지능형 전력 변환 실험실 ( IPCL ) Intelligent Power Conversion Laboratory

제 4 장 위상제어 정류 회로 제 4 장 위상제어 정류 회로

SCR 사이리스터 SCR 사이리스터

SCR : Silicon Controlled Rectifier

Turn on : v_AK > 0 & i_G > 0의 양의 게이트 전류 펄스 인가

Turn off : 외부 회로조건에 의해서 i_A < 0, t_q (turn-off time interval) 필요

SCR 사이리스터 SCR 사이리스터

4-1 기본 개념 4-1 기본 개념

§ SCR thyristor : controlled turn-on uncontrolled turn-off device

§ Diode rectifier : line-frequency ac à uncontrolled dc

§ Thyristor rectifier (PCR) : line-frequency ac ßà controlled dc

§ 직류출력전압조절 à 가변직류전원 : 직류전동기 속도제어장치, 전기도금장치, 배터리충전기, HVDC a = 0 : SCR à diode

a = p : <v_o> = 0

4-2-1 반파 위상제어 정류회로 : 저항 4-2-1 반파 위상제어 정류회로 : 저항

a

v_AK < 0 되면서 turn-off

4-2-2 전파 위상제어 정류회로-(1) 4-2-2 전파 위상제어 정류회로-(1)

0 < wt < p : T₁, T₄ forward bias, T₂, T₃ reverse bias p < wt < p : T₁, T₄ reverse bias, T₂, T₃ forward bias 0 < wt < p :

p < wt < p :

a p+a

4-2-2 전파 위상제어 정류회로-(2) 4-2-2 전파 위상제어 정류회로-(2)

4-3-1 전파 위상제어 정류회로: 유도부하-(1) 4-3-1 전파 위상제어 정류회로: 유도부하-(1)

L의 크기에 따라 연속 전류, 불연속 전류 L이 매우 큰 경우 à i_o 리플전류 = 0

PCR의 동작특성, 교류 입력측의 역률과 고조파 분석

4-3-1 전파위상제어 정류회로: 유도부하-(2) 4-3-1 전파위상제어 정류회로: 유도부하-(2)

S L S

L L S

4-3-1 전파위상제어 정류회로: 유도부하-(3) 4-3-1 전파위상제어 정류회로: 유도부하-(3)

p< wt < p+a : T₁, T₄ on, v_o < 0

1) 인덕터를 통해 흐르는 전류는 연속이므로 T₁, T₄의 turn-off는 불가능

2) T₂, T₃는 forward bias 되어 있으므로 , T₂, T₃ gate 신호를 인가되면 turn-on 3) T₁, T₄ reverse bias 되므로, T₁, T₄ 는 turn-off 됨 (Natural commutation)

=0.9Vcosa

è -0.9V < v_o < 0.9V

4-3-1 전파위상제어 정류회로: 유도부하-(4) 4-3-1 전파위상제어 정류회로: 유도부하-(4)

a = 90 : < v

> = 0

a > 90 : < v

> < 0 a < 90 : < v

> > 0

a a 0 . 9 cos 2 cos

2 V V

v

>= =

<

4-3-1 전파위상제어 정류회로: 유도부하-(5) 4-3-1 전파위상제어 정류회로: 유도부하-(5)

4-3-2 환류다이오드-(1) 4-3-2 환류다이오드-(1)

4-3-2 환류다이오드-(2) 4-3-2 환류다이오드-(2)

Full wave rectifier with R load

§ wt > p 1) v_s < 0

2) D_F(freewheeling diode) 가 forward bias à turn-on

3) I_O à i_D, T₁, T₄ reverse bias 되어있으므로 T₁, T₄ 는 turn-off 됨

§ p < wt < p+a

v_o = 0, i_s= 0, i_o 는 D_F를 통해 freewheeling 한다.

4-3-3 정전압 직류출력-(1) 4-3-3 정전압 직류출력-(1)

4-3-3 정전압 직류출력-(2) 4-3-3 정전압 직류출력-(2)

단상 교류전원 à 정전압 (constant voltage) 직류 전원으로 변환 L & C à LC low pass filter à v_o의 평활화

L : 전류 리플 성분 감쇄

C : 인덕터 전류 i_L 의 리플 성분 흡수

2^nd order low pass filter : less ripple at v_o by LC filter In steady state,

<v_o> = <v_x> since <v_L>=0

<i_R> = <i_L> since <i_C> = 0

4-3-3 정전압 직류출력-(3) 4-3-3 정전압 직류출력-(3)

출력전압 v_O 일정

i_L = i_C + i_R v_X = v_L + v_O

v_L = v_X - v_O

i_C = i_L - i_R

4-3-3 정전압 직류출력-(4) 4-3-3 정전압 직류출력-(4)

C >> à no ripple in v_o

커패시터 전류 i_c는 인덕터 전류 i_L의 교 류성분이며, 출력전 류 i_R은 직류성분임 동일 면적

4-3-3 정전압 직류출력-(5) 4-3-3 정전압 직류출력-(5)

t₁ t₂ t₁^/

4-3-3 정전압 직류출력-(6) 4-3-3 정전압 직류출력-(6)

인덕터 전류 i_L이 연속과 불연속의 경계에서 동작할 때의 임계 인덕턴스 L_c i_L(t₁) = i_L(t₂) = 0

<v_L> = 0

동일 면적

t₁ t₂

t₁ +0

4-3-3 정전압 직류출력-(7) 4-3-3 정전압 직류출력-(7)

<i_c> = 0

a p+a

이므로 p ^cosa

2

2 V

v_o =

4-3-3 정전압 직류출력-불연속모드 4-3-3 정전압 직류출력-불연속모드

L < L

전류 불연속 구간

동일 면적 v_L=v_x-v_o

불연속모드 <v_o>

>

2

1 t t

t < <

1

2 t t

t -p < <

p -

<

< ₂

0 t t

t₂-p t₁ t₂

4-3-3 정전압 직류출력-(7) 4-3-3 정전압 직류출력-(7)

예제 4-7 예제 4-7

v_s = 220V, 60Hz, R=20W, C = infinity (ripple free), a= 30’, V_o= 190V

a) 인덕터 전류는 연속 or 불연속 ? 연속모드인 경우

However, V_o = 190V > 172V (연속모드) à불연속모드

b) 인덕터 전류 iL의 평균값 ? V V

v_o 2 2 cos 172

=

>=

< a

p

R A i V

i_L >=< _R >= ^O =9.5

<

4-3-4 역률–(1) 4-3-4 역률–(1)

4-3-4 역률-(2) 4-3-4 역률-(2)

S S

I DPF I S

PF = P = × ¹

O S

O S

I I

i i

=

=

|

|

a = 0’ à PF =1 운전범위 : 0 < a

< 180’

전파정류 + 저항부하

p a p

a 2

2 1- +sin

= R I_O V^S

4-3-4 역률-(3) 4-3-4 역률-(3)

S S

S

S S

S O

O S

S O

I I

I

I DPF I PF

R V I

i I

V R I S PF P

9 . 2 0

1 4

2 cos 2

1

1

=

×

×

=

×

=

=

>=

=<

=

=

p

p a

a=0’à PF=0.9 a= 90’ à <v_o>=0,

<i_o> à no power transfer

운전범위 : 0 < a

< 90’

S O

V R I S PF = P =

4-3-4 역률-(4) 4-3-4 역률-(4)

유도상 부하에서 a > 90’ 이면 PF < 0

4-3-6 전원측 인덕턴스의 영향-(1) 4-3-6 전원측 인덕턴스의 영향-(1)

source

impedance waveform comparison

between w/ L_s and w/o L_s

u : overlap angle (commutation angle) wt < a : i_s = -I_o

a < wt < a +u : is : -I_o à I_o T₁ ~ T₄ all on wt > a +u : i_s=I_o

4-3-6 전원측 인덕턴스의 영향-(2) 4-3-6 전원측 인덕턴스의 영향-(2)

u : overlap angle

(commutation angle) : T₂(T₃)로 흐르는 전류가

T₁(T₄)로 전류(commutation) 되는 과정

중복구간 (overlap interval) a< wt < a +u : is :

-I_o à I_o T₁ ~ T₄ all on 중복각 u는 지연각 a , 전원 측 인덕턴스 L_s, 부하전류 I_o 및 전원전압 V에 의해 결정 된다.

A

=A

중복구간 (overlap interval) a < wt < a+u 동안

( )

´

4-3-6 전원측 인덕턴스의 영향-(3) 4-3-6 전원측 인덕턴스의 영향-(3)