레그-개방 고장 상황을 고려한 3상 와이-와이 및 델타-델타 LLC 공진형 컨버터의 손실 분석
The Loss Analysis of Three-Phase Wye-Wye and Delta-Delta LLC Resonant Converter under the Leg-Open Fault
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초록
LLC 공진형 컨버터는 높은 효율과 전력밀도가 요구되는 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다. 이에 따라 컨버터의 내부 고장 발생 비율도 증가하고 있으며, 고신뢰성이 요구되는 데이터센터, 항공, 전기차 분야에서는 고장 발생 시에도 동작을 유지할 수 있는 3상 LLC 공진형 컨버터에 대한 연구가수행되고 있다. 그러나 기존 연구는 주로 고장 후 동작 특성에 초점을 맞추었으며, 고장 후 지속적인운전을 가능하게 하는데 필수적인 전력 손실은 충분히 다루지 않았다. 이에 본 논문에서는 변압기결선 방식에 따른 고장 전후 손실을 분석하기 위해 동작 특성을 비교하고, 이를 바탕으로 손실에 대한 수학적 수식을 도출한다. 분석 결과, 정상 동작 시에는 델타-델타 결선을 적용한 3상 LLC 공진형컨버터가 변압기 손실이 더 적지만 고장 발생 시 각 변압기 상에서의 손실이 달라진다. 본 논문은이러한 손실 분석을 통해 컨버터의 지속적인 운전을 위한 이론적 기반을 마련한다.
Abstract
The LLC resonant converter is widely adopted in industrial applications that require high efficiency and high power density. However, open-circuit faults in power switching devices frequently occur, resulting in power supply interruptions and potential safety hazards. In response, research has been conducted on three-phase LLC resonant converters capable of maintaining operation under fault conditions. Nevertheless, conventional studies have primarily focused on post-fault operational behavior, without addressing the associated power losses which are crucial for enabling continued operation after faults. In particular, since power losses are significantly affected by the transformer winding configuration, it is crucial to analyze transformer loss characteristics under fault conditions. This paper presents a comprehensive analysis and comparison of transformer winding loss, core loss, and core loss of resonant inductor before and after a leg-open fault in three-phase LLC resonant converters with wye-wye and delta-delta transformer connections.