3-레벨 Full SiC 인버터의 인덕터 코어 물질 별 LCL 필터 성능 평가
Performance Evaluation of LCL Filter for Three-Level Full SiC NPC Inverter in Comparison to Core Materials
- 주제(키워드) 필터인덕터 물질평가
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이교범
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000031975
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 SiC MOSFET를 이용한 Full SiC NPC Inverter topology에서 필터인덕터의 최적설계를 위한 물질특성을 비교 분석하고 각각의 성능평가를 통해 최적 소재의 활용방안에 대해 제안한다. 3-레벨 Neutral-Point Clamping (NPC) 인버터는 일반적으로 2-레벨 인버터에 비해 낮은 스위칭 손실과 작은 사이즈의 필터를 사용할 수 있는 특징을 갖는다. 그러나 전력변환 장치의 용량 증대에 대한 요구가 지속적으로 증가함에 따라 3-레벨 NPC 인버터의 고 전력 밀도 설계를 위해 Silicon Insulated-Gate Bipolar Transistors (Si IGBTs) 대신에 Silicon Carbide Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors (SiC MOSFETs)를 전력반도체 소자로 적용하는 연구가 활발하게 진행 되고 있다. 그러나 이에 비해 계통연계형 인버터의 Cost중 많은 부분을 차지하고 손실에 영향을 끼치는 필터인덕터에 대해서는 상대적으로 많은 연구가 이루어 지고 있지 않다. 기존 저주파수의 Si반도체 기반에서 사용하는 규소강판을 이용한 필터인덕터와 슈퍼코어, 아몰퍼스 코어, 파우더코어의 물질 특성에 대해 파악하여 SiC기반 Topology의 고주파특성에 최적 설계에 대해 분석하고 100kW급 시작품을 이용해 특성과 효율, 장단점을 분석한다. 본 논문에서 제안하는 필터 인덕터의 물질 별 성능평가 및 설계방안은 실험 결과를 통해 성능과 가능성을 검증한다.
more초록/요약
This paper analyzes the performance of an LCL filter based on core materials for filter inductor in a three-level full silicon-carbide (SiC) neutral-point-clamped (NPC) inverter. The three-level full SiC NPC inverter is operated with a high switching frequency owing to the low switching losses of SiC devices. To improve the output quality and assist in system miniaturization, the LCL filter is applied with a high switching frequency system. The inductor on the inverter-side is affected more by the high switching frequency of the SiC NPC inverter compared with the grid-side inductor. As a result, the core losses and temperature rise occur at the inverter-side inductor, leading to a reduction in the inverter efficiency. In this study, various core materials such as a super core, an amorphous core, and a powder core are analyzed considering the operating conditions, system efficiency, size, and manufacturing ability. The LCL filter performance depending on the core materials is verified by the experimental results.
more목차
제1장 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 4
제2장 3-레벨 NPC 인버터 6
2.1전력변환 시스템 토폴로지 6
2.2 3상 3-레벨 NPC 인버터의 동작 원리 10
2.3 3상 3-레벨 NPC 인버터의 공간 벡터 전압 변조 방식 13
2.4 Wide band Gap 전력반도체 Device 26
2.5 3상 3-레벨 Hybrid ANPC 인버터 35
2.6 3상 3-레벨 Full SiC NPC 인버터 38
제3장 LCL 필터 설계 39
3.1 계통연계 LCL 필터 39
3.2 LCL 필터 설계 41
제4장 코어 별 손실 특성 50
4.1 인덕터 코어의 종류 50
4.2 슈퍼 코어 52
4.3 아몰퍼스 코어 53
4.4 파우더 코어 54
4.5 코어 물성 별 철손의 비교 55
제5장 인덕터 코어 별 실험 결과 57
5.1 시험 장치 구성 57
5.2 시험 환경 세부 사양 60
5.3 규소 강판 코어 실험 결과 67
5.4 슈퍼 코어 실험 결과 68
5.5 아몰퍼스 코어 시험 결과 70
5.6 파우더 코어 시험 결과 72
제6장 결 론 76
제7장 참고문헌 80
