KR100388841B1 - 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원전압의 왜곡이나 강하, 고조파의 함유, 주파수 변동 등의 조건하에서도 안정적으로 점호 펄스를 발생할 수 있는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치는, 위상제어정류기의 입력변압기의 1차측에 접속되며, 교류 전원 전압을 입력받아 다른 전압값으로 낮추기 위한 병렬접속 구조의 복수의 강압변압기; 복수의 강압변압기의 2차측 전압을 입력받아 차동 증폭하는 차동증폭기; 차동증폭기의 출력을 양의 기준전압 및 음의 기준 전압과 각각 비교하는 제1 비교기 및 제2 비교기; 제1,제2 비교기의 출력을 입력받아 상기 복수의 강압변압기에 대한 변압기 선택신호를 출력하는 플립-플롭 회로; 플립-플롭 회로로부터의 변압기 선택신호에 따라 상기 복수의 강압변압기 중에서 선정된 강압변압기를 선택하는 신호선택기; 신호선택기의 출력을 입력받아 입력신호의 위상을 지연하는 저역통과필터; 저역통과필터의 출력을 0전위와 비교하여 그에 상응하는 펄스를 출력하는 제3 비교기; 및 제3 비교기로부터의 펄스를 입력받아 내부 위상 기준신호를 생성하고, 그 내부 위상 기준신호를 바탕으로 최종적인 점호펄스를 발생하는 점호펄스 발생부를 포함하여 구성된다.

Description

위상제어정류기용 점호펄스 발생장치 및 그 방법{Firing pulse generator for a phase controlled rectifier and method thereof}

본 발명은 전력변환장치 등에 채용되는 위상제어정류기에 점호(點弧) 펄스를 발생시켜주는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 전원전압의 왜곡이나 강하, 고조파의 함유, 주파수 변동 등의 조건하에서도 안정적으로 점호 펄스를 발생할 수 있는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 대규모 직류 송전이나 전동기 구동장치 등의 교류-직류 변환장치로서 싸이리스터(thyristor) 위상제어정류기가 사용된다. 이 싸이리스터 위상제어정류기는 교류 입력 전원전압에 동기시켜 게이트(gate) 점호 펄스를 발생해야 한다. 이와 같이, 점호 펄스는 교류 입력 전원전압에 동기시켜 발생해야 하므로, 3상 브리지 정류기의 경우 6개의 싸이리스터를 점호하기 위하여 전원 전압을 강압하고 이를 지연시켜 기준제어전압과 비교하게 되는 바, 따라서 점호 시점을 결정하는 6개의 회로가 필요하게 된다. 또한, 정류기를 직렬 및 병렬로 접속하여 12-펄스를 발생하는 경우에는 점호 시점을 결정하는 12개의 회로가 필요하게 된다. 싸이리스터 위상제어정류기에서는 입력 전류의 왜곡으로 인한 전원 전압의 함몰이 필연적으로 발생되는데, 그와 같은 전원 전압의 함몰을 비롯하여 고조파, 노이즈, 전압 및 주파수 변동 등과 같은 조건하에서도 안정적으로 점호 펄스를 발생할 것이 요구된다.

도 1은 종래 개별 위상제어방식의 점호펄스 발생 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래 개별 위상제어방식의 점호펄스 발생 시스템은 전원 전압(101)을 검출하기 위한 변압기(102)와, 변압기(102)를 거친 입력신호의 저역 주파수 부분만을 통과시키는 것으로서 저항(104)과 커패시터(105)로 구성된 저역통과필터(103)와, 저역통과필터(103)를 거쳐 입력되는 전압과 기준전압을 비교하여 그에 상응하는 펄스를 출력하는 비교기(106)와, 비교기(106)로부터의 출력신호를 입력받아 미리 설정된 시간만큼 위상을 지연시킨 후 점호 펄스를 출력하는 마이크로프로세서(또는 타이머)(107)로 구성된다.

그런데, 이상과 같은 구성의 종래 개별 위상제어방식 점호펄스 발생 시스템은 각 싸이리스터에 점호 펄스를 발생하기 위해 각각의 전원 전압 검출용 변압기가 필요하고, 전원 전압의 함몰이나 노이즈를 제거하기 위해 큰 저역통과필터가 필요하다. 이것은 위상지연 등의 또 다른 문제를 야기하고, 이를 위한 위상 보정 등의 회로를 추가로 필요로 한다. 또한, 다수의 변압기를 사용해야 하고, 그중에서 한 개만 고장이 발생해도 정상적인 펄스를 출력할 수 없게 된다. 뿐만 아니라, 저역통과필터나 위상보정필터는 시스템 주파수의 변동에 대해 잘 추적할 수 없으므로, 에러를 유발하게 되는 문제가 있다.

도 2는 종래 등간격 펄스제어방식 점호펄스 발생 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 종래 등간격 펄스제어방식 점호펄스 발생 시스템은, 기본적으로 위상제어정류기는 정상 상태에서 일정한 시간 혹은 위상 간격을 두고 펄스를 발생한다는 점을 이용하고 있다. 또한, 입력 검출용 변압기를 사용하지 않는 특징이 있다. 이에 대해서는 출력 전압이나 전류의 귀환 루프를 통하여 점호 시점을 결정함으로써 해결하고 있다. 따라서, 개방 루프로는 동작할 수 없다. 이 시스템은 6-펄스 방식의 점호 펄스 출력 방식으로서 60Hz 입력에 대해서 720Hz의 펄스(206)를 만들고, 이를 제1적분기(207)를 이용하여 톱니파를 만든다. 이 톱니파 출력은 주파수 보정회로(208)의 출력으로 바이어스된 후 비교기(204)로 입력된다.

한편, 전류제어나 전압제어회로의 오차신호(201)는 이득(202)이 곱해져서제2적분기(203)로 입력된다. 제2적분기(203)의 출력은 정상 상태에서는 0이고, 오차가 커지면 함께 커진다. 비교기(204)는 이 제2적분기(203)의 출력과 상기 주파수 보정회로(208)의 출력을 입력받아 비교하고, 그에 상응하는 점호 펄스열(205)을 출력한다. 링카운터(209)에서는 미리 결정된 카운터 입력값이 점호 펄스열(205) 입력신호에 따라 이동하면서 최종적인 펄스(210)를 출력한다.

도 3은 이상과 같은 등간격 펄스제어방식 점호펄스 발생 시스템에서의 점호 펄스열 발생원리를 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 톱니파(300)는 제1적분기(207) 및 주파수 보정회로(208)의 합성 출력이 되고, 이 톱니파(300)와 비교되는 제어신호(301)는 제2적분기(203)의 출력이 된다. 정상 상태에서는 제2적분기(203)의 출력은 0이므로, 펄스열(302)이 일정한 간격으로 발생하게 된다. 그러나, 과도상태, 즉 에러가 발생하면 제2적분기 (203)의 출력, 즉 제어신호(301)가 증가하여 톱니파(300)와의 교점이 이동(303)하게 된다. 즉, 점호 시점이만큼 이동하게 되는 것이다. 따라서, 직류 출력전압 혹은 전류는 새로운 출력점으로 이동하게 된다.

그런데, 이상과 같은 종래 등간격 펄스제어방식 점호펄스 발생 시스템은 직류 전압 혹은 전류 제어 루프를 경유한 간접적인 동기를 유지하므로, 제어 루프 상의 센서 고장이나 제어 루프의 비정상적인 조정으로 인하여 출력이 불안정하거나 제어불능인 상태로 될 수가 있다. 또한, 기본적으로 개방 루프 운전이 불가능하므로 초기의 기능 시험이나 센서 고장시의 바이패스 운전을 할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 전원전압의 왜곡이나 강하, 고조파의 함유, 주파수 변동 등의 조건하에서도 안정적으로 점호 펄스를 발생할 수 있는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 개별 위상제어방식의 점호펄스 발생 시스템의 개략적인 구성도.

도 2는 종래 등간격 펄스제어방식 점호펄스 발생 시스템의 개략적인 구성도.

도 3은 도 2에 도시된 등간격 펄스제어방식 점호펄스 발생 시스템에서의 점호 펄스열 발생원리를 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치의 시스템 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.

도 5는 도 4에 도시된 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치가 채용되는 12-펄스형 위상제어정류기의 개략적인 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치의 강압변압기에 입력되는 교류입력전압과 제3 비교기의 출력파형을 보여주는 도면.

도 7은 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생방법에 채용되는 주기 계측용 진단 알고리즘의 실행과정을 보여주는 흐름도.

도 8은 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생방법에 있어서, 계측된 주기를 이용하여 교류 입력신호의 건전 여부를 판정하는 과정을 설명하는 도면.

도 9는 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생방법에 있어서, 내부위상 기준신호를 이용하여 점호펄스를 발생하는 과정을 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101...전원전압 102...변압기

103,411...저역통과필터 106,204...비교기

107,422...마이크로프로세서 203...제2 적분기

207...제1 적분기 208...주파수 보정회로

209...링카운터 401,402...퓨즈

403,404...강압변압기 405...차동증폭기

406,407,412...제1,제2,제3 비교기 408...경보회로

409,415...플립-플롭 회로 410...신호선택기

414...점호펄스 발생부 416...카운터

418,419...타이머 421...발진기

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치는, 싸이리스터 위상제어정류기의 싸이리스터에 점호 펄스를 발생시켜 주기 위한 점호펄스 발생장치에 있어서,

상기 위상제어정류기의 입력변압기의 1차측에 접속되며, 교류 전원 전압을 입력받아 다른 전압값으로 낮추기 위한 병렬접속 구조의 복수의 강압변압기;

상기 복수의 강압변압기의 2차측 전압을 입력받아 차동 증폭하는 차동증폭기;

상기 차동증폭기의 출력을 양의 기준전압과 비교하는 제1 비교기;

상기 차동증폭기의 출력을 음의 기준전압과 비교하는 제2 비교기;

상기 제1,제2 비교기의 출력을 입력받아 상기 복수의 강압변압기에 대한 변압기 선택신호를 출력하는 플립-플롭 회로;

상기 플립-플롭 회로로부터의 변압기 선택신호에 따라 상기 복수의 강압변압기 중에서 선정된 강압변압기를 선택하는 신호선택기;

상기 신호선택기의 출력을 입력받아 입력신호의 위상을 지연하는 저역통과필터;

상기 저역통과필터의 출력을 0전위와 비교하여 그에 상응하는 펄스를 출력하는 제3 비교기; 및

상기 제3 비교기로부터의 펄스를 입력받아 내부 위상 기준신호를 생성하고, 그 위상 기준신호를 바탕으로 최종적인 점호펄스를 발생하는 점호펄스 발생부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 점호펄스 발생부는 상기 제3 비교기로부터의 출력 펄스를 입력받아 그 입력 펄스를 필터링하여 노이즈를 제거하기 위한 복수의 플립-플롭 회로; 그 플립-플롭 회로에 의해 필터링된 펄스의 주기를 측정하기 위한 카운터; 및 상기 카운터를 거친 펄스의 시간 및 위상 지연과, 그에 대한 보상을 위한 복수의 타이머를 포함하여 구성된다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생방법은, 싸이리스터 위상제어정류기의 싸이리스터에 점호 펄스를 발생시켜 주기 위한 점호펄스 발생방법에 있어서,

(a) 상기 위상제어정류기에 공급되는 교류 3상 전원중에 점호 펄스 발생을 위해 이용하는 임의의 단상 전원 전압을 복수의 강압변압기로 검출하는 단계;

(b) 상기 복수의 강압변압기의 각각의 2차 출력을 차동 증폭기에 의해 차동 증폭하여 건전성 여부를 검출하는 단계;

(c) 상기 차동 증폭기를 거친 전압 파형을 저역통과필터를 거친 후에 비교기에 의해 펄스로 변환하는 단계;

(d) 상기 펄스의 상승 에지를 이용하여 단상 전원의 주기를 계측하는 단계;

(e) 상기 계측된 주기를 미리 설정된 제한치와 변화율로 건전성을 판단하여 내부 위상기준신호를 만드는 단계;

(f) 상기 단계 (d)에서 계측된 주기를 상기 위상제어정류기에서 사용하는 펄스 수로 나눈 값으로 위상지연시켜 검출되지 않은 다른 상의 내부 위상기준신호를 만드는 단계; 및

(g) 상기 단계 (e) 및 단계 (f)에서 만들어진 내부 위상기준신호를 이용하여 점호 펄스를 발생하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치의 시스템 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치는 강압변압기(403)(404), 차동증폭기(405), 제1, 제2 및 제3 비교기(406)(407)(412), 플립-플롭 회로(409), 신호선택기(410), 저역통과필터(411), 점호펄스 발생부 (414)를 포함하여 구성된다.

강압변압기(403)(404)는 내부적으로 서로 병렬 접속 관계를 갖는 2개의 단상 변압기로 구성되며, 도 5에 도시된 바와 같은 위상제어정류기의 입력변압기(501) (502)의 1차측(전원 입력단)에 접속된다. 즉, 입력변압기(501)(502)의 1차측의 3상 교류 입력단 중의 임의의 한 상에 접속되는 것이다. 이 2개의 강압변압기(403) (404)는 교류 전원 전압(단상 교류)(400)을 입력받아 다른 전압값으로 낮추는 역할을 한다. 또한, 이 강압변압기(403)(404)는 해당되는 단상 전원 전압을 검출하는 간접적인 기능도 갖는다. 여기서, 바람직하게는 이 강압변압기(403)(404)의 1차측 전원 입력단에는 허용치 이상의 전압이 입력될 시 회로를 차단함으로써 후단의 시스템을 보호하기 위한 퓨즈(401)(402)가 각각 더 설치된다. 결국, 동일한 상에 퓨즈(401)(402)와 변압기(403)(404)가 각각 2중으로 설치되는 결과가 되는데, 이는 퓨즈(401)(402)나 강압변압기(403)(404)의 고장에 대비하여 시스템의 신뢰성을 높이기 위한 것이다.

차동증폭기(405)는 상기 2개의 강압변압기(403)(404)의 2차측 전압을 입력받아 차동 증폭한다. 즉, 차동증폭기(405)는 상기 2개의 강압변압기(403)(404)의 2차측 전압을 각각 입력받아 그 2개의 입력 전압값 사이의 차이에 비례하는 출력을 생성한다.

제1 비교기(406)는 상기 차동증폭기(405)의 출력을 양의 기준전압(+Vref)과 비교하고, 제2 비교기(407)는 상기 차동증폭기(405)의 출력을 음의 기준전압(-Vref)과 비교한다.

플립-플롭 회로(409)는 RS 플립-플롭 회로로 구성되며, 상기 제1,제2 비교기 (406)(407)의 출력을 입력받아 상기 퓨즈(401)(402)와 강압변압기(403)(404)에 대한 선택신호를 출력한다. 즉, 플립-플롭 회로(409)는 상기 퓨즈(401)(402) 및/또는 강압변압기(403)(404)에 고장이 발생하지 않았을 경우, 후술하는 신호선택기(410)에 의해 우선적으로 선택할 퓨즈(401)(402)와 강압변압기(403)(404)의 선택신호를 출력하는 것이다. 또한, 플립-플롭 회로(409)는 상기 퓨즈(401)(402) 및/또는 강압변압기(403)(404)에 고장이 발생했을 경우, 건전한 퓨즈(401)(402)와 강압변압기 (403)(404)의 선택신호를 출력한다. 여기서, 바람직하게는 상기 제1 및 제2 비교기 (406)(407)와 상기 플립-플롭 회로(409) 사이에는 제1 및 제2 비교기(406)(407)의 출력을 입력받아 상기 퓨즈(401)(402)나 강압변압기(403)(404)의 이상여부를 검출하고, 이상이 있을 시 경보를 울리는 경보회로(408)가 더 설치된다.

신호선택기(410)는 아날로그 스위치로 구성되며, 상기 플립-플롭 회로(409)로부터의 변압기 선택신호에 따라 상기 2개의 강압변압기(403)(404) 중에서 선정된 강압변압기(403)(404)를 선택한다. 즉, 2개의 강압변압기(403)(404) 중에서 플립-플롭 회로(409)에 의해 선정된 어느 일측의 강압변압기(403)(404)의 2차측 출력을 입력으로 선택하여 출력하게 되는 것이다. 이와 같이, 2중 구조로 설치된 퓨즈 (401)(402)와 강압변압기(403)(404) 중 어느 일측의 퓨즈(401)(402)나 강압변압기 (403)(404)가 고장나도 건전한 다른 측의 퓨즈(401)(402)나 강압변압기(403)(404)를 선택하여 대응하게 되므로, 중단없이 전원을 공급할 수 있으며, 따라서 시스템의 신뢰성을 한층 높일 수 있게 된다.

저역통과필터(411)는 상기 신호선택기(410)의 출력을 입력받아, 그 입력된 신호의 주파수의 저역 부분만을 통과시킴으로써 입력신호에 대한 최소한의 위상지연 기능을 갖는다.

제3 비교기(412)는 상기 저역통과필터(411)의 출력을 0전위와 비교하여 그에 상응하는 펄스(412)를 출력한다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 저역통과필터(411)로부터 출력되어 제3 비교기(412)로 입력되는 교류 입력전압(600)은 제3 비교기(412)에 의해 0전위와 비교되어 하나의 펄스 파형(602)으로 변환되어 출력되는 것이다.

점호펄스 발생부(414)는 상기 제3 비교기(412)로부터의 펄스를 입력받아 내부 위상 기준신호를 생성하고, 그 내부 위상 기준신호를 바탕으로 상기 도 5에 도시된 위상제어정류기의 3상 전파정류 브리지회로(503)(504)를 구성하는 각 싸이리스터(505)로 제공될 최종적인 점호펄스를 발생한다.

이와 같은 점호펄스 발생부(414)는 전체적으로 하나의 프로그램화가 가능한 논리소자(EPLD: Embedded Programmable Logic Device)로 구성되는 것으로서, 상기 제3 비교기(412)로부터의 출력 펄스를 입력받아 그 입력된 펄스를 필터링하여 노이즈를 제거하기 위한 복수의 플립-플롭 회로(415)와, 그 플립-플롭 회로(415)에 의해 필터링된 펄스의 주기를 측정하기 위한 카운터(416) 및 그 카운터(416)를 거친 펄스의 위상 및 시간 지연과, 시간 지연에 대한 보상을 위한 복수의 타이머(418) (419)를 포함하여 구성된다.

그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치의 동작 및 점호펄스 발생과정에 대해 도 4 내지 도 9를 참조하면서 설명해 보기로 한다.

먼저, 퓨즈(401)(402) 및 강압변압기(403)(404)를 거쳐 시스템에 전원이 공급되면, 차동증폭기(405)는 2개의 강압변압기(403)(404)를 통해 각각 입력되는 각전원 전압을 차동 증폭하여 두 입력전압의 편차에 비례하는 출력을 생성한다. 그러면, 이 출력에 대해 제1 비교기(406)는 양의 기준전압(+Vref)과 비교하고, 제2 비교기(407)는 음의 기준전압(-Vref)과 각각 비교하여 상응하는 결과를 각각 출력한다. 이때, 경보회로(408)는 제1 및 제2 비교기(406)(407)의 출력을 입력받아 상기 퓨즈(401)(402)나 강압변압기(403)(404)의 이상여부를 검출하고, 이상이 있을 시 경보를 울린다.

한편, 플립-플롭 회로(409)는 상기 제1,제2 비교기(406)(407)의 출력을 입력받아, 상기 퓨즈(401)(402) 및/또는 강압변압기(403)(404)에 고장이 발생하지 않았을 경우에는, 신호선택기(410)에 의해 우선적으로 선택할 퓨즈(401)(402)와 강압변압기(403)(404)의 선택신호를 출력한다. 그리고, 상기 퓨즈(401)(402) 및/또는 강압변압기(403)(404)에 고장이 발생했을 경우에는, 건전한 퓨즈(401)(402)와 강압변압기(403)(404)의 선택신호를 출력한다. 이에 따라, 신호선택기(410)는 2개의 강압변압기(403)(404) 중에서 플립-플롭 회로(409)에 의해 선정된 어느 일측의 강압변압기(403)(404)의 2차측 출력을 입력으로 선택하여 출력한다. 그러면, 저역통과필터(411)는 신호선택기(410)의 출력을 입력받아, 그 입력된 신호의 주파수의 저역 부분만을 통과시키고, 제3 비교기(412)는 저역통과필터(411)의 출력을 0전위와 비교하여 그에 상응하는 펄스(413)를 출력한다.

점호펄스 발생부(414)는 상기 제3 비교기(412)로부터의 펄스(413)를 입력받아 내부 위상 기준신호를 생성하고, 그 내부 위상 기준신호를 바탕으로 상기 도 5에 도시된 위상제어정류기의 3상 전파정류 브리지회로(503)(504)를 구성하는 각 싸이리스터(505)로 제공될 최종적인 점호펄스를 발생한다. 여기서, 이 점호펄스 발생부(414)의 동작에 대해 더 상세히 설명해 보기로 한다.

점호펄스 발생부(414)의 플립-플롭 회로(415)는 상기 제3 비교기(412)로부터의 출력 펄스를 입력받아 그 입력된 펄스를 필터링하여 노이즈를 제거한다. 즉, 상기 제3 비교기(412)로부터의 출력 펄스는 노이즈나 고조파 등으로 인하여 채터링 현상이나 주기가 일정하지 않은 파형이 될 수 있다. 따라서, 1MHz의 발진기(421)의 클럭을 이용하여 다수의 직렬연결된 플립-플롭 회로(415)를 통과시킴으로써 짧은 파형의 채터링을 제거하게 되는 것이다.

플립-플롭 회로(415)에 의해 필터링된 펄스가 카운터(416)에 입력되면, 카운터(416)는 그 입력펄스의 주기를 측정한다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 주기 (603)의 측정은 입력 파형(601)의 상승 에지(edge)(602)에서 다음 상승 에지까지의 시간을 계측하는 것으로서, 발진기(421)의 펄스 수로서 카운트된다. 그리고, 이 카운트된 값은 다시 한번 미리 설정된 제한치와 비교되어, 적정 범위, 예를 들면 55∼65Hz 이내이면 유효한 것으로 판정하고, 이 범위를 벗어나면 이전의 값을 사용하게 된다.

이렇게 하여 주기 T가 측정되면, 이 주기 T는 6-펄스형의 경우는 6으로, 12-펄스형의 경우는 12로 나누어져(417), 입력되지 않은 다른 상의 위상 지연 시간으로 사용된다. 12-펄스형 위상제어정류기의 경우 점호 펄스는 30°마다 발생하므로, 이 시간을 주기로부터 구하는 것이다. 이러한 시간 혹은 위상의 지연은 별도의 타이머(420)에 의해 구현되며, 이렇게 하여 6개 혹은 12개의 내부 위상 기준 신호가 발생된다. 이 내부 위상 기준 신호는 외부의 교류 전압의 위상과 일정한 시간차를 가지고 동기되어 있다. 교류의 저역통과필터(411)나 디지털 필터, 즉 플립-플롭 회로(415)에 의해 지연된 부분은 실제 점호지연각,= 0°인 지점이 상전압에 비해 30°늦은 지점이 되므로, 이 보다 위상지연이 크지 않으면 문제가 없다. 실제적인 동기를 위해서는 파형 합성에 있어서 시간 지연의 보상이 필요하며, 그것은 타이머 (418)(419)의 조정에 의해 가능해진다.

한편, 전원의 주파수는 크게 변하지 않으며, 또한 빠르게 변하지도 않는다는 가정하에서 주기 T의 결정은 외부로부터 입력되는 신호에만 의존하지 않고, 자체적인 진단 알고리즘을 이용하여 측정하게 된다. 이는 주기의 정밀한 측정이 다른 상의 합성이나 점호 펄스의 위상의 결정에 중요한 요소로 작용하기 때문이다. 여기서, 이 진단 알고리즘에 대해 도 7을 참조하여 설명해 보기로 한다.

도 7을 참조하면, 먼저 주기 T의 측정은 외부에서 인가되는 클럭을 2개의 상승 에지 사이에서 카운트하여 계측하게 된다(단계 700). 그런 후, 현재의 계측된 주기를 T(k)라고 하면, 이 값 T(k)가 미리 설정된 특정 범위의 값(제한치 이내)인지의 여부를 판별한다(단계 701). 이 판별에서 T(k)가 미리 설정된 특정 범위의 값(제한치 이내)이면, △T(dT/dt)=T(k)-T(k-1)을 연산하여 이 값이 지정된 범위(제한치 이내)인지를 판별한다(단계 702). 이는 주기의 변화율(dT/dt)에 따른 주파수의 변화율을 구하는 과정으로서, 주파수는 한 주기 내에서 크게 변할 수 없다는 것을 검사하기 위한 것이다.

상기 단계 702에서, △T(dT/dt)가 지정된 범위(제한치 이내)이면, 외부의 입력신호가 정상적으로 입력되고, 전원 전압과 동기된 것으로 판단하여 합성할 파형의 기준신호로 결정한다(단계 703). 그리고, 상기 단계 701 및 702의 판별결과, T및 △T(dT/dt)가 설정된 범위의 값이 아닐 경우에는 노이즈나 잘못된 입력으로 판단하여 이전의 T(k-1)을 이용하여 합성 파형을 동기화 시킨다(단계 704). 이렇게 하여 주기 T(k)가 결정되면, 그 주기 T(k)를 저장하는 한편(단계 705), T(k)를 3 혹은 6으로 나누어 120°위상 차이가 나는 측정되지 않은 다른 상의 위상을 합성한다(단계 706).

이상과 같은 진단 알고리즘에 대해 도 8을 참조하여 설명을 부연해 보기로 한다.

도 8을 참조하면, 교류 입력전압(800)과 이로부터 얻어진 위상신호(802)는 이전 주기의 상승 에지(801)로부터 구해진 주기, T(k-1)을 저장하고 있으며, 현재의 입력신호(803 또는 805)에 대해서 현재의 주기 T1(k), T2(k)를 측정하게 된다. 이와 같은 주기의 제한범위(804)를 벗어난 입력신호(803)가 들어올 경우, 주기는 T1(k)로 측정되고 이때는 이전의 값 T(k-1)로 현재의 주기를 결정하며, 내부 기준신호(806)의 시작점을 이 신호로 한다. 또한, 정상적인 입력신호(805)가 입력되면 이 외부 입력신호와 동기시켜 내부 기준신호를 출력하게 된다. 이와 같이 입력신호의 주기 결정 알고리즘은 주파수 변동에 따른 위상 차이를 보상해 줄 수 있으며, 전원 전압의 노이즈나 왜곡에 적절히 대응할 수 있다.

한편, 도 9는 결정된 주기 T와 내부 위상 기준신호, 계산된 위상지연 정보 T/3에 의해 검출되지 않는 다른 상을 합성한 동기신호(점호펄스) 파형을 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 외부 입력과 자체의 주기 결정 알고리즘으로 결정된 내부위상 기준신호(900)로부터 계산된 T/3만큼 위상지연된 B상 신호(901), C상 신호 (902) 및 A상 반전 신호(903), B상 반전 신호(904), C상 반전 신호(905)가 각각 결정된다. 이 내부 위상 기준신호로부터 외부의 마이크로프로세서(422)(도 4 참조)에서 들어오는 점호지연각 명령만큼 지연시켜서 임의의 한 상(예컨대, A상)에 대한 점호펄스(906)가 발생된다. 그리고, 다른 상도 동일한 방식으로 점호펄스를 발생하게 된다. 이렇게 하여 발생된 각 점호 펄스는 3상 브리지 정류기의 경우 매번 2개의 싸이리스터가 도통되므로, 논리적으로 "OR" 연산하여 2중화된 펄스 형태로 최종적으로 출력된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치는 전원전압의 위상을 검출하는 변압기를 단상으로 사용하고 이를 2중화구조로 구성하고 있으므로, 검출 변압기의 고장에 의해 시스템이 정지하는 사고를 방지할 수 있으며, 그에 따라 시스템에 대한 전체적인 신뢰도를 높일 수 있다. 그리고, 단상 교류전원을 입력으로 사용하고 이를 필터링, 주기 검출용 진단 알고리즘, 위상지연각의 연산을 통하여 주기를 결정 및 점호 펄스를 발생하므로, 노이즈나 고조파 등의 조건하에서도 점호 펄스를 안정적으로 발생할 수 있다. 또한, 내부적으로 생성되는 위상기준신호의 위상 변경에 의해 용이하게 6-펄스, 12-펄스로의 점호펄스 변경이 가능하므로, 다중화 펄스 정류기에 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

1. 싸이리스터 위상제어정류기의 싸이리스터에 점호 펄스를 발생시켜 주기 위한 점호펄스 발생장치에 있어서,

   상기 위상제어정류기의 입력변압기의 1차측에 접속되며, 교류 전원 전압을 입력받아 다른 전압값으로 낮추기 위한 병렬접속 구조의 복수의 강압변압기;

   상기 복수의 강압변압기의 2차측 전압을 입력받아 차동 증폭하는 차동증폭기;

   상기 차동증폭기의 출력을 양의 기준전압과 비교하는 제1 비교기;

   상기 차동증폭기의 출력을 음의 기준전압과 비교하는 제2 비교기;

   상기 제1,제2 비교기의 출력을 입력받아 상기 복수의 강압변압기에 대한 변압기 선택신호를 출력하는 플립-플롭 회로;

   상기 플립-플롭 회로로부터의 변압기 선택신호에 따라 상기 복수의 강압변압기 중에서 선정된 강압변압기를 선택하는 신호선택기;

   상기 신호선택기의 출력을 입력받아 입력신호의 위상을 지연하는 저역통과필터;

   상기 저역통과필터의 출력을 0전위와 비교하여 그에 상응하는 펄스를 출력하는 제3 비교기; 및

   상기 제3 비교기로부터의 펄스를 입력받아 내부 위상 기준신호를 생성하고, 그 위상 기준신호를 바탕으로 최종적인 점호펄스를 발생하는 점호펄스 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 강압변압기의 1차측 전원 입력단에는 허용치 이상의 전압이 입력될 시 회로를 차단함으로써 후단의 시스템을 보호하기 위한 퓨즈가 각각 더 설치되는 것을 특징으로 하는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 비교기와 플립-플롭 회로 사이에는 제1 및 제2 비교기의 출력을 입력받아 상기 복수의 강압변압기의 이상여부를 검출하고, 이상이 있을 시 경보를 울리는 경보회로가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 강압변압기는 단상 변압기인 것을 특징으로 하는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 플립-플롭 회로는 RS 플립-플롭 회로인 것을 특징으로 하는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 점호펄스 발생부는

   상기 제3 비교기로부터의 출력 펄스를 입력받아 그 입력 펄스를 필터링하여 노이즈를 제거하기 위한 복수의 플립-플롭 회로;

   상기 플립-플롭 회로에 의해 필터링된 펄스의 주기를 측정하기 위한 카운터; 및

   상기 카운터를 거친 펄스의 위상 및 시간 지연과, 시간 지연에 대한 보상을 위한 복수의 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 점호펄스 발생부는 전체적으로 하나의 프로그램화가 가능한 논리소자 (EPLD)로 구성되는 것을 특징으로 하는 위상제어정류기용 점호펄스 발생장치.
8. 싸이리스터 위상제어정류기의 싸이리스터에 점호 펄스를 발생시켜 주기 위한 점호펄스 발생방법에 있어서,

   (a) 상기 위상제어정류기에 공급되는 교류 3상 전원중에 점호 펄스 발생을 위해 이용하는 임의의 단상 전원 전압을 복수의 강압변압기로 검출하는 단계;

   (b) 상기 복수의 강압변압기의 각각의 2차 출력을 차동 증폭기에 의해 차동 증폭하여 건전성 여부를 검출하는 단계;

   (c) 상기 차동 증폭기를 거친 전압 파형을 저역통과필터를 거친 후에 비교기에 의해 펄스로 변환하는 단계;

   (d) 상기 펄스의 상승 에지를 이용하여 단상 전원의 주기를 계측하는 단계;

   (e) 상기 계측된 주기를 미리 설정된 제한치와 변화율로 건전성을 판단하여 내부 위상기준신호를 만드는 단계;

   (f) 상기 단계 (d)에서 계측된 주기를 상기 위상제어정류기에서 사용하는 펄스 수로 나눈 값으로 위상지연시켜 검출되지 않은 다른 상의 내부 위상기준신호를 만드는 단계; 및

   (g) 상기 단계 (e) 및 단계 (f)에서 만들어진 내부 위상기준신호를 이용하여 점호 펄스를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어정류기용 점호펄스 발생방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 단계(d)에서의 주기 계측은 외부로부터 입력되는 신호에만 의존하지 않고, 설계자에 의해 미리 마련된 주기 계측용 진단 알고리즘에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상제어정류기용 점호펄스 발생방법.