KR100437932B1 - 다중-출력 전력 변환 회로 - Google Patents

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Abstract

하나의 직류 전원을 이용하여 다상 (polyphase) 교류 모터 및 그 다상 교류 모터와는 별개의 장치를 구동하는 다중-출력 전력 변환 회로에서, 다상 교류 모터의 중성점에 트랜스포머를 접속하고, 이 트랜스포머로부터 영상 (zero-phase) 전압 주파수에서의 교류 전압을 얻고, 이 교류 전압으로 나머지 장치에 부하를 건다.

Description

다중-출력 전력 변환 회로{MULTI-OUTPUT POWER CONVERSION CIRCUIT}
본 발명은, 하나의 직류 전원으로부터 2 이상의 출력을 얻어 교류 모터를 구동하고, 보조 전원을 충전하는 다중-출력 전력 변환 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 자동차의 회로 구성은, 차량 구동용 메인 모터, 냉난방 장치의 히트 펌프용 모터 등을 구동하기 위하여, 하나의 전원을 이용하여 모터들을 구동하는 구성으로 이루어질 수 있다.
즉, 메인 모터 구동용 전원을 이용하여, 또 다른 모터와 같은 별개 장치들에 전류를 공급해 왔다.
도 1 은, 하나의 전원을 이용하여 교류 모터 및 그 교류 모터와는 별개의 장치들을 구동하는, 종래의 다중-출력 전력 변환 회로를 나타낸다.
도 1 에서, 601 은 직류 전원, 602 는 메인 인버터, 그리고 603 은, 예컨대, 메인 인버터 (602) 에 의해 3 개의 위상차를 갖는 3 상 메인 교류 모터를 나타낸다. 메인 인버터 (602) 는 6 개의 스위칭 소자 (Tr1 내지 Tr6) 로 구성되고, PWM 제어된다. 보조 전원 (607) 은 스위칭 회로 (604), 트랜스포머 (605) 및 정류 회로 (606) 를 통해, 직류 전원 (601) 과 같은 라인에 접속되어 있다. 별개의 장치는 보조 전원 (607) 이외에 교류 모터일 수도 있다.
도 1 에서 설명한 바와 같이, 종래에는, 보조 전원 (607) 등의 전력 공급에메인 교류 모터 (603) 구동용 전원을 이용함으로써, 교류 모터 구동용 전원을 다른 장치들에 대해서도 이용해 왔다.
도 1 에 도시한 바와 같이, 보조 전원 (607) 에 전력을 공급하려면 절연을 요하므로, 메인 인버터 (602) 이외에도 스위칭 회로 (604) 가 필요하며, 따라서 전체 회로가 대형화 된다는 문제를 유발한다.
따라서, 본 발명은, 하나의 전원 공급 유닛을 이용하여 2 이상의 출력을 내면서도, 회로의 소형화를 구현할 수 있는 다중-출력 전력 변환 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 다음의 구성을 갖는다.
즉, 본 발명의 일 태양에 의하면, 본 발명의 다중-출력 전력 변환 회로는, 하나의 직류 전원으로부터 다상 (poly-phase) 교류 모터 및 그 다상 교류 모터와는 별개 장치들로의 출력을 가지고, 다상 교류 모터의 중성점에 트랜스포머를 접속하여, 트랜스포머로부터 영상 (zero-phase) 전압 주파수를 이용하여 교류 전압을 얻고, 이 교류 전압을 별개의 장치들로 출력한다.
상술한 영상 전압 주파수는, 상술한 다상 교류 모터의 중성점에서 발생하는 주파수를 말하는 것으로, 다상 교류 모터 구동용 주파수와는 다르다. 또한, 영상 전압 주파수 레벨은 다상 교류 모터를 구동하는 주파수보다 낮거나 높을 수 있다.
본 발명에 따른 다중-출력 전력 변환 회로에서, 다상 교류 모터는 제 1 의 3 상 교류 모터이고, 별개 장치들은 보조 전원, 직류 모터 및 제 2 의 3 상 교류 모터 중의 어느 것인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 다중-출력 전력 변환 회로는, 다상 교류 모터가 구동 제어될 때 지령치 (command value) 를 변경하여, 트랜스포머에서 발생되는 교류 전압을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 태양에 의하면, 본 발명에 따른 다중-출력 전력 변환 회로는, 하나의 직류 전원으로부터 다상 교류 모터 및 그 다상 교류 모터와는 별개 장치들로의 출력을 가지고, 트랜스포머의 한 단자는 다상 교류 모터의 중성점에 접속하며, 트랜스포머의 다른 단자는 직류 전원의 1/2 전위 부분에 접속하여, 트랜스포머에서 발생되는 영상 전압 주파수로 교류 전압을 얻고, 이 교류 전압을 별개의 장치들로 출력한다.
트랜스포머의 한쪽 단자를 직류 전원의 중성점에 접속하여, 직류 성분이 포함되지 않은 교류를 트랜스포머에 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다중-출력 전력 변환 회로는, 트랜스포머를 캐패시터에 직렬로 접속하여 직류 성분을 차단하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 본 발명에 따른 다중-출력 전력 변환 회로는, 하나의 직류 전원으로부터 다상 교류 모터 및 그 다상 교류 모터와는 별개 장치들로의 출력을 가지고, 다상 교류 모터의 중성점에 캐패시터를 접속하여, 이 캐패시터로부터 영상 전압 주파수에 의해 교류 전압을 얻고, 이 교류 전압을 별개 장치들로 출력한다.
이런 식으로, 트랜스포머 대신에 캐패시터를 다중-출력 전력 변환 회로의 중성점에 접속하여 교류 전압을 얻을 수도 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양에 의하면, 본 발명에 따른 다중-출력 전력 변환 회로는, 하나의 직류 전원으로부터 다상 교류 모터 및 그 다상 교류 모터와는 별개 장치들로의 출력을 가지고, 트랜스포머를 다상 교류 모터의 중성점에 접속하며, 다상 교류 모터의 중성점과 다상 교류 모터 구동용 전류 위상 사이에 캐패시터를 삽입한다.
이 과정에서, 캐패시터의 정전 용량을 적절히 설정하여, 다상 교류 모터의 반송파 주파수 성분의 전류가 캐패시터를 통해 트랜스포머에 전달된다. 캐패시터의 특성을 고려할 때, 주파수가 높아질수록 임피던스는 작아진다. 따라서, 반송파 주파수를 높게 설정하더라도, 트랜스포머를 통해 흐르는 전류는 약해지지 않으므로, 이로써 트랜스포머를 소형화할 수 있게 된다.
도 1 은 종래의 다중-출력 전력 변환 회로를 나타낸 도면.
도 2a 내지 2c 는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중-출력 전력 변환 회로의 구성을 나타낸 도면.
도 3a 는 메인 인버터 각 암 (arm) 의 이상적인 전류 파형을 나타낸 도면.
도 3b 는 이 메인 인버터의 중성점에서의 영상 전압 (VOA1) 을 나타낸 도면.
도 3c 는 메인 인버터 각 암의 실제 전류 파형을 나타낸 도면.
도 3d 는 이 메인 인버터의 중성점에서의 영상 전압 (VOA2) 을 나타낸 도면.
도 4 는 메인 인버터 제어 회로의 구성을 나타낸 도면.
도 5a 는 전원 주파수가 영상 전압 주파수보다 높을 때의 정현파를 나타낸 도면.
도 5b 는 도 5a 에 도시한 경우에서 영상 전압만을 나타낸 도면.
도 6a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중-출력 전력 변환 회로의 구성을 나타낸 도면.
도 6b 는 트랜스포머의 한 단자가 직류 전원의 중성점에 접속된 경우의 영상 전압 주파수를 나타낸 도면.
도 6c 는 트랜스포머의 히스테리시스 곡선을 나타낸 도면.
도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중-출력 전력 변환 회로의 구성을 나타낸 도면.
도 8a 는 바이패스 캐패시터가 삽입되지 않은 경우, 중성점에서의 전류 주파수 레벨을 나타낸 도면.
도 8b 는 바이패스 캐패시터가 삽입된 경우, 중성점에서의 전류 주파수 레벨을 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101, 605 : 트랜스포머 102 : 정류 회로
103, 607 : 보조 전원 104 : 직류 모터
105 : 서브 인버터 106 : 서브 교류 모터
107 : 바이패스 캐패시터 301 : 삼각파 발생기
302 : 비교기 303 : 지령치 발생기
601 : 직류 전원 602 : 메인 인버터
603 : 메인 교류 모터 604 : 스위칭 회로
606 : 정류 회로
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이 실시예에 따라, 도 1 에 도시된, 상술한 종래의 다중-출력 전력 변환 회로와의 상이점을 중심으로 설명한다. 따라서, 간단한 설명을 위해, 동종의 유닛에는 동일한 도면 부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2a 는 본 발명의 실시예에 따른 다중-출력 전력 변환 회로의 구성을 나타낸다. 601 은 직류 전원, 602 는 메인 인버터, 603 은 메인 교류 모터, 101 은 트랜스포머, 102 는 정류 회로, 그리고 103 은 보조 전원을 나타낸다. 도 1 에 도시된 종래의 다중-출력 전력 변환 회로와의 상이점은, 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에 트랜스포머 (101) 가 접속되어 있고, 별개의 구동 장치, 즉, 보조 전원 (103) 이 접속되어 있다는 것이다. 트랜스포머 (101) 로부터 보조 전원 (103) 에 전력이 공급된다.
마찬가지로, 도 2b 는 본 발명의 실시예에 따른 다중-출력 전력 변환 회로의 구성을 나타낸다. 직류 전원 (601), 메인 인버터 (602), 메인 교류 모터(603), 트랜스포머 (101) 및 정류 회로 (102) 는, 도 2a 에 도시된 구성의 것들과 동종이므로 동일한 도면 부호를 붙인다. 도 2a 에 도시된 구성과의 상이점은, 트랜스포머 (101) 및 정류 회로 (102) 를 통해 직류 모터 (104 ; PCM) 가 접속되어 있다는 것이다. 도 2b 에서는, 도 2a 에서와 같이, 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에 트랜스포머 (101) 를 접속하고, 정류 회로 (102) 를 통해 직류 전압을 얻는다. 그 다음, 이 직류 전압으로 직류 모터 (104) 를 구동한다.
마찬가지로, 도 2c 또한 본 발명의 실시예에 따른 다중-출력 전력 변환 회로의 구성을 나타낸다. 도 2a 및 도 2b 에 도시된 구성과의 상이점은, 트랜스포머 (101) 및 정류 회로 (102) 를 통해 서브 인버터 (105) 및 서브 교류 모터 (106) 가 접속되어 있다는 것이다. 도 2a 및 도 2b 에서와 같이, 도 2c 에 도시된 바에 의하면, 트랜스포머 (101) 를 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에 접속하고, 정류 회로 (102) 를 통해 직류 전압을 얻는다. 이 직류 전압을 서브 인버터 (105) 가 교류 전압으로 변환하고, 이로써 서브 교류 모터 (106) 를 구동한다. 직류 전원 (601) 은 단순히 직류를 공급하는 전원이거나, 교류 전원으로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 것으로 생각할 수 있다. 여기에서, 정류 회로 (102), 보조 전원 (103), 직류 모터 (104), 서브 인버터 (105) 및 서브 교류 모터 (106) 의 회로 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 다중-출력 전력 변환 회로에서는, 트랜스포머 (101) 를 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에 접속하고, 이 트랜스포머 (101) 로부터 교류 전압을 발생한다. 트랜스포머 (101) 에 의해 얻은 교류 전압을 정류 회로 (102) 에 의해 직류로 변환하기만 하면, 종래와 같이 스위칭 회로 (604) 에 접속하지 않고도, 보조 전원 (103) 에 전력을 저장할 수 있으므로, 종래의 다중-출력 전력 변환 회로에서의 유닛 수를 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 다중-출력 전력 변환 회로의 트랜스포머 (101) 로부터 교류 전압을 얻을 수 있는 이유를 우선 설명한다.
도 3a 는 메인 인버터 (602) 각 암 (u, v, w) 의 이상적인 전압 파형을 나타낸다.
도 3a 에서, 세로축은 전압의 크기를 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다. Vou1, Vov1 및 Vow1 은 각각 메인 인버터 (602) 의 암 u, 암 v 및 암 w 의 출력 전압 파형을 나타낸다. VOA1 은 메인 인버터 (602) 의 영상 전압을 나타낸다. 상기 Vou1, Vov1 및 Vow1 은, 예컨대, 다음의 수학식으로 표현된다.
여기서, V 는 도 3a 에 도시된 진폭을 나타내고, 메인 인버터 (602) 각 암의 위상은 서로 2/3π= 120˚씩 차이가 난다.
통상적으로, 도 3a 에 도시된 메인 인버터 (602) 각 암의 전압 위상은, 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 3 으로 표현된 것처럼, 서로 2/3π= 120˚씩 차이가 난다. 이런 식으로, 120˚의 전압 위상차가 3 상 메인 교류 모터 (603) 를 구동한다. 메인 인버터 (602) 중성점의 영상 전압 (VOA1) 은, 도 3b 에 도시한 바와 같이, 일정하다.
도 3c 는 메인 인버터 (602) 각 암의 실제 전류 파형을 나타낸다.
도 3a 에서와 같이, 도 3c 에서, Vou2, Vov2 및 Vow2 는 각각 메인 인버터 (602) 의 암 u, 암 v 및 암 w 의 출력 전압 파형을 나타낸다. VOA2 는 메인 인버터 (602) 의 실제 영상 전압을 나타낸다.
도 3c 에 도시한 바와 같이, 메인 인버터 (602) 각 암의 실제 출력 전압 파형은, 메인 인버터 (602) 의 제어 동작 수행에 따른 스위칭 동작에 의해 교란된다. 이것이, 당업자들이 잘 알고 있는, 전류의 고조파 성분 (고조파 전류) 이다. 일반적으로 고조파 전류는 다른 전자 유닛의 오동작을 유발한다고 여겨지며, 제한되어야 한다. 따라서, 통상적으로, 고조파 전류는 최소화하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이 고조파 전류를 이용하여, 새롭게, 별개의 출력 전력을 얻는다.
도 3d 는 메인 인버터 (602) 중성점에서의 영상 전압 (VOA2) 을 나타낸다. 스위칭 동작에 의한 리플이 중성점에 나타나므로, 메인 인버터 (602) 의 중성점은 도 3d 에 도시한 바와 같은 파형의 전압 주파수를 갖는다. 상술한 바와 같이, 메인 인버터 (602) 의 스위칭 동작에 의한 파형의 교란을 고조파라 부르며, 그 고조파의 값은, 예를 들어, 10 내지 20 KHz 이다. 메인 인버터 (602) 의 중성점에 트랜스포머 (101) 를 삽입하여, 발생하는 교류 전압 성분을 얻어낼 수 있다.
후술할 PWM (pulse width modulation) 에 의해, 메인 인버터 (602) 의 동작을 제어한다. 삼각파 PWM 제어인 경우, 영상 부분에서의 고조파로서 10 KHz 의 주파수가 검파된다. 순간 PWM 제어이면, 5 내지 30 KHz 가 검파된다. 슬롯에 의한 고조파 제어인 경우, 0 내지 600 Hz 의 전압 주파수가 영상 부분에서 검파된다. 이러한 삼각파 PWM, 순간 PWM 및 슬롯 고조파는 제어성이 나쁘기 때문에, 소정의 영상 부분으로부터 자유롭게 소정의 전압을 얻기 어렵다. 조작성을 향상하기 위해, 트랜스포머 (101) 뒤에 초퍼를 두거나, 영상 부분으로부터 일정한 전압을 얻을 수 있는 제어 회로를 두어야 한다.
그 다음, 고조파에 의해 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에서 얻은 교류 전압은, 트랜스포머 (101) 에서 복구되고, 정류 회로 (102) 에 의해 교류 전압으로 변환된다.
즉, 메인 교류 모터 (603) 를 구동함으로써 자연스럽게 발생하는 리플 성분을 제 2 의 출력 전원으로 이용한다. 전압 지령치가 변할 경우, 변경된 부분에 대한 전압이, 직류 전원의 마이너스측 (그라운드) 에 대한 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에서, 트랜스포머 (101) 의 1 차 측에 전달된다. 트랜스포머 (101) 의 1 차측과 2 차측 사이의 비가 1 : n 이므로, 트랜스포머 (101) 로 이 전압을 올리거나 내릴 수 있다. 트랜스포머 (101) 에 의해 얻은 교류는, 정류 회로 (102) 로 정류하여, 보조 전원 (103), 직류 모터 (104), 별개의 서브 교류 모터(106) 등과 같이 정류된 전력으로 충전할 수 있는, 다른 회로들에 출력 전원으로서 접속할 수 있다.
이와 같이, PWM 에 의한 제어 회로는 고주파수의 스위칭 파형으로부터 노이즈를 발생한다. 이를 고조파 전압이라 하며, 메인 인버터 (602) 의 중성점에서 교류 전압 성분이 검파된다.
메인 인버터 (602) 제어 회로의 제어 동작을 조정하는 지령치를 변화시켜, 고조파 전압을 제어할 수 있다.
도 4 는 메인 교류 모터 (603) 중성점에서의 영상 전압 주파수를 제어할 수 있는, 메인 인버터 (602) 제어 회로의 구성을 나타낸다.
도 4 에서, 삼각파 발생기 (301) 는 메인 인버터 (602) 의 스위칭 소자 (Tr1 내지 Tr6) 각각의 스위칭 주파수를 결정하는 삼각파 (반송파) 신호 (a) 를 출력한다. 비교기 (302) 는 메인 교류 모터 (603) 구동용 신호 (정현파 ; b) 와 삼각파 발생기 (301) 에 의한 출력 신호 (삼각파 ; a) 를 비교하여, 스위칭 소자 (Tr1 내지 Tr6) 각각의 스위칭 신호인 PWM 신호를 발생한다.
그리고, 중성점의 영상 전압 주파수 레벨을 제어하기 위해, 지령치 발생기 (303) 에 의한 출력 제어 신호 (c) 에 정현파 신호 (b) 를 가한다. 지령치 발생기 (303) 는, 트랜스포머 (101) 를 통해 접속된 장치에 의한, 보조 전원 (103) 의 전지 전압치 (12V), 모터의 회전수, 탑재된 보조 전원의 입력 전류치 등을 모니터한다.
그리고, 메인 인버터 (602) 의 중성점에 접속된 트랜스포머 (101) 의 1 차코일을 통해 흐르는 전류의 방향은 교대로 변한다. 트랜스포머 (101) 의 1 차 코일에서 자기장이 발생하므로, 2 차 코일에 대한 1 차 코일의 감긴 횟수 비에 비례하는 교류 전압이 트랜스포머 (101) 의 2 차 코일에서 발생한다. 그리고, 트랜스포머 (101) 의 2 차 코일에서 발생한 교류 전압은 정류 회로 (102) 에 의해 정류되어 보조 전원 (103) 에 축전되거나, 다른 교류 모터 (106) 를 구동한다.
상술한 바와 같이 지령치 발생기 (303) 에 의해 발생되는 지령 전압을 모니터링하고 조정함으로써, 메인 교류 모터 (603) 구동용 주파수를 트랜스포머 (101) 용 주파수와 구별할 수 있다.
즉, 제어 회로에 의해 제어되는 메인 교류 모터 (603) 의 전압 주파수는, 예를 들어, 다음의 수학식으로 표현할 수 있다.
여기서, 'V1sinω1t' 는 변경된 지령치에 따라 새롭게 중첩된 부분을 나타낸다.
도 5a 는 전원 주파수가 영상 전압 주파수보다 높은 경우의 정현파를 나타낸다. 즉, Vo = Vsinωt + V + V1sinω1t 에 표현된 전원의 각주파수 (ω) 가 영상 전원의 각주파수 (ω1) 보다 클 때의 정현파를 나타낸다.
도 5b 는 도 5a 에 도시된 영상 전압 (401) 만을 나타낸다.
도 5b 에 도시한 바와 같이, 중성점 세트에서의 평균 전위인 VOA 를 기준으로 + 및 - 가 영상 전압 (401) 에 대해 교대로 나타난다. 즉, 수학식 4, 수학식 5 및 수학식 6 은 비트 (beat) 로서 중첩된다. 그리고, 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에 트랜스포머 (101) 를 제공함으로써 교류 전압을 얻을 수 있다. ω> ω1이면, 영상 각주파수 (ω1) 가 메인 교류 모터 (603) 구동용 기본 전원 각주파수 (ω) 에 중첩된다. 따라서, 영상 전압 각주파수 (ω1) 를 전원 각주파수 (ω) 보다 높게 설정할 수 있다. ω< ω1이면, 메인 인버터 (602) 보다 영상 전압이 높다 (트랜스포머 (101) 에 대해 충분히 높은 주파수). 따라서, 트랜스포머 (101) 를 소형화할 수 있다. 이 트랜스포머 (101) 로 직류 전원 (601) 의 입력 전압 (VDC) 보다 높은 전압을 발생할 수도 있다.
도 6a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중-출력 전력 변환 회로의 구성을 나타낸다.
도 6a 에서, 직류 전원 (601), 메인 인버터 (602), 메인 교류 모터 (603), 트랜스포머 (101), 정류 회로 (102) 및 보조 전원 (103) 의 구성은 도 2a 에 도시된 다중-출력 전력 변환 회로의 구성과 동일하다. 도 2a 에 도시된 구성과의 상이점은 트랜스포머 (101) 의 한쪽 단자가 직류 전원 (601) 의 중성점에 접속되어 있다는 것이다. 이와 같이, 트랜스포머 (101) 의 한쪽 단자를 전위차가 1/2 인 점에 접속하면, 직류 성분이 포함되지 않은 교류 성분만을 트랜스포머 (101) 의 1 차측에 직접적으로 공급할 수 있다. 즉, 도 6b 에 도시한 바와 같이, 메인 인버터 (602) 중성점의 영상 전위는 0 보다 1/2 VDC 위쪽이다.
도 6c (세로축 B 는 자속을 그리고 가로축 H 는 자기장을 나타낸다) 에 도시된 히스테리시스 곡선으로부터 알 수 있는 바와 같이, 트랜스포머 (101) 는 (최대 기울기를 가진) 원점 부근에 일정한 전류를 발생할 수 있으므로, 트랜스포머 (101) 의 이용을 개선하며, 이로써 트랜스포머 (101) 의 효율도 향상시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중-출력 전력 변환 회로에서는, 트랜스포머 (101) 에 캐패시터를 직렬로 접속한다.
이와 같이, 트랜스포머 (101) 의 한쪽 단자를 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에 접속하고 트랜스포머 (101) 에 캐패시터를 직렬로 접속하여, 영상 전류의 직류 성분을 줄일 수 있다. 캐패시터의 다른 쪽 단자는 이 회로 직류 전원 (601) 의 중성점이나 직류 전원의 마이너스 측 (그라운드) 중 하나에 접속할 수 있다.
본 발명의 다중-출력 전력 변환 회로의 또 다른 실시예에 따르면, 트랜스포머 (101) 대신에 캐패시터를 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에 접속하여 영상 전압 주파수에 의한 교류 전압을 얻을 수 있다.
이와 같이, 상술한 트랜스포머 (101) 를 접속하여 얻은 것과 유사한 교류 전압을 메인 교류 모터 (603) 의 중성점에 캐패시터를 접속하여 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다중-출력 전력 변환 회로의 또 따른 실시예에 따르면, 메인 교류 모터 (603) 의 위상 (암 u, 암 v, 암 w) 과 메인 교류 모터 (603) 의 중성점 사이에 캐패시터를 삽입한다.
도 7 은 메인 인버터 (602) 의 출력 중 하나와 메인 교류 모터 (603) 의 중성점 사이에 캐패시터를 삽입하여 얻은 회로를 나타낸다. 다른 실시예에서와 마찬가지로, 동일한 구성에는 동일한 도면 번호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.
도 7 에서, 107 은 메인 인버터 (602) 의 출력 전류를 바이패스하여 이를 트랜스포머 (101) 에 접속하는 바이패스 캐패시터를 나타낸다. 바이패스 캐패시터 (107) 의 한쪽 단자는 메인 교류 모터 (603) 의 암 w 에 접속하고, 다른 쪽 단자는 트랜스포머 (101) 에 접속하며, 이로써 메인 교류 모터 (603) 의 반송파 주파수 성분이 트랜스포머 (101) 에 전달된다.
도 8 은, 바이패스 캐패시터 (107) 가 메인 교류 모터 (603) 의 위상과 메인 교류 모터 (603) 사이에 삽입된 경우, 중성점에서 얻어지는 전류 파형을 나타낸다. 도 8a 는, 바이패스 캐패시터 (107) 가 삽입되지 않은 경우에 얻어지는 중성점의 전류 파형을 나타낸다. 도 8b 는 바이패스 캐패시터 (107) 가 삽입된 경우에 얻어지는 중성점의 전류 파형을 나타낸다.
도 8 에 도시한 Iu, Iv 및 Iw 각각은, 메인 인버터 (602) 의 3 상의 출력 전류 (암 u, 암 v, 암 w) 를 나타내며, In 은 메인 교류 모터 (603) 중성점의 영상전류를 나타낸다.
도 8 에 도시한 바와 같이, 메인 교류 모터 (603) 구동용 전류 (Iu, Iv 및 Iw) 는 메인 교류 모터 (603) 의 회전수에 비례하는 성분과 메인 인버터 (602) 의 반송파 주파수 성분으로 구성된다. 그리고, 반송파 주파수 성분은 트랜스포머 (101) 의 중성점으로부터 얻는다.
이 반송파 주파수에서, 메인 교류 모터 (603) 의 중성점으로부터 얻어지는 전류는 메인 교류 모터 (603) 의 인덕턴스로 인해 감소한다.
따라서, 메인 교류 모터 (603) 의 위상과 트랜스포머 (101) 사이에 바이패스 캐패시터를 접속함으로써, 메인 교류 모터 (603) 의 인덕터를 거치지 않고도, 메인 인버터 (602) 의 반송파 주파수 성분을 트랜스포머 (101) 로 전달할 수 있다.
그 결과, 도 8 에 도시한 바와 같이, 바이패스 캐패시터 (107) 가 삽입된 경우에 얻어지는 중성점의 영상 전류 (도 8b) 가 바이패스 캐패시터 (107) 가 삽입되지 않은 경우에 얻어지는 영상 전류 (도 8a) 보다 크다.
도 7 에서, 바이패스 캐패시터 (107) 는 메인 교류 모터 (603) 의 암들 (암 u, 암 v, 암 w) 중 암 w 와 모터의 중성점 사이에 삽입되었지만, 바이패스 캐패시터 (107) 의 삽입 위치는 제한되지 않는다. 바이패스 캐패시터 (107) 는 복수의 암과 중성점 사이에 삽입될 수도 있다.
이와 같이, 메인 교류 모터 (603) 위상과 메인 교류 모터 (603) 의 중성점 사이에 바이패스 캐패시터 (107) 를 삽입함으로써, 반송파 주파수인 고주파수 성분이 메인 교류 모터 (603) 의 코일 (인덕터) 을 바이패스하여 트랜스포머 (101) 로전달될 수 있다. 메인 인버터 (602) 의 반송파 주파수에서 임피던스가 감소하도록 바이패스 캐패시터 (107) 의 정전 용량을 설정함으로써, 트랜스포머 (101) 를 통해 많은 전류를 흘릴 수 있다. 따라서, 고주파수 전류를 패스함으로써, 트랜스포머 (101) 를 소형화할 수 있다.
메인 교류 모터 (603) 의 코일을 통해 고주파수 성분이 흐르지 않기 때문에, 메인 교류 모터 (603) 의 코어 손실을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 다중-출력 전력 변환 회로의 트랜스포머 (101) 에 의해 얻어지는 2 차 전력을 상술한 실시예 이외의 회로에 접속하여 이용할 수도 있다.
또한, 트랜스포머 (101) 에 의해 얻어지는 2 차 전력을 이용하여, 메인 교류 모터 (603) 와는 별개의 교류 모터를 구동할 수 있고, 이 교류 모터의 중성점에 트랜스포머를 접속함으로써, 3 차 전력을 얻을 수 있다. 따라서, 하나의 출력 전원을 이용하여 복수의 교류 모터를 직렬로 접속할 수 있다.
상술한 바와 같이, 트랜스포머에 의해 얻은 2 차 전력은 보조 전원, 교류 모터 등의 회로에 대한 출력이다. 그러나, 이 2 차 전력은 일반적으로 공지된 부하 장치에 대한 출력일 수 있다.
본 발명의 다중-출력 전력 변환 회로에 의하면, 트랜스포머가 교류 모터의 중성점에 접속되고, 교류 모터의 중성점에서 발생한 영상 교류를 2 차 출력 전원의 교류로서 얻어낼 수 있다. 따라서, 보조 전원, 모터 등의 다른 회로를 접속할 때 요구되는 인버터가 필요치 않으므로, 회로의 소형화를 구현할 수 있다.
더욱이, 교류 모터의 중성점과 교류 모터의 위상 사이에 캐패시터를 삽입함으로써, 고주파수 성분을 트랜스포머로 패스할 수 있어, 트랜스포머의 소형화를 구현할 수 있다.
또한, 트랜스포머의 한쪽 단자를 교류 모터의 중성점에 접속하여 2 차 출력 전원의 교류를 얻기 때문에, 2 차 출력 전원을 이용하는 것에 의해 메인 인버터나 1 차 출력 전원은 영향을 받지 않는다.

Claims (11)

  1. 하나의 직류 전원으로부터 다상 (polyphase) 교류 모터 및 상기 다상 교류 모터와는 별개의 장치로 전력을 공급하는 다중-출력 전력 변환 회로로서,
    상기 직류 전원의 출력을 상기 다상 교류 모터에 공급할 교류로 변환하는 변환 회로;
    1 차 코일이 상기 다상 교류 모터의 중성점에 접속되는 트랜스포머; 및
    상기 트랜스포머의 2 차 코일에 접속되며, 상기 트랜스포머의 출력을 정류하고 정류된 출력을 상기 별개의 장치로 공급하는 정류회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다상 교류 모터는 제 1 의 3 상 교류 모터이고,
    상기 별개의 장치는 보조 전원인 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스포머로부터의 교류 전압은, 상기 다상 교류 모터가 구동 제어될 때, 지령치를 변화시킴으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
  4. 하나의 직류 전원으로부터 다상 교류 모터 및 상기 다상 교류 모터와는 별개의 장치에 전력을 공급하는 다중-출력 전력 변환 회로로서,
    상기 직류 전원의 출력을 상기 다상 교류 모터에 공급할 교류로 변환하는 변환 회로;
    1 차 코일의 한쪽 단자는 상기 다상 교류 모터의 중성점에 접속되고, 상기 1 차 코일의 다른 쪽 단자는 상기 직류 전원의 1/2 전위 부분에 접속되는 트랜스포머; 및
    상기 트랜스포머의 2 차 코일에 접속되며, 상기 트랜스포머의 출력을 정류하고 정류된 출력을 상기 별개의 장치로 공급하는 정류회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    캐패시터가 상기 트랜스포머에 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
  6. 제 4 항에 있어서,
    캐패시터가 상기 트랜스포머에 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
  7. 하나의 직류 전원으로부터 다상 교류 모터 및 상기 다상 교류 모터와는 별개의 장치에 전력을 공급하는 다중-출력 전력 변환 회로로서,
    상기 직류 전원의 출력을 상기 다상 교류 모터에 공급할 교류로 변환하는 변환 회로;
    한쪽 단자가 상기 다상 교류 모터의 중성점에 접속되는 캐패시터; 및
    상기 캐패시터의 다른 쪽 단자에 접속되며, 상기 캐패시터의 출력을 정류하고 정류된 출력을 상기 별개의 장치로 공급하는 정류회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
  8. 하나의 직류 전원으로부터 다상 교류 모터 및 상기 다상 교류 모터와는 별개의 장치에 전력을 공급하는 다중-출력 전력 변환 회로로서,
    상기 직류 전원의 출력을 상기 다상 교류 모터에 공급할 교류로 변환하는 변환 회로;
    1 차 코일이 상기 다상 교류 모터의 중성점에 접속되는 트랜스포머;
    한쪽 단자는 상기 다상 교류 모터의 중성점에 접속되고, 다른 쪽 단자는 상기 다상 교류 모터를 구동하는 전류 위상에 접속되는 캐패시터; 및
    상기 트랜스포머의 2차 코일에 접속되며, 상기 트랜스포머의 출력을 정류하고 정류된 출력을 상기 별개의 장치로 공급하는 정류회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
  9. 직류 전원에 접속되어 다상 교류 모터 및 별개의 장치에 전원을 공급하는 전원으로서,
    상기 직류 전원의 출력을 상기 다상 교류 모터에 공급할 교류로 변환하는 변환 회로;
    상기 다상 교류 모터의 중성점에 접속된 트랜스포머; 및
    상기 트랜스포머의 출력을 정류하고 정류된 출력을 상기 별개의 장치에 공급하는 정류 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 다상 교류 모터는 제 1 의 3 상 교류 모터이고,
    상기 별개의 장치는 직류 모터인 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다상 교류 모터는 제 1 의 3 상 교류 모터이고,
    상기 별개의 장치는 제 2 의 3 상 교류 모터인 것을 특징으로 하는 다중-출력 전력 변환 회로.
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