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FUZZY제어기를 이용한 고주파 유도가열기의 정전력 제어에 관한 연구
고주파 유도 가열 방식은 90년대 후반에서는 유도 가열장치의 개발에 주력하고 있으며 그 응용범위도 다양하게 산업현장에 적용 확장시켜 나가고 있다. 유도 가열장치의 응용 분야에는 생산설비의 합리화, 품질향상의 필요성, 국산화 등으로 인해 금속, 자동차, 조선, 전자, 가전, 정밀기계공업 등 여러 분야에 응용되고 있는 실정이다. 본 논문은 퍼지를 이용한 디지탈식 제어기를 고주파 유도 가열기의 전력조절을 위해 IGBT를 사용한다. 그리고 위상 전이(Phase-Shift) 펄스폭 변조(PWM)와 펄스 주파수 변조(PFM) 방식의 공진 고주파 인버터를 응용한 유도가열기를 설명한다. 부하공진 출력 주파수 변조(FM)제어는 공진 전력 인버터와 컨버터의 조절을 위한 일반적인 방식이다. 일반적으로 비철금속이 아닌 철과 같은 금속의 경우에 있어서 고주파 가열을 행할 때 큐리점(currie point)부근의 온도에서는 시간에 따라 부하의 임피던스가 급격하게 변함에 따라 부하 공진주파수 또한 달라지게 된다. 따라서, 부하의 공진주파수를 추종하기 위해 PFM제어 방식을 채택하였으며 PFM을 위한 방법 중 가장 보편적이고 효과적인 방식인 PLL을 이용하여 부하 공진주파수를 추종하도록 하였다. 기존의 PFM방식만을 사용하는 경우에 있어서는 시변 부하인 금속 물체가 가열되어짐에 따라 부하 임피턴스가 변화되면서 부하에 과도한 전류가 흘러 규정 부하 전력조절을 할 수 없다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로서 PLL에 의한 부하공진주파수를 추종하면서 출력전력 조절을 위해 IGBT스위칭 소자를 사용한 전압 공급형 Full-bridge식 직렬 공진 인버터로써 위상전이 PWM제어를 하였다. 유도가열의 입력전원은 3상 교류전원을 정류한 초오크 입력형 여파기를 사용하여 직류로 만들어 인버터의 주전원으로 인가하였다. 전압공급형 Full-Bridge 인버터는 스위칭 소자인 IGBT를 이용하여 구성하고, 인버터의 출력을 변압기를 사용하여 부하 공진회로에 인가하였다. L-C직렬 공진부하는 2차측에 접속되어 고주파 전력을 공급받아 금속물체를 유도가열 시킨다. 부하 공진 주파수 추종을 위해 공진 커패시턴스(C_(R)) 양단으로부터 주파수를 검출하고 이를 파형정형하여 PLL의 위상검파(PD)회로의 입력에 인가한다. PLL은 검출된 부하 공진주파수와 VCO에서 출력된 출력 주파수와의 위상을 일치시켜 항상 부하 공진주파수를 추종하도록 한다. 그리고 PLL의 출력은 인버터의 왼편가지 PWM 도통신호로 사용되고, 인버터의 오른편 가지의 PWM 도통신호를 만들기 위해 PLL에서 VCO의 발진 커패시터 양단 전압을 가산기(ADD)를 이용하여 삼각파를 얻었다. 제어신호와 삼각파를 비교회로로 사용하여 PWM 파형을 생성시키고, 이 PWM주파수는 2배의 공진주파수이므로 2분주하여 IGBT DRIVE회로에 인가하였다. IGBT DRIVE회로는 인버터의 스위칭 소자인 IGBT를 구동하기 위한 것으로써 IGBT의 스위칭 신호를 만든다. 가열기의 출력 전력조절을 위해서 Fuzzy알고리즘을 이용한 디지탈제어기를 사용하여 제어신호(u)를 만든다. 본 논문은 실제로 산업 현장에서 유도 가열 및 유도 용해 전원 장치용으로 사용되며, 위상 전이(Phase-Shift) PWM 정전력 조절 기술을 바탕으로 한 적응 주파수 추종 기법은 스위칭 손실을 최소화하고 전력조절을 용이하게 하기 위해 소개되어졌다. IGBT를 사용하여 실험적으로 만들어진 실험장치는 성공적으로 논증과 토의가 되어졌다. This paper describes a phase-shift pulse-width modulation and pulse-frequency modulation series resonant high-frequency inverter using IGBT for the power regulation of a high-frequency induction heating using fuzzy controller, which is practically applied for 20㎑ - 500㎑ induction-heating and melting power supply in industrial fields. The adaptive frequency tracking based phase-shifting PWM regulation scheme is presented in order to minimize switching losses. The trially-produced testdboards using IGBT are successfully demonstrated and discussed.
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單相 PWM인버터를 이용한 직류 스폿용접기의 定電力制御에 관한 硏究
김재문 성균관대학교 대학원 1995 국내석사
In recent years, there is increasing interests in spot welder with industrial growth of automobile. It makes autowelding and short-time welding possible. Conventional spot welders using AC source bring about the depreciation of welding products, because constant current control makes its workpiece spattered during welding process. In this paper, the constant power control strategy using PI controller is proposed to improve the quality of the welding products. PI controller is implemented by 16bit one-chip 80C196KB microcontroller. In comparison with AC spot welder, the DC spot welder with high frequency PWM inverter is lighter in its size and weight than that of AC spot welder, which is more reliable and obtains high efficiency. Simulation and experimental results show that DC spot welder with single phase PWM inverter is effectively controlled by the constant power control method in very short-time.
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정전력 부하 안정화를 위한 내부모델제어기법 적용에 대한 연구
This paper propose the method to improve the stability by applying Internal Model Control (IMC) in Constant Power Load (CPL) connected system. DC power distribution is used in systems that require different voltage levels, such as electric propulsion system, electric vehicle, and microgrid. In a DC power distribution system, multiple power sources and various loads are connected to the DC-Bus through a power converter. Even if each subsystem is designed stably, interaction among different power converters could cause stability issues. In particular, connection of tightly controlled power converters shows negative input incremental resistance behavior. Such terminal characteristic of CPL decrease system damping. To determine the effect of CPL on system stability, we studied stability characteristics of a power network with a cascade structure that consist of source converter and load converter. This paper studies the effectiveness of the IMC approach for addressing stability issues caused by CPLs in microgrids. The selection of the control factor is simple because IMC uses the structure of the controller that modeled the plant. In addition, it was confirmed that the stability of the system is maintained even as differences occur between the plant and the modeling. The performance of IMC was proved by the experimental results through hardware implementation.
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