KR100218087B1 - Voltage compensator using for alternative chopper - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업계에서 입력전원전압의 변동을 보상하여 불안정하고 외란이 많은 전원전압에 대하여 민감한 부하를 보호할 수 있도록 한 교류쵸퍼를 이용한 순시전압보상기에 관한 것으로, 본 발명은 입력전원단으로 출력되는 전압을 검출하는 전압검출기와, 상기 전압검출기로 부터 검출되어 출력되는 전압과 차동증폭기 이득의 제곱인 곱을 입력하여 기준전압을 출력하는 전압제어기와, 상기 입력전원단으로 입력되는 전압의 극성신호를 검출하는 극성검출기와, 상기 전압제어기로 부터 입력되는 기준전압과 상기 극성검출기로 검출된 극성신호를 입력으로 하여 교류쵸퍼스위치의 스위칭함수 신호를 출력하는 교류쵸퍼스위치제어기와, 상기 교류쵸퍼스위치제어기의 스위칭함수신호에 의하여 스위칭구동하는 스위칭구동회로로 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an instantaneous voltage compensator using an AC chopper to compensate for variations in the input power voltage in the industry to protect a sensitive load against unstable and disturbing power voltages. A voltage detector for detecting a voltage, a voltage controller for outputting a reference voltage by inputting a product of the voltage detected and output from the voltage detector and a differential amplifier gain, and a polarity signal of a voltage input to the input power supply terminal; An AC chopper switch controller for outputting a switching function signal of an AC chopper switch by inputting a polarity detector, a reference voltage input from the voltage controller and a polarity signal detected by the polar detector, and switching of the AC chopper switch controller Consisting of a switching driving circuit which switches by a function signal It features.
Description
본 발명은 교류쵸퍼를 이용한 순시전압보상기에 관한 것으로, 특히 산업계에서 입력전원전압의 변동을 보상하여 불안정하고 외란이 많은 전원전압에 대하여 민감한 부하를 보호할 수 있도록 한 교류쵸퍼를 이용한 순시전압보상기에 관한 것이다.The present invention relates to an instantaneous voltage compensator using an AC chopper, and more particularly, to an instantaneous voltage compensator using an AC chopper that compensates for variations in the input power voltage in an industry to protect a sensitive load against an unstable and disturbing power supply voltage. It is about.
일반적으로 산업계에서 사용하는 이상적인 전원은 60㎐의 주파수와 일정한 크기를 가지고 고조파성분을 포함하지 않는 정현파이다.In general, the ideal power source used in the industry is a sinusoidal wave with a frequency of 60 kHz and a constant magnitude and containing no harmonic content.
그러나 실제에 있어서는 외란으로 인해 수 주기동안 전원전압이 떨어지거나 올라가는 전원전압의 변동이 생긴다.In practice, however, the disturbance causes fluctuations in the power supply voltage that rise or fall for several cycles.
이러한 전원전압의 변동으로 인해 컴퓨터, 통신장비, 공정제어 시스템 등과 같이 전원에 민감한 장비들은 데이터의 손실, 통신서비스의 장애, 그리고 생산라인의 장시간 중단과 같은 심각한 문제를 발생시키게 되었다.Due to this change in power supply voltage, power-sensitive devices such as computers, communication equipment, and process control systems have caused serious problems such as data loss, communication service interruption, and long production line interruption.
그러므로 상기 전원전압의 변동에도 빠르게 보상을 할 수 있는 순시전압보상기가 필요로 하게 되었다.Therefore, an instantaneous voltage compensator capable of quickly compensating for the fluctuation of the power supply voltage is required.
그러나 현재에 가장 많이 사용되고 있는 순시전압보상기는 사이리스터를 이용한 위상제어 교류제어기인데, 상기 사이리스터는 높은 신뢰성과 대용량에 적합하다는 장점을 가지고 있는 반면에, 순시전압보상기는 느린 응답성과 낮은 역률, 전전류에서 발생하는 고조파 및 출력전압의 고조파를 줄이기 위해 큰 입출력 필터가 필요하게 되는 단점을 가지게 되었다.However, the most commonly used instantaneous voltage compensator is a phase-controlled AC controller using a thyristor. The thyristor has the advantage of being suitable for high reliability and large capacity, whereas the instantaneous voltage compensator has a slow response, low power factor, and high current. In order to reduce the generated harmonics and harmonics of the output voltage, a large input / output filter is required.
따라서 상기 단점을 극복하기 위해 교류쵸퍼에 펄스폭변조방식을 적응하게 되었다.Therefore, in order to overcome the above disadvantages, the pulse width modulation scheme has been adapted to the AC chopper.
그러나 펄스폭변조방식을 적용시킨 종래의 교류쵸퍼는 입력전압의 상과 동상이나 역상 중 하나의 출력만을 낼 수 있으므로 전원전압의 증가 또는 감소시 모두 적절하게 보상하기가 어려운 문제점을 가지고 있었다.However, the conventional AC chopper using the pulse width modulation method has only one output of the phase voltage, in phase or inverse phase of the input voltage, so it is difficult to properly compensate for both the increase or decrease of the supply voltage.
본 발명의 목적은 입력전압의 상과 동상 또는 역상 모두 제어가 가능하도록 하여 전원전압의 변동을 용이하게 보상할 수 있도록 함으로써, 불안정하고 외란이 많은 입력전원전압으로 부터 민감한 부하를 보호할 수 있도록 하고자 하는데 있다.An object of the present invention is to enable the control of both the phase and in phase or reverse phase of the input voltage to easily compensate for variations in the power supply voltage, to protect the sensitive load from the unstable and disturbing input power supply voltage It is.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 입력전원단으로 출력되는 전압을 검출하는 전압검출기와, 상기 전압검출기로 부터 검출되어 출력되는 전압과 차동증폭기 이득의 제곱인 곱을 입력하여 기준전압을 출력하는 전압제어기와, 상기 입력전원단으로 입력되는 전압의 극성신호를 검출하는 극성검출기와, 상기 전압제어기로 부터 입력되는 기준전압과 상기 극성검출기로 검출된 극성신호를 입력으로 하여 교류쵸퍼스위치의 스위칭함수 신호를 출력하는 교류쵸퍼스위치제어기와, 상기 교류쵸퍼스위치제어기의 스위칭함수신호에 의하여 스위칭구동하는 스위칭구동회로로 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a voltage detector for detecting a voltage output to an input power supply terminal, and a voltage for outputting a reference voltage by inputting a product that is a square of the voltage detected by the voltage detector and the differential amplifier gain. A switching function signal of the AC chopper switch by inputting a controller, a polarity detector for detecting a polarity signal of a voltage input to the input power supply terminal, a reference voltage input from the voltage controller and a polarity signal detected by the polarity detector It is characterized by consisting of an AC chopper switch controller for outputting a switching drive circuit for switching the drive by the switching function signal of the AC chopper switch controller.
제1도는 본 발명 교류쵸퍼를 이용한 순시전압보상기의 전체 회로도.1 is an overall circuit diagram of an instantaneous voltage compensator using the AC chopper of the present invention.
제2도는 본 발명에 적용되는 순시전압보상기의 전압검출기 회로도.2 is a circuit diagram of a voltage detector of an instantaneous voltage compensator applied to the present invention.
제3도는 본 발명에 적용되는 순시전압보상기의 제어기 회로도.3 is a controller circuit diagram of an instantaneous voltage compensator applied to the present invention.
제4도는 본 발명에 적용되는 순시전압보상기의 제어기의 출력파형도.4 is an output waveform diagram of a controller of an instantaneous voltage compensator applied to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 전압검출기 110 : 전압제어기100: voltage detector 110: voltage controller
120 : 극성검출기 130 : 교류쵸퍼스위치제어기120: polarity detector 130: AC chopper switch controller
140 : 스위칭구동회로140: switching drive circuit
이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명 교류쵸퍼를 이용한 순시전압보상기의 전체 회로도로서, 입력전원단(Va)으로 출력되는 전압을 검출하는 전압검출기(100)와, 상기 전압검출기(100)로 부터 검출되어 출력되는 전압과 차동증폭기 이득의 제곱인 곱을 입력하여 기준전압을 출력하는 전압제어기(110)와, 상기 입력전원단(Va)으로 입력되는 전압의 극성신호를 검출하는 극성검출기(120)와, 상기 전압제어기(110)로 부터 입력되는 기준전압과 상기 극성검출기(120)로 검출된 극성신호를 입력으로 하여 교류쵸퍼스위치의 스위칭함수 신호를 출력하는 교류쵸퍼스위치제어기(130)와, 상기 교류쵸퍼스위치제어기(130)의 스위칭함수 신호에 의하여 스위칭구동하는 역방향 다이오드가 병렬로 연결된 도통과 소거되는 스위칭소자(GT01-GT08)와 필터(Lo, Co), 교류쵸퍼(L), 전류고조파를 완화시키는 콘덴서(C1)로 구성되는 스위칭구동회로(140)로 구성하여서 된 것으로, 상기 순시전안보상기는 출력전압(Vo)의 변동이 생길 때, 교류쵸퍼(L)를 통해 보상하여 보상전압(Vc)를 입력전원전압(Va)에 직렬로 더하여 순간적인 외란에도 출력전압(Vo)이 항상 일정한 전압이 되게 되는 것이다.1 is an overall circuit diagram of an instantaneous voltage compensator using the AC chopper of the present invention, a
제2도는 본 발명에 적용되는 순시전압보상기의 전안검출기 회로도 로서, 출력전압(Vo)에 대하여 이득 κs를 가지는 κs Vo cos wt 전압을 출력하는 차동증폭기(101)와, 상기 차동증폭기(101)에서 출력되는 κs Vo cos wt 전압에 대하여 90° 위상 천이하여 κs Vo sin wt 전압을 출력하는 위상천이기(102)와, 상기 위상 천위기(102)에서 출력되는 κs Vo cos wt와 상기 차동증폭기(101)에서 출력되는κs Vo cos wt를 각각 곱셈하는 곱셈기(103)(104)와, 상기 곱셈기(103)(104)에서 각각 제곱된 전압을 합산하는 합산기(105)로 구성되게 된다.2 is a circuit diagram of a safety detector of an instantaneous voltage compensator according to the present invention, and a
제3도는 본 발명에 적용되는 순시전압보상기의 제어기 회로도로서, 전압제어기(120)의 출력 Vref와 극성검출기(110)의 출력인 입력전원전압 Vs 의 극성신호 S를 입력하여 교류쵸퍼스위치의 스위칭함수를 출력하는 교류쵸퍼스위치제어기(130)는 상기 전압제어기(120)의 출력 Vref을 반전하는 전압반전기(131)와, 소정의 삼각파를 발생하는 삼각파발생기(132)와, 상기 전압반전기(131)에서 반전된 전압과 삼각파발생기(132)에서 발생된 삼각파와를 비교하여 소정의 비교전압을 출력하는 제 1 비교기(133)와, 상기 전압반전기(131)에서 반전된 전압과 삼각파발생기(132)에서 발생되는 삼각파와를 비교하여 소정의 비교전압을 출력하는 제 2 비교기(134)와, 상기 제 1 비교기(133)와 제 2 비교기(134)의 소정의 비교전압을 연산하여 절연시간(dead time)을 갖는 신호를 출력하는 오픈콜렉터부(135)와, 상기 오픈콜렉터부(135)에서 출력되는 신호와 상기 극성검출기(110)에서 출력되는 신호(S)로 스위칭함수를 출력하는 프로그램어블 로직 어레이(136)로 구성되게 된다.FIG. 3 is a controller circuit diagram of an instantaneous voltage compensator applied to the present invention. The AC chopper switch is switched by inputting the output V ref of the
제4도는 본 발명에 적용되는 순시전압보상기의 제어기의 출력파형도로서, 교류쵸퍼의 출력전원전압(Vo)에 대하여 순시전압보상기의 제어기(130)를 통해서 전압이 보상되어 출력되는 과정을 나타낸 출력파형도이다.4 is an output waveform diagram of the controller of the instantaneous voltage compensator applied to the present invention, and outputs the process of compensating and outputting the voltage through the
상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the effects of the present invention configured as described above are as follows.
입력전원단(Va)에서 입력되어 출력되는 출력전압(Vo)을 전압검출기(100)로 삼각함수공식을 이용하여 출력전압(Vo)을 검출하게 되는데, 이때 상기 출력전압 Vo 을 Vo cos wt라 할 때, 차동증폭기(101)를 통해서 이득 κs를 가지는 차동증폭하여 κs Vo cos wt를 출력하고, 이 출력은 위상천이기(102)를 통해서 90° 위상천이하여 κs Vo sin wt 로 출력하게 된다. 이때 차동증폭전압 κs Vo cos wt 와 위상천이된 전압 κs Vo sin wt를 곱셈기(103)(104)를 통해서 각각 제곱을 한 다음 합산기(105)를 통해서 합하게 되면 삼각함수공식에 의하여 κs2 Vo2 cos2 Wt + κs2 Vo2 sin2 Wt = κs2Vo2을 만족하게 된다.The output voltage Vo input from the input power terminal Va is detected by the
따라서 전압검출기(100)의 출력 Vos 은 출력전압 크기의 제곱 Vo2와 차동증폭기(101)의 이득에 제곱 κs2 의 곱이 된다.Therefore, the output Vos of the
상기 전압검출기(100)의 출력 Vos 은 상기 전압제어기(110)에 입력되고, 따라서 상기 전압제어기(110)에서는 제어하고자 하는 출력전압 크기의 제곱(Vr)과 차동증폭기 이득의 제곱의 곱인 vos 의 차를 입력으로 하여 기준전압 Vref을 출력하여 교류쵸퍼 스위치 제어기(130)에 입력시켜 교류쵸퍼가 보상해야 할 전압 Vc 를 출력하게 되는바, 상기 교류쵸퍼 스위치 제어기(130)는 전압제어기(110)의 출력 Vref와 극성검출기(120)의 출력인 입력전원전압 Vs 의 극성신호 S를 입력으로 하여 교류쵸퍼 스위치 8개의 스위칭함수(Y1, Y2, … Y8)를 출력하게 된다.The output Vos of the
즉 교류쵸퍼스위치제어기(130)에서는 이러한 스위칭 함수값이 1이면 해당되는 스위치를 도통시키고, 0 이면 스위치를 소거시키게 된다.That is, the AC
다시 말하면 교류쵸퍼스위치제어기(130)는 단극성 전압 스위칭을 가지는 펄스폭변조방식 이용하기 위해 상기 전압제어기(110)의 입력인 Vref을 전압반전기(131)를 통해서 반전된 출력 -Vref 와 삼각파발생기(132)에 의해 발생된 삼각파 Vtri 를 비교기(133)(134)에서 크기를 각각 비교하여 출력 U1과 U2를 만들게 되고, 상기 비교기(133)(134)의 출력인 U1과 U2는 오픈콜렉터부(135)를 통해서 출력을 가지는 TTL 7406을 이용하여 데드타임(Dead Time)을 만들어 주는데 이용되는 신호 A, B, C, D 를 출력하고 이 출력신호 A, B, C, D 는 프로그램어블 로직 어레이(136)에 입력하게 된다.In other words, the AC
그러므로 상기 프로그램어블 로직 어레이(136)에서는 상기 오픈콜렉터부(135)의 출력신호 A, B, C, D 와 상기 극성검출기(120)의 출력신호 S 를 입력하여 스위칭 함수를 만들어 스위칭구동회로(140)의 스위칭소자(GT01-GT08)를 스위칭하는 스위칭함수신호(Y1-Y8)를 출력하게 된다.Therefore, the
이때 상기 프로그램어블 로직 어레이(136)에 의한 스위칭함수는 다음과 같다.At this time, the switching function by the
Y1=SY 1 = S
Y2=S'Y 2 = S '
Y3=S'Y 3 = S '
Y4=SY 4 = S
Y5=A o S + C o S'Y 5 = A o S + C o S '
YB=A o S + D o S'Y B = A o S + D o S '
Y7=A o S' + C o SY 7 = A o S '+ C o S
Y8=B o S' + D o SY 8 = B o S '+ D o S
여기서 '는 NOT게이트, o는 AND게이트, +는 OR게이트를 나타낸다)Where 'is NOT gate, o is AND gate, and + is OR gate)
따라서 교류쵸퍼의 출력전압 Vo 이 제4도와 첫 번째와 같은 교류전압파형이 주어질 때 교류쵸퍼 스위치제어기(130)에서 출력되는 S1, S2, S3, S4는 제4도의 두 번째와 같은 스위칭 함수 Y1, Y2, Y3, Y4에 따라 도통되거나 소거되는 서로 반전된 전압파형이 출력되게 된다.Therefore, when the output voltage Vo of the AC chopper is given the AC voltage waveform as shown in FIG. 4 and the first , S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 output from the AC
그러므로 상기 스위칭구동회로(140)의 d 와 e간의 전압Vde 는 제4도의 세번째와 같은 전압파형이 출력되게 되고, 상기 제4도의 네 번째 출력파형은 교류쵸퍼스위치 제어기(130)에서 전압반전기(131)의 출력전압Vref및 -Vref와 삼각파발생기(132)의 삼각파 Vtri 를 비교하는 부분과 스위칭함수 Y5, Y7의 출력값을 나타낸 출력 파형이다.Therefore, the voltage Vde between d and e of the switching
한편 제4도의 다섯 번째의 전압파형은 스위칭구동회로(140)의 f와 g간의 출력전압 vfg 을 나타내고 있다.On the other hand, the fifth voltage waveform of FIG. 4 represents the output voltage vfg between f and g of the switching
상기 스위칭구동회로(140)의 출력전압 vfg 는 출력단인 필터(Lo, Co)에 의해 필터링되어 제4도의 여섯 번째와 같이 보상된 출력전압(Vc)이 출력되게 되는 것이다.The output voltage vfg of the switching
교류전압원의 일반적인 응용에서는 이상적인 전압원(내부 임피던스가 0인 상태)이 아닌 인덕턴스 성분을 같고 있으므로 보다 이상적인 전압원으로 만들며 부하에서 발생하는 전류고조파를 완화시키는 역할로서 콘덴서(Ct)가 사용된다.In general application of AC voltage source, capacitor (Ct) is used to make more ideal voltage source and to mitigate current harmonics in load because it has the same inductance component rather than ideal voltage source (internal impedance is 0).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 산업계에서 사용되는 입력전원단으로 입력되어 출력되는 전압을 검출하고, 이 검출된 전압으로 부터 기준전압을 출력하고 상기 기준전압과 상기 상기 입력전원단으로 입력되는 전압의 극성신호를 검출한 극성신호를 입력으로 하여 교류쵸퍼스위치제어기를 통해서 스위칭함수 신호를 출력하고 이 스위칭함수신호로 스위칭구동회로를 구동하여 출력단의 교류쵸퍼의 출력단의 전압을 보상함으로써, 불안정하고 외란이 많은 입력전원전압으로 부터 민감한 부하를 보호할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.As described above, the present invention detects a voltage inputted to and outputted from an input power supply terminal used in industry, outputs a reference voltage from the detected voltage, and compares the reference voltage and the voltage inputted to the input power supply terminal. Outputs the switching function signal through the AC chopper switch controller by inputting the polarity signal which detected the polarity signal, and drives the switching drive circuit with this switching function signal to compensate for the voltage at the output end of the AC chopper at the output end. This provides the effect of protecting sensitive loads from many input supply voltages.
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CN102857111A (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-02 | 上海市电力公司 | Voltage regulating and stabilizing control system |
KR101561536B1 (en) * | 2014-09-18 | 2015-10-22 | 전자부품연구원 | A Multi-functional Neural Amplifier for a compact and low-powered active dry Electrode |
-
1997
- 1997-02-03 KR KR1019970003303A patent/KR100218087B1/en not_active IP Right Cessation
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