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전력전자이론및설계 건국대 최규하

제4장

정류회로


3상 정류회로


3상 정류회로(개요)

- 다이오드 정류회로

- SCR제어 정류회로


3상 반파 정류회로


3상 반파회로에서 출력 P의 전위는 매 순간 대칭 3상 전원 중 가

장 높은 전압을 갖는 상으로 결정되며 그 상에 연결된 다이오드만

이 일정기간 켜지게 된다.


Homework 1 – 다이오드 반파 정류회로


3상 반파회로에서 다이오드 D1에 인가되는 전압파형을 구하라.

또, D1의 PIV를 구하라. (단, PSIM으로 풀것)


1) 상전압 v1과 v3가 만나는 시점

2) ωt=300 시점

3) 상전압 v1이 가장 커지는 시점

- ωt=2700에서 D3가 켜짐

SS

do VVE 1695.12233

==p

SS VVPIV 4495.223 ==

-평균출력전압

-다이오드 PIV



- 다이오드의 도통시점

- 다이오드의 차단시점

1) ωt=1500인 시점까지

2) 상전압 v1이 가장 작아지는 시점

3) ωt=1500인 시점이후 D2가 켜짐.

양의 반파 이용시


0023

02

1

240120

120

+=+=

+=

=

aaa

aa

aaD1’은 ωt=2100에서 켜지기 시작

D2’은 ωt=3300에서 켜지기 시작

D3’은 ωt=900에서 켜지기 시작



음의 반파 이용시



- 제어 정류회로

- 제어각 α에 따라 스위칭 위상변화

- α=0인 시점을 필히 알아야 함.

<주의> 제어각 α의 값과 ωt 사이에는

300의 위상차가 있음.




- 제어각 α 및 부하 인덕터에 따라

전류의 연속 여부가 달라짐

(불연속전류)

(연속전류)


- 순저항 부하일때 평균전압

aapa cos1695.1cos2233

SS

d VVE == )300( 00 ££a

þýü

îíì ++= )

6cos(1

223 papa

Sd

VE )15030( 00 ££a

- R-L 부하일때 평균전압(연속전류)




Homework 2 – 3상 제어 정류회로

- SCR 제어 정류회로

부하가 R, R-L부하일 경우 파형을 조사하라.

또, R-L부하에서 L의 크기에 따라 전류연속 여부를 조사하고 그때

의 L의 값을 구하라. (단, PSIM으로 풀것)


3상 전파 정류회로


3상 전파정류회로는 두 개의 3상 반파회로를 병렬 연결함으로써

그림의 3상 브리지회로 또는 6상 반파회로로 구성된다.


두 반파회로들의 출력전압

은 그림 (c)와 같이 서로 600

의 상차를 가지므로 직류출

력은 P점과 N점의 전압차로

된다.



그림4-15(a)의 3상 브리지 회로


- 1주기 동안 1-2-3-4-5-6의 순으로 다이오드가 켜짐.

- 각 다이오드는 서로 600 씩 중첩되어 켜짐.

- 3상 브리지회로의 평균전압 LSS

do VVVE 3505.13391.22233

===p



1 4 265 3


1) 상간 리액터가 없을 경우

6상 반파정류회로라 함

6개 권선, 즉 감극성 권선 (v1,v2,v3)

및 가극성 권선 (v1’ ,v2

’ ,v3’)으로,

각 권선은 3상 반파회로에 연결.

출력 측에는 최대의 전압을 갖는 권선의 상전압만이 나타나고

각 다이오드는 600 씩의 도통 구간을 가진다.



상간 리액터가 없어 감극성 및 가극성 권선이 동시에 ON되지 못함

따라서 1개의 6상 반파정류회로가 동작되는 것과 같음


1) 상간 리액터가 없을 경우

6상 반파정류회로라 함



v3’ v1

’ v2’

v1 v2 v3

출력 측에는 6상 반파정류회로의 순시 상전압이 나타남

각 다이오드는 600 씩의 도통됨


2) 상간 리액터가 있을 경우

중복 Y 정류회로라 함



’ ,v3’)으로,


상간 리액터로 감극성 및 가극성 권선이 동시에 ON됨

따라서 2개의 3상 반파정류회로가 동시에 동작되는 것과 같음


- 중복 Y 정류회로

출력 측에는 두 반파정류회로의 출력의 평균값이 나타남

각 다이오드는 1200 씩의 도통 구간을 가진다.


2) 상간 리액터가 있을 경우

중복 Y 정류회로라 함



’ ,v3’)으로,



- 중복 Y 정류회로



- 중복 Y 정류회로 및 파형

v2’ v3

’ v1’ v2

’

v1 v2 v3


0052

0036

0014

05

03

1

60180

300180

180180

240

120

+=+=

+=+=

+=+=

+=

+=

=

aaa

aaa

aaa

aa

aa

aa

0

0

0

0

0

0

9033021027015030

+=«

+=«

+=«

+=«

+=«

+=«

aw

aw

aw

aw

aw

aw

tttttt



켜지는 순서(번호순)1-2-3-4-5-6


0052

0036

0014

05

03

1

60180

300180

180180

240

120

+=+=

+=+=

+=+=

+=

+=

=

aaa

aaa

aaa

aa

aa

aa



켜지는 순서(번호순)1-2-3-4-5-6

o0=a


일 때 전압파형


- 제어 정류회로의 제어각에 따른 파형(예시)

o0=a


연속전류일때 평균전압 aa cosdod EE =



<제어각에 따른 정류전압 파형들>



- 정류회로의 전류중복

전환중복 : 교류전원측 인덕턴스(변압기 누설인덕턴스) 때문에 정류

회로에서 두 개의 반도체 스위치가 동시에 도통되는 현상이다.

전환(commutation) : 다이오드나 SCR이 꺼지거나 어느 한 소자를

통해서 흐르던 전류(current)가 다른 소자를 통해 그 흐름이 바뀜.

- 다이오드, SCR과 직렬로 인덕턴스 성분이 없는 경우에는 역전압

이 인가되면, 즉시 턴-오프됨.

- 인덕턴스가 존재하면 L의 축적 에너지가 완전히 방출될 때까지 전

류(current)가 흐르므로 반도체 소자가 꺼질 수 없음.

환


-그림의 SCR T1이 ON되어 일정 전류 Id가 흐르고 있다가

- ωt=α에서 SCR T2가 ON되면 일정구간(u) 동안 2개의

SCR이 동시에 ON된다. à 이를 전환중복이라 함.


- 정류회로의 전환중복


T1의 전류 감소 & T2의 전류 증가 시

점 P에서 다음의 KCL이 만족되므로

dItiti =+ )()( 21

중복구간의 직류출력전압의 손실분을

edu(t)라 하면 동시에 ON되어 있는 두

폐회로에서 다음의 전압방정식을 얻음.

0)()()()( 11

1 =+++- tetvtdtdiXtv duTS w

0)()()()( 22

2 =+++- tetvtdtdiXtv duTS w

중복구간에서의 전압 표현 { })()(21)( 21 tvtvtedu +=\



P



- 전환중복구간에서의 전압파형

{ })()(21)( 21 tvtvtedu +=


전압 edu의 파형은 이상적인 경우에 비해

빗금친 부분만큼 나타나지 않으므로 주

기당 평균전압이 강하된다.

정류회로가 q-펄스라 하면 전압강하분

Eu는 다음과 같음.

2)cos(cos)(

2 2uEtdevqE do

u

duu+-

=-= ò+ aaw

pa

a

따라서 중복을 고려한 평균전압 Edu는 다음과 같다.

2)cos(cos uEEEE douddu

++=-=

aaa




-누설인덕턴스 LS의 전압

dttdiLtv SL)()( 1=

평균전압 강하분 Eu dudSdS

u IRIqfLTIqLE ===



-주기당 빗금친 면적은 q번 발생


전환중복으로 인해

q상 정류기의 직류

평균출력전압

dS

dodu IqXEEp

a2

cos -=

각 중복구간마다 선간 전압파형에 함몰(notch)이 발생, 평균전압의 감소, 파형 왜곡을 초래함.



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