KR101117250B1 - 삼상 전력 제어 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

삼상 전력 제어 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

시스템에 초기 전원을 인가 시 발생하는 돌입 전류를 제한함과 동시에 운전 도중 장애 발생 시 전원과 부하 사이의 전원을 차단하여 기기 세트의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 삼상 전력 제어 시스템 및 그 제어방법을 개시한다.
개시된 발명은 삼상 전원을 정류하기 위한 삼상 정류부, 상기 삼상 전원을 상기 정류부에 공급 또는 차단하는 제1접속부, 상기 삼상 정류부의 전원을 공급받아 충전하는 충전부, 상기 제1접속부를 바이패스 하여 상기 삼상 전원을 상기 충전부에 제공하기 위한 바이패스 회로, 및 상기 바이패스 회로에 위치하는 전류제한소자 및 제2접속부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

삼상 전력 제어 시스템 및 그 제어방법{Three-Phase Power Control System And Control Method Thereof}
도 1은 일반적인 삼상 전력 제어 시스템의 전기 회로이다.
도 2는 기존의 인버터를 이용하여 대전력용으로 사용하는 삼상 전력 제어 시스템의 전기 회로이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 전기 회로이다.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 전기 회로이다.
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 전기 회로이다.
도 6은 본 발명의 제4실시 예에 따른 전기 회로이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
100-1 : 삼상 전원 200-1 : 제1접속부
300-1 : 삼상 정류부 400-1 : 제어부
500-1 : 전류 제한 소자 600-1 : 제2접속부
700-1 : 인버터 800-1 : 비엘디씨 모터
본 발명은 삼상 전력 제어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼상 전원을 정류하여 부하에 공급하기 위한 삼상 전력 제어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
삼상 전력 제어 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 삼상 교류 전원을 다이오드 정류 회로를 통하여 직류 전원을 변환하여 기기 세트의 부하(La)에 제공하기 위한 것으로, 삼상 전원(10)을 공급 또는 차단하는 제1접속부(20), 삼상 정류부(30), 전류제한소자(50), 제2접속부(60), 분배 저항(R1)(R2), 및 캐패시터(C1)(C2)를 구비한다. 그리고 제1접속부(20)의 접점들을 온, 오프하기 위한 제1구동부(21)와 제2접속부(60)의 접점을 온, 오프하기 위한 제2구동부(61), 이들 각 구동부(21)(61)를 제어하는 제어부(40)를 구비한다.
초기 전원 인가 시 제어부(40)가 제1접속부(20)의 접점을 온시키면 삼상 정류부(30)의 다이오드(D1,D2,D3)를 통하여 전류가 흐르며, 이때 제2접속부(60)의 접점은 오프된다. 이에 따라 다이오드를 통하여 흐르는 전류가 전류제한소자(50)를 거쳐 캐패시터(C1)(C2)에 흐르는 충전 전류 패스(pass)가 형성되고, 초기 전원 인가 시 발생하는 돌입 전류는 전류제한소자(50)에 의해 제한된다. 이러한 전류 제한 동작은 캐패시터에 완전 충전할 때 까지 지속한다.
이후 기기 세트를 운전하는 경우 제어부(40)가 제2구동부(61)를 제어하여 운전 전류가 제2접속부(60)의 접점을 통하여 흐르게 하여 기기 세트가 안정적으로 동작하도록 한다.
기기 세트를 정지하는 경우 또는 운전 장애가 발생하는 경우 제어부(40)는 제 1접속부(20)의 접점들과 제2접속부(60)를 통한 전원 공급을 차단한다.
도 1에 따른 삼상 전력 시스템은 돌입전류의 제한 기능과 전원 차단 기능을 수행하는데 지장이 없으나, 운전 전류가 제2접속부(60)의 접점을 통하여 공급되기 때문에, 대용량이고 고가의 제2접속부(60)을 사용하여야 하는 부담이 따른다. 또한 전류제한소자(50)에 제2접속부(60)를 병렬 연결한 구성을 적용하고 있어서 제2접속부의 접점을 구동하기 위한 여자 코일에 이상이 생길 경우 접점이 오프되며 이 때문에 전류제한소자(50)로 과도 전류가 흐르게 되므로 발열에 의한 기기 세트의 신뢰성을 보장하기 어렵다.
도 2는 인버터를 이용하여 대전력용으로 사용하는 경우의 삼상 전력 제어 시스템으로서, 도 1과 유사한 구성에 대해서는 간략하게 설명한다. 도2의 삼상 전력 제어 시스템은 도 1의 구성과 대비하여 볼 때 제2접속부를 구비하지 않고, 전류제한소자(51)가 제1접속부(20)에 병렬 연결된 것이 특징이다.
초기 전원 인가 시 제1접속부(20)가 오프되어, 전류가 전류제한소자(51)를 거쳐서 삼상 정류부(30)와 캐패시터(C1)(C2)를 흐르는 충전 전류 패스를 형성한다. 캐패시터 완전 충전된 후, 기기 세트를 운전하기 위하여 제어부(40)가 제1구동부(21)의 제어하여 제1접속부(20)의 접점을 온하면 운전전류가 접점을 통하여 흐르고 인버터(70)를 거쳐 비엘디씨 모터(80)에 공급된다. 제어부(40)는 위상검출기(90)의 출력에 기초하여 인버터(70)를 제어하여 모터를 구동한다.
도 2에 따른 삼상 전력 시스템은 제1접속부에 병렬 연결된 전류제한소자에 의해 돌입전류를 제한하는 기능을 수행하는데 지장이 없으나, 운전 도중 장애가 발생 하는 경우 전원과 모터가 분리되지 않으므로 기기 세트의 안전성 및 신뢰성을 보장하기 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 초기 전원을 인가 시 발생하는 돌입 전류를 제한함과 동시에 운전 장애 발생 시 전원과 부하 사이의 전원을 차단하여 기기 세트의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 삼상 전력 제어 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 삼상 전원을 이용하여 부하를 제어하기 위한 삼상 전력 제어 시스템에 있어서, 상기 삼상 전원을 정류하기 위한 삼상 정류부; 상기 삼상 전원을 상기 정류부에 공급 또는 차단하는 제1접속부; 상기 삼상 정류부의 전원을 공급받아 충전하는 충전부; 상기 제1접속부를 바이패스 하여 상기 삼상 전원을 상기 충전부에 제공하기 위한 바이패스 회로; 및 상기 바이패스 회로에 위치하는 전류제한소자 및 제2접속부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전류제한소자 및 상기 제2접속부는 직렬 연결한다.
상기 시스템의 각 동작조건에 따라 상기 제1 및 제2접속부를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 동작 조건은 상기 전원을 상기 부하에 공급하지 않는 대기 상태, 상기 전원을 초기 인가하여 상기 충전부에서 충전하는 과도 상태, 상기 부하에 운전 전류를 공급하는 정상 운전 상태, 및 운전 도중 장애가 발생하는 장애 발생 상태를 포함한다.
상기 과도 상태인 경우, 상기 제어부는 상기 제1접속부에서 전원을 차단시킴과 동시에 상기 제2접속부를 통해서 상기 전원을 상기 충전부에 공급한다.
상기 충전부에서 충전 완료할 때 까지 상기 전류제한소자가 돌입 전류를 제한한다.
상기 정상 운전 상태인 경우, 상기 제어부는 상기 제2접속부에서 전원을 차단시킨 후 상기 제1접속부를 통하여 전원을 공급한다.
상기 장애 발생 상태인 경우, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2접속부에서 전원을 차단한다.
상기 과도 상태인 경우, 상기 제어부는 상기 제2접속부 및 상기 삼상 정류부를 통해서 상기 전원을 상기 충전부에 공급한다.
상기 바이패스 회로는 상기 삼상 전원의 어느 하나의 전원을 제공하는 전기선이다.
상기 바이패스 회로에 위치하여 역방향 전류를 차단하는 다이오드를 더 포함한다.
상기 바이패스 회로는 상기 삼상 전원의 어느 하나의 상전원과 상기 충전부 사이를 연결한다.
상기 바이패스 회로는 상기 삼상 전원의 어느 하나의 상전원과 상기 삼상 정류부의 복수 다이오드 중 어느 하나의 다이오드 사이를 연결한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 삼상 전원과 상기 삼상 전원을 정류 하기 위한 삼상 정류부와, 상기 삼상 전원을 상기 정류부에 공급 또는 차단하는 제1접속부와, 상기 삼상 정류부의 전원을 공급받아 충전하는 충전부와, 상기 제1접속부를 바이패스 하여 상기 삼상 전원을 상기 충전부에 제공하기 위한 바이패스 회로를 구비하는 삼상 전력 제어 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 시스템의 동작 조건을 판단하는 단계; 및 상기 동작 조건에 따라 상기 제1접속부 또는 상기 바이패스 회로 중 어느 하나를 통하여 상기 삼상 전원을 상기 충전부 또는 상기 부하에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 삼상 전력 제어시스템의 전기 회로로서, 기존과 동일 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 간략하게 설명하고 특징적 구성을 중심을 설명한다.
도 3을 참고하여, 본 발명의 시스템은 삼상 전원을 공급 또는 차단하는 제1접속부(200-1), 그 접속부의 접점들을 온 또는 오프하는 제1구동부(210-1), 삼상 다이오드(D1~D6)를 구비하여 입력 교류 전원을 정류하는 삼상 정류부(300-1), 정류된 전원을 평활하기 위한 캐패시터(C1)(C2), 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 비엘디씨 모터(800-1)에 인가하기 위한 인버터(700-1), 직렬 연결된 캐패시터(C1)(C2)에 전압을 균등하게 배분하기 위한 분배저항(R1)(R2), 위상검출기(900-1),그리고 제1구동부(210-1)를 통하여 제1접속부(200-1)를 제어하고 위상검출기의 출력에 따라 인버터(700-1)를 제어하는 제어부(400-1)을 포함한다.
또한 도 3의 시스템은, 기존 도 2의 구성과 차별되는 특징으로, 제1접속부(200-1)를 바이패스 하여 전원을 캐패시터에 공급하기 위한 바이패스 전기선(EL1), 이 바이패스 전기선(EL1)에 전류제한소자(500-1)와 제2접속부(600-1)를 직렬 연결한다. 전류제한소자(500-1)는 소정 저항값을 갖는 저항으로 구현한다. 바이패스 전기선(E-1)은 일단이 전원의 N상에 연결되고 타단이 캐패시터(C1)(C2)의 접속점(N4)에 연결한다. 제2접속부(600-1)는 제2구동부(610-1)에 의하여 접점을 온 또는 오프한다.
전원을 공급하지 않는 대기 상태인 경우, 제어부(400-1)의 제어에 의하여 제1접속부(200-1)의 접점들과 제2접속부(600-1)의 접점은 오프되며, 전원과 부하는 분리되어 전원이 차단된다.
초기 전원을 인가하는 과도 상태인 경우, 제어부(400-1)의 제어에 의하여 제1접속부(200-1)의 접점들은 오프하고 제2접속부(600-1)의 접점은 온한다. 이에 따라 삼상 전원(100-1)의 T상으로부터 삼상 정류부(30)의 접점(N3)과 다이오드(D3), 캐패시터(C1), 제2접속부(610-1), 전류제한소자(500-1), 삼상 전원(100-1)의 N상으로 된 충전 전류 패스가 형성되어, 캐패시터(C1)의 충전이 이루어진다. 삼상 전원(100-1)의 T상과 N상의 극성이 바뀌면 캐패시터(C2)가 충전되고, 이렇게 극성의 반전에 따라 직렬 연결된 캐패시터(C1)(C2)에서 번갈아 충전이 이루어진다. 이러한 충전 동작에서 발생하는 돌입 전류는 전류제한소자(500-1)에 의해 제한된다.
부하측 비엘디씨 모터(800-1)를 운전하는 경우, 제어부(400-1)의 제어에 의하여 제2접속부(600-1)의 접점을 오프함과 동시에 제1접속부(200-1)의 접점들을 통 하여 운전 전류가 삼상 정류부(300-1)에 의해 정류된 후 인버터(700-1)에서 교류 전력으로 변환 된 후 비엘디씨 모터(800-1)에 공급되도록 한다.
한편 운전 도중 장애가 발생하는 경우, 제어부(400-1)의 제어에 의하여 제1접속부(200-1)의 접점들과 제2접속부(600-1)의 접점은 오프되며, 전원과 부하는 분리되어 전원이 차단된다.
이와 같은 각각의 동작 조건에 따른 제1 및 제2접속부와 전원의 상태는 다음의 표1과 같다.
[표1]
Figure 112005045475307-pat00001
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 삼상 전력 제어시스템의 전기 회로로서, 도 3의 삼상 전력 제어 시스템의 일부 구성을 변형한 것으로, 삼상 전원(100-2), 제1접속부(200-2), 제1구동부(210-2), 삼상 정류부(300-2), 캐패시터(C1)(C2), 인버터(700-2), 분배저항(R1)(R2), 위상검출기(900-2), 비엘디씨 모터(800-1) 그리고 제1구동부(210-2)를 통하여 제1접속부(200-2)를 제어하고 위상검출기의 출력에 따라 인버터(700-2)를 제어하는 제어부(400-2)를 포함하는 구성은 제1실시 예와 유사하다.
또한 제1접속부(200-2)를 바이패스 하여 전원을 캐패시터에 공급하기 위한 바이패스 전기선(EL2), 이 바이패스 전기선(EL2)에 전류제한소자(500-2)와 제2접속부(600-2)를 직렬 연결하는 구성 역시 제1실시 예와 유사하다.
다만, 바이패스 전기선(E-2)은 일단이 전원의 S상에 연결되고 타단이 캐패시터(C2)의 접속점(N5) 즉 인버터(700-2)의 음극(-)에 연결하며, 삼상 정류부(300-2)의 음극(-)의 접속점(N6)과 인버터(700-2)의 음극(-)의 접속점(N5)이 제1제속부(200-2)의 남은 하나의 접점을 사용하여 서로 연결하는 것은 제1실시 예의 구성과 다르다.
제2실시 예의 구성에 따르면, 바이패스 전기선(E2)이 제1접속부(200-2)를 바이패스 하여 전원을 캐패시터측으로 공급하고 있으므로, 각각의 동작 조건에 대응하는 제1접속부와 제2접속부의 상태, 전류제한소자에 의한 돌입 전류의 제한 및 장애 발생 시 삼상 전원과 부하 사이의 전원 차단은 표1과 같다.
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 삼상 전력 제어시스템의 전기 회로로서, 도 3의 삼상 전력 제어 시스템의 일부 구성을 변형한 것으로, 삼상 전원(100-3), 제1접속부(200-3), 제1구동부(210-3), 삼상 정류부(300-3), 캐패시터(C1)(C2), 인버터(700-3), 분배저항(R1)(R2), 위상검출기(900-3), 비엘디씨 모터(800-3) 그리고 제1구동부(210-3)를 통하여 제1접속부(200-3)를 제어하고 위상검출기의 출력에 따라 인버터(700-3)를 제어하는 제어부(400-3)를 포함하는 구성은 제1실시 예와 유사하다.
또한 제1접속부(200-3)를 바이패스 하여 전원을 캐패시터에 공급하기 위한 바이패스 전기선(EL3), 이 바이패스 전기선(EL3)에 전류제한소자(500-3)와 제2접속 부(600-3)를 직렬 연결하는 구성 역시 제1실시 예와 유사하다.
다만, 바이패스 전기선(E-3)은 일단이 전원의 S상에 연결되고 타단이 캐패시터(C2)의 접속점(N5) 즉 인버터(700-3)의 음극(-)에 연결하며, 역전류를 방지하기 위한 다이오드(620-3)를 제2접속부(610-3)와 접점(N5) 사이에 직렬 연결하는 것은 제1실시 예의 구성과 다르다. 역전류 방지용 다이오드(620-3)에 의해 캐패시터가 한쪽 방향으로 충전이 된다.
제3실시 예의 구성에 따르면, 바이패스 전기선(E3)이 제1접속부(200-3)를 바이패스 하여 전원을 캐패시터측으로 공급하고 있으므로, 각각의 동작 조건에 대응하는 제1접속부와 제2접속부의 상태, 전류제한소자에 의한 돌입 전류의 제한 및 장애 발생 시 삼상 전원과 부하 사이의 전원 차단은 표1과 같다.
도 6은 본 발명의 제4실시 예에 따른 삼상 전력 제어시스템의 전기 회로로서, 도 3의 삼상 전력 제어 시스템의 일부 구성을 변형한 것으로, 삼상 전원(100-4), 제1접속부(200-4), 제1구동부(210-4), 삼상 정류부(300-4), 캐패시터(C1)(C2), 인버터(700-4), 분배저항(R1)(R2), 위상검출기(900-4), 비엘디씨 모터(800-4) 그리고 제1구동부(210-4)를 통하여 제1접속부(200-4)를 제어하고 위상검출기의 출력에 따라 인버터(700-4)를 제어하는 제어부(400-4)를 포함하는 구성은 제1실시 예와 유사하다.
또한 제1접속부(200-4)를 바이패스 하여 전원을 캐패시터에 공급하기 위한 바이패스 전기선(EL4), 이 바이패스 전기선(EL4)에 전류제한소자(500-4)와 제2접속부(600-4)를 직렬 연결하는 구성 역시 제1실시 예와 유사하다.
다만, 바이패스 전기선(E-4)은 일단이 전원의 S상에 연결되고 타단이 삼상 정류부(300-4)의 어느 하나의 다이오드 예를 들어 다이오드(D2)(D5)의 접속점(N2)에 연결하는 것은 제1실시 예의 구성과 다르다.
제4실시 예의 구성에 따르면, 바이패스 전기선(E4)이 제1접속부(200-4)를 바이패스 하여 삼상 정류부(300-4)을 거쳐 전원을 캐패시터측으로 공급하고 있으므로, 각각의 동작 조건에 대응하는 제1접속부와 제2접속부의 상태, 전류제한소자에 의한 돌입 전류의 제한 및 장애 발생 시 삼상 전원과 부하 사이의 전원 차단은 표1과 같다.
이상과 같이 본 발명은 제1접속부를 바이패스하여 전원을 캐패시터에 공급하기 위한 바이패스 전기선에 전류제한소자 및 제2접속부를 직렬 연결하는 구성을 가지고 있으며, 각각의 동작 조건에 따라 접속부들의 접점을 온 또는 오프할 수 있어서 초기 전원 인가 시 발생하는 돌입 전류를 제한함과 동시에 운전 중 장애 발생 시 부하 측으로 전원이 공급되지 않도록 전원 차단할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 시스템을 채용하는 기기 세트의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (14)

  1. 삼상 전원을 이용하여 부하를 제어하기 위한 삼상 전력 제어 시스템에 있어서,
    상기 삼상 전원을 정류하기 위한 삼상 정류부;
    상기 삼상 전원을 상기 정류부에 공급 또는 차단하는 제1접속부;
    상기 삼상 정류부의 전원을 공급받아 충전하는 충전부;
    상기 제1접속부를 바이패스 하여 상기 삼상 전원의 어느 하나의 전원을 상기 충전부에 제공하기 위한 바이패스 회로; 및
    상기 바이패스 회로에 위치하는 전류제한소자 및 제2접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전류제한소자 및 상기 제2접속부는 직렬 연결하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 시스템의 각 동작조건에 따라 상기 제1 및 제2접속부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 동작 조건은 상기 전원을 상기 부하에 공급하지 않는 대기 상태, 상기 전원을 초기 인가하여 상기 충전부에서 충전하는 과도 상태, 상기 부하에 운전 전류를 공급하는 정상 운전 상태, 및 운전 도중 장애가 발생하는 장애 발생 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 과도 상태인 경우, 상기 제어부는 상기 제1접속부에서 전원을 차단시킴과 동시에 상기 제2접속부를 통해서 상기 전원을 상기 충전부에 공급하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 충전부에서 충전 완료할 때 까지 상기 전류제한소자가 돌입 전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 정상 운전 상태인 경우, 상기 제어부는 상기 제2접속부에서 전원을 차단시킨 후 상기 제1접속부를 통하여 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 장애 발생 상태인 경우, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2접속부에서 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  9. 제4항에 있어서, 상기 과도 상태인 경우, 상기 제어부는 상기 제2접속부 및 상기 삼상 정류부를 통해서 상기 전원을 상기 충전부에 공급하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 바이패스 회로에 위치하여 역방향 전류를 차단하는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 바이패스 회로는 상기 삼상 전원의 어느 하나의 상전원과 상기 충전부 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 바이패스 회로는 상기 삼상 전원의 어느 하나의 상전원과 상기 삼상 정류부의 복수 다이오드 중 어느 하나의 다이오드 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템.
  14. 삼상 전원과 상기 삼상 전원을 정류하기 위한 삼상 정류부와, 상기 삼상 전원을 상기 정류부에 공급 또는 차단하는 제1접속부와, 상기 삼상 정류부의 전원을 공급받아 충전하는 충전부와, 상기 제1접속부를 바이패스 하여 상기 삼상 전원의 어느 하나의 전원을 상기 충전부에 제공하기 위한 바이패스 회로를 구비하는 삼상 전력 제어 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 시스템의 동작 조건을 판단하는 단계; 및
    상기 동작 조건에 따라 상기 제1접속부 또는 상기 바이패스 회로 중 어느 하나를 통하여 상기 삼상 전원을 상기 충전부 또는 부하에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 전력 제어 시스템의 제어방법.
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