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title: 3.4 3레벨 DC-AC 인버터
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published: true
date: 2026-04-23T09:41:16.920Z
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editor: markdown
dateCreated: 2026-04-22T02:25:12.975Z
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# 3.4 3레벨 DC-AC 인버터

## 사양 확정

| 항목 | 값 |
|------|----|
| 토폴로지 | T-type 3-level |
| 정격 전력 | 4kW |
| AC 출력 전압 | 380VAC (Line-to-Line, RMS) |
| AC 주파수 | 60Hz |
| DC Link 전압 | 640VDC |
| 스위칭 주파수 | 10kHz |
| 필터 인덕터 | 4mH |
| 필터 커패시터 | 6.8μF (Y결선) |
| 소자 | Fuji Electric 4MBI400VF-120R-50 (1200V Si IGBT) |
| 운전 방향 | 양방향 (Inverter / Rectifier) |

## 설계 파라미터 계산

| 항목 | 계산 | 값 |
|------|------|----|
| 상전압 피크 | (380/√3)×√2 | 310.3V |
| 변조지수 ma | 310.3 / (640/2) | 0.970 |
| LC 필터 공진주파수 | 1/(2π√(4m×6.8μ)) | ≈ 965Hz |
| 소자 최대 전압 부담 | Vdc/2 | 320V |

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## 논문 서술 초안

### 회로 구성

본 연구에서 사용된 3레벨 DC-AC 인버터는 T-type 구조로 구성된다. T-type 3레벨 인버터는 각 상(phase)마다 2개의 외측 스위치(S1, S4)와 양방향 스위치를 구성하는 2개의 내측 스위치(S2, S3)로 이루어지며, 외측 스위치는 DC Link 전압 전체를 차단할 수 있는 소자를, 내측 스위치는 DC Link 전압의 절반(Vdc/2)만을 차단하는 소자를 사용한다. 본 시스템에서는 DC Link 전압이 640V이므로 외측 소자의 전압 부담은 640V, 내측 소자는 320V로 분담된다. 3상 구성에서 각 상의 출력은 LC 필터를 통해 AC 부하 또는 계통 시뮬레이터와 연결되며, 필터 인덕터 4mH와 Y결선 커패시터 6.8μF가 적용된다.

### 동작 원리

T-type 인버터의 각 상 스위칭 노드 전위는 세 가지 레벨(+Vdc/2, 0, −Vdc/2), 즉 +320V, 0V, −320V를 가진다. 스위치 도통 조합에 따른 출력 레벨은 다음과 같다.

- **상태 P (+320V):** S1 도통. 스위칭 노드가 DC Link 양극(+320V)에 연결된다.
- **상태 O (0V):** S2, S3 도통. 양방향 스위치를 통해 스위칭 노드가 중립점(N)에 연결된다.
- **상태 N (−320V):** S4 도통. 스위칭 노드가 DC Link 음극(−320V)에 연결된다.

Inverter 모드(DC → AC)에서는 공간벡터 PWM(SVPWM, Space Vector Pulse Width Modulation)을 통해 세 가지 레벨을 조합하여 출력 전압 파형을 합성한다. 정격 출력 380VAC(L-L, RMS)에 대하여 상전압 피크는 (380/√3)×√2 ≈ 310.3V이며, 변조지수 ma는 다음과 같이 산출된다.

$$m_a = \frac{\hat{V}_{phase}}{V_{dc}/2} = \frac{310.3}{320} = 0.970$$

ma = 0.970은 선형 변조 영역(SPWM 기준 ma ≤ 1) 내에 있으며, 직류단 전압 640V가 380VAC 출력에 적합하게 설정되었음을 확인할 수 있다. Rectifier 모드(AC → DC)에서는 전력 흐름이 역전되어 AC측 계통 시뮬레이터로부터 에너지를 흡수하고 DC Link를 충전하며, 이때 동일한 스위칭 패턴이 전류 방향만 역전된 형태로 유지된다.

### 주요 설계 파라미터

출력 LC 필터는 스위칭 주파수 성분을 감쇠하고 정현파에 가까운 AC 전압·전류 파형을 출력하기 위해 적용된다. 필터의 공진주파수 fc는 다음 식으로 결정된다.

$$f_c = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} = \frac{1}{2\pi\sqrt{4 \times 10^{-3} \times 6.8 \times 10^{-6}}} \approx 965 \text{ Hz}$$

공진주파수 965Hz는 기본 주파수(60Hz)와 스위칭 주파수(10kHz)의 중간에 위치하여, 기본파 성분을 통과시키면서 스위칭 고조파를 효과적으로 감쇠하는 필터 특성을 갖는다.

| 파라미터 | 값 | 비고 |
|----------|----|------|
| 필터 인덕터 L | 4mH | 실장 값 |
| 필터 커패시터 C | 6.8μF | Y결선 실장 값 |
| 필터 공진주파수 fc | 965Hz | 60Hz ~ 10kHz 사이 |
| 변조지수 ma | 0.970 | 선형 변조 영역 내 |
| 소자 전압 스트레스 | 320V (내측), 640V (외측) | T-type 특성 |

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## 미결 항목

없음 — 확정 완료
