직류 초퍼(Chopper) 제어에 대하여

직류 초퍼(Chopper) 제어에 대하여

Ⅰ. 서론
기존 전기차의 제어 방식은 직류 직권 전동기에 직렬로 기동 저항기를 삽입하여 가속도를 제어하였으나, 사이리스터의  발전은 견인 전동기에 가해지는 전압을 높은 주파수로 빠르게 on, OFF하는 스위칭에 의해 가선 전압보다 낮은 전압을 공급할 수 있게 되었으며, 이와 같은 방식으로 사이리스터를 작용하여 전압을 제어하는 것을 초퍼 제어라 한다.

Ⅱ. 초퍼 제어의 원리
초퍼 제어는 기존 저항 제어차에 삽입되어 있는 기동 저항기에 의해 발생하는 전력 손실이 없으며, 부하 전류를 견인력에 유용하게 사용할 수 있다. 초퍼가 작동되는 곳에 전동기를 연결함으로써
① 완벽한 고장 보호
② 전동기 계자 권선에 전압 스트레스가 적다.
③ 역행/제동 변환시에 적은 접점들은 유지 보수에도 유리하다.
초퍼는 기존 기동 저항기 대신에 on-OFF 시간을 변환시키는 스위치로 생각할 수 있으며, 직류 변압기의 역할을 한다. 

Ⅲ. 직류 초퍼 제어의 원리

사이리스터의 스위칭 작용을 이용하여 직류 전압을 이용하여 직류 전압을 구형 단속파로 공급함으로써 필요한 직류 평균 전압을 얻어 주전동기의 단자 전압을 제어할 수 있으며, 원리는 다음과 같다.

① 초퍼 장치 ch를 닫으면 전압 EL=E가 되어 전원에서 공급하는 전류 I0는 회로의 시정수에 따라서 증가한다.

② I0가 일정치에 달했을 때 ch를 열면 I0는 0이 되고, 평활 리액터 SL에 축적된 에너지가 다이오드 D를 통해서 전기자에 전류 ID를 방출하여 감쇠해 간다.

③ ID가 어느 정도까지 감소 했을 때 다시 ch를 닫으면 초기 상태로 되어 전류가 전원으로부터 유입한다.

④ 이러한 동작을 반복하면 부하에는 평활된 전류 I가 공급된다.

 

 

Ⅳ. 초퍼 제어의 장, 단점

장점

① 우수한 전압 제어 능력

② 우수한 회생 브레이크 특성

③ 우수한 제어성

④ 우수한 점착 성능

⑤ 유지 보수비 절감

 

 

2. 단점

① 전류의 맥동에 의한 유도 장해

② 전류의 맥동에 의한 전동기의 온도 상승이나 정류상의 장해

 

 

Ⅴ. 결론

초퍼 제어 전동차는 기존 저항 제어 전동차보다 가속 및 제동시에 충격이 거의 없어 승차감을 좋게하며, 또한 제동시에 기존 저항 제어 전동 차량은 발전 제동에 의해 열로 에너지를 소모시키지만 초퍼 제어 전동 차량은 회생 제동으로 전력을 절감할 수 있는 장점 등이 있어 점차 초퍼 제어로 전환하고 있다.