KR100981792B1 - 3상 전원 유피에스 및 그의 밧데리 충전제어방법 - Google Patents

3상 전원 유피에스 및 그의 밧데리 충전제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3상 전원 유피에스에 관한 것으로서, 종래에는 밧데리 수를 임의로 변동시킬 수 없고, 일부 밧데리 고장시에도 전체 밧데리를 교체해야한다는 문제점이 있었다. 본 발명은 3상 입력전원을 정류부를 통해 정류하여 밧데리에 충전시키고, 밧데리 전원을 인버터를 통해 교류전원으로 변환하여 출력하되, 콘트롤러에 의해 입력전원을 감시하여 입력전원을 출력전원으로 바이패스시켜 운전하거나 입력전원 이상 발생시 상기 밧데리의 충전전원을 인버터부를 통해 교류전원으로 변환하여 출력전원으로 출력하도록 제어하는 유피에스에 있어서, 상기 정류부의 출력을 DC-DC 변환하여 밧데리의 수에 따른 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 제어하여 충전을 제어하기 위한 DC-DC 쵸퍼부를 더 포함하여 구성하고, 상기 콘트롤러가, 밧데리 수 변동시 의거하여 밧데리 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 자동 설정하여 밧데리의 충전전압 및 충전 전류를 감시하면서 상기 DC-DC쵸퍼부(60)를 통해 밧데리 수에 맞는 정격전압 및 전류로 밧데리 충전을 제어하고 밧데리 출력 전압에 맞게 인버터부를 제어함으로써 밧데리 수 변동시에도 정상 운전이 가능하도록 한 것이다.

Description

3상 전원 유피에스 및 그의 밧데리 충전제어방법{3 PHASE UPS AND BATTERY CHARGING METHOD }
본 발명은 3상 전원 유피에스에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 밧데리 수의 변동시 해당 밧데리 수에 맞는 충전 정격전압 및 전류를 설정하고, DC-DC 쵸퍼부를 통해 제어하여 밧데리 수 변동에 맞게 충전을 제어함과 아울러 인버터부를 제어하여 정상 운전이 가능하도록 한 3상 유피에스 및 그의 밧데리 충전제어방법을 제공하기 위한 것이다.
일반적으로 중대형 정보처리장치의 경우에는 정전사태와 같은 전원공급의 중단시, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply; 이하 UPS라 칭한다)의 전원이 공급되도록 함으로써 정전과 같은 비상시에 작업중인 데이터가 유실되는 문제를 대비하고 있다. 이를 위하여, 대형 컴퓨터와 같이 중요한 작업을 하는 컴퓨터 시스템에서는 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 설치하여 전력회사로부터의 전원이 공급 중단되는 경우가 발생되어도 컴퓨터에는 계속 전원이 공급될 수 있도록 하고 있다.
도 1은 일반적인 3상 온라인 유피에스의 블록다이어그램이다. 이에 도시된 바와 같이, 3상 전원(R,S,T상)이 입력리액터를 통해서 정류부(1)에 입력되고, 정류부(1)에서 정류된 직류전원이 밧데리(2) 및 인버터부(3)에 공통으로 출력되고, 인버터부(3)에서 교류전원으로 변환되어 출력 리액터(4)를 통해 적정 레벨의 교류 3상 전원(U,V,W)으로 출력되며, 바이패스 스위치(5)에 의해 입력적원이 출력전원으로 직접 바이패스 될 수 있도록 구성되며, 콘트롤러(6)에 의해 상기 정류부(1)가 PWM제어신호에 의해 정류부(1)의 IGBT소자들의 게이트가 제어되어 정류되는 직류전원의 전압레벨이 제어되고, 상기 콘트롤러(6)의 PWM제어에 의해 상기 인버터부(3)의 IGBT 소자들의 게이트가 제어되어 교류전원으로 제어된다.
이와 같은 유피에스 회로는 일반적인 구성으로서, 콘트롤러(6)에 의해 정류부(1)와 인버터부(3)가 PWM 방식으로 제어되어 밧데리(2)에 충전시킨다. 정상적인 전원 공급시에는 바이패스 스위치(5)를 통해서 입력전원이 출력전원으로 바로 바이패스되고, 정전 발생시 밧데리(2)의 전원을 인버터부(3)에서 교류전원으로 변환하여 출력함으로써, 정전시에도 부하측에서는 밧데리(2)의 전원에 의해 정상적으로 전원이 공급되므로 시스템 중단없이 사용이 가능해진다.
그런데, 이와 같은 종래의 유피에스 회로는, 3상 입력전원으로 상용전원 380/220V, 60Hz 전원이 입력되면, 출력전원으로 동일한 전압인 380/220V, 60Hz 출력이 이루어져야 한다. 예를 들어 380V의 출력전압이 필요한 경우, 정류부(1)에서는 760V의 직류전압으로 변환하여 밧데리(2)에 충전해야하고, 밧데리(2)에서 출력되는 760V의 직류전압이 인버터부(3)를 통해서 교류 380V로 변환되어 출력할 수 있게 되는 것이다. 이는 인버터부(3)의 직류-교류 변환 전류 허용 범위에 의해 교류출력 전압의 약 2배 전압레벨의 직류전원이 입력되어야만 인버터부(3)가 가장 안정적인 출력전원을 발생시킬 수 있다.
따라서, 380V의 입력전원을 760V의 직류전원으로 정류부(1)에서 변환하게 되면, 밧데리(2)는 760V의 전원을 충전시킬 수 있는 갯수의 밧데리가 설치되어야 한다. 즉, 12V 밧데리를 사용하는 경우 760V의 전원을 충전시키기 위해서는 60개의 밧데리를 설치해야되는 것이다.
그런데, 밧데리는 사용수명이 한정적이고, 최근들어 밧데리 가격의 상승으로 인하여 원가 및 유지 보수비가 많이 든다는 단점이 있다. 특히 종래기술에 의한 유피에스에서는 밧데리의 숫자를 줄이거나 늘릴 수 없고, 초기 세팅된 숫자로 한정되어 세트로 교체해야하는 단점이 있었다. 이는 정류부(1)의 출력이 밧데리(2)와 인버터(3)에 공통 입력되도록 구성되어 있기 때문이다.
또한, 복수의 밧데리를 직렬연결하여 사용하기 때문에 그중 일부의 밧데리에서 고장이 발생되는 경우, 고장이 발생된 밧데리만 교체할 수 없고 전체의 밧데리를 교체해야하므로 유지보수시 고비용이 발생된다. 새로운 밧데리와 기존에 사용했던 밧데리 간의 차이로 인하여 동일한 사용기간을 갖는 밧데리끼리만 함께 사용할 수 있고 신규 밧데리와 기존에 사용했던 밧데리를 함께 사용할 수 없었다. 그러므로 정상적인 밧데리 조차도 재사용이 어렵기 때문에 일부의 밧데리 고장에도 불구하고 많은 수의 전체 밧데리를 한번에 교체해야하는 낭비적인 요소가 있었다.
한편, 종래의 유피에스 장치에서는 전전 발생시 밧데리의 충전 전원을 사용하여 정상적인 전원을 공급한 후, 정상적인 전원이 복귀되면 유피에스 장치는 밧데리 충전 모드를 수행하게 된다. 이때 전원이 복귀되면서 급속 충전모드를 수행하여하 밧데리 정격 전압의 120% 전압으로 충전하기 때문에 밧데리의 수명 및 안정성이 떨어진다는 단점이 있었다.
본 발명은 종래 유피에스 장치에 있어서, 밧데리의 수를 임의로 변경시킬 수 없다는 문제점을 개선시켜 일부의 밧데리 고장 발생시 해당 고장 밧데리를 제거한채로 갯수를 줄인 밧데리 수로 정상적인 운전이 가능하도록 한 유피에스 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 밧데리의 정격전압 및 전류를 체크하여 밧데리 수량 변동시 자동으로 인버터부의 PWM제어를 하여 인버터의 정격출력을 안정화 시키도록 함으로써 밧데리 수량 변동에서 안정적인 운전이 가능하도록 하기 위한 것이다.
본 발명은 밧데리 수 변동시 변동된 밧데리 수에 맞는 충전정격전압 및 전류를 설정하고 이를 3단계 3단 충전제어방식으로 충전을 제어하여 안정적인 밧데리 충전이 가능하도록 하는 3상 전원 유피에스 장치의 밧데리 충전제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 3상 전원 유피에스 장치는,
3상 4선식 입력전원을 입력받는 입력필터부와; 상기 입력필터부를 통해 입력된 3상 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류부와; 상기 정류부에서 출력되는 직류전원을 밧데리 수에 맞게 DC-DC 변환하여 밧데리에 충전시킴과 아울러 밧데리 전원을 출력하기 위한 DC-DC 쵸퍼부와; 상기 DC-DC 쵸퍼부를 통해 정류된 직류전원을 충전시킴과 아울러 정전시 전원을 출력하기 위한 밧데리와; 상기 정류부의 직류전원과 상기 DC-DC 쵸퍼부를 통해 출력되는 밧데리의 직류전원을 입력으로 받아 교류전원으로 변환하는 인버터부와; 상기 인버터부의 교류전원을 부하측으로 출력하는 출력필터부와; 상기 입력전원을 출력전원으로 바이패스 시키는 바이패스 스위치부와; 상기 정류부와, 상기 DC-DC 쵸퍼부와, 상기 인버터부 및 상기 바이패스 스위치부를 제어하여 정상적인 외부 전원 입력시 바이패스 스위치를 제어하여 입력전원이 바이패스되어 부하측에 직접 출력되도록 제어함과 아울러 입력전원을 직류전원으로 정류시켜 상기 밧데리에 충전시키고, 외부 전원 정전시 상기 밧데리 전원이 출력되도록 UPS 기능을 제어하되, 상기 밧데리의 수량 변동시, 상기 DC-DC 쵸퍼부를 제어하여 변동된 밧데리 수량에 따른 충전 전압으로 제어함과 아울러 변동된 밧데리의 충전전압을 입력으로 받아 정격 교류 전압으로 출력할 수 있도록 상기 인버터부의 PWM 제어를 하는 콘트롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 3상전원 유피에스의 밧데리 충전제어방법은, 유피에스의 밧데리 충전제어방법에 있어서, 상기 정류부의 출력을 DC-DC 변환하여 밧데리의 수에 따른 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 제어하여 충전을 제어하기 위한 DC-DC 쵸퍼부를 더 포함하여 구성하고,
상기 콘트롤러가, 밧데리의 충전전압 및 충전 전류를 감시하면서 상기 DC-DC쵸퍼부(60)를 통해 제어하여 밧데리의 충전제어를 하되, 유피에스 운전이 시작되면, 밧데리 수에 의거하여 충전 정격 전압 및 충전 정격 전류 설정하고, 충전 정격 전압의 112% 전압을 부동충전 전압으로, 충전 정격 전압의 120% 전압을 균등 충전 전압으로 설정하는 밧데리 수 설정단계와;
밧데리 충전이 시작되면, 설정된 밧데리 공칭 전압이 될 때까지 최대 충전전류의 20%로 충전 전류를 제어하면서 밧데리 상태를 정상화 시키는 충전 1단계 충전단계와;
상기 충전 1단계 충전단계(S20)에서 미리 설정된 일정 시간 동안 충전 전류 20%로의 충전이 안정적으로 지속되면, 상기 균등충전전압으로 최대충전전류의 100%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 1단 충전단계와;
상기 충전 2단계 1단 충전 진행중 충전최대전류가 80%이하가 되면, 균등충전전압으로 최대 충전 전류의 40%로 충전시키는 충전 2단계 2단 충전단계와;
상기 충전 2단계 2단 충전을 진행중, 충전전류가 전단(최대충전전류의 40%)의 80%이하가 되면, 균등충전전압으로 최대충전 전류의 20%로 충전시키는 충전 2단계 3단 충전단계와;
상기 충전 2단계 3단 충전 후 충전전류가 최대 충전전류 값의 10% 이하가 되면 균등충전 전압에서 부동충전전압으로 충전을 지속시키는 충전 3단계 부동 충전을 수행하도록 이루어짐에 특징이 있다.
이와 같이 본 발명은, 3상 전원 유피에스 장치에 있어서, 정류부의 출력단에 차지/디스차지 제어부를 구비하고, 밧데리 입력단에 DC-DC 쵸퍼부를 구비하여 밧데리 수 변동시 충전정격전압 및 전류를 설정하여 DC-DC쵸퍼부를 통해 충전전압을 제어함으로써 밧데리 수 변동에 따른 변동된 전압으로 충전시킬 수 있고 이에 맞게 인버터부를 제어하여 안정적인 운전이 가능해진다. 따라서 밧데리 일부 고장시 고장난 밧데리만을 제거하여 운전이 가능해지므로 밧데리를 전체 교체해야하는 부담을 줄이고 유지보수 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에서는 DC-DC쵸퍼부를 통해서 밧데리의 충전전압 및 충전 전류를 제어할 수 있기 때문에 충전 초기에는 밧데리 공칭전압으로, 20% 충전전류로 제어하여 밧데리를 안정화시키고, 이후 균등충전전압으로 충전전류를 3단으로 제어하면서 충전시킨 후 부동충전으로 유지하게 함으로써, 밧데리의 수명 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 3상 온라인 유피에스의 블록다이어그램
도 2는 본 발명에 의한 유피에스 장치의 블록다이어그램
도 3은 본 발명에 의한 유피에스 장치의 회로 블록다이어그램
도 4는 본 발명에 의한 밧데리 전압 제어 흐름도
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명에 의한 유피에스 장치의 블록다이어그램이고, 도 3은 본 발명에 의한 유피에스 장치의 회로 블록다이어그램이다. 이에 도시된 바와 같이, 3상 4선식 입력전원을 입력받는 입력필터부(10)와; 상기 입력필터부(10)를 통해 입력된 3상 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류부(20)와; 상기 정류부(20)에서 출력되는 직류전원을 밧데리 수에 맞게 DC-DC 변환하여 밧데리(70)에 충전시킴과 아울러 밧데리 전원을 출력하기 위한 DC-DC 쵸퍼부(60)와; 상기 DC-DC 쵸퍼부(60)를 통해 정류된 직류전원을 충전시킴과 아울러 정전시 전원을 출력하기 위한 밧데리(70)와; 상기 정류부(20)의 직류전원과 상기 DC-DC 쵸퍼부(60)를 통해 출력되는 밧데리의 직류전원을 입력으로 받아 교류전원으로 변환하는 인버터부(30)와; 상기 인버터부(30)의 교류전원을 부하측으로 출력하는 출력필터부(40)와; 상기 입력전원을 출력전원으로 직접 바이패스 시키거나 또는 상기 출력필터부(40)의 출력을 출력전원으로 출력하도록 스위칭하는 바이패스 스위치부(50)와; 상기 정류부(20)와, 상기 DC-DC 쵸퍼부(60)와, 상기 인버터부(30) 및 상기 바이패스 스위치부(50)를 제어하여 정상적인 외부 전원 입력시 바이패스 스위치를 제어하여 입력전원이 바이패스되어 부하측에 직접 출력되도록 제어함과 아울러 입력전원을 직류전원으로 정류시켜 상기 밧데리(70)에 충전시키고, 외부 전원 정전시 상기 밧데리(70) 전원이 출력되도록 UPS 기능을 제어하되, 상기 밧데리(70)의 수량 변동시, 상기 DC-DC 쵸퍼부(60)를 제어하여 변동된 밧데리 수량에 따른 충전 전압으로 제어함과 아울러 변동된 밧데리(70)의 충전전압을 입력으로 받아 정격 교류 전압으로 출력할 수 있도록 상기 인버터부(30)의 PWM 제어를 하는 콘트롤러(100)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 콘트롤러(100)는, 입력전원을 감시하여 상기 정류부(20) IGBT소자들의 게이트에 PWM 제어를 하는 정류기 콘트롤러(110)와, 밧데리 갯수에 따른 충전전압에 대응되게 상기 DC-DC 쵸퍼부(60)와 상기 인버터부(30)를 제어하는 DC/DC 쵸퍼 및 인버터 콘트롤러(120)와; 상기 바이패스 스위치(50)를 제어하는 스위치 드라이브(130)와, 통상의 UPS 운전에 따른 정보를 화면에 표시함과 아울러 키패드 또는 터치패널을 이용해 밧데리 수량 변동에 따른 운전조작을 하기 위한 디스플레이 터치패널(140)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 입력필터부(10)의 전단에는 입력 EMC필터(11)가 더 포함되어 설치되고, 상기 출력필터부(40)의 후단에는 출력 EMC필터(41)가 더 포함되어 구성되며, 전체 시스템 구성은 메인 케비넷과, 밧데리 케비넷으로 분리 설치된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 디지털 3상-3상 유피에스(UPS)로서 콘트롤러(100)에 소프트웨어화된 고효율, 고역률(99% 이상), 고기능 전-IGBT, DSP형 DC-버스 개념의 3상 입력-3상출력 온라인 유피에스이다. 고효율, 고역률 제어를 위해서 콘트롤러(100)에서 정류부(20)와 인버터부(30)의 PWM제어를 소프트웨어에 의해 구현하고, DC- 버스 개념으로 전원라인을 구성한 것이다. 이러한 구성은 본 출원인에 의해 선출원된 유피에스 특허들에 의해 제안되어 실용화되었으며, 본 발명에서는 밧데리 충전 전압을 필요에 따라 조절 즉, 밧데리 갯수를 필요에 따라 조절하여도 정상적으로 안정된 유피에스 기능으로 시스템이 운전될 수 있도록 하는 것이 가장 큰 특징이다.
정류부(20)는 단위 역률로 제어하며 시스템의 운전 주파수가 60Hz인지 50Hz 인지를 자동으로 판별하여 운전된다. 인버터부(30)의 입력전압인 직류전압을 공통 전압으로 고역률 3상 정류기를 독립적으로 제어한다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이 콘트롤러(100)를 정류기 콘트롤러(110)와, DC-DC 쵸퍼 및 인버터 콘트롤러(120)로 독립적으로 제어하는 것이며 각 콘트롤러를 DSP를 사용하므로써 고속제어가 가능하고 모든 기능이 소프트웨어화되어 있으며 시스템에 관련된 여러가지 변수들은 키보드를 이용하여 설정한다.
본 발명은 입력전원이 3상 380/220V 60Hz입력되면, 정류부(20)에서 760V 직류전원으로 변환되어 차지/디스차지 제어부(21)를 통해 DC-DC 쵸퍼부(60)에 입력되고, DC-DC 쵸퍼부(60)에서 밧데리(70)의 갯수에 맞는 직류전압으로 변환된다. 여기서 인버터부(30)에서 안정적인 교류 380V 출력을 얻기 위해서는 최소 210V 이상의 직류전압이 입력되어야 하므로 밧데리(70)에 충전되는 직류전압은 최소 360V ~ 240V를 유지해야 한다.
따라서 본 발명에서는 12V 밧데리를 사용하는 경우 최소 밧데리 수로는 20 ~ 30개의 밧데리를 사용할 수 있게 된다. 본 발명에서는 DC-DC 쵸퍼부(60)를 제어하여 정류부(20)에서 출력되는 직류전압의 레벨을 밧데리(70)의 수량에 따른 직류레벨로 제어하여 밧데리에 충전시키고, 밧데리의 충전 전압에 의거하여 인버터부(30)를 제어하여 원하는 정격 교류전압 출력을 얻을 수 있도록 운전한다.
따라서 정류부(20)의 출력인 760V직류전압에 맞추어서 12V 밧데리 60개를 반드시 사용해야하는 종래의 기술에 비해 본 발명에서는 밧데리수를 대폭 줄여서 운전이 가능해진다. 물론 밧데리 수량을 줄여서 운전하게 되면 유지시간이 줄어들게 되지만 시스템을 설치한 환경에 따라 유지시간을 길게 할 필요가 없는 경우도 있기 때문에 가장 효율적인 수의 밧데리를 장착하여 운전할 수 있게 된다.
한편, 유지시간을 길게 하기 위해서는, 종래기술과 같이 밧데리를 60개를 장착한 경우에 30개씩 두 그룹으로 나누어서 그룹을 병렬연결하여 사용하게 되면 기존의 60개를 직류 연결한 구성에 비해 더욱 장기간 안정적으로 운전이 가능해진다.
이와 같이, 본 발명에서는 정류부(20)의 출력단과 밧데리(70) 사이에 DC-DC쵸퍼부(60)를 구비하고, 콘트롤러(100)에서 밧데리 수에 맞는 직류레벨로 DC-DC 쵸퍼부(60)를 제어하여 직류레벨을 맞춘다. 아울러 밧데리(70)의 수에 따른 충전 직류 전압에 맞추어서 인버터부(30)의 IGBT게이트 제어를 PWM방식 제어에 의해 정격 교류출력전압(예; 380V)이 되도록 제어함으로서, 밧데리 수를 설치환경에 맞게 조절하여 운전 할 수 있고, 일부의 밧데리 불량시에 해당불량 밧데리만 제거한 후 나머지 밧데리로 정상적인 운전 유지가 가능하게 되어 밧데리 교체 비용을 대폭 줄일 수 있다. 즉, 종래기술과 같이 전체 밧데리를 교체하지 않고서 고장난 밧데리만을 제거한 상태로 정상운전이 가능하게 되므로, 나머지 정상적인 밧데리들이 정상 수명을 다 할때까지 사용할 수 있으므로 유지보수 비용을 대폭 줄일 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 상기 콘트롤러(100)에서 입력전압, 입력전류, 밧데리 충전 전압, 밧데리 충전 전류, 출력전압, 출력전류 등에 대해서 실시간 감시를 하면서 정류부(20)와, 인버터부(30)와, DC-DC 쵸퍼부(60)와, 차지/디스차지 제어부(21) 및 바이패스 스위치부(50)를 제어하여 유피에스 기능을 제어한다.
상기 콘트롤러(100)는, 시스템의 운전 주파수가 60Hz인지 50Hz인지를 선택한다. 그리고, 인버터 운전에 의하여 밧데리가 전부 방전되었다가 라인전압이 들어오게 되면 시스템을 자동으로 운전할 것인지를 선택한다. 에너지 절감(energy saving)을 위하여 정상적인 입력전압에서는 바이패스 운전을 하고 비정상 입력 전압에서만 인버터를 운전시키는 에너지 절감 운전을 선택할 수 있다. 에너지 절감 운전시 정상적인 입력전압 범위에서 저부하시 시스템의 효율을 높이기 위한 기능으로 바이패스 운전을 하게 된다. 저부하의 기준은 용량에 따라 다르며 절체 전력을 조정함으로서 변경할 수 있다. 바이패스 운전으로부터 인버터로의 역 절체는 정전 혹은 1.5배 이상의 라인 트랜스퍼 파워에 해당하는 부하시 수행된다.
도 4는 본 발명에 의한 밧데리 전압 제어 흐름도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 밧데리 충전은 3단계 - 3단 충전 제어를 한다. 먼저 밧데리 수에 의거하여 밧데리 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 자동 설정한다(S10). 밧데리 수의 변동시 이에 대응해서 밧데리 충전 정격 정압 및 전류를 설정하기 위한 것이다. 따라서 초기 운전 조건으로 360V전압을 충전할 수 있도록 밧데리를 설정하게 되면, 이에 대응해서 DC-DC 쵸퍼부를 제어하여 밧데리 충전 전압을 제어하게 된다. 이후 밧데리 수가 변동되면 변동된 밧데리 수에 맞는 정격 충전전압과 전류를 자동설정하여 밧데리수를 변동시킨 상태에서 정상 운전이 가능하도록 하는 것이다.
밧데리 충전 전압 제어는, DC-DC쵸퍼부(60)를 통해 제어하게 되며, 밧데리의 충전전압 및 충전 전류를 감시하면서 자동으로 제어하게 된다. 3단계- 3단 제어에 의해 이루어지며, 이는 밧데리의 수명 및 안정적인 충전을 위한 것이다.
본 발명에 의한 충전 제어방법은, 유피에스 운전이 시작되면, 밧데리 수에 의거하여 충전 정격 전압 및 충전 정격 전류 설정하고, 충전 정격 전압의 112% 전압을 부동충전 전압으로, 충전 정격 전압의 120% 전압을 균등 충전 전압으로 설정하는 밧데리 수 설정단계(S10)와; 외부전원 정전시 상기 밧데리에 충전된 전압을 인버터부를 통해 출력하여 유피에스 기능을 수행한 후, 외부전원 복귀시 밧데리 충전 제어를 수행하되, 미리 설정된 밧데리 공칭전압(밧데리 전압의 100% 전압)이 될 때까지 최대 충전전류(maximum charging current)의 20%로 충전 전류를 제어하면서 밧데리 상태를 정상화 시키는 충전 1단계 충전단계(S20)와; 상기 충전 1단계 충전단계(S20)에서 밧데리의 활성화를 위해 밧데리의 공칭전압까지 충전 전류 20%로의 충전이 안정적으로 지속되면, 상기 균등충전전압(충전정격 전압의 120% 전압)까지 최대충전전류의 100%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 1단 충전단계(S30)와; 상기 충전 2단계 1단 충전단계(S30)에서 균등충전전압까지 충전이 이루어진후 충전전류가 감소되어 최대충전전류의 80% 이하가 되면, 상기 균등충전전압으로 최대충전전류의 40%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 2단 충전단계(S40)와; 상기 충전 2단계 2단 충전단계(S40)에서 균등충전전압으로 충전이 진행중 충전전류가 감소되기 시작하여 전단(최대충전전류의 40%)의 80%이하가 되면, 상기 균등충전전압으로 최대충전전류의 20%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 3단 충전단계(S50)와; 상기 충전 2단계 3단 충전단계(S50)에서 균등충전전압으로 충전이 이루어진 후, 충전전류가 감소되기 시작하여 최대 충전전류의 10% 이하가 되면, 상기 균등충전전압에서 부동충전전압으로 충전을 제어하는 충전 3단계 부동충전단계(S60)를 수행한다.
한편, 충전전압은 온도보상 계수를 이용하여 온도보상을 하게 된다. 밧데리 방전 종지 전압까지 방전되어 인버터를 정지시킬 때 밧데리 저전압 경보를 발생시킨다. 밧데리 저전압 상태에서 밧데리 이상전압까지 하강하면 밧데리로부터 출력되는 전압에 의한 인버터부(30) 운전을 정지시킨다.
이와 같이 본 발명에서는 밧데리 충전 제어에 있어서, 충전 시작시 균등충전전압까지 충전전류 100%로 충전하던 종래 방식과는 달리 밧데리 안정화를 위하여 충전 1단계에서 공칭전압까지 최대충전전류 20%로 제어하여 충전을 시작하고, 일정시간(예; 1~2분)동안 안정된 충전이 이루어지게 되면, 충전 2단계 1단 충전으로 균등충전전압까지 최대충전전류 100%로 제어하여 충전시킨다. 이후, 균등충전전압으로 충전이 완료되면 서서히 충전 전류가 감소되므로 이를 체크하고 있다가 최대 충전전류 80%에 이르면, 충전 2단계 2단 충전제어로서 균등충전전압으로 최대충전전류 40%로 제어하여 과충전을 방지하게 된다. 그리고, 충전 2단계 2단 충전 제어후에 최대충전전류 20%로 충전 2단계 3단 충전제어를 하고, 이후 최대 충전전류 10% 이하로 떨어지게 되면 충전 3단계 부동충전으로 제어하여 부동충전 상태를 유지시킨다.
상기 부동충전전압으로 충전하는 충전 3단계 부동 충전단계(S60)는, 12V 밧데리를 충전하려면 평상시 13.5V로 충전하는데 이것을 부동 충전이라 하며, 이렇게 충전을 해야 12V를 정상적으로 사용할 수 있다. UPS는 전압을 일정하게 하면서 전류를 제한하는 방식이므로 평상시에는 12V당 13.5V로 충전한다. 밧데리 전압 240V ~ 360V일 때 부동충전 전압은 270~405V로 충전하는 것이다.
하지만 정전 등의 경우 밧데리가 방전하여 전압이 낮아진 경우 원하는 전압으로 충전하는데, 이때 전류가 제약된 전류보다 많이 흐르면 전압을 자동으로 낮추어 전류를 설정된 제한 전류로 충전한다. 충전이 시작하면 전류 량이 줄어드는데 부동 충전 전압까지 제한된 전류로 충전하면서 부동 충전을 하게 된다. 부동충전 전압까지 도달하면 그때부터 충전 전류가 줄어들기 시작하는데 충전이 완료되면 전류가 0 이 된다. 이에 대한 전압, 전류에 관한 충전 방식에 대한 관리가 밧데리 수명과 시스템의 안정을 좌우한다.
이와 같이 본 발명은, 밧데리 충전 전압을 3단계 3단 제어를 통해 제어하도록 함으로서, 밧데리의 과충전 및 과방전을 방지하고, 안정적인 수명 유지를 할 수 있도록 제어하며, 밧데리 수의 변동에 능동적으로 대처하여 충전제어를 수행한다. 즉, 밧데리의 수명을 늘리기 위해 급한 충전을 피하며, 사용하는데 지장이 없도록 하기 위하여 본 발명에서는 상기에서 설명한 3단계 3단 충전 방식을 사용하게 된다.
또한 본 발명의 콘트롤러(100)에서는 라인전압(입력전압) 모니터링에 의해 인버터 제어를 하게 되는데, 통상의 정격전압 및 정격 전류 입력 이외에도 라인전압의 주파수가 정격주파수에서 계통이상주파수 밖으로 벗어나게 되면 라인으로는 운전하지 않고 인버터부(30)를 동작시킨다. 라인 입력전압 검출시 계통이상전압의 경계치에서 2% 히스테리시스전압을 통하여 라인 운전조건의 빈번한 변화를 제거한다. 라인 입력전압이 비정상적인지를 검출하는데 있어 1.5msec 계통전압시정수를 사용하여 라인 입력전압의 감도를 저감한다.
10 : 입력필터부 20 : 정류부
30 : 인버터부 40 : 출력필터부
50 : 바이패스 스위치부 60 : DC-DC 쵸퍼부
70 : 밧데리 100 : 콘트롤러

Claims (3)

  1. 유피에스 장치에 있어서,
    3상 4선식 입력전원을 입력받는 입력필터부(10)와;
    상기 입력필터부(10)를 통해 입력된 3상 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류부(20)와;
    상기 정류부(20)에서 출력되는 직류전원을 밧데리 수에 맞게 DC-DC 변환하여 밧데리(70)에 충전시킴과 아울러 밧데리 전원을 출력하기 위한 DC-DC 쵸퍼부(60)와;
    상기 DC-DC 쵸퍼부(60)를 통해 정류된 직류전원을 충전시킴과 아울러 정전시 전원을 출력하기 위한 밧데리(70)와;
    상기 정류부(20)의 직류전원과 상기 DC-DC 쵸퍼부(60)를 통해 출력되는 밧데리의 직류전원을 입력으로 받아 교류전원으로 변환하는 인버터부(30)와;
    상기 인버터부(30)의 교류전원을 부하측으로 출력하는 출력필터부(40)와;
    상기 입력전원을 출력전원으로 직접 바이패스 시키거나 또는 상기 출력필터부(40)의 출력을 출력전원으로 출력하도록 스위칭하는 바이패스 스위치부(50)와;
    상기 정류부(20)와, 상기 DC-DC 쵸퍼부(60)와, 상기 인버터부(30) 및 상기 바이패스 스위치부(50)를 제어하여 정상적인 외부 전원 입력시 바이패스 스위치를 제어하여 입력전원이 바이패스되어 부하측에 직접 출력되도록 제어함과 아울러 입력전원을 직류전원으로 정류시켜 상기 밧데리(70)에 충전시키고, 외부 전원 정전시 상기 밧데리(70) 전원이 출력되도록 UPS 기능을 제어하되, 상기 밧데리(70)의 수량 변동시, 상기 DC-DC 쵸퍼부(60)를 제어하여 변동된 밧데리 수량에 따른 충전 전압으로 제어함과 아울러 변동된 밧데리(70)의 충전전압을 입력으로 받아 정격 교류 전압으로 출력할 수 있도록 상기 인버터부(30)의 PWM 제어를 하는 콘트롤러(100)를 포함하여 구성되되,
    상기 콘트롤러(100)는,
    입력전원을 감시하여 상기 정류부(20) IGBT소자들의 게이트에 PWM 제어를 하는 정류기 콘트롤러(110)와;
    밧데리 갯수에 따른 충전전압 및 충전전류에 대응되게 상기 DC-DC 쵸퍼부(60)와 상기 인버터부(30)를 제어하는 DC/DC 쵸퍼 및 인버터 콘트롤러(120)와;
    상기 바이패스 스위치(50)를 제어하는 스위치 드라이브(130)와;
    UPS 운전에 따른 정보를 화면에 표시함과 아울러 키패드 또는 터치패널을 이용해 밧데리 수량 변동에 따른 운전조작을 하기 위한 디스플레이 터치패널(140)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3상 전원 유피에스 장치.
  2. 삭제
  3. 3상 입력전원을 정류부를 통해 정류하여 밧데리에 충전시키고, 밧데리 전원을 인버터를 통해 교류전원으로 변환하여 출력하되, 콘트롤러에 의해 입력전원을 감시하여 입력전원을 출력전원으로 바이패스시켜 운전하거나 입력전원 이상 발생시 상기 밧데리의 충전전원을 인버터부를 통해 교류전원으로 변환하여 출력전원으로 출력하도록 제어하는 유피에스의 밧데리 충전제어방법에 있어서,
    상기 정류부의 출력을 DC-DC 변환하여 밧데리의 수에 따른 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 설정하여 충전을 제어하기 위한 DC-DC 쵸퍼부를 더 포함하여 구성하고, 상기 콘트롤러가, 밧데리의 충전전압 및 충전 전류를 감시하면서 상기 DC-DC쵸퍼부(60)를 통해 제어하여 밧데리의 충전제어를 하되,
    유피에스 운전이 시작되면, 밧데리 수에 의거하여 충전 정격 전압 및 충전 정격 전류 설정하고, 충전 정격 전압의 112% 전압을 부동충전 전압으로, 충전 정격 전압의 120% 전압을 균등 충전 전압으로 설정하는 밧데리 수 설정단계(S10)와;
    외부전원 정전시 상기 밧데리에 충전된 전압을 인버터부를 통해 출력하여 유피에스 기능을 수행한 후, 외부전원 복귀시 밧데리 충전 제어를 수행하되, 미리 설정된 공칭충전 전압(충전정격 전압의 100% 전압)이 될 때까지 최대 충전전류(maximum charging current)의 20%로 충전 전류를 제어하면서 밧데리 상태를 정상화 시키는 충전 1단계 충전단계(S20)와;
    상기 충전 1단계 충전단계(S20)에서 미리 설정된 일정 시간 동안 충전 전류 20%로의 충전이 안정적으로 지속되면, 상기 균등충전전압(충전정격 전압의 120% 전압)까지 최대충전전류의 100%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 1단 충전단계(S30)와;
    상기 충전 2단계 1단 충전단계(S30)에서 균등충전전압까지 충전이 이루어진후 충전전류가 감소되어 최대충전전류의 80% 이하가 되면, 상기 균등충전전압으로최대충전전류의 40%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 2단 충전단계(S40)와;
    상기 충전 2단계 2단 충전단계(S40)에서 균등충전전압으로 충전이 이루어진후, 충전전류가 감소되기 시작하여 전단(최대충전전류의 40%)의 80%이하가 되면, 상기 균등충전전압으로 최대충전전류의 20%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 3단 충전단계(S50)와;
    상기 충전 2단계 3단 충전단계(S50)에서 균등충전전압으로 충전이 이루어진 후, 충전전류가 감소되기 시작하여 최대 충전전류의 10% 이하가 되면, 상기 균등충전전압에서 부동충전전압으로 충전을 제어하는 충전 3단계 부동충전단계(S60)를 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 3상 전원 유피에스의 밧데리 충전제어방법.
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