง ์ ๋ฅ์ ์ต๋๊ฐ์ผ๋ก ๊ณต์งํ๊ดด ๊ฒ์ง๋ฅผ ์ํํ๋ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ํ๋น์ฑ์ ๊ฒ์ฆํ์๋ค.
Fig. 20(c)๋ ๊ณต์งํ๊ดด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ ๋์์ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ํด๋น ์คํ์ Fig. 20(b)์ ๊ณต์งํ๊ดด ๋ชจ์ฌ ์กฐ๊ฑด์์ ์งํ๋์์ผ๋ฉฐ ์ถ๋ ฅ์ ์์ด ์ฆ๊ฐํ๋ค๊ฐ ์ ๊ฒฉ ์ถ๋ ฅ์ 30% ์ด์์ธ ๋ถ๋ถ์์ ๊ณ ์ฅ์ด ๋ฐ์ํ์ฌ ๋ณดํธ๋์์ ์ํํ๋ค.
Table 5. Protection operation of auxiliary power supply for railway vehicle
๊ณ ์ฅ ์ข
๋ฅ
|
๋ณดํธ ๋์
|
๋น๊ณ
|
๊ฒฝ๊ณ ์ฅ
|
Gate ์ ํธ ๋ฐ ์
/์ถ๋ ฅ ์ปจํํฐ off
|
๊ณ ์ฅ ํด์ ํ ์๋ ์ฌ๊ธฐ๋
|
์ค๊ณ ์ฅ
|
Cut-out
|
๊ณ ์ฅ ํด์ ํ ์๋ ์ฌ๊ธฐ๋
|
Fig. 21. THD of AC output voltage during nonlinear load operation
Fig. 22. Input/output voltage and current values during nonlinear load operation
์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ณดํธ๋์์ ํฌ๊ฒ ๊ฒฝ๊ณ ์ฅ๊ณผ ์ค๊ณ ์ฅ 2๊ฐ์ง๋ก ๊ตฌ๋ถ ๋๋ค. ๊ฒฝ๊ณ ์ฅ์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ณ ์ฅ ๊ฒ์ง ์์ ์์ Gate ์ ํธ ๋ฐ ์
/์ถ๋ ฅ
์ปจํํฐ๊ฐ Off ๋๋ฉฐ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๋ฅผ ์ ์ง ์ํจ๋ค. ๊ณ ์ฅ ์กฐ๊ฑด์ด ํด์๋ ํ 3์ด ํ ์๋์ผ๋ก ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๊ฐ ์ฌ๊ธฐ๋ ๋๋ค. ์ค๊ณ ์ฅ์ ๊ฒฝ์ฐ ์ฒซ ๊ฒฝ๊ณ ์ฅ ๋ฐ์
ํ 180์ด๊ฐ ๋์ผํ ๊ฒฝ๊ณ ์ฅ์ด 3๋ฒ ๋ฐ์ํ๊ฒ ๋๋ฉด ์ค๊ณ ์ฅ์ผ๋ก ์ทจ๊ธ๋์ด ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๋ ์ ์งํ ์ํ๋ก Cut-out ๋๋ค.
์ ์ํ ๊ณต์งํ๊ดด ๊ฒ์ง ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ๊ณ์ฐ๋ ์ ๋ ฅ ๊ธฐ์ค ๊ณต์ง ์ ๋ฅ ๋๋น ์ค์ ๊ณต์ง์ ๋ฅ ์ต๋๊ฐ์ด 20% ์ด์ ํฐ ์ ๋ฅ๋ฅผ ๊ฒ์งํ์ฌ ๊ฒฝ๊ณ ์ฅ ๋ณดํธ๋์์
์ํํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธ ํ ์ ์๋ค. ์คํ์ ํตํด ์ ์ํ๋ ๊ณต์งํ๊ดด ๊ฒ์ง ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๋์ ๋ฐ ์ ๋ขฐ์ฑ์ ๊ฒ์ฆํ์๋ค.
Fig. 21 ๋ฐ Fig. 22๋ ์ค์ฒด ์ฐจ๋์์ ๊ณ ์กฐํ ์ํฅ์ด ๊ฐ์ฅํฐ ๋น์ ํ ๋ถํ๊ฐ ๋์ํ๋ ํ๊ฒฝ์ธ AC ๋๋ฐฉ ๋ถํ๋ฅผ ์ ๋ถํ๋ก ๊ฐ๋ ์ํค๊ณ ๊ณต๊ธฐ์์ถ๊ธฐ๋ฅผ ๊ฐ๋์์ผฐ์ ๋์ ์ถ๋ ฅ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
์ฌ๊ธฐ์ Fig. 21์ AC ์ถ๋ ฅ ์ ์์ THD(๊ฐ๊ฐ 0.92%, 1.08%, 0.93%)๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Fig. 22๋ ์์๋๋ก AC ์ถ๋ ฅ ์ ๋ ฅ ๋ฐ ์ญ๋ฅ , ๊ฐ์ ์ ์๊ณผ ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ฐจ์ ์ถ๋ ฅ DC ์ ์, ๊ฐ์ ์
๋ ฅ ์ ๋ฅ, ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ฐจ์ ์ถ๋ ฅ DC ์ ๋ฅ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ด๋์
ํจ์จ์ AC ์ถ๋ ฅ์ ๋ ฅ(72.6ใพ)๊ณผ DC ์ถ๋ ฅ์ ๋ ฅ(99.96V ร 10.8A = 1.079ใพ)์ ๋ํ ๊ฐ์์ ์
๋ ฅ ์ ๋ ฅ(1,556V ร 49.5A)์
๋๋ ๊ฐ์ผ๋ก 95.6%๋ฅผ ๋ง์กฑํ๋ค.
๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ํตํด 3์ ์ถ๋ ฅ์ ์์ 5์ฐจ ๋ฐ 7์ฐจ ๊ณ ์กฐํ๋ฅผ ์ ๊ฐ ์์ผ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ ๊ธฐ์ ๊ธฐ์ค์ธ ์ถ๋ ฅ 3์ ์ ์ ์์จ์ด 3% ๋ฏธ๋ง ๋ฐ ํจ์จ 95%
์ด์์ผ๋ก ๋ง์กฑํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธ ํ์๋ค. ์คํ์ ํตํด ์ ์ํ๋ ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๋์ ๋ฐ ์ ๋ขฐ์ฑ์ ๊ฒ์ฆ ํ์๋ค.
8. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ๊ณต์งํ๊ดด๋ฅผ ๊ฒ์งํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ๊ณผ ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์ํ๋ค. ์ ์ํ๋ ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์ฉ ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น๋
LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์์คํ
์ ์ ๋ ฅ ๋ฐ๋๋ฅผ ํฅ์ ์ํจ๋ค. ๊ณต์งํ ๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ ์ ๋ ฅ ์ฉ๋์ ๊ต๋ฅ 170kVA ๋ฐ ์ง๋ฅ 30kW ์ด๋ค. ๊ณต์งํ
๋ณด์กฐ์ ์์ฅ์น์ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ๋ ๊ณ ์ ์ฃผํ์ ์ ์ด๋ฅผ ์ํ ํ๋ฉฐ ์ ์ ์ด๋ ๊ฐ์ 1์ ๊ฐ๊น๊ฒ ์ค๊ณํ์ฌ ์ ์ฒด ๋ถํ ์์ญ์์ ์ฃผํ์ ๋ณ๋์ ๊ฐ์ธํ๊ฒ
์ค๊ณํ์๋ค.
๊ณต์ง ํ๊ดด ์ฌ๋ถ๋ ๋ถํ ์ฉ๋์ ๋ฐ๋ผ ์
๋ ฅ ์ ๋ ฅ๊ณผ ๋น๊ตํ์ฌ ๊ณ์ฐ๋ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ์ ์ต๋ ๊ฐ์ผ๋ก ๊ฐ์งํ ์ ์๋ค. ๊ณต์ง ํ๊ดด๋ฅผ ๋ชจ์ฌํ๊ธฐ ์ํด ๊ณต์ง ์บํจ์ํฐ
๊ฐ์ ๋ณ๊ฒฝํ์ฌ ๊ณต์ง ํ๊ดด ๊ฒ์ง ์คํ์ ์งํ ํ์๋ค. ์ ์ํ๋ ๊ณต์ง ํ๊ดด ๊ฒ์ง ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ๊ณ์ฐ๋ ์ ๋ ฅ ๊ธฐ์ค ๊ณต์ง ์ ๋ฅ ๋๋น ์ค์ ๊ณต์ง ์ ๋ฅ
์ต๋๊ฐ์ด 20% ์ด์ ํด ๋ ๊ณต์ง ํ๊ดด๋ฅผ ๊ฒ์งํ์ฌ ๋ณดํธ ๋์์ด ์ํ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ์ฒ ๋ ์ฐจ๋์์ ์ฌ์ฉ๋๋ ๋น์ ํ ๋ถํ๋ก ์ธํด ๋ฐ์ํ๋ ๊ณ ์กฐํ๋ฅผ
์ ๊ฐํ๊ธฐ ์ํด ๋ถํ๋จ์ ์กด์ฌํ๋ 5์ฐจ ๊ณ ์กฐํ์ 7์ฐจ ๊ณ ์กฐํ๋ฅผ ์ ๊ฐํ์ฌ THD๊ฐ 3% ๋ฏธ๋ง์ผ๋ก ์ ์ด๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๋ฐ ์คํ์ ํตํด
๊ณต์ง ํ๊ดด ๊ฒ์ง ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ๊ณผ ๊ณ ์กฐํ ์ ๊ฐ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ํ๋น์ฑ์ ๊ฒ์ฆํ์๋ค.
References
L. Zhang, L. Yun, M. Sun, and B. Peng, โSimulation research on auxiliary power supply
system of China standard EMU,โ Electronics, vol. 8, no. 6, p. 647, 2019.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
H.-P. Park, M. Kim, and J.-H. Jung, โA comprehensive overview in control algorithms
for high switching frequency LLC resonant converter,โ Energies. vol. 13, no. 17, p.
4455, 2020.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
L. Diao, et al., โAI-HM based zero portion effects and phase-shift optimization for
railway auxiliary inverter with pulsating DC-link,โ in IEEE Access. vol. 5, pp. 7444-7453,
2017.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
L. Diao, et al., โA comparative study between AI-HM and SPD-HM for railway auxiliary
inverter with pulsating DC link,โ in IEEE Trans. Ind. Electron. vol. 65, no. 7, pp.
5816-5825, 2018.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
S. Baek, H. Kim, and J. Kang, โAuxiliary power unit for railway vehicles using three-level
LLC converter with pulse width modulation control,โ in Proceedings of the 2019 International
Symposium on Electrical and Electronics Engineering(ISEE), pp. 232-236, 2019.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
M. Youssef, J. A. A. Qahouq, and M. Orabi, โAnalysis and design of LCC resonant inverter
for the tranportation systems applications,โ in Proceedings of the 2010 Applied Power
Electronics Conference and Exposition (APEC), pp. 1778-1784, 2010.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
X. He, et al., โResonance parameter of variable mode LLC converter for auxiliary converter,โ
in Proceedings of the 2019 International Conference on Power Electronics and ECCE
Asia (ICPE-ECCE Asia), pp. 1-6, 2019.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
J. Sin, Y. Bak, and K. Lee, โ6th harmonic control method for reduction of grid current
harmonic distortion in a grid- connected inverter,โ in KIPE Power Electronics Annual
Conf., pp. 145-146, 2016.
![URL](../../Resources/images/icon_url.png)
C.-Y. Liu, et al., โAn adaptive synchronous recti๏ฌcation driving strategy for bidirectional
full-bridge LLC resonant converter,โ Energies, vol. 14, no. 8, p. 2298, 2021.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
Biography
He received his M.S. degrees in Power Electronics Engineering from Sungkyunkwan
University, Suwon, Korea, in 2014. He is currently working toward Ph.D. degree in
electrical and computer engineering at Sungkyunkwan University. His research interest
is control of motor dirves and power conversion systems.
He received his M.S., and Ph.D. degrees in Power Electronics Engineering from Sungkyunkwan
University in 2016, he was taken over as a researcher by LG Electronics VC(VS) division,
and as a senior researcher, he developed inverters for driving electric vehivles at
LG Magna in 2021, and has been a professor at Pyeongtaek Universiti since 2023.
He received his B.S. and M.S. degrees in Electrical and Electronic Engineering
from Ajou University, Suwon, Korea, in 2015 and 2017, respectively. Since 2017, he
has been with Dawonsys Co., Ltd, Ansan, Korea. His current research interests include
motor drives and grid-connected systems.
He received the B.S. degree in Electrical and Electronic Engineering from Sungkyunkwan
University, South Korea, in 1989, and the M.S. and Ph.D. degrees in electronic and
electrical engineering from The State University of New York, University at Buffalo,
USA, in 1991 and 1994, respectively, He is currently working as a Professor with Sungkyunkwan
University, Suwon, South Korea. His main research interests include solar cells and
thin-film Transistor.
He was born in Korea, in 1955. He received his B.S. degrees in Electrical Engineering
from Sungkyunkwan University, Suwon, Korea, in 1978; and his M.S. and Ph.D. degrees
in Electrical Engineering from Seoul National University, Seoul, Korea, in 1980 to
1991, he was with the Department of Electrical Engineering, University of Tennessee,
Knoxville, TN, USA, as a Visiting Professor. Since 1988, he has been a member of the
faculty of Sungkyunkwan University, where he is a Professor in the College of Information
and Communication Engineering. He is also the director of the Samsung Energy Power
Research Center. He was the President of the Korean Institute of Power Electronics,
in 2010. Since 2011, he has been a director of the Korean Federation of Science and
Technology Societies. His current research interests include the power electronics
of electric machines, electri/hybrid vehicle drives, and power converters for renewable
energy system. He is a Senior Member of the Institute of Electrical and Electronics
Engineers(IEEE).