KR100597387B1 - 다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용한 자동 전압조절기 - Google Patents

다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용한 자동 전압조절기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 자동 전압 조절기는 출력단의 출력 전압을 입력받아 펄스폭 변조 형태의 교류 출력 전압으로 변환하여 직렬 보상 전압을 발생시키는 교류 전압 제어기와, 누설 인덕턴스를 포함하며 입력 전압과 직렬로 연결되어 입력 전압에 직렬 보상 전압을 더하여 출력단으로 공급하는 직렬 보상 변압기와, 자동 전압 조절기의 입력 전압과 직렬 보상 전압의 잡음을 필터링하는 다목적 필터 회로를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 교류 전압 제어기를 이용하여 입력 전압과 동상으로 직렬 보상 전압을 생성시키고, 생성된 직렬 보상 전압을 입력 전압에 직렬로 더함으로써, 순간적인 외란에도 항상 일정한 출력 전압을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 다목적 필터를 이용하여 교류 전압 제어기에서 출력된 직렬 보상 전압을 필터링하고, 왜곡된 입력 전압을 필터링할 수 있다.

Description

다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용한 자동 전압 조절기{AUTOMATICALLY LINER CONDITIONER USING A MULTIFUNCTIONAL FILTER AND A AC VOLTAGE CONTROLLER}
도 1은 본 발명에 따른 다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용한 자동 전압 조절기를 나타내는 회로도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 다목적 필터 200 : 직렬 보상 변압기
300 : 교류 전압 제어기 310 : 정류기부
320 : 에너지 저장부 330 : 인버터부
400 : 제어부
본 발명은 자동 전압 조절기에 관한 것으로, 특히 입력 전압이 불안정한 경우에 일정한 전압을 만들어 공급하거나 외란이 많은 전원에 민감한 부하를 보호하기 위한 다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용한 자동 전압 조절기에 관한 것이다.
이상적인 전원은 일정한 주파수하에서 일정한 전압 크기를 가지고 고조파 성 분을 포함하지 않는 정현파이다.
그러나, 실제 공급되는 AC 교류전원은 선로 사고, 부하 변동, 누전, 정전사태 등으로 인해, 그 전압 도는 전류 레벨 및 주파수는 바람직한 상태로 유지되지 못하고 경우에 따라 써지파 등의 잡음 전력을 포함하게 된다.
이와 같은 전압 레벨의 변동 및 급격한 전력의 변동은 그 부하측의 전기기기에 무리를 주게 되고 고장 등을 유발시키는 원인이 된다. 특히, 통신 장비, 공정 제어 시스템 및 컴퓨터 시스템 등에 있어서는 정전압의 정제된 전원이 공급되는 것이 중요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 일반적으로 자동 전압 조절기를 사용하여 입력 전압 또는 부하의 변동에 관계없이 소정의 허용한도내로 그 전압 레벨 및 주파수를 등을 유지하고 있으며, 보통 무정전 전원장치와 함께 사용되어 정전 사태 및 불규칙적인 전원 입력에 대비하고 있다.
현재 가장 많이 사용되는 자동 전압 조절기는 트라이액(triac) 또는 사이리스터(thyristor)를 사용하면서 변압기 탭-변환에 의한 TCR(Tap Changing Regulator) 방식을 주로 사용하고 있다.
이러한 소자로 구성된 자동 전압 조절기는 간단한 회호와 비교적 저가의 장점이 있지만 느린 응답 특성과 탭-변환 순간에서 출력 전압의 왜곡 및 소자에 과전압-과전류 발생으로 인하여 낮은 신뢰성의 문제점을 갖고 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용하여 입력 전압과 동상으로 직렬 보상 전압을 생성시키고, 생성된 직렬 보상 전압을 입력 전압에 직렬로 더하여 순간적인 외란에도 항상 일정한 출력 전압을 공급할 수 있는 다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용한 자동 전압 조절기를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자동 전압 조절기에 있어서, 상기 자동 전압 조절기 출력단의 출력 전압을 입력받아 펄스폭 변조 형태의 교류 출력 전압으로 변환하여 직렬 보상 전압을 발생시키는 교류 전압 제어기; 누설 인덕턴스를 포함하며, 상기 입력 전압과 직렬로 연결되어 상기 입력 전압에 상기 직렬 보상 전압을 더하여 출력단으로 공급하는 직렬 보상 변압기; 상기 직렬 보상 변압기의 누설 인덕턴스, 입력단에 병렬 연결된 콘덴서 및 출력단에 병렬 연결된 콘덴서로 이루어져 상기 교류 전압 제어기에서 쵸핑되어 출력되는 펄스폭 변조 형태의 교류 전압을 필터링함과 더불어 상기 자동 전압 조절기의 입력 전압의 잡음을 필터링하는 다목적 필터 회로를 포함한다.
본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용한 자동 전압 조절기를 도시한 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용한 자동 자동 전압 조절기는 다목적 필터 회로(100), 직렬 보상 변압기(200), 교류 전압 제 어기(300) 및 제어부(400)로 구성된다.
교류 전압 제어기(300)는 정류기부(310), 에너지 저장부(320) 및 인버터부(33)로 구성되며, 펄스폭 변조 기법으로 직류전압인 맥류를 펄스폭 변조 형태의 교류 출력 전압으로 변환하여 직렬 보상 전압(Vc)을 발생한다.
여기서, 교류 전압 제어기(300)는 출력전압(Vo)과 동상뿐만 아니라 역상의 보상 전압(Vc)도 출력할 수 있기 때문에 입력 전압(Vi)에 증감을 가하여 출력전압(Vo)을 일정하게 제어할 수 있다. 이러한 교류 전압 제어기(300)는 다수의 스위칭 소자로 이루어지는데, 이때 사용 가능한 반도체 스위치로는 도통(on)과 소거(off)가 항상 가능한 반도체 소자로, 예를 들면 트랜지스터, IGBT, MOSFET, GTO등을 들 수 있다.
교류 전압 제어기(300)의 정류기부(310)는 스위치(S1∼S4)와 다이오드(D1∼D4)를 각각 병렬로 연결하여 구성되며, 교류전압인 출력전압(Vo)을 직류 전압으로 변환하여 에너지 저장부(320)에 충전시킨다. 이때 정류기부(310)의 스위치(S1∼S4)는 출력전압(Vo)에 의해서 동작하고, 출력전압(Vo) 0V에서 턴 오프로 스위칭 된다.
에너지 저장부(320)는 콘덴서 뱅크(Cs)로 구성되어 콘덴서 뱅크(Cs)에 정류기부(310)에서 공급되는 에너지를 저장시킨다. 콘덴서 뱅크(Cs)에 저장된 에너지는 저전압 발생 시에 저전압 보상을 위해 이용된다.
인버터부(330)는 스위치(S5∼S8)와 다이오드(D5∼D8)를 각각 병렬로 연결하 여 구성되며, 제어부(400)에서 발생되는 고조파의 PWM에 의해서 동작된다.
다시 말해서, 정상적인 전압 시 인버터부(330)는 제어부(400)에서 입력되는 PWM의 듀티비에 따라 스위치(S6, S8)를 온 시킴과 더불어 다이오드(D6, D8)를 도통시켜 바이패스 경로를 직렬 보상 변압기(200)의 1차측에 만든다. 이 과정에서 1차측은 단락 상태가 되며 2차측 역시 단락 상태를 유지하게 된다. 따라서, 입력 전압(Vi)은 다목적 필터 회로(100)와 직렬 보상 변압기(200)의 2차측을 통해 출력단으로 공급된다.
저전압 발생 시 에너지 저장부(320)에 축적된 에너지를 이용하여 인버터부(330)는 제어부(400)로부터 신호를 받아 스위치(S5∼S8)를 PWM 제어 모드로 동작시켜 부족한 전압만큼 보상전압(Vc)을 발생시키고, 발생된 보상전압(Vc)은 직렬 보상 변압기(200)를 통해 입력 전압(Vi)에 더해져 출력단에 공급된다. 이 과정을 통해 저전압 발생 시에도 자동 전압 조절기는 일정한 전압을 출력단으로 공급하게 된다.
제어부(400)는 입력 전압의 극성과 교류 전압 제어기(300)에 요구되는 보상전압(Vc)에 따라 서로 다른 듀티비를 갖는 PWM 신호를 발생시켜 인버터부(330)의 각각의 스위치(S5∼S8)에 제공하며, 각각의 스위치(S5∼S8)는 제어부(400)에서 발생된 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하여 저전압 시에 부족한 전압만큼의 보상전압(Vc)을 직렬 보상 변압기(200)에 공급한다.
직렬 보상 변압기(200)는 직렬 보상 변압기를 이용한 것으로 누설인덕턴스(Llk)를 포함한다.
다목적 필터 회로(100)는 입력 필터 콘덴서(Ci), 누설인덕턴스(Llk), 및 출력 필터 콘덴서(C0)로 이루어지며, 누설인덕턴스(Llk)는 입력 필터 콘덴서(Ci) 및 출력 필터 컨덴서(C0)와 함께 교류 전압 제어기(300)의 인버터부(330)에서 쵸핑되어 출력되는 펄스폭 변조 형태의 교류 전압을 필터링하고, 입력 전압의 잡음을 필터링한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 교류 전압 제어기를 이용하여 입력 전압과 동상으로 직렬 보상 전압을 생성시키고, 생성된 직렬 보상 전압을 입력 전압에 직렬로 더함으로써, 순간적인 외란에도 항상 일정한 출력 전압을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 다목적 필터를 이용하여 교류 전압 제어기에서 출력된 직렬 보상 전압을 필터링하고, 왜곡된 입력 전압을 필터링할 수 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 자동 전압 조절기에 있어서,
    상기 자동 전압 조절기 출력단의 출력 전압을 입력받아 펄스폭 변조 형태의 교류 출력 전압으로 변환하여 직렬 보상 전압을 발생시키는 교류 전압 제어기;
    누설 인덕턴스를 포함하며, 상기 입력 전압과 직렬로 연결되어 상기 입력 전압에 상기 직렬 보상 전압을 더하여 출력단으로 공급하는 직렬 보상 변압기;
    상기 직렬 보상 변압기의 누설 인덕턴스, 입력단에 병렬 연결된 콘덴서 및 출력단에 병렬 연결된 콘덴서로 이루어져 상기 교류 전압 제어기에서 쵸핑되어 출력되는 펄스폭 변조 형태의 교류 전압을 필터링함과 더불어 상기 자동 전압 조절기의 입력 전압의 잡음을 필터링하는 다목적 필터 회로를 포함하는 다목적 필터 및 교류 전압 제어기를 이용한 자동 전압조절기.
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