KR100429655B1 - 여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치에 관한 것으로서,

종래에는 여자시스템의 싸이리스터를 점호(온/오프)제어하기위한 제어신호를 발생시키기 위해 전원전압의 위상을 검출하기위한 별도의 동기변압기를 사용하고 있으며, 이 동기변압기에서 검출된 전원전압의 위상에 동기시켜 싸이리스터의 점호 제어를 위한 신호를 발생시키고 있다.

그러나, 종래에는 싸이리스터의 점호 제어를 위해 별도의 동기변압기를 사용함에 따라 전체적인 여자시스템의 크기가 커지는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 전원전압을 읽어 들여 적절한 신호처리과정을 거쳐 전원전압의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상 신호를 이용하여 싸이리스터 점호신호를 발생하도록 하므로서, 싸이리스터 제어용 점호신호 발생을 위한 별도의 동기변압기를 이용하지 않아도 됨에 따라 전체적인 여자시스템의 크기를 축소할 수 있고, 전원전압의 크기가 가변되더라도 전혀 무관하게 연속적이고 안정되게 여자시스템 제어신호를 발생시킬 수 있도록 한 여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치에 관한 것이다.

Description

여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치{Control signal generator of exciting system}

본 발명은 여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치에 관한 것으로서, 특히 전원전압을 읽어 들여 적절한 신호처리과정을 거쳐 전원전압의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상 신호를 이용하여 싸이리스터 점호신호를 발생하도록 하므로서, 싸이리스터 제어용 점호신호 발생을 위한 별도의 동기변압기를 이용하지 않아도 됨에 따라 전체적인 여자시스템의 크기를 축소할 수 있고, 전원전압의 크기가 가변되더라도 전혀 무관하게 연속적이고 안정되게 여자시스템 제어신호를 발생시킬 수 있도록 한 여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 여자시스템에서 싸이리스터를 이용한 위상제어 정류기는 직류를 동기발전에 공급한다.

직류 전압을 공급하기 위하여 싸이리스터를 적절한 시점에서 on-off하여야하는데 이러한 동작을 점호 혹은 소호 라 한다.

따라서 싸이리스터를 점호하기 위하여 전원전압과 동기된 신호가 필요하다.

종래에는 여자시스템의 싸이리스터를 점호(온/오프)제어하기위한 제어신호를 발생시키기 위해 전원전압의 위상을 검출하기위한 별도의 동기변압기를 사용하고 있으며, 이 동기변압기에서 검출된 전원전압의 위상에 동기시켜 싸이리스터의 점호 제어를 위한 신호를 발생시키고 있다.

그러나, 종래에는 싸이리스터의 점호 제어를 위해 별도의 동기변압기를 사용함에 따라 전체적인 여자시스템의 크기가 커지는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 전원전압을 읽어 들여 적절한 신호처리과정을 거쳐 전원전압의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상 신호를 이용하여 싸이리스터 점호신호를 발생하도록 하므로서, 싸이리스터 제어용 점호신호 발생을 위한 별도의 동기변압기를 이용하지 않아도 됨에 따라 전체적인 여자시스템의 크기를 축소할 수 있고, 전원전압의 크기가 가변되더라도 전혀 무관하게 연속적이고 안정되게 여자시스템 제어신호를 발생시킬 수 있도록 한 여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치를 제공함을 목적으로 한다.3상 전원전압을 입력받아 증폭하는 증폭부(1)와:상기 증폭부(1)를 통해 입력된 3상 전원전압을 디지털값으로 변환시키는 A/D 변환부(2)와:상기 A/D변환부(2)로 부터 입력되는 3상 전원전압값을 신호처리하여으로 동작하는 PI(proportional plus integral action)제어기에 의해 전원전압의 위상을 검출하고, 그 검출된 값으로서 싸이리스터의 점호를 위한 신호를 발생하는 CPU(3)와:상기 CPU(3)에서 출력된 점호신호를 아날로그신호로 변환하여 코사인 신호를 출력하는 D/A변환부(4)와:

상기 D/A변환부(4)에서 출력된 아날로그 점호신호를 싸이리스터에 공급하여 점호되도록 하는 아날로그 출력회로(5)로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명의 싸이리스터 점호신호 발생장치를 보인 블럭도.

도 2 는 본 발명에 적용된 점호신호 발생과정을 설명하기위한 도면.

도 3 은 본 발명의 점호신호 발생을 위한 하드웨어적 구성을 가상적으로 보인 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 증폭부, 2: A/D변환부,

3: CPU, 4: D/A변환부,

5: 아날로그출력회로,

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 3 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 도면에 의하면, 본 발명은 3상 전원전압을 입력받아 증폭하는 증폭부(1)와:상기 증폭부(1)를 통해 입력된 3상 전원전압을 디지털값으로 변환시키는 A/D 변환부(2)와:상기 A/D변환부(2)로 부터 입력되는 3상 전원전압값을 신호처리하여으로 동작하는 PI(proportional plus integral action)제어기에 의해 전원전압의 위상을 검출하고, 그 검출된 값으로서 싸이리스터의 점호를 위한 신호를 발생하는 CPU(3)와:상기 CPU(3)에서 출력된 점호신호를 아날로그신호로 변환하여 코사인 신호를 출력하는 D/A변환부(4)와:상기 D/A변환부(4)에서 출력된 아날로그 점호신호를 싸이리스터에 공급하여 점호되도록 하는 아날로그 출력회로(5)로 구성된다.

상기 구성된 CPU(3)는 아래의 식에 의해 전원전압의 위상을 검출한다.

식----

(단,{ theta}_{0} : 초기각,: 매 샘플링 구간 동안 PI 제어기에 의하여 갱신된 각(d-q변환에 의하여 각을 추정하는 값)

상기 구성된 본 발명의 가장 큰 특징은 CPU(3)에서 입력 전원전압을 이용하여 위상을 검출하고, 그 검출값을 이용하여 싸이리스터의 점호신호를 발생하는 것이다.

여기서, 상기 CPU(3)의 동작 배경이 되는 d-q 좌표변환을 이용한 점호신호 발생과정을 도 2 와 도 3 을 참조하여 설명한다.

d-q 좌표변환을 이용한 점호 방법은 입력전원의 상(a-b-c)간의 위상차가 120^o인 3상 계통전압을 이용하여 이 전압을 가상의 정지좌표계 상에서 2상 전압으로 변환한다.

2상 전압은 3상 교류전압과 같은 출력을 낼 수 있는 전압이며 이 전압은 전압간의 위상차가 90^o인 전압이다.

다시 이 전압을 전원 주파수와 같이 회전하는 가상적인 동기좌표계로 변환하기 위하여서는 전원 주파수와 같은 위상각이 필요하다.

이 위상각이 d-q 좌표변환에 이용되는 제어각이다.

제어각은 식 (2.1)에서 보는 바와 같이 a상 전원전압이 음에서 양으로 바뀌는 순간을 영으로 기준하였다.

그러므로 전원 상전압 혹은 선간전압이 영점을 통과하는 시점을 관찰하므로써 제어각을 구할 수 있다.

위의 설명을 수식적으로 표현하면 다음과 같다.

전원전압이 각 주파수 omega를 가진 평형 3상 정현파 전압이라면 a상 전압을 기준각으로하여 3상 전원전압은 다음과 같이 표현할 수 있다.

----------- (2.1)

여기서 E는 상전압의 최고치이며 평상 3상전압은 d-q 좌표계에서 식(2.2)에서 보인와 같이 가상의 정지좌표축상의 2상 전압으로 표현될 수 있다.

------ (2.2)

그리고 d축 정지 좌표계의 2상 전압은 식(2.3)과 같은 좌표변환에 의하여 동기 좌표계의 2상전압으로 변환될 수 있으며 이러한 평형 3상전압을 전원주파수와 같은 주파수를 갖는 주파수로 회전하는 동기 좌표계 축의 2상 전압으로 변환하는 것을 d-q변환이라 표현한다.

-------- (2.3)

따라서 식 (2.1)을 식 (2.2)에 적용하여 변환한 정지좌표계의 2상 전압은 다음과 같이 식 (2.4)으로 표현된다.

-------- (2.4)

식 (2.4)로부터 제어각(θ)은 아래의 식 (2.5)와 같이 계산할 수 있다.

-------- (2.5)

이 방법은 전원 전압에 노이즈가 존재하는 경우나 다른 원인에 의하여 노이즈가 들어갔을 경우에는 제어각이 급변하게 되어 시스템을 제어하기 위한 기준 값 자체가 많은 흔들림이 있어 제어신호로는 사용하기에는 불안정하게 되므로 이에 대한 대책 내지 다른 방법이 필요하다.

이러한 문제점을 개선하기 위해서는 위와 다른 방법이 필요하다.

이 방법이 본 발명에서 구현하고자 하는 d-q 좌표변환에 의한 방법이다.

우선 식 (2.4)를 동기좌표계의 전압으로 변환하기 위해서는 식 (2.3)을 이용하며 그 결과가 식 (2.6)과 같다.

--------- (2.6)

정상적으로 d-q 변환이 잘 되었을 경우에는 d축의 전압은 '0'(Zero)가 되며 q축에만 전압이 나타나게 된다.

즉 개선된 싸이리스터의 점호방법은 위와 같은 특징을 이용한 것이다.

다시말하면, CPU를 이용하여 제어기에서 계산된 동기 좌표계 d축 전원전압은 식 (2.6)과 같이 제어각이 실제각과 일치할 경우에는 d축 전원전압의 크기가 영이 되고 제어각이 실제각보다 앞설 경우에는 음의 값 그리고 제어각이 실제각보다 뒤질 경우에는 양의 값을 가진다. 그러므로 동기좌표계 d축 전원전압이 영이 되도록 제어각을 수정해나가면 실제각과 제어각을 일치시킬 수 있다.

이는 도 3 과같이 PI 제어기로써 간단히 구현할 수 있다.

따라서 theta 는 PI제어기의 출력을 적분한 형태인 아래 식 (2.7)와 같이 구할 수 있으며 PI 제어기의 동작을 CPU(3)상에서 소프트웨어적으로 쉽게 구할 수 있다.

------- (2.7)

여기서,{ theta}_{0} : 초기각

: 매 샘플링 구간 동안 PI 제어기에 의하여 갱신된 각

(d-q변환에 의하여 각을 추정하는 값)

본 발명은 상기 설명과같은 기술적 배경에 의해 구현된다.

즉, 3상 전원전압(e_a,e_b,e_c)이 증폭부(1)에 의해 증폭된 후 A/D변환부(2)에 의해 디지탈 값으로 변환되어 CPU(3)로 공급된다.

상기 CPU(3)는 입력되는 3상 전원전압을 d-q 동기좌표계의 2상전압으로 변환하고, 그 변환된 값을 앞서 설명한 식 2-7에 의거하여 제어값(θ)을 연산한다.

상기 제어값이 곧 싸이리스터의 점호값이 된다.

상기 CPU(3)에서 생성된 점호제어신호는 D/A변환부(4)에 의해 아날로그신호로 변환되어 코사인(cos)파형으로 아날로그출력회로(5)에 공급되고, 상기 아날로그출력회로(5)의 신호처리과정을 거쳐 싸이리스터에 최종적으로 공급된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 전원전압을 읽어 들여 적절한 신호처리과정을 거쳐 전원전압의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상 신호를 이용하여 싸이리스터 점호신호를 발생하도록 하므로서, 싸이리스터 제어용 점호신호 발생을 위한 별도의 동기변압기를 이용하지 않아도 됨에 따라 전체적인 여자시스템의 크기를 축소할 수 있고, 전원전압을 입력받아서 3상 전압을 d-q 동기좌표계로 전압을 변환하고 이때 d-q동기좌표계의 전압은 직류전압이 된다. 이러한 좌표변환이 정상적일 경우에는 변환된 동기좌표계의 d축 전압 방정식은 0(zero)이어야하며 모든 전압성분은 q축 동기좌표계에만 나타난다. 이러한 성질을 이용하여 d축전압이 0(zero)가 되게하는 위상각을 만들어 내면 우리가 필요로 하는 싸이리스터를 제어하기 위한 동기위상 신호를 만들어 낼 수 있으므로, PI(proportional plus integral action)제어기로 동기좌표축상의 d축 기준전압이 0(zero)가 되도록 하는 위상각+매 샘플링 주기마다 진행되는 위상각을 더하면 우리가 원하는 교류전원 60Hz에 해당되는 위상각을 정확히 구할 수 있고, 전원전압의 크기가 가변되더라도 전혀 무관하게 연속적이고 안정되게 여자시스템 제어신호를 발생시킬 수 있도록 한 여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (2)

1. 점호(온/오프)제어하기 위한 제어신호를 발생시키기 위해 전원전압의 위상을 검출하기 위한 별도의 동기 변압기를 사용하고 있으며, 이 동기 변압기에서 검출된 전원전압의 위상에 동기시켜 사이리스터의 점호제어를 위한 신호를 발생시키는 여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치에 있어서,

   3상 전원전압을 입력받아 증폭하는 증폭부(1)와:

   상기 증폭부(1)를 통해 입력된 3상 전원전압을 디지털값으로 변환시키는 A/D 변환부(2)와:

   상기 A/D변환부(2)로 부터 입력되는 3상 전원전압값을 신호처리하여으로 동작하는 PI(proportional plus integral action)제어기에 의해 전원전압의 위상을 검출하고, 그 검출된 값으로서 싸이리스터의 점호를 위한 신호를 발생하는 CPU(3)와:

   상기 CPU(3)에서 출력된 점호신호를 아날로그신호로 변환하여 코사인 신호를 출력하는 D/A변환부(4)와:

   상기 D/A변환부(4)에서 출력된 아날로그 점호신호를 싸이리스터에 공급하여 점호되도록 하는 아날로그 출력회로(5)로 구성된 것을 특징으로 하는 여자시스템의 싸이리스터 점호신호 발생장치.
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