KR101021598B1 - 순간정전 보상장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 순간정전 보상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 순간정전 보상장치의 내부에 구비된 대용량 콘덴서를 급속충전시킴과 동시에 돌입전류에 대한 안전제어 수단이 부가된 순간정전 보상장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 순간정전 보상장치는 입력(INPUT)에 연결되어 교류전류를 직류전류로 바꾸는 제1 정류기와; 상기 제1 정류기의 출력단에 연결되며 상기 제1 정류기에서 출력된 직류전류를 인가받아 교류전류로 변환하여 이를 출력(OUTPUT)에 공급하는 인버터와; 그 출력단이 상기 제 1 정류기와 상기 인버터 사이에 연결되어 정전시 충전전류를 상기 인버터에 방출하는 하이캡(HY-CAP)과; 상기 하이캡과 상기 인버터 사이에 직렬연결되어 상기 하이캡의 충전전류를 검출하는 SH1(shunt)과; 상기 제1 정류기와 상기 하이캡 사이에 상기 제1 정류기와 병렬연결되어 상기 하이캡 양단의 충전전압을 검출하는 전압검출기와; 상기 입력과 저항R1 사이에 연결되어 상기 하이캡을 충전시키는 제2 정류기 및; 상기 인버터와 상기 출력 사이에 연결된 동기절체스위치로 구성되며; 상기 하이캡은 충전 초기시, 충전용량이 상기 제1 정류기의 1/5의 용량인 상기 제2 정류기에 의해 충전되기 시작해 초기충전시 돌입전류가 방지되며, 만충전 전압의 1/3 정도가 충전되면, 상기 제1 정류기에 의해 급속충전되는 급속 이중화 충전 기능을 갖춘 것을 특징으로 한다.
본 발명의 순간정전 보상장치는 이중화된 충전방식으로 하이캡을 충전함으로써, 충전시간이 단축되고, 이로 인해 반복적인 순간정전에 대비할 수 있다. 또한, 본 발명의 순간정전 보상장치는 초기 충전시 발생하는 돌입전류를 제어하여 순간정전 보상장치의 고장을 방지하고 이 보상장치를 채용한 산업용 전기 기기의 망실을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 순간정전 보상장치는 회로가 간단해지고 충전장치가 소형화되어, 이를 채용한 산업용 전기 기기의 사이즈가 콤팩트해질 수 있다.
Figure R1020090022127
하이캡, 순간정전 보상, 급속충전, 돌입전류, 동기절체스위치

Description

순간정전 보상장치{DEVICE OF VOLTAGE COMPENSATION FOR A MOMENTARY POWER FAILURE}
본 발명은 순간정전 보상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 순간정전 보상장치의 내부에 구비된 대용량 콘덴서를 급속충전시킴과 동시에 돌입전류에 대한 안전제어 수단이 부가된 순간정전 보상장치에 관한 것이다.
최근 산업현장에서의 전력은 그 신뢰성이 매우 높으나, 그럼에도 불구하고 순시전압저하 및 순간정전이 종종 발생하게 되어 생산제품들 중 불량품을 발생시키거나 생산라인의 가동을 중단케 하여 막대한 손실을 초래하는 경우가 생긴다. 이러한 순간적인 불안정 상태는 전력계통상의 단락사고, 낙뢰 및 대용량 부하(load)의 스위칭 등으로 인하여 발생 되며, 전력계통상 이러한 비정상적인 전력품질 상태의 지속시간은 일반적으로 1초 이하이며, 그 이상의 시간이 지속 된다면 영구정전으로 간주하고 기기들은 정지되어야 한다.
대부분의 산업용 장비는 그 기계적 속성과 전기적 관성으로 인하여 순간정전 을 견딜 수 있으나 릴레이(Relays), 스타터(starters), 마이크로콘트롤러(Micro controllers)등은 수 사이클의 극히 짧은 순간에 발생하는 제어전원의 전압저하(voltage-sag/Dip)에 의해 망실된다. 따라서, 이러한 전력장애에 대비하여 전력이 끊기더라도 지속적으로 전원을 공급 받을수 있도록 대체전원으로 전환해주는 순간정전 보상장치(UPS:Uninterruptible Power Supply)가 소개된 바 있다.
상기 순간정전 보상장치는 평상시 배터리에 저장된 에너지를 사용해 짧은 시간의 순간정전, 전압강하와 같은 전원장애로부터 전기 및 전자설비들을 보호하고 순간정전시간 동안에도 정격 제어전원을 부하(load)에 연속 공급하여 설비가 정상으로 가동될 수 있게 하기 위하여 발명된 것이다.
이러한 종래의 순간정전 보상장치의 구성이 도 1에 도시되었다.
도 1을 참조하면, 종래의 순간정전 보상장치는 상용전원(100)에 연결되어 교류전류를 직류전류로 바꾸는 정류기(200)와, 상기 정류기(200)의 출력단에 연결되며 상기 정류기(200)에서 출력된 직류전류를 인가받아 교류전류로 변환하여 이를 상기 부하(700)에 공급하는 인버터(300)와, 그 출력단이 상기 정류기(200)와 상기 인버터(300) 사이에 연결되어 정전시 충전전류를 상기 인버터(300)에 방출하는 축전지(410)와, 상기 축전지(410)와 상기 인버터(300) 사이에 순방향으로 연결되어 비정전시에 상기 정류기(200)에서 출력된 전류가 상기 축전지(410)로 유입되는 것을 막으며 정전시에는 상기 축전지(410)의 전원이 상기 인버터(300)로 흐르도록 구비된 블로킹 다이오드(500)와, 그 입력단이 상기 상용전원(100)과 연결되며 그 출력단이 상기 축전지(410)와 상기 블로킹 다이오드(500) 사이에 연결되어 교류전류를 직류전류로 변환하며 그 전류량을 점진적으로 증가시켜 상기 축전지(410)에 충전전류를 공급하는 정류충전회로(600)로 구성된다. 또한, 상기 부하(700) 및 상기 인버터(300) 사이에 연결되는 제1 스위치(910)와, 상기 상용전원(100) 및 상기 인버터(300) 사이에 연결되는 제2 스위치(920)를 포함하는 동기절체스위치(900)가 더 구비되어, 상기 인버터(300)의 출력전류가 출력되면 상기 제2 스위치(920)는 불통전 되고 상기 제1 스위치(910)는 통전되며, 상기 인버터(300)의 출력전류가 끊기면 즉시 상기 제2 스위치(920)가 통전되어 상기 부하(700)에 전류가 공급되도록 구성된다.
그런데, 이와 같은 순간정전 보상장치는 인버터(300)와 축전지(410) 사이에 블로킹 다이오드(500)를 연결하여 비정전시에 정류기(200)에서 출력되는 전류가 상기 축전지(410)로 유입되는 것을 차단하는 한편 정전시에는 축전지(410)에서 상기 인버터(300)로 전류가 흐르도록 구성되었기에, 하나의 정류기(즉, 정류충전회로(600)의 정류기)에서 출력되는 하나의 전원만이 축전지(410)를 충전시키고 있다. 따라서, 순간정전시 전원이 입전되어 충전되는 충전의 속도가 늦어지고, 이로 인해 반복적인 순간정전에 대비할 수 없다는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 종래의 순간정전 보상장치는 초기 충전시 발생하는 돌입전류를 제어하기 위한 수단이 없어, 돌입전류 발생으로 인한 순간정전 보상장치의 고장과 이 보상장치를 채용한 산업용 전기 기기의 수명에 악영향을 끼친다는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 종래의 순간정전 보상장치에서는 블로킹 다이오드를 채용한 별 도의 충전장치가 충전 전용으로만 용량이 설정되기에, 충전장치의 용량이 커진다는 문제점이 있었다(즉, 충전장치의 용량이 상용전원(메인 용량)과 거의 동일해야 한다).
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 순간정전시 전원이 입전되어 충전되는 충전의 속도가 신속해져 충전시간이 단축되고, 이로 인해 반복적인 순간정전에 대비할 수 있는 순간정전 보상장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 초기 충전시 발생하는 돌입전류를 제어하여 순간정전 보상장치의 고장을 방지하고 이 보상장치를 채용한 산업용 전기 기기의 망실을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 순간정전 보상장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 블로킹 종래의 다이오드를 채용한 별도의 충전장치를 구비한 순간정전 보상장치에 비해 회로가 간단해지고 충전장치가 소형화되어, 이를 채용한 산업용 전기 기기의 사이즈가 콤팩트해 지는 순간정전 보상장치를 제공함에 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 순간정전 보상장치는 입력(INPUT)에 연결되어 교류전류를 직류전류로 바꾸는 제1 정류기와; 상기 제1 정류기의 출력단에 연결되며 상기 제1 정류기에서 출력된 직류전류를 인가받아 교류전류로 변환하여 이를 출력(OUTPUT)에 공급하는 인버터와; 그 출력단이 상기 제 1 정류기와 상기 인버터 사이에 연결되어 정전시 충전전류를 상기 인버터에 방출하는 하이캡(HY-CAP)과; 상기 하이캡과 상기 인버터 사이에 직렬연결되어 상기 하이캡의 충전전류를 검출하는 SH1(shunt)과; 상기 제1 정류기와 상기 하이캡 사이에 상기 제1 정류기와 병렬연결되어 상기 하이캡 양단의 충전전압을 검출하는 전압검출기와; 상기 입력과 저항R1 사이에 연결되어 상기 하이캡을 충전시키는 제2 정류기 및; 상기 인버터와 상기 출력 사이에 연결된 동기절체스위치로 구성되며; 상기 하이캡은 충전 초기시, 충전용량이 상기 제1 정류기의 1/5의 용량인 상기 제2 정류기에 의해 충전되기 시작해 초기충전시 돌입전류가 방지되며, 만충전 전압의 1/3 정도가 충전되면, 상기 제1 정류기에 의해 급속충전되는 급속 이중화 충전 기능을 갖춘 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동기절체스위치는 상기 출력과 상기 인버터 사이에 연결되는 제1 스위치 및; 상기 입력과 상기 인버터 사이에 연결되는 제2 스위치로 구성되어, 상기 인버터의 출력전류가 출력되면 상기 제2 스위치는 불통전되고 상기 제1 스위치가 통전되어 상기 출력에 전류가 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압검출기는 상기 하이캡 양단의 충전 전압을 검출하는 것을 특징으로 한다.
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상술한 바와 같이, 본 발명의 순간정전 보상장치는 이중화된 충전방식으로 하이캡을 충전함으로써, 충전시간이 단축되고, 이로 인해 반복적인 순간정전에 대비할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 순간정전 보상장치는 초기 충전시 발생하는 돌입전류를 제어하여 순간정전 보상장치의 고장을 방지하고 이 보상장치를 채용한 산업용 전기 기기의 망실을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 순간정전 보상장치는 회로가 간단해지고 충전장치가 소형화되어, 이를 채용한 산업용 전기 기기의 사이즈가 콤팩트해 진다는 이점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 순간정전 보상장치를 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.
도 2는 본 발명에 따른 순간정전 보상장치의 개념을 도시한 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 순간정전 보상장치는 입력(INPUT)에 연결되어 교류전류를 직류전류로 바꾸는 제1 정류기(200)와, 상기 제1 정류기(200)의 출력단에 연결되며 상기 제1 정류기(200)에서 출력된 직류전류를 인가받아 교류전류로 변환하여 이를 출력(OUTPUT)에 공급하는 인버터(300)와, 그 출력단이 상기 제 1 정류기(200)와 상기 인버터(300) 사이에 연결되어 정전시 충전전류를 상기 인버터(300)에 방출하는 대용량 콘덴서(400, 이하, "하이캡(HY-CAP)"이라 칭함)과, 상기 하이캡(400)과 상기 인버터(300) 사이에 직렬연결되어 상기 하이캡(400)의 충전전류를 검출하는 SH1(shunt, 210)와, 상기 제1 정류기(200)와 상기 하이캡(400) 사이에 상기 제1 정류기(200)와 병렬연결되어 상기 하이캡(400) 양단의 충전전압을 검출하는 전압검출기(220)와, 상기 입력과 저항R1(240) 사이에 연결되어 교류전류를 직류전류로 바꾸어 상기 하이캡(400)을 충전시키는 제2 정류기(230)와, 상기 인버터(300)와 상기 출력 사이에 연결된 동기절체스위치(900)로 구성된다.
도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 순간정전 보상장치의 회로동작을 살펴보면 다음과 같다. 정상동작시, 입력과 저항R1(240) 사이에 연결된 제2 정류기(230)에 의해, 상기 입력을 통한 입전시 노타임으로 하이캡(400)이 충전되기 시작한다. 이와 동시에 입력을 통한 입전이 제1 정류기(200)에 인가되는데, 상기 제1 정류기(200)는 자신과 직렬연결된 SH1(210)을 통해 하이캡(400)의 충전전류를 검출하기 시작하고 동시에 인버터(300)에 직류전류를 공급한다. 이 후 제1 정류기(200)에 병 렬연결된 전압검출기(220)에 의해 상기 하이캡(400)의 충전전압을 검출하여 만충전 전압의 1/3 정도가 충전되면, 상기 전압검출기(220)에 의해 자신과 병렬연결된 상기 제1 정류기(200)를 동작시켜 상기 하이캡(400)을 계속해서 충전시키며, 상기 SH1(210)을 통해 하이캡(400)의 충전전류를 검출하여 상기 하이캡(400)의 충전용량에 적정한 충전전류로 충전시키는 동시에 계속해서 상기 인버터(300)에 직류전류를 공급한다. 이때, 상기 제2 정류기(230)는 설정전압의 차이로 인해 자동적으로 동작이 중지된다.
그런데, 제2 정류기(230)는 충전용량이 제1 정류기(200)의 1/5의 용량으로 초기충전시 돌입전류를 방지하여 상기 제1 정류기(200)가 하이캡(400)을 급속충전시킬 수 있게 보조 역할을 함으로써 기기의 안전성을 향상시킴과 동시에 기존의 불로킹 다이오드를 부착한 충전장치에 비하여 회로가 간단해지고 충전장치가 소형화되어, 이를 채용한 산업용 전기 기기의 사이즈가 콤팩트해지는 이점이 있다. 여기서, 급속충전의 의미는 짧은 시간 반복적인 백업(BACK-UP)에 약정된 시간동안 무순단으로 부하에 전원을 공급하는데 도움을 줄 수 있음을 의미한다.
또한, 인버터(300)와 출력 사이에는 상기 출력과 상기 인버터(300) 사이에 연결되는 제1 스위치(910)와, 상기 입력과 상기 인버터(300) 사이에 연결되는 제2 스위치(920)를 포함하는 동기절체스위치(900)가 연결되어, 상기 인버터(300)의 출력전류가 출력되면 상기 제2 스위치(920)는 불통전되고 상기 제1 스위치(910)는 통전되며, 상기 인버터(300)의 출력전류가 끊기면 즉시 상기 제2 스위치(920)가 통전되어 상기 출력에 전류가 공급되도록 구성된다.
또한, 상기 동기절체스위치(900)는 순간정전 보상장치가 고장을 일으켜 상기 인버터(300)에서 출력되는 전원공급이 차단될 경우를 대비해 만든 스위치로써 두 개의 싸이리스터가 상호 역병렬로 결합되어 두 쌍 즉, 제1 스위치(910)와 제2 스위치(920)를 이루는 무접점스위치이다. 상기 제1 스위치(910)는 입력과 출력 사이에 연결되며, 다른 한 쌍은 상기 인버터(300)와 상기 출력 사이에 연결되어 기기가 정상적으로 작동시에는 인버터(300)의 전류가 상기 출력에 그대로 공급되고, 기기 자체의 고장시에는 상기 입력)으로 그 전원이 대체되도록 동기화되어 동작함으로 단전피해가 발생하는 것을 막게 된다.
따라서, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 순간정전 보상장치는 초기충전시, 제1 정류기(200) 보다 용량이 1/5인 제2 정류기(220)로 하이캡(400)을 충전시키고, 그 후 용량이 큰 상기 제1 정류기(200)로 상기 하이캡(400)을 급속충전시키도록 구성함으로써, 초기충전시 돌입전류의 발생을 제어하고, 그 후 급속충전이 가능해짐으로써, 출력에 한층 더 안정적인 전압이 공급된다. 따라서, 순간적인 전압변화에 민감한 반도체설비, 컴퓨터시스템과 같은 제어기기에 안정적인 전원이 공급되게 함으로 오작동을 일으키거나 시스템이 다운되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 순간정전시 전원이 입전되어 충전되는 충전의 속도가 신속해져 충전시간이 단축되고, 이로 인해 반복적인 순간정전에 대비할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 종래의 순간정전 보상장치에 비해 회로가 간단해지고, 충전장치가 소형화되어, 이를 채용한 산업용 전기 기기의 사이즈가 콤팩트해질 수 있다는 이점이 있다. 그에 더해서, 상기 하이캡(400)의 수명이 연장됨으로 유지보수가 용이하고 하이캡(400) 의 수리에 따른 비용이 절감되는 장점이 있다. 또한, 상기 인버터(300)의 전력공급이 끊길 경우 상기 동기절체스위치(900)가 상기 입력에 연결되게 구성함으로써, 예기치 않은 기기의 고장에도 대비하여 출력에 전원공급이 끊기는 것을 방지함으로 전기 및 전자설비를 이중으로 보호할 수 있는 장점이 있다. 그에 더해, 각 스위치들의 접점이 바뀔 때 동기절체스위치(900)에서 출력되는 전원의 위상이 상기 입력과 완전히 일치되도록 동기화시킴으로써 출력에는 조금도 위상의 변화가 없는 전원이 공급되는 장점이 있다.
상술한 실시예의 경우 동기절체스위치(900)의 구성을 두 개의 싸이리스터를 역병렬로 배치한 두 쌍의 스위치로 구성하였으나, 그 외의 다른 방법 역시 가능할 것이다. 예를 들어, 별도로 설계된 스위칭회로를 구성하는 것도 가능하며, 마그네틱스위치 또는 접점이 있는 릴레이로 구성하는 것도 가능할 것이다. 또한, 당업자의 필요에 따라 스위치를 여러 단계 더 배치하여 3중 또는 4중의 전원 백업시스템을 구성하는 것도 가능할 것이다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 순간정전 보상장치를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 순간정전 보상장치를 도시한 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200: 제1 정류기 210: SH1
220: 전압검출기 230: 제2 정류기
240: 저항 ` 300: 인버터
400: 하이캡 800: 자동전압조정기
900: 동기절체스위치

Claims (5)

  1. 입력에서의 입전의 정전시 미리 충전된 충전전원을 출력에 일시적으로 공급하는 순간정전 보상장치에 있어서,
    입력(INPUT)에 연결되어 교류전류를 직류전류로 바꾸는 제1 정류기와;
    상기 제1 정류기의 출력단에 연결되며 상기 제1 정류기에서 출력된 직류전류를 인가받아 교류전류로 변환하여 이를 출력(OUTPUT)에 공급하는 인버터와;
    그 출력단이 상기 제 1 정류기와 상기 인버터 사이에 연결되어 정전시 충전전류를 상기 인버터에 방출하는 하이캡(HY-CAP)과;
    상기 하이캡과 상기 인버터 사이에 직렬연결되어 상기 하이캡의 충전전류를 검출하는 SH1(shunt)과;
    상기 제1 정류기와 상기 하이캡 사이에 상기 제1 정류기와 병렬연결되어 상기 하이캡 양단의 충전전압을 검출하는 전압검출기와;
    상기 입력과 저항R1 사이에 연결되어 상기 하이캡을 충전시키는 제2 정류기 및;
    상기 인버터와 상기 출력 사이에 연결된 동기절체스위치로 구성되며;
    상기 하이캡은 충전 초기시, 충전용량이 상기 제1 정류기의 1/5의 용량인 상기 제2 정류기에 의해 충전되기 시작해 초기충전시 돌입전류가 방지되며, 만충전 전압의 1/3 정도가 충전되면, 상기 제1 정류기에 의해 급속충전되는 급속 이중화 충전 기능을 갖춘 것을 특징으로 하는 순간정전 보상장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 동기절체스위치는 상기 출력과 상기 인버터 사이에 연결되는 제1 스위치 및;
    상기 입력과 상기 인버터 사이에 연결되는 제2 스위치로 구성되어, 상기 인버터의 출력전류가 출력되면 상기 제2 스위치는 불통전되고 상기 제1 스위치가 통전되어 상기 출력에 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 순간정전 보상장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전압검출기는 상기 하이캡 양단의 충전전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 순간정전 보상장치.
  4. 삭제
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