KR101691009B1 - 전력변환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필요에 따라 AFE 타입 전력변환장치 및 DFE 타입 전력변환장치로 가변 되면서 사용될 수 있는 전력변환장치에 관한 것이다. 이러한 전력변환장치는 교류전원과 계통 사이에 연결되어, 교류전원에서 공급된 전력을 변환하여 계통에 제공하는 제1 전력변환모듈 및 제2 전력변환모듈, 제2 전력변환모듈의 출력단과 제2 전력변환모듈의 입력단을 연결하는 순환배선을 포함하되, 제1 전력변환모듈은 제1 직류링크부를 상기 제2 전력변환모듈은 제2 직류링크부를 포함하고, 상기 제1 직류링크부와 상기 제2 직류링크부는 병렬로 연결되며, 계통에서 역기전력이 발생되면, 역기전력의 일부는 제1 직류링크부와 제2 직류링크부에 저장되고, 나머지는 제2 전력변환모듈의 출력단과 순환배선을 통하여 제2 전력변환모듈의 입력단으로 공급될 수 있도록 한다.

Description

전력변환장치{Test equipment of converter}
본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필요에 따라 AFE 타입 전력변환장치 및 DFE 타입 전력변환장치로 사용되는 전력변환장치에 관한 것이다.
전력변환장치는 해양설비 및 선박의 모터 등의 부하를 구동시키는데 있어서, 그 쓰임의 용도, 목적에 따라 다양한 타입의 토폴로지로 구성된다. 전력변환 장치는 크게 전력을 한 방향으로 전달하는 DFE(Diode Front End) 시스템 토폴로지와, 전력을 양방향으로 전달하는 AFE(Active Front End) 시스템 토폴로지로 나뉠 수 있다. 여기서, AFE(Active Front End) 시스템 토폴로지는 부하로부터 유입되는 전류를 회생시킬 뿐만 아니라, 전류를 제어할 수 있는 장점이 있으나, 제어방식이 복잡한 단점이 있다.
반면, DFE(Diode Front End) 시스템 토폴로지는 제어방식이 간단하고 높은 정류 신뢰성을 가지는 장점이 있으나, 부하로부터 유입되는 전류를 회생시킬 수 없고, 이러한 전류를 소비시키기 위한 제동저항을 필요로 하는 단점이 있다.
따라서, 현재에는 AFE 시스템 토폴로지와 DFE 시스템 토폴로지의 장점만을 결합한 전력변환 토폴로지가 활발하게 개발 및 연구되고 있다.
그러나 진행된 연구 및 개발 대부분의 전력변환 토폴로지, 일 예로 미국등록특허 US 7,508,147 B2는 구성요소가 복잡할 뿐만 아니라 반도체 스위치간의 스위칭 손실이 크게 되면서 전력변환의 효율이 높지 않은 문제가 있다.
미국등록특허 US 7, 508, 147 B2 (2009. 03. 24)
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 평소에는 DFE 타입의 전력변환장치로 사용되다가 필요 시, AFE 타입의 전력변환장치로 변환하는 전력변환장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전력변환장치는 교류전원과 계통 사이에 연결되어, 상기 교류전원에서 공급된 전력을 변환하여 상기 계통에 제공하는 제1 전력변환모듈 및 제2 전력변환모듈, 상기 제2 전력변환모듈의 출력단과 상기 제2 전력변환모듈의 입력단을 연결하는 순환배선을 포함하되,
상기 제1 전력변환모듈은 제1 직류링크부를 상기 제2 전력변환모듈은 제2 직류링크부를 포함하고, 상기 제1 직류링크부와 상기 제2 직류링크부는 병렬로 연결되며, 상기 계통에서 역기전력이 발생 되면, 상기 역기전력의 일부는 상기 제1 직류링크부와 상기 제2 직류링크부에 저장되고, 나머지는 상기 제2 전력변환모듈의 출력단과 상기 순환배선을 통하여 상기 제2 전력변환모듈의 입력단으로 공급된다.
상기 제1 전력변환모듈은 교류전압을 정류하는 제1 컨버터부와, 상기 제1 컨버터부와 병렬로 연결된 상기 제1 직류링크부, 및 상기 제1 직류링크부에 저장된 전기 에너지를 교류로 변환하는 제1 전력변환부를 포함하고, 상기 제2 전력변환모듈은 교류전압을 정류하는 제2 컨버터부와, 상기 제2 컨버터부와 병렬로 연결된 상기 제2 직류링크부, 및 상기 제2 직류링크부에 저장된 전기 에너지를 교류로 변환하는 제2 전력변환부를 포함하여, 상기 역기전력은 상기 제1 전력변환부, 상기 제1 직류링크부 및 상기 제2 직류링크부, 상기 제2 전력변환부, 상기 순환배선을 차례로 통과하여 상기 제2 전력변환모듈의 출력단으로 공급될 수 있다.
상기 제1 컨버터부와 상기 제2 컨버터부는, 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 다이오드를 포함하는 복수 개의 다이오드부를 포함하되, 상기 복수개의 다이오드부는 서로 병렬로 연결되고, 상기 교류전원은 한 쌍의 다이오드 사이로 공급될 수 있다.
상기 제1 전력변환부와 상기 제2 전력변환부는 각각 반도체 스위치와 다이오드로 구성되어 직류전압을 교류전압으로 변환하는 제1 인버터부 및 제2 인버터부를 포함하되, 상기 제1 인버터부 및 상기 제2 인버터부는 상기 직류전압을 상기 교류전압으로 변환하는 복수 개의 인버터가 병렬로 연결될 수 있다.
상기 인버터는, 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 반도체 스위치에 다이오드가 역병렬로 각각 연결된 복수 개의 반도체 세트부를 포함하되, 상기 복수 개의 반도체 세트부는 서로 병렬로 연결되고 상기 계통은 상기 한 쌍의 반도체 스위치 사이에 연결될 수 있다.
상기 제2 전력변환모듈과 상기 계통 사이에 연결되어 전류의 흐름을 제어하는 제1 스위치부를 더 포함할 수 있다.
상기 순환배선에 흐르는 전류를 제어하는 제2 스위치부를 더 포함할 수 있다.
상기 순환배선에 직렬로 연결되는 인덕터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전력변환장치는 평소에 제어 방식이 간편한 DFE 타입의 전력변환장치로 사용되다가 계통으로부터 역기전력이 발생할 때, AFE 타입의 전력변환장치로 변환 가능하도록 하여, 역기전력을 회생에너지로 재사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치에 대한 회로도이다.
도 2는 도 1의 전력변환장치의 전력선으로부터 출력되는 전압의 파형을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 전력변환장치의 제1 컨버터부 및 제2 컨버터부로부터 출력되는 전압의 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 제1 인버터부 및 제2 인버터부가 구동되는 PWM 방식에 대한 파형을 도시한 도면이다.
도 5은 계통부가 정격 속도로 작동될 때, 도 1의 전력변환장치가 DFE 타입의 전력변환장치로 구동되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 계통부가 감속되어 작동될 때, 도 1의 전력변환장치가 DFE 타입의 전력변환장치로 구동되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 전력변환장치가 AFE 타입의 전력변환장치로 구동되어 계통부로부터 유입되는 회생전류를 궤환 시키는 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점과 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 수 있다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치 및 전력변환장치의 각각의 구성요소에서 출력되는 전압에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치에 대한 회로도이고, 도 2는 도 1의 전력변환장치의 전력선으로부터 출력되는 전압의 파형을 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 전력변환장치의 제1 컨버터부 및 제2 컨버터부로부터 출력되는 전압의 파형을 도시한 도면이고, 도 4는 제1 인버터부 및 제2 인버터부가 구동되는 PWM 방식에 대한 파형을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력변환장치(1)는 필요에 따라, DFE 타입 전력변환장치 및 AFE 타입 전력변환장치로 신속하게 변환되면서 DFE 타입 전력변환장치의 장점 및 AFE 타입 전력변환장치의 장점을 살려 전력을 변환할 수 있는 특징이 있다. 이러한 전력변환장치(1)는 교류전원(10)으로부터 입력받아 전력을 변환하여 계통(20)에 제공하며, 교류전원(10)과 계통 사이에 연결되는 DFE 타입의 전력변환장치인 제1 전력변환모듈(30)과 제2 전력변환모듈(40)을 포함한다. 이러한 제1 전력변환모듈(30) 및 제2 전력변환모듈(40)은 교류전압을 정류하는 컨버터부(30a, 40a), 정류된 전압을 저장하는 직류링크부(30b, 40b) 및 저장된 직류전압을 이용하여 교류전류를 출력하는 전력변환모듈(30c, 40c)을 포함한다. 특히, 제2 전력변환모듈(40)은 제2 전력변환모듈에서 출력되는 전류가 다시 입력단으로 궤환할 수 있도록 하는 순환배선(50)을 더 포함한다. 이를 통해, 계통에서 역기전력 발생 때, DFE 타입의 제1 전력변환모듈(30) 및 제2 전력변환모듈(40)은 역기전력을 제2 전력변환모듈(40)의 입력단으로 궤환 될 수 있도록 할 수 있다.
이하, 전력변환장치(1)의 각 구성요소 및 각 구성요소를 통해 입력 및 출력되는 전류에 대한 파형에 관하여 좀 더 상세히 설명한다.
교류전원(10)은 서로 다른 위상 즉, 각각의 위상 차가 120도가 되는 R상, S상, 및 T상의 전압을 출력할 수 있는 3상 전원(three-phase power source)이 될 수 있다. 교류전원(10)의 각 상의 전압은 일정한 크기에 대응되는 교류를 형성시킬 수 있다. 더욱이, 교류전원(10)은 일측에 텔타(Δ) 결선 된 1차권선, 타측에 델타(Δ)결선 2차권선 및 와이(Y)결선된 3차권선을 가지는 12펄스 변압기 즉, 3권선 변압기가 될 수 있다.
이러한 2차권선 및 3차권선에는 각각 제1 전력변환모듈(30) 및 제2 전력변환모듈(40)이 각각 연결될 수 있다.
이러한, 제1 전력변환모듈(30) 및 제2 전력변환모듈(40)은 모두 교류전력을 직류전력으로 또는 직류전력을 교류전력으로 변환할 수 있다. 이러한 제1 전력변환모듈(30)은 교류전압을 정류하는 제1 컨버터부(30a), 제1 컨버터부(30a)에 병렬로 연결되는 제1 직류링크부(30b), 제1 직류링크부(30b)에 병렬로 연결되는 제1 전력변환부(30c)를 포함한다. 아울러, 제2 전력변환모듈(40)은 교류전압을 정류하는 제2 컨버터부(40a), 제2 컨버터부(40a)에 병렬로 연결되고, 제1 직류링크부(40a)와 병렬로 연결되는 제2 직류링크부(40b) 그리고 제2 직류링크부(40b)에 병렬로 연결된 제1 전력변환부(40c) 및 출력단과 입력단을 서로 연결하는 순환배선(50)을 포함한다.
여기서, 제1 컨버터부(30a) 및 제2 컨버터부(40a)는 교류전원(10)으로부터 입력 받은 교류전압을 정류한다. 제1 컨버터부(30a)는 a다이오드(Da), b다이오드(Db)가 직렬로 연결되는 제1 다이오드부(301a), 제2 다이오드부(302a) 및 제3 다이오드부(303a)로 구성되며, 제2 컨버터부(40a)는 c 다이오드(Dc), d다이오드(Dd)가 직렬로 연결되는 제4 다이오드부(404a), 제5 다이오드부(405a) 및 제6 다이오드부(406a)로 구성된다. 여기서, 제1 다이오드부(301a) 및 제4 다이오드부(404a)는 3상 전원의 R상에 연결되고, 제2 다이오드부(302a) 및 제5 다이오드부(405a)는 S상에 연결되며, 제3 다이오드부(303a) 및 제6 다이오드부(406a)는 T상에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 다이오드부(301a) 내지 제3 다이오드부(303a) 그리고 제4 다이오드부(404a) 내지 제6 다이오드부(406a)는 하나의 교류전원(10)에 병렬로 연결될 수 있다. 더욱이, 한 쌍의 다이오드 즉, a다이오드(Da)와 b다이오드(Db) 그리고 c다이오드(Dc)와 d다이오드(Dd)가 직렬로 연결되면서 형성된 접점에는 각 상의 연결선이 연결될 수 있다.
이를 통해, 제1 컨버터부(30a) 및 제2 컨버터부(40a)는 교류전원(10)으로부터 인가되는 R상, S상 및 T상의 교류전압을 맥동전압으로 정류한다.
제1 직류링크부(30b) 및 제2 직류링크부(40b)는 제1 컨버터부(30a) 및 제2 컨버터부(40a)에서 정류된 맥류에 해당하는 전기 에너지 즉 전위를 저장하며, 제1 컨버터부(30a) 및 제2 컨버터부(40a)에서 인가되는 맥동 전류로 인한 전압 변동을 억제하는 완충 역할을 할 수 있다. 이에, 제1 직류링크부(30b) 및 제2 직류링크부(40b)는 저장된 전기 에너지를 방전시킬 때, 직류에 가까운 파형으로 출력하여, 제1 전력변환부(30c) 및 제2 전력변환부(40c)에 일정한 전압을 인가한다.
제1 전력변환부(30c) 및 제2 전력변환부(40c)는 반도체 스위치(T1 내지 T12)로 구성되어 직류전압을 교류전압으로 변환하는 제1 인버터부(31c) 및 제2 인버터부(41c)를 각각 포함한다. 이러한 제1 인버터부(31c)및 제2 인버터부(41c)는 각각 제1 직류링크부(30b) 및 제2 직류링크부(40b)와 병렬로 연결되어 제1 직류링크부(30c)및 제2 직류링크부(40c)에 저장된 전기 에너지를 원하는 크기와 주파수로 합성시켜 교류 전압으로 출력한다. 제1 전력변환부(30c) 및 제2 전력변환부(40c)는 입력된 신호 즉, 전압 또는 전류에 의해 신호의 흐름을 제어하는 반도체 스위치(T1 내지 T12) 그리고 이러한 반도체 스위치(T1 내지 T12)에 역병렬로 연결된 다이오드(D1 내지 D12)로 구성될 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 제1 인버터부(31c)는 는 제1 반도체 스위치(T1)와 제2 반도체 스위치(T2)에 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)가 역병렬로 연결된 제1 반도체 세트부(301c), 제3 반도체 스위치(T3)와 제4 반도체 스위치(T4) 한 쌍이 직렬로 연결되고 각각의 제3 반도체 스위치(T3) 및 제4 반도체 스위치(T4)에 제3 다이오드(D3)와 제4 다이오드(D4)가 역병렬로 연결된 제2 반도체 세트부(302c) 및 제5 반도체 스위치(T5)와 제6 반도체 스위치(T6) 한 쌍이 직렬로 연결되고 각각의 제5 반도체 스위치(T5) 및 제6 반도체 스위치(T6)에 제5 다이오드(D5)와 제6 다이오드(D6)가 역병렬로 연결된 제3 반도체 세트부(303c)가 서로 병렬로 연결되어 형성되는 하나의 인버터가 병렬로 연결되어 형성될 수 있다.
그리고, 제2 인버터부(41c)는 제7 반도체 스위치(T7)와 제8 반도체 스위치(T8)에 제7 다이오드(D7)와 제8 다이오드(D8)가 역병렬로 연결된 제4 반도체 세트부(404c), 제9 반도체 스위치(T9)와 제10 반도체 스위치(T10) 한 쌍이 직렬로 연결되고 각각의 제9 반도체 스위치(T9) 및 제10 반도체 스위치(T10)에 제9 다이오드(D9)와 제10 다이오드(D10)가 역병렬로 연결된 제5 반도체 세트부(405c) 및 제11 반도체 스위치(T11)와 제12 반도체 스위치(T12) 한 쌍이 직렬로 연결되고 각각의 제11 반도체 스위치(T11) 및 제12 반도체 스위치(T12)에 제11 다이오드(D11)와 제12 다이오드(D12)가 역병렬로 연결된 제6 반도체 세트부(406c)가 서로 병렬로 연결되어 형성되는 하나의 인버터가 병렬로 연결되어 형성될 수 있다.
이러한 제1 전력변환부(30c) 및 제2 전력변환부(40c)는 계통(20)에 각각 연결될 수 있다. 여기서, 제2 전력변환부(40c)의 출력단에는 제2 전력변환부(40c)와 계통(20)간의 전류의 흐름을 제어하는 제1 스위치부(61) 및 순환배선(50)상에서 전류의 흐름을 제어하는 제2 스위치부(62)가 설치될 수 있다.
제1 스위치부(61)는 온(on)/오프(off)로 작동되면서, 제2 전력변환부(40c)와 계통부(20) 사이에 흐르는 전류의 흐름을 제어하고, 제2 스위치부(62)는 온(on)/오프(off)로 작동되면서, 제2 전력변환부(52)로부터 순환배선(50)으로 흐르는 전류의 흐름을 제어한다. 나아가, 제2 스위치부(62)와 순환배선(50) 사이에는 인덕터(70)가 직렬로 연결되어, 제2 전력변환부(52)로부터 출력되는 전류를 정현파에 가깝게 변형 시킬 수 있다.
여기서, 순환배선(50)는 제2 전력변환부(52)의 출력단에서 출력되는 전류를 다시 제2 전력변환부(52)의 입력단으로 궤환 시킬 수 있는 전력선이다. 이러한 전력선은 단선이 될 수 있으며, 그 굵기는 계통(20)으로부터 발생 되는 역기전력의 크기에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 전력선이 안정적으로 전기를 흐를 수 있도록 하기 위해 계통(20)의 최대부하전류의 1.25배 이상의 허용전류를 도통 시킬 수 있는 굵기가 되는 것이 바람직하다. 여기서 계통(20)은 저항, 커패시터, 인덕터 및 모터 등을 포함하며, 역기전력을 발생시키는 전력계통이 될 수 있다.
이러한 제1 반도체 스위치(T1) 내지 제12 반도체 스위치(T12) 그리고 제1 스위치부(61) 및 제2 스위치부(62)는 서로 동일한 전기적 특성을 가지는 반도체 소자가 사용될 수 있다. 제1 반도체 스위치(T1) 내지 제12 반도체 스위치(T12) 및 제1 스위치부(61) 및 제2 스위치부(62)는 회로 상에서 전류 패스(current path)를 형성하는 다양한 반도체 스위치 즉, IGBT, IEGT, MOSFET, ICGT, GCT, SGCT 및 GTO 가운데 어느 하나가 될 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 구동이 간편하고, 고전압 및 대전류에서 효율이 높은 IGBT를 반도체 스위치(T1 내지 T12) 및 제1 스위치(61) 및 제2 스위치(62)의 일 예로 하여 설명한다. 특히, 반도체 스위치(T1 내지 T12)인 IGBT는 게이트, 이미터 및 컬렉터 단자를 가진다. 게이트 단자에는 도시되어 있지는 않지만 제어기가 설치될 수 있다. 특히, 제1 반도체 스위치(T1) 내지 제12 반도체 스위치(T12)에 설치되는 제어기는 PWM 제어기가 될 수 있으며, PWM 제어기는 IGBT에서 기준신호(RW, 도4참조) 및 반송신호(CW, 도4 참조)가 출력되도록 할 수 있다.
이 때, IGBT는 일정한 주기의 반송신호(CW)와 출력 전압의 기준신호(RW)의 대소를 비교에 하여 작동(on) 또는 비작동(off) 상태로 전환되면서, 평균적으로 기준신호(RW)와 같은 값을 가지는 구형파 전압을 출력한다.
이에, 제1 반도체 세트부(301c) 내지 제6 반도체 세트부(406c)는 다이오드(D1 내지 D12)의 정류 및 반도체 스위치(T1 내지 T12)의 온(on)/오프(off)의 작동을 통해 제1 전력변환부(30c) 및 제2 전력변환부(40c)의 출력 전류가 특정한 값이 되도록 직류링크부(30b, 40b)로부터 전압을 합성할 수 있다.
제1 전력변환부(30c) 및 제2 전력변환부(40c)는 합성된 전압을 통해 출력 전류를 조절함으로써, 제1 직류링크부(30b) 및 제2 직류링크부(40b)로부터 계통(20)방향으로 흐르는 전류 그리고 계통(20)로부터 제1 직류링크부(30b) 및 제2 직류링크부(40b) 방향으로 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
이하, 도 5 및 도 7을 참조하여, 이와 같은 구성요소들에 의해 전력변환장치가(1)가 계통 상황에 따라 DFE 타입의 전력변환장치에서 AFE 타입의 전력변환장치로 가변 되어 작동되는 상태에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 계통(20)이 정격 속도로 작동될 때, 도 1의 전력변환장치가 DFE 타입의 전력변환장치로 구동되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 계통부가 감속되어 작동될 때, 도 1의 전력변환장치가 DFE 타입의 전력변환장치로 구동되는 상태를 나타내는 도면이며, 도 7은 도 1의 전력변환장치가 AFE 타입의 전력변환장치로 구동되어 계통으로부터 유입되는 회생전류를 궤환 시키는 상태를 나타내는 도면이다.
전력변환장치(1)는 평소에 전력이 교류전원(10)으로부터 계통(20)방향으로 흐를 수 있도록 DFE 타입의 전력변환장치로 구동될 수 있다.
이 때, 계통(20)가 정격속도로 구동될 때, 교류전원(10)과 연결된 제1 컨버터부(30a) 및 제2 컨버터부(40a)는 계통(20)에서 필요로 하는 정격전류를 50%씩 균등하게 교류전원(15)으로부터 정류하여, 각각의 컨버터부(30a, 40a)에 연결된 직류링크부(30b, 40b) 및 전력변환부(30c, 40c)에 전달한다. 이를 통해, 계통(20)은 정격속도로 구동될 때, 계통(20) 정격속도의 50%에 해당하는 전류를 제1 컨버터부(30a), 제1 직류링크부(30b) 및 제1 전력변환부(30c)로부터 공급받고, 나머지 정격속도의 50%에 해당하는 전류를 제2 컨버터부(40a), 제2 직류링크부(40b) 및 제2 전력변환부(40c)로부터 공급받는다.
계통(20)에서 필요로 하는 전류의 일부가 제2 컨버터부(40a)로부터 원활하게 유입될 수 있도록 제1 스위치부(61)는 항상 온(on)상태가 되고, 제2 스위치부(62)는 오프(off)상태가 될 수 있다. 한편, 상황에 따라 계통(20)을 감속시켜야 하거나, 계통(20)에서 많은 전류를 필요로 하지 않을 때, 제1 전력변환부(30c) 및 제2 전력변환부(40c)의 제어 및 제1 스위치부(61)를 오프(off) 상태로 하여 계통(20)으로 유입되는 전류량을 제어할 수 있다.
일 예로, 계통(20)이 정격속도의 50%의 속도로 구동될 때, 제1 스위치부(61)를 오프(off)상태로 하여, 계통(20)에서 제2 전력변환부(40c)로부터는 전류를 공급받지 못하도록 하고, 오직 제1 전력변환부(30c)에서 만 전류를 공급받을 수 있도록 한다.
이와 같이, 계통(20)이 정격속도 구동되거나 정격속도 이하로 구동될 때, 교류전원(10)에 연결된 각각의 컨버터부(30a, 40a), 직류링크부(30b, 40b) 및 전력변환부(30c, 40c)는 각각 DFE 타입의 전력변환모듈로 구동되어 계통(20)에 전기 에너지를 공급한다.
한편, 계통(20)이 정격속도로 구동되다가 정격 이하의 속도로 구동되거나 정지하게 될 때, 계통(20)은 일정크기의 교류전력인 역기전력(1점 쇄선 참조)을 발생시키게 된다. 이 때, 제1 스위치부(61)는 오프(off)상태가 되고, 제2 스위치부(62)는 온(on)상태가 되면서, 각각 DFE 타입으로 구동되는 전력변환모듈이 하나의 AFE 타입의 전력변환장치 토폴로지로 변동되게 된다. 이를 통해, 역기전력은 제1 전력변환부(30c), 제1 직류링크부(30b), 제2 직류링크부(40b) 그리고, 제2 전력변환부(40c)를 차례대로 거쳐 교류전류로 변환되고 순환배선(50)을 통해 제2 전력변환부(40c)의 입력단으로 궤환 된다. 즉, 전력변환장치(1)는 계통부(20)에서 역기전력을 형성할 때, DFE 타입의 전력변화장치 토폴로지에서 AFE 타입의 전력변환장치의 토폴로지가 바뀌게 되면서, 계통(20)에서 발생된 역기전력을 회생전류로 재사용할 수 있게 된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 전력변환장치 10: 교류전원
20: 계통 30: 제1 전력변환모듈
30a: 제1 컨버터부 30b: 제1 직류링크부
30c: 제1 전력변환부 31c: 제1 인버터부
40: 제2 전력변환모듈 40a: 제2 컨버터부
40b: 제2 직류링크부 40c: 제2 전력변환부
41c: 제2 인버터부 50: 순환배선
61: 제1 스위치부 62: 제2 스위치부
70: 인덕터 T: 반도체 스위치
D: 다이오드

Claims (8)

  1. 교류전원과 계통 사이에 연결되어, 상기 교류전원에서 공급된 전력을 변환하여 상기 계통에 제공하는 제1 전력변환모듈 및 제2 전력변환모듈; 및
    상기 제2 전력변환모듈의 출력단과 입력단을 연결하는 순환배선을 포함하되,
    상기 제1 전력변환모듈은 제1 직류링크부를 상기 제2 전력변환모듈은 제2 직류링크부를 포함하고, 상기 제1 직류링크부와 상기 제2 직류링크부는 병렬로 연결되며,
    상기 계통에서 역기전력이 발생되면, 상기 역기전력의 일부는 상기 제1 직류링크부와 상기 제2 직류링크부에 저장되고, 나머지는 상기 제2 전력변환 모듈의 출력단과 상기 순환배선을 통하여 상기 제2 전력변환모듈의 입력단으로 공급되되,
    상기 제1 전력변환모듈은 교류전압을 정류하는 제1 컨버터부와, 상기 제1 컨버터부와 병렬로 연결된 상기 제1 직류링크부, 및 상기 제1 직류링크부에 저장된 전기 에너지를 교류로 변환하는 제1 전력변환부를 포함하고,
    상기 제2 전력변환모듈은 교류전압을 정류하는 제2 컨버터부와, 상기 제2 컨버터부와 병렬로 연결된 상기 제2 직류링크부, 및 상기 제2 직류링크부에 저장된 전기 에너지를 교류로 변환하는 제2 전력변환부를 포함하여,
    상기 제1 컨버터부와 상기 제2 컨버터부는, 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 다이오드를 포함하는 복수 개의 다이오드부를 포함하되, 상기 복수 개의 다이오드부는 서로 병렬로 연결되고, 상기 교류전원은 한 쌍의 다이오드 사이로 공급되는 전력변환장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 역기전력은 상기 제1 전력변환부, 상기 제1 직류링크부 및 상기 제2 직류링크부, 상기 제2 전력변환부, 상기 순환배선을 차례로 통과하여 상기 제2 전력변환모듈의 출력단으로 공급되는 전력변환장치.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 전력변환부와 상기 제2 전력변환부는, 각각 반도체 스위치와 다이오드로 구성되어 직류전압을 교류전압으로 변환하는 제1 인버터부 및 제2 인버터부를 포함하되, 상기 제1 인버터부 및 상기 제2 인버터부는 상기 직류전압을 상기 교류전압으로 변환하는 복수 개의 인버터가 병렬로 연결되는 전력변환장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 인버터는, 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 반도체 스위치에 다이오드가 역병렬로 각각 연결된 복수 개의 반도체 세트부를 포함하되, 상기 복수 개의 반도체 세트부는 서로 병렬로 연결되고 상기 계통은 상기 한 쌍의 반도체 스위치 사이에 연결되는 전력변환장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제2 전력변환모듈과 상기 계통 사이에 연결되어 전류의 흐름을 제어하는 제1 스위치부를 더 포함하는 전력변환장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 순환배선에 흐르는 전류를 제어하는 제2 스위치부를 더 포함하는 전력변환장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 순환배선에 직렬로 연결되는 인덕터를 더 포함하는 전력변환장치.
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