KR0155248B1 - 변형된 정현파 출력 3상 인버터를 이용한 가변형 고전압 대출력 안정화 직류 전원 장치 - Google Patents

Abstract

종래의 직류 전원 장치에 출력 제어용으로 변형된 파형이 출력되는 3상 인버터와, 필터를 부가하여, 입력되는 3상 전원을 브리지 정류하여 고전압 대출력, 안정화된 직류 전원장치를 만들도록 하고, 3상 브리지 정류후 출력 전압 리플을 줄이기 위하여 파형이 변형된 정현파를 정현파의 1/2주기 중에서 30도∼150도 사이의 윗부분이 평평한 변형파와, 정현파의 1/2주기 중에서 30도∼90도, 90도∼150도 사이가 직선형인 변형파와, 정현파의 전주기 중에서 30도∼90도, 210도∼270도 사이가 직선과 대칭되는 형태로 함몰된 변형파를 사용하도록 하였다.

Description

변형된 정현파 출력 3상 인버터를 이용한 가변형 고전압 대출력 안정화 직류 전원 장치

제1도는 종래의 3상 전원 정류식 가변형 고전압 대출력 직류 전원장치의 회로도로서, (a)도는 슬라이덕스 사용 출력 제어형이고, (b)도는 사이리스터 위상제어식 출력 제어형이다.

제2도는 종래의 3상 전원 정류식 전원 회로의 출력 전압 파형으로서, (a)도는 슬라이덕스 사용 출력 제어형의 출력 전압 파형, (b)도는 사이리스터 위상 제어형의 전출력시의 전압 파형, (c)도는 사이리스터 위상 제어형의 저출력시의 전압 파형 상태도이다.

제3도는 본 발명인 고전압 대출력 안정화 직류전원장치의 구성도.

제4도는 제3도의 장치를 통하여 발생되는 파형 변환된 정현파 주파수 스펙트럼의 여러 형태를 나타낸 것으로서, (a)도는 정현파의 1/2 주기 중에서 30도∼150도 사이의 윗부분이 평평한 변형파 및 주파수 스펙트럼.

(b)도는 정현파의 1/2 주기 중에서 30도∼90도, 90도∼150도 사이가 직선형인 변형파 및 주파수 스펙트럼.

(c)도는 정현파의 전주기 중에서 30도∼90도, 210도∼270도 사이가 직선과 대칭되는 형태로 함몰된 변형파 및 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 3상 인버터 4 : 필터

5 : 3상 변압기 6 : 3상 브리지 정류기

7 : 출력 제어기

본 발명은 3상 전원을 브리지 정류하여 고전압 대출력 안정화된 직류 전원을 만들어 주는 변형된 정현파 출력 3상 인버터를 이용한 가변형 대출력 안정화 직류 전원장치에 관한 것으로서, 특히 출력제어용으로 변형된 파형이 출력되는 3상 인버터를 사용한 방법에 관한 것이다.

종래의 3상 전원 정류식 가변형 고전압 대출력 직류전원 장치로서는, 제1도에 도시된 바와 같이, (a)도의 슬라이덕스 사용 출력 제어형과 (b)도의 사이리스터 위상 제어식 출력 제어형이 있다.

그러나 이와 같은 종래의 방법은 (a)도의 슬라이덕스 사용의 출력제어형은 출력 전 범위에 걸쳐 동일한 특성을 가지나, 출력 제어를 위하여 슬라이덕스를 자동 제어하기가 쉽지는 않았고, 대출력으로 제작하기가 매우 곤란하였다.

또한, (b)도의 사이리스터 위상 제어식 출력 제어형은 사이리스터의 위상제어로 출력을 제어 함에 따라 대출력으로 자동 제어가 용이하고 전력변환 효율이 높은 면이 있으나, 출력 전 범위에 걸쳐 균일한 특성을 얻을 수가 없었고, 특히 저전압 출력시에 리플이 커지는 단점이 있다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 제2도는 제1도에 도시된 종래의 장치의 출력파형의 특성을 나타냈는데, (a)도는 슬라이덕스 사용 출력 제어형의 출력 전압 파형을 나타낸 것이고, (b)도는 사이리스터 위상 제어식 출력 제어형에 있어서의 전 출력시의 전압 파형도 이고, (c)도는 사이리스터 위상 제어식 출력 제어형에서의 저 출력시의 전압파형을 나타내고 있다.

종래의 3상 전원 정류식 전원 회로의 출력전압 리플은 3상 브리지 정류시 입력이 정현파인 sin(wt)로 입력될 때, (a)(b)의 슬라이덕스나 사이리스터 사용시의 모두 최대치가 3(≒1.732)이며, 최소치가 1.5를 나타낸다.

그리하여 평활용 축전지가 없는 회로에서 최대 출력의 리플 전압은 0.232 값을 나타낸다.

따라서, 종래의 장치에 있어서는 필수적으로 리플이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 장치의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 고출력화가 비교적 용이하고 정밀한 제어가 가능하며, 3상 브리지 정류후 출력의 리플이 이론상으로 발생되지 않는 안정화된 직류출력을 얻을 수 있도록 한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태는, 입력되는 3상 전원 입력을 펄스열 형태로 변조하여 출력하여 주는 3상 인버터와, 3상 인버터의 출력 신호를 필터링하여 정현파 형태로 만들어 주는 필터와, 정현파를 원하는 전압으로 승압 또는 감압하여 주는 3상 변압기와, 3상 변압기에서 출력된 전압을 정류하여 리플이 없는 직류로 출력시켜 주는 3상 브리지 정류기로 구성하여 고전압 대출력의 안정된 직류를 얻는 직류 전원 장치이다.

이하 본 발명을 실시예로서 도시한 첨부도면과 함께 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명에 따른, 변형된 정현파 출력 3상 인버터를 이용한 고전압 대출력 정밀 직류 전원 장치의 회로 구성도이다.

3상 전원 입력(1)은 인버터(2)로 입력된다. 이 3상 인버터(2)는 일반적으로 3상 전동기를 제어하기 위하여 사용되고 있다.

이 3상 인버터의 일반적인 특성은 브이브이브이에프(VVVF : 전압 및 주파수 가변, 베리어블 볼테지 베리어블 프리퀀시 : Variable Voltage Variable Frequency의 약자)형이며 출력파형이 정현파가 되도록 피더블유엠(PWM : 펄스폭 변조, 펄스 위드쓰 모듈레이션 : Pulse width Modulation의 약자)방식을 사용하고 있다.

3상 인버터(2)를 통한 출력은 펄스열(9)의 형태를 나타내며, 내장된 파형발생기(3)에 의하여 출력 펄스폭이 변조된다.

이 펄스열(9)는 다시 필터(4)를 통과하면서, 파형 변조된 정현파(10)가 얻어진다.

파형 변조된 정현파(10)는 3상 변압기(5)를 통하여 원하는 전압으로 승압 또는 감압되어 3상 브리지 정류기(6)로서 정류되어 출력전압에 리플이 없는 직류(8)로 출력된다.

출력 제어기(7)는 3상 브리지 정류기(6)로부터 출력되는 출력전압과 전류를 검지하여, 3상 인버터(2)를 제어하면서 전체적으로 안정된 직류 전원 장치를 구성하는 역할을 수행 한다.

인버터(2)에 의하여 생성되는 파형 변조된 정현파는 필터(4)를 통과하면서 제4도 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같은 여러 형태로의 변형이 가능하다.

제4도 (a)와 같이 정현파의 전 주기 중에서 위상각 0도∼30도, 150도∼210도, 330도∼360도 사이에서는 정상적인 정현파와 동일하고, 위상각 30도∼150도, 210도∼330도 사이에서는 일정한 값을 갖는 평평한 변형파 및 주파수 스펙트럼과, (b)도와 같이 1/2 주기 중에서 30도∼90도, 90도∼150도 사이가 직선형인 변형파 및 주파수 스펙트럼과, 정상적인 정현파의 전 주기 중에서 위상각 0도∼30도, 90도∼210도, 270∼360도 사이에서는 정상적인 정현파이며, 위상각 30도∼90도, 210∼270도 사이가 직선을 기준으로 정상적인 정현파와 대칭이 되는 형태의 파형인 함몰된 변형파 및 주파수 스펙트럼을 갖도록 할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 3상 전원을 브리지 정류하여 고전압 대출력 안정화 직류 전원을 만들기 위하여, 출력제어용으로 파형이 변형된 3상 인버터를 사용함에 따라, 통상적인 출력 전압 가변형 정밀 직류 전원 장치인 리니어 방식이나 스위칭 전원 방식에 비하여, 출력전압이 수 Kv이상, 출력전력이 수 Kw 이상인 대출력을 얻을 수가 있다.

Claims (3)

1. 입력되는 3상 전원 입력(1)를 펄스열(9) 형태로 변조하여 출력하여 주는 3상 인버터(2)와, 상기 3상 인버터(2)의 출력 신호를 필터링하여 파형의 1/2주기 중에서 30도∼150도 사이의 윗부분이 평평한 변형된 정현파(10) 형태로 만들어 주는 필터(4)와, 상기 변형된 파형의 정현파(10)를 원하는 전압으로 승압 또는 감압하여 주는 3상 변압기(5)와, 상기 3상 변압기(5)에서 출력된 전압을 정류하여 리플이 없는 직류로 출력시켜 주는 3상 브리지 정류기(6)와 직류출력을 검출하여 안정화시키는 출력제어기(7)로 구성하여 고전압 대출력의 안정된 직류로 얻도록 함을 특징으로 하는 변형된 정현파 출력 3상 인버터를 이용한 가변형 고전압 대출력 안정화 직류 전원 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 변조된 정현파(10)가 정현파의 1/2주기 중에서 30도∼90도, 90∼150도 사이가 직선형인 변형파임을 특징으로 하는 변형된 정현파 출력 3상 인버터를 이용한 가변형 고전압 대출력 안정화 직류 전원 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 변조된 정현파(10)가 정현파의 전주기 중에서 30도∼90도, 210∼270도 사이가 직선과 대칭되는 형태로 함몰된 변형파임을 특징으로 하는 변형된 정현파 출력 3상 인버터를 이용한 가변형 고전압 대출력 안정화 직류 전원 장치.