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ABSTRACT
The proposed APS (Auxiliary Power Supply), which has the capacity of 15[kVA] and consists of converter, inverter, battery charger and high frequency transformer will be installed on the Singapore Upgrading Trains.
Until now from the middle of last year, the proposed APS has performed the performance test of IEC standard and passed successfully.
In this paper, we describe the structure and the performance of APS, which shows the high efficiency, stable output voltage
control and prevention of EMC/EMI interference.
Fig 1. Auxiliary Power Supply Main Circuit
Table 1. Auxiliary Power Supply Specification Description
Description Description
Description Rating Rating Rating Rating Main Circuit IGBT Converter / Inverter
Control Method Digital pulse width modulation(PWM) Cooling Method Natural air cooling with heatsink
Capacity Rating 15 KVA
INPUT Rated Voltage DC 750V
Operating Range DC 450 ~ 900V
AC OUTPUT
Output Power 4 KVA
Rated Voltage AC 230Vrms
Rated Frequency 50 Hz
Harmonic Distortion Less than 5%
Over Load 150%, 1min.
DC OUTPUT
Rated Voltage DC 110V
Output Power 11 KW
Efficiency in Rated Condition More than 90%
Audible Noise 70 dB max measured at 1m from the APS
Environment Operation Temperature -25
oC ~ +40
oC
Fig 2. DC/DC Converter Stack Fig 3. DC/AC Inverter Stack
Fig 4. Front Side Arrangement Fig 5. Back Side Arrangement
Fig 6. Cu Plate Fig 7. Ferrite Core
E=4.44FN ( = Bc*S) 와 같으나 Switching 주파수가 3[kHz]에서도 안정적인 동작을 보장하고, 작업상의 권선수를 맞추기 위해 적정한 임의의 값을 결정 하였다.
Coil 도체에 일정한 전류 분포를 이루기 위해 샌드위치 권선 방식을 적용하였으며, Core 조립 시 DC 성분에 의한 자기 포화를 감소하기 위하여 Core사이에 일정 Gap을 두었다. 또한 Frame 조립 시 고주 파로 인한 주변의 유도가열을 방지하기 위해 Core, Coil에 근접하는 부분은 절연물을 이용한 Frame 구조로 이를 방지 하였다.
페라이트 Core는 100[kHz]까지의 높은 주파수에도 사용이 가능하나 Core 단면적의 부족, Coil 발열 에 의한 열전도 등에 의해 Core의 온도가 약 100
oC를 초과하면서 서서히 자기특성이 저하되어 자기 포화를 초래할 수 있으므로 가능한 Core가 과열되지 않도록 주의가 필요하다.
DC/DC Converter는 전압 제어 루프(outer loop)와 전류 제어 루프(inner loop)가 직렬(cascade)로 구성되어 있다.
이와 같이 직렬로 구성하는 이유는 제에기의 안정성을 높이기 위함이며, 전류 제어기 샘플링 주파수
(200us)를 전압 제어 루프(outer loop)의 샘플링 주파수(2ms) 보다 높임으로써 전압 제어 루프 제어기
를 쉽게 설계할 수 있고, 또한 전류 제어 loop의 전류를 쉽게 제한 할 수 있는 장점이 있다.
제어는 500us의 주기로 제어를 수행하며, 제어에 사용되는 PI제어의 게인은 DC/DC Converter에서와 동일한 방법으로 얻었을 수 있었다.
출력전압은 부하가 모터부하임을 산정하여 V/F 일정제어로 전압을 상승시켜 출력전압을 생성한다.
Fig 8. Auxiliary Power Supply Test Composition and Block Diagram
Fig 9. 4040 Hz ~ 6040 Hz [40 mA] Fig 10. 0~120 Hz [15A]
Fig 11. 1700 Hz ~ 2640 Hz [40 mA] Fig 12. 28 kHz ± 0.9 kHz [3 mA]
4.2k 4.4k 4.6k 4.8k 5.0k 5.2k 5.4k 5.6k 5.8k 6.0k 10µ
100µ 1m 10m 100m 1
14.4 mA@ 5.88 kHz
Amplitude[A]
Frequency[Hz]
0 20 40 60 80 100 120 140
10µ 100µ 1m 10m 100m 1
668.52 mA @120 Hz
Amplitude[A]
Frequency[Hz]
1.7k 1.8k 1.9k 2.0k 2.1k 2.2k 2.3k 2.4k 2.5k 2.6k 10µ
100µ 1m 10m 100m 1
16.66 mA @1.8 kHz
Amplitude[A]
Frequency[Hz]
27.2k 27.4k 27.6k 27.8k 28.0k 28.2k 28.4k 28.6k 28.8k 10µ
100µ 1m
0.12 m A @ 27.6 kHz
Amplitude[A]
Frequency[Hz]
