50kW급 전자석 구동을 위한 2상한 초퍼 설계

Abstract

철강산업의 발달과 전기기기의 다변화로 정류된 DC전압을 가지고 전자석을 구동하기 위한 전력변환기로서의 초퍼의 응용분야가 점점 대두되고 있다. 또한 차세대 운송수단인 자기부상열차의 흡인식 부상용 전자석을 위한 초퍼 및 초퍼 드라이버에 사용되는 2상한 초퍼의 상업적인 설계방안이 국내 및 국외에 다각도로 제시되고 있다. 따라서 본 연구에서는 2상한 초퍼의 안정적이고 효율적인 설계방법을 연구하고 실험하였다. 이를 바탕으로, 2상한 초퍼의 실제적인 사용방법 중 하나인 자기부상열차에 적용함으로서 안정적인 운전이 가능하도록 하는 설계의 타당성을 조사하고, 효율적이고 경제적인 설계모델을 제시하고자 한다. 특히, 2상한 초퍼는 간단한 구조를 가지고 효율적인 전력변환이 용이한 구성으로 부가적인 보완구조를 전기적으로 구성하는 것이 필요하다. 이는 회생전류의 재사용과 돌입전류의 방어를 위한 회로가 포함된다. 또한, 실제 초퍼의 전력회로를 제어하기 위한 제어기기의 설계방안과 제어방식 및 실험실과 현장에서 이루어진 초퍼의 전류출력의 실제파형을 관측하고 보다 안정적인 운전이 이루어질 수 있도록 하는 방안에 대해서 중점을 두고 연구하였다. 본 연구에서 이러한 초퍼의 설계방법과 함께 초퍼를 운전하는 제어기를 제작하여 시험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 2상한 초퍼의 전류출력은 전력스위칭 소자인 IGBT로 이루어진 half-bridge와 DC링크 전압의 입력단에서 돌입전류를 제한하는 전압입력회로, 그리고 정확한 초퍼제어를 위한 제어기가 안정적으로 설계되어야 하며, 50kW급의 전자석을 구동하기 위해서는 각각의 기능들이 충분한 용량과 운전범위를 가져야 하며, 유기적으로 결합하여 동작되어야 하며 이러한 결론을 가지고 실제 상업운전을 위한 초퍼가 설계되어야 한다.