Introduction to Power Electronics

Introduction to Power Electronics by D. W. Hart

Chapter 4. Full-wave Rectifier

Contents

6 5

4 3상 전파 정류기

직류송전

3상 전파 제어 정류기

7 Commutation

3상 전파 정류기1

V^an

ia

V^O

- +

D4

D¹ D³

D6

iO

D⁵

D2

L O A

Vbn V^cn D

n

a

b

c

1. 매순간 브리지 상단 3개의 다이오드중 하나만 도통하며 이 다이오드의 애노드 에는 가장 높은 상전압이 연결된다.

2. 매순간 브리지 하단 3개의 다이오드중 하나만 도통하며 이 다이오드의 캐소드 에는 가장 낮은 상전압이 연결된다.

3. KCL에 의해 각상의 상/하단 다이오드는 동시에 도통될 수 없다.

4. 부하의 출력전압은 전원의 선간전압중의 하나이다.

5. 선간전압의 조합은 6개이며 매 60도 마다 전환이 이루어진다. (6펄수 정류기)

6 출력전압의 기본주파수는 전원주파수의 6배이다.



Van Vbn Vcn

0

0 ^₆ ³₆^{ 5}₆^{ 7}₆^{ 9}₆^{ 11}₆^

3상 전파 정류기2

V^an

i^a

V^O

- +

D4

D¹ D³

D6

i^O D⁵

D2

L O A

V^bn V^cn D

n

a

b

c

 2 wt

V^an

3 4

V^bn V^cn 전원

 2 3 ^4wt

브리지

0

0

t 2

3

 3



V^{o ab ac bc ba ca cb ab ac bc ba ca cb} V^an V^bn V^cn

6,1 1,2 2,3 3,4 4,5 5,6 6,1 1,2 2,3 3,4 4,5 5,6

 다이오드는 순차적으로 온/오프 된다.

 매순간 최대 선간 전압이 출력으로 부하의 양단에 나타난다.

3상 전파 정류기3

I^O

ID1

I^D2 I^D3 ID4

I^D5 ID6

I^a Van

i^a

VO

- +

D4

D¹ D³

D6

iO

D⁵

D2

L O A

V^bn V^cn D

n

a

b

c

 매순간 다이오드에 흐르는 전류는 KCL 을 각점(a,b,c)에 적용하여 구한다.

1 4

,

,

a D D b D D c D D

i  i  i i  i  i i  i  i

, ,

, ,

, ,

, ,

1 3 1

3 2 3 3

D avg O avg

D rms O rms

S rms O rms

L L rms S rms

I I

I I

I I

S V _ I









3상 전파 정류기4

6,12,18,...

2 3 ,

, ,

3

, 2

( ) cos( )

, 1 3

sin( ) ( ) 0.955

/ 3

6 6,12,18,...

( 1)

O O n O

n

m L L

O m L L m L L

m L L n

v t V V n t

where

V V t d t V V

V V n

n





 

 

 









 



  

  

 







VO

wt I^O

ID1

ID2

ID3

I^D4 I^D5 I^D6 I^a I^b

Ic

2 3 1 1

( ) (cos cos5 cos 7

5 7

1 1

cos11 cos13 ...)

11 13

a O O O O

O O

i t I t t t

t t

  



 

  

  

 3상 전파정류기의 출력은 리플이 작고, 따라서 적은 용량의 고조파 필터로 직류로 만들 수 있다.

 부하 인덕턴스가 상당히 크면 부하전류는 거의 직류가 된다.

고조파필터의 설계기법1

고조파필터의 설계기법2

Load

i

Zs

ih s

ih f

ih

Zf

Nonlinear Loads Source

Impedance

그림 A. LC 수동필터의 등가회로

고조파필터의 설계기법3

3상 전파 제어 정류기1

V^an

i^a

V^O

- +

S⁴

S¹ S³

S⁶

i^O S⁵

S²

L O A

V^bn V^cn D

n

a

b c

2 3 ,

, 3

,

1 3

sin( ) ( ) cos

/ 3

0.955 cos

m L L

O m L L

m L L

V V t d t V

V

 

 

  

 



 

 



 





 평균출력전압은 다음과 같이 구한다.

3상 전파 제어 정류기2

12펄스 정류기 1

V

V

V

 Wye-Delta 결선은 전원과 브리지 사이에 30도의 위상차를 만든다.

 전체 출력전압은 2개의 브리지의 출력의 합이다.

, ,

, , ,

, , ,

3 3 6

cos cos cos

2 cos(15 ) 1.932

O O Y O

m L L m L L m L L

O peak m L L m L L

V V V

V V V

V V V

  

  



  

 

 

  

  

V^O

- +

L O A D

Y Y

Y

V^OY

- +

- +

V^O

A B C

직류송전 1

1. 전송선의 인덕턴스가 ‘0’이 된다.

2. 용량성 리액턴스에 의한 손실이 없다.

3. 도선의 수가 3상 송전에 비해 적으며 따라서, 송전탑의 크기도 작아진다.

4. 전력 흐름의 제어가 용이하다.

5. 시스템의 안정성이 좋다.

6 서로 다른 주파수를 가진 시스템간의 연결이 용이하다.

7. 지연각을 조절하여 전력 흐름의 방향을 제어할 수 있다.

 주로 장거리 송전이나 해저 케이블을 이용하는 송전에 쓰이는데 장점은 아 래와 같다.

 단점

1. 말단에 고가의 컨버터, 필터, 제어시스템 이 필요하다.

직류송전 2

 24 펄스 시스템 (양극성 방식)

1. 전원고조파가 적고, 출력전압의 리플이 상당히 작다.

2. 하나의 12펄스 시스템이 동작하지 않더라도 접지를 이용하여 전류를 흘릴 수 있으므로 신뢰성이 있다.

Commutation (단상) 1

1. 전원 전압의 극성이 바뀌면 전원전류의 방향이 바뀐다.

2. 전원 인덕턴스 때문에 전류는 즉시 바뀌지 못하고 전환각 u동안 점진적으로 바뀐다.

3. 한쌍의 다이오드에서 다른 쌍의 다이오드 로 부하전류가 전달되며 이 기간중 전체 4 개의 다이오드 모두 온 상태 이다.

i^S

D4

D¹ D³

D2

Vmsin(wt)

I^O V^LS

+ -

Commutation (단상) 2

1 1

, sin( )

( ) 1 sin( ) ( )

(1 cos( )) since, ( )

( ) (1 cos( ))

2 2

cos (1 ) cos (1 )

, 1 sin( )

S O

S

L m

t

S m O

S

m

O S

O

m

O O

S

O S O S

m m

O m

t i I

v V t Ldi

dt

i t V t d t I

L

V t I

L

i u I

i u I V u I

L

I L I X

u V V

V V t d





 



  



 



 





 

 

 

 

 

   

  

       

   





에서

따라서 전환각 u는

평균부하전압은

( ) (1 cos )

2 (1 )

m u

m O S

O

m

t V u

V I X

V V

 





 

  



i^S

D4

D¹ D³

D2

Vmsin(wt)

I^O V^LS

+ -