3.3 AFE 정류기
3.3.2 AFE 정류기의 특징
1) 전력변환 원리
AFE 정류기는 교류 입력전류 의 크기와 위상을 제어하면서 정류기의 전력 을 변환하므로 교류전원과 정류기 사이의 인덕터‘’에 인가되는 전압의 크 기를 제어해야 한다. 하지만 교류전원은 고정되어 있으므로 결국 정류기 입력
전압 의 제어를 통해서 를 조정한다. Fig 3.11은 AFE 정류기의 등가회로 를 나타낸 것이다.
Fig 3.11 Single phase model of AFE rectifier
는 기본 주파수, 전압 크기 및 위상의 제어량을 가지지만 기본 주파수는 교류전원과 동일해야 하므로 의 크기와 위상의 제어를 통해서 전력제어를 하게 되며
각 상의 전압과 입력 인덕터에 걸리는 전압 은 다음 식과 같다. (3-7)
(3-8) 여기서,
는 각 상의 교류입력전원, 은 인덕터 전압, 는 정류기 입력 전압이다.Fig 3.12와 Fig 3.13은 정류기의 입력전압 를 제어함으로서 변화되는 교류 입력전류 를 페이저도로 나타낸 것이다. Fig 3.12에서 의 크기가
보다 크고, 위상은 지연되도록 하여 와
를 동상으로 만든다. 의 크기를 증가시 키려면 의 크기를 증가시키면서 동시에 위상각 도 증가시켜야 하며, 반대 로 를 감소시키려면 의 크기를 줄이면서 위상각 를 줄여야 한다. 이러한 방식으로 항상 역률을 ‘1’인 상태로 유지하면서 정류기는 정류모드로 동작한 다.Fig 3.12 Power Factor = 1 (in phase)
Fig 3.13은 의 위상이
보다 앞서게 함으로서 교류 입력전류 의 위상과 교류입력 전압
의 위상이 차이가 나도록 하는 경우이다. 이러한 동작은 직류전원으로부터 교류전원으로 전력이 회생될 때 이루어지며 이때 정류기는 인버터와 같이 동작하고 AFE 정류기의 직류에 교류전동기를 구동하고자 하는 인버터가 접속된 경우에는 교류전동기의 회생제동 시 발생되는 에너지를 교류 전원으로 되돌리고자 할 때 이용한다.Fig 3.13 Power Factor = -1 (negative phase)
2) 기존의 전원 전압 위상각 검출
기존 AFE 정류기는 제어를 위한 위상각 를 구하기 위해서 영점 교차(Zero Crossing)기법을 사용한다. 영점 교차기법은 Fig 3.14와 같이 전원 전압을 측정 하여 반주기마다 나타나는 ‘0’을 찾아 현재 위상각 를 추정한다.
Fig 3.14 Block diagram of zero crossing
Fig 3.15와 같이 위상각을 구하기 위해
상의 전원 전압이 양에서 음으로 바 뀌는 순간을 기준각 로 설정하여 제어 위상각 를 구하거나 3상 전원
를 정지좌표계 축으로 좌표변환하여
와
를 구한 뒤 식 (3-9)와 같이 직접 필요한 위상각 를 구할 수 있다. tan
(3-9)
Fig 3.15 Relationship between supply voltage and phase angle of zero crossing technique
영점 교차기법은 간단하게 위상각을 구할 수 있는 장점이 있지만, 위상의 검 출이 영점에서만 가능하기 때문에 위상각의 추정속도가 느리며 고조파나 Fig
3.16과 같은 전압 노칭 등의 노이즈 발생으로 식 (3-10)의 전원 전압이 순간적 으로 영점을 지날 경우에는 위상 측정에 오류가 발생한다. 이와 같은 경우에는 위상각을 정확하게 측정하는 것이 불가능하고 실제 위상각과 오차가 있는 위상 각의 검출로 인해 정류기 제어가 불안정해지며 출력전압에 헌팅을 동반할 수 있다.
(3-10)
Fig 3.16 Example of voltage notching