KR100756006B1 - 직렬 변압기를 이용한 자동 전압조정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직렬 변압기를 이용한 자동전압 조정기에 관한 것으로, 인버터와 직렬 변압기를 사용하여 종래의 SCR 스위치 사용에 따른 지연 문제를 해결하고, 직렬 변압기를 사용하여 부하변동이나 계통전압의 이상으로 변동이 발생한 전압에 대해 보상 동작을 수행하는 자동전압 조정기에 관한 것이다.

본 발명에 의한 계통전압의 자동 조정장치는, 3상의 계통전압을 입력하는 정류기용 변압기; 정류기용 변압기의 전압을 공급받아 이를 정류시켜 직류로 출력하는 정류기; 정류기로부터 직류전압을 공급받아 교류전압으로 바꾸며, 계통전압이 정상전압에서 벗어난 전압으로 변동하게 될 때에는 직렬 변압기로 변동한 전압만큼을 보상하는 보상전압을 발생시키는 상시 전압 제어를 하는 인버터; 정류기가 정류한 직류전압을 인가받아 1차 저장한 뒤 상기 인버터로 공급하는 콘덴서; 및 인버터로부터 교류전압에 의한 보상전압을 인가받아 3상의 계통전압과 부하 사이에 각각 공급하도록 3개의 변압기가 직렬로 구성된 직렬 변압기; 가 포함되는 구성을 제시한다.

본 발명은 계통전압의 변동분만 보상하므로 인버터 및 직렬 변압기는 변동분을 보상하는 정도의 용량만 있으면 되어 비용 면에서나 사이즈 면에서 경제적인 자동전압 조정기를 구성할 수 있는 효과가 있다.

Description

직렬 변압기를 이용한 자동 전압조정 장치{A apparatus of automatic AC voltage regulator by using Serial transformer}

도 1은 종래 기술에 따른 자동 전압조정 장치의 회로도,

도 2는 도 1에 도시한 자동 전압조정 장치의 동작을 설명하기 위한 전압 파형도,

도 3은 본 발명에 의한 자동전압 조정 장치의 회로도,

도 4는 도 3에 도시한 자동전압 조정 장치의 동작을 설명하기 위한 전압 파형도이다.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****

11 : 계통전압 12 : 정류기용 변압기

13 : 정류기 14 : 직류 콘덴서

15 : 인버터 16 : 직렬 변압기

17 : 부하

본 발명은 직렬 변압기를 이용한 자동전압 조정 장치에 관한 것으로, 특히 직렬 변압기를 사용하여 계통전압이 변동할 때 이를 효과적으로 정상전압이 되도록 조정하는 직렬 변압기를 이용한 자동전압 조정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전압에 민감한 장비를 사용할 때는 자동전압 조정기와 같은 장치를 사용하여 전압을 자동으로 조정하여 사용하게 된다. 이때 종래의 자동전압 조정장치는 SCR을 이용한 스위치와 많은 탭을 가진 변압기를 사용함으로써 제어에 지연이 생기게 되고, 이때 사용되는 SCR 스위치는 탭의 수에 비례하여 증가하며, 변압기는 부하용량을 사용하므로 부피가 커지고 비용 면에서 비싸지는 문제가 있었다. 따라서, 본 발명은 이런 점을 보완하고자 인버터를 사용하여 순시적으로 전압을 보상하고, 직렬 변압기를 사용하여 계통전압의 변동분에 대한 용량을 가짐으로써 비용면에서 유리한 자동전압 조정기를 구현하고자 한다.

그러면, 첨부도면을 참조하여 종래의 자동전압 조정기에 대해 먼저 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동전압 조정장치의 회로도이다.

종래의 자동전압 조정장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 입력 계통전압(1)과 탭을 가진 3상 변압기(2)가 연결되어 있고, 3상 변압기(2)의 2차 측은 탭으로 구성되어 있다. 도 1에서는 간략하게 탭을 2개만 표시하였다.

상기 3상 변압기(2)의 2차측 탭과 SCR을 연속적으로(Back to Back) 연결한 SCR 스위치(3)가 각 탭에 연결되어 있으며, 상기 SCR 스위치(3)의 후단에는 각 상마다 연결되어 있다. 그리고, SCR 스위치(3)의 각 상 후단과 부하(4)가 연결된다.

상기 구성을 갖는 종래의 자동 전압조정 장치의 동작은 다음과 같다.

만일, 3상 변압기(2)의 탭 중 아래쪽이 정상전압 탭이고 위쪽이 전압이 높은 쪽의 탭이라고 한다면, 계통전압(1)이 정상전압을 유지하게 되면 도 1에서의 SCR 스위치(3)의 아래쪽 스위치가 턴-온(Turn-on) 하게 된다. 그리고 계통전압(1)이 변동하여 저전압으로 들어오게 된다면 제어기에서 이를 감지하고 전압이 높은 쪽의 SCR 스위치(3)를 턴-온(Turn-on) 하게 되고, 정상전압 탭에 연결되어 있는 SCR 스위치(3)는 턴-오프(Turn-off) 시키게 된다. 그럼으로써 부하 측에는 정상전압을 공급받을 수 있게 된다.

도 2는 도 1에 도시한 자동전압 조정장치의 동작을 설명하기 위한 전압 파형도이다.

도 2에서 맨 위쪽 파형(a)은 계통전압을 나타내고, 중간 파형(b)은 탭 전압을 나타낸다. 이때 점선은 정상전압일 때의 크기를 나타낸다. 중간 파형 중 점선은 전압이 높은 쪽의 탭의 파형을 나타내고 검은 선은 정상전압 쪽의 파형을 나타낸다. 그리고, 아래쪽 파형은 부하전압을 나타낸다.

도 2에서와 같이 계통전압(a)이 정상적인 전압으로 부하에 전압을 공급하고 있다가 t1 시점에서 전압이 저전압으로 변동한다면 이때의 계통전압(a)은 도 2에서와 같이 정상전압보다 낮은 전압을 나타내게 될 것이다. 그리고 정상전압 쪽의 탭도 계통전압(a)과 마찬가지로 같은 형태의 전압을 발생시키게 된다. 그러나 전압이 높은 쪽의 탭 전압(b)은 도 2에서와 같이 정상에 가까운 전압을 발생시키므로 이 전압을 이용하여 SCR 스위치(3)의 탭을 스위칭하게 된다면 부하전압(c)은 정상전압으로 파형 (c)와 같은 정상전압으로 유지할 수 있게 된다.

일반적으로, SCR 스위치는 턴-온 시킬 때는 원하는 대로 턴-온이 되지만 턴-오프 시킬 때는 원하는 대로 턴-오프 되지 않는 특성이 있다. 즉, 턴-온 시킬 때는 턴-온 신호와 실제 턴-온이 같지만 턴-오프 시킬 때는 턴-오프 시키고자 하는 신호가 턴-오프 조건이 되어야만 턴-오프 되는 소자이다. 여기서, 턴-오프 조건은 SCR에 역전압이 인가되던지 아니면 전류가 Off 상태가 되어야 비로서 턴-오프가 가능한 조건을 말한다. 예를 들어, 만약 한 주기를 360도라 하고 약 10도쯤에서 SCR을 턴-오프를 시키고자 할 경우 실제적으로는 SCR 소자가 턴-오프되는 시점은 180도가 지난 후에 턴-오프된다. 이는 180도가 반 사이클이기 때문에 최대 반 사이클의 지연이 생기게 된다.

이와 같이, 종래의 기술에서는 스위치로 SCR 스위치를 사용하여 탭을 전환시키는 방법을 사용함으로써 최소한 반 사이클의 지연이 발생할 수 있다는 문제점과 변동전압에 대한 보상전압이 커지게 된다든지 정밀하게 전압을 조정할 필요가 있을 때에는 탭이 많이 필요하게 된다. 탭이 많이 필요하게 되면 동시에 SCR 스위치(3)의 숫자도 증가하게 되어 비용에 부담을 안게 된다.

또한, 종래의 기술에서 사용된 3상 변압기는 부하용량을 사용해야 하므로 이 비용 또한 커지게 되고 사이즈 면에서도 최소한 부하용량의 3상 변압기보다 커지게 되므로 부피가 상당히 커지게 되는 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 인버터와 직렬 변압기를 사용하여 SCR 스위치의 사용에 따른 지연문제를 해결하고, 직렬 변압기를 사용하여 부하변동이나 계통전압의 이상으로 변동이 발생한 전압에 대해 보상함으로써, 변압기의 제조비용을 낮추고 사이즈를 줄이는 직렬 변압기를 이용한 자동 전압조정 장치를 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자동 전압조정 장치에 있어서, n상의 계통전압을 입력하는 정류기용 변압기; 상기 정류기용 변압기의 전압을 공급받아 이를 정류시켜 직류로 출력하는 정류기; 상기 정류기로부터 직류전압을 공급받아 교류전압으로 바꾸며, 상기 계통전압이 정상전압을 공급하면 전압을 발생하지 않고 상기 계통전압이 변동하면 상기 직렬 변압기에 변동한 크기의 보상전압을 제공하는 인버터; 상기 정류기가 정류한 직류전압을 인가받아 1차 저장한 뒤 상기 인버터로 공급하는 콘덴서; 및 상기 인버터로부터 교류전압에 의한 보상전압을 인가받아 상기 n상의 계통전압과 부하 사이에 각각 공급하도록 n개의 변압기가 직렬로 구성된 직렬 변압기; 가 포함되는 구성을 제시한다.

여기서, 상기 인버터는, 상기 계통전압이 정상전압을 공급하고 있을 때에는 상기 직렬 변압기로 0V 전압을 발생시켜, 즉, 전압이 발생되지 않도록 하여 상기 부하에 계통전압이 정상적으로 공급될 수 있도록 하고, 상기 계통전압이 정상전압에서 벗어난 전압으로 변동하게 될 때에는 상기 직렬 변압기로 변동한 전압만큼을 보상하는 전압을 발생시켜 상기 부하에 정상적인 전압이 공급될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 것으로 직렬변압기를 이용한 3상 계통전압 자동 조정장치의 기능구성 회로도이다.

본 발명에 의한 직렬변압기를 이용한 3상 계통전압 자동 조정장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 계통전압(11)과 정류기용 변압기(12)가 연결되어 있으며 정류기용 변압기(12)의 전압을 공급받아 이를 정류시켜 주는 정류기(13)가 연결되어 있다. 상기 정류기(13)에서 정류한 직류전압을 저장하는 직류 콘덴서(14)와 직류전압을 공급받아 교류전압으로 바꾸는 인터버(15)가 연결된다. 이 인버터(15)에서 바뀐 교류전압은 직렬 변압기(16)를 통해 계통전압(11)과 부하(17)와의 사이에 연결된다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 직렬변압기를 이용한 3상 계통전압 자동 조정장치 동작은 다음과 같다.

계통전압(11)과 연결된 정류기용 변압기(12)는 3상 교류의 계통전압을 지속적으로 정류기(13)를 통해 정류하여 직류 콘덴서(14)에 직류전압으로 공급한다. 이때, 직류 콘덴서(14)는 정류기(13)로부터 정류되어 공급되는 전류를 1차 저장하고 정류된 전류가 공급되지 않는 경우에 방전하여 일정하게 하는 평활기능을 한다.

만일, 계통전압(11)이 정상전압에서 벗어난 비정상적으로 변동하는 전압을 공급하게 되었을 때, 마이크로프로세서(미도시)는 이러한 비정상 전류를 감지한 후, 인버터(15)가 변동한 전압만큼을 보상하는 전압을 발생시키도록 제어한다.

한편, 인버터(15)에서 발생한 전압은 직렬 변압기(16)를 통해 부하측으로 공급됨으로 부하(17)는 정상적인 전압을 공급받게 된다.

도 4는 도 3에 도시한 자동전압 조정기의 동작을 설명하기 위한 전압 파형도이다.

도 4를 참조하면, 계통전압(a)이 t1에서 변동하였을 때 인버터 전압(b)은 t1 전까지 전압을 발생하고 있지 않다가 계통전압(a)에서 변동되는 분의 전압만 발생시키게 된다. 그러므로 계통전압(a)과 인버터 전압이 합하여지면 도 4에서의 부하전압(c)과 같이 정상전압으로 부하에 공급되게 된다. 그리고 인버터로서 전압을 보상하게 함으로써 SCR 스위치에 의해 발생하던 턴 온/오프 시간 지연을 막을 수 있 어 정밀한 전압 조정이 가능해진다.

이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 직렬 변압기를 이용한 자동전압 조정기에 의하면, 인버터를 사용함으로써 보상의 지연이 발생하지 않도록 하는 효과가 있으며, 계통전압의 변동분만 보상하므로 인버터 및 직렬 변압기는 변동분을 보상하는 정도의 용량만 있으면 된다. 계통전압의 변동이 크게 심하지 않으므로, 만일 15%의 전압 변동이 있다고 가정한다면 인버터 및 직렬 변압기는 15%의 용량만 있으면 되므로 비용 면에서나 사이즈 면에서 경제적인 자동전압 조정기를 구성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 자동 전압조정 장치에 있어서,

   n상의 계통전압을 입력하는 정류기용 변압기;

   상기 정류기용 변압기의 전압을 공급받아 이를 정류시켜 직류로 출력하는 정류기;

   상기 정류기로부터 직류전압을 공급받아 교류전압으로 바꾸며, 상기 계통전압이 정상전압을 공급하면 전압을 발생하지 않고 상기 계통전압이 변동하면 상기 직렬 변압기에 변동한 크기의 보상전압을 제공하는 인버터;

   상기 정류기가 정류한 직류전압을 인가받아 1차 저장한 뒤 상기 인버터로 공급하는 콘덴서; 및

   상기 인버터로부터 교류전압에 의한 보상전압을 인가받아 상기 n상의 계통전압과 부하 사이에 각각 공급하도록 n개의 변압기가 직렬로 구성된 직렬 변압기; 를 포함하여 상기 계통전압의 변동분에 대한 전압을 보상하여 상기 부하에 정상적인 전압이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 직렬 변압기를 이용한 자동전압 조정 장치.
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