파워 일렉트로닉스

Power electronics
이 기사는 전력 전자제품의 기술에 관한 것이다.음악 장르는 파워 일렉트로닉스(음악)를 참조하십시오.
스웨덴 발트케이블 AB 홀에 높이 16.8m의 HVDCthyristor 밸브 타워
배터리 충전기는 전력 전자 장치의 한 예입니다.
PC의 전원 장치는 캐비닛 내부 또는 외부에 관계없이 전원 장치의 한 예입니다.

전력 전자제품은 전력의 제어와 변환에 전자제품을 적용하는 것이다.

최초의 고출력 전자 장치는 수은 아크 밸브를 사용하여 만들어졌다.최신 시스템에서는 다이오드, 사이리스터, 파워 MOSFET 및 IGBT 등의 파워 트랜지스터 등의 반도체 스위칭 디바이스를 사용하여 변환이 이루어집니다.신호 및 데이터의 전송 및 처리에 관한 전자시스템과는 달리 전력전자제품에서는 상당한 양의 전기에너지가 처리된다.AC/DC 컨버터(교정기)는 텔레비전, 개인용 컴퓨터, 배터리 충전기 등과 같은 많은 가전제품에서 볼 수 있는 가장 일반적인 전력 전자기기이다.전력 범위는 보통 수십 와트에서 수백 와트입니다.업계에서는 일반적으로 유도 모터를 제어하는 데 사용되는 가변 속도 구동(VSD)을 사용합니다.VSD의 전력 범위는 수백 와트에서 시작하여 수십 메가와트로 끝납니다.

전력 변환 시스템은 입력 및 출력 전력의 유형에 따라 분류할 수 있습니다.

역사

파워 일렉트로닉스는 수은아크 정류기의 개발로 시작되었다.1902년 Peter Cooper Hewitt에 의해 발명되었으며 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 데 사용되었습니다.1920년대부터 동력 전달에 티라트론과 그리드 제어 수은 아크 밸브를 적용하는 연구가 계속되었다.Uno Lamm은 고전압 직류 전력 전송에 적합한 등급 전극이 있는 수은 밸브를 개발했습니다.1933년에 셀레늄 정류기가 [1]발명되었다.

줄리어스 에드가 릴리엔펠트는 1926년에 전계효과 트랜지스터의 개념을 제안했지만,[2] 그 당시에는 실제로 작동하는 장치를 만드는 것이 불가능했다.1947년 Bell 연구소의 William Shockley의 지시로 Walter H. Brattain과 John Bardeen에 의해 양극성 점 접촉 트랜지스터가 발명되었습니다.1948년 쇼클리의 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 발명은 트랜지스터의 안정성과 성능을 향상시키고 비용을 절감했습니다.1950년대에는 고출력 반도체 다이오드가 보급되어 진공관을 대체하기 시작했다.1956년 General Electric에 의해 실리콘 제어 정류기(SCR)가 도입되어 전력 전자 장치의 [3]적용 범위가 크게 넓어졌습니다.1960년대까지 양극 접합 트랜지스터의 향상된 스위칭 속도는 고주파 DC/DC 컨버터를 가능하게 했습니다.

R. D. 미들브룩은 전력 전자제품에 중요한 기여를 했다.1970년, 그는 [4]Caltech에서 Power Electronics Group을 설립했습니다.그는 분석의 상태 공간 평균화 방법과 현대 전력 전자 장치 설계에 [5]중요한 다른 도구를 개발했습니다.

전원 MOSFET

주요 기사:전원 MOSFET
참고 항목: MOSFET, VMOS, LDMOS 및 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터

1959년 벨 연구소에서 모하메드 아탈라와 다원 칸이 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터)를 발명하면서 전력 전자제품의 비약적인 발전이 이루어졌다.MOSFET 트랜지스터의 세대는 파워 설계자가 바이폴라 [6]트랜지스터에서는 불가능한 성능과 밀도 수준을 달성할 수 있도록 했습니다.MOSFET 기술의 향상(원래 집적회로 생산에 사용됨)으로 인해 1970년대에 전력 MOSFET를 사용할 수 있게 되었습니다.

1969년, 히타치는 최초의 수직 전력 MOSFET를 [7]도입했습니다.이 MOSFET는 나중에 VMOS(V-groove MOSFET)[8]로 알려지게 되었습니다.1974년부터 야마하, JVC, 파이오니어, 소니, 도시바가 파워 MOSFET를 탑재한 오디오 앰프를 [9]제조하기 시작했다.국제 정류기는 1978년에 [10]25A, 400V 전원 MOSFET를 도입했습니다.이 소자는 바이폴라 트랜지스터보다 높은 주파수에서 작동할 수 있지만 저전압 용도로 제한됩니다.

파워 MOSFET는 낮은 게이트 드라이브 전력, 빠른 스위칭 속도,[11] 쉬운 고급 병렬 처리 기능,[11][12] 넓은 대역폭, 견고성, 쉬운 드라이브, 단순한 바이어싱, 적용 용이성 및 손쉬운 [12]수리로 인해 세계에서 가장 일반적인 전력 장치입니다.휴대형 정보기기, 전력집적회로, 휴대전화, 노트북, 인터넷을 [13]가능하게 하는 통신 인프라 등 다양한 전력 전자 애플리케이션을 갖추고 있다.

1982년에는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)가 도입되었습니다.그것은 1990년대에 널리 보급되었다.이 구성 요소는 바이폴라 트랜지스터의 파워 핸들링 기능과 파워 MOSFET의 절연 게이트 구동의 장점을 가지고 있습니다.

장치들

다음 항목도 참조하십시오.전력 반도체 장치

전력 전자 시스템의 기능과 경제성은 사용 가능한 활성 장치에 따라 결정됩니다.이러한 특징과 제한은 전력 전자 시스템 설계에서 중요한 요소입니다.이전에는 수은 아크 밸브, 고진공 및 가스 충전 다이오드 열전자 정류기, 티라트론 및 이그니트론과 같은 트리거 장치가 전력 전자제품에 널리 사용되었습니다.전압과 전류 처리 능력 모두에서 솔리드 스테이트 디바이스의 등급이 향상됨에 따라 진공 디바이스는 거의 완전히 솔리드 스테이트 디바이스로 대체되었습니다.

전원 전자 장치는 스위치 또는 [14]증폭기로 사용할 수 있습니다.이상적인 스위치는 개방 또는 폐쇄 상태이므로 전원이 소산되지 않습니다. 즉, 인가 전압을 견디고 전류를 통하지 않거나 전압 강하 없이 모든 양의 전류를 통합니다.스위치로 사용되는 반도체 디바이스는 이 이상적인 특성에 근접할 수 있습니다.따라서 대부분의 전력 전자 애플리케이션은 스위치 장치의 온/오프를 필요로 합니다.이 때문에 스위치로 소비되는 전력은 매우 적기 때문에 시스템의 효율이 매우 높아집니다.반면 증폭기의 경우 제어된 입력에 따라 장치를 통과하는 전류가 연속적으로 변화한다.디바이스 단자의 전압과 전류는 부하 라인을 따르며, 부하에 공급되는 전력에 비해 디바이스 내부의 전력 소모가 큽니다.

디바이스의 사용방법은 몇 가지 Atribut에 의해 결정됩니다.다이오드 등의 장치는 정방향 전압이 인가될 때 전도되며 전도 개시에 대한 외부 제어가 없습니다.실리콘 제어 정류기 및 사이리스터(수은 밸브 및 티라트론도 포함)와 같은 전원 장치는 전도 시작을 제어할 수 있지만, 이를 끄려면 전류 흐름의 주기적인 역전에 의존합니다.게이트 끄기 사이리스터, BJT 및 MOSFET 트랜지스터와 같은 장치는 완전한 스위칭 제어를 제공하며 이러한 장치를 통과하는 전류 흐름에 관계없이 켜거나 끌 수 있습니다.트랜지스터 소자는 비례 증폭도 가능하지만, 수백 와트 이상의 정격 시스템에서는 거의 사용되지 않습니다.장치의 제어 입력 특성도 설계에 상당한 영향을 미칩니다. 경우에 따라 제어 입력은 접지에 대해 매우 높은 전압이며 격리된 전원에 의해 구동되어야 합니다.

전력 전자 변환기는 효율이 매우 높기 때문에 전력 전자 장치에 의해 발생하는 손실은 가능한 한 낮아야 한다.

디바이스의 스위칭 속도는 다릅니다.일부 다이오드 및 사이리스터는 비교적 느린 속도에 적합하며 전력 주파수 전환 및 제어에 유용합니다. 일부 사이리스터는 몇 킬로헤르츠에서 유용합니다.MOSFETS나 BJT등의 디바이스는, 전력 애플리케이션에서는 최대 수메가헤르츠까지 수십킬로헤르츠로 전환할 수 있습니다만, 전력 레벨은 저하하고 있습니다.진공관 장치는 매우 높은 주파수(수백 또는 수천 MHz)에서 고출력(수백 킬로와트)을 지배합니다.스위칭 디바이스의 고속화에 의해, 온/오프 전환시의 에너지 손실을 최소한으로 억제할 수 있습니다만, 방사된 전자파 간섭에 관한 문제가 발생할 가능성이 있습니다.게이트 구동(또는 동등한) 회로는 장치를 통해 가능한 최대 전환 속도를 달성하기에 충분한 구동 전류를 공급하도록 설계되어야 합니다.빠르게 전환할 수 있는 충분한 구동력이 없는 장치는 과도한 가열에 의해 파괴될 수 있다.

실제 디바이스는 전원이 켜지면 전압이 0이 아닌 강하 및 소산되며 활성 영역을 통과하여 "On" 또는 "Off" 상태가 될 때까지 시간이 걸립니다.이러한 손실은 컨버터의 총 손실 전력의 상당 부분을 차지합니다.

전력의 취급과 디바이스의 소산도 설계에 있어서 중요한 요소입니다.전력 전자 장치는 수십 와트 또는 수백 와트의 폐열을 방출해야 하며, 심지어 전도 상태와 비전도 상태를 가능한 한 효율적으로 전환해야 할 수도 있습니다.스위칭 모드에서는 제어되는 전력이 스위치로 방산되는 전력보다 훨씬 커집니다.전도 상태의 순방향 전압 강하는 방열되어야 하는 열로 변환됩니다.고출력 반도체는 접합 온도를 관리하기 위해 특수 히트싱크 또는 능동 냉각 시스템이 필요합니다. 실리콘 카바이드와 같은 이국적인 반도체는 이 점에서 직선의 실리콘보다 유리하며, 한때 고체 전자제품의 주류가 고온 프로펠러로 인해 거의 사용되지 않게 되었습니다.rties.

반도체 장치는 하나의 장치에 최대 수 킬로볼트의 정격으로 존재합니다.매우 높은 전압을 제어해야 하는 경우에는 여러 장치를 직렬로 사용하여 모든 장치에서 전압을 균등하게 해야 합니다.마찬가지로 스위칭 속도는 가장 느린 스위칭 디바이스는 전체 전압의 불균형한 점유율을 견뎌야 하기 때문에 매우 중요합니다.한때 수은 밸브는 단일 장치에서 정격 100kV로 사용 가능하여 HVDC 시스템에 쉽게 적용할 수 있었습니다.

반도체 장치의 전류 정격은 다이 내에서 발생하는 열과 상호 연결 리드의 저항으로 발생하는 열에 의해 제한됩니다.반도체 장치는 내부 접합부(또는 채널)에 전류가 균등하게 분배되도록 설계해야 합니다. 일단 "핫 스폿"이 발생하면 고장 효과가 장치를 빠르게 파괴할 수 있습니다.특정 SCR은 1개의 유닛에서 3000암페어까지의 전류정격을 사용할 수 있습니다.

DC/AC 컨버터(인버터)

주요 기사 : 파워 인버터

DC-AC 변환기는 DC 소스에서 AC 출력 파형을 생성합니다.응용 프로그램에는 조정 가능한 속도 드라이브(ASD), 무정전 전원 장치(UPS), 플렉시블 AC 전송 시스템(FACT), 전압 보상기 및 태양광 인버터가 포함됩니다.이러한 변환기의 토폴로지는 전압원 인버터와 전류원 인버터의 두 가지 범주로 구분할 수 있습니다.독립적으로 제어되는 출력이 전압 파형이기 때문에 전압 소스 인버터(VSI)의 이름이 지정됩니다.마찬가지로 전류 소스 인버터(CSI)는 제어된 AC 출력이 전류 파형이라는 점에서 구별됩니다.

DC에서 AC로의 전력 변환은 일반적으로 완전히 제어 가능한 반도체 전원 스위치인 전원 스위칭 장치의 결과입니다.따라서 출력 파형은 이산 값으로 구성되므로 부드러운 전환이 아닌 빠른 전환을 생성합니다.일부 애플리케이션에서는 AC 전원의 사인파 파형의 대략적인 근사치라도 충분합니다.정현파형에 가까운 파형이 필요한 경우 스위칭 디바이스는 원하는 출력 주파수보다 훨씬 빠르게 동작하며 평균 출력이 거의 정현파 상태가 되도록 어느 한 상태에서 보내는 시간이 제어됩니다.일반적인 변조 기술에는 반송파 기반 기술 또는 펄스 폭 변조, 공간 벡터 기술 및 선택적 고조파 [15]기술이 포함됩니다.

전압원 인버터는 단상 및 3상 애플리케이션 모두에서 실용적으로 사용됩니다.단상 VSI는 하프 브릿지 및 풀 브릿지 구성을 사용합니다.또, 멀티 셀 구성으로 사용하는 경우는, 전원 장치, 단상 UPS, 및 고도의 고전력 토폴로지에 폭넓게 사용됩니다.3상 VSI는 ASD, UPS와 같은 사인파 전압 파형과 STATCOM과 같은 일부 유형의 FACTS 장치가 필요한 애플리케이션에 사용됩니다.또한 활성 전원 필터 및 전압 보정기의 [15]경우처럼 임의 전압이 필요한 애플리케이션에도 사용됩니다.

전류 소스 인버터는 DC 전류 공급기에서 AC 출력 전류를 생성하는 데 사용됩니다.이 유형의 인버터는 고품질 전압 파형이 필요한 3상 애플리케이션에 적합합니다.

다단계 인버터라고 불리는 비교적 새로운 종류의 인버터가 널리 관심을 끌고 있다.CSI 및 VSI의 정상적인 동작은 전원 스위치가 양극 또는 음극 DC 버스에 연결되어 있기 때문에 2레벨 인버터로 분류할 수 있습니다.인버터 출력 단자에서 세 개 이상의 전압 레벨을 사용할 수 있는 경우 AC 출력이 사인파에 더 잘 근접할 수 있습니다.이러한 이유로 다단계 인버터는 더 복잡하고 비용이 많이 들지만 더 높은 [16]성능을 제공합니다.

각 인버터 타입은 사용되는 DC 링크와 자유분사 다이오드가 필요한지 여부에 따라 다릅니다.용도에 따라 사각파 모드 또는 펄스 폭 변조(PWM) 모드로 작동시킬 수 있습니다.사각파 모드는 단순성을 제공하는 반면, PWM은 여러 가지 방법으로 구현될 수 있으며 고품질 [15]파형을 생성합니다.

전압원 인버터(VSI)는 출력 인버터 섹션을 약 정전압 [15]소스에서 공급합니다.

현재 출력 파형의 원하는 품질에 따라 특정 응용 프로그램에 대해 선택해야 하는 변조 기법이 결정됩니다.VSI의 출력은 이산값으로 구성됩니다.원활한 전류 파형을 얻으려면 선택된 고조파 주파수에서 로드가 유도되어야 합니다.소스와 로드 사이의 유도 필터링이 없으면 용량성 로드로 인해 로드가 크고 빈번한 전류 [15]스파이크와 함께 끊긴 전류 파형을 수신하게 됩니다.

VSI에는 크게 세 가지 유형이 있습니다.

  1. 단상 하프 브리지 인버터
  2. 단상 풀브리지 인버터
  3. 삼상 전압원 인버터

단상 하프 브리지 인버터

그림 8: ASD의 AC 입력
그림 9: 단상 하프 브리지 전압원 인버터

단상전압원 하프브릿지 인버터는 저전압용이며 전원장치에서 [15]일반적으로 사용됩니다.그림 9는 이 인버터의 회로도를 나타내고 있습니다.

하위 전류 고조파는 인버터의 작동에 의해 소스 전압으로 다시 주입됩니다.즉, 이 [15]설계에서는 필터링을 위해 2개의 대형 캐패시터가 필요합니다.그림 9와 같이 인버터의 각 레그에서 동시에 켤 수 있는 스위치는 1개뿐입니다.레그내의 양쪽 스위치가 동시에 온이 되어 있는 경우, DC전원은 단락됩니다.

인버터는 여러 변조 기법을 사용하여 스위칭 방식을 제어할 수 있습니다.반송파 기반 PWM 기술은 AC 출력 파형 v를c 반송파 전압 신호 v와Δ 비교합니다. v가 v보다Δ 크면 Sc+가 켜지고 v가 v보다Δ 작으면c S-가 켜집니다.AC 출력이 주파수 fc에 있고 진폭은c v이고 삼각 반송파 신호가 주파수Δ f에 있고 진폭은Δ v인 경우 PWM은 [15]반송파 기반 PWM의 특별한 정현파 케이스가 됩니다.이 경우를 정현파 펄스 폭 변조(SPWM)라고 합니다.이를 위해 변조 지수 또는 진폭-변조 비율은 m = vc/v로a∆ 정의됩니다.

정규화된 반송파 주파수 또는 주파수 변조 비율은 방정식f m∆ = [17]f/f를c 사용하여 계산됩니다.

과변조 영역 ma가 1을 초과하면 포화 상태가 되더라도 더 높은 기본 AC 출력 전압이 관찰됩니다.SPWM의 경우 출력 파형의 고조파는 주파수와 진폭이 명확하게 정의됩니다.이것에 의해, 인버터의 동작으로부터 하위 전류 고조파 주입에 필요한 필터링 컴퍼넌트의 설계가 간소화됩니다.이 작동 모드에서 최대 출력 진폭은 소스 전압의 절반입니다.최대 출력 진폭 m이a 3.24를 초과하면 인버터의 출력 파형은 사각파가 [15]됩니다.

펄스 폭 변조(PWM)의 경우와 마찬가지로 사각파 변조용 레그의 양쪽 스위치를 동시에 켤 수 없습니다.이 경우 전압원에서 단락이 발생하기 때문입니다.스위칭 방식에서는 AC 출력 주기의 절반 주기 동안 S+[15]와 S-가 모두 켜져 있어야 합니다.기본 AC 출력 진폭은 v = vaN = 2vi/126과 같습니다o1.

고조파의 진폭은 v = vo1/h입니다oh.

따라서 AC출력전압은 인버터에 의해 제어되는 것이 아니라 [15]인버터의 DC입력전압의 크기에 의해 제어됩니다.

변조 기법으로 SH(선택적 고조파 제거)를 사용하면 인버터 스위치를 통해 고유 고조파를 선택적으로 제거할 수 있습니다.AC 출력 전압의 기본 구성 요소도 원하는 범위 내에서 조정할 수 있습니다.이 변조기법으로 얻을 수 있는 AC출력전압은 홀수 반파대칭과 홀수 1/4파대칭이므로 고조파는 존재하지 [15]않습니다.출력 파형에서 바람직하지 않은 홀수(N-1) 고유 고조파를 제거할 수 있습니다.

단상 풀브리지 인버터

그림 3: 단상 전압원 풀 브리지 인버터
그림 4: 바이폴라 펄스 폭 변조 기술을 위한 반송파 및 변조 신호

풀브릿지 인버터는 하프브릿지 인버터와 비슷하지만 중립점과 [15]부하를 연결하는 추가 레그가 있습니다.그림 3은 단상전압원 풀브릿지 인버터의 회로도를 나타내고 있습니다.

단락을 방지하려면 S1+와 S1-을 동시에 켤 수 없으며 S2+와 S2-도 동시에 켤 수 없습니다.풀 브릿지 설정에 사용하는 변조 기법에서는 항상 각 레그의 상단 또는 하단 스위치를 켜야 합니다.추가 레그로 인해 출력 파형의 최대 진폭은 Vi이며 하프 브리지 [15]구성에서 달성 가능한 최대 출력 진폭의 두 배입니다.

표 2의 상태 1과 2는 바이폴라 SPWM을 사용하여 AC 출력 전압을 생성하는 데 사용됩니다.AC 출력 전압은 Vi 또는 –Vi의 두 가지 값만 사용할 수 있습니다.하프 브리지 설정을 사용하여 이러한 동일한 상태를 생성하려면 캐리어 기반 기술을 사용할 수 있습니다.하프 브릿지에 대해서 S+ 가 온이 되는 것은, 풀 브릿지에 대해서 S1+ 와 S2 가 온이 되는 것에 대응합니다.마찬가지로 하프 브릿지의 S-on은 풀 브릿지의 S1- 및 S2+에 대응합니다.이 변조 기법의 출력 전압은 선형 영역의o1 진폭이ab1 1 vi = va • m 이하인[15] 기본 성분의 정현파입니다.

바이폴라 PWM 기법과 달리 단극 접근법은 표 2의 상태 1, 2, 3, 4를 사용하여 AC 출력 전압을 생성합니다.따라서 AC 출력 전압은 Vi, 0 또는 –V [1]i 값을 취할 수 있습니다.이러한 상태를 생성하려면 그림 4와 같이 Vc와 –Vc라는 두 개의 사인파 변조 신호가 필요합니다.

Vc는 VaN 생성에 사용되며 -Vc는 VbN 생성에 사용됩니다.다음 관계를 단극 캐리어 기반 SPWM vo1 =2 • vaN1= vi • m이라고a 합니다.

위상전압 VaN과 VbN은 동일하지만 서로 180도 위상이 어긋납니다.출력 전압은 2상 전압의 차이와 동일하며 균등 고조파를 포함하지 않습니다.따라서 mf를 취하면 AC 출력 전압 고조파도 정규화된 홀수 주파수 fh로 나타납니다.이러한 주파수는 정규화된 반송파 주파수 값의 2배에 집중됩니다.이 특정 기능을 사용하면 더 높은 품질의 출력 파형을 [15]얻으려고 할 때 더 작은 필터링 구성 요소를 사용할 수 있습니다.

하프 브리지 SHE의 경우와 마찬가지로 AC 출력 전압은 홀수 반파 대칭과 홀수 1/4파 [15]대칭으로 인해 짝수 고조파를 포함하지 않습니다.

삼상 전압원 인버터

그림 5: 3상 전압원 인버터 회로도
그림 6: 3상 사각파 동작 a) 스위치 상태 S1 b) 스위치 상태 S3 c) S1 출력 d) S3 출력

단상 VSI는 주로 저전력 범위 애플리케이션에 사용되며, 3상 VSI는 중전력 범위 애플리케이션과 [15]고전력 범위 애플리케이션 모두에 적용됩니다.그림 5는 3상 VSI의 회로도를 나타내고 있습니다.

인버터의 3개 레그 중 어느 쪽의 스위치도 동시에 끌 수 없습니다.이는 전압이 각 라인 전류의 극성에 따라 달라지기 때문입니다.상태 7과 8은 0의 AC 라인 전압을 생성하며, 이로 인해 AC 라인 전류가 상부 또는 하부 컴포넌트를 통해 자유 회전합니다.그러나 상태 1~6의 라인 전압은 Vi, 0 또는 –Vi의 [15]이산값으로 구성된 AC 라인 전압을 생성합니다.

3상 SPWM의 경우 120도 어긋난 3개의 변조 신호가 사용되어 부하의 전압이 발생합니다.단일 반송파 신호로 PWM 기능을 유지하려면 정규화된 반송파 주파수 mf가 3의 배수여야 합니다.따라서 위상 전압의 크기는 동일하지만 서로 120도씩 [15]위상이 맞지 않습니다.선형 영역에서 달성 가능한 최대 위상 전압 진폭은 v = vi / 2입니다phase.달성 가능한 최대 라인 전압 진폭은ab1 V = vab • µ3 / 2입니다.

로드 전압을 제어하는 유일한 방법은 입력 DC 전압을 변경하는 것입니다.

전류원 인버터

그림 7: 3상 전류원 인버터
그림 8: 3상 전류원 인버터의 동기 펄스 폭 변조 파형 a) 반송파 및 변조 Ssgnals b) S1 상태 c) S3 상태 d) 출력 전류
그림 9: 전류 소스 인버터의 공간 벡터 표현

전류 소스 인버터는 DC 전류를 AC 전류 파형으로 변환합니다.사인파 AC 파형, 크기, 주파수 및 위상을 모두 제어해야 합니다.CSI는 시간의 경과에 따라 전류의 변화가 크기 때문에 일반적으로 콘덴서가 AC 측에 사용되고 인덕터가 DC [15]측에 사용됩니다.자유분사 다이오드가 없기 때문에 전원회로는 크기와 무게가 작아져 VSI보다 [16]신뢰성이 높은 경향이 있습니다.단상 토폴로지는 가능하지만 3상 CSI가 더 실용적입니다.

가장 일반적인 형태인 3상 CSI는 6펄스 정류기와 동일한 전도 시퀀스를 사용합니다.항상 1개의 공통 음극 스위치와 1개의 공통 양극 스위치만 [16]켜집니다.

그 결과 라인 전류는 –ii, 0 및 ii의 이산값을 취합니다.원하는 파형이 출력되고 유효한 상태만 사용하도록 상태가 선택됩니다.이 선택은 반송파 기반 PWM, 선택적 고조파 제거 및 공간 벡터 [15]기술을 포함하는 변조 기술을 기반으로 합니다.

VSI에 사용되는 캐리어 베이스의 기술을 CSI에도 실장할 수 있기 때문에 CSI 회선전류는 VSI 회선전압과 동일하게 동작합니다.신호를 변조하는 데 사용되는 디지털 회로에는 스위칭 펄스 발생기, 단락 펄스 발생기, 단락 펄스 분배기 및 스위칭 및 단락 펄스 결합기가 포함됩니다.캐리어 전류와 3개의 변조 [15]신호에 근거해 게이트 신호를 생성한다.

상단 스위치와 하단 스위치가 게이트되지 않은 경우 이 신호에 단락 펄스가 추가되어 모든 레그에서 RMS 전류가 같아집니다.각 위상에 대해 동일한 방법이 사용되지만 스위칭 변수가 서로 120도 어긋나고 전류 펄스가 출력 전류에 대해 반주기씩 이동합니다.정현파 변조 신호와 함께 삼각 반송파를 사용하는 경우 CSI는 동기 펄스 폭 변조(SPWM)를 이용하고 있다고 합니다.SPWM과 함께 풀 오버 변조를 사용하면 인버터는 사각파 동작이라고 [15]합니다.

두 번째 CSI 변조 카테고리인 SHE도 VSI와 유사합니다.VSI용으로 개발된 게이트 신호와 동기 사인파 전류 신호 세트를 이용하면 대칭적으로 단락 펄스가 분산되어 대칭적인 게이트 패턴이 발생합니다.이를 통해 임의의 수의 고조파를 [15]제거할 수 있습니다.또한 기본 스위칭 각도를 적절하게 선택하여 기본 라인 전류를 제어할 수 있습니다.최적의 스위칭 패턴은 1/4파 및 반파 대칭과 약 30도와 150도의 대칭을 가져야 합니다.스위칭 패턴은 60도에서 120도 사이에서는 사용할 수 없습니다.전류 리플은 더 큰 출력 캐패시터를 사용하거나 스위칭 [16]펄스 수를 늘리면 더 줄일 수 있습니다.

세 번째 범주인 공간 벡터 기반 변조는 평균 로드 라인 전류와 동일한 PWM 로드 라인 전류를 생성합니다.유효한 스위칭 상태 및 시간 선택은 공간 벡터 변환에 근거해 디지털로 이루어진다.변조 신호는 변환방정식을 이용해 복소 벡터로 표현된다.평형 3상 정현파 신호의 경우 이 벡터는 고정 모듈이 되며 고정 모듈은 주파수 θ로 회전합니다.그런 다음 이러한 공간 벡터를 사용하여 변조 신호의 근사치를 계산합니다.신호가 임의의 벡터 사이에 있는 경우, 이들 벡터는 제로 벡터 I7, I8 또는 [15]I9와 조합된다.다음 방정식을 사용하여 생성된 전류와 전류 벡터가 평균 등가물이 되도록 합니다.

다단계 인버터

그림 10: 3단 뉴트럴 클램프 인버터

다단계 인버터라고 불리는 비교적 새로운 클래스가 널리 관심을 끌고 있다.CSI 및 VSI의 [16]정상 동작은 전원 스위치가 양극 또는 음극 DC 버스에 연결되기 때문에 2-레벨 인버터로 분류할 수 있습니다.인버터 출력 단자에서 세 개 이상의 전압 레벨을 사용할 수 있는 경우 AC 출력이 사인파에 [15]더 잘 근접할 수 있습니다.이러한 이유로 다단계 인버터는 더 복잡하고 비용이 많이 들지만 [16]더 높은 성능을 제공합니다.3단계 중성 클램프 인버터는 그림 10에 나와 있다.

3레벨 인버터의 제어방법에서는 각 레그에 있는 4개의 스위치 중 2개의 스위치만 동시에 전도상태를 변경할 수 있습니다.이렇게 하면 원활한 통신이 가능하며 유효한 [16]상태만 선택하여 관통하는 것을 방지할 수 있습니다.또한 DC 버스 전압은 적어도 2개의 전원 밸브에 의해 공유되기 때문에 전압 정격은 2레벨 대응 밸브보다 낮을 수 있습니다.

반송파 기반 및 공간 벡터 변조 기술은 다단계 토폴로지에 사용됩니다.이러한 기법의 방법은 고전적인 인버터의 방법을 따르지만 복잡성이 더해진다.공간 벡터 변조는 변조 신호를 근사하는 데 사용되는 고정 전압 벡터를 더 많이 제공하므로 보다 정교한 알고리즘을 희생하여 보다 효과적인 공간 벡터 PWM 전략을 달성할 수 있습니다.복잡성이 가중되고 반도체 소자의 수가 증가하여 다단계 인버터는 현재 고출력 고전압 애플리케이션에 [16]더 적합합니다.이 기술은 고조파를 감소시키므로 스킴의 전체적인 효율을 향상시킵니다.

AC/AC 컨버터

주요 문서: AC/AC 컨버터

AC 전원을 AC 전원으로 변환하면 제공된 AC 시스템에서 [18]로드에 적용되는 파형의 전압, 주파수 및 위상을 제어할 수 있습니다.변환기 유형을 구분하는 데 사용할 수 있는 두 가지 주요 범주는 파형의 주파수 [19]변경 여부입니다.사용자가 주파수를 변경할 수 없는 AC/AC 컨버터를 AC 전압 컨트롤러 또는 AC 레귤레이터라고 합니다.사용자가 주파수를 변경할 수 있는 AC 컨버터를 단순히 AC-AC 변환용 주파수 변환기라고 합니다.주파수 변환기에서는 일반적으로 사이클로 변환기, 매트릭스 변환기, DC 링크 변환기(AC/DC/AC 변환기라고도 함)의 세 가지 유형의 변환기가 사용됩니다.

AC 전압 컨트롤러:AC 전압 컨트롤러(AC Regulator)의 목적은 일정한 [18]주파수로 로드 전체에 걸쳐 RMS 전압을 변화시키는 것입니다.일반적으로 허용되는 세 가지 제어 방법은 ON/OFF 제어, 위상 각도 제어 및 펄스 폭 변조 AC 초퍼 제어(PWM AC [20]초퍼 제어)입니다.이 3가지 방법 모두 단상회로뿐만 아니라 3상회로에서도 구현할 수 있습니다.

  • ON/OFF 컨트롤:일반적으로 가열 부하 또는 모터의 속도 제어에 사용되는 이 제어 방법은 n개의 적분 사이클 동안 스위치를 켜고 m개의 적분 사이클 동안 스위치를 끄는 것입니다.스위치를 온/오프하면 바람직하지 않은 고조파가 생성되므로 제로 전압 및 제로 전류 조건(제로 크로스) 중에는 스위치가 온/오프되므로 왜곡이 효과적으로 [20]감소합니다.
  • 위상각 제어: 반파장 또는 전파 전압 제어와 같이 다양한 파형에 대해 위상각 제어를 구현하는 다양한 회로가 있습니다.일반적으로 사용되는 전력 전자 컴포넌트는 다이오드, SCR 및 트라이악입니다.이러한 구성 요소를 사용하면 사용자는 파형의 발사 각도를 지연시킬 수 있으며, 이로 인해 파형의 일부만 [18]출력됩니다.
  • PWM AC 초퍼 제어:다른 두 가지 제어 방식은 고조파, 출력 전류 품질 및 입력 역률이 낮은 경우가 많습니다.이러한 값을 개선하기 위해 다른 방법 대신 PWM을 사용할 수 있습니다.PWM AC Chopper는 입력 전압의 [20]반주기 동안 여러 번 켜졌다 꺼졌다 하는 스위치를 갖추고 있습니다.

매트릭스 변환기 및 사이클로 변환기: 사이클로 변환기는 고출력 애플리케이션에서 사용할 수 있기 때문에 교류에서 교류로 변환하기 위해 업계에서 널리 사용되고 있습니다.이들은 공급 라인에 의해 동기화되는 정류된 직접 주파수 변환기입니다.사이클로 컨버터 출력 전압 파형에는 기계 인덕턴스에 의해 필터링되는 고차 고조파와 복잡한 고조파가 있습니다.기계 전류는 고조파를 적게 하고 나머지 고조파는 손실 및 토크 맥동을 일으킵니다.사이클로 컨버터에는 다른 컨버터와 달리 인덕터나 캐패시터, 즉 저장 장치가 없습니다.따라서 순간 입력 전력과 출력 전력은 동일합니다.[21]

  • 단상-단상 사이클로 컨버터: 단상-단상 사이클로 컨버터는 전력 전자 스위치의 크기와 가격이 모두 감소했기 때문에 최근 더욱 주목을 받기[when?] 시작했습니다.단상 고주파 AC 전압은 사인파 또는 사다리꼴일 수 있습니다.제어 목적을 위한 제로 전압 간격 또는 제로 전압 정류일 수 있습니다.
  • 3상-단상 사이클로 컨버터:3상~단상 사이클로 컨버터는 3~1㎜ 반파 사이클로 컨버터와 3~1㎜ 브리지 사이클로 컨버터의 2종류가 있습니다.양극 및 음극 변환기 모두 전압을 생성할 수 있으므로 양극 변환기는 양의 전류만 공급하고 음극 변환기는 음의 전류만 공급합니다.

최근의 장치 발전에 따라 매트릭스 변환기와 같은 새로운 형태의 사이클로 변환기가 개발되고 있습니다.첫 번째로 눈에 띄는 변화는 매트릭스 변환기가 쌍방향 바이폴라 스위치를 사용한다는 것입니다.단상 매트릭스 컨버터에 대한 단상은 3개의 입력 위상과 트리 출력 위상을 연결하는 9개의 스위치의 매트릭스로 구성됩니다.입력위상과 출력위상은 같은 위상으로부터2개의 스위치를 동시에 접속하지 않고 언제든지 접속할 수 있습니다.접속하지 않으면 입력위상의 단락이 발생합니다.매트릭스 컨버터는 다른 컨버터 솔루션보다 가볍고 콤팩트하며 범용성이 뛰어납니다.그 결과, 높은 수준의 집적, 고온의 동작, 넓은 출력 주파수 및 유틸리티에 대한 에너지 재생에 적합한 자연스러운 쌍방향 전력 흐름을 실현할 수 있습니다.

매트릭스 변환기는 직접 변환기와 간접 변환기의 두 가지 유형으로 세분됩니다.3상 입력 및 3상 출력을 가진 직접 매트릭스 컨버터에서는 매트릭스 컨버터의 스위치는 양방향이어야 합니다.즉, 어느 한쪽 극성의 전압을 차단하고 어느 한쪽 방향으로 전류를 통전할 수 있어야 합니다.이 스위칭 전략은 가능한 최고의 출력 전압을 허용하고 무효 라인 측 전류를 줄입니다.따라서 컨버터를 통과하는 전력 흐름은 가역적입니다.통신 문제와 복잡한 제어로 인해 업계에서 광범위하게 활용되지 못하고 있습니다.

직접 매트릭스 변환기와는 달리 간접 매트릭스 변환기는 기능은 동일하지만 저장 요소 없이 DC 링크를 통해 연결된 별도의 입력 및 출력 섹션을 사용합니다.설계에는 4 사분원 전류원 정류기와 전압원 인버터가 포함됩니다.입력 섹션은 양방향 바이폴라 스위치로 구성됩니다.출력 섹션이 자유분사 모드일 때 입력 섹션의 전환 상태를 변경하여 정류 전략을 적용할 수 있습니다.이 변환 알고리즘은, 종래의 다이렉트 매트릭스 [22]컨버터에 비해, 훨씬 덜 복잡해, 신뢰성이 높아집니다.

DC 링크 컨버터: DC 링크 컨버터(AC/DC/AC 컨버터라고도 함)는 DC 링크를 사용하여 AC 입력을 AC 출력으로 변환합니다.즉, 정류기를 사용하여 컨버터의 전원을 AC에서 DC로 변환한 후 인버터를 사용하여 DC에서 AC로 다시 변환합니다.최종 결과는 낮은 전압과 가변 주파수([20]높거나 낮음)의 출력입니다.응용 분야가 넓기 때문에 AC/DC/AC 컨버터는 가장 일반적인 현대식 솔루션입니다.AC/DC/AC 컨버터의 다른 장점은 과부하 및 무부하 조건에서 안정적이며 손상 [23]없이 부하로부터 분리할 수 있다는 것입니다.

하이브리드 매트릭스 컨버터:하이브리드 매트릭스 컨버터는 AC/AC 컨버터에서는 비교적 새로운 것입니다.이러한 변환기는 AC/DC/AC 설계와 매트릭스 변환기 설계를 결합합니다.이 새로운 카테고리에서는 복수의 타입의 하이브리드 컨버터가 개발되고 있습니다.예를 들어 단방향 스위치를 사용하는 컨버터와 DC 링크를 사용하지 않는2개의 컨버터 스테이지가 있습니다.DC 링크에 필요한 캐패시터 또는 인덕터가 없으면 컨버터의 무게와 크기가 줄어듭니다.하이브리드 컨버터에는 하이브리드 다이렉트 매트릭스 컨버터(HDMC)와 하이브리드 간접 매트릭스 컨버터(HIMC)라는 두 가지 하위 범주가 있습니다. HIMC는 전압과 전류를 1단계로 변환하는 반면, HIMC는 AC/DC/AC 컨버터와 같은 개별 단계를 사용하지만 중간 스토리지 [24][25]요소를 사용하지 않습니다.

응용 프로그램:다음은 각 컨버터가 사용되는 일반적인 응용 프로그램 목록입니다.

  • AC전압제어기: 조명제어, 가정용 및 산업용 난방, 팬, 펌프 또는 호이스트 구동의 속도제어, 유도모터의 소프트시동, 정전식[18] AC스위치(온도제어, 변압기 탭교환 등)
  • 사이클로 컨버터:고출력 저속 리버서블 AC 모터 드라이브, 가변 입력 주파수의 고정 주파수 전원 장치, 역률 보정을 위한 제어 가능한 VAR 제너레이터, 2개의 독립된 [18]전원 시스템을 연결하는 AC 시스템 상호 연결.
  • 매트릭스 변환기:현재 매트릭스 컨버터의 적용은 고주파 조작이 가능한 쌍방향 일체형 스위치의 가용성, 복잡한 제어법 실시, 정류 등의 이유로 제한되어 있다.이러한 발전으로 매트릭스 변환기는 많은 [18]분야에서 사이클로 변환기를 대체할 수 있게 되었습니다.
  • DC 링크: 기계 구축 및 [23]시공의 개별 또는 다중 부하 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

전력 전자 시스템 시뮬레이션

제어된 사이리스터가 있는 전파 정류기의 출력 전압

전력 전자회로는 PLECS, PSIM, SPICE 및 MATLAB/simulink 등의 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 시뮬레이션됩니다.회로는 특정 조건에서 회로가 어떻게 반응하는지 테스트하기 위해 생산되기 전에 시뮬레이션됩니다.또한 테스트에 [26]사용할 프로토타입을 만드는 것보다 시뮬레이션을 만드는 것이 더 저렴하고 빠릅니다.

적용들

AC 어댑터의 스위치 모드 전원, 배터리 충전기, 오디오 앰프, 형광등 밸러스트, 가변 주파수 드라이브 및 펌프, 팬 및 제조 기계 작동에 사용되는 DC 모터 드라이브, 최대 기가와트 규모의 고전압 직류 송전 시스템에 이르기까지 다양한 크기의 전력 전자 제품을 사용할 수 있습니다.전기 그리드를 상호 연결하는 데 사용됩니다.전력 전자 시스템은 거의 모든 전자 장치에서 볼 수 있습니다.예를 들어 다음과 같습니다.

  • DC/DC 컨버터는 대부분의 모바일 디바이스(휴대전화, PDA 등)에서 배터리의 전압 레벨에 관계없이 전압을 일정한 값으로 유지하기 위해 사용됩니다.이러한 변환기는 전자 절연 및 역률 보정에도 사용됩니다.전력 최적화 장치는 태양광 발전 또는 풍력 터빈 시스템에서 에너지 수확을 극대화하기 위해 개발된 DC/DC 변환기의 한 종류입니다.
  • AC/DC 변환기(정류기)는 전자 장치가 주전원(컴퓨터, 텔레비전 등)에 연결될 때마다 사용됩니다.이는 단순히 AC를 DC로 변경하거나 작동의 일부로 전압 레벨을 변경할 수도 있습니다.
  • AC/AC 변환기는 전압 레벨 또는 주파수(국제 전원 어댑터, 조광기)를 변경하는 데 사용됩니다.배전망에서는 AC/AC 변환기를 사용하여 전력 주파수 50Hz와 60Hz 전원 그리드 간에 전력을 교환할 수 있습니다.
  • DC/AC 변환기(인버터)는 주로 UPS 또는 재생 에너지 시스템 또는 비상 조명 시스템에 사용됩니다.주 전원은 DC 배터리를 충전합니다.주전원에 장애가 발생하면 인버터가 DC 배터리에서 주전압으로 AC 전기를 생성합니다.태양광 인버터, 더 작은 실과 더 큰 중앙 인버터, 그리고 태양 마이크로 인버터는 태양광 발전에서 PV 시스템의 구성요소로 사용된다.

모터 드라이브는 섬유, 종이, 시멘트 및 기타 시설용 펌프, 송풍기 및 제분기 드라이브에 있습니다.드라이브는 전력 변환 및 모션 [27]제어에 사용할 수 있습니다.AC 모터의 경우 가변 주파수 드라이브, 모터 소프트 시동 장치 및 여자 [28]시스템을 사용합니다.

하이브리드 전기차(HEV)에서 동력 전자 장치는 직렬 하이브리드 및 병렬 하이브리드 두 가지 형식으로 사용됩니다.직렬 하이브리드와 병렬 하이브리드의 차이점은 전기 모터와 내연기관(ICE)의 관계입니다.전기자동차에 사용되는 장치는 대부분 배터리 충전을 위한 dc/dc 컨버터와 추진 모터를 작동시키는 dc/ac 컨버터로 구성됩니다.전기열차는 전력 전자 장치를 사용하여 전력을 얻고 펄스 폭 변조(PWM) 정류기를 사용하여 벡터 제어를 수행합니다.전차는 송전선로부터 전력을 공급받는다.전력 전자제품의 또 다른 새로운 용도는 엘리베이터 시스템입니다.이러한 시스템은 사이리스터, 인버터, 영구 자석 모터 또는 PWM 시스템과 표준 [29]모터를 포함하는 다양한 하이브리드 시스템을 사용할 수 있습니다.

인버터

일반적으로 인버터는 DC에서 AC로 전기 에너지를 직접 변환하거나 AC에서 AC로 간접 변환해야 하는 애플리케이션에 사용된다.DC-AC 변환은 전력 조절, 조화 보상, 모터 구동, 재생 에너지 그리드 통합 및 우주선 태양광 발전 시스템을 포함한 많은 분야에 유용하다.

전력 시스템에서는 라인 전류에서 발견되는 고조파 성분을 제거하는 것이 종종 바람직합니다.VSI를 액티브한 전원 필터로서 사용하고, 이 보정을 실시할 수 있습니다.제어시스템은 측정된 라인전류 및 전압에 기초하여 위상별로 기준전류신호를 결정한다.이는 외부 루프를 통해 피드백되고 실제 전류 신호에서 감산되어 인버터에 대한 내부 루프의 전류 신호를 생성합니다.그런 다음 이러한 신호는 인버터가 고조파 함량을 보상하는 출력 전류를 발생시킵니다.이 구성에서는 회선에 의해 완전히 공급되므로 실제 전력 소비는 필요하지 않습니다.DC 링크는 제어 시스템에 의해 [15]정전압으로 유지되는 캐패시터일 뿐입니다.이 구성에서는 출력 전류가 라인 전압과 위상이 일치하여 단일 역률을 생성합니다.반대로 출력 전류가 라인 전압을 유도하여 전체 [16]역률을 개선하는 유사한 구성에서는 VAR 보정이 가능합니다.

병원이나 공항 등 상시 에너지를 필요로 하는 시설에서는 UPS 시스템을 사용합니다.스탠바이 시스템에서는 통상 공급 그리드가 차단되면 인버터가 온라인이 된다.전력은 온사이트 배터리에서 즉시 공급되어 VSI에 의해 사용 가능한 AC전압으로 변환됩니다.이 전압은 그리드 전원이 복구될 때까지 또는 백업 발전기가 온라인으로 전환될 때까지 사용됩니다.온라인 UPS 시스템에서 정류기-DC링크-인버터는 과도 및 고조파 함량으로부터 부하를 보호하기 위해 사용된다.인버터의 출력은 로패스 필터를 통해 부하에 공급되는 한편 그리드 전원이 차단되었을 경우 출력에 의해 DC링크와 병렬된 배터리가 완전 충전된 상태로 유지된다.높은 전력 품질과 장애로부터의 독립성이 [15]달성됩니다.

AC 모터의 속도, 토크 및 위치 제어를 위해 다양한 AC 모터 드라이브가 개발되었습니다.이러한 드라이브는 각각 스칼라 제어 또는 벡터 제어 여부에 따라 저성능 또는 고성능으로 분류할 수 있습니다.스칼라 제어 드라이브에서는 기본 스테이터 전류 또는 전압 주파수와 진폭만 제어할 수 있습니다.따라서 이러한 드라이브는 팬 및 압축기와 같이 고품질 관리가 필요하지 않은 애플리케이션에 사용됩니다.한편, 벡터 제어 드라이브는 순간 전류 및 전압 값을 연속적으로 제어할 수 있습니다.이 고성능은 엘리베이터나 전기 [15]자동차와 같은 응용 분야에 필요합니다.

인버터는 또한 많은 재생 에너지 애플리케이션에 필수적이다.광전 목적에서는 보통 PWM VSI인 인버터는 광전 모듈 또는 어레이의 DC 전기 에너지 출력에 의해 공급됩니다.그런 다음 인버터가 이를 AC 전압으로 변환하여 부하 또는 유틸리티 그리드와 인터페이스합니다.인버터는 풍력 터빈과 같은 다른 재생 가능한 시스템에도 사용될 수 있다.이러한 응용 프로그램에서는 터빈 속도가 일반적으로 변화하여 전압 주파수와 때로는 진폭의 변화를 일으킵니다.이 경우 생성된 전압을 정류한 후 반전시켜 주파수와 [15]크기를 안정시킬 수 있습니다.

스마트 그리드

정보에 행동하죠 공급자와 소비자의 행위에 대한 정보와 같은, 자동화된 패션의 효율성, 신뢰성, 경제, 생산과 전기의 유통이 지속 가능성을 향상시키기 위해 수집하기 위해 정보 통신 기술을 이용한 스마트 그리드는 현대화된 전기 그리드다.[30][31일]

유도 발전기를 사용하여 풍력 터빈과 수력 터빈에 의해 발생하는 전력은 발전 빈도에 변화를 일으킬 수 있다.전력 전자 장치는 이러한 시스템에서 생성된 AC 전압을 고전압 직류(HVDC)로 변환하기 위해 사용됩니다.HVDC 전력은 기존 전력 그리드에 관련된 전력과 일관된 3상 전력으로 보다 쉽게 변환할 수 있습니다.이러한 장치를 통해 이러한 시스템에 의해 공급되는 전력이 보다 깨끗하고 관련 역률도 높아집니다.풍력 시스템의 최적 토크는 동력 전자 장치의 [32]크기를 줄일 수 있는 기어박스 또는 직접 구동 기술을 통해 얻어집니다.

전력 전자 장치를 이용해 태양광 전지를 통해 전력을 생산할 수 있다.생성된 전력은 보통 태양열 인버터에 의해 변환됩니다.인버터는 central, module-integrated 및 string의 3가지 타입으로 나뉩니다.중앙 변환기는 시스템의 DC 측에서 병렬 또는 직렬로 연결할 수 있습니다.태양광 발전 "농장"의 경우 전체 시스템에 대해 단일 중앙 변환기가 사용된다.모듈 통합형 컨버터는 DC 또는 AC 측에서 직렬로 연결됩니다.시스템은 DC 및 AC 단자 모두에 이러한 변환기를 필요로 하기 때문에 일반적으로 태양광 발전 시스템 내에서 여러 모듈이 사용됩니다.스트링 컨버터는 다른 방향을 향하고 있는 태양광 전지를 이용하는 시스템에 사용된다.이것은 발전된 전력을 태양광 전지가 [32]상호작용하는 각 줄 또는 선으로 변환하는 데 사용됩니다.

전력 전자장치는 전력회사가 분산된 주거용/상업용 태양광 발전의 빠른 증가에 적응하는 데 사용될 수 있다.독일과 하와이, 캘리포니아 및 뉴저지의 일부 지역에서는 새로운 태양광 설비를 승인하기 전에 비용이 많이 드는 연구를 수행해야 합니다.비교적 소규모의 접지 또는 폴 마운트 디바이스는 분산 제어 인프라스트럭처가 전력 흐름을 감시 및 관리할 수 있는 가능성을 창출합니다.콘덴서 뱅크나 변전소의 전압 조절기와 같은 기존의 전기 기계 시스템은 전압을 조절하는 데 몇 분이 걸릴 수 있으며 문제가 발생한 태양열 시설과 거리가 멀 수 있습니다.인근 회로의 전압이 너무 높으면 유틸리티 작업원이 위험에 빠지고 유틸리티 및 고객 기기에 손상을 입을 수 있습니다.또한 그리드 고장으로 인해 태양광 발전기가 즉시 정지되어 그리드 전력에 대한 수요가 급증한다.스마트 그리드 기반 규제자는 훨씬 더 많은 소비자 [33]장치보다 제어하기 쉽다.

또 다른 접근방식으로, Western Electric Industry Leaders라고 불리는 16개의 서구 전력회사 그룹은 "스마트 인버터"의 사용을 의무화해야 한다고 주장했다.이러한 장치는 DC를 가정용 AC로 변환하고 전력 품질에도 도움이 됩니다.이러한 장치를 사용하면 훨씬 [33]낮은 총 비용으로 고가의 유틸리티 기기를 업그레이드할 필요가 없어집니다.

「 」를 참조해 주세요.

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레퍼런스

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  • S.K. Mazumder, "고주파 인버터: 태양광, 풍력, 연료전지 기반 재생 및 대체 에너지 DER/DG 시스템에서 배터리 기반 에너지 저장 응용 프로그램에 이르기까지", 전력 전자 제품 핸드북의 북 챕터, 편집자 MH, 래시드.
  • V. Gureich, "산업 및 전력 엔지니어링을 위한 개별 컴포넌트의 전자 디바이스", CRC Press, 2008, 418 p.
  • 편집자: Semikron, 저자: Dr. Ulrich Nicolai, Dr. Tobias Remann, 교수.위르겐 페트졸트, 요제프 루츠:응용 프로그램 매뉴얼 IGBT 및 MOSFET 전원 모듈, 1.판, ILE Verlag, 1998, ISBN 3-932633-24-5 온라인 버전
  • R. W. 에릭슨, D.Maksimovic, Fundamentics of Power Electronics, 스프링어, 2001년 2월 2일, ISBN 0-7923-7270-0 [1]
  • Arendt Wintrich; Ulrich Nicolai; Werner Tursky; Tobias Reimann (2010), Applikationshandbuch 2010 (PDF-Version) (in German) (2. ed.), ISLE Verlag, ISBN 978-3-938843-56-7
  • Arendt Wintrich; Ulrich Nicolai; Werner Tursky; Tobias Reimann (2011), Application Manual 2011 (PDF) (in German) (2. ed.), ISLE Verlag, ISBN 978-3-938843-66-6, archived from the original (PDF-Version) on 2013-09-03

외부 링크

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