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3.1 스위칭 주파수 선정

결정 사항

Fsw = 10kHz

논문 서술용 근거

"AC 출력 THD 요구사항을 만족하면서 Si IGBT 소자의 손실 및 열 관리 측면을 고려하여 스위칭 주파수를 10kHz로 설정하였다."

세부 배경

• 시스템이 4kW 실험 스케일 → Si IGBT 스위칭 손실이 감당 가능한 범위
• 10kHz는 해당 전력 레벨에서 보수적(conservative)인 선택에 가까움
• THD 측정 결과(실험 후)가 기준을 만족하면 선택이 실험적으로도 검증되는 구조
• MW급 대형 추진계에서는 열 문제로 2~5kHz가 일반적이나, 본 논문 스케일에서는 해당 없음

적용 기준 (확정)

한국선급(KR) 강선규칙 2026, 제6편 전기설비 및 제어시스템, 제1장 전기설비, 8절 고조파 왜곡 (2020)

항목	제한치
전체 고조파 왜곡 (THD)	8% 이하
단일 고조파	5% 이하

• IEEE 519(5%)보다 완화된 기준 → 10kHz에서 달성 용이, 기준 충족 가능성 높음
• 실험 후 THD 측정값이 8% 이하로 나오면 KR 기준 만족으로 직접 서술 가능

논문 서술 예시

전력변환 시스템의 스위칭 주파수(Fsw)는 출력 전압 및 전류의 고조파 왜곡, 소자의 스위칭 손실, 그리고 필터 설계 등 다양한 요소에 직접적인 영향을 미치는 핵심 설계 파라미터이다. 스위칭 주파수가 높을수록 출력 고조파 성분이 감소하고 필터 인덕턴스를 줄일 수 있는 반면, 소자의 스위칭 손실이 증가하여 열 관리 측면에서 불리해진다. 따라서 스위칭 주파수 선정은 이러한 상충 관계(trade-off)를 종합적으로 고려하여 결정되어야 한다.

선박 전기설비에 적용되는 한국선급(KR) 강선규칙 제6편 제1장 8절에 따르면, 선박 배전시스템의 전압 파형에 대한 전체 고조파 왜곡(THD)은 8%를 초과하여서는 아니 되며, 단일 고조파 성분은 5%를 초과하여서는 아니 된다 [KR 강선규칙 2026]. 본 연구에서 구축된 시스템은 4kW급 실험 검증 플랫폼으로, Si IGBT 소자 기반의 3레벨 컨버터를 사용하며, 전력 규모 대비 소자 정격에 충분한 여유가 확보되어 있다. 이를 고려하여 스위칭 손실 및 열적 부담을 적절히 억제하면서 상기 THD 요구사항을 만족할 수 있는 스위칭 주파수로 10kHz를 선정하였다.

사용 소자

컨버터	소자	전압 클래스
DC-DC 3L Buck-Boost	Infineon BSM100GB60DLC	600V Si IGBT
DC-AC 3L Inverter	Fuji Electric 4MBI400VF-120R-50	1200V Si IGBT

• 두 소자 모두 데이터시트에 권장 Fsw 명시 없음
• Fsw 정당화는 아래 미결 항목 방향으로 확정 필요

미결 항목

없음 — 확정 완료