일시 : 2022-11-08 09:34

Title : 반도체 소자와 PWM제어

Memo

전력용 반도체소자

  • PNPN 4층구조, GTO Chip 수직구조

전력용 반도체소자 종류

  • ON 제어형 : ON 제어만 가능하고 OFF 제어가 불가능
  • ON/OFF 제어형 : ON 제어, OFF 제어 모두 가능
  • 래치형 : 제어 신호에 의해 ON 상태로 한 후라면 OM 제어 신호를 없애도 ON 상태 유지 가능
  • 비래치형 : ON 제어 신호를 계속해서 가하지 않으면 ON 상태 유지 불가능
  • 전류 구동형 : 제어 단자에 가해지는 온 오프 신호가 전류
  • 전압 구동형 : 제어 단자에 가해지는 온 오프 신호가 전압

SPB

  • 고속스위칭은 쇼토킹을 많이 사용한다.

IPM(Intelligent Power Module)

  • 드라이빙 기능, 자기 보호 기능 및 자기 진단 기능

SCR

  • Thyristor = SCR(Silicon Controlled Rectifier)

GTO

  • Gate Turn off Thyristor

IGBT

  • 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터
SCR (사이리스터) GTO GCT, IGCT IGBT
전류구동형 (게이트 구동방식) 턴 온 스너비 (dv/dt 제한) 턴 온 스너비 필요없음 전압구동형 (게이트 구동방식)
  턴 오프 스너비 (di/dt 제한)    
디스크 타입 디스크 타입 디스크 타입, 모듈 타입 모듈 타입

전력변환장치(C/I)1

  • 전력분야에서는 교류와 직류간의 변환, 교류의 주파수 상호변환, 상수의 변환 등을 하는 장치를 말한다.

컨버터(Coverter)

  • 교류 → 직류로 변환해주는 순변환장치 이다.
  • 다이오드라고 하는 정류기를 사용해 직류로 변환해준다.

인버터(Inverter)

  • 직류 → 교류로 변환해주는 역변환장치 이다.
  • 직류용 차량이나 교류용 차량 상관없이 모두 사용하는 변환장치다.
  • 인버터는 4개 이상의 스위치를 스위칭하여 교류로 변환해준다.

    [!done] 동영상 : 직류를 단상 교류로 변환하는 방법

SIV & CVCF2

  • SIV - 정지형 인버터 또는 보조전원장치
  • CVCF - 정 전압 정 주파수3 장치
  • 사이리스터, 파워 트랜지스터, IGBT 등을 소자로 한 스위칭 소자
  • 무정전 전원4, 형광등 등 고정적으로 전압과 주파수 공급이 필요한 곳에 사용한다.

★ VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)

  • VVVF는 가변 전압 가변 주파수 제어라고 부른다.
  • 3상 교류 인버터의 스위칭을 이용한 제어이므로 인버터 제어 라고도 부른다.
  • 가정용 컴퓨터와 매우 유사하다. I/F는 자판(키보드)과 유사하다.
  • ![[221108-[44일차] 철도차량공학2#VVVF제어 (능동소자)]]

주회로 방식에 의한 분류

전압형 인버터
  • 전압원의 직류부에서 교류로 변환하는 것으로 제어성이 우수하며 동시에 전압원으로서 직류 전원을 공통으로 할 수 있어, 복수 인버터의 제어가 가능하다.
전류형 인버터
  • 전류원의 직류부에서 교류로 변환하는 것으로 즉응성이 우수하고 전원에 에너지를 회생할 수 있는 등 고성능 기종에 적합한 인버터다.
전압형 인버터와 전류형 인버터 대조

| 항 목 | 전압형 | 전류형 | | ——– | ——– | ——– | | 제어성능 | - 출력 임피던스 낮음, 응답성 양호, 상한 운전 불가, 압력역률 높음, 과부하 내량이 적음 (트랜지스터), 단락보호 곤란 (트랜지스터 ASO), 토크 리플 적음, 최고 주파수 높음 | - 출력 임피던스 높음, 응답성 나쁨, 4상한 운전 가능, 압력역률 높음, 과부하 내량이 큼 (사이리스터), 단락보호 간단, 토크 리플 큼(PWM으로 개선가능), 최고 주파수 낮음 | | 기 타 | - 소형경량, 취급 간단, 복수대 운전가능, 대용량화 불가, 소음이 큼, 무부하 운전 가능, 전압속도검출 불필요, 주회로소자 내압이 낮음 | - 대형중량, 전동기 종류에 맞춰 조정, 복수대 운전불가, 대용량화 가능 (사이리스터), 소음이 작음, 무부하 운전 불가, 주회로소자 내압이 높음 |

스위칭 방식에 의한 분류

PAM 제어(Pulse Amplitude Modulation)
  • 펄스 진폭 변조, 펄스 세로 높이를 조절한다.
  • 컨버터 부에서 출력을 제어하여 인버터 부에서 주파수를 제공하는 방식을 말한다.
  • 모터 소음이 작고 효율이 좋다.
  • 저속시에 회전이 고르지 않고 인버터 부, 컨버터 부 양쪽을 제어해야 한다. 제어부가 매우 복잡하다.
★ PWM 제어(Pulse Width Modulation)
  • 펄스폭 변조, 펄스 가로 폭을 조절한다.
  • 인버터 부에서 주파수와 출력을 제어하는 방식을 말한다.
  • 제어부가 간단하고 저렴한 가격으로 구성할 수 있다.
  • 고주파로 스위칭 하는데 기인하여 모터 소음이 커진다는 결점이 있다.
  • 싸인파와 근사하게 형성 된다.

제어 방식에 의한 분류

  • V/f(전압/주파수)제어
  • 슬립 주파수 제어
  • 벡터 제어
  • 간이 백터 제어
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%%Footnote%%

  1. Converter/Invertver 약호다. ↩

  2. SIV와 CVCF은 같은 의미로 사용된다. ↩

  3. 고정전압 고정주파수 라고도 말한다. CVCF(Constant Voltage Constant Frequency) ↩

  4. UPS(Uninterruptible Power Supply system)를 의미한다. ↩

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