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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 노정욱
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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본 논문에서는 자가발전 이동 카트 시스템을 위한 회로 및 시스템에 관해 연구한다. 자가발전 이동 카트 시스템은 두 개의 승압 형 컨버터로 구성되어 있다. 첫 번째로 모터 구동을 위한 승압 형 컨버터이다. 입력 전압은 28V의 7s4p 배터리이고 출력 전압은 75V가 필요하다. 기존 승압 형 컨버터인 Boost 컨버터를 사용하면 출력 단에 Super Cap을 연동 시 Super Cap의 내압이 높아지므로 Super Cap Cell의 직렬연결 개수가 증가하게 되고 이는 가격이 상승하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 Super Cap이 출력 단이 아닌 중간 단에 위치하여 Super Cap 직렬 개수를 감소시킬 수 있는 새로운 승압형 컨버터를 제안 하였다. 이러한 새로운 승압형 컨버터는 모터 구동 시 큰 전류를 배터리가 전부 부담하지 않고 Super Cap Assist 방식을 통해 배터리의 병렬개수를 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 두 번째로 배터리 충전을 위한 승압 형 컨버터이다. 기존배터리 충전 회로는 3상 정류기, 평활 캐패시터, Boost Converter로 구성되어 있고 발전기의 3상 전원을 브릿지 다이오드를 통해 정류 한 뒤 캐패시터에 의해 평활 된 DC 전압을 Boost Converter의 입력전압으로 사용하게 된다. 기존 방식의 경우 다이오드를 통해 정류하게 되면 다이오드 도통 손실이 발생하게 되고 회로의 부피 또한 커지게 된다. 따라서 본 논문에서는 3상 전원을 정류하기 위한 브릿지 다이오드를 제거하고 발전기의 내부 인덕턴스를 이용해 Boost Converter로 동작시켜 배터리를 충전시키게 된다.
기존 자가발전 이동 카트 시스템의 경우 시스템 장시간 운용을 위한 몇 가지 문제점이 있는데 본 논문에서는 그 문제점을 해결하는 방법을 설명한다. 첫번째로 모터 구동을 위한 승압 형 컨버터의 경우 실제 Full 부하의 화물을 반복 배출시 메인 Mosfet의 발열에 의해 장시간 구동이 힘들다. 따라서 무 손실 스너버를 적용시켜 Mosfet의 손실을 최소화 시켜준다. 두번째로 1개의 승압 형 컨버터가 여러대의 카트 전원을 담당하게 되는데 모터 구동을 위한 모터 드라이브 보드에서 사용되는 대기 전류를 무시 할 수 없다. 이를 해결하기 위해 Sorter가 운영 시 발전되는 전압을 평활하여 얻은 dc전압을 Micom을 통해 승압 형 컨버터의 출력 단을 ON/OFF 시켜준다. 마지막으로 현장에서 레일이 설치 될 시 카트 수에 따라 n대당 하나의 승압보드가 전원을 담당하게 되는데 이를 해결하기 위한 필요 발전량 계산 및 배터리 당 최대 화물 배출 가능 수를 계산 하였다. 실제 현장에 설치되는 크로스벨트 소터는 카트 수가 많고 레일이 길기 때문에 실험에 용이하지 않다. 따라서 본 논문에서는 자가 발전 이동 카트 시스템의 Small prototype으로 실험 후 그 타당성을 검증한다.
또한 본 논문에서는 기존 시스템의 문제점을 해결하기 위해 이론적이 분석과 PSIM 시뮬레이션, Prototype 제작 및 실제 실험 결과를 통해 그 타당성을 검증하였다.
기존 자가발전 이동 카트 시스템의 경우 시스템 장시간 운용을 위한 몇 가지 문제점이 있는데 본 논문에서는 그 문제점을 해결하는 방법을 설명한다. 첫번째로 모터 구동을 위한 승압 형 컨버터의 경우 실제 Full 부하의 화물을 반복 배출시 메인 Mosfet의 발열에 의해 장시간 구동이 힘들다. 따라서 무 손실 스너버를 적용시켜 Mosfet의 손실을 최소화 시켜준다. 두번째로 1개의 승압 형 컨버터가 여러대의 카트 전원을 담당하게 되는데 모터 구동을 위한 모터 드라이브 보드에서 사용되는 대기 전류를 무시 할 수 없다. 이를 해결하기 위해 Sorter가 운영 시 발전되는 전압을 평활하여 얻은 dc전압을 Micom을 통해 승압 형 컨버터의 출력 단을 ON/OFF 시켜준다. 마지막으로 현장에서 레일이 설치 될 시 카트 수에 따라 n대당 하나의 승압보드가 전원을 담당하게 되는데 이를 해결하기 위한 필요 발전량 계산 및 배터리 당 최대 화물 배출 가능 수를 계산 하였다. 실제 현장에 설치되는 크로스벨트 소터는 카트 수가 많고 레일이 길기 때문에 실험에 용이하지 않다. 따라서 본 논문에서는 자가 발전 이동 카트 시스템의 Small prototype으로 실험 후 그 타당성을 검증한다.
또한 본 논문에서는 기존 시스템의 문제점을 해결하기 위해 이론적이 분석과 PSIM 시뮬레이션, Prototype 제작 및 실제 실험 결과를 통해 그 타당성을 검증하였다.
목차
Ⅰ. 서 론 11.1 연구배경 11.2 자가발전 이동 카트 시스템의 구성 및 동작 4Ⅱ. 자가발전 이동 카트 시스템의 운용 방식 72.1 모터 구동용 승압 형 컨버터 72.1.1 모터 구동용 승압 형 컨버터 구성 72.1.2 Super Cap Assist 방식을 적용시킨 승압 형 컨버터 102.1.3 모터 구동용 승압 형 컨버터 제어 원리 122.2 배터리 충전용 승압 형 컨버터 142.2.1 제안회로의 구성 및 설명 142.3 자가발전 이동 카트 시스템 flow chart 16Ⅲ. 자가발전 이동 카트 시스템의 문제점 및 해결 방안 203.1 Mosfet 스위칭 손실에 의한 발열 203.1.1 무 손실 스너버를 적용시킨 모터 구동용 승압 형 컨버터 203.1.2 무 손실 스너버를 적용시킨 승압 형 컨버터의 구성 및 모드 해석 213.2 대기 전력 차단을 위한 회로 273.3 소량의 발전량을 위한 발전기당 카트수 계산 293.4 배터리 당 최대 화물 배출 가능 수 계산 32Ⅳ. 제안 회로 실험 결과 344.1 제안 회로의 PSIM 모의실험 344.1.1 무 손실 스너버를 적용시킨 Super Cap Assist 방식을 통한모터 구동용 승압 형 컨버터 모의실험 결과 344.1.2 배터리 충전용 Bridgeless 승압 형 컨버터 모의실험 결과 384.2 제안 회로의 Prototype 제작 및 실험 결과 414.2.1 무 손실 스너버를 적용시킨 Super Cap Assist 방식을 통한모터 구동용 승압 형 컨버터 실험 결과 434.2.2 배터리 충전용 Bridgeless 승압 형 컨버터 실험 결과 46Ⅴ. 결 론 49
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