목차
머리말
1장 전력용 반도체소자 ... 1
1.1 개요 ... 1
1.2 반도체 스위치의 종류 ... 2
1.3 이상적인 스위치와 실제의 스위치 ... 9
1.4 전력용 다이오드 ... 17
1.5 전력용 BJT와 전력용 다링톤 ... 29
1.6 전력용 MOSFET ... 44
1.7 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) ... 54
1.8 사이리스터 ... 58
1.9 비대칭 사이리스터 ... 76
1.10 역방향 도통 사이리스터 ... 77
1.11 광-점호 사이리스터 ... 78
1.12 게이트 턴-오프 사이리스터(GTO) ... 79
1.13 트라이액 ... 84
1.14 전력용 스위칭소자의 개발현황 ... 85
문제 ... 89
2장 선전류 컨버터 ... 97
2.1 개요 ... 97
2.2 단상 반파정류기 ... 116
2.3 중성점 구조 ... 125
2.4 브리지 구성 ... 155
2.5 인버젼모드 ... 171
2.6 위상제어를 위한 게이트회로 구성 ... 176
2.7 2장 요약 ... 180
문제 ... 181
3장 교류스위칭 제어기 ... 185
3.1 서론-양방향 스위치 ... 185
3.2 교류부하의 직류 스위칭제어 ... 187
3.3 순차적 탭변환을 이용한 정적 제어 ... 199
3.4 스위칭제어의 3상 응용 ... 201
3.4.1 Y나 Δ결선 부하를 가진 직렬교류 선간스위치 ... 202
3.4.2 제어기의 중성점 ... 202
3.4.3 3상 전동기를 위한 반전스위칭 ... 203
3.5 3장의요약 ... 204
문제 ... 205
4장 초퍼 ... 207
4.1 개요 ... 207
4.2 강압초퍼 ... 210
4.2.1 전력회로구조와 동작원리 ... 212
4.2.2 전압관계 ... 214
4.2.3 실제 초퍼의 시비율 범위 ... 216
4.2.4 전류관계 ... 218
4.2.5 시비율에 대한 리플전류의 의존도 ... 220
4.2.6 특정한 값으로 리플전류를 제한하기 위한 필터 인덕턴스값과 ... 222
4.2.7 부하가 '역기전력'을 가질 때 초퍼동작 ... 224
4.2.7.1 연속과 불연속 전류모드 ... 225
4.2.7.2 무한한 평활용 인덕터를 갖는 초퍼동작 ... 226
4.2.8 입력측에 필터의 이용 ... 228
4.2.9 입출력측에 이상적인 필터를 갖는 초퍼 ... 230
4.3 승압초퍼 ... 231
4.3.1 전력회로의 구성 ... 232
4.3.2 승압초퍼의 해석] ... 233
4.3.2.1 전압비 ... 234
4.3.2.2 전류관계 ... 236
4.3.3 입력 저전압측 전류의 직류성분 ... 237
4.3.4 불연속전류에서의 동작 ... 238
4.3.5 전동기에서 불연속전류에 대한 초퍼주파수의 영향 ... 239
4.3.6 저전압측과 고전압측에 이상적인 필터를 갖는 승압초퍼의 파형 ... 240
4.4 2상한 초퍼 ... 241
4.5 다상 초퍼 ... 243
4.5.1 회로의 구성과 스위칭순서 ... 245
4.5.2 m상 강압초퍼의 해석 ... 247
4.5.3 역기전력을 갖는 부하 ... 249
4.5.4 다상 초퍼에서의 승압모드와 2상한 동작 ... 250
4.5.5 다상초퍼에서 결합 리액터의 사용 ... 252
4.6 다이리스터 초퍼 ... 253
4.6.1 강제전류의 필요성 ... 256
4.6.2 강제전류(Forced commutation) 다이리스터 초퍼의 동작과 해석 ... 258
4.6.3 강제전류회로에서 주다이리스터의 턴오프 시간에 대한 L과 C값의 영향 ... 259
4.7 초퍼의 스위칭 제어회로 ... 261
4.7.1 스위칭 제어회로의 기능적 요구사항 ... 261
4.7.2 단상 초퍼를 위한 타이밍펄스의 발생 ... 262
4.7.3 다상 초퍼를 위한 타이밍펄스의 발생 ... 263
문제 ... 264
5장 인버터 ... 269
5.1 개요-인버터의 기능 및 특징 ... 269
5.2 인버터의 응용 ... 270
5.2.1 직류 링크 인버터270
5.2.2 교류 전동기의 가변속운전 ... 271
5.2.3 무정전 전원 공급 장치(UPS) ... 272
5.3 인버터의 종류 ... 273
5.3.1 전압원 인버터 ... 274
5.3.2 전류원 인버터 ... 275
5.3.3 전류제어 인버터(Hysteresis-Type) ... 275
5.4 반파-브리지 인버터 ... 276
5.4.1 반파-브리지 인버터-회로구성과 스위칭 ... 276
5.4.2 유도성 부하를 갖는 반파-브리지 인버터의 해석 ... 279
5.4.3 유도성 부하가 있는 반파-브리지 인버터에서의 스위칭 소자의 전류과정 ... 281
5.4.4 직류측의 전류 파형 ... 283
5.5 교류 주파수와 교류 전압의 조절 ... 284
5.6 출력파형 고찰 ... 286
5.6.1 정현 펄스폭 변조(SPWM) ... 286
5.6.2 반파-브리지 형태에 이용되는 SPWM ... 287
5.7 전파브리지 구성 ... 288
5.7.1 PWM 방식이 아닌 동작 ... 288
5.7.2 전파브리지의 구성 ... 289
5.7.3 2상 중성점 회로로 나타내어진 단상 전파브리지 회로 ... 291
5.8 교류 출력 전압의 제어-펄스폭 변조 ... 293
5.8.1 스위칭 순서 ... 293
5.8.2 타이밍 펄스의 발생 ... 295
5.8.3 PWM 인버터의 출력전류 파형 ... 297
5.8.4 전압 고조파-푸리에 성분 ... 298
5.8.5 전류 파형-기본파와 고조파의 중첩 ... 301
5.9 출력전압의 형태-정현파 퍼스 폭 변조(SPWM) ... 304
5.9.1 역전압 왜곡을 가진 SPWM ... 304
5.9.2 정현파 삼각파 비교법 ... 306
5.9.3 정현파와 삼각파 비교법에 의한 SPWM의 이행 ... 309
5.9.4 전파브리지 인버터에 있어서 SPWM ... 312
5.10 3상 인버터 ... 315
5.10.1 회로 구성과 스위칭 순서 ... 315
5.10.2 Δ결선부하의 상전류파형과 선전류파형 ... 319
5.10.3 Y결선 부하를 갖는 3상 인버터 ... 324
5.10.4 3상 인버터의 전압제어 및 파형 개선 ... 328
5.11 입력전류리플-입력필터의 사용 ... 333
5.11.1 단상 전파 브리지 인버터-입력전류파형 ... 333
5.11.2 3상 준 사각파인버터-입력전류파형 ... 335
5.12 역전력흐름을 갖는 인버터 동작 ... 337
문제 ... 340
6장 전원공급 시스템 ... 345
6.1 개요 ... 345
6.2 선형 레귤레이터 ... 346
6.2.1 동작원리 ... 346
6.2.2 자동 전류제한 ... 347
6.2.3 외부 직렬 연결용 트랜지스터의 이용 ... 348
6.2.4 3단자 레귤레이터 ... 349
6.2.5 맥동 제거 ... 350
6.2.6 강제 응답-출력측 캐패시터의 사용;보호용 역방향 다이오드 ... 351
6.2.7 전력손실과 효율 ... 351
6.2.8 선형 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터 ... 352
6.3 '오프라인' 스위치의 기능별 회로블록 ... 353
6.3.1 회로블록 'A'-전단 정류기와 필터 ... 353
6.3.2 블록'B'-스위칭 컨버터 ... 354
6.3.3 회로블록'C'-출력측 정류기와 필터 ... 354
6.3.4 전압과 전류의 검출 ... 355
6.3.5 회로블록'E'-폐루프 제어기 ... 355
6.3.6 전류모드 제어 ... 356
6.4 전단 정류기 ... 357
6.4.1 브리지 정류기와 필터 캐패시터 ... 357
6.4.2 돌입전류 제한 ... 358
6.4.3 이중의 전압 용량 ... 359
6.5 입력전류 고조파의 최소화 ... 360
6.5.1 고역률 전단 전압조정기-전력회로와 동작원리 ... 360
6.5.2 전단 전압조정기의 스위칭 제어회로 ... 363
6.6 SMPS컨버터 회로-'BUCK' 또는 'FORWARD'컨버터 ... 367
6.6.1 회로구조와 동작원리 ... 367
6.6.2 절연된 Buck 컨버터 상에서의 시비율 제한 ... 369
6.6.3 피드백 권선을 제거하기 위한 두 개의 무접점 스위치의 사용 ... 372
6.7 'Boost' 컨버터와 'Buck-Boost' 컨버터-'Flyback' 모드 ... 375
6.7.1 절연된 buck-boost 컨버터 ... 375
6.7.2 절연된 buck-boost 컨버터의 듀얼 스위치 회로 ... 377
6.8 ＼acute{c}컨버터 ... 379
6.8.1 중간 캐패시터를 통한 에너지 전달 ... 379
6.8.2 절연된 CUK컨버터의 변형 ... 382
6.8.3 집중 자계 ... 385
6.9 공진 컨버터 ... 389
6.9.1 반파 브리지, 직렬 부하, 직렬 공진 컨버터 ... 389
6.9.2 병렬부하가 되는 반파브리지 공진 컨버터의 회로 ... 392
6.10 SMPS을 위한 반파 브리지와 전파 브리지 인버터 회로 ... 395
6.11 SMPS에 대한 제어기 ... 396
6.12 무정전전원장치(UPS) ... 398
문제 ... 401
7장 가변속 직류전동기 구동 ... 407
7.1 서문 ... 407
7.2 직류전동기 기초 ... 410
7.2.1 구조와 회로 ... 410
7.2.2 자기회로와 전기자회로 사이의 자기적 분리 ... 411
7.2.3 직류전동기의 토크, 유도기전력 방정식 ... 413
7.2.4 포화곡선 ... 415
7.2.5 직류전동기 자계여자방법 ... 417
7.3 타여자전동기의 속도제어 ... 418
7.3.1 컨버터 연결 ... 418
7.3.2 타여자에 의한 속도제어범위 ... 419
7.3.3 타여자전동기(Separately Excited Motor)의 폐루프 제어방법 ... 421
7.3.4 희생제동(Regenerative Braking)과 역전운전(Reversing) ... 423
7.4 초퍼제어운전 ... 425
7.4.1 운전과 제동의 회로구조(configuration) ... 425
7.4.2 회전방향의 역전(Reversal of Direction of Rotation) ... 426
7.4.3 정지형 4-상한 초퍼(Static Four-Quadrant chopper) ... 427
7.5 위상제어 사이리스터 컨버터를 사용한 직류전동기 운전 ... 428
7.5.1 컨택터에 의한 전기자의 역전 ... 428
7.5.2 정적 계자전류 역전 ... 429
7.6 위상제어 듀얼컨버터 ... 431
7.6.1 듀얼 미드포인트(midpoint) 컨버터 ... 431
7.6.2 듀얼컨버터의 운전조작 ... 434
7.6.3 듀얼브리지 회로구성 ... 436
7.6.4 순환전류가 흐르는 듀얼컨버터를 이용한 방향전환 직류전동기 운전의 속도제어구조 ... 438
7.6.5 속도반전시 동작순서 ... 439
7.6.6 순환전류가 없는 듀얼컨버터(Dual Converter) ... 442
7.7 직권전동기의 제어 ... 445
7.8 요약 ... 448
문제 ... 450
8장 가변속 교류전동기 제어 ... 455
8.1 개요 ... 455
8.2 전압원 인버터들 ... 456
8.2.1 3상 6단 전압원 인버터 ... 456
8.2.1.1 변환기 부착 기기의 전기적 제동 ... 458
8.2.1.2 6단 전압파형에 관련된 데이터 ... 459
8.2.2 펄스폭변조 3상 전압원 인버터 ... 461
8.2.2.1 SPWM 전압파형과 관련된 데이터 ... 463
8.2.2.2 6단과 SPWM파형의 비교 ... 465
8.3 전류원과 인버터의 전류조정형 ... 467
8.3.1 전류원 인버터 ... 467
8.3.1.1 인버터 부분 ... 467
8.3.1.2 자동연속전류 ... 469
8.3.1.3 전류파형 ... 472
8.3.1.4 전류원 인버터의 회생 제동 ... 474
8.3.2 히스테리시스형 전류제어를 갖는 전류조정형 인버터 ... 476
8.3.3 PWM제어를 사용한 전류제어 인버터 ... 478
8.4 상제어 사이클로 컨버터 ... 480
8.5 부하전류 인버터 ... 487
8.6 농형 유도전동기를 이용한 조절가능한 속력소자 ... 489
8.6.1 유도전동기 기초 ... 489
8.6.1.1 고정자 ... 489
8.6.1.2 회전자회로 ... 491
8.6.1.3 전동기의 운전 ... 493
8.6.1.4 회전자전류 ... 496
8.6.1.5 기계적 출력과 토크 ... 499
8.6.1.6 전동기 단상위상도 ... 501
8.6.2 전압원 인버터나 사이클로컨버터에 의한 유도기의 속도제어 ... 503
8.6.3 전압원 컨버터를 이용한 폐루프제어 ... 505
8.6.4 전류제어 컨버터를 사용한 유도전동기 속도제어 ... 507
8.7 권선형 회전자를 사용하는 스피드 조정도구 ... 510
8.7.1 권선형 유도전동기 기초 ... 510
8.7.2 회전자회로에서 초퍼제어 저항방식에 의한 속도제어 ... 511
8.7.3 슬립(슬립) 전력회복에 의한 속도 변화 ... 513
8.8 동기전동기를 이용한 속도변환 ... 515
8.8.1 동기기의 종류 ... 515
8.8.1.1 권선장 전동기 ... 515
8.8.1.2 영구자석 회전자 ... 517
8.8.1.3 동기 리럭턴스 전동기 ... 519
8.8.2 권선계자 동기전동기-수학적 관계 ... 520
8.8.3 전압원 인버터에 의한 동기기의 속도제어-개방회로제어 ... 522
8.8.4 조절기의 폐루프 version ... 523
8.8.5 역률의 자동 폐루프조정 ... 525
8.8.6 전류제어 인버터에 의한 동기전동기 운전 ... 526
8.8.7 자기 제어동작 ... 527
8.8.8 부하전류된 인버터로부터 입력받는 자기 제어동기기 ... 528
문제 ... 529
9장 교류전동기 구동의 벡터 제어 ... 533
9.1 서문 ... 533
9.2 공간벡터 ... 534
9.2.1 고정자전류 공간벡터 ... 534
9.2.2 전류공간벡터의 시간에 따른 변화 ... 536
9.2.3 각 상전류가 정현적으로 시간에 따라 변하고 평형 3상 시스템을 구성할 때의 합성 전류 공간벡터 ... 539
9.2.4 실제 3상 기기에서 등가 2상 기기로의 변환과 역변환 ... 540
9.2.5 고정자전압 공간벡터와 고정자 쇄교자속 공간벡터 ... 542
9.2.6 고정자권선의 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스 ... 544
9.2.7 회전자권선 ... 546
9.2.8 한 좌표계에서 다른 좌표계로의 공간벡터좌표의 변환 ... 547
9.2.9 회전자회로와 고정자회로의 상호 인덕턴스 ... 549
9.3 공간벡터를 이용한 유도전동기의 전압식 ... 551
9.4 공간벡터를 이용한 유도기기에서의 전자기적 토크 ... 552
9.5 유도전동기에 대한 벡터제어방법 ... 553
9.6 계자기준 좌표계 ... 555
9.7 회전자 쇄교자속 벡터의 획득 ... 558
9.8 유도전동기의 완전한 벡터제어기술의 예 ... 561
9.9 동기전동기의 벡터제어 ... 564
9.10 요점 ... 567
문제 ... 568
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