KR101233544B1 - 동적 순간전압강하 보상장치 - Google Patents

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Abstract

동적 순간전압강하 보상장치는 제1동작신호를 수신하는 입력 단자를 구비하고, 상기 제1동작신호는 전선-중립부하 전압을 갖는다. 상기 제1동작신호는 출력 단자를 통해 부하에 제공된다. 조정기 모듈은 정류기와, 저장 유닛, 및 인버터 절환장치를 구비한다. 상기 정류기는 전선간 입력신호를 정류하고, 상기 저장 유닛은 정류된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지를 저장하는데 이용되고, 그리고 상기 인버터 절환장치는 저장 에너지를 사용하여 적어도 순간전압강하의 일 부분 중에 보상 신호를 발생하는데 이용된다. 조정기 모듈과 전기통신을 하는 주입 변압기는 보상 신호의 전압을 낮추는데 사용된다. 바이패스 스위치는 주입 변압기가 우회되도록 정상 동작상태 동안에는 폐쇄 위치에 있고, 그리고 주입 변압기에 전류가 통하도록 적어도 순간전압강하의 일 부분 동안에는 개방 위치에 있다.
동적 순간전압강하, 전선간 전압, 전선-중립부하 전압, 조정기 모듈, 정류기, 주입 변압기, 바이패스 스위치, 저장 유닛, 인버터 절환장치, 강압 변압기.

Description

동적 순간전압강하 보상장치{DYNAMIC VOLTAGE SAG CORRECTION}
본 발명은 일반적으로 동적 순간전압강하 보상에 관한 것이다. 특히, 본원은 복수개의 입력전압을 사용하는데 적합한 동적 순간전압강하 보상장치의 kVA 용량의 최적한 이용을 위한 장치와 방법에 관한 것이다.
AC전력 시스템을 통해 전력을 수용하는 전기부하(electrical load)는 일반적으로 실제 공급 입력전압이 정격 공급 입력전압(rated supply input voltage)의 대략 10% 내에 있을 때에 안정적으로 동작하도록 설계된다. 순간전압강하(voltage sag or dip)는 실제 공급 입력전압이 정격 공급 입력전압의 대략 90% 미만으로 있는 rms AC전압의 일시적인 감소를 가리킨다. 동적 순간전압강하 보상장치는 부하에 공급되는 전압 입력신호의 일시적인 순간전압강하를 보상할 수 있는 장치를 가리킨다. 순간전압강하는 설비 내의 대형 부하의 기동, 회로 고장, 전력 회사(utility company)에서의 문제, 발전기가 갖는 문제, 또는 그외 여러 다른 이유로 발생할 수 있다. 동적 순간전압강하 보상장치는 일반적으로 입력 전압과 부하 사이에 삽입되고, 거의 동시적으로 보상 신호를 공급하게 이루어진 회로요소와 논리(logic)의 조합을 포함한다.
전통적인 동적 순간전압강하 보상장치는 장치의 전류와 전압 정격에 따라 패키지 된다. 예를 들어, 3상 입력 전압용 제1동적 순간전압강하 보상장치는 277V에 100A로 정해지고, 그리고 ((277V)*(100A)*(3))/1000 = 48.0kVA의 대응 kVA(kilovolt ampere) 정격을 갖는다. 3상 입력 전압용 제2동적 순간전압강하 보상장치는 그 kVA 정격이 20.8kVA가 되도록 120V에 100A로 정해진다. 동적 순간전압강하 보상장치의 구성요소들이 정격 전류에 따라서 주로 선택되기 때문에, 제1 및 제2동적 순간전압강하 보상장치는 물리적 크기와, 사용 구성요소, 및 비용이 유사하다. 다르게 말하면, 20.8kVA의 kVA 정격을 가진 제2동적 순간전압강하 보상장치는 48.0kVA의 kVA 정격을 가진 제1동적 순간전압강하 보상장치와 거의 같은 가격이다. 일반적으로, 전통적인 제작자들은 각각 별도의 입력전압에 대해 별개의 동적 순간전압강하 장치를 제조하고 있다.
각각 별개의 입력전압에 대해 별도의 동적 순간전압강하 보상장치를 제조하면 제조비용이 증가한다. 예를 들어, 208V 정격을 가진 제1동적 순간전압강하 보상장치는 208V 입력에서만 사용하게 제조되고, 240V 정격을 가진 제2동적 순간전압강하 보상장치는 240V 입력에서만 사용하게 제조될 것이다. 이러한 다른 정격의 동적 순간전압강하 보상장치의 각각은 다른 부품이 필요하고 분리하여 제조되며 패키지 된다. 그 결과, 동적 순간전압강하 보상장치 제작자들은 복수개의 서로 다른 장치에 적합한 부품을 구매 및 재고해둘 필요가 있다. 제조 비용은 만일 1개의 동적 순간전압강하 보상장치가 복수개의 입력 전압에서 사용할 수 있으면 낮아질 것으로 생각할 수 있다.
일부 경우에는 동적 순간전압강하 보상장치가 그 정격의 작은 부분에서 사용된다. 예를 들어, 480V(277V 전선-중립부하(line-to-neutral load) 시스템)의 3상 전압 정격의 동적 순간전압강하 보상장치는 208V(120V 전선-중립부하 시스템)의 입력전압으로 공급되는 시스템에 사용된다. 그 결과, 동적 순간전압강하 보상장치의 kVA 회선용량은 그 정격 밑으로 감소한다. 전통적인 동적 순간전압강하 보상장치는 추가로 용량을 제한하여서 예를 들어 600V 전선간(line-to-line) 신호와 같이 높은 입력전압을 받아들인다. 이러한 높은 전압을 다루기 위한 전용의 강력한 장치가 제조되고 있다. 전용 장치는 낮은 전압의 동적 순간전압강하 보상장치와 별도로 제조되고 패키지되어, 추가 비용을 소요하고 추가 부품의 재고 필요가 있는 것이다.
따라서, 현재 입력전압과 상관없이 장치의 kVA 용량을 최적하게 사용할 수 있는 동적 순간전압강하 보상장치가 필요한 실정이다. 또한, 복수개의 개별 입력전압에 사용하도록 구성할 수 있는 동적 순간전압강하 보상장치도 필요하다. 또한, 상당히 높은 전압 시스템에서 보상 신호를 공급할 수 있는 고전압 동적 순간전압강하 보상장치도 필요하다.
일 예의 동적 순간전압강하 보상장치는 제1동작신호를 수신하는 입력 단자를 구비하고, 상기 제1동작신호는 전선-중립부하 전압을 갖는다. 상기 제1동작신호는 입력 단자와 전기통신을 하는 출력 단자를 통해 부하에 공급된다. 또한, 동적 순간전압강하 보상장치는 인버터 절환장치와, 저장 유닛, 및 정류기를 가진 조정기 모듈도 구비한다. 정류기는 전선간 입력신호를 정류하며, 전선간 입력신호는 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호로부터 얻어진다. 저장 유닛은 정류된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지를 저장하는데 이용되고, 그리고 인버터 절환장치는 저장 에너지를 사용하여 순간전압강하 중에 보상 신호를 발생하도록 되어 있다. 조정기 모듈과 전기통신을 하는 주입 변압기는 보상 신호의 전압을 낮추는데 사용된다. 바이패스 스위치는 입력 단자 및 출력 단자와 전기통신 한다. 바이패스 스위치는 주입 변압기가 우회되도록 정상 동작상태 동안에는 폐쇄 위치에 있고, 그리고 주입 변압기에 전기가 통하도록 적어도 순간전압강하의 일 부분 동안에는 개방 위치에 있다.
순간전압강하 상태를 보상하는 일 예의 방법은 부하가 출력 단자를 통해 제1동작신호의 전선-중립부하 전압을 수신하도록 출력 단자에 부하를 연결하는 동작을 포함한다. 전선간 입력신호는 정류되고, 전선간 입력신호는 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호로부터 얻어진다. 정류된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지는 저장 유닛에 저장된다. 순간전압강하가 감지되고, 그리고 인버터 절환장치가 감지된 순간전압강하에 반응하는 저장 에너지로 보상 신호를 발생하는데 사용된다. 정적 바이패스 스위치는 주입 변압기가 우회되지 않게 개방 된다. 주입 변압기는 보상 신호가 부하에 제공될 수 있게 보상 신호의 전압을 낮추는데 사용된다.
다른 예의 동적 순간전압강하 보상장치는 입력 단자와 상기 입력 단자와 전기통신하는 출력 단자를 구비한다. 상기 출력 단자는 부하에 제1동작신호를 제공할 수 있으며, 상기 제1동작신호는 전선-중립부하 전압을 갖는다. 입력 승압 변압기는 증가된 전선간 입력신호가 조정기 모듈에 제공되게 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻어진 전선간 전압을 증가시키는데 사용된다. 조정기 모듈은 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결되고 그리고 정류기, 저장 유닛, 및 인버터 절환장치를 구비한다. 상기 정류기는 증가된 전선간 입력신호를 정류하는데 사용되고, 그리고 저장 유닛은 정류 증가된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지를 저장하는데 이용된다. 인버터 절환장치는 저장 에너지를 사용하여 순간전압강하 중에 보상 신호를 발생하는데 이용된다. 조정기 모듈과 전기통신하는 주입 변압기는 보상 신호의 전압을 낮추는데 사용된다. 주입 변압기의 2차 권선은 입력 단자와 출력 단자 사이에서 직렬로 연결된다. 바이패스 스위치는 입력 단자와 출력 단자와 전기통신 한다. 바이패스 스위치는 주입 변압기가 우회되도록 정상 동작상태 동안에는 폐쇄 위치에 있고, 그리고 주입 변압기에 전류가 통하도록 적어도 순간전압강하의 일 부분 동안에는 개방 위치에 있다.
순간전압강하 상태를 보상하는 다른 예의 방법은 부하가 제1동작신호의 전선-중립부하 전압을 수신하도록 출력 단자에 부하를 연결하는 동작을 포함한다. 입력 승압 변압기는 증가된 전선간 입력신호가 조정기 모듈에 제공되도록 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻어진 전선간 전압을 증가하는데 이용된다. 증가된 전선간 전압은 조정기 모듈의 정격 전압과 대체로 동일하다. 증가된 전선간 입력신호는 정류되고, 그리고 정류 증가된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지는 저장 유닛에 저장된다. 출력 단자와 전기통신을 하는 제1AC버스라인을 따라서 발생하는 순간전압강하가 감지되고, 그리고 인버터 절환장치가 저장 에너지로 보상 신호를 발생하는데 사용된다. 정적 바이패스 스위치는 주입 변압기가 우회되지 않게 개방되어 있다. 주입 변압기를 사용하여 보상 신호의 전압을 낮추고, 보상 신호를 주입 변압기에서 부하에 공급한다.
다른 예의 동적 순간전압강하 보상장치는 입력 단자와 상기 입력 단자와 전기통신하는 출력 단자를 구비한다. 상기 출력 단자는 부하에 제1동작신호를 제공하고, 상기 제1동작신호는 전선-중립부하 전압을 갖는다. 강압 변압기는 감소된 전선간 입력신호가 조정기 모듈에 제공되게 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻어진 전선간 전압을 감소하는데 사용된다. 조정기 모듈은 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결되고, 그리고 감소된 전선간 입력신호를 정류하는데 사용되는 정류기와, 정류 감소된 전선간 전압에 대응하는 에너지를 저장하는데 이용된 저장 유닛, 및 저장 에너지를 사용하여 순간전압강하 중에 보상 신호를 발생하는데 이용된 인버터 절환장치를 구비한다. 출력 승압 변압기는 조정기 모듈과 전기통신을 하고 그리고 보상 신호의 전압을 증가하는데 사용된다.
순간전압강하 상태를 보상하는 다른 예의 방법은 부하가 전선-중립부하 전압을 가진 제1동작을 제공하는데 사용된 출력 단자에 부하를 연결하는 단계를 포함한다. 강압 변압기는 감소된 전선간 입력신호가 조정기 모듈에 제공되도록 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻어진 전선간 전압을 감소하는데 이용된다. 감소된 전선간 입력신호는 정류되고, 그리고 정류 감소된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지는 저장 유닛에 저장된다. 순간전압강하가 감지되고, 그리고 인버터 절환장치가 감지된 순간전압강하에 대한 저장 에너지로 보상 신호를 발생하는데 사용된다. 정적 바이패스 스위치는 출력 승압 변압기가 전기가 통하게 개방된다. 출력 승압 변압기는 보상 신호의 전압을 증가하는데 사용된다.
다른 예의 동적 순간전압강하 보상장치는 입력 단자와 상기 입력 단자와 전기통신하는 출력 단자를 구비한다. 상기 출력 단자는 부하에 제1동작신호를 제공하고, 상기 제1동작신호는 전선-중립부하 전압을 갖는다. 강압 변압기는 증가된 전선간 입력신호가 조정기 모듈에 제공되게 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻어진 전선간 전압을 증가하는데 사용된다. 조정기 모듈은 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결되고, 그리고 증가된 전선간 입력신호를 정류하는데 사용되는 정류기와, 정류 증가된 전선간 전압에 대응하는 에너지를 저장하는데 이용된 저장 유닛, 및 저장 에너지를 사용하여 적어도 순간전압강하의 일 부분 중에 보상 신호를 발생하는데 이용된 인버터 절환장치를 구비한다. 조정기 모듈과 전기통신을 하는 출력 벅크 변압기는 보상 신호의 전압을 감소하는데 사용된다. 바이패스 스위치는 입력 단자와 출력 단자와 전기통신 한다. 바이패스 스위치는 강압 변압기와 출력 벅크 변압기가 우회되도록 정상 작동상태에서 폐쇄 위치에 있다.
그외 본 발명의 주요한 특징 및 이점에 대해서는 첨부 도면을 참고로 당업자가 이해할 수 있게 이하의 상세한 설명과 청구범위를 통해 기술한다.
도1은 일 예의 실시예에 따르는 직렬 주입 변압기를 가진 1상의 동적 순간전압강하 보상장치를 설명하는 회로 다이어그램이다.
도2는 일 예의 실시예에 따르는 3상 시스템의 동적 순간전압강하 보상장치를 설명하는 다이어그램이다.
도3은 일 예의 실시예에 따르는 직렬 주입 변압기와 입력 승압 변압기를 가진 동적 순간전압강하 보상장치를 설명하는 회로 다이어그램이다.
도4는 일 예의 실시예에 따르는 출력 승압 변압기를 가진 동적 순간전압강하 보상장치를 설명하는 회로 다이어그램이다.
전력 절환장치(power electronic switching device)의 킬로볼트 암페어(kVA) 정격은 전력 장치의 최대 용량의 척도이다. 일반적으로, 장치의 kVA 용량을 완전히 이용하여 비용을 최소화하고, 장치 성능을 최적화하면서, 장치 효율을 최적화하는 것이 바람직하다. kVA 정격은 아래의 식1을 사용하여 단상 장치를 계산할 수 있으며, 아래에서, V는 장치에 대한 최대 rms 저지 전압이고 그리고 A는 장치를 통하는 최대 rms 전류이다. 3상 장치에 대해서는 아래의 식2를 사용하여 kVA를 계산할 수 있다. 식1과 식2로부터 장치의 kVA 정격 및/또는 kVA 용량이 장치에 대한 전압에 정비례하는 것을 알 수 있다. 이 원리를 특별 구조의 변압기와 함께 사용하여 동적 순간전압강하 보상장치의 kVA 정격 및/또는 kVA 용량을 확대할 수 있다.
식1: kVA(단상) =
Figure 112009076738790-pct00001
식2: kVA(3상) =
Figure 112009076738790-pct00002
도1은 실시예에 따르는 직렬 주입 변압기(110)를 가진 동적 순간전압강하 보상장치의 1개의 상을 나타낸 회로의 다이어그램이다. 동적 순간전압강하 보상장치는 조정기 모듈(100), 정적 바이패스 스위치(105), 직렬 주입 변압기(110), 출력 단자(115), 및 3상 입력을 포함한다. 전력회사, 발전기 등에 의해 제공될 수 있는 3상 입력은 입력 단자(106), 입력 단자(107), 및 입력 단자(108)에서 받아들여질 수 있다. 또한, 3상 입력은, 상기 3상 입력이 4개의 입력 라인을 갖도록 중립 라인(109)도 포함한다. 선택적으로, 중립 라인(109)이 포함되지 않고, 상기 3상 입력이 3개 라인을 가질 수도 있다. 본원에 기술된 장치는 물리적 중립 라인이 입력에 포함되는 지의 여부와 상관없이 순간전압강하 보상을 제공하는데 사용할 수 있는 것이다. 또한, 본원에 사용되는 것으로서, 전선-중립부하 전압은 상기 입력이 물리적 중립 라인을 갖는 지의 여부와 상관없이 단일 라인의 입력에서의 전압을 가리킬 수 있다. AC버스라인(101)은 입력 단자(106)에 연결되어 3상 입력의 제1동작신호를 수신하고, AC버스라인(102)은 입력 단자(107)에 연결되어 3상 입력의 제2동작신호를 수신하고, 그리고 AC버스라인(103)은 입력 단자(108)에 연결되어 3상 입력의 제3동작신호를 수신하여서, 전력이 시스템에 제공될 수 있게 한다. 실시예에서, 제1동작신호(AC버스라인(101)에 가로질러 있음)는 제1상을 갖고, 제2동작신호(AC버스라인(102)에 가로질러 있음)는 상기 제1상에서 120도 이동된 제2상을 갖고, 제3동작신호(AC버스라인(103)에 가로질러 있음)는 상기 제1상에서 240도 이동된 제3상을 갖는다.
정적 바이패스 스위치(105)는 전력을 트랜지스터 전환장치로 실시할 수 있으며, 역병렬로 연결된 1쌍의 사이리스터, 또는 당업자에게 알려진 모든 다른 타입의 절환 구성요소에 연결할 수 있다. 정상 동작 중에는, 예를 들어, 순간전압강하가 없을 때에는, 정적 바이패스 스위치(105)가 폐쇄되어 동작신호는 AC버스라인(101)에서 출력 단자(115)로 직접 간다. 순간전압강하가 감지되면, 당업자가 알고 있는 임의적인 방법으로 정적 바이패스 스위치(105)를 개방하여, AC버스라인(101)에서 나온 동작신호가 조정기 모듈(100)에 의해 발생되어 직렬 주입 변압기(110)를 통해 공급된 보상 신호를 보충하거나 대체한다. 이렇게 하여, 직렬 주입 변압기(110)는, 정상 동작을 하는 동안에는 우회되어 기본적으로 전류를 통하지 않는 상태의 낮은 부하 변압기로 할 수 있다. 직렬 주입 변압기(110)는 순간전압강하 상태에 있는 동안에만 전류가 통하는 것이다. 그 결과로 직렬 주입 변압기(110)와 관련한 지속적인 전력 손실은 없다.
직렬 주입 변압기(110)는 조정기 모듈(100)에 연결된 1차 권선(primary winding)과 AC버스라인(101)과 직렬로 연결된 2차 권선(secondary winding)을 포함한다. 변압기의 권선비(turns ratio)는 2차 권선의 권선에 대한 1차 권선의 권선비를 가리킨다. 상기 권선비는 2차 권선에서의 전압을 조절하도록 (탭을 절환하거나 또는 변압기를 절환하여) 조정할 수 있다. 실시예에서, 직렬 주입 변압기(110)는 출력 단자(115)에 연결된 부하에 순간전압강하 중에 적절한 전압이 공급되도록 보상 신호를 낮추는데(또는 감소시키는데) 사용된다. 예를 들어, 상기 직렬 주입 변압기(110)는 조정기 모듈(100)에 의해 생성된 208V의 전압을 부하에 의한 사용을 위해 120V 이하의 전압으로 줄일 수 있는 강압 변압기로 할 수 있다.
조정기 모듈(100)은 보상 신호를 발생하여 직렬 주입 변압기(110)에 공급하는데 사용된다. 실시예에서는 조정기 모듈(100)이 하프-브릿지 인버터를 갖는다. 조정기 모듈(100)은 AC버스라인(102)과 AC버스라인(103)의 전선간 연결을 통해 3상 입력에 연결되어 있다. 강압 변압기를 갖지 않은 직접 전선간 연결(또는 전선-중립부하 연결에 대해 반대되는 연결)의 사용은 조정기 모듈(100)에 대한 증가된 입력 전압을 초래한다. 예를 들어, 3상 입력은 출력 단자(115)에 연결된 부하로 120V 동작신호를 공급하는데 사용하는 120V 입력으로 할 수 있다. 전선-중립부하 연결(또는 전선-중립부하로 전압을 낮추는 변압기)으로, 조정기 모듈(100)에는 오직 120V의 입력 전압만이 공급된다. 도1에 도시한 전선간 접속부에 대해서는 조정기 모듈(100)에는 (120V)*(√3)=208V의 입력 전압이 공급된다. 따라서, 조정기 모듈(100)은 적어도 208V를 얻을 수 있도록 정격화할 수 있게 동적 순간전압강하 보상장치의 kVA가 증가한다.
조정기 모듈(100)은 저장 노드(120), 정류 노드(125), 및 인버팅 노드(130)를 갖는다. 저장 노드(120)는 AC버스라인(102)에서의 입력을 수용하고, 그리고 제1저장 유닛(135)과 제1저장 유닛(135)과 직렬로 있는 제2저장 유닛(140) 사이의 접속점이다. 실시예에서, 제1저장 유닛(135)과 제2저장 유닛(140)은 당업자에게 알려진 모든 타입의 축전기로 할 수 있다. 제1저장 유닛(135)과 제2저장 유닛(140)은 시스템이 정상 동작하는 동안에 충전 형태로 에너지를 축적 및 저장할 수 있다. 이들 충전 전기는 순간전압강하 중에 방출되어 AC버스라인(101)을 통한 출력 단자(115)에 제공된 전압을 보충하거나 대체한다. 다른 실시예에서는 제1저장 유닛(135) 및/또는 제2저장 유닛(140)이 당업자가 알고 있는 바와 같은 다른 타입의 에너지 저장장치이다.
정류 노드(125)는 AC버스라인(103)으로부터 입력을 수용하고, 그리고 제1정류기(145)와 제1정류기(145)와 직렬로 있는 제2정류기(150) 사이의 접속점이다. 정류 브릿지를 형성한 제1정류기(145)와 제2정류기(150)는 동일한 방향으로 전류를 전도한다(예를 들어, 제1정류기(145)는 정류 노드(125)에서 멀어지는 방향으로 전류를 전하고 그리고 제2정류기(150)는 정류 노드(125)를 향하는 방향으로 전류를 전함). 따라서, 제1정류기(145)는 당업자가 알고 있는 바와 같이 제1저장 유닛(135)을 충전하는데 사용되고 그리고 제2정류기(150)는 제2저장 유닛(140)을 충전하는데 사용된다. 이러한 결과로서, 조정기 모듈(100)이 정상 전압의 50%까지 낮아진 순간전압강하가 완전하게 보상될 수 있도록 수신 입력 전압의 거의 2배인 보상 신호를 공급하는데 사용된다. 충전 인덕터(155)는 정류기 브리지로의 전류 서지를 제한하는데 사용되고 그리고 전선간 전압에서 갑자기 높아질 때에 회로 요소를 보호하는데 사용된다. 전선간 전압의 급작스런 증가는 동작 개시(startup) 시점에서 일어나고/나거나 순간전압강하 상태가 끝났을 때에 발생한다. 한 실시예에서는, 당업자에게 알려진 소프트 충전회로를 동작 개시 중에 사용하여서 바람직하지 않은 전류 서지를 방지한다. 실시예에서, 제1정류기(145) 및/또는 제2정류기(150)는 반도체 다이오드이다. 다르게는, 정류기는 AC버스라인(102)과 AC버스라인(103)에서 AC전선간 입력신호를 정류할 수 있는 임의적인 다른 장치이다.
인버팅 노드(130)는 직렬 주입 변압기(110)와 전기통신하며, 제1인버터 절환장치(160)와 제1인버터 절환장치(160)와 직렬로 있는 제2인버터 절환장치(165) 사이의 접속점이다. 제1절환장치(160)는 제1트랜지스터(170)와 제1트랜지스터(170)와 역병렬 상태로 연결된 제1다이오드(175)를 구비한다. 제2절환장치(165)는 제2트랜지스터(180)와 제2트랜지스터(180)와 역병렬 상태로 연결된 제2다이오드(182)를 갖는다. 예를 든 실시예에서, 제1트랜지스터(170) 및/또는 제2트랜지스터(180)는 절연게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)가 될 수 있다. 선택적으로, 임의적인 다른 타입의 트랜지스터를 사용할 수 있다. 순간전압강하 중에는, 적절한 보상 신호가 제1저장 유닛(135)과 제2저장 유닛(140)에 저장된 전하에서 발생되도록, 장치 컨트롤러를 사용하여 제1인버터 절환장치(160)와 제2인버터 절환장치(165)를 제어할 수 있다. 다른 실시예에서는, 제1인버터 절환장치(160) 및/또는 제2인버터 절환장치(165)가 당 기술분야에서 공지된 임의적인 다른 구성요소를 사용하여 그리고/또는 임의적인 다른 방법으로 실시될 수 있다.
제1저장 유닛(135)과 제2저장 유닛(140), 제1정류기(145)와 제2정류기(150), 그리고 제1인버터 절환장치(160)와 제2인버터 절환장치(165)는 제1버스라인(184)와 제2버스라인(186)을 통해 병렬로 연결된다. 저역통과필터(188)는 제1인버터 절환장치(160)와 제2인버터 절환장치(165) 사이에 있는 인버팅 노드(130)에 연결된다. 저역통과필터(188)는 필터 인덕터(189), 필터 축전기(190), 및 필터 저항(191)을 포함한다. 예를 든 실시예에서, 직렬 주입 변압기(110)에 조정기 모듈(100)에 의해 제공되는 AC보상 신호로부터 고주파 절환성분을 필터링 하는데 저역통과필터(188)가 사용된다. 따라서, 직렬 주입 변압기(110)는 저역통과필터(188)를 통해 인버터 절환장치와 전기통신 한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 전기통신은 직접 또는 간접 전기 연결을 가리킨다.
예를 든 실시예에서, 동적 순간전압강하 보상장치는 또한 장치 컨트롤러(도시 않음)를 가질 수도 있다. 상기 장치 컨트롤러는 1개 이상의 프로그램 집적회로, 개별 아날로그 회로 구성요소, 개별 디지털 회로 구성요소, 또는 이들의 조합으로 실시된다. 상기 장치 컨트롤러를 사용하여 저장 유닛의 충전동작 제어, 순간전압강하의 검출 및 정적 바이패스 스위치(105)의 개폐 제어를 할 수 있다. 또한, 출력 단자(115)에서의 부하가 상기 장치 컨트롤러를 사용하여 방해 없이 적절한 전력의 수용을 지속할 수 있도록, 입력신호를 보완하거나 대체하기에 적절한 보상 신호를 발생하도록 인버터 절환장치를 제어하는데 장치 컨트롤러를 사용한다. 직렬 주입 변압기(110)에 의해 낮아진 후에, 부하가 정상 동작 중에 제공되는 것과 대체로 동일한 전선-중립부하 전압을 수용하도록 입력 버스라인(101)을 통해 제공된 동작신호를 보완하거나 대체하기에 적절한 전압을 인버터 절환장치에 의해 발생된 보상 신호가 갖는다.
예를 들어, 정상 동작 중에는, 정적 바이패스 스위치(105)는 전선-중립부하 전압의 작동 신호가 출력 단자(115)에 연결된 부하에 직접 AC버스라인(101)으로부터 제공될 수 있도록 폐쇄될 수 있다. 정상 동작 중 임의 시간에, 제1저장 유닛(135)과 제2저장 유닛(140)은 AC버스라인(102)과 AC버스라인(103)을 통해 완전하게 충전될 수 있다. 장치 컨트롤러는 순간전압강하용 동작신호를 지속적으로 모니터링할 수 있다. 동작신호는 입력 단자(106)에서, 출력 단자(115)에서, AC버스라인(101)을 따라서 있는 임의적인 장소에서, 그리고/또는 임의적인 다른 장소에서 모니터 할 수 있다. 일 실시예에서, 장치 컨트롤러는 동작신호가 정상 동작신호 값의 사전 결정된 백분율 보다 낮을 때에 순간전압강하를 확인할 수 있다.
예를 들어, 순간전압강하는 출력 단자(115)에서의 동작신호가 정상 동작 신호값의 90% 밑으로 떨어질 때 확인할 수 있다. 선택적으로, 사전 결정된 백분율을 임의적인 다른 값으로 할 수 있다. 장치 컨트롤러는 1개 이상의 비교기, 로직 게이트, 아날로그 장치, 또는 당 기술분야에서 알려진 임의적인 다른 방법을 사용하여 순간전압강하를 검색할 수 있다. 예를 든 실시예에서, 장치 컨트롤러는 그 전체 내용이 참고물로서 본원에 기재된 미국특허 6,118,676호에 참고로서 상세하게 기술된 컨트롤러 이다.
순간전압강하가 검출되면, AC버스라인(101)을 통해 제공된 동작신호와 보상 신호(직렬 주입 변압기(110)를 통해 통과한 후)의 조합이 정상 동작 신호 값과 같거나 근사한 신호를 초래하도록, 보상 신호값을 결정하게 장치 컨트롤러는 추가 논리를 사용한다. 적절한 AC보상 신호가 제1저장 유닛(135)과 제2저장 유닛(140)에서 교대 방전에 의해 발생되는 것과 같이, 상기 장치 컨트롤러는 제1인버터 절환장치(160)와 제2인버터 절환장치(165)를 제어할 수 있다. 예를 든 실시예에서는 제1저장 유닛(135)과 제2저장 유닛(140)도 순간전압강하 중에 AC버스라인(102)과 AC버스라인(103)으로부터 전하(이용가능한 경우)를 지속하여 받아 둘 수 있다. AC버스라인(101)에서 나온 동작신호와 동기화할 수 있는 보상 신호는 저역통과필터(188)를 통과하여 제1인버터 절환장치(160) 및/또는 제2인버터 절환장치(165)에 의해 보상 신호에 유입된 고주파 성분을 제거할 수 있다.
보상 신호는 저역통과필터(188)를 통과하여 직렬 주입 변압기(110)를 지나간다. 도1에 도시한 바와 같이, 직렬 주입 변압기(110)의 1차 권선은 조정기 출력부(111)와 AC버스라인(102)에 조정기 모듈을 통해 연결된다. 직렬 주입 변압기(110)의 2차 권선은 AC버스라인(101)과 직렬로 연결된다. 또한 상기 2차 권선은 필터 축전기(108)와 병렬로 연결된다. 필터 축전기(108)를 직렬 주입 변압기(110)의 누설 인덕턴스와 조합 사용하여 저역통과필터(188)와 직렬로 있는 제2저역통과필터 스테이지를 형성할 수 있다. 예를 든 실시예에서, 직렬 주입 변압기(110)는 보상 신호의 전압을 출력 단자(115)에 연결된 부하에 의해 사용되는 전선-중립부하 전압 이하의 전압으로 낮출 수 있다. 예를 들어, AC버스라인(101)은 120V의 동작 신호를 출력 단자(115)에 정상적으로 공급한다. 순간전압강하는 AC버스라인(101)이 오직 출력 단자(115)에 80V를 공급할 수 있도록 발생시킬 수 있다. 장치 컨트롤러는 인버터 절환장치가 주입 변압기(110)에 의해 감소된 후에 대략 40V와 동일한 정도의 보상 신호를 발생시킬 수 있다. 주입 변압기(110)의 2차 권선이 AC버스라인(101)과 직렬이기 때문에, AC버스라인(101)의 80V와 40V보상 신호가 더해져서, 출력 단자(115)에는 120V 동작신호가 주어지게 된다.
결과적으로, 조정기 모듈(100)은 시스템의 전선-중립부하 전압보다 더 높은 전압(즉, 전선간 전압)으로 되고, 그리고 동적 순간전압강하 보상장치의 kVA는 유리하게 증가되게 된다. 예를 들어, AC버스라인(101), AC버스라인(102), 및 AC버스라인(103)의 정상 전선-중립부하 전압은 120V가 되고, 그리고 AC버스라인(102)과 AC버스라인(103)에 대한 전선간 전압은 (120V)*(√3)=208V가 된다. 따라서, 제1저장 유닛(135)과 제2저장 유닛(140)은 조정기 모듈(100)에 의해 생성된 AC전압이 대략 208V 가 되도록 각각 충전(208V의 RMS전압의 피크전압인 DC전압으로) 된다. AC버스라인(101), AC버스라인(102), 및 AC버스라인(103)을 통하는 전류 값은 조정기 모듈(100)이 대략 ((208V)*(100A))/1000=20.8kVA를 갖도록 100A 이다. 전선-중립부하 전압(120V)을 통해 조정기 모듈(100)을 연결하거나 또는 전선간 전압을 120V까지 낮추어, ((120V)*(100A))/1000=12kVA의 kVA가 되었다. 따라서, 직렬 주입 변압기(110)와 함께 전선간 전압을 사용하여 kVA에서 73.3% 증가하였다. 더불어, 동적 순간전압강하 보상장치의 비용이 주로 구동 전류비용이기 때문에, 100A 용량의 '208V' 동적 순간전압강하 보상장치의 비용은 100A 용량의 '120V' 동적 순간전압강하 보상장치의 비용보다 약간 증가할 뿐이다. 부가하여, 조절기 모듈(100)의 출력부에 직렬 주입 변압기(110)를 사용하여 조절기 모듈(100)이 양쪽 120V와 208V(예를 들어, 직렬 주입 변압기(110)를 갖지 않고) 전선-중립부하 구조에 사용할 수 있게 되었다. 그 결과로, 차별성이 거의 없는 조정기 모듈을 필요로 하고 그리고 구성 요소를 더 많이 대량으로 구매할 수 있기 때문에 제조 비용이 절감된다.
도1을 참고로 설명된 조정기 모듈(100)은 전기 구성요소의 형식, 수, 및/또는 구성에 대한 한정적이지 않은 기재로 이해하여야 한다. 대체적인 실시예에서, 조정기 모듈(100)은 당업자가 알고 있는 바와 같이 모든 다른 여러 구성요소, 다른 형식의 구성요소, 및/또는 전기 구성요소의 모든 다른 구성을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조정기 모듈(100)은 그 전체 기술내용이 본원에 참고문헌으로 기재된 미국 특허 6,118,676호에 기술된 조정기 및 저장 모듈일 수 있다. 유사하게, 정적 바이패스 스위치(105), 장치 컨트롤러 등과 같은 도1에 참고로 기술된 그외 다른 구성요소도 상기 미국 특허 6,118,676호에 기술된 바와 같이 실시되거나, 또는 당 기술분야에서 알려진 다른 임의적인 방법으로 실시될 수 있다.
도2는 예를 든 실시예에 따르는 동적 순간전압강하 보상장치의 3상 시스템을 설명한 다이어그램 이다. 다른 실시예에서는 본원에 기술된 동적 순간전압강하 보상장치가 임의적인 다른 수의 상(phase)을 가진 시스템에 사용할 수 있다. 3상 시스템의 제1동적 순간전압강하 보상장치(200)는 제1출력 단자(202)에서의 전압이 순간전압강하 중에 유지되도록 보상 신호를 공급하는데 사용된다. 제1동적 순간전압강하 보상장치(200)는 제1조정기 모듈(205), 제1직렬 주입 변압기(210), 및 제1정적 바이패스 스위치(215)를 구비한다. 상기 시스템에 대한 3상 입력은 AC버스라인(217), AC버스라인(219), 및 AC버스라인(221)을 통해 제공된다. 제1조정기 모듈(205)은 AC버스라인(219)과 AC버스라인(221)을 가로지르는 전선간 전압부에 연결된다. 예를 든 실시예에서, 제1조정기 모듈(205)은 도1을 참고로 하여 기술된 조정기 모듈(100)과 동일한 구성요소를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제1조정기 모듈(205)은 보상 신호를 발생하는데 사용된 임의적인 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 예의 실시예에서는 제1정적 바이패스 스위치(215), 제1직렬 주입 변압기(210), 및 제1조정기 모듈(205)이 도1을 참고로 기술된 정적 바이패스 스위치(105), 직렬 주입 변압기(110), 및 조정기 모듈(100)과 동일하게 동작할 수 있다.
3상 시스템의 제2동적 순간전압강하 보상장치(225)는 제2출력 단자(227)에서의 전압이 순간전압강하 중에 유지되도록 보상 신호를 공급하는데 사용된다. 제2동적 순간전압강하 보상장치(225)는 제2조정기 모듈(230), 제2직렬 주입 변압기(235), 및 제2정적 바이패스 스위치(240)를 구비한다. 제2조절 모듈(230)은 AC버스라인(217)과 AC버스라인(221)을 가로지르는 전선간 전압부에 연결된다. 예를 든 실시예에서, 제2조정기 모듈(230)은 도1을 참고로 하여 기술된 조정기 모듈(100)과 동일한 구성요소를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제2조정기 모듈(230)은 보상 신호를 발생하는데 사용된 임의적인 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 예의 실시예에서는 제2정적 바이패스 스위치(240), 제2직렬 주입 변압기(235), 및 제2조정기 모듈(230)이 도1을 참고로 기술된 정적 바이패스 스위치(105), 직렬 주입 변압기(110), 및 조정기 모듈(100)과 동일하게 동작할 수 있다.
3상 시스템의 제3동적 순간전압강하 보상장치(245)는 제3출력 단자(247)에서의 전압이 순간전압강하 중에 유지되도록 보상 신호를 공급하는데 사용된다. 제3동적 순간전압강하 보상장치(245)는 제3조정기 모듈(250), 제2직렬 주입 변압기(255), 및 제3정적 바이패스 스위치(260)를 구비한다. 제3조절 모듈(250)은 AC버스라인(217)과 AC버스라인(221)을 가로지르는 전선간 전압부에 연결된다. 예를 든 실시예에서, 제3조정기 모듈(250)은 도1을 참고로 하여 기술된 조정기 모듈(100)과 동일한 구성요소를 포함한다. 선택적으로, 제3조정기 모듈(250)은 보상 신호를 발생하는데 사용된 임의적인 다른 성분을 구비할 수 있다. 다른 예의 실시예에서는 제3정적 바이패스 스위치(260), 제3직렬 주입 변압기(255), 및 제3조정기 모듈(250)이 도1을 참고로 기술된 정적 바이패스 스위치(105), 직렬 주입 변압기(110), 및 조정기 모듈(100)과 동일하게 동작할 수 있다.
도2를 참고로 기술된 3상 시스템은 상기 kVA가 3개 동적 순간전압강하 보상장치의 각각에서 증가되도록 한다. 따라서, 도2에 도시된 바와 같이 전선간(line-to-line) 연결된 120V, 100A 전선-중립부하 신호용으로, 3상 시스템은 20.8kVA + 20.8kVA + 20.8kVA = 62.4kVA의 kVA를 갖는다. 입력부에서 강압(step-down) 변압기를 갖는 구조 또는 통상적인 전선-중립(line-to-neutral) 구조를 사용하면, 상기 kVA는 12kVA + 12kVA + 12kVA = 36kVA 가 된다. 따라서, 도2의 3상 시스템이 통상적인 시스템과 대비하여 kVA에서 상당한 증가를 제공함을 알 수 있다. 다른 실시예에서, 제1직렬 주입 변압기(210), 제2직렬 주입 변압기(235), 제3직렬 주입 변압기(255)는 당 기술분야에서 알려진 바와 같이 단일 3상 직렬 주입 변압기로 대체할 수 있다.
도3은 예를 든 실시예에 따르는 직렬 주입 변압기(350)와 입력 승압 변압기(305)를 가진 동적 순간전압강하 보상장치(300)를 설명하는 회로 다이어그램 이다. 도3에서는 단상 부분 만이 설명되지만, 동적 순간전압강하 보상장치(300)는 임의적인 다상 시스템에서 사용하기 위해서 임의 갯수의 다른 동적 순간전압강하 보상장치에 합체될 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 다르게는, 다상 시스템에 사용하기 위해 단일 동적 순간전압강하 보상장치에 동적 순간전압강하 보상장치(300)를 합체할 수 있다. 예를 들어, 3상 시스템에서는 단일 동적 순간전압강하 보상장치가 3개의 조정기 모듈과 1개의 3상 주입 변압기를 포함할 수 있다.
예를 든 실시예에서, 동적 순간전압강하 보상장치(300)는 3상 시스템에 사용하는 단상 장치이다. 입력 승압 변압기(305)를 제외한 구성에서는, 동적 순간전압강하 보상장치(300)가 도1을 참고로 기술한 동적 순간전압강하 보상장치와 동일한 방식으로 동작한다. 다른 예의 실시예에서는 순간전압강하 보상장치(300)가 출력 단자(310)에 연결된 부하에 AC입력버스(315)를 따라서 순간전압강하가 발생하는 적절한 작동 전압이 제공되도록 하는데 사용된다.
입력 승압 변압기(305)는 동적 순간전압강하 보상장치(300)의 조정기 모듈(320)에 입력 전선간 전압을 올리는데 사용된다. 전선간 전압 입력은 AC입력버스(325)와 AC입력버스(330)의 횡단 전압으로부터 얻어진다. 입력 승압 변압기(305)의 1차 권선은 AC입력버스(325)와 AC입력버스(330)를 가로질러 연결되고, 그리고 입력 승압 변압기(305)의 2차 권선은 조정기 모듈(320)의 정류 노드(335)와 AC입력버스(330)를 가로질러 연결된다. 이러한 구성으로, 입력 승압 변압기(305)의 출력은 정류 노드(335)로 가고, 그리고 제1저장 축전기(340)와 제2저장 축전기(345)는 AC입력버스(325)와 AC입력버스(330)를 가로지르는 전선간 전압보다 큰 전압으로 충전된다. AC버스라인(315)과 직렬로 있는 직렬 주입 변압기(350)는 도1과 도2를 참고로 기술된 바와 같이 조정기 모듈(320)에 의해 발생된 보상 신호의 전압을 낮추는데 사용된다. 예를 든 실시예에서는, 직렬 주입 변압기(350)가 그를 통한 연속적인 전력 손실이 없는 낮은 부하 변압기처럼 정상 동작을 하는 동안에 직렬 주입 변압기(350)를 우회되는데 정적 바이패스 스위치(355)를 사용한다. 순간전압강하 중에, 정적 바이패스 스위치(355)는 개방되고 그리고 직렬 주입 변압기(350)는 전류가 통하게 된다.
예를 든 실시예에서는 조정기 모듈(320)이 복수개의 개별 입력 전압을 가진 시스템에 사용하는데 적용시킬 수 있다. 예를 들어, 제1입력 승압 변압기와 주입 변압기의 조합은 제1전선간 전압 입력을 가진 시스템에 사용될 때 조정기 모듈(320)에 사용되고, 제2입력 승압 변압기와 주입 변압기의 조합은 제2전선간 전압 입력을 가진 시스템에 사용될 때 조정기 모듈(320)에 사용된다. 예를 든 실시예에서, 입력 승압 변압기(305)는 비교적 작은 단권 변압기이다. 다르게는, 입력 승압 변압기(305)가 조정기 모듈(320)에 대한 전압 입력을 올릴 수 있는 어떤 다른 형태의 변압기로 할 수 있다.
예를 들어, AC입력버스(315), AC입력버스(325), 및 AC입력버스(330)의 전선-중립부하 전압은 100A 전류의 120V 이다. 따라서, AC입력버스(325)와 AC입력버스(330)를 가로지르는 전선간 전압은 208V이다. 입력 승압 변압기(305)는 조정기 모듈(320)로의 전선간 전압 입력을 208V로부터 277V로 승압시킬 수 있는 69V 단권 변압기로 할 수 있다. 따라서 277V로 정격화할 수 있는 조정기 모듈(320)을 사용하여 120V의 전선-중립부하 전압을 가진 시스템에서 보상 신호를 공급할 수 있다. 3개의 동적 순간전압강하 보상장치를 사용하는 100V 시스템에서는 상기 kVA가 ((120V)*(100A)/1000)*3 = 36kVA 에서 ((277V)*(100A)/1000)*3 = 83.1kVA 까지 131% 증가한다. 또한, 입력 승압 변압기 만으로 또는 입력 승압 변압기와 조합한 도1과 도2를 참고로 기술된 바와 같은 직렬 주입 변압기(350)의 사용은, 사실상 임의적인 저전압 시스템에 사용하는데 단일 조정기 모듈이 채택되게 한다. 다른 실시예에서는 입력 승압 변압기(305)가 임의적인 다른 양만큼 전선간 전압을 높일 수 있다.
도4는 예를 든 실시예에 따르는 출력 승압 변압기(405)를 가진 동적 순간전압강하 보상장치(400)를 설명한 회로 다이어그램이다. 도4에는 단상 부분 만이 설명되었지만, 동적 순간전압강하 보상장치(400)는 임의적인 다상 시스템에 사용하기 위해 임의 수의 다른 동적 순간전압강하 보상장치와 결합될 수 있는 것으로 이해한다. 다르게는, 동적 순간전압강하 보상장치(400)가 다상 시스템에 사용되는 것과 같이 하나의 동적 순간전압강하 보상장치에 포함될 수 있다. 3상 시스템의 예로서, 하나의 동적 순간전압강하 보상장치는 3개의 조정기 모듈을 포함하면서, 단일 3상 변압기를 사용할 수 있다.
동적 순간전압강하 보상장치(400)는 강압 변압기(410), 조정기 모듈(415), 정적 바이패스 스위치(420), 및 출력 승압 변압기(405)를 포함한다. 강압 변압기(410)를 사용하여 조정기 모듈(415)에 입력 전압이 조정기 모듈(415)의 전압 정격을 초과하지 않도록 AC버스라인(425)과 AC버스라인(430)을 가로지르는 전선간 전압을 감소시킬 수 있다. 도4에 설명된 바와 같이, 강압 변압기(410)는 순간전압강하 보상 라인에 AC버스라인(425)과 AC버스라인(430)을 교차 결합한다. 감소 입력 전압은 조정기 모듈(415)의 제1저장 축전기(435)와 제2저장 축전기(440)를 충전하는데 사용된다. 순간전압강하 중에, 정적 바이패스 스위치(420)는 장치 컨트롤러에 의해 개방되고, 그리고 출력 승압 변압기(405)를 사용하여, 여전히 AC버스라인(450)을 통해 주어지고 있는 동작신호의 전압(만약에 있다면)을 보완하거나 대체하는데 적절한 전압에 이를 때까지 조정기 모듈(415)에 의해 발생한 보상 신호의 전압을 올리는데 사용한다. 보상 신호와 동작신호는 출력 단자(445)에 연결된 부하에 공급할 수 있다. 출력 승압 변압기(405)의 1차 권선은 조정기 모듈(415)을 가로질러 연결되고, 그리고 출력 승압 변압기(405)의 2차 권선은 조정기 모듈(415)과 직렬로 연결된다. 예를 든 실시예에서, 출력 승압 변압기(405)는 비교적 작은 단권 변압기로 할 수 있다. 다르게는, 출력 승압 변압기(405)를 당 기술분야에서 공지된 임의적인 다른 형태의 변압기로 할 수도 있다.
예를 들어, 조정기 모듈(415)은 277V로 정격화할 수 있다. AC버스라인(450)을 가로지르는 전선-중립부하 전압은 346V로 할 수 있으며, AC버스라인(425)과 AC버스라인(430)을 가로지르는 전선간 전압은 600V로 할 수 있다. 강압 변압기(410)는 조정기 모듈(415)의 정격을 초과하지 않도록 600V 전선간 전압을 277V로 감소하는데 사용된다. 조정기 모듈(415)이 대략 277V의 보상 신호를 발생시킬 수 있도록, 제1저장 축전기(435)와 제2저장 축전기(440)는 감소 전압에 대응하는 에너지를 저장할 수 있다. 정상 동작을 하는 동안에, 정적 바이패스 스위치(420)는 폐쇄되고, 그리고 AC버스라인(450)에서 나온 동작신호를 정적 바이패스 스위치(420)를 통해 출력 단자(445)에 직접 공급할 수 있다. 순간전압강하 검출 시에는, 출력 승압 변압기(405)를 사용하여 AC버스라인(450)을 따르는 동작신호가 재저장될 수 있게 346V의 전압까지 조정기 모듈(415)에 의해 제공된 277V를 증가시킬 수 있다.
상기 예에서와 같이, 강압 변압기(410)와 출력 승압 변압기(405)의 사용은 AC버스라인(350)을 따라서 전선-중립부하 전압을 보완 및/또는 대체하도록 277V 전압 정격을 가진 조정기 모듈이 346V 보상 신호를 공급할 수 있다. 따라서, 도1 내지 도3을 참고로 기술된 바와 같은 사실상 임의적인 저전압 시스템에 사용하기에 적합하게 할 뿐만 아니라, '277V'조정기 모듈이 고전압 시스템에 사용할 수 있게도 한다. 이러한 사실은 부가로 단일 조정기 모듈이 넓은 입력 전압 설비를 가진 시스템에 같이 사용하기에도 적합하기 때문에 제조비용을 절감한다. 다른 실시예에서는 복수개의 시스템에 사용하기 위해 채택된 조정기 모듈이 277V로 정격되지 않지만, 당 기술분야에서 알려진 바와 같이 임의적인 다른 전압 정격을 가질 수 있다.
다른 실시예에서는, 도4를 참고로 기술된 동적 순간전압강하 보상장치가 다른 전압으로 동작하는 시스템에서 순간전압강하를 보상하기 위해 제공된다. 예를 들어, 조정기 모듈(415)은 277V의 전압 정격을 갖고 그리고 AC버스라인(450)을 가로지르는 전선-중립부하 전압은 240V 이다. 따라서, AC버스라인(425)과 AC버스라인(430)을 가로지르는 전선간 전압은 415V 이다. 강압 변압기(410)는 조정기 모듈(415)의 전체 kVA 정격을 사용하게 277V의 조정기 모듈 전압 정격까지 415V 전선간 전압을 강압시키는데 사용된다. 자동 승압 변압기(415) 대신에, 자동 벅크(buck) 변압기를 사용하여, AC버스라인(450)에서 동작신호를 적절하게 보상할 수 있도록 조정기 모듈(415)의 출력부로의 전압을 277V에서 대략 240V까지 강압시킬 수 있다. 자동 벅크 변압기는 당 기술분야에서 공지된 바와 같이 출력부에 연결할 수 있다. 다른 실시예에서는 강압 변압기(410)와 자동 벅크 변압기가 다른 kVA 정격을 가진 조정기 모듈에 적합한 및/또는 다른 동작신호값에 적합한 순간전압강하 보상을 제공하는 구조로 된다.
상술한 예의 실시예는 본원 발명을 한정하는 것이 아닌, 설명을 목적으로 기술된 것이다. 따라서, 본원 발명은 상술한 실시예를 첨부 청구범위의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 변경 또는 개조할 수 있는 것이다.

Claims (55)

  1. 동적 순간전압강하 보상장치는:
    (a)전선-중립부하 전압을 갖는 제1동작신호를 수신하는 입력 단자와;
    (b)상기 제1동작신호를 출력 단자를 통해 부하에 공급하는, 상기 입력 단자와 전기통신하는 출력 단자와;
    (c)전선간 입력신호를 정류하는 정류기와, 정류된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지를 저장하는 저장 유닛, 및 저장 에너지를 사용하여 적어도 순간전압강하의 일 부분 중에 보상 신호를 발생하는 인버터 절환장치를 가진 조정기 모듈과;
    (d)조정기 모듈과 전기통신을 하고 보상 신호의 전압을 낮추는데 사용되는 주입 변압기; 및
    (e)입력 단자 및 출력 단자와 전기통신하는 바이패스 스위치를 포함하며;
    (c')상기 전선간 입력신호는 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호로부터 얻어지고;
    (d')상기 주입 변압기의 1차 권선은 인버터 절환장치의 출력부와 제2동작신호를 수용하는 제2입력 단자를 가로질러 연결되며, 제2동작신호는 전선-중립부하 전압을 가지며;
    (e')상기 바이패스 스위치는 주입 변압기가 우회되도록 정상 동작상태 동안에는 폐쇄 위치에 있고, 그리고 주입 변압기에 전류가 통하도록 적어도 순간전압강하의 일 부분 동안에는 개방 위치에 있는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이패스 스위치는 정적 바이패스 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  3. 제1항에 있어서, 보상 신호로부터 고주파를 필터링하도록 인버터 절환장치와 주입 변압기 사이에 연결된 저역통과필터를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 저역통과필터는 필터 축전기와 필터 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저장 유닛은 저장 노드에 제2저장 축전기와 직렬로 연결된 제1저장 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 정류기는 정류 노드에서 제2정류기와 직렬로 연결된 제1정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1정류기는 제1저장 축전기에 정류된 전선간 입력신호를 제공하고 그리고 상기 제2정류기는 제2저장 축전기에 정류된 전선간 입력신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  8. 제6항에 있어서, 제1정류기와 제2정류기는 반도체 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 인버터 절환장치는 제1인버터 절환장치와 제2인버터 절환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1인버터 절환장치는 제1트랜지스터와 역-병렬로 연결된 제1다이오드를 포함하고, 그리고 제2인버터 절환장치는 제2트랜지스터와 역-병렬로 연결된 제2다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  11. 제1항에 있어서, 주입 변압기의 2차 권선과 병렬로 연결된 축전기를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2동작신호는 제2입력 단자에 연결된 제2AC버스라인을 통해 제공되고 그리고 상기 제3동작신호는 제3입력 단자에 연결된 제3AC버스라인을 통해 제공되는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  14. 제1항에 있어서, 제1동작신호의 전선-중립부하 전압은 제1전압값을 포함하고, 조정기 모듈의 전압정격은 제2전압값을 포함하고, 그리고 부가로 상기 제1전압값은 상기 제2전압값 보다 작은 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1전압값은 120V를 포함하고 그리고 상기 제2전압값은 208V를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  16. 제1항에 있어서, 제1동작신호, 제2동작신호, 및 제3동작신호는 3-상 입력신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  17. 제1항에 있어서, 저장 유닛, 정류기, 및 인버터 절환장치는 제1버스라인과 제2버스라인에 의해 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  18. 제1항에 있어서, 순간전압강하 동안에 제1동작신호의 감소된 전선-중립부하 전압과 주입 변압기의 2차 권선에서의 보상 신호의 전압의 합은 정상 동작 상태 중에 제1동작신호의 전선-중립부하 전압과 동일한 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  19. 제1항에 있어서, 주입 변압기의 2차 권선은 입력 단자와 출력 단자 사이에서 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  20. 순간전압강하 상태를 보상하는 방법은:
    부하가 출력 단자를 통해 제1동작신호의 전선-중립부하 전압을 수신하도록 출력 단자에 부하를 연결하는 단계와;
    전선간 입력신호가 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호로부터 얻어지는, 전선간 입력신호를 정류하는 단계와;
    정류된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지를 저장 유닛에 저장하는 단계와;
    순간전압강하를 검출하는 단계와;
    인버터 절환장치를 사용하여, 감지된 순간전압강하에 반응하는 저장 에너지를 가진 보상 신호를 발생하는 단계와;
    정적 바이패스 스위치를 개방하여 주입 변압기가 우회되지 않게 하는 단계; 및
    주입 변압기를 사용하여, 보상 신호가 부하에 제공될 수 있게 보상 신호의 전압을 낮추는 단계를 포함하며,
    상기 주입 변압기의 1차 권선은 제2동작신호의 입력 단자와 인버터 절환장치의 출력부를 가로질러 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 주입 변압기의 2차 권선은 제2AC버스라인과 직렬로 연결되고, 그리고 부가로 AC버스라인은 입력 단자와 출력 단자와 전기통신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 순간전압강하는 장치 컨트롤러에서 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 보상 신호의 전압은 전선-중립부하 전압까지 낮아지는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제20항에 있어서, 순간전압강하 중 제1동작신호의 감소 전압을 더한 주입 변압기의 2차 권선의 보상 신호의 전압은, 정상 동작상태 중 제1동작신호의 전선-중립부하 전압과 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제20항에 있어서, 제2동작신호와 제3동작신호를 가로지르는 전선간 전압은 √3의 계수로 제1동작신호의 전선-중립부하 전압보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제20항에 있어서, 저장 유닛은 저장 노드에서 제2저장 축전기와 직렬로 연결된 제1저장 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제20항에 있어서, 정류기는 정류 노드에서 제2정류기와 직렬로 연결된 제1정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제20항에 있어서, 상기 인버터 절환장치는 제1인버터 절환장치와 인버팅 노드에서 직렬로 연결된 제2인버터 절환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 동적 순간전압강하 보상장치는:
    (a)입력 단자와;
    (b)상기 입력 단자와 전기통신을 하고 그리고 전선-중립부하 전압을 가진 제1동작신호를 부하에 제공하는 출력 단자와;
    (c)증가된 전선간 입력신호를 조정기 모듈에 제공하도록 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻은 전선간 전압을 증가시키는 입력 승압 변압기와;
    (d)증가된 전선간 입력신호를 정류하는 정류기와, 정류 증가된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지를 저장하는 저장 유닛, 및 저장 에너지를 사용하여 적어도 순간전압강하의 일 부분 중에 보상 신호를 발생하는 인버터 절환장치를 가진, 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된 조정기 모듈과;
    (e)조정기 모듈과 전기통신을 하고 보상 신호의 전압을 낮추는데 사용되는 주입 변압기; 및
    (f)입력 단자와 출력 단자와 전기통신하는 바이패스 스위치를 포함하며;
    (c')상기 입력 승압 변압기의 1차 권선은 제1AC버스라인과 제2AC버스라인을 가로질러 연결되고, 그리고 입력 승압 변압기의 2차 권선은 제2AC버스라인과 조정기 모듈을 가로질러 연결되고;
    (e')상기 주입 변압기의 2차 권선은 입력 단자와 출력 단자 사이에서 직렬로 연결되고;
    (f')상기 바이패스 스위치는 주입 변압기가 우회되도록 정상 동작상태 동안에는 폐쇄 위치에 있고, 그리고 주입 변압기에 전류가 통하도록 적어도 순간전압강하의 일 부분 동안에는 개방 위치에 있는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 입력 승압 변압기는 단권 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 단권 변압기는 정상 동작하는 중에 69V로 전선간 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  32. 제29항에 있어서, 상기 주입 변압기는 전선-중립부하 전압으로 보상 신호의 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  33. 제29항에 있어서, 상기 증가된 전선간 전압은 조정기 모듈의 전압 정격과 동일한 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  34. 제29항에 있어서, 순간전압강하 동안에 제1동작신호의 감소된 전선-중립부하 전압과 2차 권선에서의 보상 신호의 감소된 전압의 합계가, 정상 동작 상태 중에 제1동작신호의 전선-중립부하 전압과 동일한 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  35. 제29항에 있어서, 상기 저장 유닛은 저장 노드에서 제2저장 축전기와 직렬로 연결된 제1저장 축전기를 포함하고, 상기 정류기는 정류 노드에서 제2정류기와 직렬로 연결된 제1정류기를 포함하고, 그리고 상기 인버터 절환장치는 제1인버터 절환장치와 인버팅 노드에서 직렬로 연결된 제2인버터 절환장치를 포함하고, 그리고 부가로 저장 노드, 정류 노드, 및 인버팅 노드는 제1버스라인과 제2버스라인에 의해 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  36. 삭제
  37. 순간전압강하 상태를 보상하는 방법은:
    (a)부하가 제1동작신호의 전선-중립부하 전압을 수신하도록 출력 단자에 부하를 연결하는 단계와;
    (b)증가된 전선간 입력신호가 조정기 모듈에 공급되게, 입력 승압 변압기를 사용하여 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻어진 전선간 전압을 증가시키는 단계와;
    (c)증가된 전선간 입력신호를 정류하는 단계와;
    (d)정류 증가된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지를 저장 유닛에 저장하는 단계와;
    (e)출력 단자와 전기통신하는 제1AC버스라인을 따라서 순간전압강하를 감지하는 단계와;
    (f)인버터 절환장치를 사용하여, 저장 에너지를 가진 보상 신호를 발생시키는 단계와;
    (g)정적 바이패스 스위치를 개방하여 주입 변압기가 우회되지 않게 하는 단계와;
    (h)주입 변압기를 사용하여 보상 신호의 전압을 감소시키는 단계; 및
    (i)주입 변압기에서 나온 보상 신호를 부하에 공급하는 단계를 포함하며;
    (b')상기 증가된 전선간 전압은 조정기 모듈의 전압 정격과 동일하며, 상기 입력 승압 변압기의 1차 권선은 제2AC버스라인과 제3AC버스라인을 가로질러 연결되고, 그리고 상기 입력 승압 변압기의 2차 권선은 제3AC버스라인과 정류 노드를 가로질러 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 삭제
  39. 동적 순간전압강하 보상장치는:
    (a)입력 단자와;
    (b)상기 입력 단자와 전기통신을 하고 그리고 전선-중립부하 전압을 가진 제1동작신호를 부하에 공급하는 출력 단자와;
    (c)감소된 전선간 입력신호를 조정기 모듈에 제공하도록 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻어진 전선간 전압을 감소하는 강압 변압기와;
    (d)감소된 전선간 입력신호를 정류하는 정류기와, 정류 감소된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지를 저장하는 저장 유닛, 및 저장 에너지를 사용하여 적어도 순간전압강하의 일 부분 중에 보상 신호를 발생시키는 인버터 절환장치를 가진, 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된 조정기 모듈과;
    (e)조정기 모듈과 전기통신을 하고 보상 신호의 전압을 증가시키는데 사용되는 출력 승압 변압기; 및
    (f)입력 단자 및 출력 단자와 전기통신하는 바이패스 스위치를 포함하며;
    (e')상기 출력 승압 변압기의 1차 권선은 조정기 모듈을 가로질러 연결되고 그리고 출력 승압 변압기의 2차 권선은 조정기 모듈과 직렬로 연결되며,
    (f')상기 바이패스 스위치는 강압 변압기와 출력 승압 변압기가 우회되도록 정상 동작상태 동안에는 폐쇄 위치에 있는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 출력 승압 변압기는 단권 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  41. 제40항에 있어서, 상기 단권 변압기는 정상 동작하는 중에 69V로 보상 신호의 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  42. 제39항에 있어서, 상기 전선-중립부하 전압은 346V를 갖는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  43. 제39항에 있어서, 상기 감소된 전선간 전압은 조정기 모듈의 전압 정격과 동일한 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  44. 삭제
  45. 제39항에 있어서, 순간전압강하 동안에 제1동작신호의 감소된 전압과 보상 신호의 증가된 전압의 합계는, 정상 동작 상태 중에 제1동작신호의 전선-중립부하 전압과 동일한 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  46. 제39항에 있어서, 강압 변압기의 1차 권선은 제2AC버스라인과 제3AC버스라인을 가로질러 연결되고, 그리고 강압 변압기의 2차 권선은 제1AC버스라인과 조정기 모듈을 가로질러 연결되는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  47. 제46항에 있어서, 강압 변압기의 2차 권선은 제1AC버스라인과 조정기 모듈의 정류 노드를 가로질러 연결되는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  48. 순간전압강하 상태를 보상하는 방법은:
    (a)부하에 전선-중립부하 전압을 가진 제1동작신호를 제공하도록 출력 단자에 부하를 연결하는 단계와;
    (b)감소된 전선간 입력신호가 조정기 모듈에 제공되게, 강압 변압기를 사용하여 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻어진 전선간 전압을 감소시키는 단계와;
    (c)감소된 전선간 입력신호를 정류하는 단계와;
    (d)정류 감소된 전선간 입력신호에 대응하는 에너지를 저장 유닛에 저장하는 단계와;
    (e)순간전압강하를 검출하는 단계와;
    (f)인버터 절환장치를 사용하여, 검출된 순간전압강하에 대한 저장 에너지를 가진 보상 신호를 발생하는 단계와;
    (g)출력 승압 변압기가 전기를 통하게 정적 바이패스 스위치를 개방하는 단계; 및
    (h)출력 승압 변압기를 사용하여 보상 신호의 전압을 증가시키는 단계를 포함하며;
    (g')상기 출력 승압 변압기의 1차 권선은 조정기 모듈을 가로질러 연결되고 그리고 출력 승압 변압기의 2차 권선은 조정기 모듈과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 감소된 전선간 전압은 조정기 모듈의 전압 정격과 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제48항에 있어서, 부하에 증가 전압을 가진 보상 신호를 제공하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 동적 순간전압강하 보상장치는:
    (a)입력 단자와;
    (b)상기 입력 단자와 전기통신을 하고 그리고 전선-중립부하 전압을 가진 제1동작신호를 부하에 제공하는 출력 단자와;
    (c)증가되거나 감소된 전선간 입력신호를 조정기 모듈에 제공하도록 전선-중립부하 전압을 가진 제2동작신호와 전선-중립부하 전압을 가진 제3동작신호를 가로질러 얻어진 전선간 전압을 감소시키는 강압 변압기와;
    (d)증가된 전선간 입력신호를 정류하는 정류기와, 정류 증가된 전선간 압력에 대응하는 에너지를 저장하는 저장 유닛, 및 저장 에너지를 사용하여 적어도 순간전압강하의 일 부분 중에 보상 신호를 발생시키는 인버터 절환장치를 가진, 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된 조정기 모듈과;
    (e)조정기 모듈과 전기통신을 하고 보상 신호의 전압을 감소시키데 사용되는 출력 벅크 변압기; 및
    (f)입력 단자 및 출력 단자와 전기통신 하는 바이패스 스위치를 포함하며;
    (c')상기 강압 변압기의 1차 권선은 제2AC버스라인과 제3AC버스라인을 가로질러 연결되고, 그리고 강압 변압기의 2차 권선은 제1AC버스라인과 조정기 모듈을 가로질러 연결되고,
    (f')상기 바이패스 스위치는 강압 변압기와 출력 벅크 변압기가 우회되도록 정상 동작상태 동안에는 폐쇄 위치에 있는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  52. 제51항에 있어서, 상기 출력 벅크 변압기는 단권 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  53. 제51항에 있어서, 상기 전선-중립부하 전압은 240V를 갖는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  54. 제51항에 있어서, 출력 벅크 변압기의 1차 권선은 조정기 모듈을 가로질러 연결되고 그리고 출력 벅크 변압기의 2차 권선은 조정기 모듈과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 동적 순간전압강하 보상장치.
  55. 삭제
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