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주파수 추종과 정전력 제어가 가능한 고주파 유도가열기의 병렬 공진형 인버터 설계

저자 : 김남수

형태사항 : vii, 41장: 삽도; 26cm.

학위논문사항 : 학위논문(석사)-- 동아대학교 대학원: 전자공학과 2003

KDC : 569.332 4

발행국 : 부산

언어 : 한국어

출판년 : 2003

주제어 : 유도가열, 큐리점, 공진주파수, 퍼지, PLL(Pharse Lock Loop), SCR(Sillicon Controlled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 인버터

소장기관 :

  • 동아대학교 도서관

  • 초록
    • 고주파 유도가열기 시스템에서 철과 같은 물체를 가열하게 되면, 가열된 금속이 큐리점 부근에서 전기적인 임피던스가 급격하게 변화하는 특징을 가지는 시변 시스템이 된다. 또한 부하 임피던스가 변화함에 따라 시스템의 부하 공진 주파수가 달라지므로 해서 시스템의 효율이 감소하는 문제점이 있었다. 이런 문제점을 해결하기 위해 퍼지 제어기를 이용한 직렬 공진형 인버터가 연구된바 있으나 피가열 물체의 용융이나 삽입 상태에 따른 시스템의 단락 현상으로 인해 시스템이 파괴되는 문제점이 있었다.
      본 논문에서는 이런 문제점을 해결하기 위한 방법으로 PLL에 의한 부하 공진 주파수를 추종하면서 스위칭 손실을 줄이고, 퍼지 제어기를 사용하여 시변 부하에 대한 유도 가열시 큐리점 부근의 급격한 부하 임피던스 변화에도 안정된 정전력 제어가 가능할 뿐 아니라 대전력용에 적합하고, 단락현상으로부터 시스템을 보호하는 병렬 공진형 인버터 시스템을 개발하고자 한다.
      유도가열기는 크게 SCR을 이용한 AC-DC 컨버터 시스템과 IGBT를 이용한 인버터 시스템 및 퍼지 제어기를 사용한 유도가열기의 주 컨트롤러 시스템으로 구성되어 있다. 컨버터 시스템은 입력전원의 3상 교류전원을 SCR을 통해 제어된 정전력 전원을 정류한 초오크 입력형 능동 여파기를 사용하여 직류로 만들어 인버터의 주전원으로 인가하였다.
      전류공급형 Full-Bridge 인버터 시스템은 스위칭 소자인 IGBT 모듈을 이용하여 구성하고, 인버터의 출력을 고주파 절연 트랜스포머를 사용하여 부하 회로에 인가하였다. L-C병렬 공진 부하는 고주파 전력을 공급받아 피 가열 물체를 유도가열 시킨다. 부하 공진 주파수 추종을 위해 공진 커패시턴스 양단으로부터 주파수를 검출하고 이를 파형 정형하여 PLL의 위상 검파 회로의 입력에 인가한다. PLL은 검출된 부하 공진 주파수와 VCO에서 출력된 출력 주파수와의 위상을 일치시켜 항상 부하 공진 주파수를 추종하도록 한다.
      인버터는 DC전원을 교류전원으로 변환하는 장치로써 대전력을 얻기에 가장 적합한 full Bridge 인버터를 이용한다. 인버터 방식은 부하 정합에 따라 정전압원인 직렬 공진 방식과 정전류원인 병렬 공진 방식으로 구분되는데 본 논문에서는 부하를 병렬 공진으로 하는 전류원 인버터 방식으로 설계하여 제어를 한다.
      본 논문은 실제로 산업 현장에서 유도 가열 및 유도 용해 전원 장치용으로 사용되고 있다. 직렬 공진형 인버터 시스템과 마찬가지로 부하 공진 주파수를 추종하면서 정전력 제어가 잘 이루어짐을 확인하고, 피가열 물체를 부하 시스템에서 제거하면 시스템이 파괴되던 직렬 공진형 인버터에 비하여 병렬 공진형 인버터 시스템이 효과적인 유도 가열을 행할 수 있음을 확인하였다.

  • 초록2
    • This paper has been designed the parallel resonant inverter which controlling the constant power and tracking the load resonant frequency with PLL is possible, in order to minimize switching losses. The current-fed full-bridge type parallel resonant inverter of an induction heating system was composed of IGBT in switching device. For regulating the output power of an induction heating system, the Fuzzy controller is used. The Fuzzy controller makes the control signal for a stable power regulating control and when reference is changed, it is superior to adaptability. It has been evaluated a stable behavior for a noise with switching and a load disturbance.

  • 목차
    • 목차
    • I. 서론 = 1
    • II. 본론 = 2
    • 1. 고주파 유도가열의 개요 = 2
    • 2. 인버터 시스템 = 4
    • 가. 직렬 공진형 인버터 시스템 = 5
    • 나. 직렬부하에 대한 주파수 응답 = 7
    • 다. 병렬 공진형 인버터 시스템 = 11
    • 라. 병렬부하에 대한 주파수 응답 = 12
    • 3. 퍼지 제어기의 개요 = 16
    • 가. 퍼지제어기의 기본적인 구조 = 16
    • (1). 퍼지화 도입부 = 18
    • (2). 지식베이스 = 19
    • (3). 추론 = 21
    • (4). 비퍼지화 = 23
    • III. 실험 및 결과 = 25
    • 1. 유도가열기의 퍼지 주 제어기 설계 = 25
    • 2. 병렬 공진형 고주파 유도가열 시스템 구성 = 26
    • 3. 실험 결과 = 36
    • IV. 결론 = 37
    • 참고문헌 = 38
    • ABSTRACT = 40