KR100776229B1 - Reliable electric power system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컨버터 또는 직류 전원 중 한 쪽의 고장이 다른 쪽으로 파급되어 부하에 대한 전력 공급이 불가능하게 되는 것을 미연에 방지하여, 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to improve reliability by preventing a failure of one of the converter or the DC power supply from spreading to the other and making it impossible to supply power to the load.
본 발명은 발전기와, 이 발전기에 의한 발전 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와, 이 컨버터의 직류 출력측에 직류 전압부를 통해 접속된 직류 전원과, 직류 전압부에 접속된 부하를 구비한 전원 시스템에 관한 것이다. 컨버터(20) 또는 직류 전원(50)과 직류 전압부(40) 사이의 정측 직류 모선(60P)과 부측 직류 모선(60N)에, 다이오드(70P, 70N) 중 적어도 한 쪽, 및/또는 다이오드(80P, 80N) 중 적어도 한 쪽을 접속한다. 또한, 컨버터(20A)의 출력 단자의 정극과 부극 사이에 스너버 콘덴서(28)를, 직류 전압부(40)에 전압 평활용 콘덴서(41)를 각각 접속한다. The present invention provides a power supply system having a generator, a converter for converting the generated electric power by the generator into direct current power, a direct current power source connected to the direct current output side of the converter via a direct current voltage part, and a load connected to the direct current voltage part. It is about. At least one of the diodes 70P and 70N, and / or the diode DC 60P and the negative DC bus 60N between the converter 20 or the DC power supply 50 and the DC voltage unit 40. At least one of 80P and 80N) is connected. The snubber capacitor 28 is connected between the positive electrode and the negative electrode of the output terminal of the converter 20A, and the voltage smoothing capacitor 41 is connected to the DC voltage unit 40, respectively.
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하는 구성도.1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 구성도.2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 구성도. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제5 실시 형태를 도시하는 구성도. 4 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제6 실시 형태의 주요부를 도시하는 구성도. It is a block diagram which shows the principal part of 6th Embodiment of this invention.
도 6은 본 발명의 제7 실시 형태를 도시하는 구성도. 6 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제8 실시 형태를 도시하는 구성도. 7 is a configuration diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
도 8은 도 7에 있어서의 주요부의 구성도. 8 is a configuration diagram of a main part in FIG. 7.
도 9는 본 발명의 제9 실시 형태를 도시하는 구성도.9 is a configuration diagram showing a ninth embodiment of the present invention.
도 10은 도 9에 있어서의 주요부의 구성도. FIG. 10 is a configuration diagram of a main part in FIG. 9. FIG.
도 11은 본 발명의 제10 실시 형태의 주요부를 도시하는 구성도.It is a block diagram which shows the principal part of 10th Embodiment of this invention.
도 12는 종래 기술을 도시하는 구성도. 12 is a block diagram showing a prior art.
도 13은 도 12에 있어서의 주요부의 일례를 도시하는 회로도. FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example of a main part in FIG. 12. FIG.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10: 발전기10: generator
20, 20A: 컨버터20, 20 A: converter
25, 26: 제어 회로25, 26: control circuit
25A: 전원선25A: power line
27: 안정화 회로27: stabilization circuit
28: 스너버 콘덴서28: snubber condenser
30: 부하30: load
40: 직류 전압부40: DC voltage section
41: 전압 평활용 콘덴서41: voltage smoothing capacitor
50: 직류 전원50: DC power
60P, 60N: 직류 모선60P, 60N: DC bus
70P, 70N, 80P, 80N: 다이오드70P, 70N, 80P, 80N: Diode
90, 90A: 제어 회로90, 90A: control circuit
91, 91A: 발전기 전류 또는 발전량 제어부91, 91A: generator current or power generation control
911, 913: 가산기911, 913: adder
912: 조절기912: adjuster
914: 노이즈 제거 필터914 noise reduction filter
915: 발전량 하한값 리미터915: lower limit of generation amount
92: 과전압 판정부92: overvoltage determination unit
특허 문헌 1 :일본 특허 공개 제2003-161541호 공보([0027]∼[0030], 도 2, 도 3 등)Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-161541 ([0027] to [0030], FIG. 2, FIG. 3, etc.)
본 발명은 발전기와 직류 전원 중 적어도 한 쪽으로부터 부하에 전력을 공급하는 전력 시스템에 관한 것으로서, 특히 전력 시스템의 신뢰성을 향상시키는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a power system for supplying power to at least one of a generator and a direct current power source, and more particularly to a technique for improving the reliability of the power system.
도 12는 발전기 및 직류 전원의 모두로부터 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 시스템의 종래 기술을 도시하고 있다. 12 shows a prior art of a power system capable of supplying power to a load from both a generator and a direct current power source.
도면에 있어서, 도면 부호 10은 동기기, 유도기, 직류기 등의 발전기이며, 도시 생략된 내연 기관 등의 구동원으로부터 제공되는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 이 전기 에너지는 컨버터(20)에 의해 원하는 직류 전력으로 변환되어 부하(직류 부하)(30)에 공급된다. In the drawing,
또한, 외부의 구동원이 정지되어 있어 발전기(10)가 구동원으로부터 기계 에너지를 얻을 수 없는 경우나, 발전기(10)가 구동원으로부터 얻는 기계 에너지를 줄이고 싶은 경우에는, 부하(30)의 소비 전력의 일부 또는 전부를 직류 전원(50)으로부터 얻을 수 있도록 구성되어 있다.In addition, when the external drive source is stopped and the
이와 같은 전력 시스템에 의해, 부하(30)에 직류 전력을 항상 공급할 수 있다. 또, 도면 부호 40은 컨버터(20)와 직류 전원(50) 사이의 직류 전압부이며, P는 직류 전압부(40)의 정극, N은 부극이다. By such a power system, direct current power can always be supplied to the
도 13은 상기 전력 시스템의 주요부의 구성의 일례를 도시하는 회로도이다. 13 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a main part of the power system.
도 12에 도시한 발전기(10)가 3상 교류기인 경우, 컨버터(20)로서는, 환류 다이오드(22)가 역병렬 접속된 반도체 스위칭 소자(21)를 2개 직렬 접속한 아암을 3상분을 구비하여 이루어지는 3상 컨버터를 이용할 수 있다. 또, 도면 부호 23은 컨버터(20)의 직류 출력측에 접속된 콘덴서, 24는 스위칭 소자(21)의 온 ·오프 제어 신호를 출력하는 제어 회로이다. In the case where the
또한, 직류 전원(50)으로서는, 교류 전원에 접속된 다이오드(51)로 이루어지는 다이오드 브릿지를 이용할 수 있다. As the
도 13에 도시한 구성에 의하면, 컨버터(20)에 의해 직류 전압부(40)의 전압을 제어할 수 있고, 직류 전압부(40)의 전압을 교류 전원의 선간(線間) 전압의 피크값 이상으로 제어해 두면 직류 전원(50)으로부터 전류가 유입되지 않으며, 모든 부하 전력을 발전기(10)로부터 공급할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 발전기(10)의 발전 전력이 적어지는 경우에는, 직류 전압부(40)의 전압을 교류 전원의 선간 전압의 피크값보다도 낮게 함으로써, 직류 전원(50)으로부터 일부 또는 전부의 부하 전력을 얻을 수 있다. According to the structure shown in FIG. 13, the voltage of the
또, 전술한 바와 같은 전력 시스템은, 예컨대 특허 문헌 1에 기재되어 있다.In addition, the above-described power system is described in
도 12, 도 13에 도시한 종래 기술에 있어서, 컨버터(20) 또는 직류 전원(50)이 고장난 경우에는 아래와 같은 문제를 발생시킨다. In the prior art shown in Figs. 12 and 13, when the converter 20 or the
컨버터(20)가 직류 전압부(40)를 단락시키는 상태를 초래하는 고장 모드가 된 경우(예컨대, 상하 아암의 동시 온(ON) 등), 직류 전압부(40)의 전압은 부하 (30)에 전력을 공급하기에 충분한 값을 유지할 수 없게 되고, 최악의 경우에는, 직류 전원(50)으로부터 컨버터(20)에 과대한 전류가 유입되며, 이에 따른 과열에 의해 직류 전원(50) 자체도 고장에 이른다. 이 상태에서는, 더 이상 부하(30)에 원하는 전력을 공급할 수 없다. When the converter 20 enters a failure mode that causes a state in which the
특히, 부하(30)의 연속 운전이 필수적인 경우, 예컨대 부하(30)가 발전기(10)의 구동원으로서의 내연 기관의 냉각용 전기 제품인 경우 등에는, 상기 전력 시스템으로는 신뢰성이 결여되게 된다. In particular, when continuous operation of the
직류 전원(50)에 대해서도 마찬가지이며, 직류 전원(50)이 직류 전압부(40)를 단락시키는 모드로 고장난 경우, 컨버터(20)는 고장이거나 보호 기능에 의한 운전 정지 중 어느 하나의 상태가 되어, 전술한 바와 마찬가지로, 부하(30)에 대한 전력 공급이 불가능하게 된다. The same applies to the
그래서, 본 발명의 해결 과제는 컨버터 또는 직류 전원 중 한 쪽의 고장이 다른 쪽으로 파급되어 부하에 대한 전력 공급이 불가능하게 되는 것을 미연에 방지하여, 신뢰성을 향상시킨 전력 시스템을 공급하는 것에 있다. Therefore, a problem to be solved by the present invention is to provide a power system with improved reliability by preventing the failure of one of the converter or the DC power supply from spreading to the other and making it impossible to supply power to the load.
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1에 기재한 발명은 발전기와, 이 발전기에 의한 발전 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와, 이 컨버터의 출력측에 직류 전압부를 통해 접속된 직류 전원과, 상기 직류 전압부에 접속된 부하를 구비한 전원 시스템에 있어서, In order to solve the said subject, the invention of
상기 컨버터와 상기 직류 전압부 사이의 정측 직류 모선 또는 부측 직류 모 선 중 적어도 한 쪽에, 상기 컨버터로부터 상기 직류 전압부로 전력을 공급하는 방향으로 다이오드를 접속한 것이다. A diode is connected to at least one of the positive side DC bus line and the negative side DC bus line between the converter and the DC voltage section in a direction for supplying power from the converter to the DC voltage section.
청구항 2에 기재한 발명은 발전기와, 이 발전기에 의한 발전 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와, 이 컨버터의 출력측에 직류 전압부를 통해 접속된 직류 전원과, 상기 직류 전압부에 접속된 부하를 구비한 전원 시스템에 있어서, The invention described in claim 2 includes a generator, a converter for converting the generated electric power by the generator into direct current power, a direct current power source connected to the output side of the converter via a direct current voltage unit, and a load connected to the direct current voltage unit. In one power system,
상기 직류 전원과 상기 직류 전압부 사이의 정측 직류 모선 또는 부측 직류 모선 중 적어도 한 쪽에, 상기 직류 전원으로부터 상기 직류 전압부로 전력을 공급하는 방향으로 다이오드를 접속한 것이다. A diode is connected to at least one of the positive side DC bus bar and the negative side DC bus bar between the DC power supply and the DC voltage part in a direction for supplying electric power from the DC power supply to the DC voltage part.
청구항 3에 기재한 발명은 청구항 1에 기재한 컨버터와 직류 전압부 사이에 접속되는 다이오드와, 청구항 2에 기재한 직류 전원과 직류 전압부 사이에 접속되는 다이오드 모두를 구비한 것이다. The invention described in claim 3 includes both a diode connected between the converter according to
청구항 4에 기재한 발명은 청구항 1 또는 3에 있어서, 상기 발전기가 전자석 또는 영구 자석으로 이루어지는 자계 수단을 구비한 것이다. The invention according to claim 4 is the generator according to
청구항 5에 기재한 발명은 청구항 4에 있어서, 상기 발전기의 회전에 의해 발생하는 무부하 유기 전압에 의해, 상기 컨버터의 직류 출력측에 접속된 콘덴서를 상기 컨버터 내의 환류 다이오드를 통해 충전하는 것이다. In the invention according to
청구항 6에 기재한 발명은 청구항 1∼3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨버터의 제어 회로의 전원을 상기 직류 전압부로부터 공급하는 것이다. In the invention described in
청구항 7에 기재한 발명은 청구항 4에 있어서, 상기 컨버터의 제어 회로의 전원을 상기 직류 전압부로부터 공급하는 것이다. In the invention according to claim 7, the power supply of the control circuit of the converter is supplied from the DC voltage section.
청구항 8에 기재한 발명은 청구항 5에 있어서, 상기 컨버터의 제어 회로의 전원을 상기 직류 전압부로부터 공급하는 것이다. In the invention described in
청구항 9에 기재한 발명은 청구항 6에 있어서, 상기 제어 회로의 전원을 상기 직류 전압부의 직류 전압을 소정 전압으로 변환하는 안정화 회로를 통해 공급하는 것이다. According to the ninth aspect of the present invention, in the sixth aspect, the power supply of the control circuit is supplied through a stabilization circuit that converts the DC voltage of the DC voltage portion to a predetermined voltage.
청구항 10에 기재한 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 컨버터의 출력 단자의 정극과 부극 사이에 스너버 콘덴서를 접속하고, 또한 상기 직류 전압부의 정극과 부극 사이에 전압 평활용 콘덴서를 접속한 것이다. In the invention described in
청구항 11에 기재한 발명은 청구항 10에 있어서, 상기 직류 전압부의 전압에 기초하여 과전압을 판정하고, 또한 상기 컨버터의 직류 출력 전압에 기초하여 상기 발전기의 전류 또는 발전량을 제어하는 제어 회로를 구비한 것이다. Invention of Claim 11 is equipped with the control circuit of
청구항 12에 기재한 발명은 청구항 10에 있어서, 상기 직류 전압부의 직류 전압에 기초하여 과전압을 판정하고, 상기 발전기의 전류 또는 발전량을 제어함과 더불어, 상기 발전량이 마이너스가 되지 않도록 상기 컨버터를 제어하는 제어 회로를 구비한 것이다. The invention according to claim 12, wherein the overvoltage is determined on the basis of the DC voltage of the DC voltage unit, the current or power generation amount of the generator is controlled, and the converter is controlled so that the power generation amount is not negative. It is provided with a control circuit.
청구항 13에 기재한 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 컨버터의 출력 단자의 정극과 부극 사이에 전압 평활용 콘덴서를 접속한 것이다. In the invention described in claim 13, the voltage smoothing capacitor is connected between the positive electrode and the negative electrode of the output terminal of the converter.
이하, 도면에 따라서 본 발명의 실시 형태를 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described according to drawing.
우선, 도 1은 청구항 1에 대응하는 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하는 구성도이며, 도 12와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다. 이하에서는 다른 부분을 중심으로 설명한다. First, FIG. 1 is a block diagram showing the first embodiment of the present invention corresponding to claim 1, the same reference numerals are assigned to the same components as in FIG. 12, and description thereof will be omitted. Hereinafter, the description will be focused on other parts.
도 1에 있어서, 컨버터(20)와 직류 전압부(40) 사이의 정측 직류 모선(60P)과 부측 직류 모선(60N)에는 컨버터(20)로부터 직류 전압부(40)에 전력을 공급하는 방향으로 정극측 다이오드(70P) 및 부극측 다이오드(70N)가 각각 접속되어 있다. In Fig. 1, the positive side
상기 구성에 따르면, 컨버터(20)가 그 출력 단자를 단락시키는 모드로 고장났다고 해도 다이오드(70P, 70N)의 작용에 의해 직류 전원(50)으로부터 직류 전압부(40)를 통해 컨버터(20)측으로 전류가 유입되는 것이 방지된다. 이 때문에, 컨버터(20)의 단락 고장이 직류 전원(50)측으로 파급되지 않으며, 예컨대 직류 전원(50)으로부터 컨버터(20)측으로 과전류가 흘러 직류 전원(50)이 과열에 의해 고장나는 것을 방지할 수 있다. According to the above configuration, even if the converter 20 has failed in the mode of shorting its output terminal, the
따라서, 컨버터(20)의 고장시에도, 부하(30)에 대한 전력을 직류 전원(50)으로부터 공급하는 것이 가능하게 된다. Therefore, even when the converter 20 fails, it is possible to supply electric power to the
또, 다이오드(70P, 70N)는 반드시 양쪽 모두 필요하지 않으며, 어느 한 쪽을 삽입하는 것만으로도 상기와 같은 작용을 달성할 수 있다.In addition, neither of the
이어서, 도 2는 청구항 2에 대응하는 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 구성도이다. Next, FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention corresponding to claim 2.
이 실시 형태는 직류 전원(50)과 직류 전압부(40) 사이의 직류 모선(60P, 60N)에 직류 전원(50)으로부터 직류 전압부(40)에 전력을 공급하는 방향으로 정극측 다이오드(80P), 부극측 다이오드(80N)를 각각 접속한 예이다. 또, Ps는 직류 전원(50)의 정극을, Ns는 마찬가지로 부극을 나타낸다. In this embodiment, the positive
본 실시 형태에서는, 직류 전원(50)이 그 출력 단자를 단락시키는 모드로 고장났다고 해도, 다이오드(80P, 80N)의 작용에 의해 직류 전원(50)의 단락 고장이 컨버터(20)측으로 파급되지 않으며, 예컨대 컨버터(20)로부터 직류 전압부(40)를 통해 직류 전원(50)측으로 과전류가 흘러 컨버터(20)가 과열에 의해 고장나는 것을 방지할 수 있다. In this embodiment, even if the
즉, 이 실시 형태에서는, 직류 전원(50)의 고장시에도 부하(30)에 대한 전력을 컨버터(20)로부터 공급하는 것이 가능하다. That is, in this embodiment, it is possible to supply electric power to the
또, 다이오드(80P, 80N)는 상기와 마찬가지로 어느 한 쪽만을 삽입하여도 좋다. In addition, only one of the
도 3은 청구항 3에 대응하는 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 구성도이다. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention corresponding to claim 3. FIG.
이 실시 형태는 제1, 제2 실시 형태를 조합한 것에 상당하고, 컨버터(20)측, 직류 전원(50)측의 직류 모선(60P, 60N)에 다이오드(70P, 70N, 80P, 80N)가 접속되어 있다. This embodiment corresponds to a combination of the first and second embodiments, and the
본 실시 형태에 따르면, 컨버터(20) 또는 직류 전원(50) 중 어느 한 쪽이 그 출력 단자를 단락시키는 모드로 고장났다고 해도, 그 고장이 다른 쪽으로 파급되지 않기 때문에, 다른 쪽으로부터 부하(30)에 대하여 전력을 공급할 수 있다. According to this embodiment, even if either of the converter 20 or the
이 실시 형태에서도, 다이오드(70P, 70N) 중 어느 한 쪽만, 그리고 다이오드(80P, 80N) 중 어느 한 쪽만 삽입하여도 좋다. Also in this embodiment, only one of the
이어서, 청구항 4, 5에 대응하는 본 발명의 제4 실시 형태를 설명한다. Next, 4th Embodiment of this invention corresponding to
도 1 또는 도 3의 구성에 있어서, 컨버터(20)로서 도 13에 도시하는 바와 같이 직류 출력 단자에 콘덴서(23)가 접속된 것을 이용하는 경우, 발전기(10)가 정지되어 있는 상태에서 시스템을 기동할 때에, 다이오드(70P, 70N)의 존재에 의해 직류 전원(50)으로부터 컨버터(20)에 전류가 유입되지 않는다. 이 때문에, 상기 콘덴서(23)가 충전되지 않아 컨버터(20)를 기동시킬 수 없다. In the configuration of FIG. 1 or 3, when the
그래서, 이 제4 실시 형태는 발전기(10)가 전자석이나 영구 자석으로 이루어지는 자계 수단을 갖는 경우, 발전기(10)가 구동원에 의해 회전함으로써 고정자 권선에 무부하 유기 전압이 발생하기 때문에, 이 전압을 이용하면 콘덴서(23)를 충전할 수 있다는 점에 착안한 것이다. Therefore, in the fourth embodiment, when the
즉, 발전기(10)로부터 무부하 유기 전압이 발생하면, 컨버터(20)의 모든 스위칭 소자가 오프되어 있더라도, 이들 스위칭 소자에 역병렬 접속된 다이오드가 정류기로서 동작하여 컨버터(20)의 콘덴서(23)가 충전되게 되어, 컨버터(20)의 기동이 가능하게 된다. That is, when no-load induced voltage is generated from the
도 4는 청구항 6, 7, 8에 대응하는 본 발명의 제5 실시 형태를 도시하는 구성도이다. 이 실시 형태는 도 3의 실시 형태에 있어서, 컨버터(20)의 제어 회로(25)의 전원을 직류 전압부(40)로부터 공급하도록 한 것이다. 또, 도 4의 제어 회로(25)에 붙인 기호 a, b는 전원 단자를 나타낸다. 4 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention corresponding to
전력 시스템의 운전 중에는, 컨버터(20) 또는 직류 전원(50) 중 어느 한 쪽이 고장이 난 경우도 포함하여, 직류 전압부(40)의 전압은 부하(30)에 전력을 공급하고 있는 한 유지된다. 따라서, 컨버터(20)의 제어 회로(25)의 소비 전력(전원)을 직류 전압부(40)로부터 얻음으로써, 고장시를 포함하여 컨버터(20)의 제어 회로(25)를 동작시킬 수 있어 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. During operation of the power system, the voltage of the
또, 본 실시 형태와 같이 컨버터(20)의 제어 회로(25)의 전원을 직류 전압부(40)로부터 공급한다는 착상은 도 1과 도 2의 실시 형태에도 적용 가능하다. In addition, the idea that the power supply of the
도 5는 청구항 9에 대응하는 본 발명의 제6 실시 형태를 도시하는 구성도이다. 이 실시 형태는 컨버터(20)의 제어 회로(26) 내에 안정화 회로(27)를 설치하고 그 전원 단자(a, b)를 통해 직류 전압부(40)의 전압을 공급하며, 안정화 회로(27)로부터 출력되는 일정한 직류 전원 전압을 제어 회로(26)의 전원으로서 사용하는 것이다. 5 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention corresponding to claim 9. FIG. In this embodiment, the stabilization circuit 27 is provided in the control circuit 26 of the converter 20, and the voltage of the
여기서, 안정화 회로(27)는 입력 직류 전압에 변동이 있더라도 일정한 직류 전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터 등으로 구성되어 있다. Here, the stabilization circuit 27 is comprised with the switching regulator etc. which output a constant DC voltage, even if there exists a change in input DC voltage.
예컨대, 도 4의 실시 형태에 있어서, 직류 전원(50)이 단락 고장나고, 게다가 컨버터(20)가 정지되어 있는 형태에서는, 발전기(10)가 구동원에 의해 회전하여 무부하 유기 전압이 발생하면, 컨버터(20) 내의 환류 다이오드에 의해 정류된 전압이 다이오드(70P, 70N)를 통해 직류 전압부(40)에 인가된다. 이 때, 직류 전원(50)측에 대한 전류의 유입이 다이오드(80P, 80N)에 의해 저지되어 있다. For example, in the embodiment of FIG. 4, when the
여기서, 발전기(10)의 회전 속도가 낮으면, 이 회전 속도에 의존하는 무부하 유기 전압도 낮은 값으로 되고, 직류 전압부(40)의 전압도 통상 동작시의 값보다도 낮은 값으로 된다. 따라서, 도 4에 있어서의 제어 회로(25)를, 통상 동작시의 직류 전압부(40)의 전압을 전원 전압으로서 구성하면, 제어 회로(25)의 정상 동작이 보 증되지 않아, 컨버터(20)가 정상적으로 기동하지 않는다. Here, when the rotational speed of the
그래서, 도 5에 도시하는 바와 같이 직류 전압부(40)의 전압을 안정화 회로(27)에 입력하고, 그 입력 전압을 소정값까지 승압시켜 안정화하여 제어 회로(26) 내에 공급하면, 제어 회로(26)의 정상 동작이 가능하게 되어, 컨버터(20)를 지장없이 기동할 수 있다. 그 후에는 컨버터(20)를 제어할 수 있게 되기 때문에, 스위칭 소자의 동작에 의해 발전기(10)의 발전 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 전압부(40)의 전압을 소정값까지 상승시킴으로써 통상 운전으로 이행할 수 있다. Thus, as shown in FIG. 5, when the voltage of the
상기 각 실시 형태에 있어서, 직류 전압부(40)의 전압을 항상 안정시키기 위해서는, 도시되어 있지 않은 콘덴서를 직류 전압부(40)에 병렬로 접속하여도 좋다. 또는, 부하(30)의 입력측에 콘덴서를 병렬로 접속하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. In each said embodiment, in order to always stabilize the voltage of the
이어서, 도 6은 청구항 10에 대응하는 본 발명의 제7 실시 형태의 구성도이다. 도 6에 있어서, 전술한 각 실시 형태 및 도 13의 종래 기술과 동일한 구성 요소에는 동일한 번호가 붙여져 있다. 또, 도면 부호 20A는 반도체 스위칭 소자(21) 및 환류 다이오드(22)로 이루어지는 컨버터를 나타낸다. 6 is a block diagram of the seventh embodiment of the present invention corresponding to claim 10. In FIG. 6, the same code | symbol is attached | subjected to each component mentioned above and the same component as the prior art of FIG.
이 실시 형태에 있어서, 직류 전압부(40)의 정극과 부극 사이에는 전압 평활용 콘덴서(41)가 접속되어 있다. 직류 전원(50)은 교류 전원 전압을 다이오드 브릿지에 의해 정류하여 직류 전압을 얻고 있기 때문에, 정류에 의한 리플분을 평활화하려면 전압 평활용 콘덴서(41)가 필요하게 된다. 통상, 이 용도로는 체적당 용량이 큰 전해 콘덴서가 이용되는 경우가 많으며, 전해 콘덴서는 일반적으로 용량이 크기 때문에, 예컨대 교류 전원이 정전된 경우에, 축적한 전하에 의해 부하에 전력을 공급한다는 기능도 담당하고 있다. In this embodiment, the
한편, 컨버터(20A)의 출력 단자의 정극과 부극 사이에는 스너버 콘덴서(28)가 접속되어 있다. 이 스너버 콘덴서(28)는 컨버터(20A)의 스위칭 동작과 배선 인덕턴스의 영향에 의해, 컨버터(20A)를 구성하는 스위칭 소자(21)에 과대한 전압이 인가되는 것을 막기 위해서 설치되어 있다. 통상, 이 용도로는, 고주파 특성이 양호한 필름 콘덴서나 QP 콘덴서 등이 이용된다. On the other hand, a
또, 발전기(10) 및 컨버터(20A)가 발전 동작을 하고, 즉 컨버터(20A)로부터 직류 전압부(40)로 연속으로 전류가 흐르고 있는 상태에서는, 컨버터(20A)와 직류 전압부(40) 사이에 설치된 다이오드(70P, 70N)가 도통하여, 전압 평활용 콘덴서(41)와 스너버 콘덴서(28)의 전압은 동일하게 된다. In addition, in the state where the
이러한 구성에 의해, 컨버터(20A)의 상하 아암이 오동작에 의해 동시에 온 상태가 된 경우에도, 스위칭 소자(21)가 과전류에 의해 과열되어 순간적으로 파괴하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 통상의 컨버터와 같이 직류 출력 단자의 정극과 부극 사이에 대용량의 전압 평활용 콘덴서가 접속되어 있는 경우에는, 컨버터의 상하 아암이 동시에 온되면 전압 평활용 콘덴서가 단락되기 때문에, 스위칭 소자에 순간적으로 과전류가 흘러 과열되어, 파괴에 이른다. By such a configuration, even when the upper and lower arms of the
그러나, 본 실시 형태에서는 컨버터(20A)의 상하 아암이 동시에 온되더라고 단락되는 것은 소용량의 스너버 콘덴서(28)뿐이며, 대용량의 전압 평활용 콘덴서(41)는 다이오드(70P, 70N)에 의해 차단되기 때문에, 컨버터(20A)의 스위칭 소자 (21)에 과전류가 흐르지 않는다. However, in this embodiment, only the small
이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 컨버터(20A)의 상하 아암이 동시에 온 상태가 되더라도 순간적으로 스위칭 소자(21)의 파괴에 이르지 않기 때문에, 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다. As described above, according to this embodiment, even if the upper and lower arms of the
도 7은 청구항 11에 대응하는 본 발명의 제8 실시 형태의 구성도이다. 7 is a configuration diagram of an eighth embodiment of the present invention corresponding to claim 11. FIG.
이 실시 형태에 따른 전력 시스템의 메인 회로의 구성은 도 6과 동일하며, 본 실시 형태에서는 컨버터(20A)의 제어 회로(90)에 특징이 있다. The configuration of the main circuit of the power system according to this embodiment is the same as that in FIG. 6, and is characterized by the
제어 회로(90)는 발전기 전류 또는 발전량(발전 전력) 제어부(91)와, 과전압 판정부(92)를 구비한다. 발전기 전류 또는 발전량 제어부(91)는 컨버터(20A)의 출력 전압 검출값을 입력받고, 목표값을 유지하는 발전기(10)의 전류 또는 발전량을 계산하며, 발전기(10)가 이 발전량 또는 전류를 출력하도록 컨버터(20A)를 제어한다. The
한편, 과전압 판정부(92)는 직류 전압부(40)[전압 평활용 콘덴서(41)]의 전압 검출값이 규정값 이상으로 된 경우에 과전압을 판정한다. 그리고, 과전압을 판정한 경우에는, 컨버터(20A)의 운전을 정지하여 발전 동작을 정지하는 등의 처리가 행해진다.On the other hand, the
여기서, 발전기 전류 또는 발전량 제어부(91)가 컨버터(20A)의 출력 단자 전압에 기초하여 제어하고, 과전압 판정부(92)가 직류 전압부(40)의 전압에 기초하여 제어하고 있는 것은, 다음과 같은 이유 때문이다. Here, the generator current or power generation
우선, 다이오드(70P, 70N)의 작용에 의해, 컨버터(20A)의 출력 단자 전압보 다도 직류 전압부(40)의 전압이 낮아지는 경우가 있지만, 그 반대의 경우는 있을 수 없다. 따라서, 만일 발전기 전류 또는 발전량 제어부(91)가 직류 전압부(40)의 전압에 기초하여 제어하면, 직류 전압부(40)의 전압이 목표값보다도 높아진 경우에, 그 전압을 내리기 위해서 발전량을 마이너스로, 즉 컨버터(20A)측으로부터 발전기(10)로 전력을 보내는 발전량 내지 발전기 전류의 지령값을 설정하게 된다. 그러나, 이 경우, 다이오드(70P, 70N)의 작용에 의해 직류 전압부(40)로부터 컨버터(20A)로는 전력을 공급할 수 없기 때문에, 스너버 콘덴서(28)로부터만 발전기(10)로 전력을 공급하게 된다. 그러나, 스너버 콘덴서(28)의 용량은 원래 작기 때문에, 그 전압이 급격히 저하되어, 컨버터(20A)의 동작을 제대로 유지할 수 없게 된다. First, the voltage of the
상기한 문제점을 회피하기 위해서는, 도 7에 도시하는 바와 같이 컨버터(20A)의 출력 단자 전압에 기초하여 발전량을 제어하면 된다. 이에 의해, 스너버 콘덴서(28)의 전압은 목표값으로 유지되고, 또한 직류 전압부(40)의 전압이 일시적으로 상승한 경우에도 부하(30)나 제어 회로(90)가 전력을 소비함으로써 전압은 서서히 저하되며, 이윽고 스너버 콘덴서(28)의 전압에 일치하게 된다. In order to avoid the above problem, as shown in FIG. 7, the amount of power generation may be controlled based on the output terminal voltage of the
한편, 과전압을 컨버터(20A)의 출력 단자 전압에 기초하여 판정하면, 직류 전압부(40)의 전압만 상승하는 경우에도 이것을 검지할 수 없으며, 최악의 경우에는 과전압으로 되어 전압 평활용 콘덴서(41)나 직류 전원(50) 내의 다이오드 브릿지를 파괴하여 버린다. 과전압을 직류 전압부(40)의 전압에 기초하여 판정하면, 이 문제는 해결 가능하다. On the other hand, if the overvoltage is judged on the basis of the output terminal voltage of the
또, 도 8은 상기 발전기 전류 또는 발전량 제어부(91)의 구성을 도시하는 블 록도이다. 즉, 검출된 전압의 목표값에 대한 편차를 가산기(911)에 의해 계산하고, 이것을 조절기(912)에 입력함과 동시에, 조절기(912)의 출력을 컨버터(20A)에 대한 지령값(발전기 전류 지령값 또는 발전량 지령값)으로 하며, 컨버터(20A)는 이 지령값에 따라서 발전기(10)를 제어하여, 컨버터(20A)의 출력 단자에 직류 전류를 발생시킨다. 가산기(913)에 의해 상기 직류 전류로부터 직류 부하 전류를 뺀 것이 스너버 콘덴서(28)에 유입되어, 스너버 콘덴서(28)의 전압을 변화시킨다. 또, 도면 부호 914는 컨버터(20A)의 출력 전압 검출값[스너버 콘덴서(28)의 전압 검출값]으로부터 노이즈 성분을 제거하는 노이즈 제거 필터이며, 이 필터(914)를 거친 전압 검출값이 상기 가산기(911)에 입력된다. 8 is a block diagram showing the configuration of the generator current or power generation
여기서, 다이오드(70P, 70N)가 도통되어 있는 경우와 비도통인 경우에는, 콘덴서의 이득이 크게 다르다는 점에 주의할 필요가 있다. Here, it should be noted that the gain of the capacitor is significantly different in the case where the
즉, 다이오드(70P, 70N)가 도통되어 있는 경우에는, 컨버터(20A)측에서 본 콘덴서 용량은 전압 평활용 콘덴서(41)를 포함하는 대용량인 한편, 다이오드(70P, 70N)가 비도통[직류 전압부(40)의 전압>컨버터(20A)의 출력 단자 전압]인 경우에는, 컨버터(20A)측에서 본 콘덴서 용량은 스너버 콘덴서(28)만이므로 소용량으로 된다. That is, when the
따라서, 컨버터(20A)가 출력하는 동일한 직류 전류에 대한 컨버터(20A)의 출력 단자 전압의 변동은 다이오드(70P, 70N)의 도통시에는 작고, 비도통시에는 크다. Therefore, the variation of the output terminal voltage of the
이것은 콘덴서의 이득이 전자에서는 작고, 후자에서는 크다고 바꾸어 말할 수 있다. 즉, 도통시에 맞추어 조절기(912)의 이득을 설정해 두면, 비도통시에 제어계가 불안정하게 된다. This can be said that the gain of the capacitor is small in the former and large in the latter. In other words, if the gain of the
상기한 문제를 회피하기 위해서는, 예컨대 다이오드(70P, 70N)의 도통 상태를 어떤 방법으로 검지할 것인지, 혹은 직접적으로 직류 전압부(40)의 전압과 컨버터(20A)의 출력 단자 전압을 비교하고, 다이오드(70P, 70N)가 비도통인 경우에는 조절기(912)의 이득을 내리는 등의 수단을 강구하면 된다. In order to avoid the above problem, for example, how to detect the conduction state of the
이어서, 도 9는 청구항 12에 대응하는 본 발명의 제9 실시 형태의 구성도이며, 도 10은 도 9에 있어서의 제어 회로(90A) 내의 발전기 전류 또는 발전량 제어부(91A)의 구성을 도시하는 블록도이다. Next, FIG. 9 is a block diagram of a ninth embodiment of the present invention corresponding to claim 12, and FIG. 10 is a block showing the configuration of a generator current or power generation
이 실시 형태에서는, 직류 전압부(40)의 전압만을 검출하고, 이 전압 검출값을 발전기 전류 또는 발전량의 제어와 과전압 판정 모두에 이용한다. 이에 의해, 전압 검출기가 단일이어도 되기 때문에, 저비용화와 시스템의 간소화를 도모할 수 있다. In this embodiment, only the voltage of the
이 실시 형태의 동작으로서, 과전압 판정부(92)의 동작은 제8 실시 형태와 동일하지만, 발전기 전류 또는 발전량 제어부(91A)의 동작이 다르다. As the operation of this embodiment, the operation of the
본 실시 형태에서는, 직류 전압부(40)의 전압 검출값을 발전기 전류 또는 발전량의 제어에 이용하고 있기 때문에, 전술한 바와 같이 직류 전압부(40)의 전압이 목표값보다도 높아진 경우에 문제가 생긴다. 이 문제의 대책으로서는, 발전기(10)가 항상 발전을 행하고, 컨버터(20A)로부터 직류 전압부(40)로 전력을 공급함으로써, 다이오드(70P, 70N)가 항상 도통 상태가 되도록 하면 된다. 그렇게 하기 위해 서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 조절기(912)가 출력하는 발전량 지령값이 항상 제로 이상[비(非)마이너스]이 되는 발전량 하한값 리미터(915)를 설치하면 된다. 또한, 조절기(912)의 출력이 발전기 전류 지령값인 경우에는, 결과적으로 얻어지는 발전량이 비마이너스가 되도록 전류 지령값을 설정하면 된다. In the present embodiment, since the voltage detection value of the
상기한 바와 같이 구성함으로써, 컨버터(20A)의 출력 단자 전압[스너버 콘덴서(28)의 전압]이 직류 전압부(40)의 전압보다도 계속 낮아지는 일이 없게 되기 때문에, 전술한 바와 같은 제어상의 문제는 해결된다. By the configuration as described above, the output terminal voltage (voltage of the snubber capacitor 28) of the
또, 직류 부하(30)가 무부하이고 발전량이 플러스인 경우에는, 컨버터(20A)로부터 직류 전압부(40)에 보내어진 전력은 소비되지 않기 때문에, 전압 평활용 콘덴서(41)의 전압이 계속 상승되어 버린다. 이것을 도 10에 비추어 보면, 「직류 부하 전류」가 제로이고 컨버터(20A)가 출력하는 직류 전류가 플러스인 경우에는, 적분 요소인 전압 평활용 콘덴서(41)의 전압이 계속 상승한다라고 해석할 수 있다. In addition, when the
이 경우, 직류 전압부(40)의 과전압은 결국에는 과전압 판정부(92)에 의해 판정되기 때문에, 그 시점에서 컨버터(20A)의 운전을 정지시킴으로써 문제는 해결된다. 다만, 과전압 판정부(92)에 있어서의 과전압 판정 레벨에 이르기 전에 직류 전압부(40)의 전압 상승을 멈추고 싶은 경우에는, 또 하나의 별도의 과전압 판정 레벨을 마련해 두고, 직류 전압부(40)의 전압 검출값이 이 과전압 판정 레벨에 이른 경우에 컨버터(20A)의 운전을 정지하도록 하면 된다. In this case, since the overvoltage of the
또, 직류 부하(30)의 최저 소비 전력이 결정되어 있고, 또한 발전량의 하한값을 이 최저 소비 전력 미만으로 설정해 두는 경우에는, 상기와 같은 문제는 발생 하지 않는다. In addition, when the minimum power consumption of the
이어서, 도 11은 청구항 13에 대응하는 본 발명의 제10 실시 형태를 도시하는 구성도이다. Next, FIG. 11 is a block diagram showing a tenth embodiment of the present invention corresponding to claim 13. FIG.
이 실시 형태에서는, 전압 평활용 콘덴서(41)만이 컨버터(20A)의 출력 단자의 정극과 부극 사이에 접속되어 있다. In this embodiment, only the
본 실시 형태에 의하면, 통상의 구성에 있어서 필요하게 되는 교류 전원 투입시의 돌입 전류 억제 회로가 불필요하게 된다. 즉, 교류 전원을 정류하는 직류 전원(50) 내의 다이오드 브릿지의 출력 단자에는, 통상은 대용량의 전압 평활용 콘덴서가 접속된다. 이 경우, 교류 전원을 투입했을 때에 교류 전원으로부터 전압 평활용 콘덴서에 과전류가 돌입하는 것을 방지하기 위해서, 다이오드 브릿지와 전압 평활용 콘덴서 사이에 돌입 전류 억제 회로가 삽입된다. 이 돌입 전류 억제 회로는, 예컨대 저항과, 충전 완료 후에 저항을 단락하기 위한 스위칭 소자로 구성되어 있다. According to this embodiment, the inrush current suppression circuit at the time of AC power supply required in a normal configuration is unnecessary. That is, a large capacity voltage smoothing capacitor is normally connected to the output terminal of the diode bridge in the
한편, 도 11에 도시하는 구성이라면, 전압 평활용 콘덴서(41)가 다이오드(70P, 70N)보다도 컨버터(20A)측에 접속되기 때문에, 교류 전원을 투입하더라도 다이오드(70P, 70N)의 작용에 의해 콘덴서(41)에 돌입 전류가 유입되지 않는다. 따라서, 돌입 전류 억제 회로도 불필요하게 된다. On the other hand, in the configuration shown in Fig. 11, since the
상기한 바와 같이 본 실시 형태에 의하면, 돌입 전류 억제 회로가 불필요하게 되기 때문에, 장치의 소형화, 저비용화, 및 고장 가능성이 있는 부품의 저감에 의한 신뢰성 향상이 가능하게 된다. As described above, according to the present embodiment, the inrush current suppression circuit becomes unnecessary, so that the reliability can be improved by miniaturizing the device, reducing the cost, and reducing the parts that may be broken down.
또, 본 실시 형태에 있어서, 과전압 판정, 발전기 전류 또는 발전량 제어에 이용하는 전압 검출값으로서는, 모두 컨버터(20A)의 출력 단자 전압 검출값을 이용하면 되며, 다이오드(70P, 70N)의 도통/차단에 의해 제어계의 안정성이 크게 변화하는 일도 없다. In the present embodiment, as the voltage detection value used for the overvoltage determination, the generator current, or the generation amount control, all of the output terminal voltage detection values of the
단, 전술한 각 실시 형태에서는, 발전기(10)로서 3상 교류기, 컨버터(20 또는 20A)로서 3상 컨버터를 이용하는 경우를 중심으로 설명했지만, 본 발명은 이것들에 한정되지 않는다. In each of the above embodiments, the three-phase converter is used as the
예컨대, 발전기로서 직류기를 이용하고, 컨버터로서 쵸퍼 회로를 이용하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 발전기로서 교류기를 이용하는 경우에도, 그 상수는 임의이며, 또한, 발전기에 따른 컨버터의 상수나 그 구성에 대해서도, 발전기의 출력을 전력 변환하여 직류를 출력하는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. For example, the present invention can be applied to the case of using a DC motor as a generator and a chopper circuit as a converter. Moreover, even when an alternator is used as a generator, the constant is arbitrary, and the constant and the structure of the converter according to the generator are not particularly limited as long as the output of the generator is converted into power by outputting direct current.
본 발명에 의하면, 컨버터 직류 전압부 사이 또는 직류 전원-직류 전압부 사이의 직류 모선에 다이오드를 접속하는 것만으로 컨버터 또는 직류전원 중 한 쪽이 고장났을 때에 그 고장이 다른 쪽으로 파급되는 것을 방지할 수 있고, 부하에 대한 안정적인 전력 공급을 가능하게 하여 신뢰성이 높은 전력 시스템을 실현할 수 있다. According to the present invention, by connecting a diode to a DC bus between the converter DC voltage sections or between the DC power supply and DC voltage sections, it is possible to prevent the failure from spreading to the other when one of the converters or DC power supplies fails. In addition, it is possible to provide a stable power supply to the load to realize a highly reliable power system.
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