Electrical Engineering

1

Introduction to Power Electronics

by D. W. Hart

Chapter 4. Full-wave Rectifier

Electrical Engineering

2

Contents

6

5

4 3상 전파 정류기

직류송전

3상 전파 제어 정류기

7 Commutation

Electrical Engineering

3

3상 전파 정류기1

Van

ia

VO

-

+

D4

D1 D3

D6

iO

D5

D2

L

O

A

DVbn Vcn

n

a

b

c

1. 매순간 브리지 상단 3개의 다이오드중 하나만 도통하며 이 다이오드의 애노드 에는 가장 높은 상전압이 연결된다. 2. 매순간 브리지 하단 3개의 다이오드중 하나만 도통하며 이 다이오드의 캐소드 에는 가장 낮은 상전압이 연결된다. 3. KCL에 의해 각상의 상/하단 다이오드는 동시에 도통될 수 없다. 4. 부하의 출력전압은 전원의 선간전압중의 하나이다. 5. 선간전압의 조합은 6개이며 매 60도 마다 전환이 이루어진다. (6펄수 정류기) 6 출력전압의 기본주파수는 전원주파수의 6배이다.

wt 2

Van Vbn Vcn

0

03

6

5

6

7

6

9

6

11

6

6

Electrical Engineering

4

3상 전파 정류기2

Van

ia

VO

-

+

D4

D1 D3

D6

iO

D5

D2

L

O

A

DVbn Vcn

n

a

b

c

wt 2

Van

3 4

Vbn Vcn전원

wt 2 3 4브리지

0

0t 2

3

3

Voab ac bc ba ca cb ab ac bc ba ca cb

Van Vbn Vcn

6,1 1,2 2,3 3,4 4,5 5,6 6,1 1,2 2,3 3,4 4,5 5,6

다이오드는 순차적으로 온/오프 된다.

매순간 최대 선간 전압이 출력으로 부하의 양단에 나타난다.

Electrical Engineering

5

3상 전파 정류기3

IO

ID1

ID2

ID3

ID4

ID5

ID6

Ia

Van

ia

VO

-

+

D4

D1 D3

D6

iO

D5

D2

L

O

A

DVbn Vcn

n

a

b

c

매순간 다이오드에 흐르는 전류는 KCL 을 각점(a,b,c)에 적용하여 구한다.

1 4 3 6 5 2, ,a D D b D D c D Di i i i i i i i i

, ,

, ,

, ,

, ,

1

3

1

3

2

3

3

D avg O avg

D rms O rms

S rms O rms

L L rms S rms

I I

I I

I I

S V I

Electrical Engineering

6

3상 전파 정류기4

6,12,18,...

2

,3, ,

3

,

2

( ) cos( )

,

31sin( ) ( ) 0.955

/3

66,12,18,...

( 1)

O O n O

n

m L L

O m L L m L L

m L L

n

v t V V n t

where

VV V t d t V

VV n

n

VO

wt

IO

ID1

ID2

ID3

ID4

ID5

ID6

Ia

Ib

Ic

2 3 1 1( ) (cos cos5 cos7

5 7

1 1cos11 cos13 ...)

11 13

a O O O O

O O

i t I t t t

t t

3상 전파정류기의 출력은 리플이 작고, 따라서 적은 용량의 고조파 필터로 직류로 만들 수 있다.

부하 인덕턴스가 상당히 크면 부하전류는 거의 직류가 된다.

Electrical Engineering

7

고조파필터의 설계기법1

Electrical Engineering

8

고조파필터의 설계기법2

Loadsi

sZ

h si

h fi

hi

fZ

NonlinearLoads

SourceImpedance

그림 A. LC 수동필터의 등가회로

Electrical Engineering

9

고조파필터의 설계기법3

Electrical Engineering

10

3상 전파 제어 정류기1

Van

ia

VO

-

+

S4

S1 S3

S6

iO

S5

S2

L

O

A

DVbn Vcn

n

a

bc

2

,3,

3

,

31sin( ) ( ) cos

/3

0.955 cos

m L L

O m L L

m L L

VV V t d t

V

평균출력전압은 다음과 같이 구한다.

Electrical Engineering

11

3상 전파 제어 정류기2

Electrical Engineering

12

12펄스 정류기 1

VOY VO

VO

Wye-Delta 결선은 전원과 브리지 사이에 30도의 위상차를 만든다. 전체 출력전압은 2개의 브리지의 출력의 합이다.

, ,

, , ,

, , ,

3 3 6cos cos cos

2 cos(15 ) 1.932

O O Y O

m L L m L L m L L

O peak m L L m L L

V V V

V V V

V V V

VO

-

+

L

O

A

D

Y Y

Y

VOY

-

+

-

+

VO

A B C

Electrical Engineering

13

직류송전 1

1. 전송선의 인덕턴스가 ‘0’이 된다. 2. 용량성 리액턴스에 의한 손실이 없다. 3. 도선의 수가 3상 송전에 비해 적으며 따라서, 송전탑의 크기도 작아진다. 4. 전력 흐름의 제어가 용이하다. 5. 시스템의 안정성이 좋다. 6 서로 다른 주파수를 가진 시스템간의 연결이 용이하다. 7. 지연각을 조절하여 전력 흐름의 방향을 제어할 수 있다.

주로 장거리 송전이나 해저 케이블을 이용하는 송전에 쓰이는데 장점은 아 래와 같다.

단점

1. 말단에 고가의 컨버터, 필터, 제어시스템 이 필요하다.

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14

직류송전 2

24 펄스 시스템 (양극성 방식) 1. 전원고조파가 적고,

출력전압의 리플이 상당히 작다.

2. 하나의 12펄스 시스템이

동작하지 않더라도 접지를 이용하여 전류를 흘릴 수 있으므로 신뢰성이 있다.

Electrical Engineering

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Commutation (단상) 1

1. 전원 전압의 극성이 바뀌면 전원전류의 방향이 바뀐다. 2. 전원 인덕턴스 때문에 전류는 즉시 바뀌지 못하고 전환각 u동안 점진적으로 바뀐다. 3. 한쌍의 다이오드에서 다른 쌍의 다이오드 로 부하전류가 전달되며 이 기간중 전체 4 개의 다이오드 모두 온 상태 이다.

iS

D4

D1 D3

D2

Vmsin(wt)IO

VLS+ -

Electrical Engineering

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Commutation (단상) 2

1 1

,

sin( )

1( ) sin( ) ( )

(1 cos( ))

since, ( )

( ) (1 cos( ))

2 2cos (1 ) cos (1 )

,

1sin( )

S O

SL m

t

S m O

S

mO

S

O

mO O

S

O S O S

m m

O m

t i I

div V t L

dt

i t V t d t IL

Vt I

L

i u I

Vi u I u I

L

I L I Xu

V V

V V t d

에서

따라서 전환각 u는

평균부하전압은

( ) (1 cos )

2(1 )

m

u

m O SO

m

Vt u

V I XV

V

iS

D4

D1 D3

D2

Vmsin(wt)IO

VLS+ -