표제지
목차
ABSTRACT 12
제1장 서론 13
제1절 연구 배경 및 동향 13
1. 광대역 능동 소나 13
2. 소나 시스템과 전고조파 왜율 14
3. 연구 동향 15
제2절 연구 목적 17
제3절 논문의 구성 18
제2장 소나 송신부 전력 시스템 19
제1절 소나 트랜스듀서의 전기적 등가 회로 19
1. FFR 트랜스듀서 19
2. BVD 모델 등가 회로 20
제2절 전력 증폭 장치 설계 25
1. 직렬 시스템 전력 증폭 장치 25
2. 저역통과필터와 임피던스 매칭 회로 32
제3장 직렬 전력 증폭 장치 구동 기법 36
제1절 PWM 전압 변조 지수를 이용한 제어 36
1. MI와 전력 증폭 장치 출력 전압 관계 36
2. MI와 전력 증폭 장치 출력 전압 전고조파 왜율 관계 38
제2절 단위 모듈 출력 전압 위상 변조를 이용한 제어 41
제3절 전고조파 왜율 저감을 위한 단위 모듈 대수 제어 49
1. 단위 모듈 MI 조합과 출력 전압 품질 51
2. 단위 모듈 대수 제어 운전 전략과 모의실험 54
제4장 실험 77
제1절 실험 구성 77
제2절 실험 및 검증 79
1. MI와 전력 증폭 장치 출력 전압 품질 실험 79
2. 데드타임과 전고조파 왜율 실험 97
3. 단위 모듈 대수 제어를 통한 전고조파 왜율 저감 실험 100
제5장 결론 106
참고문헌 107
국문초록 110
표 2-1. 등가 회로 제정수 23
표 2-2. 임피던스 오차 24
표 2-3. 직병렬 구조의 등가 회로 해석 결과 29
표 2-4. 필터 소자 제정수 설계안 30
표 2-5. 전력 증폭 장치 설계 제정수 1차 도출 결과 31
표 2-6. LC 필터 제정수 도출 결과 33
표 2-7. 단일 인버터 전류 및 용량 모의실험 34
표 2-8. 축소 용량 고전력 증폭 장치 설계 제정수 도출 결과(n=4) 35
표 3-1. MI 이용한 출력 전압 제어 모의실험 조건 37
표 3-2. 주파수별 MI와 출력 전압 RMS 모의실험 결과 37
표 3-3. 주파수별 MI와 출력 전압 최댓값 모의실험 결과 38
표 3-4. 주파수별 MI와 출력 전압 전고조파 왜율 크기 모의실험 결과 39
표 3-5. 단위 모듈 위상 변조 모의실험 결과 freq. 1.25 p.u 43
표 3-6. 단위 모듈 위상 변조 모의실험 결과 freq. 1.55 p.u 46
표 3-7. TMI 0.8의 전압 품질 비교 51
표 3-8. TMI 1.6의 전압 품질 비교 52
표 3-9. TMI 2.4의 전압 품질 비교 53
표 3-10. 운전 전략 시나리오 1 55
표 3-11. 운전 전략 시나리오 2 59
표 3-12. 운전 전략 시나리오 3 63
표 3-13. 전환점 전압 품질 모의실험 결과 67
표 4-1. MI와 전력 증폭 장치 출력 전압 품질 실험 조건 79
표 4-2. 주파수별 MI와 출력 전압 RMS 79
표 4-3. 주파수별 MI와 출력 전압 전고조파 왜율 크기 80
표 4-4. 단위 모듈 대수 제어 효과 검증 실험 조건 92
표 4-5. 단위 모듈 대수 제어 효과 검증 실험 결과 92
표 4-6. MI별 데드타임과 전고조파 왜율 97
표 4-7. 단위 모듈 대수 제어 실험 조건 100
표 4-8. 단위 모듈 대수 제어 조합표 104
표 4-9. 단위 모듈 대수 제어 실험 결과 105
그림 1-1. 능동 소나의 개념 13
그림 2-1. FFR 트랜스듀서 20
그림 2-2. FFR 트랜스듀서의 송신 전압 응답 특성 20
그림 2-3. FFR 트랜스듀서 등가 회로 도출 절차 21
그림 2-4. FFR 트랜스듀서 임피던스 특성 21
그림 2-5. 단일 공진 BVD 모델 등가 회로 22
그림 2-6. 이중 공진 BVD 모델 등가 회로 22
그림 2-7. 매칭 인덕터를 반영한 삼중 공진 BVD 모델 등가 회로 23
그림 2-8. 등가 회로의 임피던스 특성: (a) 크기; (b) 위상 24
그림 2-9. 전력 증폭 장치 설계 과정 25
그림 2-10. 단일 시스템 전력 증폭 장치 26
그림 2-11. 단위 모듈이 직렬 연결된 FFR 트랜스듀서용 전력 증폭 장치 27
그림 2-12. 단일 시스템의 등가 회로 변환 28
그림 2-13. 직렬 시스템의 등가 회로 변환 28
그림 2-14. LC 필터와 임피던스 매칭 회로의 상호 영향 32
그림 2-15. LC 필터 제정수 설계를 위한 PSO 알고리즘 순서도 33
그림 2-16. PSO를 이용한 LC 필터 제정수 도출 후 전압 전달함수 곡선 33
그림 2-17. 단위법을 이용한 축소 용량 설계 절차 34
그림 3-1. 전력 증폭 장치 단위 모듈 36
그림 3-2. 주파수별 MI와 출력 전압 RMS 모의실험 그래프 37
그림 3-3. 주파수별 MI와 출력 전압 최댓값 모의실험 그래프 38
그림 3-4. MI 가변 시 전력 증폭 장치 출력 전압 및 전류 모의실험 파형 39
그림 3-5. 주파수별 MI와 출력 전압 전고조파 왜율 관계 모의실험 그래프 40
그림 3-6. 4개의 단위 모듈이 직렬 연결된 전력 증폭 시스템 42
그림 3-7. 위상 변조와 FFR 입력 전압 모의실험 freq. 1.25 p.u 44
그림 3-8. 위상 변조와 FFR 입력 전압 THD 모의실험 freq. 1.25 p.u 44
그림 3-9. 위상 변조 FFR 입력 전압과 전류 파형 freq. 1.25 p.u 45
그림 3-10. 위상 변조와 FFR 입력 전압 모의실험 freq. 1.55 p.u 47
그림 3-11. 위상 변조와 FFR 입력 전압 THD 모의실험 freq. 1.55 p.u 47
그림 3-12. 위상 변조 FFR 입력 전압과 전류 파형 freq. 1.55 p.u 48
그림 3-13. 데드타임에 의한 전고조파 왜율 증가 49
그림 3-14. 미사용 모듈의 오프 모드 50
그림 3-15. TMI 0.8의 모듈 대수별 전압 파형 비교 52
그림 3-16. TMI 1.6의 모듈 대수별 전압 파형 비교 53
그림 3-17. 단위 모듈 대수 제어 순서도 54
그림 3-18. 대수 제어 전략1 모의실험: (a)TMI; (b)FFR 입력 전압; (c)모듈별 MI 57
그림 3-19. 대수 제어 전략1: (a)전환점; (b)전환점의 FFR 입력 전압 58
그림 3-20. 대수 제어 전략2 모의실험: (a)TMI; (b)FFR 입력 전압; (c)모듈별 MI 61
그림 3-21. 대수 제어 전략2: (a)전환점; (b)전환점의 FFR 입력 전압 62
그림 3-22. 대수 제어 전략3 모의실험: (a)TMI; (b)FFR 입력 전압; (c)모듈별 MI 65
그림 3-23. 단위 대수 제어 전략3: (a)전환점; (b)전환점의 FFR 입력 전압 66
그림 3-24. 대수 제어 전략 TMI 1.0 FFR 입력 전압 전류 freq. 1.25 p.u 68
그림 3-25. 대수 제어 전략 TMI 1.9 FFR 입력 전압 전류 freq. 1.25 p.u 69
그림 3-26. 대수 제어 전략 TMI 2.8 FFR 입력 전압 전류 freq. 1.25 p.u 70
그림 3-27. 대수 제어 전략 TMI 1.0 FFR 입력 전압 전류 freq. 2.5 p.u 71
그림 3-28. 대수 제어 전략 TMI 1.9 FFR 입력 전압 전류 freq. 2.5 p.u 72
그림 3-29. 대수 제어 전략 TMI 2.8 FFR 입력 전압 전류 freq. 2.5 p.u 73
그림 3-30. 대수 제어 전략 TMI 1.0 FFR 입력 전압 전류 freq. 5 p.u 74
그림 3-31. 대수 제어 전략 TMI 1.9 FFR 입력 전압 전류 freq. 5 p.u 75
그림 3-32. 대수 제어 전략 TMI 2.8 FFR 입력 전압 전류 freq. 5 p.u 76
그림 4-1. 전력 증폭 장치 구성도 77
그림 4-2. MCU 77
그림 4-3. 단위 모듈의 인버터와 제어기 78
그림 4-4. 오실로스코프와 DC 전원 공급기 78
그림 4-5. FFR 등가 부하 78
그림 4-6. 주파수별 MI와 출력 전압 RMS 80
그림 4-7. 주파수별 MI와 출력 전압 전고조파 왜율 관계 그래프 81
그림 4-8. freq. 1.25 p.u에서 MI별 전압 전고조파 왜율 모의실험과 계측 81
그림 4-9. freq. 2.5 p.u에서 MI별 전압 전고조파 왜율 모의실험과 계측 82
그림 4-10. freq. 3.75 p.u에서 MI별 전압 전고조파 왜율 모의실험과 계측 82
그림 4-11. freq. 1.25 p.u에서 MI별 전압: (a)MI 0.1 ~ (i)0.9 85
그림 4-12. freq. 2.5 p.u에서 MI별 전압: (a)MI 0.1 ~ (i)0.9 88
그림 4-13. freq. 3.75 p.u에서 MI별 전압: (a)MI 0.1 ~ (i)0.9 91
그림 4-14. freq. 1.25 p.u의 대수 제어 효과 94
그림 4-15. freq. 2.5 p.u의 대수 제어 효과 95
그림 4-16. freq. 3.75 p.u의 대수 제어 효과 96
그림 4-17. 낮은 MI에서 전압 데드타임 영향 98
그림 4-18. 높은 MI에서 전압 데드타임 영향 99
그림 4-19. 운전 전략 1의 각 모듈 출력 전압과 FFR 트랜스듀서 입력 전압 100
그림 4-20. 단위 모듈 대수 제어 시 FFR 트랜스듀서 입력 전압 101
그림 4-21. 운전 전략 2의 각 모듈 출력 전압 101
그림 4-22. 운전 전략 2의 각 모듈 출력 전압과 FFR 트랜스듀서 입력 전압 102
그림 4-23. 모듈 전환점에서 FFR 트랜스듀서 입력 전압 102
그림 4-24. 운전 전략 3의 각 모듈 출력 전압과 FFR 트랜스듀서 입력 전압 103
그림 4-25. 모듈 전환점에서 모듈 출력 전압과 FFR 트랜스듀서 입력 전압 103