KR102041290B1 - 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치 - Google Patents

Abstract

자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치가 제공된다. 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치는, 입력단으로 입력되는 교류 입력 전압을 직류 전압으로 변환하여 제1 저장부에 저장하는 제1 컨버터; 제1 저장부에 저장된 직류 전압을 강압하여 제2 저장부에 저장하는 제2 컨버터; 제1 저장부에 저장된 직류 전압을 교류 형태의 직렬 보상 전압으로 변환하는 인버터; 및 교류 입력 전압에 직렬 보상 전압을 더하여 일정한 크기를 갖는 교류 출력 전압을 출력단에 출력하는 직렬 보상 변압기를 포함하며, 새그 발생시 입력단과 출력단의 연결을 끊기 위한 스위치를 더 포함하며, 제2 컨버터는, 새그 발생시 제2 저장부에 저장된 직류 전압을 승압하여 제1 저장부에 저장하며, 제1컨버터는, 새그 발생시 제1 저장부에 저장된 직류 전압을 교류 출력 전압으로 변환하여 출력단으로 출력하고, 인버터는 새그 발생시 오프됨으로써, 전압 변동에 민감한 부하나 장치가 오동작하는 것을 방지할 수 있다.

Description

자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치{APPARATUS FOR COMPENSATING MOMENTARY POWER FAILURE HAVING AUTO VOLTAGE CONTROL FUNCTION}

본 발명은 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 새그(sag)란 순간적으로 발생하는 순간 정전이나 전압 강하를 일컫는 말이며, 주로 1초 이내의 짧은 시간의 것을 뜻한다. 새그는 낙뢰, 비, 바람, 눈 등 기상에 의한 원인과 동식물 등 야생 생물에 의한 원인 등 자연 현상으로 인해 발생되는 전원공급 선로의 단락 현상에 의한 순간적인 전압 강하와, 생산 현장 내에 있는 기계 장치의 순간적인 과부하 등 인공적인 원인으로 인해 발생되는 순간적인 전압 강하가 있다.

이러한 순간적인 전압 강하는 특히 정밀도를 요하는 생산설비, 반도체 생산 장비 등 극미세 가공설비의 운용에 영향을 미칠 뿐만 아니라 품질 저하, 생산 감소로 인한 납기 지연 등 막대한 피해를 입히는 원인이 된다.

따라서, 새그 보상 장치는 이러한 새그의 영향으로부터 생산설비의 운용을 안전하게 보호함으로서 생산 감소 및 품질 저하 등의 발생을 막아, 새그로 인한 고객의 피해를 최소화 시킬 수 있다.

교류 입력의 순간적인 정전 등의 이상이 발생할 경우 2ms(통상 1.2ms) 이내의 짧은 시간에 인버터를 동작시켜 교류 입력의 이상 현상을 보상해서 부하에 새그 등에 의한 영향을 방지할 필요가 있다.

도 1은 일반적인 새그 보상 장치의 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 새그 보상 장치(1)는, 저주파 변압기(10), 인버터(11) 및 수퍼 커패시터(13)로 이루어질 수 있으며, 정상적으로 전력이 공급되는 모드(Normal Mode, NM)에서는 바이패스 사이리스터(14)는 턴온되어 부하에 전력을 공급하며, 저주파 변압기(10)에 의해 감압된 전압은 인버터(11)에 의해 수퍼 커패시터(13)를 충전하게 된다.

이후, 계통 전력이 설정 전압 이하로 떨어질 때와 같은 계통 이상 모드(Power Failure Mode, PFM)에서는 바이패스 사이리스터(14)는 턴 오프되며, 수퍼 커패시터(13)에 의해 충전된 전압은 인버터(11)에 의해 3상 전력으로 변환된 후 다시 계통으로 방전되게 된다.

한편, 미도시된 도면부호 15는 차단기, 17은 전류 측정기(Current Transformer, CT), MPU(Main Power Unit)(16)은 인버터(11)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어기일 수 있다.

하지만, 상술한 새그 보상 장치는 계통 전력이 설정 전압 이하로 떨어질 때 동작하게 되어 있어 정상 모드에서의 동작시에 계통 전력을 자동으로 조정하는 자동 전압 조정 기능(Auto Voltage Regulation, AVR)이 없다는 문제점이 있다. 즉, 새그 보상 장치와 자동 전압 조정기를 별개로 설치해야 하므로, 새그 보상 기능과 자동 전압 조정 기능을 모두 가진 장치를 개발할 필요성이 있다.

본 발명은 전압 변동에 민감한 부하나 장치가 오동작하는 것을 방지할 수 있는 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치를 제공한다.

본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 입력단으로 입력되는 교류 입력 전압을 직류 전압으로 변환하여 제1 저장부에 저장하는 제1 컨버터; 상기 제1 저장부에 저장된 직류 전압을 강압하여 제2 저장부에 저장하는 제2 컨버터; 상기 제1 저장부에 저장된 직류 전압을 교류 형태의 직렬 보상 전압으로 변환하는 인버터; 및 상기 교류 입력 전압에 상기 직렬 보상 전압을 더하여 일정한 크기를 갖는 교류 출력 전압을 출력단에 출력하는 직렬 보상 변압기를 포함하는 자동 전압 조정 기능을 가지며, 새그 발생시 상기 입력단과 상기 출력단의 연결을 끊기 위한 스위치를 더 포함하며, 상기 제2 컨버터는, 새그 발생시 상기 제2 저장부에 저장된 직류 전압을 승압하여 상기 제1 저장부에 저장하며, 상기 제1 컨버터는, 새그 발생시 상기 제1 저장부에 저장된 직류 전압을 상기 교류 출력 전압으로 변환하여 상기 출력단으로 출력할 수 있으며, 상기 인버터는, 새그 발생시 오프될 수 있는 새그 보상 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 새그 보상 장치는, 상기 인버터로부터 출력되는 직렬 보상 전압을 필터링하여 상기 직렬 보상 변압기에 제공하는 LC 필터부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제1 컨버터는, 하프 브리지 타입의 AC-DC 컨버터이며, 상기 제2 컨버터는, 하프 브리지 타입의 양방향 DC-DC 컨버터이며, 상기 인버터는, 풀브리지 타입의 DC-AC 인버터일 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 기존의 새그 보상 장치에 자동 전압 조정 기능을 부가함으로써, 순간 정전, 순간 전압 강하 등의 모든 계통 전압의 이상을 보상함과 동시에 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있으며, 이를 통해 전압 변동에 민감한 부하나 장치가 오동작하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 새그 보상 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치의 회로도이다.
도 3은 순간 전압 강하시의 교류 출력 전압과 본 발명의 일 실시 형태에 따라 출력된 교류 출력 전압의 파형도이다.
도 4는 순간 정전의 교류 출력 전압과 본 발명의 일 실시 형태에 따라 출력된 교류 출력 전압의 파형도이다.
도 5는 자동 전압 조정이 되지 않은 교류 출력 전압과 본 발명의 일 실시 형태에 따라 자동 전압 조정된 교류 출력 전압의 파형도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치의 회로도이다. 한편, 도 3은 순간 전압 강하시의 교류 출력 전압과 본 발명의 일 실시 형태에 따라 출력된 교류 출력 전압의 파형도이며, 도 4는 순간 정전의 교류 출력 전압과 본 발명의 일 실시 형태에 따라 출력된 교류 출력 전압의 파형도이다. 그리고, 도 5는 자동 전압 조정이 되지 않은 교류 출력 전압과 본 발명의 일 실시 형태에 따라 자동 전압 조정된 교류 출력 전압의 파형도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치는, 입력단으로 입력되는 교류 입력 전압(Vi)을 직류 전압으로 변환하여 제1 저장부(C1)에 저장하는 제1 컨버터(110); 제1 저장부(C1)에 저장된 직류 전압을 강압하여 제2 저장부(C2)에 저장하는 제2 컨버터(120); 제1 저장부(C1)에 저장된 직류 전압을 교류 형태의 직렬 보상 전압으로 변환하는 인버터(130); 및 교류 입력 전압(Vi)에 직렬 보상 전압을 더하여 출력단으로 출력함으로써, 출력단으로부터 출력되는 교류 출력 전압(Vo)을 일정하게 유지하는 직렬 보상 변압기(140)를 포함할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치를 상세하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 우선 제1 컨버터(110)는 새그가 발생되지 않은 정상 모드에서는 입력단으로 입력되는 교류 입력 전압(Vi)을 직류 전압으로 변환하여 제1 저장부(C1)에 저장함으로써, 제1 저장부(C1) 양단의 DC-링크 전압을 일정하게 유지할 수 있다. 하지만, 새그가 발생된 이상 모드에서는 제1 저장부(C1)에 저장된 직류 전압을 교류 출력 전압(Vo)으로 변환하여 출력단으로 출력할 수 있다.

상술한 제1 컨버터(110)는, 하프 브리지 타입의 AC-DC 컨버터로서, 입력단으로 입력되는 교류 입력 전압(Vi)을 직류 전압으로 변환하여 제1 저장부(C1)에 저장하거나, 제1 저장부(C1)에 저장된 직류 전압을 교류 출력 전압(Vo)으로 변환할 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 일단이 입력단에 타단이 제2 컨버터(120)에 연결된 다수의 반도체 스위치 소자(G1 내지 G4)와 인덕터(L1)로 이루어질 수 있다.

상술한 반도체 스위치 소자(G1 내지 G4)로는 도통(on)과 소거(off)가 가능한 반도체 소자로, 예컨대 트랜지스터, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), GTO(Gate Turn-Off thyristor) 등이 사용될 수 있다.

제2 컨버터(120)는 새그가 발생되지 않은 정상 모드에서는 제1 저장부(C1)에 저장된 직류 전압을 강압하여 제2 저장부(C2)에 저장할 수 있다. 하지만, 새그가 발생된 이상 모드에서는 제2 저장부(C2)에 저장된 직류 전압을 승압하여 제1 저장부(C1)에 저장할 수 있다.

상술한 제2 컨버터(120)는, 하프 브리지 타입의 양방향 DC-DC 컨버터로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 일단이 제1 컨버터(110)에, 타단은 인버터(130)에 연결된 다수의 반도체 스위치 소자(Q1 내지 Q2)로 이루어질 수 있다.

상술한 제1 저장부(C1)에는 높은 크기의 전압이, 제2 저장부(C2)에는 제1 저장부(C1)에 저장된 전압이 강압된 낮은 크기의 전압이 저장될 수 있다.

한편, 상술한 반도체 스위치 소자(Q1 내지 Q2)로는 도통(on)과 소거(off)가 가능한 반도체 소자로, 예컨대 트랜지스터, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), GTO(Gate Turn-Off thyristor) 등이 사용될 수 있다.

한편, 인버터(130)는, 새그가 발생되지 않은 정상 모드에서는 제1 저장부(C1)에 저장된 직류 전압을 교류 형태의 직렬 보상 전압으로 변환하고, 변환된 직렬 보상 전압을 직렬 보상 변압기(140)로 전달할 수 있다. 하지만, 새그가 발생된 이상 모드에서는 오프될 수 있다.

상술한 인버터(130)는, 하프 브리지 타입의 컨버터로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 일단이 제2 컨버터(120)에, 타단이 직렬 보상 변압기(140)에 연결된 다수의 반도체 스위치 소자(T1 내지 T4)로 이루어질 수 있다.

직렬 보상 변압기(140)는, 교류 입력 전압(Vi)에 인버터(130)로부터 출력된 직렬 보상 전압을 더하여 출력단으로 출력함으로써, 저전압시에 부족한 전압만큼 보상하여 교류 출력 전압(Vo)을 일정하게 유지할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 새그 보상 장치는, 새그 발생시 입력단과 출력단의 연결을 끊기 위한 스위치(170)를 더 포함할 수 있다.

상술한 스위치(170)는, SCR(Silicon Controlled Rectifier)을 포함하며, 새그가 발생되지 않은 정상 모드에서는 온되어 입력단과 출력단을 연결시키며, 새그가 발생된 이상 모드에서는 오프됨으로써, 제1 컨버터(110)에서 변환된 교류 출력 전압(Vo)이 출력단을 통해 출력되도록 할 수 있다.

한편, 도 2의 미설명된 부호 160은 교류 입력 전압(Vi)의 전자파를 제거하기 위한 EMI(ElectroMagnetic Interference) 필터이며, Ci는 교류 입력 전압(Vi)의 노이즈를 제거하기 위한 입력 커패시터이다. 그리고, 도면부호 140은 인버터(130)로부터 출력된 직렬 보상 전압을 필터링하기 위한 L-C 필터를 의미한다. 또한, 상술한 제1 저장부(C1) 및 제2 저장부(C2)는 수퍼 커패시터를 포함할 수 있다.

한편, 도 3은 순간 전압 강하시의 교류 출력 전압과 본 발명의 일 실시 형태에 따라 출력된 교류 출력 전압의 파형도로, (a)는 순간 전압 강하시의 교류 출력 전압의 파형도이며, (b)는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 출력된 교류 출력 전압의 파형도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 순간 전압 강하가 발생된 경우(300)에 약간의 신호 왜곡 후에 정상적인 교류 출력 전압(Vo)이 나오는 것을 알 수 있다.

또한, 도 4는 순간 정전의 교류 출력 전압과 본 발명의 일 실시 형태에 따라 출력된 교류 출력 전압의 파형도로, (a)는 순간 정전시의 교류 출력 전압의 파형도이며, (b)는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 출력된 교류 출력 전압의 파형도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 순간 정전이 발생된 경우(400)에도 약간의 신호 왜곡 후에 정상적인 교류 출력 전압(Vo)이 나오는 것을 알 수 있다.

마지막으로, 도 5는 자동 전압 조정이 되지 않은 교류 출력 전압과 본 발명의 일 실시 형태에 따라 자동 전압 조정된 교류 출력 전압의 파형도로, (a)는 자동 전압 조정이 되지 않은 교류 출력 전압의 파형도이며, (b)는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 출력된 교류 출력 전압의 파형도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 새그가 발생되지 않은 정상 모드에서 자동 전압 조정 기능이 잘 수행되고 있음을 알 수 있다.

상술한 구성에 있어 새그가 발생된 이상 모드에서 제1 저장부(C1) 및 제2 저장부(C2)에 저장된 전압이 모두 방전되기 전에 교류 입력 전압(Vi)이 정상으로 복귀되면 스위치(170)가 온되어 새그가 발생되지 않은 정상 모드(자동 전압 조정 모드)로 전환될 수 있다. 하지만, 새그가 발생된 이상 모드에서 제1 저장부(C1) 및 제2 저장부(C2)에 저장된 전압이 모두 방전되는 경우에는 셧다운될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 기존의 새그 보상 장치에 자동 전압 조정 기능을 부가함으로써, 순간 정전, 순간 전압 강하 등의 모든 계통 전압의 이상을 보상함과 동시에 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있으며, 이를 통해 전압 변동에 민감한 부하나 장치가 오동작하는 것을 방지할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치의 동작 원리를 (a) 새그가 발생되지 않은 정상 모드와, (b) 새그가 발생된 이상 모드로 구분하여 설명한다. 다만, 위에서 설명된 사항과 중복된 부분에 대한 설명은 생략한다.

(a) 새그가 발생되지 않은 정상 모드(자동 전압 조정 모드 )

우선, 스위치(170)는 온 상태로, 입력단으로 입력되는 교류 입력 전압(Vi)은 EMI 필터(160)와 입력 커패시터(Ci)를 통해 출력단으로 출력될 수 있다.

이때, 제1 컨버터(110)는 입력단으로 입력되는 교류 입력 전압(Vi)을 직류 전압으로 변환하여 제1 저장부(C1)에 저장함으로써, 제1 저장부(C1) 양단의 DC-링크 전압을 일정하게 유지할 수 있다. 다음, 제2 컨버터(120)는 제1 저장부(C1)에 저장된 직류 전압을 강압하여 제2 저장부(C2)에 저장할 수 있다.

한편, 인버터(130)는, 제1 저장부(C1)에 저장된 직류 전압을 교류 형태의 직렬 보상 전압으로 변환하고, 변환된 직렬 보상 전압을 직렬 보상 변압기(140)로 전달할 수 있으며, 직렬 보상 변압기(140)는, 교류 입력 전압(Vi)에 인버터(130)로부터 출력된 직렬 보상 전압을 더하여 출력단으로 출력함으로써, 저전압시에 부족한 전압만큼 보상하여 교류 출력 전압(Vo)을 일정하게 유지할 수 있다.

(b) 새그가 발생된 이상 모드

우선, 스위치(170)는 오프 상태로 전환되며, 따라서 입력단으로 입력되는 교류 입력 전압(Vi)은 출력단으로 출력되지 않는다. 또한, 인버터(130) 역시 오프 상태로 전환될 수 있다.

이때, 제2 컨버터(120)는 제2 저장부(C2)에 저장된 직류 전압을 승압하여 제1 저장부(C1)에 저장할 수 있다. 이후 제1 컨버터(110)는 제1 저장부(C1)에 저장된 직류 전압을 교류 출력 전압(Vo)으로 변환하여 출력단으로 출력할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 기존의 새그 보상 장치에 자동 전압 조정 기능을 부가함으로써, 순간 정전, 순간 전압 강하 등의 모든 계통 전압의 이상을 보상함과 동시에 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있으며, 이를 통해 전압 변동에 민감한 부하나 장치가 오동작하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

1: 새그 보상 장치 10: 저주파 변압기
11: 인버터 13: 수퍼 커패시터
14: 바이패스 사이리스터 15: 차단기
16: Main Power Unit 17: 전류 측정기
110: 제1 컨버터 120: 제2 컨버터
130: 인버터 140: 직렬 보상 변압기
150: L-C 필터 160: EMI 필터
170: 스위치 C1: 제1 저장부
C2: 제2 저장부

Claims (5)

1. 입력단으로 입력되는 교류 입력 전압을 직류 전압으로 변환하여 제1 저장부에 저장하는 제1 컨버터;
   상기 제1 저장부에 저장된 직류 전압을 강압하여 제2 저장부에 저장하는 제2 컨버터;
   상기 제1 저장부에 저장된 직류 전압을 교류 형태의 직렬 보상 전압으로 변환하는 인버터; 및
   상기 교류 입력 전압에 상기 직렬 보상 전압을 더하여 일정한 크기를 갖는 교류 출력 전압을 출력단에 출력하는 직렬 보상 변압기를 포함하는 자동 전압 조정 기능을 가지는 새그 보상 장치에 있어서,
   상기 새그 보상 장치는, 새그 발생시 상기 입력단과 상기 출력단의 연결을 끊기 위한 스위치를 더 포함하며,
   상기 제2 컨버터는, 새그 발생시 상기 제2 저장부에 저장된 직류 전압을 승압하여 상기 제1 저장부에 저장하며,
   상기 제1 컨버터는, 새그 발생시 상기 제1 저장부에 저장된 직류 전압을 상기 교류 출력 전압으로 변환하여 상기 출력단으로 출력하며,
   상기 인버터는, 새그 발생시 오프되는 새그 보상 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 새그 보상 장치는,
   상기 인버터로부터 출력되는 직렬 보상 전압을 필터링하여 상기 직렬 보상 변압기에 제공하는 LC 필터부를 더 포함하는 새그 보상 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 컨버터는, 하프 브리지 타입의 AC-DC 컨버터이며,
   상기 제2 컨버터는, 하프 브리지 타입의 양방향 DC-DC 컨버터이며,
   상기 인버터는, 풀브리지 타입의 DC-AC 인버터인 새그 보상 장치.

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