KR101541173B1 - 특고압 개폐기용 배터리 충전장치 - Google Patents

특고압 개폐기용 배터리 충전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 특고압 개폐기용 배터리 충전장치는, 특고압 개폐기의 본체를 형성하며, 전원측 각 상(A, B, C)과 부하측 각 상(R, S, T)을 개폐하고 전원측 각 상(A, B, C)에서 특고압을 인가시키는 특고압 인가부; 상기 특고압 인가부로부터 각의 상(A, B, C)에 대한 특고압을 인가 받아 용량 리액턴스 값에 따라 일정 비율로 분압 되는 감압부; 상기 분압부와 직렬로 연결되며, 상기 용량 리액턴스 값과 유도 리액턴스 값에 따른 분압 비율에 따라 분압된 전압을 인가 받으며, 인가된 전압을 1차측 코일과 2차측 코일의 권수비에 따라 전압을 변환시키는 보조변압기; 상기 보조변압기의 2차 측 회로와 연결되며, 상기 2차 측 회로로부터 전압을 인가받아 정류시키는 브리지 다이오드; 상기 브리지 다이오드의 시작점과 끝점에 각각 연결되며, 상기 브리지 다이오드로부터 충전전류를 받아 일정 전압으로 충전시키는 배터리; 및 상기 브리지 다이오드와 상기 배터리 사이에 연결되며, 충전 진행 중에 상기 충전전류를 피드백 조정하여 상기 배터리의 충전전압이 안정되도록 하는 충전 조정부를 포함하는 기술을 제공함에 기술적 특징이 있다.

Description

특고압 개폐기용 배터리 충전장치{BATTERY CHARGING DEVICE FOR HIGH VOLTAGE SWICHGEAR}
본 발명은 특고압 개폐기용 배터리 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특고압 개폐기의 투입(close) 및 개방(open) 등의 조작을 위해 사용되는 24V 배터리를 충전하는데 있어서, 개폐기 본체의 내부에 특별고압 세라믹 커패시터를 설치하고, 감압된 전압을 이용하여 24V 배터리를 충전하되, 충전 진행 중에 배터리로 흘러들어가는 충전전류를 피드백 조정하여 배터리의 충전전압이 변동되지 않도록 하는 충전 조정부를 포함하는 충전회로를 제공함으로써, 개폐기와 별도로 외부에 감압용 고압 변압기를 설치할 필요가 없어져, 이로 인한 비용과 설치공간을 감소시킬 수 있는, 특고압 개폐기용 배터리 충전장치에 관한 것이다.
일반적으로 배터리(battery)는 충전이 불가능한 1차 전지와 충전 가능한 2차 전지로 구별되는데, 2차 전지를 전원으로 이용하는 기기를 사용하기 위해서는 먼저 충전기를 이용하여 배터리에 전하를 충전시킨 후, 부하로 충전된 전원을 공급하여야 한다.
상기 배터리는 충전종지전압과 방전종지전압 사이에서 운영되는데, 배터리를 방전종지전압까지 사용한 다음 충전종지 전압까지 충전하여 사용하는 것이 가장 바람직한 사용방법이다.
한편 개폐기의 배터리는 개폐기의 투입, 개방 조작과 컨트롤러의 제어기능, 배전 자동화에 따른 통신기능, 배터리 자기 방전 등으로 방전되고, 배터리는 방전된 전기량을 반드시 충전 해주어야 연속적으로 개폐기의 운전을 가능하게 한다.
종래의 배터리 충전 방식은 22,900V에서 220V로 감압하는 변압기를 개폐기 외부 별도의 정해진 공간에 설치하거나, 외부에서 공급되는 저압 220V를 사용하며, 22,900V에서 감압된 220V를 제어함으로 공급하면, 제어함의 배터리 충전장치에 의해 배터리가 충전 된다.
하지만, 종래 기술은 감압용 변압기로 저압 220V를 사용하는 경우, 변압기 1차 측에 고전압을 별도로 인가하고 감압용 변압기 자체 보호용 퓨즈 등의 보호 장치를 설치하여야 하는 등 번거로운 점 및 비용의 상승이 있을 뿐 만 아니라, 감압용 변압기를 개폐기 내부에 설치하기에는 개폐기 내부 공간이 협소하여 현실적으로 불가능한 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제2002-0018441호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 특고압 개폐기의 투입(close) 및 개방(open) 등의 조작을 위해 사용되는 24V 배터리를 충전하는데 있어서, 개폐기 본체 내부에 특별고압 세라믹 커패시터를 설치하고, 감압된 전압을 이용하여 24V 배터리를 충전하되, 충전 진행 중에 배터리로 흘러들어가는 충전전류를 피드백 조정하여 배터리의 충전전압이 변동되지 않도록 하는 충전 조정부를 포함하는 충전회로를 제공함으로써, 개폐기와 별도로 외부에 감압용 고압 변압기를 설치할 필요가 없어져, 이로 인한 비용과 설치공간을 감소시킬 수 있는, 특고압 개폐기용 배터리 충전장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 특고압 개폐기용 배터리 충전장치는, 특고압 개폐기의 본체를 형성하며, 전원측 각 상(A, B, C)과 부하측 각 상(R, S, T)을 개폐하고 전원측 각 상(A, B, C)에서 특고압을 인가시키는 특고압 인가부; 상기 특고압 인가부로부터 각각의 상(A, B, C)에 대한 특고압을 인가 받아 용량 리액턴스 값에 따라 일정 비율로 감압 되는 감압부; 상기 감압부와 직렬로 연결되며, 상기 용량 리액턴스 값과 유도 리액턴스 값에 따른 분압 비율에 따라 분압된 전압을 인가 받으며, 인가된 전압을 1차측 코일과 2차측 코일의 권수비에 따라 전압을 변압시키는 보조변압기; 상기 변압기의 2차 측 회로와 연결되며, 상기 2차 측 회로로부터 전압을 인가받아 정류시키는 브리지 다이오드; 상기 브리지 다이오드의 시작점과 끝점에 각각 연결되며, 상기 브리지 다이오드로부터 충전전류를 받아 일정 전압으로 충전시키는 배터리; 및 상기 브리지 다이오드와 상기 배터리 사이에 연결되며, 충전 진행 중에 상기 충전전류를 피드백 조정하여 상기 배터리의 충전전압이 변동되지 않도록 하는 충전 조정부를 포함하는 기술을 제공한다.
본 발명은 개폐기와 별도로 외부에 감압용 고압 변압기를 설치할 필요가 없어져, 설치로 인한 비용과 공간 및 제작 수고를 감소시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 특고압 개폐기용 배터리 충전장치의 회로 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 회로 구성 중 변압기의 2차 측을 1차 측으로 환산한 변압기 등가 회로를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 충전 중 스위칭 반도체 소자가 개방(OFF) 되었을 때 변압기의 1차측 파형을 오실로스코프로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 충전 중 스위칭 트랜지스터가 단락(ON) 되었을 때 변압기의 1차측 파형을 오실로스코프로 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 특고압 개폐기용 배터리 충전장치의 회로 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 특고압 개폐기용 배터리 충전장치(100)는 특고압 인가부(110), 감압부(120), 보조변압기(130), 브리지 다이오드(140), 충전 조정부(150) 및 배터리(160)를 포함한다.
이하 본 발명에 따른 특고압 개폐기용 배터리 충전장치(100)를 구성하는 각각의 회로의 기능 및 연결에 대해 설명한다.
특고압 인가부(110)는 특고압 개폐기의 본체를 형성하는 부분으로, 전원측 각 상(A, B, C)과 부하측 각 상(R, S, T)을 개폐하고 전원측 각 상(A, B, C)에서 감압부에 특고압을 공급한다, 이를테면 6.6 ~ 36kV 정도의 특고압을 감압부(120)로 인가시킨다.
감압부(120)는 특고압 인가부(110)로부터 특고압을 인가받아 제1 커패시터(C1)의 교류성분인 용량 리액턴스
Figure 112015019973414-pat00001
[Ω] 과, 보조변압기(130)의 교류성분인 유도 리액턴스
Figure 112015019973414-pat00002
[Ω]의 비율로 분압 되어 나누어진다.
이 경우 분압비율은 이를테면, 정격전압이 11,000V 개폐기 경우 XC의 임피던스가 XL의 임피던스 보다 10배 정도 높게 약 10 : 1로 설정한다.
한편 본 발명의 경우 감압부(120)를 구성하는 회로로 1개의 세라믹 커패시터를 사용하였는데, 이는 일반적인 가스절연방식의 개폐기는 본체 탱크가 용접구조로 완전 밀봉되어 감압용 기기가 고장을 일의 킬 경우 수리 또는 교환에 어려움이 있는데, 세라믹 커패시터를 사용할 경우 구조가 간단하여(두개의 전극 사이에 세라믹 유전체 삽입된 구조) 고장 요인이 없기 때문이다.
또한 본 발명의 경우 상황에 따라 감압부(120)를 구성하는 회로로 보조변압기(130)와 병렬로 세라믹 커패시터를 추가로 연결한 형태로 실시할 수도 있다.
또한 본 발명의 경우 상황에 따라 감압부(120)를 구성하는 회로로 세라믹 커패시터를 사용하는 대신 동일한 임피던스를 갖는 고전압 저항을 사용할 수도 있지만, 이 경우 커패시터에 비해 길이가 길어져 개폐기 내부에 설치하기 어려운 문제점이 있다.
보조변압기(130)는 배터리(160)의 충전을 위해 인가된 전압을 1차측 코일과 2차측 코일의 권수비(변압비)에 따라 전압을 변환시키는데, 이 경우 1차측 코일의 일측 단자는 감압부(120)의 제1 커패시터(C1)와 직렬 연결되고, 타측 단자는 개폐기 탱크의 접지(GND)와 연결되고, 2차측 코일의 각 단자는 브리지 다이오드(140)와 연결된다.
브리지 다이오드(140)는 복수개의 다이오드들을 브리지 형태로 연결하여 한 방향으로만 전류를 흘리도록 하는 정류작용을 하며, 이 경우 브리지 다이오드(140)의 시작점인 제2 노드(N2)는 충전 조정부(150)의 제5 노드(N5)와 연결되고, 브리지 다이오드(140)의 끝점인 제3 노드(N3)는 충전 조정부(150)의 제4 노드(N4)와 연결된다.
충전 조정부(150)는 배터리(160)로 흘러들어가는 충전 전류를 피드백 조정하여 충전 진행 중에 배터리(160)의 충전 전압(이를테면, 24V)이 변동되지 않도록 해주는데, 이를 위해 스위칭 트랜지스터(151), 전압비교기(152), 제1 저항(R1), 제1 제너(정전압) 다이오드(ZD1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3), 제1 다이오드(D1) 및 제2 커패시터(C2)를 포함한다.
여기서, 스위칭 트랜지스터(151)는 전압비교기(152)의 출력에 따라 스위칭을 하기 위한 반도체 소자(이를테면 바이폴라 트랜지스터, IGBT, FET 등)로, 이 경우 베이스(B) 단자는 전압비교기(152)의 출력단자와 연결되고, 이미터(E) 단자는 제5 노드(N5)와 연결되며, 콜렉터(C) 단자는 제4 노드(N4)와 연결된다.
전압비교기(152)는 반전 입력단자(-)와 비반전 입력단자(+)를 포함하는데, 반전 입력단자(-)는 제7 노드(N7)와 연결되어 배터리(160)의 기준전압(Vref)을 입력받고, 비반전 입력단자(+)는 제10 노드(N10)와 연결되어 배터리(160)의 충전에 따른 배터리의 충전전압(Vout)을 입력받아, 기준전압(Vref)과 배터리의 충전전압(Vout)의 크기를 비교한 후 비교 결과를 출력한다.
이 경우 제7 노드(N7)는 제6 노드(N6) 사이에 제1 저항(R1)이 연결되고, 제8 노드(N8) 사이에 제1 제너 다이오드(ZD1)가 연결되며, 제10 노드(N10)는 제9 노드(N9) 사이에 제2 저항(R2)이 연결되고, 제11 노드(N11) 사이에 제3 저항(R3)이 연결된다.
만일 전압비교기(152)가 상기 배터리의 충전전압(Vout)이 상기 기준전압(Vref) 보다 크다고 판단하여 음(-)의 차분 전압(Vref - Vout)을 출력하는 경우, 스위칭 트랜지스터(151)는 스위칭 온(on) 하여 회로(N4, N5)를 단락(close) 시킨다.
만약 전압비교기(152)가 상기 배터리의 충전전압(Vout)이 상기 기준전압(Vref) 보다 작다고 판단하여 양(+)의 차분 전압(Vref - Vout)을 출력하는 경우, 스위칭 트랜지스터(151)는 스위칭 개방(off) 하여 회로(N4, N5)를 개방(open) 시킨다.
제1 다이오드(D1)는 제4 노드(N4)와 제6 노드(N6) 사이에 연결되어, 스위칭 트랜지스터(151)의 실시간 스위칭 동작에 따라 보조변압기(130)를 일정시간 만큼 단락(short) 시키는데 사용된다.
제2 커패시터(C2)는 평활용 콘덴서로, 제1 다이오드(D1)의 후단에 제12 노드(N12)와 제13 노드(N12) 사이에 배터리(160)와 병렬로 연결되어, 배터리(160)에 인가되는 전압 또는 전류를 평활 시킨다.
다음으로, 배터리(160)는 개폐기 제어함 내부에 설치되어, 특고압 개폐기의 개방(open) 또는 투입(close)을 조작하기 위해 일정한 전하를 충전시키기 위한 일정한 전압(이를테면, 24V)을 제공한다.
이하 본 발명에 따른 특고압 개폐기용 배터리 충전장치(100)를 이용하여 배터리를 충전하는 동작에 대해 상세히 설명한다.
우선, 특고압 인가부(110)로부터 AC 11,000V 인가되고, 제1 커패시터(C1)와 보조변압기(130)의 교류성분인 리액턴스의 분압비율이 10 : 1 로 설정되는 경우로 가정하여 설명한다.
이 경우 특고압 인가부(110)로부터 인가되는 AC 11,000V는 10 : 1의 감압비율에 따라 제1 커패시터(C1)에 10,000V 걸리고, 보조변압기(130)의 1차측 양단에 AC 1,000V 감압되어, 보조변압기(130)의 2차 측에는 권수비(변압비)로 나누어 진 약 AC 20V 정도가 걸리고, 브리지 다이오드(140)를 거쳐 정류된 전압은 평활용 전해 콘덴서인 제2 커패시터(C2)로 평활 되어, 배터리(160)에 24V 충전을 위해 충전전류(Ic)를 배터리(160)로 공급한다.
하지만, 방전된 배터리(160)가 점차 충전이 됨에 따라 배터리의 충전전류(Ic)는 점차 감소하고, 보조변압기(130)의 2차측 전류가 감소하면 충전용 보조변압기(130)의 특성에 따라 1차 측의 등가 임피던스는 증가되고, 증가된 임피던스는 인가되는 고압의 감압비를 10 : 1 에서 3 : 1 정도까지 감소하게 되는데, 이에 대한 구체적인 원리는 이하 도 2에서 후술한다.
도 2는 도 1의 회로 구성 중 변압기의 2차 측을 1차 측으로 환산한 변압기 등가 회로를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 무 부하 인 경우 부하전류
Figure 112015019973414-pat00003
는 0이 됨으로 1차측 전류
Figure 112015019973414-pat00004
이고, 무부하 시에 흐르는 전류는 자속을 만들어 주는 여자전류만 흐르게 된다.
따라서 무 부하 시 임피던스는 1차측 권선 임피던스
Figure 112015019973414-pat00005
의 직렬 저항 값으로
Figure 112015019973414-pat00006
[Ω]이 되고,
Figure 112015019973414-pat00007
이므로, 보조변압기(130)의 1차 측 무부하 시 임피던스는 여자 어드미턴스
Figure 112015019973414-pat00008
가 대부분이다.
반면 보조변압기(130)의 2차 측에 부하전류가 흐르면 변압기의 여자 어드미턴스
Figure 112015019973414-pat00009
에 2차 권선 임피던스, 부하 임피던스 값에 권수비의 제곱인
Figure 112015019973414-pat00010
배가 되는
Figure 112015019973414-pat00011
값이 병렬로 추가됨으로 인해, 여자 어드미턴스
Figure 112015019973414-pat00012
는 현저히 감소하게 되어 충전용 보조변압기(130) 1차 측의 무부하 시 임피던스는 부하 시보다 3 ~ 5배 정도로 증가하게 된다.
즉 배터리(160)의 충전이 진행 될수록 충전전류는 감소하고, 이는 충전용 보조변압기(130)의 부하전류 감소가 되고, 보조변압기(130)의 임피던스가 증가하여 제1 커패시터(C1)와 직렬 연결되어 전압이 감압 되는 회로 구성에서 전체 회로의 감압비가 감소되는 것이다.
이 경우 감압비의 증가를 억제하기 위한 구성이 없다면(본원발명 처럼 충전조정부(150)가 없는 경우), 배터리 충전 전압은 24V의 약 3배인 70V 정도까지 증가하게 되고, 이는 특 고압 개폐기에 제1 커패시터(C1)와 충전용 보조변압기(130)의 직렬 분압회로로 이루어진 특 고압 감압장치를 이용한 배터리 충전장치로서 성능을 제대로 발휘할 수 없게 된다.
따라서 본 발명은 충전 조정부(150)를 구비하여 상기 현상을 억제하는데, 이하 충전 조정부(150)의 동작을 구체적으로 설명한다.
충전 조정부(150)는 비교기(152)의 반전 입력단자(-)의 입력에 27V의 기준전압(Vref)을 제7 노드(N7)를 통해 제1 저항(R1)과 제1 제너 다이오드(ZD1)로 설정 공급하고, 비반전 입력단자(+)의 입력에 배터리(160)의 충전회로 출력전압(Vout) 즉 충전전압(Vout)을 제10 노드(N10)를 통해 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)으로 분압 하여 비교기 전압레벨에 맞추어 공급한다.
만일 배터리(160)의 충전전류(Ic)가 감소하여 충전용 보조변압기(130)의 임피던스가 상승하고, 감압비가 감소하여 충전전압(Vout)이 높아지면, 비교기(152)의 출력전압이 발생하고, 이 출력전압은 스위칭 트랜지스터(151)의 베이스(B) 단자에 공급되어 스위칭 트랜지스터(151)가 단락(ON)되어 충전용 보조변압기(130)의 2차측 회로를 쇼트(short)시키고, 이때 흐르는 충전용 보조변압기(130)의 단락전류는 충전용 보조변압기(130)의 1차측 임피던스를 감소시켜 충전전압을 감소시킨다.
이 때 감소된 충전전압으로 전압비교기(152)의 출력은 제거되고, 스위칭 트랜지스터(151)는 오프(OFF) 되어 충전전압(Vout)은 다시 증가하고, 증가된 충전전압(Vout)은 스위칭 트랜지스터(151)를 다시 단락(ON)시켜 충전전압(Vout)을 감소시킨다.
이처럼 전압비교기(152)와 스위칭 트랜지스터(151)에 의해 충전전압(Vout)의 증가, 감소를 반복하는 피드백 작용으로 충전전류 감소 분 만큼 평형을 이루게 되고, 충전 회로는 안정되어 충전전압은 일정한 전압이 된다.
한편, 상기 과정에서 충전용 보조변압기(130)를 단락시키는 회로 구성으로 제1 다이오드(D1)를 제4 노드(N4)와 제6 노드(N6) 사이에 연결하여 구성하고, 제1 다이오드(D1)의 후단에 평활회로로 제2 커패시터(C2)를 설치한다.
이 경우 스위칭 트랜지스터(151)의 양단(N4, N5)에 평활이 안 된 맥류 파형으로 스위칭 트랜지스터(151)를 수 사이클(cycle) 정도 단락시키면, 스위칭 회로에서 열로 발산되는 시간이 적어져 스위칭 트랜지스터(151)의 방열판 크기를 트랜지스터로 선형제어를 하여 전압을 조절하는 경우에 비해서 획기적으로 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
이는 맥류 파형을 전해 콘덴서인 제2 커패시터(C2)로 평활한 후 평활 된 전압으로 과전압 방지회로를 구성하면, 과전압 방지회로에서 열로 발산되는 시간이 연속적으로 되어 스위칭 트랜지스터(151)의 방열판 면적을 줄일 수 없기 때문이다.
이를 부연설명 하면, 배터리(160)가 완전 충전되어 스위칭 트랜지스터(151)로 0.1A 이하의 전류가 흐른다고 하고, 보조변압기(130)의 2차측 전압을 40V 정도로(평상전압 20V에 1차 측 임피던스의 증가로, 증가된 상승분을 20V 정도로 했을 때) 했을 때, 도 4에 도시된 바대로 스위칭 트랜지스터(151)를 2 사이클 단락(ON) 시킨 후 5 사이클을 오프(OFF) 시키면,
Figure 112015023287754-pat00013
[W] 식에서 0.1×40 = 4W 되고, 60초 동안 발생한 총 열량을 예로 들어 계산하면, 스위칭 트랜지스터(151)의 실제 단락시간은 60초 동안 단락(ON)과 오프(OFF) 주기가 약 514번 반복되고, 교류 60㎐의 1Cycle은 16.6㎳이므로
Figure 112015023287754-pat00022
에서 스위칭 트랜지스터(151)는 17.2초 동안 만 발열되게 되어, 발생 열량은
Figure 112015023287754-pat00023
식에서 0.24×4×17.2 = 16.5[cal] 가 된다.
하지만 이 경우 2 사이클은 발열되지만 발열 후 5 사이클 동안 냉각되어 발생한 열량이 스위칭 트랜지스터(151)의 온도를 높이지 않는다. 이로 인해 스위칭 트랜지스터(151)는 소형 방열판이나 방열판이 없어도 발열이 거의 없도록 하는 효과를 갖는다.
반면 스위칭 트랜지스터(151)에 의해 실시간 스위칭 제어를 하지 않고 평활 된 전압을 선형제어 하게 되면, 증가된 전압을 안정된 전압으로 하기 위해 전류 감소에 따른 충전용 보조변압기(130)의 1차 측 임피던스의 증가로, 증가된 충전전압 상승분을 20V 정도로 했을 때 상승된 20V를 열로 발산시켜야 충전전압이 안정된다.
즉 이 경우
Figure 112015023287754-pat00016
[W] 식에서 0.1×20=2W의 열을 계속해서 발열하게 되므로, 60초 동안 발생한 총 열량을 계산하면 스위칭 트랜지스터(151)의 실제 단락시간은 60초 동안 계속되고, 발생 열량은
Figure 112015023287754-pat00024
식에서 0.24×2×60 = 28.8[cal] 가 되어 스위칭 제어회로 보다 발생 열량이 큰 것을 알 수 있고, 스위칭 트랜지스터(151)인 반도체 소자의 발열되는 온도는 냉각되는 주기가 없으므로, 스위칭 트랜지스터(151)인 반도체 소자를 정상 동작하게 하려면 냉각 효과를 증가시키기 위해 큰 면적의 방열판이 필요하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 충전 중 스위칭 트랜지스터가 개방 되었을 때 변압기의 1차 측 파형을 오실로스코프로 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바대로, 제1 채널(Ch1)은 배터리(160) 양단의 파형과 전압을 오실로스코프로 나타낸 것으로, 배터리(160)가 23.7V로 정상 충전되고 있으며, 이 경우 충전전압은 제2 커패시터(C2)에 의해 평활 된 직류 전압 형태를 갖는다.
제2 채널(Ch2)은 배터리(160)가 방전된 상태로 스위칭 트랜지스터(151)가 오프(OFF)되어 배터리(160)가 정상적으로 충전되고 있는 상태에서, 충전용 보조변압기(130)의 1차측 파형과 전압을 오실로스코프로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 충전 중 스위칭 트랜지스터가 실시간으로 단락 되었을 때 변압기의 1차측 파형을 오실로스코프로 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바대로, 제1 채널(Ch1)은 배터리(160)가 충전이 완료되어 충전전류가 흐르지 않는 상태에서, 정상 전압을 27V로 유지하는 파형과 전압을 오실로스코프로 나타낸 것이다.
제2 채널(Ch2)은 배터리(160)가 완전 충전되어 충전 전류가 거의 흐르지 않아 충전용 보조변압기(130)의 1차측 임피던스가 증가하고, 감압비가 감소, 충전전압이 상승되어 스위칭 트랜지스터(151)가 실시간으로 2 사이클 동안 단락(ON), 5 사이클 동안 오프(OFF)를 반복하면서 안정화시키는 파형과 전압을 오실로스코프로 나타낸 것이다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
110 : 특고압 인가부
120 : 감압부
130 : 보조변압기
140 : 브리지 다이오드
150 : 충전 조정부
151 : 스위칭 트랜지스터
152 : 전압비교기
160 : 배터리

Claims (6)

  1. 특고압 개폐기의 본체를 형성하며, 전원측 각 상(A, B, C)과 부하측 각 상(R, S, T)을 개폐하고 전원측 각 상(A, B, C)에서 특고압을 인가시키는 특고압 인가부;
    상기 특고압 인가부로부터 각 상(A, B, C)에서 특고압을 인가 받아 제1 커패시터의 용량성 리액턴스 값과, 상기 제1 커패시터와 직렬로 연결되는 보조 변압기의 1차측 코일의 유도성 리액턴스 값에 따라 일정 비율로 감압 되는 감압부;
    상기 용량성 리액턴스 값과 상기 유도성 리액턴스 값에 따른 분압 비율에 따라 감압된 전압을 상기 1차측 코일이 인가 받으며, 인가된 전압을 1차측 코일과 2차측 코일의 권수비에 따라 전압을 변환시키는 보조변압기;
    상기 변압기의 2차 측 회로와 연결되며, 상기 2차 측 회로로부터 전압을 인가받아 정류시키는 브리지 다이오드;
    상기 브리지 다이오드의 시작점과 끝점에 각각 연결되며, 상기 브리지 다이오드로부터 충전전류를 받아 일정 전압으로 충전시키는 배터리; 및
    상기 브리지 다이오드와 상기 배터리 사이에 연결되며, 충전 진행 중에 상기 충전전류를 피드백 조정하여 상기 배터리의 충전전압이 안정되도록 하는 충전 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 특고압 개폐기용 배터리 충전장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 충전 조정부는,
    반전 입력단자(-)에 상기 배터리의 기준전압(Vref)을 입력받고, 비반전 입력단자(+)에 상기 배터리의 충전에 따른 충전회로의 출력전압(Vout)을 입력받아 상기 기준전압(Vref)과 상기 출력전압(Vout)의 크기를 비교한 후 비교 결과를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교기로부터 출력되는 전압을 인가받아 개방(open) 또는 단락(close)의 스위칭 동작을 통해, 상기 배터리로 흘러들어가는 충전전류의 크기를 조정하는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 특고압 개폐기용 배터리 충전장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 스위칭 트랜지스터는,
    상기 비교기가 상기 충전회로의 출력전압(Vout)이 상기 기준전압(Vref)보다 크다고 판단하여 음(-)의 차분 전압을 출력하는 경우, 스위칭 온(on) 하여 회로를 단락(close) 시키고,
    상기 비교기가 상기 출력전압(Vout)이 상기 기준전압(Vref)보다 작다고 판단하여 양(+)의 차분 전압을 출력하는 경우, 스위칭 오프(off) 하여 회로를 개방(open) 시키는 것을 특징으로 하는 특고압 개폐기용 배터리 충전장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 반전 입력단자(-)와 연결되는 노드에 제1 저항(R1)과 제1 제너 다이오드(ZD1)가 직렬 연결되고,
    상기 비반전 입력단자(+)와 연결되는 노드에 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)이 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 특고압 개폐기용 배터리 충전장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터의 스위칭 동작에 따라 회로들 개방(open) 또는 단락(close) 시키는 경우, 상기 배터리로 흘러들어가는 충전전류를 정류하는 제1 다이오드(D1); 및
    상기 제1 다이오드(D1)의 후단에 상기 배터리와 병렬로 연결되며, 상기 배터리로 인가되는 전압 또는 전류를 평활 시키는 제2 커패시터(C2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특고압 개폐기용 배터리 충전장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 감압부는,
    상기 변압기의 1차측 회로와 직렬 연결된 1개의 세라믹 커패시터를 사용하는 것을 특징으로 하는 특고압 개폐기용 배터리 충전장치.
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