KR101266281B1 - 전압 제어 방식의 ac-ac 변환 장치 - Google Patents

전압 제어 방식의 ac-ac 변환 장치 Download PDF

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송일재
김응석
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주식회사 윈텍오토메이션
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Abstract

본 발명은 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 광범위한 크기와 주파수를 생산하는 발전기 등의 출력 전원을 입력 전원으로 하여 교류 변환 과정을 통하여 일정한 크기의 전압과 주파수로 변환 출력하여 변환 효율을 향상시킬 수 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 교류 전원을 공급하는 전원 공급부; 각각 2개의 양방향 스위치가 병렬로 연결된 제1 내지 제4 스위치군이 풀 브리지 방식으로 결선되어, 상기 전원 공급부로부터 공급된 교류 전원의 주파수를 원하는 주파수로 변환하는 주파수 변환부; 상기 주파수 변환부의 출력단에 2개의 양방향 스위치가 병렬로 연결된 제5 스위치군과 리액터가 직렬로 연결되어, 상기 주파수 변환부로부터 출력되는 전원의 크기를 변환하는 변압부; 및 상기 전원 공급부의 출력단과 상기 변압부의 출력단의 전압 또는 전류 신호를 검출하여 상기 제1 내지 제4 스위치군과 상기 제5 스위치군의 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부(50)를 포함하고, 상기 제어부(50)는 상기 제1 내지 제4 스위치군과 상기 제5 스위치군의 스위칭 제어신호를 통하여 상기 리액터의 양단의 전압 및 전류의 크기를 조절하고, 상기 변압부의 출력단에 병렬로 연결되는 부하단의 입력 전압 및 전류를 조절할 수 있는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치를 개시한다.

Description

전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치{AC TO AC CONVERTER USING VOLTAGE CONTROL METHOD}
본 발명의 일 실시예는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에 관한 것이다.
차량용 발전기, 풍력발전기 등은 발전기의 회전수 및 출력 전압/전류가 일정하지 않으며, 다양하고 광범위하게 변하는 장치이다.
이와 같이 광범위한 입력을 갖는 발전기의 출력은 입력과 마찬가지로 광범위하게 변하게 되는데, 이때 출력 전압 및 전류는 교류 전원이 대부분이다. 이는 교류발전이 직류발전에 비해 에너지전달효율이 높기 때문이다.
그러나, 실제 상용 전원의 경우 실효값 220[volt], 또는 실효값 380[volt] 등과 같이 일정한 크기를 가지며, 주파수 또한 60[Hz](대한 민국일 경우) 또는 50[Hz](다른 국가) 등을 사용하기도 한다.
따라서, 광범위한 크기와 주파수를 갖는 입력 에너지를 일정 크기와 주파수를 갖는 교류전원으로 변환하는 장치가 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 광범위한 크기와 주파수를 생산하는 발전기 등의 출력 전원을 입력 전원으로 하여 교류 변환 과정을 통하여 일정한 크기의 전압과 주파수로 변환 출력하여 변환 효율을 향상시킬 수 있는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치는 교류 전원을 공급하는 전원 공급부; 각각 2개의 양방향 스위치가 병렬로 연결된 제1 내지 제4 스위치군이 풀 브리지 방식으로 결선되어, 상기 전원 공급부로부터 공급된 교류 전원의 주파수를 원하는 주파수로 변환하는 주파수 변환부; 상기 주파수 변환부의 출력단에 2개의 양방향 스위치가 병렬로 연결된 제5 스위치군과 리액터가 직렬로 연결되어, 상기 주파수 변환부로부터 출력되는 전원의 크기를 변환하는 변압부; 및 상기 전원 공급부의 출력단과 상기 변압부의 출력단의 전압 또는 전류 신호를 검출하여 상기 제1 내지 제4 스위치군과 상기 제5 스위치군의 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 내지 제4 스위치군과 상기 제5 스위치군의 스위칭 제어신호를 통하여 상기 리액터의 양단의 전압 및 전류의 크기를 조절하고, 상기 변압부의 출력단에 병렬로 연결되는 부하단의 입력 전압 및 전류를 조절할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 스위치군과 상기 제5 스위치군은 MOSFET, IGBT, 트랜지스터, 사이리스터(SCR) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 리액터는 용량 리액턴스를 가지는 제1 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 변압부의 출력단과 상기 부하단의 입력단 사이에는 공진부가 구비되고, 상기 공진부는 상기 변압부의 출력단과 상기 부하단의 입력단 사이에 병렬연결된 제2 커패시터와, 상기 제2 커패시터의 양단과 상기 변압부의 출력단 사이에 각각 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 상기 부하단의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우에, 상기 전원 공급부의 교류 전원의 극성에 따라 상기 전원 공급부로부터 상기 변압부 및 부하단에 순방향 또는 역방향의 전류가 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치군과 상기 제5 스위치군의 동작을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 상기 부하단의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우에, 상기 부하단의 출력 전원이 "0"이 되는 시점들을 검출하여 상기 출력 전원의 주기를 연산하고, 상기 부하단의 출력 전원이 상기 출력 전원의 주기의 소정 비율에 해당되는 시점에서 상기 제1 내지 제4 스위치군를 오프시키고 상기 제5 스위치군을 온 시켜, 상기 전원 공급부의 교류 전원의 극성에 따라 상기 변압부와 부하단 사이에 순방향 또는 역방향의 폐루프가 형성되도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 상기 부하단의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우에, 상기 전원 공급부의 교류 전원의 극성에 따라 상기 전원 공급부로부터 상기 변압부 및 부하단에 순방향 또는 역방향의 전류가 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치군과 상기 제5 스위치군의 동작을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 상기 부하단의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우에, 상기 부하단의 출력 전원이 "0"이 되는 시점들을 검출하여 상기 출력 전원의 주기를 연산하고, 상기 부하단의 출력 전원이 상기 출력 전원의 주기의 소정 비율에 해당되는 시점에서 상기 제1 내지 제4 스위치군를 오프시키고 상기 제5 스위치군을 온 시켜, 상기 전원 공급부의 교류 전원의 극성에 따라 상기 변압부와 부하단 사이에 순방향 또는 역방향의 폐루프가 형성되도록 제어할 수 있다.
발전기를 회전시키기 위하여 외부에서 가해지는 회전력(예를 들면, 풍력, 수력, 엔진의 회전력, 터빈 등 기타 회전력)이 변함에 따라 발전기의 출력 전원은 그 크기와 주파수가 광범위하게 변화하는 가변 전원(variable electric power source)이 된다. 그러나, 상용 전원은 일정한 크기와 주파수를 공급할 수 있어야 유효한 전원으로서 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치는 가변 전원에 광범위한 크기의 전압과 주파수를 출력하는 발전기 또는 광범위하게 변화하는 전압과 주파수의 교류 전원에 대해 일정한 크기의 전압과 주파수의 전원으로 변환해주는 교류 변환장치를 적용하여, 풍력, 수력, 기타 회전력을 이용한 발전기의 출력 전원을 안정적으로 만들어 공급함으로써 전력 소비처의 안정적인 전력 수급과 함께 신 재생 에너지의 발전 효율 등을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a 내지 3c는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 부하단의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우 제1 모드 내지 제3 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 4a 내지 4c는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 부하단의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우 제4 모드 내지 제6 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 5a 내지 5b는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 부하단의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우 제7 모드 내지 제8 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 6a 내지 6b는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 부하단의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우 제9 모드 내지 제10 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 7a 내지 7b는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 부하단의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우 제11 모드 내지 제12 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 8a 내지 8b는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부의 교류 전원의 주파수가 부하단의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우 제13 모드 내지 제14 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치를 나타내는 회로도이고, 도 2는 도 1의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치는 전원 공급부(10), 주파수 변환부(20), 변압부(30) 및 제어부(50)를 포함한다. 한편, 본 발명에서 사용되는 제1 내지 제5 스위치군(21, 22, 23, 24, 31)의 양방향 스위치 소자, 즉 Q1과 Q2, Q3와 Q4, Q5와 Q6, Q7와 Q8, Q9과 Q10은 서로 온타임(On time)이 겹치지 않도록 그 동작이 제어된다. 또한, 상기 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 제5 스위치군(31)은 MOSFET, IGBT, 트랜지스터, 사이리스터(SCR) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 전원 공급부(10)는 크기와 주파수가 불특정하게 변하는 가변입력 전원으로서, 상용 교류 전원(Vs)에 해당된다. 상기 전원 공급부(10)의 출력단에는 교류 전원(Vs)에 대한 전압을 측정하는 전압 측정센서(11)와 전류 측정센서(12)가 각각 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다. 상기 전압 측정센서(11)와 전류 측정센서(12)의 출력단은 제어부(50)에 연결되어, 각각의 센서(11, 12)에서 측정된 전압과 전류값은 제어부(50)에 전달된다.
상기 주파수 변환부(20)는 각각 2개의 양방향 스위치가 병렬로 연결된 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)이 풀 브리지(full-bridge) 방식으로 결선되어, 전원 공급부(10)로부터 공급된 교류 전원(Vs)의 주파수를 원하는 주파수로 변환한다. 즉, 상기 주파수 변환부(20)는 양방향 스위칭 반도체소자(bi-directional semiconductor device)들이 풀 브리지 방식으로 결선된 정류회로를 이용하여 전원 공급부(10)로부터 입력된 교류 전원의 주파수를 원하는 출력 전원의 주파수로 변환한다.
상기 변압부(30)는 주파수 변환부(20)의 출력단에 2개의 양방향 스위치가 병렬로 연결된 제5 스위치군(31)과 리액터(32)가 직렬로 연결되어, 주파수 변환부(20)로부터 출력되는 전원의 크기를 변환한다. 상기 변압부(30)는 정류회로(즉, 주파수 변환부(20))의 출력단자와 부하단(60)의 입력단자 사이에 연결된 가변 리액터(variable reactor)를 통하여 입력 전원의 크기를 조절한다. 즉, 상기 변압부(30)는 제5 스위치군(31)의 양방향 스위치 소자의 동작 시간 가변을 통하여 리액터(32)의 리액턴스 용량을 조절할 수 있다. 일 예로, 상기 리액터(32)는 교류 전류의 흐름을 방해하는 가변 용량 리액턴스를 가지는 제1 커패시터를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 리액터(32)의 용량이 가변됨에 따라 리액터(32)의 출력단자의 양단(단자 c와 단자 d 사이, 또는 부하 측 입력단자)의 전원의 크기가 원하는 크기로 조절될 수 있으며, 부하단(60) 측의 출력 전압과 전류의 위상 차에 의한 역률이 개선될 수 있다. 즉, 상기 리액터(32)의 용량을 증가시키면, 이에 따라 리액터(32) 양단(단자 a와 단자 b 사이)에 흐르는 전류가 감소하고 전압도 감소하며, 반면에 부하단(60)의 양단(단자 c와 단자 d 사이)에 흐르는 전류는 증가하고 전압도 증가한다. 따라서, 상기와 같은 구조를 가지는 변압부(30)를 통하여 입력전원의 주파수와 크기를 조절할 수 있다.
또한, 상기 변압부(30)의 출력단과 부하단(60)의 입력단 사이에는 공진부(40)가 구비될 수 있다.
상기 공진부(40)는 변압부(30)의 출력단과 부하단(60)의 입력단 사이에 병렬연결된 제2 커패시터(41)와, 제2 커패시터(41)의 양단과 변압부(30)의 출력단 사이에 각각 연결된 제1 인덕터(42) 및 제2 인덕터(43)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(50)는 전원 공급부(10)의 출력단과 변압부(30)의 출력단의 전압 또는 전류 신호를 검출하여 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 제5 스위치군(31)의 스위칭 제어신호를 발생한다. 즉, 상기 제어부(50)는 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 제5 스위치군(31)의 스위칭 제어신호를 통하여 리액터(32)의 양단의 전압 및 전류의 크기를 조절하고, 변압부(30)의 출력단에 병렬로 연결되는 부하단(60)의 입력 전압 및 전류를 조절할 수 있다.
이러한 동작을 구현하기 위하여 상기 제어부(50)는 제1 및 제2 크기변환부(51, 52), 제1 및 제2 ADC(53, 54), 연산부(55) 및 스위칭 제어부(56)를 포함한다.
상기 제1 크기 변환부(51)는 교류 전원(Vs)에 대하여 전압 측정센서(11) 및 전류 측정센서(12)로부터 측정된 전압(Vsen1) 및 전류(Isen1)값을 제1 ADC(53)로 입력가능한 크기로 조정한다.
상기 제1 ADC(Analog to Digital Converter)(53)는 제1 크기 변환부(51)에 의하여 조정된 전압 및 전류값을 디지털값으로 변환하는 장치이다.
상기 제2 크기 변환부(52)는 부하단(Ld)(60)에 연결된 출력단자의 전압 측정센서(61) 및 전류 측정센서(62)로부터 측정된 전압(Vsen2) 및 전류(Isen2)값을 제2 ADC(54)로 입력가능한 크기로 조정한다.
상기 제2 ADC(54)는 제2 크기 변환부(52)에 의하여 조정된 전압 및 전류값을 디지털값으로 변환하는 장치이다.
상기 연산부(55)는 제1 ADC(53) 및 제2 ADC(54)로부터 디지털화된 Vsen1, Isen1, Vsen2, Isen2를 입력받아, 이를 기초로 제1 내지 제5 스위치군(21, 22, 23, 24, 31)의 각각의 스위치(Q1~Q10)의 스위칭 타이밍을 계산한다.
상기 스위칭 제어부(56)는 연산부(55)에 의하여 계산된 제1 내지 제5 스위치군(21, 22, 23, 24, 31)의 스위칭 타이밍을 통하여 해당 타이밍에 해당 스위치군의 스위칭을 제어할 수 있다.
상기와 같은 구성요소들의 동작에 의하여 상기 제어부(50)는 교류 전원(Vs)의 상태 변화에 따른 부하단(60)의 출력전압 VL(=Vsen2)을 원하는 형태가 되도록 제어하기 위하여, 각각의 Q1~Q10의 ON(작동), OFF(정지)를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로는, 상기 제어부(50)는 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우에, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 극성에 따라 전원 공급부(10)로부터 변압부(30) 및 부하단(60)에 순방향 또는 역방향의 전류가 흐르도록 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 제5 스위치군(31)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(50)는 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우에, 부하단(60)의 출력 전원이 "0"이 되는 시점들을 검출하여 출력 전원의 주기를 연산하고, 부하단(60)의 출력 전원이 출력 전원의 주기의 소정 비율(예를 들어, 대략 1/4)에 해당되는 시점에서 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)를 오프시키고 제5 스위치군(31)을 온 시켜, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 극성에 따라 변압부(30)와 부하단 사이에 순방향 또는 역방향의 폐루프가 형성되도록 제어할 수 있다.
이와는 반대로, 상기 제어부(50)는 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우에, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 극성에 따라 전원 공급부(10)로부터 변압부(30) 및 부하단(60)에 순방향 또는 역방향의 전류가 흐르도록 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 제5 스위치군(31)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(50)는 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우에, 부하단(60)의 출력 전원이 "0"이 되는 시점들을 검출하여 출력 전원의 주기를 연산하고, 부하단(60)의 출력 전원이 출력 전원의 주기의 소정 비율(예를 들어, 대략 1/4)에 해당되는 시점에서 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)를 오프시키고 제5 스위치군(31)을 온 시켜, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 극성에 따라 변압부(30)와 부하단(60) 사이에 순방향 또는 역방향의 폐루프가 형성되도록 제어할 수 있다.
이하에서는, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치의 동작에 대하여 도 3a 내지 도 8b를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 또한, 이하에서는 출력 전압(VL)의 극성이 (-)에서 (+)로 바뀌는 시점을 P점이라 하고, 출력 전압(VL)의 극성이 (+)에서 (-)로 바뀌는 시점을 N점이라 정의하기로 한다.
도 3a 내지 3c는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우 제1 모드 내지 제3 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이고, 도 4a 내지 4c는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우 제4 모드 내지 제6 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 3a를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우, 제1 모드, 즉 교류 전원(Vs)가 (+) 극성일 때 출력 전원(VL)을 (+)극성으로 만들려고 하면, 스위치 Q2, Q9, Q8을 ON(작동)시키고 나머지 스위치들은 모두 OFF(정지) 시킨다.
도 3b를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우, 제2 모드, 즉 교류 전원(Vs)가 (-) 극성일 때 출력 전원(VL)을 (+)극성으로 만들려고 하면, 스위치 Q4, Q9, Q6을 ON(작동)시키고 나머지 스위치들은 모두 OFF(정지)시킨다.
도 3c를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우, 제3 모드, 즉 P점에서부터 경과시간을 검사해서 출력의 주기(주파수의 역수)의 1/4이 되는 시점의 전후 시점에서 스위치
Figure 112013032444364-pat00001
을 ON시키고 나머지 스위치는 모두 OFF시킴으로써 출력전원(VL)의 극성은 유지되고 크기만 점진적으로 감소하여 "0"이 되도록 한다.
도 4a를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우, 제4 모드, 즉 교류 전원(Vs)가 (+) 극성일 때 출력 전원(VL)을 (-)극성으로 만들려고 하면, 스위치 Q5, Q10, Q3을 ON(작동) 시키고 나머지 스위치들은 모두 OFF(정지) 시킨다.
도 4b를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우, 제5 모드, 즉 교류 전원(Vs)가 (-) 극성일 때 출력 전원(VL)을 (-)극성으로 만들려고 하면, 스위치 Q7, Q10, Q1을 ON(작동) 시키고 나머지 스위치들은 모두 OFF(정지) 시킨다.
도 4c를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우, 제6 모드, 즉 N점에서부터 경과시간을 검사해서 출력의 주기(주파수의 역수)의 1/4이 되는 시점의 전후 시점에서 스위치 Q9를 ON시키고 나머지 스위치는 모두 OFF시킴으로써 출력 전원(VL)의 극성은 유지되고 크기만 점진적으로 감소하여 "0"이 되도록 한다.
도 5a 내지 5b는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우 제7 모드 내지 제8 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이고, 도 6a 내지 6b는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우 제9 모드 내지 제10 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이며, 도 7a 내지 7b는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우 제11 모드 내지 제12 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이고, 도 8a 내지 8b는 도 1의 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치에서, 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우 제13 모드 내지 제14 모드인 경우에서의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 5a를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우, 제7 모드, 즉 교류 전원(Vs)가 (+) 극성일 때 출력 전원(VL)을 (+)극성으로 만들려고 하면, 스위치 Q2, Q9, Q8을 ON(작동) 시키고 나머지 스위치들은 모두 OFF(정지) 시킨다.
도 5b를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우, 제8 모드, 즉 P점에서부터 경과시간을 검사해서 출력의 주기(주파수의 역수)의 1/4이 되는 시점의 전후 시점에서 스위치 Q10을 ON시키고 나머지 스위치는 모두 OFF시킴으로써 출력 전원(VL)의 극성은 유지되고 크기만 점진적으로 감소하여 "0"이 되도록 한다.
도 6a를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우, 제9 모드, 즉 교류 전원(Vs)가 (+) 극성일 때 출력 전원(VL)을 (-)극성으로 만들려고 하면, 스위치 Q5, Q10, Q3을 ON(작동) 시키고 나머지 스위치들은 모두 OFF(정지) 시킨다.
도 6b를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우, 제10 모드, 즉 N점에서부터 경과시간을 검사해서 출력의 주기(주파수의 역수)의 1/4이 되는 시점의 전후 시점에서 스위치 Q9를 ON시키고 나머지 스위치는 모두 OFF시킴으로써 출력 전원(VL)의 극성은 유지되고 크기만 점진적으로 감소하여 "0"이 되도록 한다.
도 7a를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우, 제11 모드, 즉 교류 전원(Vs)가 (-) 극성일 때 출력 전원(VL)을 (+)극성으로 만들려고 하면, 스위치 Q4, Q9, Q6을 ON(작동) 시키고 나머지 스위치들은 모두 OFF(정지) 시킨다.
도 7b를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우, 제12 모드, 즉 P점에서부터 경과시간을 검사해서 출력의 주기(주파수의 역수)의 1/4이 되는 시점의 전후 시점에서 스위치 Q10을 ON시키고 나머지 스위치는 모두 OFF시킴으로써 출력 전원(VL)의 극성은 유지되고 크기만 점진적으로 감소하여 "0"이 되도록 한다.
도 8a를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우, 제13 모드, 즉 교류 전원(Vs)가 (-) 극성일 때 출력 전원(VL)을 (-)극성으로 만들려고 하면, 스위치 Q7, Q10, Q1을 ON(작동) 시키고 나머지 스위치들은 모두 OFF(정지) 시킨다.
도 8b를 참조하면, 전원 공급부(10)의 교류 전원(Vs)의 주파수가 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우, 제14 모드, 즉 P점에서부터 경과시간을 검사해서 출력의 주기(주파수의 역수)의 1/4이 되는 시점의 전후 시점에서 스위치 Q9을 ON시키고 나머지 스위치는 모두 OFF시킴으로써 출력 전원(VL)의 극성은 유지되고 크기만 점진적으로 감소하여 "0"이 되도록 한다.
한편, 상기 부하단(60)의 출력 전압(VL)의 크기가 원하는 크기보다 작을 경우, 제어부(50)는 아래와 같이 리액터(32)의 용량을 조절한다.
보다 구체적으로는, 상기 제어부(50)는 단자 a와 단자 b 사이에 연결되어 있는 리액터(32)의 용량을 증가시킨다. 즉, 상기 제어부(50)는 리액터(32)의 용량이 증가하면 단자 a와 단자 b 사이로 흐르던 전류의 크기가 감소하게 되고, 전류 감소분만큼의 전류가 부하단(단자 c와 단자 d 사이)으로 흐르게 되어 부하단(60)의 출력 전압(VL)의 크기가 증가하게 된다. 이때, 상기 제어부(50)는 부하단(60)의 출력 전압(VL)의 크기가 원하는 크기와 같아질 때까지 단자 a와 단자 b 사이에 연결되어 있는 리액터(32)의 용량을 증가시킨다.
또한, 상기와 같이 리액터(32)의 용량을 조절할 때, 상기 제어부(50)는 증가분에 대한 크기 조절은 출력전압의 실제 크기와 원하는 크기의 오차의 절대값에 비례해서 조절한다. 즉, 상기 제어부(50)는 출력전압의 실제 크기가 원하는 크기와의 오차가 크면 오차의 절대 값에 비례해서 리액터(32)의 용량 증가분을 크게 설정하고, 오차가 작으면 역시 오차의 절대 값에 비례해서 리액터(32)의 용량 증가분을 작게 설정한다.
이와는 반대로, 상기 제어부(50)는 부하단(60)의 출력 전압(VL)의 크기가 원하는 크기보다 클 경우 단자 a와 단자 b 사이에 연결되어 있는 리액터(32)의 용량을 감소시킨다. 이와 같이, 상기 리액터(32)의 용량이 감소하면 단자 a와 단자 b 사이로 흐르던 전류의 크기가 증가하게 되고, 전류 증가분만큼의 전류가 부하단(단자 c와 단자 d 사이)에서 감소하게 되어 부하단(60)의 출력전압(VL)의 크기가 감소하게 된다. 이때, 상기 부하단(60)의 출력전압(VL)의 크기가 원하는 크기와 같아질 때까지 단자 a와 단자 b 사이에 연결되어 있는 리액터(32)의 용량을 감소시킨다.
또한, 상기 제어부(50)는 리액터(32)의 용량을 조절할 때, 감소분에 대한 크기 조절은 출력전압의 실제 크기와 원하는 크기의 오차의 절대값에 비례해서 조절한다. 즉, 상기 제어부(50)는 출력 전압의 실제 크기가 원하는 크기와의 오차가 크면 오차의 절대 값에 비례해서 리액터(32)의 용량 감소분을 크게 설정하고, 오차가 작으면 역시 오차의 절대 값에 비례해서 리액터(32)의 용량 감소분을 작게 설정한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 전원 공급부 11, 61: 전압 측정센서
12, 62: 전류 측정센서 20: 주파수 변환부
21: 제1 스위치군 22: 제2 스위치군
23: 제3 스위치군 24: 제4 스위치군
30: 변압부 31: 제5 스위치군
32: 리액터 40: 공진부
41: 제2 커패시터 42: 제1 인덕터
43: 제2 인덕터 50: 제어부
51: 제1 크기변환부 52: 제2 크기변환부
53: 제1 ADC 54: 제2 ADC
55: 연산부 56: 스위칭 제어부
60: 부하단

Claims (8)

  1. 교류 전원을 공급하는 전원 공급부(10);
    각각 2개의 양방향 스위치가 병렬로 연결된 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)이 풀 브리지 방식으로 결선되어, 상기 전원 공급부(10)로부터 공급된 교류 전원의 주파수를 원하는 주파수로 변환하는 주파수 변환부(20);
    상기 주파수 변환부(20)의 출력단에 2개의 양방향 스위치가 병렬로 연결된 제5 스위치군(31)과 리액터(32)가 직렬로 연결되어, 상기 주파수 변환부(20)로부터 출력되는 전원의 크기를 변환하는 변압부(30); 및
    상기 전원 공급부(10)의 출력단과 상기 변압부(30)의 출력단의 전압 또는 전류 신호를 검출하여 상기 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 상기 제5 스위치군(31)의 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부(50)를 포함하고,
    상기 제어부(50)는 상기 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 상기 제5 스위치군(31)의 스위칭 제어신호를 통하여 상기 리액터(32)의 양단의 전압 및 전류의 크기를 조절하고, 상기 변압부(30)의 출력단에 병렬로 연결되는 부하단(60)의 입력 전압 및 전류를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 상기 제5 스위치군(31)은 MOSFET, IGBT, 트랜지스터, 사이리스터(SCR) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리액터(32)는 용량 리액턴스를 가지는 제1 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변압부(30)의 출력단과 상기 부하단(60)의 입력단 사이에는 공진부(40)가 구비되고,
    상기 공진부(40)는 상기 변압부(30)의 출력단과 상기 부하단(60)의 입력단 사이에 병렬연결된 제2 커패시터(41)와, 상기 제2 커패시터(41)의 양단과 상기 변압부(30)의 출력단 사이에 각각 연결된 제1 인덕터(42) 및 제2 인덕터(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어부(50)는 상기 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 상기 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우에, 상기 전원 공급부(10)의 교류 전원의 극성에 따라 상기 전원 공급부(10)로부터 상기 변압부(30) 및 부하단(60)에 순방향 또는 역방향의 전류가 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 상기 제5 스위치군(31)의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어부(50)는 상기 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 상기 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 큰 경우에, 상기 부하단(60)의 출력 전원이 "0"이 되는 시점들을 검출하여 상기 출력 전원의 주기를 연산하고, 상기 부하단(60)의 출력 전원이 상기 출력 전원의 주기의 소정 비율에 해당되는 시점에서 상기 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)을 오프시키고 상기 제5 스위치군(31)을 온 시켜, 상기 전원 공급부(10)의 교류 전원의 극성에 따라 상기 변압부(30)와 부하단(60) 사이에 순방향 또는 역방향의 폐루프가 형성되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어부(50)는 상기 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 상기 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우에, 상기 전원 공급부(10)의 교류 전원의 극성에 따라 상기 전원 공급부(10)로부터 상기 변압부(30) 및 부하단(60)에 순방향 또는 역방향의 전류가 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)과 상기 제5 스위치군(31)의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어부(50)는 상기 전원 공급부(10)의 교류 전원의 주파수가 상기 부하단(60)의 출력 전원의 주파수보다 작은 경우에, 상기 부하단(60)의 출력 전원이 "0"이 되는 시점들을 검출하여 상기 출력 전원의 주기를 연산하고, 상기 부하단(60)의 출력 전원이 상기 출력 전원의 주기의 소정 비율에 해당되는 시점에서 상기 제1 내지 제4 스위치군(21, 22, 23, 24)을 오프시키고 상기 제5 스위치군(31)을 온 시켜, 상기 전원 공급부(10)의 교류 전원의 극성에 따라 상기 변압부(30)와 부하단(60) 사이에 순방향 또는 역방향의 폐루프가 형성되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 방식의 AC-AC 변환 장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104166418A (zh) * 2014-08-29 2014-11-26 金陵科技学院 一种超高速节能型交流稳压装置及其控制方法
KR101540753B1 (ko) * 2013-08-16 2015-07-31 삼성중공업 주식회사 풍력 발전 시스템의 과도 전압 크기를 감소시킨 저전압 발생 장치 및 방법
CN114264874A (zh) * 2021-11-29 2022-04-01 成都市联洲国际技术有限公司 功率分析仪的辅助装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200279270Y1 (ko) 2002-03-18 2002-06-24 원 호 이 에너지 절약형 조도 조절기
JP2005287241A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 電力変換装置
KR100988565B1 (ko) 2010-08-25 2010-10-18 주식회사 티엠에스아이엔씨 주파수 변환 기능을 구비한 교류-교류 컨버터

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200279270Y1 (ko) 2002-03-18 2002-06-24 원 호 이 에너지 절약형 조도 조절기
JP2005287241A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 電力変換装置
KR100988565B1 (ko) 2010-08-25 2010-10-18 주식회사 티엠에스아이엔씨 주파수 변환 기능을 구비한 교류-교류 컨버터

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101540753B1 (ko) * 2013-08-16 2015-07-31 삼성중공업 주식회사 풍력 발전 시스템의 과도 전압 크기를 감소시킨 저전압 발생 장치 및 방법
CN104166418A (zh) * 2014-08-29 2014-11-26 金陵科技学院 一种超高速节能型交流稳压装置及其控制方法
CN114264874A (zh) * 2021-11-29 2022-04-01 成都市联洲国际技术有限公司 功率分析仪的辅助装置
CN114264874B (zh) * 2021-11-29 2023-10-17 成都市联洲国际技术有限公司 功率分析仪的辅助装置

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