KR101081583B1 - 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르는 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치는 각각의 부하를 갖는 2개의 전원부를 구성하는 회로에서 고품질의 전원을 필요로 하는 중요설비부하를 선택적 서브전원부하로 특정하고, 이 부하에 대하여는 전원을 이중화하여 공급하는 구조로 1개의 정류부와 2개의 인버터를 포함하는 구조로 구성된 2개의 전원부로서 제작비용이 절감되고, 배터리도 효율적으로 사용할 수 있게 되는 것은 물론, 안정적이고 고품질, 고효율의 이중화 방식의 무정전 전원장치를 구축한다.

Description

단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치{ A uninterruptible power supply }

본 발명은 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 메인(main)전원 및 서브 (sub)전원의 이중화된 무정전 전원공급장치로 구성되어 선택적 부하에 보다 안정적으로 고품질의 전원을 공급할 수 있는, 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치에 관한 것이다.

일반적으로, 무정전 전원 장치인 유피에스(UPS:Uninterruptible Power Supply)는 공급되는 상용전원에 정전이 발생하거나, 순간정전의 발생 혹은 전압변동이 발생하는 경우에 대비하여 배터리에 저장되어 있는 직류전원을 인버터를 통해 교류전원으로 변환시킨 다음 부하(Load)측에 교류 전원을 공급하는 전원공급 장치로서 부하측의 동작에 연속성 및 안정성을 유지시키고, 전원을 관리하고 제어하며, 예기치 못한 정전으로부터 시스템 다운을 방지 및 보호하는 무정전비상전원장치로서의 기능이 주였으나, 고정밀의 디지털계측장비, 대형컴퓨터시스템, 대용량 데이터처리장치, 산업용 및 정밀의료용 기록계 등 전기품질에 민감한 전자장비를 다루는 산업현장이나 공공기관에서는 전원전압의 교란이 발생하면 입출력장치의 오동작 및 프로그램의 오동작으로 인하여 심각한 문제가 발생할 수 있는바, 비상전원으로서의 기능 이외에도 안정적인 전기품질의 확보 측면에서 무정전전원공급장치의 사용이 확대되는 추세에 있다.

이러한 관점에서 종래에 주로 채용되는 무정전전원공급방식에는 핫스탠드바이시스템(Hot stand-by system) 방식과 패러랠시스템(Parallel system) 방식이 있으나 이 방식들에는 각각의 한계가 있어왔다.

즉, 핫스탠드바이시스템 방식은, 도 1에 나타내는 바와 같이 1대의 메인 유피에스(UPS1)가 전체부하를 담당하고, 나머지 1대의 서브유피에스(UPS2)는 메인전원부의 바이패스 입력측에 연결되어 무부하 상태로 운전되다가 부하를 담당하고 있는 메인전원부가 고장시에는 무부하 상태로 운전중인 서브유피에스가 부하를 담당하는 구조로 2대의 동일용량 유피에스가 결합 된 방식으로서, 메인전원부 고장 시 서브유피에스가 부하에 전원을 공급하며, 과부하운전시에는 메인전원부의 부하량이 1대의 정격용량을 초과시에는 서브유피에스(Stand-by UPS)까지 바이패스(By-pass) 전원으로 절체됨에 따라 정전시 유피에스의 기능을 상실하게 되는 치명적인 단점이 있으며, 축전지의 운용은 두 대의 유피에스에서 정류부를 모두 구동하여 각각의 축전지를 충전하는 구조이며, 메인 유피에스 및 서브 유피에스의 고장 시 고장 난 유피에스의 축전지를 활용하는 것이 불가능한 단점이 있다.

한편, 패러렐시스템 방식은, 도 1에서 보는 바와 같이 2대의 유피에스의 출력단이 서로 공통(common)으로 결선 된 상태로 부하를 담당하고 있으며, 1 대가 고장 시에는 나머지 1 대가 전체 부하를 담당하게 되어 있으며, 2대 이상의 유피에스가 병렬운전되므로 운전중 부하량이 1대의 정격용량을 초과해도 운전에는 문제가 없으나, 입력전력용량이 더 많이 필요하게 되고, 출력단이 서로 연결되어 있으므로 다른 유피에스에서 사고유피에스로 사고전류를 공급하게 되며, 이로 인해 유피에스가 모두 소손될 우려가 있으며 2대의 유피에스에서 정류부를 개별구동하여 각각의 충전지를 충전하는 구조로서 해당 유피에스 고장 시 핫스텐드바이시스템 처럼 축전지의 활용이 불가능한 단점이 있다. 이 방식은 동일용량 유피에스를 2대를 제작하는 비용에 병렬연결반을 구성하는 비용이 추가되어 설치에 많은 비용이 소요되는 단점도 있다.

본 발명에서는, 상기의 문제점들을 해결하기 위해 1개의 정류부와 2개의 인버터를 사용하는 유피에스를 구성하여 상기 무정전전원장치로서의 기능을 수행하고 축전지도 효과적으로 사용할 수 있는 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치는, 유피에스 한 대를 제작하는 개념으로 1개의 정류부와 2개의 인버터로 구성하고, 중요한 부하 설비에만 유피에스 전원을 선택적으로 이중화하여 공급하는 방식으로서, 메인전원부의 부하가 메인전원부의 출력단에 연결되고, 메인전원부의 인버터 고장시 또는 정전시에는 바이패스 전원으로 무순단 절체되어 상용전원을 공급받고, 서브전원의 바이패스(Bypass)회로가 서브전원부의 무순단동기절체스위치의 바이패스회로 연결부에 연결되고, 서브전원부가 서브전원 부하에 전원을 공급중에 서브전원부의 인버터에 고장이 발생시에는 메인전원부의 출력 전원이 선택적 부하인 서브전원의 부하에 이중화 방식으로 공급되며, 서브전원부의 부하량이 공급용량을 초과할 경우에는, 서브전원부의 인버터에 내장된 제어부의 제어로 바이패스회로로 절체되어 메인전원부의 인버터출력을 서브전원 부하에 공급함으로써 문제가 해소됨과 아울러 서브전원부의 과부하운전 중 정전시에도 서브전원부의 축전지의 전원공급에 의하여 정상적인 전원의 공급이 가능하게 됨으로써 안정적인 무정전 전원장치의 기능을 수행하게 된다.

또한, 본 발명의 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치는 1개의 정류부 출력단에 2개의 블로킹 다이오드를 연결하여 메인전원부 및 서브전원부에 연결된 축전지를 동시에 충전하는 구조이며, 별도의 차단기를 부착하여 메인전원부 또는 서브전원부의 인버터 고장 시 해당 축전지의 차단기를 조작하여 상대방 전원부로 연결함으로써 고장 난 전원부의 축전지를 추가로 사용할 수 있는 구조로 되어 있어 축전지를 효율적으로 사용할 수 있으면서도 중요설비에만 전원을 이중화하는 구조로서 1개의 정류부와 2개의 인버터를 포함하는 구조로 구성하여 2개의 전원부가 통합된 1대의 통합된 유피에스를 제작하므로 저비용, 고효율 및 소형, 경량화가 가능하게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르는 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치는 중요설비부하를 서브전원부하로 하여 선택적으로 전원을 이중화하는 구조로 1개의 정류부와 2개의 인버터를 포함하는 구조로 구성된 2개의 전원부로서 제작비용이 절감되고, 배터리도 효율적으로 사용할 수 있게 되는 것은 물론, 안정적이고 고효율의 이중화 방식의 무정전 전원장치를 구축하는 효과가 있다.

도 1은 핫스탠드바이시스템(Hot Stand-By System)방식의 이중화 무정전 전원장치 회로도
도 2는 패러랠시스템방식(Parallel System)의 이중화 무정전 전원장치 회로도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치의 회로도

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치는, 유피에스 한 대를 제작하는 개념으로 2개의 인버터와 공통으로 연결되는 1개의 정류부로 구성되어 중요한 부하 설비에만 유피에스 출력전원을 선택적으로 이중화하여 공급하는 방식이다.

본 발명의 일실시예에 따른 단일 정류부(2)를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치는, 메인전원부 부하(11)가 메인전원부(A)의 출력단에 연결되고, 바이패스(Bypass)회로(15)가 무순단동기절체스위치(17)의 바이패스회로측 접점단자(17a)에 연결되어 있다.

서브전원부(B)가 서브전원부부하(19)에 전원을 공급 중에 고장이 발생할 시에는, 서브전원부 무순단동기절체스위치(17)가 바이패스회로(15)에 절체되어 메인전원부(A)의 인버터(7)출력전원이 서브전원부 부하(19)에 공급되는 이중화 제어방식으로서, 서브전원부(B)의 부하량이 초과 될 경우에도 서브전원부 무순단동기절체스위치(17)가 바이패스회로(15)로 절체되어 메인전원부(A)의 인버터(7)출력을 서브전원부(B)의 부하에 공급함으로써 정전시에도 정상적인 전원의 공급이 가능하게 되는 것이며, 메인전원부(A)의 인버터(7)가 고장 시에는 메인전원부 무순단동기절체스위치(9)의 절체과정을 거쳐 바이패스회로(6)가 메인전원부(A) 부하(11)에 전원을 무순단으로 공급하게 되며, 필요시에는 메인전원부(A)의 축전지(5)의 전원 송전용 차단기(4)를 온(ON)으로 수동전환하여 메인전원부(A)의 축전지(5)가 서브전원부(B)에 전원을 공급하게 되는 것이다.

또한, 1개의 정류부(2)로부터 출력된 직류전원이 메인전원부(A) 및 서브전원부(B)에 각각 연결된 2대의 축전지(5,14)를 동시에 충전하는 구조이며, 별도의 차단기(4,13)를 부착하여 메인전원부(A) 또는 서브전원부(B)의 고장 시 해당 축전지 측의 차단기(4,13)를 조작하여 고장 난 유피에스부의 축전지를 정상작동되는 전원부의 전원으로 추가공급할 수 있는 구성으로 되어 있으며 이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명인 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치의 회로도로서 각 메인전원부(A)와 서브전원부(B)의 연결상태를 나타내고 있다.

본 발명인 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치는 외부 전원에 연결되어 정류부(2)에 공급하는 전원을 제어하는 전원차단기 (1)와, 상기 전원차단기(1)의 출력부에 연결되어 교류를 직류로 변환하는 정류부(2)와, 상기 정류부(2)와 직류를 교류로 변환하는 인버터 (7) 및 직류전기를 저장하여 필요 시 방전시킴으로써 전원을 공급하는 메인전원부의 축전지(5)를 연결하는 메인전원부 블록킹다이오드 (Blocking Diode)(3)와 그블록킹다이오드에 병렬로 연결되어 메인전원부 인버터(7) 고장 시 수동으로 조작되어 메인전원부의 축전지(5)전원을 서브전원부(B)에 공급하는 차단기(4)와, 상기 블록킹다이오드(3) 및 차단기(4)의 출력단에 연결된 메인전원부의 축전지(5) 및 인버터(7)와 상기 인버터(7)의 출력단과 연결되고 바이패스 회로(6)에 연결되어 인버터(7)고장 시 무순단으로 바이패스회로(6)에 절체하는 메인전원부 무순단동기철체스위치(9)에 의하여 메인전원부 부하(11)에 전원을 공급하는 메인전원부(A)와, 상기 정류부(2)의 출력부에 메인전원부(A)의 블킹다이오드(3) 및 차단기(4)와 병렬로 연결된 서브전원부의 블록킹다이오드(12)와 그 블록킹다이오드에 병렬로 연결되어 인버터(16)고장 시 축전지(14)전원을 메인전원부에 공급하는 차단기(13)와, 상기 블록킹다이오드(12) 및 차단기(13)의 출력부에 축전지(14)와 인버터(16)가 연결되고, 인버터(16)의 출력단과 바이패스회로(15)에 연결되어 인버터(16)가 고장 시, 메인전원부 부하(11) 전원의 입력단과 연결된 바이패스회로(15)에 절체하는 무순단동기절체스위치(17)에 의하여 항상 인버터(16)출력전원이 이중화된 선택적 부하(19)에 공급되는 서브전원부 (B)로 구성되며, 상기 메인전원부 부하(11)와 서브전원부의 부하(19)는 각각 비상시 외부의 상용전원인 비상전원(10)과 연결할 수 있는 비상전원용 차단기(8, 18)와 연결되어 있다.

상기 무정전전원장치가 정상동작일 때에는, 입력 전원차단기(1)에서 인가된 교류입력 전원이 정류부(2)에 의하여 직류전원으로 변환되고, 변환된 직류전원은 메인전원부(A)의 다이오드(3)를 거쳐 메인전원부의 축전지(5)에 축전되고, 메인전원부의 축전지(5)와 병렬연결된 인버터(8)에서 교류전원으로 변환된 후 메인전원부 무순단동기절체스위치(9)를 거쳐서 메인전원부 부하(11)에 전원을 공급하고, 이와 동시에 정류부(2)에 의하여 정류된 직류전원은 서브전원부(B)의 블록킹다이오드(12)를 통하여 서브전원부(B)의 축전지(14)에도 축전되고 축전지(14)와 병렬연결된 인버터(16)에서 교류전원으로 변환된 후 무순단동기절체스위치(17)를 거쳐서 선택적 부하인 서브전원부 부하(19)에 전원을 공급하며, 이때 각각의 바이패스전원(6),(15)은 무순단동기절체스위치 (9,17)에 의하여 오프(OFF)상태로 운영된다.

서브전원부(B)의 인버터(16)에 이상이 발생하면, 서브전원부(B)의 무순단동기절체스위치(17)의 바이패스회로 접점단자(17a)가 바이패스회로(15)에 절체되어 메인전원부(A)의 인버터(7) 출력전원이 서브전원부 부하(19)에 전원으로 공급되고, 이때 서브전원부(B)측의 블록킹다이오드(12)와 병렬로 연결되어 있는 차단기(12)를 온(ON)으로 수동전환 함으로써 서브전원부(B)의 축전지(14)가 메인전원부(A)와 연결되어 전원공급이 개시되게 됨으로써 서브전원부 부하(19)는 이러한 이중화된 무정전전원장치를 통하여 비상시에도 고품질의 전원을 공급받게 된다.

또한, 메인전원부(A)의 인버터(7)에 이상이 발생하면, 메인전원부(A)의 무순단동기절체스위치(9)의 바이패스회로(6)측 접점(9a)이 바이패스회로(7)에 절체되어 메인전원부의 부하(11)전원으로 공급되고, 이때 메인전원부(A)의 블록킹다이오 드(3)와 병렬로 연결되어 있는 차단기(4)를 온(ON)으로 수동전환 함으로써 메인전원부의 축전지(5)가 서브전원부(B)와 연결되어 서브전원부 부하(19)에 전원공급이 개시되게 된다. 즉 이중화된 무정전전원장치의 선택적 부하가 아닌 메인전원부(A)의 부하(11)는 메인전원부(A)의 인버터(7)고장 시 바이패스회로 (6)에 의하여 인버터 출력 전원이 아닌 일반 상용전원을 공급받게 되는 것이다.

또한, 서브전원부 부하(19)가 용량을 초과하면, 서브전원부의 인버터(16)에 내장된 제어부(미도시)에 의하여 서브전원부(B)측의 무순단동기절체스위치(17)의 바이패스회로측 접점단자(17a)가 바이패스회로(15)에 절체되어 메인전원부(A)의 인버터(7) 출력전원이 서브전원부 부하(19)에 공급되는 방식으로 메인전원부(A)의 인버터 출력전원이 서브전원부 부하(19)에 무순단 공급되게 됨으로써 서브전원부의 부하(19)에 안정적인 전원이 공급되며, 이때 정전이 발생해도 메인전원부의 축전지(5) 전원에 의하여 서브전원부 부하(19)는 안정적인 전원공급을 공급 받는 것이 가능하게 되는 것이다.

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이 발명의 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치는 일반적인 유피에스제조공장에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

A : 메인전원부 B : 서브전원부
1 : 전원차단기 2 : 정류부 3 : 메인전원부 블록킹다이오드
4 : 메인전원부의 축전지를 서브전원부용축전지로 전환하는 차단기
5 : 메인전원부의 축전지 6 : 메인전원부의 바이패스회로
7 : 메인전원부의 인버터
8 : 메인전원부가 완전고장 시 한전전원으로 절체해 주기 위한 비상전원용 차단기
9: 메인전원부 무순단동기절체스위치
9a: 메인전원부 무순단동기절체스위치의 바이패스회로측 접점단자
9b: 메인전원부 무순단동기절체스위치의 인버터측접점단자
10: 비상라인(Emergency Line)으로서 유피에스 고장에 의한 수리작업시 또는
점검시 부하에 전원을 공급하는 전원선
11: 메인전원부 부하 (단일 유피에스전원공급부하)
12: 서브전원부 블로킹다이오드
13: 서브전원부 축전지를 메인전원부용으로 전환하는 차단기
14: 서브유피에스 축전지
15: 서브전원부 바이패스회로
16: 서브전원부 인버터 17: 서브전원부 무순단동기절체스위치
17a: 서브전원부 무순단동기절체스위치의 바이패스측접점단자
17b: 서브전원부의 무순단동기절체스위치의 인버터측접점단자
18: 서브전원부가 완전고장 시 상용전원으로 절체해주기 위한 비상전원용 차단기
19: 서브전원부 부하 (이중화된 유피에스전원공급부하)

Claims (1)

1. 단일 정류부와 2개의 인버터를 이용하여 유피에스(UPS : uninterruptible power supply)를 구성하는 회로구성에 있어서,
   외부 전원에 연결되어 정류부(2)에 공급하는 전원을 제어하는 전원차단기 (1);
   상기 전원차단기(1)의 출력부에 연결되어 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부(2);
   상기 정류부(2)의 출력부와, 직류를 교류로 변환하는 메인전원부의 인버터(7) 및 직류전원을 저장하고 정전 시 또는 상기 인버터(7) 고장 시 방전시킴으로써 메인전원부(A)의 정전보상용 전원공급기능과 서브전원부(B)에 전원을 공급하는 기능을 수행하는 메인전원부의 축전지(5)를 병렬로 연결하는 메인전원부 블로킹다이오드 (Blocking Diode)(3)와, 그 블로킹다이오드(3)에 병렬로 연결되어 상기 인버터(7) 고장 시 수동으로 조작되어 메인전원부의 축전지(5) 전원을 서브전원부(B)에 공급하는 차단기(4)와, 그 일단이 상기 블로킹다이오드(3)의 출력단에 연결된 상기 인버터(7)의 출력단과 연결되고, 또 다른 일단은 비상전원(10)과 상기 메인전원부의 무순단절체스위치(9)의 바이패스측 접점단자(9a)에 연결된 메인전원부의 바이패스 회로(6)에 연결되어, 평상시에는 상기 인버터(7)의 출력 전원을 공급하다가 상기 인버터(7)고장 시 또는 정전 시에 무순단으로 바이패스회로(6)에 절체하는 무순단동기절체스위치(9)에 의하여 메인전원부 부하(11)에 바이패스 전원을 공급하는 메인전원부(A);
   상기 정류부(2)의 출력부와 직류를 교류로 변환하는 서브전원부의 인버터(16) 및 직류전원을 저장하고 정전시 또는 상기 인버터(16) 고장 시 방전시킴으로써 서브전원부(B)의 정전보상용 전원공급 기능과 메인전원부(A)에 전원을 공급하는 기능을 수행하는 서브전원부의 축전지(14)를 병렬로 연결하는 서브전원부의 블로킹다이오드(12)와 그 블로킹다이오드(12)에 병렬로 연결되어, 상기 인버터(16)고장 시 서브전원부의 축전지(14) 전원을 메인전원부의 인버터(7)에 공급하게 하는 서브전원부의 차단기(13)와, 그 일단이 상기 블로킹다이오드(12)의 출력단에 연결된 상기 인버터(16)의 출력단과 연결되고, 또 다른 일단은 메인전원부(A)의 인버터(7) 출력전원과 연결된 바이패스회로(15)에 연결되어, 평상시에는 서브전원부 인버터(16)의 출력전원을 공급하다가 상기 인버터(16) 고장 시 또는 서브전원부 부하(19)의 과부하시에는 메인전원부 부하(11)전원의 입력단과 연결된 상기 바이패스회로(15)에 절체하는 서브전원부의 무순단동기절체스위치(17)에 의하여 메인전원부의 인버터(7) 출력전원이 이중화된 선택적 부하인 서브전원부의 부하(19)에 공급되도록 하는 서브전원부(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치.

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