KR101245206B1 - Electronic condenser-controller using linear regions of mosfet and pmsg havnig the controller - Google Patents

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KR101245206B1 KR1020120001524A KR20120001524A KR101245206B1 KR 101245206 B1 KR101245206 B1 KR 101245206B1 KR 1020120001524 A KR1020120001524 A KR 1020120001524A KR 20120001524 A KR20120001524 A KR 20120001524A KR 101245206 B1 KR101245206 B1 KR 101245206B1
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박성준
박인선
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전남대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: An electric phase modifier capable of using a linear region of a switching element and a permanent magnet synchronous generator equipping the electric phase modifier are provided to prevent the generation of an abrasion and arc of contact point when charging/discharging a condenser, thereby improving output voltage properties. CONSTITUTION: A plurality of power factor compensation circuits(110,110n) compensates for an output voltage and a power factor. The power factor compensation circuit is connected in parallel to each phase output of the permanent magnet synchronous generator. The master controller(120) calculates the error amount of an instruction value voltage. A sub controller(130) turns on/off the power factor compensation circuits and compensates the error amount. A three phase condenser is connected to each phase output and compensates for the output voltage and power factor of the permanent magnet synchronous generator.

Description

스위칭 소자의 선형영역을 이용한 전자 조상기 및 그 전자 조상기를 구비하는 영구자석 동기발전장치{Electronic condenser-controller using Linear regions of MOSFET and PMSG havnig the controller} Electronic condenser using linear region of switching element and permanent magnet synchronous power generator having the electronic ancestor {Electronic condenser-controller using Linear regions of MOSFET and PMSG havnig the controller}

본 발명은 전자 조상기 및 그 전자 조상기를 구비하는 영구자석 동기발전장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 영구자석 동기발전기에서 발생하는 전압강하와 역률강하를 보상할 때, 스위칭 소자의 선영영역을 이용하여 역률보상용 콘덴서를 '온'함으로써 DC릴레이를 이용할 때 발생하는 접점의 소모와 돌입 전류가 발생하는 것을 방지하여 출력전압의 왜곡 및 노이즈를 최소화하여 신뢰성을 향상시키고 소자의 소손을 방지할 수 있는 스위칭 소자의 선형영역을 이용한 전자 조상기 및 그 전자 조상기를 구비하는 영구자석 동기발전장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a permanent magnet synchronous generator having an electronic shunt and its electronic shunt, and more particularly, to compensate for the voltage drop and the power factor drop generated by the permanent magnet synchronous generator. Switching power factor correction capacitor on to prevent contact depletion and inrush current generated when using DC relay, minimizing output voltage distortion and noise, improving reliability and preventing device burnout The present invention relates to an electronic ancestor using a linear region of an element, and a permanent magnet synchronous power generator having the electronic ancestor.

산업용이나 군사용에 있어서 높은 신뢰성과 넓은 일정 출력/속도(CPSR:Constant Power Speed Range)를 갖는 보조 발전기에 대한 요구가 높아짐에 따라 유도형 동기발전기보다 상대적으로 구조가 간단한 영구자석 동기발전기(PMSG)의 연구가 활발하다.The demand for auxiliary generators with high reliability and wide constant power speed range (CPSR) in industrial and military applications is increasing, making the permanent magnet synchronous generator (PMSG) relatively simpler than the induction synchronous generator. The research is active.

영구자석 동기발전기는 무부하 운전의 경우, 회전자 속도에 따라 전압과 주파수가 선형적으로 변화하며, 부하인가시 회전자의 속도, 부하의 특성에 따라 출력전압이 변화된다.In the case of no-load operation, the permanent magnet synchronous generator changes the voltage and frequency linearly according to the rotor speed, and when the load is applied, the output voltage changes according to the speed and characteristics of the rotor.

즉, 부하전류 또는 부하역률에 의해 출력전압이 변동하는 문제점이 있다.That is, there is a problem in that the output voltage is changed by the load current or the load power factor.

따라서, 부하인가시 전압의 변동분을 고려하여 자속의 상대적 보상을 수행하여야 일정한 전압 출력을 얻을 수 있다.Therefore, it is necessary to perform the relative compensation of the magnetic flux in consideration of the change in voltage when applying the load to obtain a constant voltage output.

일반적인 유도형 동기발전기의 경우 계자전류를 조절함으로써 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있으므로 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있으나, 영구자석 동기발전기의 경우에는 이를 직접적으로 보상해줄 수 없는 구조이므로 진상콘덴서를 이용하여 출력전압 및 역률을 일정하게 유지한다.In general, the induction synchronous generator can increase or decrease the magnetic flux by controlling the field current, so the output voltage can be kept constant. However, in the case of the permanent magnet synchronous generator, the structure can not directly compensate for this, Keep the output voltage and power factor constant.

따라서 본 발명자들은 출력전압 및 역률보상을 위한 콘덴서의 '온/오프'를 위해 DC릴레이 구조의 조상기를 개발한바 있으나(콘덴서 방식의 PMSG 전기자 반작용 보상 제어기, ICROS 학술대회,2011), 이는 릴레이를 통해 기계식 접점으로 구성되므로 동작빈도가 높아질 경우 아크에 의한 접점의 소모가 발생하고, 이는 릴레이의 수명을 단축하는 문제점이 있고 또한 릴레이 '온/오프'시 발생하는 높은 돌입전류로 인해 제어회로에 노이즈가 발생하여 양질의 출력전압을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
Therefore, the present inventors have developed a DC relay structure for the 'on / off' of the capacitor for the output voltage and power factor correction (condenser type PMSG armature reaction compensation controller, ICROS conference, 2011), As it is composed of mechanical contacts, when the operation frequency increases, the contact of arcs is consumed, which shortens the life of the relay and also causes noise in the control circuit due to the high inrush current generated when the relay is 'on / off'. There is a problem that can not obtain a good output voltage.

본 발명자들은 전압강하와 역률을 보상하기 위한 콘덴서 충/방전시(온/오프시) 릴레이의 기계식 접점의 마모와 아크발생을 없애고, 높은 돌입전류에 의한 전압 왜곡률 및 전기적인 노이즈를 최소화하여 시스템의 신뢰성과 출력전압의 특성을 개선할 수 있는 조상기를 연구한 결과, 기계식 접점부분을 전자적인 스위칭 소자인 MOSFET를 사용하고, MOSFET의 선형영역을 이용하여 콘덴서 '온/오프'시에 임펄스(Impuls) 작용에 의한 접점의 마모와 아크발생을 없애고, 콘덴서 충/방전에 있어서 높은 돌입전류에 의한 전압 왜곡률 및 전기적인 노이즈를 최소하면서 전압강하 및 역률을 보상할 수 있는 전자 조상기의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.The inventors of the present invention eliminate the wear and arcing of the mechanical contact of the relay during the charge / discharge (on / off) of the capacitor to compensate for the voltage drop and power factor, and minimize the voltage distortion and electrical noise caused by the high inrush current. As a result of researching the ancestors to improve the reliability and the characteristics of the output voltage, impulses are used when the capacitor is 'on / off' by using the MOSFET as the electronic switching element and the linear region of the MOSFET. The technical configuration of the electronic ancestor can be developed to eliminate contact wear and arcing caused by the action and to compensate for voltage drop and power factor while minimizing voltage distortion and electrical noise caused by high inrush current in capacitor charging / discharging. The present invention has been completed.

따라서, 본 발명의 목적은 콘덴서를 이용하여 영구자석 동기발전기의 전압강하 및 역률을 보상하되, 기계식 접점을 사용하지 않고 반도체 스위칭소자(MOSFET)의 선형영역에서 콘덴서의 스위치를 동작시켜 스위칭시 돌입전류가 발생하는 것을 줄이고 전기적인 노이즈를 최소화하여 일정한 출력전압과 역률을 부하로 제공할 수 있는 전자 조상기를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to compensate for the voltage drop and power factor of a permanent magnet synchronous generator using a capacitor, but inrush current during switching by operating the switch of the capacitor in the linear region of a semiconductor switching element (MOSFET) without using a mechanical contact. It is to provide an electronic ancestor that can provide a constant output voltage and power factor to the load by reducing the occurrence of electrical noise and minimizing the electrical noise.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전자 조상기를 구비하는 영구자석 동기발전장치를 제공하는 것이다.
In addition, another object of the present invention is to provide a permanent magnet synchronous power generation apparatus having the electronic ancestor.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 영구자석 동기발전기(PMSG:Permanent-Magnet Synchronous Generator)의 출력전압 및 역률을 보상하기 위한 조상기(phase modify)로써, 상기 영구자석 동기발전기의 각 상 출력에 병렬로 연결되어 출력전압 및 역률을 보상하는 복수 개의 역률보상회로; 상기 영구자석 동기발전기의 출력전압, 전류 및 역률을 측정하여 부하변화에 따른 지령치 전압의 오차분을 계산하는 주 제어기; 및 상기 주 제어기의 제어에 의해 제어되며, 상기 지령치 전압이 상기 영구자석 동기발전기에서 출력되도록 상기 역률보상회로들을 온/오프하여 상기 오차분을 보상하는 보조 제어기;를 포함하고, 상기 각 역률보상회로들:은 상기 각 상 출력에 연결되어 상기 영구자석 동기발전기의 출력전압 및 역률을 보상하는 3상 콘덴서; 및 상기 3상 콘덴서의 입력들 중, 적어도 두 상의 입력에 구비되고, 상기 보조 제어기에 의해 제어되며 상기 3상 콘덴서가 온/오프되게 하는 반도체 스위칭소자들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 조상기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a phase modify for compensating the output voltage and power factor of the permanent magnet synchronous generator (PMSG), parallel to the output of each phase of the permanent magnet synchronous generator A plurality of power factor correction circuits connected to each other to compensate for an output voltage and a power factor; A main controller for measuring an output voltage, a current, and a power factor of the permanent magnet synchronous generator to calculate an error of a command value voltage according to a load change; And an auxiliary controller controlled by the main controller and configured to compensate for the error by turning on / off the power factor correction circuits so that the setpoint voltage is output from the permanent magnet synchronous generator. Field: The three-phase capacitor is connected to the output of each phase to compensate for the output voltage and power factor of the permanent magnet synchronous generator; And semiconductor switching elements provided on at least two phases of the inputs of the three-phase capacitor and controlled by the auxiliary controller and causing the three-phase capacitor to be turned on / off. to provide.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 반도체 스위칭소자들은 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)로 구성된다.In a preferred embodiment, the semiconductor switching device is composed of a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET).

바람직한 실시예에 있어서, 상기 반도체 스위칭소자들은 게이트 및 드레인 전압 특성곡선에서 상기 반도체 스위칭소자들의 드레인 전압(VDS)이 게이트 전압(VGS)에서 문턱 전압(Vth)을 뺀 전압보다 적은 선형영역에서 '온'된다.In a preferred embodiment, the semiconductor switching elements have a linear region in which the drain voltage V DS of the semiconductor switching elements is less than the voltage obtained by subtracting the threshold voltage V th from the gate voltage V GS in the gate and drain voltage characteristic curves. Will be 'on'.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 반도체 스위칭소자들은 상기 3상 콘덴서의 R상 입력에 연결되는 R상 반도체 스위칭소자 및 상기 3상 콘덴서의 S상 입력에 연결되는 S상 반도체 스위칭소자를 포함하여 이루어지고, 상기 각 역률보상회로들:은 상기 반도체 스위칭 소자들의 드레인 전압(VDS)을 형성하기 위한 입력 직류전원; 상기 보조 제어기의 제어신호에 의해 온/오프 되며, 상기 입력 직류 전원을 상기 R상 반도체 스위칭소자의 게이트 전압(VGS)으로 공급하는 R상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치; 상기 보조 제어기의 제어신호에 의해 온/오프 되며, 상기 입력 직류 전원을 상기 S상 반도체 스위칭소자의 게이트 전압(VGS)으로 공급하는 S상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치; 상기 R상 반도체 스위칭소자의 드레인과 소스를 연결하고, 교번하는 R상 전류가 상기 R상 반도체 스위칭소자의 드레인 전류로 흐르게 하여, 상기 R상 전압 콘덴서가 충전되게 하는 R상용 양방향 다이오드 브릿지; 및 상기 S상기 반도체 스위칭소자의 드레인과 소스를 연결하고, 교번하는 S상 전류가 상기 S상 반도체 스위칭소자의 드레인 전류로 흐르게 하여, 상기 S상 전압 콘덴서가 충전되게 하는 S상용 양방향 다이오드 브릿지;를 포함한다.In a preferred embodiment, the semiconductor switching device comprises an R-phase semiconductor switching device connected to the R-phase input of the three-phase capacitor and an S-phase semiconductor switching device connected to the S-phase input of the three-phase capacitor, The power factor correction circuits may include: an input direct current power source for forming drain voltages V DS of the semiconductor switching devices; An R-phase semiconductor switching element on / off switch turned on / off by a control signal of the auxiliary controller and supplying the input DC power to the gate voltage V GS of the R-phase semiconductor switching element; An S-phase semiconductor switching element on / off switch turned on / off by a control signal of the auxiliary controller and supplying the input DC power to the gate voltage V GS of the S-phase semiconductor switching element; An R-phase bidirectional diode bridge connecting the drain and the source of the R-phase semiconductor switching element and causing an alternating R-phase current to flow into the drain current of the R-phase semiconductor switching element to charge the R-phase voltage capacitor; And an S-phase bidirectional diode bridge connecting the drain and the source of the S-switched semiconductor switching element and causing an alternating S-phase current to flow into the drain current of the S-phase semiconductor switching element to charge the S-phase voltage capacitor. Include.

또한, 본 발명은 상기 영구자석 동기발전기 및 전자 조상기를 포함하는 영구자석 동기발전장치를 더 제공한다.
In addition, the present invention further provides a permanent magnet synchronous generator including the permanent magnet synchronous generator and the electronic sequencing.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

본 발명의 전자 조상기 및 영구자석 동기발전장치에 의하면 역률보상용 콘덴서의 투입을 위해 반도체 스위칭소자의 선형영역을 이용함으로써, 콘덴서 충/방전시 접점의 마모와 아크발생을 없애고, 높은 돌입전류에 의한 전압 왜곡률 및 전기적인 노이즈를 최소화하여 시스템의 신뢰성과 출력전압의 특성을 개선할 수 있다.
According to the electronic ancestor and the permanent magnet synchronous power generator of the present invention, the linear region of the semiconductor switching element is used for the input of the power factor correction capacitor, thereby eliminating the wear and arcing of the contact during the charge / discharge of the capacitor, and by the high inrush current. Voltage distortion and electrical noise can be minimized to improve system reliability and output voltage characteristics.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 조상기의 구성을 보여주는 도면,
도 2는 MOSFET의 게이트 및 드레인 전압 특성곡선을 설명하기 위한 도면,
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 역률 보상회로를 보여주는 도면,
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 조상기의 시뮬레이션 결과 파형을 보여주는 도면이다.1 is a view showing the configuration of an electronic ancestor according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram for explaining gate and drain voltage characteristic curves of a MOSFET;
3 illustrates a power factor correction circuit according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing a simulation result waveform of an electronic ancestor according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 조상기(100)는 영구자석 동기발전기(PMSG:Permanent-Magnet Synchronous Generator)의 출력전류를 앞당겨 전류와 전압의 위상이 동일하게 함으로써 출력 전압 및 역률을 보상하기 위한 것이다.Referring to FIG. 1, the electronic precipitator 100 according to an embodiment of the present invention advances the output current of a permanent-magnet synchronous generator (PMSG) so that the phase of the current and the voltage is equal to the output voltage and To compensate for the power factor.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 조상기는 영구자석 동기발전기와 함께 하나의 영구자석 동기발전장치로 제공될 수 있다.In addition, the electronic ancestor according to an embodiment of the present invention may be provided as a permanent magnet synchronous generator with a permanent magnet synchronous generator.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 조상기는 영구자석 동기발전기와 부하 사이에 연결되며, 전압을 보상하여 전류의 위상을 진상으로 앞당겨 전압의 위상과 동일하게 해줌으로써 역률을 보상한다.
In addition, the electronic precipitator according to an embodiment of the present invention is connected between the permanent magnet synchronous generator and the load, and compensates for the power factor by compensating the voltage to advance the phase of the current to the same phase as the phase of the voltage.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 조상기(100)의 구성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the electronic ancestor 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 조상기(100)는 역률보상회로(110,...,110n), 주 제어기(120) 및 보조 제어기(130)를 포함하여 이루어진다.The electronic compensator 100 according to an embodiment of the present invention includes a power factor correction circuit 110,..., 110n, a main controller 120, and an auxiliary controller 130.

상기 역률보상회로(110,...,110n)는 상기 영구자석 동기발전기의 출력(R,S,T)에 출력 전압을 보상하여, 역률을 보상하며, 상기 영구자석 동기발전기의 출력(R,S,T)에 병렬로 연결되는 복수 개의 역률보상회로들(110,...,110n)로 구성된다.The power factor correction circuits 110,..., And 110n compensate for the output voltage at the outputs R, S, and T of the permanent magnet synchronous generator, thereby compensating for the power factor, and output the outputs of the permanent magnet synchronous generator. A plurality of power factor correction circuits 110, ..., 110n connected in parallel to S and T).

즉, 부하투입이나 변화에 의해 발생하는 전압강하량에 맞게 역률보상회로들(110,...,110n) 중, 하나 또는 일정한 개수의 역률보상회로를 '온'하여 역률보상용 전압을 투입하게 된다.That is, one of the power factor correction circuits 110, ..., 110n, or a certain number of power factor correction circuits is 'on' to input the power factor correction voltage in accordance with the voltage drop caused by load input or change. .

일반적으로, 상기 영구자석 동기발전기는 회전자의 설계에 따라 정격저항 부하가 투입될 경우 최대 3~4[%]의 전압이 감소하며, 역률이 '0.8'일 경우 약 10[%]의 전압강하가 나타나게 되는데, 이러한 전압강하 발생시 상기 역률보상회로들(110,...,110n)에서 역률보상 전압을 투입하여 전류를 앞당김으로써 역률을 '1'로 만들어줘 출력을 향상시킬 수 있다.In general, the permanent magnet synchronous generator is a voltage of up to 3 ~ 4 [%] when the rated resistance load is applied according to the rotor design, and a voltage drop of about 10 [%] when the power factor is '0.8' When the voltage drop occurs, the power factor correction circuit 110, ..., 110n in the power factor correction voltage by inputting the current to make the power factor '1' to improve the output.

또한, 상기 각 역률보상회로(110,...,110n)는 상기 영구자석 동기발전기의 R상 출력과 N상에 연결되어 R상 출력을 보상하기 위한 R상 전압 보상 콘덴서(111), S상 출력과 N상에 연결되어 S상 출력을 보상하기 위한 S상 전압 보상 콘덴서(112) 및 T상 출력과 N상에 연결되어 T상 출력과 N상에 연결되어 N상 출력을 보상하기 위한 N상 전압 보상 콘덴서(113)를 포함한다.In addition, each of the power factor correction circuits 110, ..., 110n is connected to the R phase output and the N phase of the permanent magnet synchronous generator to compensate for the R phase output. S phase voltage compensation capacitor 112 for compensating S phase output connected to N phase and N phase for compensating N phase output for T phase output and N phase connected to T phase output and N phase And a voltage compensating capacitor 113.

그러나, 상기 전압 보상 콘덴서(113)들은 실질적으로 3상 입력을 동시에 받을 수 있는 하나의 3상 콘덴서로 구비되며, 설명의 편의를 위해 각 상 별로 구분하였다.However, the voltage compensation capacitors 113 are substantially provided as one three-phase capacitor that can receive a three-phase input at the same time, it is divided for each phase for convenience of description.

또한, 상기 각 역률보상회로(110,...,110n)는 상기 R상 전압 보상 콘덴서(111), 상기 S상 전압 보상 콘덴서(112) 및 상기 N상 전압 보상 콘덴서(113)를 충/방전하여 역률보상용 전압을 상기 영구자석 동기발전기의 출력에 투입하기 위한 반도체 스위칭소자들(114,115)을 포함한다.In addition, the power factor correction circuits 110,..., 110n charge / discharge the R phase voltage compensation capacitor 111, the S phase voltage compensation capacitor 112, and the N phase voltage compensation capacitor 113. And a semiconductor switching element 114 or 115 for inputting a power factor correction voltage to the output of the permanent magnet synchronous generator.

또한, 상기 반도체 스위칭소자들(114,115)은 상기 각상 전압 보상 콘덴서들(111,112,113)의 전압을 각각 출력에 투입하기 위한 세 개의 반도체 스위칭소자들로 구비될 수도 있고, 하나의 전압 보상 콘덴서(113)의 전압은 고정적으로 출력에 투입되고 나머지 두 개의 전압 보상 콘덴서(111,112)의 전압은 선택적으로 출력에 투입할 수 있는 두 개의 반도체 스위칭소자들(114,115)로 구성될 수 있다.In addition, the semiconductor switching elements 114 and 115 may be provided with three semiconductor switching elements for inputting the voltages of the respective voltage compensation capacitors 111, 112, and 113 to the output, respectively. The voltage may be composed of two semiconductor switching elements 114 and 115 that may be fixedly input to the output and the voltage of the remaining two voltage compensation capacitors 111 and 112 may be selectively input to the output.

본 발명에서는 상기 반도체 스위칭소자들(114,115)을 생산단가의 절감을 위해 상기 R상 전압 보상 콘덴서(111)의 전압을 상기 R상 출력에 투입하기 위한 R상 반도체 스위칭소자(114)와 상기 S상 전압 보상 콘덴서(112)의 전압을 상기 S상 출력에 투입하기 위한 S상 반도체 스위칭소자(115)의 두 개의 반도체 스위칭소자들로 구성하였다.In the present invention, the R-phase semiconductor switching element 114 and the S-phase for inputting the voltage of the R-phase voltage compensation capacitor 111 to the R-phase output to reduce the production cost of the semiconductor switching elements (114, 115) Two semiconductor switching elements of the S-phase semiconductor switching element 115 for inputting the voltage of the voltage compensation capacitor 112 to the S-phase output.

그러나, 상기 반도체 스위칭소자들은 상기 R상 전압 보상 콘덴서(111) 및 상기 T상 전압 보상 콘덴서(113) 또는 상기 S상 전압 보상 콘덴서(112) 및 상기 T상 전압 보상 콘덴서(113)의 전압을 투입하기 위한 두 개의 반도체 스위칭소자들로 구성될 수 있다.However, the semiconductor switching devices input voltages of the R-phase voltage compensation capacitor 111 and the T-phase voltage compensation capacitor 113 or the S-phase voltage compensation capacitor 112 and the T-phase voltage compensation capacitor 113. It can be composed of two semiconductor switching elements for.

또한, 상기 반도체 스위칭소자들(114,115)은 각각 도 2의 그림(b)에 도시한 바와 같은 MOSFET( metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터)로 구비된다.In addition, the semiconductor switching elements 114 and 115 are each provided with a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) as shown in FIG. 2 (b).

또한, 상기 MOSFET는 게이트(G)와 소스(S) 사이에 인가되는 게이트 전압(VGS)에 의해 드레인(D)과 소스(S) 사이의 저항값 RDS(ON)이 변화된다. 즉, 상기 게이트 전압(VGS)을 크게 할수록 저항값 RDS(ON)가 작아진다.Also, in the MOSFET, the resistance value R DS (ON) between the drain D and the source S is changed by the gate voltage V GS applied between the gate G and the source S. In other words, as the gate voltage V GS increases, the resistance value R DS (ON) decreases.

따라서, 상기 MOSFET에 충분한 크기의 게이트 전압(VGS)을 인가할 경우 저항값 RDS(ON)는 수십에서 수백[mΩ]까지 작아지므로 이와 같은 성질을 이용하여 도 2의 그림(a)에 도시한 게이트 및 드레인 전압 특성곡선에서 드레인 전류가 선형적으로 증가하는 선형영역에서 스위칭소자를 '온'시킬 경우, 상기 전압 보상 콘덴서들을 충/방전할 때 돌입전류가 발생하지 않으므로 전압왜곡 및 노이즈를 최소화할 수 있는 것이다.Therefore, when the gate voltage (V GS ) of sufficient magnitude is applied to the MOSFET, the resistance value R DS (ON) decreases from several tens to several hundreds [mΩ], and thus, as shown in FIG. When the switching device is 'on' in a linear region where the drain current increases linearly in one gate and drain voltage characteristic curve, inrush current does not occur when charging / discharging the voltage compensation capacitors, thereby minimizing voltage distortion and noise. You can do it.

또한, 상기 선형영역은 아래의 수학식 1과 같이 드레인 전압(VDS)이 게이트 전압(VGS)에서 문턱 전압(Vth)을 뺀 값보다 적은 영역을 의미한다.In addition, the linear region refers to a region where the drain voltage V DS is smaller than the gate voltage V GS minus the threshold voltage V th as shown in Equation 1 below.

Figure 112012001289940-pat00001
Figure 112012001289940-pat00001

또한, 도 3을 참조하면, 상기 각 역률보상회로(110,...,110n)는 상기 R상 반도체 스위칭소자(114)와 상기 S상 반도체 스위칭소자(115)에 게이트 전압을 인가하여 상기 영구자석 동기발전기의 출력이 상기 R상 전압 보상 콘덴서(111) 및 상기 S상 전압 보상 콘덴서(112)에 충/방전되게 함으로써 상기 R상 전압 보상 콘덴서(111) 및 상기 S상 전압 보상 콘덴서(112)가 역률보상용 전압을 투입하게 하는 게이트 전압 인가회로 및 양방향 브릿지 다이오드(119,119a)를 더 포함한다.3, each of the power factor correction circuits 110,..., And 110n applies the gate voltage to the R-phase semiconductor switching element 114 and the S-phase semiconductor switching element 115 to perform the permanent operation. The R-phase voltage compensation capacitor 111 and the S-phase voltage compensation capacitor 112 by causing the output of the magnet synchronous generator to be charged / discharged to the R-phase voltage compensation capacitor 111 and the S-phase voltage compensation capacitor 112. The gate voltage applying circuit and the bidirectional bridge diodes 119 and 119a to input the power factor correction voltage are further included.

또한, 상기 게이트 전압 인가회로는 펄스로 직류전원을 발생하는 입력직류전원(116), 상기 입력직류전원을 분할하는 변압기(116a), 상기 변압기(116a)의 어느 하나의 출력과 상기 R상 반도체 스위칭소자(114)의 게이트와 소스에 병렬로 연결되어 상기 R상 반도체 스위칭소자(114)에 게이트 전압(VGS)을 공급하는 상기 R상 반도체 스위칭소자용 커패시터(117a) 및 상기 변압기(116a)의 다른 하나의 출력과 상기 S상 반도체 스위칭소자(115)의 게이트와 소스에 병렬로 연결되어, 상기 S상 반도체 스위칭소자(115)에 게이트 전압(VGS)을 공급하는 상기 S상 반도체 스위칭소자용 커패시터(117a)를 포함한다.In addition, the gate voltage application circuit includes an input DC power supply 116 for generating a DC power source with a pulse, a transformer 116a for dividing the input DC power supply, and an output of any one of the transformer 116a and the R-phase semiconductor switching. The capacitor 117a and the transformer 116a for the R-phase semiconductor switching device connected in parallel to the gate and the source of the device 114 to supply the gate voltage V GS to the R-phase semiconductor switching device 114. For the S-phase semiconductor switching device connected in parallel with the other output and the gate and the source of the S-phase semiconductor switching device 115 to supply a gate voltage V GS to the S-phase semiconductor switching device 115. Capacitor 117a.

또한, 상기 게이트 전압 인가회로는 아래에서 설명할 보조 제어기(130)에 의해 온/오프되며 상기 변압기(116)의 어느 하나의 출력이 상기 R상 반도체 스위칭소자용 커패시터(117a)에 충전되게 하는 R상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치(117) 및 상기 변압기(116)의 다른 하나의 출력이 상기 S상 반도체 스위칭소자용 커패시터(118a)에 충전되게 하는 S상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치(118)를 더 포함한다.In addition, the gate voltage applying circuit is turned on / off by the auxiliary controller 130, which will be described below, and R which causes the output of any one of the transformer 116 to be charged in the capacitor 117a for the R-phase semiconductor switching element. S-phase semiconductor switching element on / off switch 118 which causes the other output of the phase semiconductor switching element on / off switch 117 and the transformer 116 to be charged in the capacitor 118a for the S-phase semiconductor switching element. It further includes.

즉, 상기 R상 반도체 스위칭 소자(114)와 상기 S상 반도체 스위칭 소자(115)는 상기 R상 반도체 스위칭소자용 커패시터(117a)와 상기 S상 반도체 스위칭소자용 커패시터(118a)에 충전되는 전압에 의해 선형영역에서 동작하여 상기 R상 및 S상 전압 보상 콘덴서 투입시 돌입전류가 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.That is, the R-phase semiconductor switching element 114 and the S-phase semiconductor switching element 115 are applied to a voltage charged in the R-phase semiconductor switching element capacitor 117a and the S-phase semiconductor switching element capacitor 118a. By operating in the linear region it is possible to prevent the inrush current is generated when the R-phase and S-phase voltage compensation capacitor input.

또한, 상기 양방향 다이오드 브릿지(119,119a)는 상기 R상 반도체 스위칭소자(114)의 드레인과 소스을 연결하고 교번하는 R상 전류가 상기 R상 반도체 스위칭소자(114)의 드레인 전류로 흐르게 하여, 상기 R상 전압 콘덴서(111)가 '온'되게 하는 R상용 양방향 다이오드 브릿지(119)와 상기 S상 반도체 스위칭소자(115)의 드레인과 소스을 연결하고 교번하는 S상 전류가 상기 S상 반도체 스위칭소자(115)의 드레인 전류로 흐르게 하여, 상기 S상 전압 콘덴서(112)가 '온'되게 하는 S상용 양방향 다이오드 브릿지(119a)를 포함한다.In addition, the bidirectional diode bridges 119 and 119a connect the drain and the source of the R-phase semiconductor switching element 114 and cause an alternate R-phase current to flow into the drain current of the R-phase semiconductor switching element 114. The S-phase semiconductor switching element 115 connects and alternates between the R-phase bidirectional diode bridge 119 and the drain and the source of the S-phase semiconductor switching element 115 to turn the phase voltage capacitor 111 on. And the S-phase bidirectional diode bridge 119a, which causes the S-phase voltage capacitor 112 to be 'on' to flow at the drain current.

또한, 상기 R상용 양방향 다이오드 브릿지(119)는 캐소드가 상기 R상 반도체 스위칭소자(114)의 드레인에 연결되고 애노드는 상기 영구자석 동기발전기의 R상 출력에 연결되는 제1 다이오드(119-1), 캐소드가 상기 R상 반도체 스위칭소자(114)의 드레인에 연결되고 애노드는 상기 R상 전압 보상 콘덴서(111)에 연결되는 제2 다이오드(119-2), 캐소드가 상기 제2 다이오드(119-2)의 애노드에 연결되고, 애노드는 상기 R상 반도체 스위칭소자(114)의 소스에 연결되는 제3 다이오드(119-3) 및 캐소드가 상기 제1 다이오드(119-1)의 애노드에 연결되고 애노드는 상기 제3 다이오드(119-3)의 애노드에 연결되는 제4 다이오드(119-4)를 포함하여 이루어진다.In addition, the R-phase bidirectional diode bridge 119 has a first diode 119-1 having a cathode connected to the drain of the R-phase semiconductor switching element 114 and an anode connected to an R-phase output of the permanent magnet synchronous generator. A second diode 119-2 having a cathode connected to the drain of the R-phase semiconductor switching element 114 and an anode connected to the R-phase voltage compensating capacitor 111, and a cathode of the second diode 119-2 Is connected to the source of the R-phase semiconductor switching element 114, and the cathode is connected to the anode of the first diode 119-1, and the anode And a fourth diode 119-4 connected to the anode of the third diode 119-3.

즉, 상기 R상용 양방향 다이오드 브릿지(119)는 교번하는 R상 전류가 상기 R상 반도체 스위칭소자(114)에서 한 방향으로 흐르게 하는 역할을 한다.That is, the R-phase bidirectional diode bridge 119 serves to allow alternating R-phase currents to flow in one direction from the R-phase semiconductor switching element 114.

또한, 상기 S상용 양방향 다이오드 브릿지(119a)는 상기 R상용 양방향 다이오드 브릿지(119)의 다이오드 구성과 실질적으로 동일하다.In addition, the S-phase bidirectional diode bridge 119a is substantially the same as the diode configuration of the R-phase bidirectional diode bridge 119.

상기 주 제어기(120)는 상기 영구자석 동기발전기의 출력전압, 출력전류 및 역률을 측정하여 부하투입 또는 변화에 따라 보상해야 할 지령치 전압을 계산한다.The main controller 120 measures the output voltage, the output current and the power factor of the permanent magnet synchronous generator to calculate a setpoint voltage to be compensated according to load input or change.

또한, 상기 출력전압과 상기 지령치 전압의 오차분을 계산하여 상기 보조 제어기(130)로 전송한다.In addition, the difference between the output voltage and the command value voltage is calculated and transmitted to the auxiliary controller 130.

또한, 상기 주 제어기(120)는 상기 영구자석 동기발전기의 출력전압, 출력전류를 측정하기 위한 전류 측정기 및 전압 측정기가 포함될 수 있다.In addition, the main controller 120 may include a current meter and a voltage meter for measuring the output voltage, the output current of the permanent magnet synchronous generator.

상기 보조 제어기(130)는 상기 주 제어기(120)에 의해 제어되며, 상기 오차분이 상기 영구자석 동기발전기의 출력에 더해서 상기 지령치 전압이 출력되도록 상기 역률보상회로들(110,...,110n)을 선택적으로 온/오프한다.The auxiliary controller 130 is controlled by the main controller 120, and the power factor correction circuits 110,. Selectively turn on / off.

더욱 자세하게는 상기 보조 제어기(130)는 상기 R상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치(117) 및 상기 S상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치(118)의 온/오프를 제어하며, 포토 다이오드를 이용하여 온/오프함으로써 상기 역률보상회로들(110,...,110n)과 절연되게 하여 상기 역률보상회로들(110,...,110n)의 오작동시 보호될 수 있도록 하였다.More specifically, the auxiliary controller 130 controls the on / off of the R-phase semiconductor switching device on / off switch 117 and the S-phase semiconductor switching device on / off switch 118, using a photodiode By turning on / off, the power factor correction circuits 110, ..., 110n are insulated from each other so that the power factor correction circuits 110, ..., 110n may be protected from malfunction.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 조상기를 이용하여 전압 및 역률을 보상한 시뮬레이션 결과 파형이다.4 is a simulation result waveform of compensating a voltage and a power factor using an electronic ancestor according to an embodiment of the present invention.

또한, 도 4의 파형(a)는 종래의 릴레이 구조의 조상기를 이용하여 전압 및 역률를 보상한 결과 파형이고, 파형(b)는 본 발명의 전자 조상기를 이용하여 전압 및 역률을 보상한 시뮬레이션 결과 파형이다.In addition, the waveform (a) of Figure 4 is a waveform resulting from the compensation of the voltage and power factor using the conventional shunt of the relay structure, the waveform (b) is a simulation result waveform of compensating the voltage and power factor using the electronic ancestor of the present invention to be.

총 시뮬레이션 시간은 2[s]이며 부하는 0.5[s]에 투입되도록 설정하였다. 그 결과 종래의 릴레이 구조의 조상기의 경우 약 10[A]의 돌입전류(I_rush)가 발생하였고 본 발명의 전자 조상기의 경우 전류(I_C1)가 약 2[A]로 돌입전류가 발생하지 않음을 알 수 있다.
The total simulation time is 2 [s] and the load is set to 0.5 [s]. As a result, the case of the conventional relay structure josanggi was a rush current (I_ rush) from about 10 [A] generated when the electronic josanggi of the present invention current (I_ C1) is not a rush current occurs at about 2 [A] It can be seen.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the present invention. Various changes and modifications will be possible.

100:전자 조상기 110,110n:역률보상회로
111:R상 전압 보상 콘덴서 112:S상 전압 보상 콘덴서
113:T상 전압 보상 콘덴서 114:R상 반도체 스위칭소자
115:S상 반도체 스위칭소자 116:입력 직류전원
116a:변압기 117:R상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치
117a:R상 반도체 스위칭소자용 커패시터
118:S상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치
118a:S상 반도체 스위칭소자용 커패시터
119:R상용 양방향 다이오드 브릿지
119-1,119-2,119-3,119-4:다이오드
119a:S상용 양방향 다이오드 브릿지100: electronic compensator 110, 110n: power factor correction circuit
111: R phase voltage compensation capacitor 112: S phase voltage compensation capacitor
113: T-phase voltage compensation capacitor 114: R-phase semiconductor switching element
115: S-phase semiconductor switching element 116: input DC power
116a: Transformer 117: R phase semiconductor switching element on / off switch
117a: capacitor for R-phase semiconductor switching device
118: S-phase semiconductor switching element on / off switch
118a: Capacitor for S-phase Semiconductor Switching Element
119: R commercial bidirectional diode bridge
119-1,119-2,119-3,119-4: Diode
119a: S commercial bidirectional diode bridge

Claims (5)

영구자석 동기발전기(PMSG:Permanent-Magnet Synchronous Generator)의 출력전압 및 역률을 보상하기 위한 조상기(phase modifier)로써,
상기 영구자석 동기발전기의 각 상 출력에 병렬로 연결되어 출력전압 및 역률을 보상하는 복수 개의 역률보상회로;
상기 영구자석 동기발전기의 출력전압, 전류 및 역률을 측정하여 부하변화에 따른 지령치 전압의 오차분을 계산하는 주 제어기; 및
상기 주 제어기의 제어에 의해 제어되며, 상기 지령치 전압이 상기 영구자석 동기발전기에서 출력되도록 상기 역률보상회로들을 온/오프하여 상기 오차분을 보상하는 보조 제어기;를 포함하고,
상기 각 역률보상회로들:은
상기 각 상 출력에 연결되어 상기 영구자석 동기발전기의 출력전압 및 역률을 보상하는 3상 콘덴서;
상기 3상 콘덴서의 R상 입력에 연결되는 R상 반도체 스위칭소자;
상기 3상 콘덴서의 S상 입력에 연결되는 S상 반도체 스위칭소자;
상기 반도체 스위칭 소자들의 드레인 전압(VDS)을 형성하기 위한 입력 직류전원;
상기 보조 제어기의 제어신호에 의해 온/오프 되며, 상기 입력 직류 전원을 상기 R상 반도체 스위칭소자의 게이트 전압(VGS)으로 공급하는 R상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치;
상기 보조 제어기의 제어신호에 의해 온/오프 되며, 상기 입력 직류 전원을 상기 S상 반도체 스위칭소자의 게이트 전압(VGS)으로 공급하는 S상 반도체 스위칭소자 온/오프 스위치;
상기 R상 반도체 스위칭소자의 드레인과 소스를 연결하고, 교번하는 R상 전류가 상기 R상 반도체 스위칭소자의 드레인 전류로 흐르게 하여, 상기 R상 전압 콘덴서가 충전되게 하는 R상용 양방향 다이오드 브릿지; 및
상기 S상기 반도체 스위칭소자의 드레인과 소스를 연결하고, 교번하는 S상 전류가 상기 S상 반도체 스위칭소자의 드레인 전류로 흐르게 하여, 상기 S상 전압 콘덴서가 충전되게 하는 S상용 양방향 다이오드 브릿지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 조상기. 것을 특징으로 하는 전자 조상기.
As a phase modifier for compensating output voltage and power factor of permanent-magnet synchronous generator (PMSG),
A plurality of power factor correction circuits connected in parallel to each phase output of the permanent magnet synchronous generator to compensate an output voltage and a power factor;
A main controller for measuring an output voltage, a current, and a power factor of the permanent magnet synchronous generator to calculate an error of a command value voltage according to a load change; And
And an auxiliary controller controlled by the main controller and configured to compensate for the error by turning on / off the power factor correction circuits so that the setpoint voltage is output from the permanent magnet synchronous generator.
The power factor correction circuits are:
A three-phase capacitor connected to each of the phase outputs to compensate an output voltage and a power factor of the permanent magnet synchronous generator;
An R phase semiconductor switching element connected to an R phase input of the three phase capacitor;
An S-phase semiconductor switching element connected to the S-phase input of the three-phase capacitor;
An input DC power supply for forming drain voltages V DS of the semiconductor switching devices;
An R-phase semiconductor switching element on / off switch turned on / off by a control signal of the auxiliary controller and supplying the input DC power to the gate voltage V GS of the R-phase semiconductor switching element;
An S-phase semiconductor switching element on / off switch turned on / off by a control signal of the auxiliary controller and supplying the input DC power to the gate voltage V GS of the S-phase semiconductor switching element;
An R-phase bidirectional diode bridge connecting the drain and the source of the R-phase semiconductor switching element and causing an alternating R-phase current to flow into the drain current of the R-phase semiconductor switching element to charge the R-phase voltage capacitor; And
An S-phase bidirectional diode bridge connecting the drain and the source of the S-switched semiconductor switching element and causing an alternating S-phase current to flow into the drain current of the S-phase semiconductor switching element, thereby charging the S-phase voltage capacitor. Electronic ancestors characterized in that. Electronic ancestors, characterized in that.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체 스위칭소자들은 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)인 것을 특징으로 하는 전자 조상기.
The method of claim 1,
And the semiconductor switching elements are metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs).
제 2 항에 있어서,
상기 반도체 스위칭소자들은 게이트 및 드레인 전압 특성곡선에서 상기 반도체 스위칭소자들의 드레인 전압(VDS)이 게이트 전압(VGS)에서 문턱 전압(Vth)을 뺀 전압보다 적은 선형영역에서 '온'되는 것을 특징으로 하는 전자 조상기.
The method of claim 2,
The semiconductor switching devices may be 'on' in a linear region where the drain voltage V DS of the semiconductor switching devices is less than the gate voltage V GS minus the threshold voltage V th in the gate and drain voltage characteristic curves. An electronic ancestor.
삭제delete 영구자석 동기발전기 및 제 1 항 내지 제 3 항 중, 어느 한 항의 전자 조상기를 포함하는 영구자석 동기발전장치.4. A permanent magnet synchronous generator comprising a permanent magnet synchronous generator and an electronic ancestor according to any one of claims 1 to 3.
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