KR101402209B1 - Single phase AC load apparatus for regenerating power - Google Patents
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Abstract
전원 회생형 단상교류 부하장치는, 단상 교류 전원을 전파 정류하는 전파 정류부와, 전파 정류부의 출력 전원의 역율이 1이 되도록 제어하는 역율 제어부와, 전파 정류부의 출력 전압을 저장하고 역율 제어부에 저장된 에너지에 의해 상기 저장된 출력 전압이 승압되는 저장 전압을 가지는 평활 콘덴서를 포함하는 평활 회로부와, 회생량 지령부를 통해 입력되는 전원 회생량에 응답하여, 평활 콘덴서에 축적된 전압을 전원 회생량에 대응하는 교류 전압으로 변환하여 출력하는 회생 제어부와, 역율 제어부의 동작 및 회생 제어부의 동작을 제어하는 주 제어부를 포함한다. 역율 제어부는, 전파 정류부로부터 에너지를 제공받아 저장하는 부스트 리액터와, 주 제어부의 제어 신호에 응답하여 부스트 리액터에 저장된 에너지를 평활 콘덴서에 전달하는 부스트 스위치 소자를 포함한다.The power regeneration type single-phase AC load device includes a full-wave rectification section for full-wave rectifying a single-phase AC power source, a power factor control section for controlling the power factor of the output power source of the full- wave rectification section to be 1, A smoothing circuit section including a smoothing capacitor having a storage voltage at which the stored output voltage is boosted by the regeneration amount command section; and a smoothing circuit section for smoothing the voltage stored in the smoothing capacitor in accordance with an amount of power regeneration input through the regeneration amount command section, And a main control unit for controlling the operation of the power factor control unit and the operation of the regenerative control unit. The power factor control section includes a boost reactor for receiving and storing energy from the full-wave rectification section and a boost switch element for delivering energy stored in the boost reactor to the smoothing capacitor in response to a control signal of the main control section.
Description
본 발명은 단상 교류(alternating current) 부하장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전원역율을 제어할 수 있고 에너지 소모형 부하장치가 아닌 전원 회생형(전원회생 제어방식의) 단상교류 부하장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alternating current load apparatus, and more particularly, to a power supply regenerative type (power regeneration type) single phase alternating current load apparatus which can control a power factor, will be.
단상교류 부하장치는 외부조건(부하 테스트되는 피 부하장비의 출력 교류전원 전압, 또는 피부하장비의 상태)이 변동하더라도 일정 전압(또는 일정 전류)가 걸리는 부하 모델을 포함하고 있어야 하고, 에너지 낭비가 적은 방식이어야 수준 높은 부하장치라 할 수 있다.A single-phase AC load device must include a load model that takes a constant voltage (or constant current) even if the external conditions (output AC power voltage of load-tested equipment under load or under-skin condition) fluctuate, The lesser the load, the higher the load.
도 1은 종래 기술에 따른 단상교류 부하장치를 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a conventional single-phase AC load device.
도 1을 참조하면, 상기 단상교류 부하장치는, 주파수가 60(Hz)이고 크기가 220(volt)의 교류 전압을 가지는 단상 전원(단상 교류 전원)이 인가되는 변압기, 변압기의 출력 전압들 중 하나를 선택하는 전압 절체부(voltage switching unit), 전파 정류부인 정류부, 평활 콘덴서의 기능을 수행하는 콘덴서부, 및 단상 전원의 교류 전압(또는 교류 전류)의 출력 테스트를 위해 저항값이 변경될 수 있는 저항 부하(부하 저항)로 구성될 수 있다.1, the single-phase AC load device includes a transformer to which a single-phase AC power source having a frequency of 60 (Hz) and an AC voltage of 220 (volt) is applied, A capacitor section for performing a function of a smoothing capacitor, and a capacitor section for changing the resistance value for testing the output of the AC voltage (or alternating current) of the single-phase power supply, Resistance load (load resistance).
도 1의 단상교류 부하장치는, 외부조건(전원전압(단상 전원의 전압), 또는 피 부하장비의 상태)이 변하더라도 정해진 조건의 부하로 작용해야 한다. 상기 피 부하장비는 단상전원의 출력을 발생하는 장치로서, 예를 들어 태양광 에너지를 직류 전기 에너지로 저장하고 상기 저장된 에너지를 교류 전기 에너지로 변환하는 장치일 수 있다. 그러나 실제로 도 1의 단상교류 부하장치는 전원전압이 변동하면 전원전압의 상태가 직류부(정류부) 전압의 변동을 초래하고, 이에 따라 직류부인 정류부에 걸려있는 부하(저항 부하)에는 전원전압의 변동에 따라 매 순간 변하는 전압이 걸리게 된다. 또한 상기 부하 장치에서 저항을 사용하는 방식에서는 부하에 걸리는 만큼 에너지가 저항에서의 열로 발산되기 때문에 에너지가 절약되지 않을 수 있다. 또한 단상 전원에서 흐르는 전류는 다량의 고조파를 포함하고 있어 전원 역율을 떨어뜨려 상당 부분의 무효전력이 콘덴서부에서 소모될 수 있다.The single-phase alternating-current load device of Fig. 1 should act as a load of a predetermined condition even if the external condition (the power supply voltage (voltage of single-phase power supply) or the state of the load equipment) changes. The load equipment may be an apparatus for generating an output of a single-phase power source, for example, a device for storing solar energy as DC electric energy and converting the stored energy into AC electric energy. However, in the single-phase AC load device of Fig. 1, when the power supply voltage fluctuates, the state of the power supply voltage causes fluctuation of the dc part (rectifying part) voltage, A voltage that varies every moment is applied. Further, in the case of using a resistor in the load device, since energy is dissipated to the heat in the resistor as much as the load, the energy may not be saved. Also, the current flowing from the single-phase power source includes a large amount of harmonics, and the power factor may be lowered, so that a considerable amount of reactive power may be consumed in the capacitor section.
또한 전압의 변동이 변압기 뒷단의 전압 절체부에서 불연속적으로 이루어지기 때문에, 부하(저항 부하)의 미소 변동 설정이 불가능할 수 있다.Further, since the voltage fluctuation is discontinuously made in the voltage change portion at the rear end of the transformer, it is impossible to set the small variation of the load (resistance load).
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제(목적)는, 무효전력을 최소로 하기 위하여 전원역율 제어방식을 이용하고, 저항에 의한 에너지 소모형 부하장치 방식이 아닌 에너지 절약형 전원 회생 방식을 사용하는 전원 회생형의 단상교류 부하장치를 제공하는 것이다.The object of the present invention is to provide a power regeneration type power regeneration type regenerative power regeneration type regenerative power regeneration type power regeneration type regenerative power regeneration type Phase alternating-current load device.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전원 회생형 단상교류 부하장치는, 단상 교류 전원을 전파 정류하는 전파 정류부; 상기 전파 정류부의 출력 전원의 역율이 1이 되도록 제어하는 역율 제어부; 상기 전파 정류부의 출력 전압을 저장하고 상기 역율 제어부에 저장된 에너지에 의해 상기 저장된 출력 전압이 승압된, 저장 전압을 가지는 평활 콘덴서를 포함하는 평활 회로부; 회생량 지령부를 통해 입력되는 전원 회생량에 응답하여, 상기 평활 콘덴서에 축적된 전압을 상기 전원 회생량에 대응하는 교류 전압으로 변환하여 출력하는 회생 제어부; 및 상기 역율 제어부의 동작 및 상기 회생 제어부의 동작을 제어하는 주 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 역율 제어부는, 상기 전파 정류부로부터 에너지를 제공받아 저장하는 부스트 리액터; 및 상기 주 제어부의 제어 신호에 응답하여 상기 부스트 리액터에 저장된 에너지를 상기 평활 콘덴서에 전달하는 부스트 스위치 소자를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power regeneration type single-phase AC load device including: a full-wave rectification unit for full-wave rectifying a single-phase AC power; A power factor control unit for controlling the power factor of the output power of the full wave rectification unit to be 1; A smoothing circuit portion including a smoothing capacitor having a storage voltage, the smoothing capacitor storing an output voltage of the full wave rectification portion and boosting the stored output voltage by energy stored in the power factor control portion; A regenerative control unit for converting a voltage stored in the smoothing capacitor into an alternating voltage corresponding to the amount of regenerated power and outputting the alternating voltage in response to a regeneration amount of power input through the regeneration amount command unit; And a main controller for controlling the operation of the power factor control unit and the operation of the regenerative control unit, wherein the power factor control unit includes: a boost reactor for receiving and storing energy from the full wave rectifier unit; And a boost switch element for transmitting energy stored in the boost reactor to the smoothing capacitor in response to a control signal of the main control unit.
상기 부스트 스위치 소자는 상기 부스트 리액터의 저장된 에너지가 기준치가 될 때 턴-오프(turn-off)되어 상기 부스트 리액터에 저장된 에너지를 상기 평활 콘덴서에 제공할 수 있다.The boost switch element may be turned off when the stored energy of the boost reactor reaches a reference value to provide energy stored in the boost reactor to the smoothing capacitor.
상기 회생 제어부는, 상기 주 제어부의 제어 신호에 응답하여 상기 평활 콘덴서에 축적된 전압을 상기 전원 회생량에 대응하는 교류 전압으로 변환하여 출력하는 스위치 소자들을 포함할 수 있다.The regenerative control unit may include switch elements for converting a voltage stored in the smoothing capacitor into an alternating voltage corresponding to the regenerative power amount in response to a control signal of the main control unit.
본 발명에 따른 전원 회생형 단상교류 부하 장치는 전원역율 제어회로(전원역율 개선회로)를 이용하여 외부의 전원전압 변동하더라도 일정한 직류전압을 유지함과 더불어 전원역율을 1로 유지하여 무효전력을 최소로 할 수 있고, 기존의 저항에 의한 열에너지 소모형 부하방식이 아닌 에너지 절약형의 전원회생형 부하장치로서 작용(기능)할 수 있다.The power regeneration type single-phase AC load device according to the present invention uses a power factor control circuit (power factor improvement circuit) to maintain a constant DC voltage even when the external power voltage fluctuates, and maintains the power factor of 1 to minimize the reactive power And can function (function) as an energy-saving power regeneration type load device instead of the thermal energy small type load method by the conventional resistance.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래 기술에 따른 단상교류 부하장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원 회생형 단상교류 부하 장치(100)를 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
도 3은 도 2에 도시된 전원 회생형 단상교류 부하장치(100)에 포함된 구성 요소들의 실시예를 설명하는 회로도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the drawings used in the detailed description of the present invention, a brief description of each drawing is provided.
1 is a circuit diagram showing a conventional single-phase AC load device.
2 is a block diagram illustrating a power regenerative single-phase
3 is a circuit diagram illustrating an embodiment of components included in the power regenerative single-phase
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a better understanding of the present invention, and the objects attained by the practice of the invention, reference should be made to the accompanying drawings, which illustrate embodiments of the invention, and to the description in the accompanying drawings.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원 회생형 단상교류 부하 장치(100)를 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.2 is a block diagram illustrating a power regenerative single-phase
도 2를 참조하면, 전원 회생형 단상교류 부하 장치(100)는, 전파 정류부(full wave rectification unit)(110), 전원위상 및 전류 검출부(140), 역율 제어부(115), 평활 회로부(120), 직류전압 검출부(145), 회생량 지령부(165), 회생 제어부(125), 출력필터 회로부(130), 전원전류 검출부(150), 전원위상 및 전원크기 검출부(155), 절연 변압기(Isolation transformer)(135), 및 주 제어부(170)를 포함한다. 전원 회생형 단상교류 부하 장치(100)는 단상전원 회생형 부하장치로도 언급될 수 있고, 피 부하장비(피 시험장치)의 출력 상태(예를 들어, 피 부하장비가 표시된 대로 출력 전압(정격 출력 전압)을 정상적으로 발생하는 지 여부)를 시험(테스트(test))할 때 사용될 수 있다.2, a power regenerative single-phase
전파 정류부(110)는 단상 교류 전원인 단상 전원(105)을 전파 정류하여 단상 전원(105)의 전원주파수의 2배의 리플(ripple) 주파수를 가지는 직류 전원(맥류)을 발생할 수 있다. 단상 전원(105)은 예를 들어 주파수가 60(Hz)이고 크기가 220(volt)의 교류 전압을 발생할 수 있다. 단상 전원(105)은 단상전원의 출력을 발생하는 장치로부터 출력되는 전원으로서, 예를 들어 태양광 에너지를 직류 전기 에너지로 저장하고 상기 저장된 에너지를 교류 전기 에너지로 변환하는 장치(피 부하장비)로부터 출력되는 전원을 의미할 수 있다.The full-
전원위상 및 전류 검출부(140), 역율 제어부(115), 평활 회로부(120), 및 직류 전압 검출부(145)는 전원역율 개선회로를 구성할 수 있다.The power phase and
전원위상 및 전류 검출부(140)는 전파 정류부(110)의 출력 전원 위상(출력 전압 위상 및 출력 전류 위상) 및 출력 전류량을 검출하여 주 제어부(170)에 제공할 수 있다. 전원위상 및 전류 검출부(140)는 전파 정류부(110)의 출력 전압의 크기, 출력 전류의 크기, 출력 전압의 위상 크기, 및 출력 전류의 위상 크기를 검출할 수 있다. 주 제어부(170)는 상기 검출된 출력 전원 위상, 출력 전압의 크기, 및 출력 전류량을 이용하여 역율 제어부(115)에 포함된 부스트 스위치 소자(boost switch)의 턴-온(turn-on) 및 턴-오프(turn-off)를 제어하여 전파 정류부(110)의 출력 전원의 역율이 1이 되도록 제어할 수 있다.The power phase and
역률 제어부(115)는 부스팅 블락(boosting block)으로서, 단상 전원(105)의 출력 전압(또는 출력 전류)을 전파 정류한 전파 정류부(110)의 출력 전압을 이용하여, 평활 회로부(120)에 포함된 평활 콘덴서에 상승된 전압을 저장시키는 것에 의해, 전파 정류부(110)로부터 출력되는 전원의 역율을 개선하도록 제어할 수 있다. 즉, 역률 제어부(115)는 전파 정류부(110)의 출력 전원의 역율을 1로 증가(개선)시키도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.The power
역률 제어부(115)는, 부스트 리액터(boost reactor)(부스트 인덕터) 및 부스트 스위치 소자를 포함한다. 부스트 리액터는 전파 정류부(110)로부터 에너지(전기 에너지)를 제공받아 저장(충전)한다. 부스트 스위치 소자는 주 제어부(170)의 제어 신호를 입력받아 도통(턴-온)되어 평활 회로부(120)에 포함된 평활 콘덴서를 충전시키기 위한 전원을 부스트 리액터에 저장시키고, 부스트 스위치 소자는 주 제어부(170)의 제어 신호를 입력받아 부스트 리액터의 저장(충전)된 에너지가 기준치가 될 때(기준치 이상이면) 차단(턴-오프)되어 부스트 리액터에 저장된 에너지를 평활 회로부(120)의 평활 콘덴서에 제공한다. 즉, 부스트 스위치 소자는 주 제어부(170)의 제어 신호에 응답하여 부스트 리액터에 저장된 에너지를 평활 콘덴서에 전달한다. 상기 기준치는 역율 제어부(115)가 전파 정류부(110)의 출력 전원의 역율을 1로 하기 위한 값으로서 전원 위상 및 전류 검출부(140)에 의해 검출된 출력 전원(출력 전압 및 출력 전류)의 위상, 출력 전압의 크기, 및 출력 전류량에 의해 주 제어부(170)에 의해 결정될 수 있다.The power
평활 회로부(120)는 전파 정류부(110)의 출력 전원을 입력받아 에너지를 충전하는 평활 콘덴서(평활 커패시터)를 포함한다. 평활 콘덴서는 전파 정류부(110)의 출력 전압을 저장하고, 역율 제어부(115)에 저장된 에너지에 의해 상기 저장된 전류 정류부(110)의 출력 전압이 승압(boost)되는 저장 전압(출력 전압 또는 직류 전압)을 가질 수 있다. 평활 콘덴서는 전원 회생형 단상교류 부하 장치(100)에서 부하(용량성 부하)로서의 역할(기능)을 수행할 수 있다.The
역율 제어부(115)의 제어에 의해, 평활 회로부(120)에 포함된 평활 콘덴서의 전압이 승압되는 과정이 다음과 같이 설명된다.The process of boosting the voltage of the smoothing capacitor included in the
역율 제어부(115)에 포함된 부스트 스위치 소자가 주 제어부(170)에 포함된 DC(direct current) 전압 게이트(gate) 구동부의 신호(제어 신호)를 받아 도통(턴-온)되면, 역율 제어부(115)에 포함된 부스트 리액터와 부스트 스위칭 소자로 이루어진 폐회로를 통하여 전파 정류부(110)의 출력 전류에 의해 부스트 리액터에 자계 에너지가 급격하게 저장될 수 있다.When the boost switch element included in the power
부스트 리액터에 에너지가 일정량의 상기 기준치 이상 충전되면 부스트 스위치 소자가 차단되면서, 부스트 리액터에 충전된 에너지는 평활 회로부(120)에 포함된 부스트 다이오드(boost diode)를 거쳐 콘덴서 뱅크(capacitor bank)인 평활 회로부(120)의 평활 콘덴서에 충전되어 평활 콘덴서의 전압을 상승시킬 수 있다.When the energy of the boost reactor is charged to a predetermined amount or more, the boost switch element is cut off, and the energy charged in the boost reactor flows through a boost diode included in the
평활 콘덴서에 충전된 전압은 직류 전압 검출부(145)를 통하여 검출되어 주 제어부(170)에 제공된다. 주 제어부(170)는 직류 전압 검출부(145)에 의해 검출된 평활 콘덴서의 전압을, 평활 콘덴서의 전압의 급격한 상승을 방지하기 위한 DC 전압 소프트 스타트(soft start)(또는 DC 전압 소프트 스타트 제어부)의 출력값과 비교하고, 그 비교값(DC 전압 소프트 스타트(soft start)의 출력값과 직류 전압 검출부(145)에 의해 검출된 평활 콘덴서의 전압 사이의 차분값(difference value))은, DC 전압 비례적분 제어기와, 제한치를 넘지 못하도록 조정하는 기능을 수행하는 DC 전압 지령 제한부를 거치고 DC 전압 절연구동부를 통하여 절연된 후 DC 전압 게이트 구동부를 통하여 역율 제어부(115)의 부스트 스위치 소자를 구동(턴-온)시킬 수 있다. 상기 DC 전압 소프트 스타트, DC 전압 비례적분 제어기, DC 전압 지령 제한부, 및 DC 전압 게이트 구동부는 주 제어부(170)에 포함될 수 있다. 그리고 평활 콘덴서의 전압은 주 제어부(170)에 포함된 DC 전압 지령 출력부를 거친 지령치와 일치하도록 폐루프 제어가 이루어지게 된다. 즉, DC 전압 지령 출력부, DC 전압 소프트 스타트, DC 전압 비례적분 제어기, DC 전압 지령 제한부, DC 전압 게이트 구동부, 및 직류 전압 검출부(145)는 부스트 리액터로부터 평활 콘덴서에 제공되는 전원의 양을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 DC 전압 지령 출력부 내지 직류 전압 검출부(145)의 동작은, 평활 콘덴서의 전압을 상승시키는 과정이, 급격한 지령이 아닌, 완만한 지령에 의해 이루어지도록 할 수 있다.The voltage charged in the smoothing capacitor is detected through the
전술한 전원역율제어방식을 사용하면 단상 전원(105)의 전원전압이 변동하더라도 평활 회로부(120)에 포함된 평활 콘덴서의 전압을 일정하게 유지할 수 있고, 전원역율을 1로 제어할 수 있어서 에너지를 최대효율로 사용할 수 있게 된다.Even if the power source voltage of the single-
회생량 지령부(165)는 입력부로서 절연 변압기(135)가 전력 계통 중 배전 계통(미도시)에 상기 배전 계통의 전압(예를 들어 220(volt))보다 크기가 큰 교류 전압을 제공하도록 하는 값에 대응하는 전원 회생량(전원 회생량 정보)을 주 제어부(170)에 제공할 수 있다. 회생량 지령부(165)는 전원 회생형 단상교류 부하 장치(100)의 사용자로부터 유선 또는 무선으로 전원 회생량 정보를 수신할 수 있다.The regeneration
사용자의 지령이 회생량 지령부(165)를 통하여 주 제어부(170)에 입력되면, 주 제어부(170)는 회생 제어부(125)에 포함된 스위치 소자들의 턴-온 동작 및 턴-오프 동작을 제어하여 직류부인 평활 회로부(120)에 포함된 평활 콘덴서의 전압이, 배전 계통의 전압보다 큰 교류 전압으로 변환되어 출력 필터 회로부(130) 및 절연 변압기(135)를 통해 출력되도록 제어할 수 있다.The
회생 제어부(125)는 회생량 지령부(165)를 통하여 입력된 전원 회생량에 맞게 평활 회로부(120)의 출력 전원이 전력 계통 중 배전 계통의 전원으로 회생되도록 제어할 수 있다. 즉, 회생 제어부(125)는 출력 필터 회로부(130)의 출력 교류 전압이 절연 변압기(135)를 통하여 전력 계통 중 배전 계통의 전원으로 제공되도록 하는 교류 전압을 공급할 수 있다.The
절연 변압기(135)는 출력 필터 회로부(130)로부터 출력되는 에너지를 전력 계통 중 배전 계통의 전원으로 회생시킬 수 있다. 또한 절연 변압기(135)는 출력 필터 회로부(130)의 출력 전원과 전력 계통 중 배전 계통의 전원을 전기적으로 절연시켜 출력 필터 회로부(130)의 출력 전압(출력 전원)과 배전 계통의 전원 사이의 전기적 간섭을 최소화할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 절연 변압기(135)는 전원 회생형 단상교류 부하 장치(100)에서 제거(생략)될 수 있다.The
회생 제어부(125)는 인버터(invertor)의 기능을 수행할 수 있고, 회생 제어부(125)는 회생량 지령부(165)를 통해 입력되는 전원 회생량에 응답하여, 평활 회로부(120)의 평활 콘덴서에 축적된 전압(에너지)을 상기 전원 회생량에 대응하는 교류 전압(교류 전원)으로 변환하여 출력할 수 있다. 회생 제어부(125)는, 주 제어부(170)의 제어 신호에 응답하여 평활 회로부(120)의 평활 콘덴서에 축적된 전압(에너지)을 상기 전원 회생량에 대응하는 교류 전압으로 변환하여 출력하는 스위치 소자들을 포함할 수 있다.The
전원전류 검출부(150)는 출력필터 회로부(130)의 출력 전류량을 검출하여 주제어부(170)에 입력시킬 수 있고, 전원위상 및 전원크기 검출부(155)는 출력필터 회로부(130)의 출력 전원(출력 전압 및 출력 전류)의 위상 및 출력 전원(출력 전압)의 크기를 검출하여 주 제어부(170)에 입력시킬 수 있다.The power supply
주 제어부(170)는 전원전류 검출부(150) 및 전원위상 및 전원크기 검출부(155)에 의해 검출된 출력필터 회로부(130)의 출력 전류량, 출력 전압의 위상, 출력 전류의 위상, 및 출력 전압 크기를 이용하여 회생 제어부(125)에 포함된 스위치소자들의 턴-온 시간 및 턴-오프 시간을 조절할 수 있다. 상기 스위치 소자들의 조절된 턴-온 시간 및 턴-오프 시간에 의해 회생 제어부(125)에 포함된 스위치들이 교대로 동작할 경우에 발생하는 구형파 형태의 신호를 출력 필터 회로부(130)는 정현파(sine 파)에 가까운 형태로 변형할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 출력 필터 회로부(130)는 제거될 수 있다.The
주 제어부(170)는 회생량 지령부(165)를 통하여 입력된 전원 회생량대로 배전 계통의 전원으로 교류 전원이 회생되도록 순시 전원 회생량을 연산하여 회생 제어부(125)에 포함된 스위치 소자를 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)시킬 수 있다.The
주 제어부(170)는 역율 제어부(115)에 포함된 부스트 스위치 소자를 제어하여 전파 정류부(110)의 출력 전원 역율을 제어하고, 회생량 지령부(165)를 통해 전원 회생량을 입력받아 배전 계통의 전원으로 출력 필터 회로부(130)의 출력 교류 전원이 회생되도록 제어할 수 있다. 또한 주 제어부(170)는 전파 정류부(110), 역율 제어부(115), 및 회생 제어부(125) 등 전원 회생형 단상교류 부하 장치(100)에 포함된 구성 요소들의 전체적인 동작을 제어할 수 있다.The
전술한 바와 같이, 본 발명은 단상 전원(105)의 전원전압이 변동하더라도 평활 회로부(120)에 포함된 평활 콘덴서의 직류전압이 일정하게 유지되도록 하는 것에 의해 전원역율을 1로 하여 무효전력을 최소로 할 수 있고, 기존의 열에너지 소모형 부하장치로서의 기능을 수행하지 않고 평활 회로부(120)의 평활 콘덴서에 저장된 전기 에너지(전력)가 전력 계통으로 회생되도록 할 수 있다.As described above, according to the present invention, even when the power supply voltage of the single-
도 3은 도 2에 도시된 전원 회생형 단상교류 부하장치(100)에 포함된 구성 요소들의 실시예를 설명하는 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating an embodiment of components included in the power regenerative single-phase
도 3을 참조하면, 전파 정류부(110)는 다이오드들 및 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 커패시터(C1)는 단상 전원(105)의 입력 잡음을 제거하기 위한 로우 패스 필터(low pass filter)일 수 있고, 본 발명에서 커패시터(C1)는 제거(생략)될 수 있다.Referring to FIG. 3, the full-
전원 위상 및 전류 검출부(140)는, 전파 정류부(110)의 (+) 단자에 연결된 도선을 통해 전기적으로 연결된 전류 변압기(current transformer)(미도시), 및 3개의 저항들(저항기들)(R2, R3, 및 R4)을 포함한다. 상기 전류 변압기는 전파 정류부(110)의 출력 전류량을 검출할 수 있고, 상기 3개의 저항들(R2, R3, 및 R4)에 의해 전파 정류부(110)의 출력 전원(출력 전압 및 출력 전류)의 위상 및 출력 전압의 크기가 검출될 수 있다.The power supply phase and
역율 제어부(115)는, 부스트 리액터(L1), 엔모스(NMOS) 트랜지스터로 구현될 수 있는 부스트 스위치 소자(S1), 부스트 스위치 소자(S1)의 양단에 연결되고 부스트 스위치 소자(S1)의 스위칭시의 손상을 방지할 수 있는 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)(FD1), 주 제어부(170)의 제어 신호(주 제어부(170)에 포함된 DC 전압 게이트 구동부의 신호)를 버퍼링(buffering)하여 부스트 스위치 소자(S1)의 게이트(gate)에 제공하는 버퍼(B, buffer), 및 평활 회로부(120)에 포함된 평활 콘덴서(C2)에 초기에 투입되는 전파 정류부(110)로부터의 출력 과전류(돌입 전류(inrush current))의 양을 제한하는 다이오드(D1)를 포함한다. 부스트 스위치 소자(S1)가 턴-온(turn-on)될 때 부스트 리액터(L1)에 전파 정류부(110)의 출력 전원에 의한 에너지가 저장되고, 부스트 스위치 소자(S1)가 턴-오프(turn-off)될 때 부스트 리액터(L1)에 저장된 에너지가 평활 콘덴서(C2)에 전달되어 평활 콘덴서(C2)의 전압이 상승(boost)될 수 있다. 예를 들어, 단상 전원(105)의 전압이 110(volt)일 때 평활 콘덴서(C2)에 저장되는 전압은 400(volt)로 상승될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 프리휠링 다이오드(FD1), 버퍼(B), 및 다이오드(D1)는 제거될 수 있다.The power
평활 회로부(120)는, 전류의 역류를 방지하는 부스트 다이오드(D2), 및 전파 정류부(110)의 출력 전압에 대해 평활(smoothing) 동작을 수행하는 평활 콘덴서(C2)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 부스트 다이오드(D2)는 제거될 수 있다.The smoothing
직류 전압 검출부(145)는 두 개의 저항들(R6 및 R7)을 포함할 수 있고, 두 개의 저항들(R6 및 R7)에 의해 분배되는 전압을 이용하여 평활 회로부(125)의 평활 콘덴서(C2)에 저장되는 전압을 검출할 수 있다.The DC
회생 제어부(125)는, 엔모스(NMOS) 트랜지스터로 구현될 수 있는 스위치 소자(S2), 스위치 소자(S2)의 양단에 연결되는 프리휠링 다이오드(FD2), 엔모스(NMOS) 트랜지스터로 구현될 수 있는 스위치 소자(S3), 스위치 소자(S3)의 양단에 연결되는 프리휠링 다이오드(FD3), 스위치 소자(S4)의 양단에 연결되는 프리휠링 다이오드(FD4), 엔모스(NMOS) 트랜지스터로 구현될 수 있는 스위치 소자(S5), 및 스위치 소자(S5)의 양단에 연결되는 프리휠링 다이오드(FD5)를 포함할 수 있다. 주 제어부(170)의 제어 신호에 의해 스위치 소자들(S2 및 S5)과, 스위치 소자들(S3 및 S4)이 교대로 턴-온(turn-on)되고 스위치 소자들(S2 및 S5)(또는 스위치 소자들((S3 및 S4)))의 턴-온 시간 및 턴-오프 시간을 조절하는 것에 의해 정현파인 교류 전원이 생성될 수 있다. 상기 스위치 소자들의 턴-온 시간 및 턴-오프 시간을 조절하는 방식은 PWM(Pulse width Modulation, 펄스 폭 변조) 제어 방식으로 언급될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 프리휠링 다이오드들(FD2 내지 FD5)은 제거될 수 있다.The
출력 필터 회로부(120)는 2개의 인덕터들(L2, L3)을 포함할 수 있고, 회생 제어부(125)로부터 출력되는 교류 전원의 잡음(고조파 성분)을 필터링할 수 있다. 출력 필터 회로부(120)는 회생 제어부(125)로부터 출력되는 구형파 형태의 신호를 정현파(sine 파)에 가까운 형태로 변형할 수 있다.The output
전원 전류 검출부(150)는 전류 검출 소자인 전류 변압기(CT, current transformer)(200)를 포함하고, 전류 변압기를 이용하여 출력 필터 회로부(130)로부터 출력되는 전원 전류량을 검출할 수 있다.The power supply
전원 위상 및 전원 크기 검출부(155)는 변압기(TR3)(205)를 포함할 수 있고, 변압기(TR3)(205)를 이용하여 출력 필터 회로부(130)의 출력 전원(출력 전압 및 출력 전류)의 위상 및 출력 필터 회로부(130)의 출력 전원(출력 전압)의 크기를 검출할 수 있다. 절연 변압기(135)는 이상 변압기(TR2)를 포함할 수 있다.The power phase and
본 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 “~부(unit)” 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(fieldprogrammable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.The components or " units " or blocks or modules used in the present embodiment may be implemented in software such as a task, a class, a subroutine, a process, an object, an execution thread, , A field programmable gate array (FPGA), or an application-specific integrated circuit (ASIC), or a combination of the above software and hardware. The components or parts may be included in a computer-readable storage medium, or a part of the components may be dispersed in a plurality of computers.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the embodiments have been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the claims or the claims. It is therefore to be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible in light of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
110: 전파 정류부
115: 역율 제어부
120: 평활 회로부
125: 회생 제어부
140: 전원 위상 및 전류 검출부
145: 직류 전압 검출부
150: 전원 전류 검출부
155: 전원 위상 및 전원 크기 검출부
165: 회생량 지령부
170: 주 제어부110: Full wave rectification part
115: Power factor control unit
120: Smoothing circuit part
125: Regenerative control unit
140: Power phase and current detector
145: DC voltage detector
150: Power supply current detection unit
155: Power phase and power size detector
165: Regeneration amount command section
170:
Claims (3)
단상 교류 전원을 전파 정류하는 전파 정류부;
상기 전파 정류부의 출력 전원의 역율이 1이 되도록 제어하는 역율 제어부;
상기 전파 정류부의 출력 전압을 저장하고 상기 역율 제어부에 저장된 에너지에 의해 상기 저장된 출력 전압이 승압되는 저장 전압을 가지는 평활 콘덴서를 포함하는 평활 회로부;
회생량 지령부를 통해 입력되는 전원 회생량에 응답하여, 상기 평활 콘덴서에 축적된 전압을 상기 전원 회생량에 대응하는 교류 전압으로 변환하여 출력하는 회생 제어부; 및
상기 역율 제어부의 동작 및 상기 회생 제어부의 동작을 제어하는 주 제어부를 포함하며,
상기 역율 제어부는,
상기 전파 정류부로부터 에너지를 제공받아 저장하는 부스트 리액터; 및
상기 주 제어부의 제어 신호에 응답하여 상기 부스트 리액터에 저장된 에너지를 상기 평활 콘덴서에 전달하는 부스트 스위치 소자를 포함하며,
상기 전원 회생형 단상교류 부하장치는,
상기 회생 제어부에 의해 출력되는 교류 전압의 고조파 성분을 필터링하는 출력 필터 회로부;
상기 출력 필터 회로부로부터 출력되는 에너지를 전력 계통 중 배전 계통의 전원으로 회생시키고, 상기 출력 필터 회로부의 출력 전원과 상기 전력 계통 중 배전 계통의 전원을 전기적으로 절연시키는 절연 변압기; 및
상기 평활 콘덴서에 충전된 전압을 검출하는 직류 전압 검출부를 더 포함하며,
상기 주 제어부는, 상기 직류 전압 검출부에 의해 검출된 평활 콘덴서의 전압을, 상기 평활 콘덴서의 전압의 급격한 상승을 방지하기 위한 DC 전압 소프트 스타트(soft start) 제어부의 출력값과 비교하고, 상기 비교값은, DC 전압 비례적분 제어기와, 제한치를 넘지 못하도록 조정하는 기능을 수행하는 DC 전압 지령 제한부를 거치고 DC 전압 절연구동부를 통하여 절연된 후 DC 전압 게이트 구동부를 통하여 상기 부스트 스위치 소자를 구동시키고, 상기 DC 전압 소프트 스타트 제어부, 상기 DC 전압 비례적분 제어기, 상기 DC 전압 지령 제한부, 및 상기 DC 전압 게이트 구동부는 상기 주 제어부에 포함되는 전원 회생형 단상교류 부하장치.In a power regeneration type single-phase AC load device,
A full-wave rectifying section for full-wave rectifying a single-phase AC power source;
A power factor control unit for controlling the power factor of the output power of the full wave rectification unit to be 1;
A smoothing circuit part including a smoothing capacitor storing a output voltage of the full wave rectification part and having a storage voltage at which the stored output voltage is stepped up by energy stored in the power factor control part;
A regenerative control unit for converting a voltage stored in the smoothing capacitor into an alternating voltage corresponding to the amount of regenerated power and outputting the alternating voltage in response to a regeneration amount of power input through the regeneration amount command unit; And
And a main control unit for controlling the operation of the power factor control unit and the operation of the regenerative control unit,
Wherein the power factor control unit comprises:
A boost reactor for receiving and storing energy from the full wave rectification unit; And
And a boost switch element for transmitting energy stored in the boost reactor to the smoothing capacitor in response to a control signal of the main control unit,
The power regeneration type single-phase AC load device includes:
An output filter circuit for filtering the harmonic components of the AC voltage output by the regenerative control unit;
An isolation transformer for regenerating energy output from the output filter circuit portion to a power supply of the power system distribution system and electrically isolating an output power of the output filter circuit portion and a power supply system of the power system; And
Further comprising a DC voltage detection unit for detecting a voltage charged in the smoothing capacitor,
The main control unit compares the voltage of the smoothing capacitor detected by the direct current voltage detection unit with an output value of a DC voltage soft start control unit for preventing a sharp rise of the voltage of the smoothing capacitor, , A DC voltage proportional integral controller, and a DC voltage command limiting unit that performs a function of adjusting the limit value so as not to exceed the limit value. The DC voltage is then isolated through a DC voltage isolation driving unit and then driven by the DC voltage gate driving unit. Wherein the soft start control unit, the DC voltage proportional integral controller, the DC voltage command restricting unit, and the DC voltage gate driving unit are included in the main control unit.
상기 부스트 스위치 소자는 상기 부스트 리액터에 저장된 에너지가 기준치가 될 때 턴-오프(turn-off)되어 상기 부스트 리액터에 저장된 에너지를 상기 평활 콘덴서에 제공하는 전원 회생형 단상교류 부하장치.The method according to claim 1,
Wherein the boost switch element is turned off when the energy stored in the boost reactor reaches a reference value to provide the energy stored in the boost reactor to the smoothing capacitor.
상기 주 제어부의 제어 신호에 응답하여 상기 평활 콘덴서에 축적된 전압을 상기 전원 회생량에 대응하는 교류 전압으로 변환하여 출력하는 스위치 소자들을 포함하는 전원 회생형 단상교류 부하장치.The control apparatus according to claim 1,
And a switch element for converting a voltage stored in the smoothing capacitor into an AC voltage corresponding to the amount of regenerated power in response to a control signal of the main control part and outputting the converted AC voltage.
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