KR101265854B1 - 고전압 인버터 - Google Patents

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어드밴스드 퓨젼 시스템스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 하나 또는 그 이상의 AC 출력 위상으로 DC 전원을 AC 전원으로 변환하기 위한 고전압 인버터를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 인버터는 AC 출력위상에서 극관, 4극관 또는 5극관 구조의 제1 및 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관(first and second cold cathode field emission controllable electron tubes)을 포함하는 AC 입력위상회로를 갖는다. 본 발명에 의한 각 전자관은 20KV 초과의 고전압 DC 전위에 연결되는 제1 입력노드와 그라운드에 연결되는 제2 입력노드를 갖는다. 본 발명에 의한 제1 전자관은 1차 변압기 권선의 제1단부과 그라운드(ground) 사이에 직렬로 연결되고, 본 발명에 의한 제2 전자관은 1차 변압기 권선의 제2단부와 그라운드 사이에 직렬로 연결된다.
본 발명에 의한 제어회로는 전자관을 제어하고 제1 및 제2 전자관은 1차 변압기 권선의 제1단부를 그라운드 전위(the potential of the ground)로 유도하고 1차 변압기 권선의 제2 단부를 그라운드 전위로 유도하도록 교대로 전도한다.

Description

고전압 인버터{HIGH VOLTAGE INVERTER}
본 발명은 DC 전원에서 AC 전원으로 변환하는 기능을 포함하는 인버터에 관한 것으로 보다 구체적으로는 입력 DC 전압이 20KV를 초과하는 고전압 인버터에 관한 것이다.
종래의 인버터 기술은 20KV를 초과하는 전압에서 DC 전원을 AC 전원으로 변환하는 것으로 머큐리 베이포 관(Mercury vapor tubes)와 솔리드 스테이트 장치(solid state device)를 포함한다.
머큐리 베이포 관(Mercury vapor tubes)은, 관 내의 머큐리 베이포가 주변으로 증발하면 주변에 악영향을 주는 단점이 있다. 솔리드 스테이트 장치(solid state device)는 다이리스터(thyristors,예:실리콘-제어정류기(silicon-controlled rectifiers)와 같은 솔리드 스테이트 장치가 매우 병렬로 많이 연결되어 큰 뱅크를 포함해야만 하는 단점이 있다.
비용과, 많은 장치들이 병렬로 연결된 점을 차치하면 많은 장치들 중에 하나의 장치가 연결되지 않을 가능성이 단일 장치를 연결하는 것 보다 높기 때문에 신뢰성이 감소된다 - 장치마다 연결실패율은 같다고 가정한다.
DC 전원을 AC 전원으로 변환하는 기능을 갖는 고전압 인버터를 제공하는 것이 바람직하며 높은 신뢰성을 가지며 주변에 나쁜 영향을 주지 않는다.
본 발명의 목적은 하나 또는 그 이상의 AC 출력 위상으로 DC 전원을 AC 전원으로 변환하기 위한 고전압 인버터를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 인버터는 AC 출력위상에서 3극관, 4극관 또는 5극관 구조의 제1 및 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관(first and second cold cathode field emission controllable electron tubes)을 포함하는 AC 입력위상회로를 갖는다. 각 전자관은 20KV 초과의 고전압 DC 전위에 연결되는 제1 입력노드와 그라운드에 연결되는 제2 입력노드를 갖는다.
1차 변압기 권선(a primary transformer winding)은 제1단부, 제2단부 및 중앙탭을 갖는다.
상기 제1 냉음극 전계방출 제어 전자관은 1차 변압기 권선의 제1단부과 그라운드(ground) 사이에 직렬로 연결되고, 상기 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은 1차 변압기 권선의 제2단부와 그라운드 사이에 직렬로 연결된다.
제어회로는 전자관을 제어하고 제1 및 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은 1차 변압기 권선의 제1단부를 그라운드 전위(the potential of the ground)로 유도하고 1차 변압기 권선의 제2 단부를 그라운드 전위로 유도하도록 교대로 전도한다.
바람직한 실시예에서 인버터는 DC 전원을 AC 전원으로 변환하는 기능을 가지며 구조가 간단하고 높은 신뢰성을 가지며 구조적으로 위험성이 없다.
본 발명에 의한 고전압 인버터는 DC 전원을 AC 전원으로 변환하는 기능을 포함하고 높은 신뢰성을 가지며 구조적으로 위험하지 않다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 DC 전원을 AC 전원으로 변환하는 고전압 인터버의 구조를 도시한 것이고,
도2는 본 발명에서 이용될 수 있는 3극관 구조의 냉음극 전계방출 제어 전자관(a cold cathode field emission controllable electron tube of triode structure)의 사시도를 도시한 것이고,
도3a는 본 발명에 의한 위상 모니터링과 전원균형을 갖는 3상 인터버의 구조를 도시한 것이고,
도3b는 전원분배 그리드의 부분적인 구조를 도시한 것이고,
도4는 도3a에 도시된 인버터의 인버터 위상(86)을 도시한 것이고,
도5는 도4에 도시된 인버터 위상의 전류조절회로의 구조를 도시한 것이고,
도6은 고전압DC 입력을 제공하는 AC to DC 정류기와 고전압 인터버의 구조를 도시한 것이고,
도7은 전기전원 분배 그리드에 연결되었을 때 도6의 AC to DC 정류기와 고전압 인버터의 구조을 도시한 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 작동상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
도1은 고전압 DC를 AC 전류를 변환하는 고전압 인버터(10)를 도시한 것이다.
상기 인버터(10)의 출력은 초과 10KV의 전압을 제공하고 초당 약 500에서 400 사이클의 범위의 AC 주파수를 갖는다. 입력AC 위상(20)은 입력노드(26)와 그라운드(28) 사이에 제공되는 고전압 DC를 AC 전압으로 변환한다.
이하의 설명은 본 발명에 의한 (1)고전압 인버터의 AC 입력위상, (2)위상동조를 병합하는 고전압 인버터 및 전기전원 분배 그리드의 전원균형과 위상 모니터링 및 (3)고전압 DC to DC 인버터에 관한 것이다.
1. AC 입력위상
도1의 입력AC 위상(20)은 3극 구조의 냉음극 전계방출 제어 전자관(cold cathode field emission controllable electron tubes of triode structure)을 포함한다. 또한 전자관은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명한 회로에 적절한 조절로 4극 또는 5극 구조의 관으로 치환될 수 있다. 도2는 3극구조의 냉음극 전계방출 제어 전자관(cold cathode field emission controllable electron tubes of triode structure)을 도시한다. 도2에서 관(38)은 실린더형 애노드(44)에 의해 둘러싸이고 실린더형 그리드(44)에 의해 둘러싸이는 실린더형 음극(40)을 포함한다. 음극(40), 그리드(42) 및 애노드(44)는 실린더형 축을 따라 서로 축대칭으로 구비된다.
상기 관(38)의 상세한 설명은 1990년 8월 21일 "고전압 스위치 관(High Voltage Switch Tube)"으로 등록된 미국특허 제4,950,962호에서 알 수 있다. 상기 특허의 게재된 내용은 참고자료에 의한 내용을 포함한다. 상기 특허에 게시된 회로의 시간상수는 도1의 인버터(10) 출력에 결합된 변환기의 효율적인 사용이 가능하도록 충분히 높은 스위칭비를 제공하도록 제공된다.
도1의 고전압 인버터(10)는 도2와 상기 미국특허 제4,950,962호의 냉음극 전계방출 제어 전자관(cold cathode field emission controllable electron tubes)을 이용하는 것이 바람직하다. 이것은 고전압 용량, 고전류 용량 및 고열방출의 전자관(38)의 구조이기 때문이다. 전원발생스테이션(power generating station)과 고전압 인버터(10)의 트랜스미션 라인 어플리케이션(transmission line application)에서 20KVDC(예,1백만 VDC) 초과의 전압에서 연속적으로 동작하는 전자관(38)과 같은 전자관을 형성하는 것이 가능하고 실용적이다. 전원 트랜스미션 어플리케이션에서 일반적인 연속 전류가 킬로 암페어 범위(KiloAmpere range)에 있다. 도1의 인버터(10)가 전원발생스테이션으로 이용되고, 관이 전원발생스테이션의 요구에 연속적으로 동작하도록 설계되면 다른 냉음극 전계방출 제어 전자관(cold cathode field emission controllable electron tubes)이 도1의 인버터(10)에 이용될 수 있다.
10 킬로 암페어 연속적인 전류(약 최대의 5배, 임시 HVDC 트랜스미션 라인)를 가정하고 도2과 상술한 미국특허 제4,950,962호의 전자관(38)의 사용을 가정했을 때, 음극(40)과 그래그(42) 그리고 애노드(44) 사이의 공간은 소정 위치요건(geometrical requirement)에 적합하다. 일반적으로 예를 들면 애노드(40)와 그리드(42)의 공간과 그리드(42)와 음극(40)의 공간의 비는 약 10대 1 이다. 상기 공간의 선택은 본 발명의 내용에 근거하여 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게는 자명한 것이다. 상기 애노드(44)는 열적 제어를 위해 액체 냉각자켓의 내부표면과 같이 형성될 수 있다. 음극(40)와 그리드(42)는 필요하면 냉각될 수 있다. 예컨대 실제 어플리케이션 보다 훨씬 높은 5기가와트(GiaaWatts)의 인버터가 컴팩트한 크기에 비해 상당한 전원용량의 조합을 제시한다. 이것은 컴팩트한 크기를 갖는 현존하는 기술장치의 일부분이고 대부분의 다이리스터(thyristors)와 수은관(mecury vapor tubes)가 그러하다.
도1에서 노드(26)과 그라운드(28) 사이에 나타나는 DC 입력전압은 20KV를 초과한다. AC 입력위상(20)은 그라운드(28)에 연결된 애노드(30a,32a)와 함게 상술한 바와 같이 전자관(30,32)을 포함한다. 상기 전자관(30)의 음극(30b)은 권선의 상단부(the upper end)와 같이 도시된 1차 변압기 권선(48,a primary transformer winding)의 제1 단부에 연결된다. 전자관(32)의 음극(32b)은 권선의 하단부(the lower end)에 도시된 바와 같이 1차 변압기 권선(48)의 제2 단부에 연결된다. 전자관(30,32)의 그리드(30c,32c)는 그리드(30c)에 있어서 레지스터(50) 및 캐패시터(52)와, 그리드(32c)에 있어서 레지스터(54) 및 캐패시터(56)를 포함하는 시간회로에 연결된다. 상기 레지스터(50,54)의 일단은 1차 변압기 권선(48)의 중앙탭(48a)에 연결된다. 또한 레지스터(58)과 p-n 다이오드(60)는 전자관(30)과 결합되고 역전압 방지기능(a reverse-voltage blocking function)을 제공한다. 또한 레지스터(62)과 p-n 다이오드(64)는 전자관(32)과 결합되고 역전압 방지기능(a reverse-voltage blocking function)을 제공한다. 알려진 바와 같이 상기 p-n 다이오드는 다른 형태의 일방향 커렌트 밸브(one way current valves)와 치환될 수 있다.
본 발명에 의하 고전압 인버터에 대한 설계시 고려사항은 변압기(19, 도1)의 설계이다. 종래 인버터회로와 달리 변압기(19)는 고정압에서 작동하기 위해 제작된 것으로 감압(step down)될 수 있거나 1:1 변압기가 될 수 있다.
본 발명에는 변압기를 필요로 하지 않는 인버터 토폴로지(inverter topologies)가 있다. 변압기의 제거는 비용감소를 감소하고 인버터 제조공정을 줄일 수 있으나, 안전성을 고려하면 변압기의 존치가 바람직하고 필요하다. 토폴로지(topology)의 결정은 전원회사와 전원회사의 설계엔지니어에 의해 이루어질 수 있다.
2. 위상동조와 선택적으로 위상모니터링 및 전기전원 분배그리드의 위상균형을 갖는 인버터
도1의 고전압 인버터의 단일위상(20)과 대조적으로 본 발명에 의한 인버터는 3상(86,88,90)을 포함하는 도3a의 인버터(70)와 같은 다중 위상을 갖는다. 본 발명에 의한 인버터는 예를 들면 여섯개 또는 열두개 AC 입력위상과 같은 다수의 AC 출력위상을 가질 수 있다. 적합한 위상제어회로가 전기전원 분배 그리드에 다양한 위상의 필요한 동조를 하고 그리드에 연결되지 않았을 때의 위상 사이의 위상각 분리를 할 수 있는 것이 설명된다.
선택적으로 본 발명에 의한 다중 위상 고전압 인버터는 위상 모니터링과 전기전원 분배 그리드에서의 전원 균형을 포함한다. 상기 전원균형은 짧은 순간(instantaneous fashion, 예: microseconds)에 일어난다.
도3a는 인버터(70)을 도시한다. 상기 인버터(70)는 전기전원 분배 그리드에 동조를 이루고 상기 그리드에서의 전원 균형을 포함한다. 상기 인버터(70)는 Y형 연결권선(71a)의 출력을 갖는 출력변압기(71)을 포함한다. 한편 상기 권선은 델타 연결권선(Delta-connected windings)으로 치환될 수 있다.
도1의 인버터(10)와 같은 단일 인커밍 HVDC 소스(a single incoming HVDC source)으로부터 3상 AC 출력을 발생하기 위해, 서로 120°인 3 클록신호(3 clock signal, 미도시)을 발생하는 것이 필요하다. 상기 신호는 출력에 전기 전원 분배 그리드에 동조된 위상이 될 수 있다. 상기 전기전원 분배 그리드는 블록(72)과 같은 도3a에 도시되고 도3b에 구체적으로 설명된다. 도3b는 다수의 전원발생유닛(72a), 다수의 서브스테이션(72b, substation) 및 다수의 사용자(72c)를 도시한다. 도3a의 상기 고전압 인버터(70)는 하나 또는 그 이상의 전원발생유닛(72a)을 실행한다. 상기 서브스테이션(72b)은 분배라인(72d)를 통해 사용자에게 전기에너지를 유도한다.
전기전원 분배그리드에 위상 동조를 달성하기 위해, 위상 트랜스듀서(74,76,78, transducer)는 전기전원 분배그리드를 결합한 각 위상의 위상각 로딩(the loading of the phase of each phase)을 연속으로 모니터한다. 예를 들어 전류모니터는 분배 그리드의 전원 균형에 비려하는 제어신호를 제공할 수 있다. 모니터링 회로(80, monitoring circuit)는 전원 분배그리드(72)의 위상의 임시조건에 따르는 세 개의 신호세트를 생성한다. 상기 신호는 호스트 컴퓨터(82)로 전달되고 상기 신호들은 디지타이즈(digitized)되고 이후의 사용을 위해 분리버퍼로 전달된다.
상기 호스트 컴퓨터(82, host computer)는 이하에 설명되는 다양한 제어회로용 컴포넌트를 포함하는 출력 인터페이스회로(84)를 갖고 인버터 위상(86,88,90)의 위상각을 설정한다. 이하에 부가적으로 설명되는 바와 같이 출력인터페이스회로(84)는 각각의 위상에 대한 각각의 인버터를 통하는 에너지량을 선택적으로 제어할 수 있다.
도3a의 인버터(70)가 전기전원 분배 그리드에 연결되지 않으면, 호스트 컴퓨터(82)는, 출력인터페이스 회로(84)가 서로의 각 120°의 위상각을 설정하는 인버터위상(86,88,90)에 신호를 전달하도록 한다. 상기 회로(84)는 제어라인(86a,86b,88a,88b,90a,90b)을 통해 인버터 위상에 신호를 전달한다.
한편, 도3a의 인버터(70)가 전기전원 분배 그리드(72)에 연결되면, 호스트 컴퓨터(82)의 디폴트 모드가 그리드(72)의 위상에 인버터위상(86,88,90)을 동조하고 인버터위상(86,88,90)에 신호를 전달하도록 출력인터페이스회로(84)를 유도한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 제어회로가 상기 그리드의 위상로딩에 변화하는 응답에 따라 세 개의 위상에 대해 인커밍 에너지(incoming energy)를 빠르게 분배하도록 이용될 수 있는 것이 바람직하다. 이것은 전기전원분배 그리드의 유지와 상기 그리드에서 장비보호를 할 수 있는 장점이 있다.
AC 출력위상으로 전원의 분배를 빠르게 변화하는 것은 인버터(7,도7)에 의해 이루어질 수 있다. 상기 호스트컴퓨터(82)는 이하에 설명되는 다양한 제어용 컴포넌트를 포함하는 출력 인터페이스회로(84)를 가지며 각 위상에 대한 각각의 인버터를 통과하는 에너지량을 제어한다. 상술한 바와 같이 위상 트랜스듀서(74,76,78)는 전기전원 분배 그리드(72)를 결합한 페어 위상의 위상각 로딩을 연속으로 모니터할 수 있고, 전기전원 분배 그리드에서 각 세 개의 위상 사이에서 위상로드에서의 차이점을 결정할 수 있다.
출력 AC 위상의 전원의 균형(For balancing power of the output AC phases)을 위해 호스트 컴퓨터(82)에서 간단한 컴퓨터 프로그램은 이하의 알고리즘을 수행한다.
1. 상술한 모든 세 개의 버퍼에서 그리고 분배 그리드의 전원균형에 대한 위상값을 검사.
2. 값이 동일할 때 출력인터페이스회로(84)가 각각의 세 개의 출력스테이지(output stages)로 120°위상에 의해 분리된 동일한 신호를 보내도록 한다.
3. 입력 버퍼값이 동일하지 않으면, 세 개의 버퍼가 동일한 값을 가질 때까지, 낮은 값을 가지는 버퍼로 증가한 에너지량을 보낸다.
상술한 알고리즘은 다수의 프로그램언어 중의 하나에 의해 실행될 수 있다.
상기 언어의 선택은 호스트 컴퓨터의 선택과 오퍼레이팅 소프트웨어(operating software)에 의해 결정된다. 종래 아날로그 음의 피드백 제어회로(negative feedback control circuits)의 세트와 같은 펌웨어(firmware)에서 상기 알고리즘을 실행하는 것이 가능하다. 디지털 컴퓨터를 갖는 이러한 시스템에서 실행하는 것이 용이하지만 펌웨어 설계를 갖는 시스템을 실행하는 것이 보다 신뢰가 있다.
도4는 도3a의 인버터(70)의 인버터 위상(86)을 실행하는 회로이다. 도4에서 변조회로(94)는 도3a의 출력 인터페이스회로(84)로부터 노드(86a)에서 제어신호를 수신한다. 또한 변조회로(96)는 도3a의 출력 인터페이스회로(84)로부터 노드(86b)에서 제어신호를 수신한다. 상기 변조회로(94,96)는 서로 대칭적인 것이 바람직하며 본 명세서에서는 하나의 변조회로에 대하여만 설명한다.
상기 변조회로(94)는 노드(98,100)에 연결된다. 도5는 도4의 변조회로를 도시하며 도4에 도시된 바와 같이 노드(98,100)는 수평방향으로 마주한다. 도5에서 편의를 위해 회로(94)의 회로동작이 좌측에서 우측으로 분석되도록 한다.
도5의 변조회로(94)는 저전압 전원공급장치의 종래 전계효과트랜지스터(FET) 전류레귤레이터(Field Effect Transisor current regulator)와 유사하다. 상기 변호회로(94)에 의해 발생되는 문제점은 솔리드 스테이트(solid state)가 아니고 이러한 설계에서 전압 또는 전류로 동작가능한 종래 진공관장치이다. 따라서 스위칭장치(102)는 3극, 4극 및 5극 구조의 냉음극 전계방출 제어 전자관(a cold cathode field emission controllable electron tubes of triode, tetrode or pentode structure)이다. 상기 스위칭장치(102)는 도2에 도시된 기하학적 구조를 가지며 상술한 미국특허 제4,950,962호에 구체적으로 기재되어 있다. 또한 상기 스위칭장치(102)는 다이리스터(thyristor)와 같은 고전압 반도체장치를 포함할 수 있다. 제어장치(112)는 필요한 부분의 차이점을 감소하도록 스위칭장치(102)와 같이 동일한 방법으로 실행되거나 상대적으로 낮은 전압과 현재요건을 갖는 장치에 의해 실행될 수 있다.
도5의 변조회로에서 작동에 대한 이하의 설명은 도4의 입력노드(26)의 양의 전압소스를 가정한다. 레지스터(104)는 전자관(102)의 그리드에 대한 바이어스 전압을 일으키고 직렬전류 레귤레이터로 동작한다. 전자관(102)은 상기 회로에서 FET와 기능적으로 유사하다. 상기 전자관(102)으로부터 흐르는 전류는 상기 레지스터(106)에 대해 전압을 일으키도록 분기저항(106,a shunt resistor)을 통해 흐른다. 상기 전압은 레지스터(108,110)로 구성되는 전압분류기(voltage divider)를 통해 유도된다.
제어관(112)의 그리드(112a)는 레지스터(108,110)의 접합부에 연결된다. 제어전압은 레지스터(108)의 타측에 인가되며, 즉 노드(86a)에 인가된다. 상기 분기저항(106,a shunt resistor)의 전압과 상기 노드(86a)에서의 기준전압(reference voltage) 사이의 비율(ratio)은 제어관(112)의 전도의 정도(degree of conduction)를 결정하고 전자관(102)의 전도를 제어한다. 캐패시터(114)는, 회로가 제로크로싱 포인트(the zero-crossing point)까지 전도되어 유지하는 것이 보장되도록 레지스터(108)을 갖는 시간상수를 설정한다.
상기 전압분류기(108,110)의 레지스터값과 노드(86a)에서의 기준전압의 값을 조정하여 다른 전류-레귤레이션 모드(current-regulation mode)가 실행될 수 있다. 상술한 바와 같이 노드(86a)에서의 기준전압은 도3a의 출력 인터페이스회로(84)에 의해 제공된다.
상기 변조회로(94)는 세 개의 AC 출력 위상에 대해, 예를 들면 세 개의 출력위상에 대해 평균전원의 적어도 1%에 대해 평균전원 보다 매우 높은 정도로 각각의 출력위상 사이에서 전원균형을 조절할 수 있다. 이것은 상술한 바와 같이 도3a의 인버터(70)의 권선(71a)과 출력위상을 동조하는 것이다.
도3a의 AC 입력위상(86)이 위에서 구체적으로 설명하였으며, 도3a의 AC 입력위상(88,90)은 입력위상(86)과 동일한 것이 바람직하고 위상(88,90)의 구체적인 설명은 필요하지 않다.
그러나 노드(88a,88b)의 출력 인터페이스회로(84)로부터 제어신호를 받는 것보다 오히려 입력위상(88)이 출력 인터페이스회로(84)로부터 노드(88a,88b)의 제어신호를 수신하는 것을 알 수 있다. 그리고 입력위상(90)이 출력 인터페이스회로(84)로부터 노드(88a,88b)의 제어신호를 수신하는 것과 유사하다.
3. 고전압 DC to DC 인버터
도6은 도1의 입력위상(20)과 유사한 입력위상(122)를 갖는 고전압 DC to DC 인버터(120)를 도시한 것으로 동일한 부분을 동일한 도면부호를 사용한다. DC to DC는 그라운드(126)에 대해 노드(124)의 양의 DC 입력을 갖는다. 변압기(128)는 중앙탭(130a)을 갖는 1차 변압기 권선(130)을 갖는다. 2차 변압기 권선은 AC to DC 변환기에 AC 전압을 제공하고, p-n 다이오드 또는 도시된 바와 같이 상호연결된 다른 형태의 일방향 커렌트 밸브(one way current valves)를 갖는 풀브릿지정류기(134, full bridge rectifier)를 포함할 수 있다. 정류기(134)의 출력극성(Output polarity)은 도시된 p-n 다이오드의 극성을 변환(reversing)하여 변환된다. 상기 풀브릿지정류기(134)의 출력은 도시된 상호 연결된 캐패시터(136,138)와 인덕터(140)를 포함하는 필터회로(135)에 의해 필터된다. 상기 풀브릿지정류기(134)와 필터(135)는 AC to DC 변환을 제공한다. 상기 필터(135)의 출력노드(142)는 입력노드(124)의 DC 전압과 구별되는 DC 전압을 제공한다. AC to DC 변환을 달성하기 위해 다른 회로는 본 발명에 게재된 내용에 근거하여 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.
도6의 DC to DC 인버터(120)는 이하에 설명되는 바와 같은 인버터(121)가 되도록 변화될 수 있다. 도7에 도시된 바와 같이 DC to AC 인버터(152)에 HVDC 트랜스미션 라인(150)에 HVDC 전원을 전달하는데 이용된다. 상기 그리드에 인버터(121)에 의해 제공되는 전원을 변조하는 것이 바람직하다. 그러므로 도7의 전원공급회로가 이용될 수 있다.
도7에서 인버터(121)의 출력(142)은 DC to AC 인버터(152)에 트랜스미션을 위해 HVDC 트랜스미션 라인(150, HVDC transmission line)에 DC 전원을 제공한다. 트랜스듀서(154)는 HVDC 트랜스미션 라인(150)의 전류와 전압 또는 전류 또는 전압에 관한 신호를 회로(156)를 모니터링하기 위해 전송한다. 그리고 모니터링 회로(156)은 호스트 컴퓨터(158)의 버퍼에 그리드의 전압과 전류 또는 전류 또는 전압에 관한 신호를 전송한다. 출력 인터페이스회로(160)는, 그리드(150)에 안정되게 전원이 전달되도록 인버터(121)에 라인(121a,121b)을 통해 제어신호를 제공한다.
상술한 바와 같이 도6의 DC to DC 인버터(120)는 도7의 인버터(121)가 HVDC 트랜스미션 라인(150)에 연결되도록 변경된다. 특히 상기 인버터(121)는 도3a의 인버터(70)의 인버터 위상(86)을 위한 도4에 도시된 바와 같은 AC 입력 회로를 갖는다. 도5와 관계하는 도4의 변조회로(94)에 대한 상술한 설명은 변압기(19)에 제공되는 전류의 조절에 대해 적용될 수 있다. 이러한 출력제어의 공정은 도4 및 도5와 연결된 설명과 유사하다. 그러나 도7의 DC to DC 인버터에 대해 이하의 부가적인 한정이 적용된다. 상기 HVDC 트랜스미션 라인(150)에 대한 전압이 트랜스미션 라인의 전압을 제어하도록 모니터된다. 이것은 AC 전기 전원분배 그리드와 상호연결될 때 AC 전류를 제어하고 AC 전류를 모니터링하는 것과 대조된다(도3b).
참고로 본 발명의 구체적인 실시예는 여러가지 실시 가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

Claims (11)

  1. 각각의 출력위상의 각각의 전류제어를 통해 DC 입력전원을 세 개 또는 그 이상의 AC 출력위상으로 변환하는 고전압 인버터에 있어서,
    a) AC 입력위상회로를 갖는 각각의 AC 출력위상과,
    AC 입력위상회로는,
    i) 3극관, 4극관 또는 5극관 구조의 제1 및 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관(first and second cold cathode field emission controllable electron tubes);과,
    ii) 제1단부, 제2단부 및 중앙탭을 갖는 1차 변압기 권선(a primary transformer winding);을 포함하되,
    iii) 상기 중앙탭은 20KV 초과의 DC 전위(a DC potential)에 연결되고,
    iv) 상기 제1 냉음극 전계방출 제어 전자관은 1차 변압기 권선의 제1단부와 그라운드(ground) 사이에 직렬로 연결되고,
    상기 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은 1차 변압기 권선의 제2단부와 그라운드 사이에 직렬로 연결되고,
    v) 전도상태(the conduction state)에 있는 제1 및 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은 상기 1차 변압기 권선을 통해 20KV 초과의 전위에 있는 DC전원으로부터 AC 전원으로 변환하기 위해 제어되고, 제1 및 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은 1차 변압기 권선의 제1단부를 그라운드 전위(the potential of the ground)로 유도하고 1차 변압기 권선의 제2 단부를 그라운드 전위로 유도하도록 교대로 전도하고,
    b) AC 입력위상 각 1차 변압기 권선에 대해, 상기 1차 변압기 권선에 연결되는 AC 출력위상의 각각의 2차 변압기 권선; 및
    각각의 1차 변압기 권선과 2차 변압기 권선은 다중 위상 변압기를 형성하고,
    c) 각각의 위상에서 전류를 조절하는 수단(means for adjusting the current);을 포함하되,
    상기 전류를 조절하는 수단은,
    i) 각각의 AC 출력위상에서 부하(loading)를 결정하는 수단 및
    ii) 상기 결정하는 수단에 응답하며 각각의 출력위상의 전류레벨을 제어하기 위한 변조수단(a modulation circuit);을 포함하며,
    상기 변조수단은 제1 냉음극 전계방출 제어 전자관과 1차 변압기 권선 사이에 직렬로 연결되는 제3 냉음극 전계방출 제어 전자관과, 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관과 1차 변압기 권선 사이에 직렬로 연결되는 제4 냉음극 전계방출 제어 전자관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  2. 제1항에 있어서,
    (a) 상기 인버터는 다수의 발전기와 사용자에게 전원을 분배하기 위한 변전소를 갖는 전기전원 분배 그리드에 AC 출력위상을 연결하기 위한 수단을 포함하고; 및
    (b) 상기 전류를 조절하는 수단은 다수의 각각 출력 위상 사이에서 전원균형을 조정(regulate)하는 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  3. 제1항에 있어서,
    제1, 제2, 제3 및 제4 냉음극 전계방출 제어 전자관은,
    a) 장형 실린더형 냉음극(cold cathode);
    b) 장형 실린더형 애노드(anode); 및
    c) 상기 냉음극과 상기 애노드 사이에 구비되고 게이트로 동작하는 실린더형 그리드;를 포함하고,
    d) 상기 애노드는 축방향으로 대칭되고 상기 실린더형 그리드와 상기 냉음극을 에워싸는 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  4. 제1항에 있어서,
    (a) 제1 냉음극 전계방출 제어 전자관은, 1차 변압기 권선의 제1단부와 그라운드(ground) 사이에 연결되는 유일한 냉음극 전계방출 제어 전자관이고,
    (b) 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은, 1차 변압기 권선의 제2단부와 그라운드(ground) 사이에 연결되는 유일한 냉음극 전계방출 제어 전자관이고,
    (c) 제3 냉음극 전계방출 제어 전자관은, 제1 냉음극 전계방출 제어 전자관과 1차 변압기 권선 사이에 직렬로 연결되는 유일한 냉음극 전계방출 제어 전자관이고,
    (d) 제4 냉음극 전계방출 제어 전자관은, 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관과 1차 변압기 권선 사이에 직렬로 연결되는 유일한 냉음극 전계방출 제어 전자관인 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 2차 변압기 권선은 적어도 10KV를 생성하도록 형성된 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  6. 출력전류제어를 하는 고전압 DC to DC 컨버터에 있어서,
    a) AC 입력위상회로와;
    상기 AC 입력위상회로는,
    i) 3극관, 4극관 또는 5극관 구조의 제1 및 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관(first and second cold cathode field emission controllable electron tubes);과,
    ii) 제1단부, 제2단부 및 중앙탭을 갖는 1차 변압기 권선(a primary transformer winding);을 포함하되,
    iii) 상기 중앙탭은 20KV 초과의 DC 전위(a DC potential)에 연결되고,
    iv) 상기 제1 냉음극 전계방출 제어 전자관은 1차 변압기 권선의 제1단부와 그라운드(ground) 사이에 직렬로 연결되고,
    상기 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은 1차 변압기 권선의 제2단부와 그라운드 사이에 직렬로 연결되고,
    v) 전도상태(the conduction state)에 있는 제1 및 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은 상기 1차 변압기 권선을 통해 20KV 초과의 전위에 있는 DC전원으로부터 AC 전원으로 변환하기 위해 제어되고, 제1 및 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은 1차 변압기 권선의 제1단부를 그라운드 전위(the potential of the ground)로 유도하고 1차 변압기 권선의 제2 단부를 그라운드 전위로 유도하도록 교대로 전도하고,
    b) 1차 변압기 권선에 결합되는 2차 변압기 권선을 포함하는 출력 AC 위상과;
    c) 2차 변압기 권선으로부터 출력전압을 50KV 초과의 고출력 DC 전압으로 변환하는 AC to DC 정류기; 및
    d) HVDC 트랜스미션 라인에 공급되는 DC to DC 컨버터의 출력전원을 조절하는 수단(means for regulating the output power of the DC to DC converter);을 포함하고,
    상기 DC to DC 컨버터의 출력전원을 조절하는 수단(means for regulating the output power of the DC to DC converter)은,
    i) 고출력전압 DC에서 전압과 전류를 결정하는 수단; 및
    ii) 상기 결정하는 수단에 응답하며 DC to DC 컨버터의 출력 전원레벨을 제어하기 위한 변조수단(a modulation circuit);을 포함하며,
    상기 변조수단은 제1 냉음극 전계방출 제어 전자관과 1차 변압기 권선 사이에 직렬로 연결되는 제3 냉음극 전계방출 제어 전자관과, 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관과 1차 변압기 권선 사이에 직렬로 연결되는 제4 냉음극 전계방출 제어 전자관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 DC to DC 컨버터.
  7. 제6항에 있어서,
    (a) 제1 냉음극 전계방출 제어 전자관은, 1차 변압기 권선의 제1단부와 그라운드(ground) 사이에 연결되는 유일한 냉음극 전계방출 제어 전자관이고,
    (b) 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관은, 1차 변압기 권선의 제2단부와 그라운드(ground) 사이에 연결되는 유일한 냉음극 전계방출 제어 전자관이고,
    (c) 제3 냉음극 전계방출 제어 전자관은, 제1 냉음극 전계방출 제어 전자관과 1차 변압기 권선 사이에 직렬로 연결되는 유일한 냉음극 전계방출 제어 전자관이고,
    (d) 제4 냉음극 전계방출 제어 전자관은, 제2 냉음극 전계방출 제어 전자관과 1차 변압기 권선 사이에 직렬로 연결되는 유일한 냉음극 전계방출 제어 전자관인 것을 특징으로 하는 고전압 DC to DC 컨버터.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조수단은 연속적이면서 가변적인 방법으로 각 출력위상의 전류레벨을 제어하는 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 변조수단은 연속적이면서 가변적인 방법으로 DC to DC 컨버터의 출력레벨을 제어하는 것을 특징으로 하는 고전압 DC to DC 컨버터.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 전류를 조절하는 수단은 다수의 AC 출력 위상 사이에서 평균전원의 1퍼센트(percent)로 다수의 각각 출력 위상 사이에서 전원균형을 조정(regulate)하는 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 DC to DC 컨버터의 출력전원을 조절하는 수단(means for regulating the output power of the DC to DC converter)은 평균전원의 1퍼센트(percent)로 출력전원을 조절하는 것을 특징으로 하는 고전압 DC to DC 컨버터.
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