KR0149968B1

KR0149968B1 - 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치

Info

Publication number: KR0149968B1
Application number: KR1019950022852A
Authority: KR
Inventors: 윤하중; 구태홍
Original assignee: 김일두; 코오롱엔지니어링주식회사
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR970008775A

Abstract

게이트 단자로 인가되는 제어신호에 따라 교류전원을 정류하여 출력하는 다수개의 SCR(S61~S63)와, 상기한 SCR과 함께 교류전원을 정류하여 출력하는 다수개의 다이오드(D61~D63)와, 입력신호를 소프트 충전시키기 위한 다이오드(D64)와, 상기한 다이오드 캐소드 단자와 SCR의 사이에 연결되어 있는 저항(R61)과, 상기한 SCR의 접속점과 다이오드의 접속점의 사이에 연결되어 있는 콘덴서(C61)로 구성되어 있으며, 가격이 저렴하면서도 회로적으로 간단하게 구성할 수 있는 효과를 가진 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치에 관한 것.

Description

교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치

제1도는 일반적인 전력변환장치의 기본 구성도이고,

제2도는 종래의 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치의 일 구성예를 나타내는 도면이고,

제3도는 종래의 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치의 다른 구성예를 나타내는 도면이고,

제4도는 종래의 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치의 또다른 구성예를 나타내는 도면이고,

제5도는 이 발명의 실시예에 따른 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치의 회로 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

S61~S63 : SCR D61~D64 : 다이오드

R61 : 저항 C61 : 콘덴서

이 발명은 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 가격이 저렴하면서도 회로적으로 간단하게 구성할 수 있는 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치에 관한 것이다.

상용전원을 이용한 전력변환장치로서 가장 대표적인 것이 인버터인데, 이러한 전력변환장치로서의 인버터의 기본 구성이 제1도에 도시되어 있다.

제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 인버터의 구성은, AC(교류)를 DC(직류)로 변환시켜주면서, 정류된 직류전압의 리플을 평활시켜주는 교류전원 정류평활회로(10)와, 상기한 교류전원 정류평활회로(10)로부터 출력되는 DC(직류)를 AC(교류)로 변환시켜주는 역변환부(20)로 구성되며, 이와 같이 구성된 시스템을 종합하여 인버터(INVERTER)라 부른다.

인버터의 전단을 구성하는 교류전원 정류평활회로에 있어서, 종래의 소프트 충전장치로서는 크게 3가지의 형태가 이용되고 있는데, 제2도에 도시되어 있는 바와 같이 MC(Magnetic Contact)를 이용하는 방법과, 제3도에 도시되어 있는 바와 같이 SCR(Silicon Controlled Rectifier)을 이용하는 방법과, 제4도에 도시되어 있는 바와 같이 SCR을 이용하여 위상을 제어하는 방법이 있다.

전력변환장치 및 산업용 인버터에서는, 제2도에 도시되어 있는 MC를 이용하는 방법의 소프트 충전장치가 가장 많이 사용되고 있다.

이하, 제2도에 도시되어 있는, 종래의 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치의 일 구성예에 대하여 설명하기로 한다.

교류전원이 입력되면 정류평활회로(30)는 정류 다이오드(D31~D36)를 이용하여 삼상 전파 정류를 함으로써 360HZ의 리플(Ripple)을 갖는 직류전압을 발생시키고, 상기한 직류전압을 일정하게 평활시켜주는 콘덴서(C31)를 이용하여 안정한 직류전압을 발생시킨다.

상기한 바와 같이, 종래의 정류평활회로(30)에서는, 정류수단으로서 정류 다이오드(D31~D36)를 사용하고, 평활 수단으로서는 큰용량의 콘덴서(C31)가 사용되는데, 상기한 콘덴서(C31)에는 저항(R31)이 직렬로 연결되어 있다.

만일, 평활수단인 콘덴서(C31)로만 구성되어 있다면, 전원 인가시에 콘덴서(C31)로 큰 돌입전류(INRUSH CURRENT)가 흐르게 되어 인버터 내의 정류평활회로 및 일부부품이 파손되는 경우가 있다. 이러한 돌입전류를 방지하기 위해서 가동시에 저항(R31)으로서 돌입전류를 제한하는데, 이 저항(R31)을 소프트 충전용 저항 또는 프리-충전용 저항이라 한다.

여기서, γ는 RC(시정수)이고, V는 충전 전압이고, i는 직류 전류이고, R는 프리-충전용 저항값이다.

상기한 식(2)에서 알 수 있듯이 프리 충전할 때의 최대 전류는 RC값에 따라 변화되는데 이것을 시정수 γ(TIME CONSTANT)라 한다.

그러나, 상기한 저항값(R)으로 초기 돌입전류의 크기 및 충전 시간은 제어될 수 있으나, 이 저항(R31)으로만 전류가 흐를때는 저항(R31)에서 소비되는 전력이 크게 되므로 저항계수가 커지게 되고, 발열상태로 주위온도가 매우 높아지게 되며, 결국에 가서는 상기한 저항(R31)이 파손되는 경우가 있다.

따라서, 종래의 정류평활회로(30)에서는 초기 기동시에 돌입전류를 제한할 수 있는 소비전력이 큰 저항(R31)을 사용하고, 정상상태 운전시에는 이 저항(R31)과 병렬로 전류를 흐르게 할 수 있는 MC 또는 파워 릴레이를 사용해 왔다.

이러한 회로 방식에서, MC는 정격전류에 맞추어 사용하여야 하기 때문에, 전류가 많이 흐르는 큰 용량의 인버터에서는 MC의 용량이 커지고, MC 구동용 보조회로가 필요하게 됨으로써 인버터의 전체 크기가 커지게 되고, 또한 가격상승의 원인이 되는 문제점이 있다.

그리고, 순간 정전시 제어전원이 없으므로 MC가 떨어졌다 붙는 순간이 길게 되면(즉, 정전시간이 길면) 저항(R31)을 통해 전류가 흐르게 되고, 유도전동기로 부터의 회생전압이 콘덴서(C31)로 흐르게 됨으로써 전압이 높아졌을 때 저항(R) 및 정류평활회로(30)를 파손시키게 되는 문제점이 있다.

다음은, 제3도에 도시되어 있는, 종래의 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치의 다른 구성예에 대하여 설명하기로 한다.

제3도의 정류 평활회로(40)에서는 MC 대신에 저항(R41)과 병렬로 SCR을 사용함으로써 저항(R41)을 통해 어느정도 전압이 인가되면 SCR을 턴온시켜 전류가 SCR을 통해 흐르도록 한다. 즉, 제2도의 MC의 역할을 SCR이 한다.

그러나 상기한 정류 평활회로(40)는, 정상동작시의 부하전류 전체가 SCR 소자로 흐르게 되어 SCR 소자를 후단의 역변환부(20)의 용량에 맞게 선정해야 하므로, 가격이 비싸지고, SCR의 제어를 위한 회로가 부수적으로 필요하고, 또한 SCR 소자에서 발열이 되는 문제점이 있다.

다음은, 제4도에 도시되어 있는, 종래의 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치의 또다른 구성예에 대하여 설명하기로 한다.

제4도의 정류평활회로(50)에서는 MC 대신에 인덕터(L)와 SCR(S51~S56)을 사용함으로써 전압이 인가되면 SCR(S51~S56)을 턴온시켜 전류가 SCR(S51~S56)을 통해 흐르도록 한다. 즉, 제2도의 MC의 역할을 SCR(S51~S56)이 한다. 이 방법에서는 SCR의 런온 되는 위상각을 제어하여 정류된 좌류전압을 얻는다.

그러나 상기한 정류 평활회로(50)도 위에서와 마찬가지로, 정상동작시의 부하전류 전체가 SCR 소자(S51~S56)로 흐르게 되어 SCR 소자(S51~S56)를 후단의 역변환부(20)의 용량에 맞게 선정해야 하므로, 가격이 비싸지고, SCR(S51~S56)의 위상각 제어를 위한 회로가 부수적으로 필요하고, 또한 SCR 소자에서 발열이 되는 문제점이 있다.

이 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 가격이 저렴하면서도 회로적으로 간단하게 구성할 수 있는 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 이 발명의 구성은, 게이트 단자로 인가되는 제어신호에 따라 교류전원을 정류하여 출력하는 다수개의 SCR와, 상기한 SCR과 함께 교류전원을 정류하여 출력하는 다수개의 다이오드와, 입력신호를 소프트 충전시키기 위한 다이오드와, 상기한 다이오드의 캐소드 단자와 SCR의 사이에 연결되어 있는 저항과, 상기한 SCR의 접속점과 다이오드의 접속점의 사이에 연결되어 있는 콘덴서로 이루어진다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

제5도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치의 구성은, 입력 신호선에 애노드 단자가 입력전원의 각상에 각각 연결되어 있고 캐소드 단자는 서로 접속되어 있는 SCR(S61~S63)와, 캐소드 단자가 입력 전원의 각상에 연결됨과 동시에 SCR(S61~S63)의 애노드 단자에 연결되어 있고 애노드 단자는 서로 접속되어 있는 다이오드(D61~D63)와, 입력신호선에 애노드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D64)와, 다이오드(D64)의 캐소드 단자와 SCR(S61~S63)의 접속점의 사이에 연결되어 있는 저항(R61)과, SCR(S61~S63)의 접속점과 다이오드(D61~D63)의 접속점의 사이에 연결되어 있는 콘덴서(C61)로 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명이 실시예에 따른 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치의 동작은 다음과 같다.

먼저, 상용전원의 3상중 1상으로부터 저항(R61)과 다이오드(D64)가 직렬로 연결되어 있는데, 이것은 상용전원의 상전압을 반파정류시키는 역할을 한다. 그리고, 콘덴서(C61)에는 돌입전류가 저항(R61)을 통해서 제한되도록 한다.

반파 정류전압은 다음의 식(3)으로부터 구해진다.

여기서, Vdc는 직류 링크전압이고, Vin는 입력 교류 전압이고, θ는 도통 제어 각이다.

초기에, 다이오드(D64) 및 저항(R61)을 이용하여 프리차지하고, 일정 전압에 도달하게 되면 3개의 SCR(S61~S63)의 게이트를 항상 턴온시킨다. 이와 같이 SCR(S61~S63)이 턴온되면, SCR(S61~S63)은 다이오드와 똑같은 역할을 하게되어 최종적으로 식(4)로부터 직류전압(Vdc)을 구할 수 있게되고, RC에 의한 시정수 시간동안 콘덴서(C61)에 충전된다.

따라서, 이와 같이 회로를 구성하게 되면, 적은 용량의 다이오드(D64) 1개반 추가됨으로써 소프트 충전장치가 간단해지며, 가격 또한 크게 절감할 수 있다.

이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 가격이 저렴하면서도 회로적으로 간단하게 구성할 수 있는 효과를 가진 교류전원 정류평활회로의 소프트 충전장치를 제공할 수가 있다. 이 발명의 효과는 인버터의 평활부 뿐만 아니라 이와 유사한 회로에 모두 적용할 수 있다.

Claims

게이트 단자로 인가되는 제어신호에 따라 교류전원을 정류하여 출력하는 다수개의 SCR와, 상기한 SCR과 함께 교류전원을 정류하여 출력하는 다수개의 다이오드와, 입력신호를 소프트 충전시키기 위한 다이오드와, 상기한 다이오드의 캐소드 단자와 SCR의 사이에 연결되어 있는 저항과, 상기한 SCR의 접속점과 다이오드의 접속점의 사이에 연결되어 있는 콘덴서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치.
제1항에 있어서, 상기한 교류전원 정류 평활회로를 인버터에 이용되는 것을 특징으로 하는 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치.
제1항에 있어서, 상기한 교류전원 정류 평활회로를 사용되는 것을 특징으로 하는 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치.
제1항에 있어서, 상기한 교류전원 정류 평활회로는 DC/DC 컨버터에 이용되는 것을 특징으로 하는 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치.
제1항에 있어서, 상기한 SCR과, 다이오드와, 저항을 하이브리드 IC 모듈로 만들어 사용하는 것을 특징으로 하는 교류전원 정류 평활회로의 소프트 충전장치.