KR20100012555A - 정전 및 저전압 보상장치 - Google Patents

정전 및 저전압 보상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력전압이 정상적인 전압준위에 비해 낮은 경우뿐만 아니라 공급전원이 차단되었을 때에도 이를 보상할 수 있는 정전 및 저전압 보상장치를 개시한다. 상기 정전 및 저전압 보상장치는, 정류부, 에너지 저장부, 제1바이패스부, 변압기, 제2바이패스부 및 부하를 구비한다. 본 발명은 일반적인 순시 저전압 보상장치 및 무정전 전원장치의 장점만을 하나의 회로에서 구현한 것이다. 정상적인 전원시에는 추가적인 바이패스 회로 없이 상기 제1바이패스부를 이용하여 전원을 바이패스 시킬 수 있으므로 사용 소자를 감소시킬 수 있다. 동시에 상시 인버터 동작 방식이 아니므로 효율상승의 효과도 동시에 볼 수 있다. 또한 순시 저전압 보상장치의 최대한의 단점인 정전시 전원라인이 차단되면 보상할 수 없는 단점을 제2바이패스부를 추가하여 정전 시에도 보상이 가능하도록 하여 무정전 전원장치(200)와 동일한 기능을 하도록 하였다.
순시 저전압, 무정전, 바이패스, 보상장치

Description

정전 및 저전압 보상장치{Compensation device for interruption of electric power and lowering input voltage}
본 발명은 정전이나 순시 저전압 상태를 보상할 수 있는 보상장치에 관한 것으로, 특히 순시 저전압 상태뿐만 아니라 정전 시에도 이를 보상할 수 있는 보상장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 순시 저전압 보상장치를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 순시 저전압 보상장치(100)는, 교류전원(110)으로부터 정상적인 전압이 인가될 때는 교류전원에 대응되는 전압을 충전하고 있다가, 상대적으로 낮은 전원이 인가될 때는 충전된 전압을 부하(1600에 전달하는 기능을 수행한다. 즉, 교류전원(110)으로부터 정상적인 전압준위를 가지는 전압이 인가될 때, 교류를 직류로 변환하는 제1인버터(120)를 통해 변환된 교류전압에 대응되는 직류전압으로 보상기(140)를 충전시킨다. 교류전원(110)으로부터 정상적인 전압준위에 비해 낮은 전압이 인가될 때에는, 보상기(140)에 충전된 직류전압을 교류전압으로 변환시키는 제2인버터(130)를 통해 변환된 교류전압이 변압기(150)를 통해 부하(160)에 전달된다.
순시 저전압 보상장치(100)는 정상 전압 시에는 2개의 인버터(120, 130)가 동작하지 않고 변환기(150)의 한 쪽 전선을 통해서만 전원이 공급되고, 저전압시에만 인버터가 동작하여 부족분 전압을 공급하도록 되어 있으므로 효율이 상대적으로 높다.
그러나 순시 저전압 보상장치(100)는, 부족한 전압을 직렬로 부하(160)에 더해주는 개념이기 때문에 정전 시 전원이 공급되지 못하면, 제1인버터(120) 및 제2인버터(130)가 동작을 할 수 없다는 단점이 있다.
도 2는 종래의 무정전 전원장치를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 무정전 전원장치(200)는, 전원이 정상적으로 동작하고 있는 경우에는 제1스위치(Sw1), 제2스위치(Sw2)가 턴 온(turn on)시킨다. 이때에는 입력되는 교류전원(In)이 한 편으로는 부하(미도시)쪽으로 출력되고(Out), 다른 한 편으로는 교류를 직류로 변환시키는 인버터(210)를 경유하여 충전기(230)를 충전시킨다. 제3스위치(Sw3)는 턴 온 되어도 문제가 없지만 턴 오프 시키는 것이 일반적이다.
무정전 전원장치(200)는 정전이 되는 경우, 제3스위치(Sw3)를 턴 온 시킨다. 이때에는 입력되는 교류전원(In)의 전압준위는 정상이 아니거나 접지전압 준위를 가지게 되는데, 충전기(230)에 충전된 전압이 제3스위치(Sw3)를 경유하여 부하(미도시)로 출력(Out)된다.
무정전 전원장치(200)는 입력되는 교류(In)의 전압준위가 강하될 때에는 동작하지 않으므로, 정전 시에만 유효한 회로가 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 입력전압이 정상적인 전압준위에 비해 낮은 경우뿐만 아니라 공급전원이 차단되었을 때에도 이를 보상할 수 있는 정전 및 저전압 보상장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 정전 및 저전압 보상장치는, 정류부, 에너지 저장부, 제1바이패스부, 변압기, 제2바이패스부 및 부하를 구비한다. 상기 정류부는 입력되는 교류전압을 직류전압으로 정류한다. 상기 에너지 저장부는 상기 정류부로부터 출력되는 직류전압을 저장한다. 상기 제1바이패스부는 복수 개의 스위치 제어신호에 응답하여, 상기 에너지 저장부에 저장된 전기 에너지를 부하에 전달하거나 변압기를 통해 인가되는 교류전압에 대응되는 전류를 바이패스 시킨다. 상기 변압기는 상기 제1바이패스부를 경유하여 인가되는 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지에 대응되는 전압을 생성하여 부하에 전달하거나, 입력되는 교류전압을 부하에 전달함과 동시에 이에 대응되는 전압을 생성하여 제1바이패스부를 통해 바이패스 시킨다. 상기 제2바이패스부는 적어도 하나의 스위치 제어신호에 응답하여, 상기 교류전압을 공급하는 교류전원을 단락시키고, 상기 변압기 및 부하가 폐회로가 되도록 스위칭 한다. 상기 부하는 입력되는 교류전압 또는 상기 에너지 저장부로부터 공급되는 전기 에너지를 흡수한다.
본 발명은 입력전압이 정상적인 전압준위에 비해 낮은 경우뿐만 아니라 공급전원이 차단되었을 때에도 이를 보상할 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 정전 및 저전압 보상장치를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 정전 및 저전압 보상장치(300)는, 정류부(310), 에너지 저장부(320), 제1바이패스부(330), 변압기(340), 제2바이패스부(350), 부하(360) 및 제어부(370)를 구비한다.
정류부(310)는 교류전압(Vs)을 직류전압으로 변환하여 에너지 저장부(320)에 에너지를 충전하는 역할을 수행한다. 여기서 에너지 저장부(320)는 콘덴서 뱅크(condenser bank) 또는 배터리 뱅크(battery bank)로 구현될 수 있다. 정전 시 장시간 보상을 위해서는 배터리 뱅크를 사용하는 것이 유리하고, 빈번히 발생하는 저전압 보상을 위해서는 콘덴서 뱅크를 사용하는 것이 유리하다. 여기서 뱅크라는 용어를 사용한 것은 콘덴서 한 개 또는 배터리 한 개 이상을 구비하기 때문이다. 실제의 설계에서는 한 개 이상이면 가능한 경우도 있을 것이다.
제1바이패스부(330)는 복수 개의 스위치 제어신호(S1~S4)에 응답하여, 상기 에너지 저장부(320)에 저장된 전기 에너지를 부하(360)에 전달하거나 변압기(340)를 통해 인가되는 교류전압(Vs)에 대응되는 전류를 바이패스 시키며, 이를 위해 4개의 스위치(S1~S4) 및 4개의 스위치(S1~S4)에 각각 병렬로 연결된 4개의 다이오 드(D1~D4)를 구비한다.
제1스위치(Sw1)는 제1스위치 제어신호(S1)에 응답하여 에너지 저장부(320)의 일 단자(o) 및 변압기(340)의 일 측의 제1단자(1)를 스위칭 한다. 제2스위치(Sw2)는 제2스위치 제어신호(S2)에 응답하여 에너지 저장부(320)의 일 단자(p) 및 변압기(340)의 일 측의 제2단자(1′)를 스위칭 한다. 제3스위치(Sw3)는 제3스위치 제어신호(S3)에 응답하여 에너지 저장부(320)의 다른 일 단자(o′) 및 변압기(340)의 일 측의 제1단자(1)를 스위칭 한다. 제4스위치(Sw4)는 제4스위치 제어신호(S4)에 응답하여 에너지 저장부(320)의 다른 일 단자(o′) 및 변압기(340)의 일 측의 제2단자(1′)를 스위칭 한다.
제1다이오드(D1)는 P형 단자가 변압기(340)의 일 측의 제1단자(1)에 연결되고 N형 단자가 에너지 저장부(320)의 일 단자(o)에 연결된다. 제2다이오드(D2)는 P형 단자가 변압기(340)의 일 측의 제2단자(1′)에 연결되고 N형 단자가 에너지 저장부(320)의 일 단자(o)에 연결된다. 제3다이오드(D3)는 N형 단자가 변압기(340)의 일 측의 제1단자(1)에 연결되고 P형 단자가 에너지 저장부(320)의 다른 일 단자(o′)에 연결된다. 제4다이오드(D4)는 N형 단자가 변압기(340)의 일 측의 제2단자(1′)에 연결되고 P형 단자가 에너지 저장부(320)의 다른 일 단자(o′)에 연결된다.
변압기(340)는 제1바이패스부(330)를 경유하여 인가되는 상기 에너지 저장부(320)에 저장된 에너지에 대응되는 전압을 생성하여 부하(360)에 전달하거나, 입력되는 교류전압(Vs)을 부하(360)에 전달함과 동시에 이에 대응되는 전압을 생성하여 제1바이패스부(330)를 통해 바이패스 시킨다. 변압기(340)는 제1바이패스 부(330)와 연결된 제1측과 제1바이패스부(350) 및 부하(360)와 연결된 제2측이 있으며, 제1측으로 인가되는 전류에 대응되는 전압이 제2측으로 유도되고, 제2측으로 인가되는 전류에 대응되는 전압이 제1측으로 유도된다.
제2바이패스부(350)는 적어도 하나의 스위치 제어신호(S5)에 응답하여, 교류전압(Vs)을 공급하는 교류전원 양 단자를 단락시키고, 변압기(340) 및 부하(360)가 폐회로가 되도록 스위칭 한다. 제2바이채스부(350)는 제5스위치 제어신호(S5)에 응답하여 동작하며, 일 단자가 교류전원의 일 단자 및 변압기(340)의 다른 일 측의 제1단자(2)에 연결되고 다른 일 단자가 부하의 일 단자에 연결된 스위치로 구현될 수 있다.
부하(360)는 입력되는 교류전압(Vs) 또는 에너지 저장부(320)로부터 공급되는 전기 에너지를 흡수하며, 다른 일 단자는 변압기(340)의 다른 일 측의 제2단자(2′)에 연결된다. 제어부(370)는, 교류전압(Vs)에 응답하여 제1바이패스부(330) 및 제2바이패스부(350)에 인가되는 복수 개의 스위치 제어신호들(S1~S5)을 생성한다.
입력되는 교류전압(Vs)이 정상적인 전압준위를 나타낼 때는 제3스위치(Sw3) 및 제4스위치(Sw4)가 턴 온 된다. 이 경우, 입력되는 교류전압(Vs)이 흐르는 변압기(340)의 다른 일 측(2-2′)으로부터 일 측(1-1′)으로 유도되는 전류가 바이패스 된다.
입력되는 교류전압(Vs)이 정상적인 전압준위에 비해 상대적으로 낮은 전압준위를 가지거나, 정전 시에는 제1스위치(Sw1), 제4스위칭(Sw4) 및 제5스위치(Sw5)가 턴 온 된다. 이때에는 변압기(340)를 통해 에너지 저장부(320)에 저장된 에너지가 제1바이패스부(330) 및 변압기(340)를 경유하여 부하(360)에 전달된다. 제2바이패스부(350)도 동시에 변압기(340) 및 부하(360)가 폐회로를 형성할 수 있도록 한다.
본 발명은 일반적인 순시 저전압 보상장치(100) 및 무정전 전원장치(200)의 장점만을 하나의 회로에서 구현한 것으로 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 먼저 정상적인 전원시에 추가적인 바이패스 회로 없이 제1바이패스부(330)를 이용하여 전원을 바이패스 시킬 수 있으므로 사용 소자를 감소시킬 수 있다. 동시에 상시 인버터 동작 방식이 아니므로 효율상승의 효과도 동시에 볼 수 있다. 또한 순시 저전압 보상장치(100)의 최대한의 단점인 정전시 전원라인이 차단되면 보상할 수 없는 단점을 제2바이패스부(350)를 추가하여 정전 시에도 보상이 가능하도록 하여 무정전 전원장치(200)와 동일한 기능을 하도록 하였다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 종래의 순시 저전압 보상장치를 나타낸다.
도 2는 종래의 무정전 전원장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 정전 및 저전압 보상장치를 나타낸다.

Claims (7)

  1. 입력되는 교류전압(Vs)을 직류전압으로 정류하는 정류부(310);
    상기 정류부(310)로부터 출력되는 직류전압을 저장하는 에너지 저장부(320);
    복수 개의 스위치 제어신호(S1~S4)에 응답하여, 상기 에너지 저장부(320)에 저장된 전기 에너지를 부하(360)에 전달하거나 변압기(340)를 통해 인가되는 교류전압(Vs)에 대응되는 전류를 바이패스 시키는 제1바이패스부(330);
    상기 제1바이패스부(330)를 경유하여 인가되는 상기 에너지 저장부(320)에 저장된 에너지에 대응되는 전압을 생성하여 부하(360)에 전달하거나, 입력되는 교류전압(Vs)을 부하(360)에 전달함과 동시에 이에 대응되는 전압을 생성하여 제1바이패스부(330)를 통해 바이패스 시키는 변압기(340);
    적어도 하나의 스위치 제어신호(S5)에 응답하여, 상기 교류전압(Vs)을 공급하는 교류전원을 단락시키고, 상기 변압기(340) 및 부하(360)가 폐회로가 되도록 스위칭 하는 제2바이패스부(350); 및
    입력되는 교류전압(Vs) 또는 상기 에너지 저장부(320)로부터 공급되는 전기 에너지를 흡수하는 부하(360)를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 및 저전압 보상장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에너지 저장부(320)는,
    콘덴서 뱅크 및 배터리 뱅크를 적어도 하나 구비하는 것을 특징으로 하는 정 전 및 저전압 보상장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1바이패스부(330)는,
    제1스위치 제어신호(S1)에 응답하여 상기 에너지 저장부(320)의 일 단자(o) 및 상기 변압기(340)의 일 측의 제1단자(1)를 스위칭 하는 제1스위치(Sw1);
    제2스위치 제어신호(S2)에 응답하여 상기 에너지 저장부(320)의 일 단자(p) 및 상기 변압기(340)의 일 측의 제2단자(1′)를 스위칭 하는 제2스위치(Sw2);
    제3스위치 제어신호(S3)에 응답하여 상기 에너지 저장부(320)의 다른 일 단자(o′) 및 상기 변압기(340)의 일 측의 제1단자(1)를 스위칭 하는 제3스위치(Sw3);
    제4스위치 제어신호(S4)에 응답하여 상기 에너지 저장부(320)의 다른 일 단자(o′) 및 상기 변압기(340)의 일 측의 제2단자(1′)를 스위칭 하는 제4스위치(Sw4);
    P형 단자가 상기 변압기(340)의 일 측의 제1단자(1)에 연결되고 N형 단자가 상기 에너지 저장부(320)의 일 단자(o)에 연결된 제1다이오드(D1);
    P형 단자가 상기 변압기(340)의 일 측의 제2단자(1′)에 연결되고 N형 단자가 상기 에너지 저장부(320)의 일 단자(o)에 연결된 제2다이오드(D2);
    N형 단자가 상기 변압기(340)의 일 측의 제1단자(1)에 연결되고 P형 단자가 상기 에너지 저장부(320)의 다른 일 단자(o′)에 연결된 제3다이오드(D3); 및
    N형 단자가 상기 변압기(340)의 일 측의 제2단자(1′)에 연결되고 P형 단자 가 상기 에너지 저장부(320)의 다른 일 단자(o′)에 연결된 제4다이오드(D4)를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 및 저전압 보상장치.
  4. 제3항에 있어서,
    입력되는 교류전압(Vs)이 정상적인 전압준위를 나타낼 때는 상기 제3스위치(Sw3) 및 상기 제4스위치(Sw4)가 턴 온 되고,
    입력되는 교류전압(Vs)이 정상적인 전압준위보다 상대적으로 낮은 전압준위를 나타낼 때 또는 정전 시 에는 상기 제1스위치(Sw1), 상기 제4스위칭(Sw4) 및 상기 제5스위치(Sw5)가 턴 온 되는 것을 특징으로 하는 정전 및 저전압 보상장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2바이패스부(350)는, 제5스위치 제어신호(S5)에 응답하여 상기 교류전원(Vs)의 양 단자를 단락시키고, 일 단자에 연결된 상기 변압기(340)의 다른 일 측의 제1단자(2)와 상기 부하(360)를 스위칭 하며,
    상기 부하(360)의 다른 일 단자는 상기 변압기(340)의 다른 일 측의 제2단자(2′)와 연결되는 것을 특징으로 하는 정전 및 저전압 보상장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2바이패스부(350)는,
    상기 제5스위치 제어신호(S5)에 응답하는 스위치 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 및 저전압 보상장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 교류신호(Vs)에 응답하여 상기 제1바이패스부(330) 및 상기 제2바이패스부(350)에 인가되는 복수 개의 스위치 제어신호들을 생성하는 제어부(370)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 및 저전압 보상장치.
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