KR102112077B1 - Uninterruptible power supply with single winding of output winding and inverter winding - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an uninterruptible power supply with a single coil having an output coil and inverter coil formed therein and, more specifically, to an uninterruptible power supply in which the output coil and the inverter coil are formed in a single coil to miniaturize a product, facilitate manufacturing, reduce manufacturing costs, and increase efficiency due to reduction of ohmic loss (loss generated by resistance of a coil). In particular, according to the present invention, one capacitor is used in common to be operated in a normal time as an oscillation capacitor for constantly controlling an output voltage for system power and to be operated in a power failure as an LC sine filter capacitor converting a pulse wave modulation (PWM) output of an inverter into a sine wave. Moreover, through current limit control of a dual loop structure, a power switch element (IGBT, MOSFET, and the like), which is an internal component of the inverter, can be protected and be reliable for a power supply and a system. Accordingly, reliability and competitiveness can be increased in a power supply field and a constant voltage transformer-embedded uninterruptible power supply field, in particular, a steel oscillation transformer-used uninterruptible power supply field and fields similar or related to the same.

Description

출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치{Uninterruptible power supply with single winding of output winding and inverter winding}Uninterruptible power supply with single winding of output winding and inverter winding

본 발명은 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성함으로써, 제품의 소형화와 더불어 제조의 용이성 향상, 제조비용 절감, 동손(권선 저항에 의해 생기는 손실) 감소에 의한 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an uninterruptible power supply device comprising an output winding and an inverter winding in a single winding, and more specifically, by configuring the output winding and the inverter winding in a single winding, miniaturizing the product, improving manufacturing ease, reducing manufacturing cost, and loss ( This is to improve the efficiency by reducing the loss caused by winding resistance.

특히, 본 발명은 하나의 커패시터를 공용으로 사용하여, 평상시 계통전원에 대한 출력전압을 일정하게 제어하는 공진용 커패시터로 동작하도록 하고, 정전시 인버터의 PWM출력을 사인파로 변환하는 LC사인필터(LC Sine Filter)용 커패시터로 동작하도록 할 수 있는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치에 관한 것이다.In particular, the present invention uses one capacitor in common, to operate as a resonant capacitor that constantly controls the output voltage to the grid power, and converts the PWM output of the inverter to a sine wave during a power failure (LC sign filter (LC Sine Filter) relates to an uninterruptible power supply that consists of an output winding and an inverter winding that can be operated as a capacitor.

철공진 전압안정기(변압기)로 잘 알려진 정전압 출력 변압기(CVT, Constant Voltage Transformer)는 입력전압이 변화하더라도 AC출력전압의 크기를 일정하게 유지하고, 빠른 응답특성과 과전압에 견딜 수 있는 능력 등의 장점이 있어 널리 사용되어 왔다.The constant voltage transformer (CVT), well known as an iron resonant voltage stabilizer (transformer), maintains a constant level of AC output voltage even when the input voltage changes, and has advantages such as fast response characteristics and the ability to withstand overvoltage. This has been widely used.

이러한 정전압 출력 변압기인 철공진 변압기를 이용한 전원공급장치는, 주로 유틸리티(Utility)권선과 인버터(Inverter)권선이 변압기의 1차측에 위치하고, 출력권선이 2차측에 위치하며, 1차측의 2개 권선과 2차측의 권선 사이에는 자기분로(Magnetic shunt)가 위치해 큰 누설 자기회로를 구성하게 된다.In the power supply device using the iron resonance transformer, which is a constant voltage output transformer, mainly the utility winding and the inverter winding are located on the primary side of the transformer, the output winding is located on the secondary side, and the two windings on the primary side. A magnetic shunt is positioned between the windings of the secondary and secondary sides to form a large leakage magnetic circuit.

이와 같은 종래의 전원공급장치는, 일정한 출력전압을 얻을 수는 있지만 큰 누설인덕턴스 회로로 인하여 입출력 효율이 낮다는 단점이 있으며, 계통전원에 정전이 발생하면 유틸리티권선과 인버터권선 사이에 전원의 절체가 발생하게 되는데, 이 과정에서 전원공급이 일시적으로 중단되면서 출력권선에 대한 철공진이 상실되는 경우가 발생하는 문제점이 있다.Such a conventional power supply device can obtain a constant output voltage, but has a drawback of low input / output efficiency due to a large leakage inductance circuit. When a power outage occurs in the grid power supply, switching of power between the utility winding and the inverter winding In this process, there is a problem in that the power supply is temporarily stopped and iron resonance for the output winding is lost.

또한, 해당 전원공급장치는 출력권선에 대하여 유틸리티권선과 더불어 인버터권선하고도 공진이 유지될 수 있도록 변압기를 설계해야 하는 어려움이 있다.In addition, the power supply device has a difficulty in designing a transformer so that resonance can be maintained even with an inverter winding along with a utility winding with respect to the output winding.

대한민국 등록실용신안공보 제실0136438호 '인덕터를 갖는 무정전 전원장치용 3복권 변압기'Republic of Korea Registered Utility Model Publication No. 013438 '3 lottery transformer for uninterruptible power supply with inductor'

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성함으로써, 제품의 소형화와 더불어 제조의 용이성 향상, 제조비용 절감, 동손(권선 저항에 의해 생기는 손실) 감소에 의한 효율을 향상시킬 수 있는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치를 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention comprises an output winding and an inverter winding in a single winding, thereby miniaturizing the product, improving manufacturing ease, reducing manufacturing cost, and reducing efficiency (loss caused by winding resistance). An object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply comprising a single winding of an output winding and an inverter winding that can improve the power.

특히, 본 발명은 하나의 커패시터를 공용으로 사용하여, 평상시 계통전원에 대한 출력전압을 일정하게 제어하는 공진용 커패시터로 동작하도록 하고, 정전시 인버터의 PWM출력을 사인파로 변환하는 LC사인필터(LC Sine Filter)용 커패시터로 동작하도록 할 수 있는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치를 제공하는데 목적이 있다.In particular, the present invention uses one capacitor in common, to operate as a resonant capacitor that constantly controls the output voltage to the grid power, and converts the PWM output of the inverter to a sine wave during a power failure (LC sign filter (LC It is an object to provide an uninterruptible power supply comprising a single winding of an output winding and an inverter winding that can be operated as a capacitor for a sine filter).

또한, 본 발명은 이중루프구조의 전류제한제어를 통해, 인버터의 내부구성인 전력 스위치 소자(IGBT, MOSFET 등)를 보호할 수 있으며, 전원공급장치 및 시스템에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치를 제공하는데 목적이 있다.In addition, the present invention can protect the power switch elements (IGBT, MOSFET, etc.) that are the internal components of the inverter through the current limit control of the double loop structure, and output winding to improve the reliability of the power supply and system. An object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply comprising a single winding and an inverter winding.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치는, 1차측에 구성되어 계통전원이 연결되는 유틸리티권선과, 2차측에 구성되어 공진용 커패시터가 연결되는 공진권선, 상기 공진권선과 단권으로 구성되어 부하측단자가 연결되는 출력권선을 포함하는 철공진 변압기; 및 상기 출력권선과 단권으로 구성된 인버터권선에 연결되며, 상기 계통전원이 정상적으로 공급되면 계통전원으로 배터리를 충전하는 충전모드로 동작하고, 상기 계통전원에 정전이 발생하면 배터리의 전원을 부하측단자에 공급하는 방전모드로 동작하는 인버터;를 포함한다.In order to achieve the above object, the uninterruptible power supply device consisting of the output winding and the inverter winding according to the present invention in a single winding is configured on the primary side, the utility winding to which the grid power is connected, and the secondary is configured to have a capacitor for resonance. An iron resonant transformer comprising a resonant winding being connected, an output winding consisting of the resonant winding and a single winding, and connected to a load side terminal; And an inverter winding composed of the output winding and a single winding, and when the grid power is normally supplied, operates in a charging mode for charging the battery with grid power. When a power outage occurs in the grid power, the battery power is supplied to the load side terminal. It includes; an inverter that operates in a discharge mode.

또한, 상기 계통전원과 유틸리티권선을 연결 또는 차단하는 1차측 스위치; 상기 공진용 커패시터를 상기 공진권선 및 부하측단자 중 어느 하나와 선택적으로 연결시키는 2차측 릴레이; 및 상기 계통전원의 정상적인 공급여부에 기초하여 상기 1차측 스위치와 2차측 릴레이의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.In addition, the primary side switch for connecting or disconnecting the utility power and the grid power; A secondary side relay selectively connecting the resonance capacitor to any one of the resonance winding and the load side terminal; And a control unit controlling operations of the primary switch and the secondary relay based on whether the system power is normally supplied.

또한, 상기 제어부는, 상기 계통전원이 정상적으로 공급되면 상기 1차측 스위치를 턴온(Turn on)하여 상기 계통전원과 유틸리티권선을 연결시키고, 상기 공진용 커패시터와 공진권선이 연결되도록 상기 2차측 릴레이를 전환하여, 상기 계통전원을 부하에 공급하면서 상기 인버터가 충전모드로 동작하여 배터리를 충전하도록 제어하고, 상기 계통전원에 정전이 발생하면 상기 1차측 스위치를 턴오프(Turn off)하여 상기 계통전원과 유틸리티권선의 연결을 차단시키고, 상기 공진용 커패시터와 부하측단자가 연결되도록 상기 2차측 릴레이를 전환하여, 상기 인버터가 방전모드로 동작하여 배터리의 전원을 부하에 공급하도록 제어할 수 있다.In addition, when the grid power is normally supplied, the control unit turns on the primary side switch to connect the grid power and the utility winding, and switches the secondary side relay so that the resonance capacitor and the resonance winding are connected. Thus, while supplying the grid power to the load, the inverter operates in a charging mode to control the charging of the battery, and when a power outage occurs in the grid power, the primary side switch is turned off to turn off the grid power and utilities. The winding may be disconnected, and the secondary side relay may be switched so that the resonance capacitor and the load side terminal are connected, so that the inverter operates in a discharge mode to control the supply of battery power to the load.

또한, 상기 방전모드에서 부하측단자의 출력전압을 확인하고, 해당 출력전압에 기초하여 PWM신호를 생성하는 제어부;를 더 포함하며, 상기 인버터는, 상기 제어부에서 생성된 PWM신호에 의해 동작이 제어되어, 상기 부하측단자에 사인파의 전원을 공급할 수 있다.Further, in the discharge mode, a control unit that checks the output voltage of the load-side terminal and generates a PWM signal based on the output voltage; further includes, and the inverter is controlled by operation by the PWM signal generated by the control unit , A sine wave power may be supplied to the load terminal.

또한, 상기 제어부는, 시간에 따른 변화량을 고정값으로 변환하는 d-q변환에 의한 좌표변환을 이용하여, 상기 부하측단자의 모니터링 결과에 따라 상기 인버터의 동작을 제어할 수 있다.In addition, the control unit may control the operation of the inverter according to the monitoring result of the load-side terminal by using a coordinate transformation by d-q transformation that converts the amount of change over time to a fixed value.

또한, 상기 좌표변환은, 상기 부하측단자의 센싱값 및 인버터의 출력값 중 적어도 하나와, 이를 위상이동시킨 위상이동값을 d-q변환하여 산출된 좌표변환값에 의해 수행될 수 있다.In addition, the coordinate transformation may be performed by at least one of the sensing value of the load-side terminal and the output value of the inverter, and a phase shift value obtained by phase shifting the coordinate shift value by d-q conversion.

또한, 상기 제어부는, d-q변환방식의 좌표변환을 이용하는 전류제어기; 및 d-q변환방식의 좌표변환을 이용하는 전압제어기;를 포함하는 이중 루프 제어기 구조에 의해, 상기 인버터의 동작을 제어할 수 있다.In addition, the control unit, a current controller using a coordinate conversion of the d-q conversion method; And a voltage controller using a coordinate transformation of the d-q conversion method. The operation of the inverter can be controlled by a dual loop controller structure.

또한, 상기 제어부는, 방전모드에서 인버터의 출력전압에 대한 전압제한제어에 따라, 출력전류에 대한 전류제한제어를 수행하는 리미터;를 더 포함할 수 있다.In addition, the controller may further include a limiter configured to perform current limit control on the output current in accordance with voltage limit control on the output voltage of the inverter in the discharge mode.

또한, 상기 제어부는, 상기 전압제어기에 의해 부하측단자의 출력전압에 대한 제한제어를 수행하여 부하에 대한 과전압을 방지하고, 상기 전류제어기에 의해 인버터 내부의 동작전류에 대한 제한제어를 수행하여 인버터 내부의 소자들을 보호할 수 있다.In addition, the control unit performs limit control on the output voltage of the load side terminal by the voltage controller to prevent overvoltage on the load, and performs limit control on the operating current inside the inverter by the current controller to perform internal control of the inverter. Devices can be protected.

또한, 상기 인버터는, 방전모드에서 상기 공진용 커패시터를 사인필터용 커패시터로 전용하여 인버터의 펄스폭변조된 출력을 정현파로 변환하여 부하측단자에 공급할 수 있다.In addition, the inverter converts the pulse-width modulated output of the inverter into a sinusoidal wave by converting the resonant capacitor to a sine filter capacitor in a discharge mode and supplies it to a load side terminal.

상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성함으로써, 제품의 소형화와 더불어 제조의 용이성 향상, 제조비용 절감, 동손(권선 저항에 의해 생기는 손실) 감소에 의한 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.By the above-described solution, the present invention comprises an output winding and an inverter winding in a single winding, thereby miniaturizing the product, improving manufacturing ease, reducing manufacturing cost, and reducing efficiency (loss caused by winding resistance). There is an advantage that can be improved.

이러한 단권구조를 통해, 본 발명은 인버터권선과 출력권선이 공진상태를 유지하도록 하기 위한 설계가 필요없으며, 인버터의 동작을 제어하여 부하에 공급되는 전원을 직접 제어할 수 있는 장점이 있다.Through this single winding structure, the present invention does not require a design to maintain the resonant state of the inverter winding and the output winding, and has the advantage of directly controlling the power supplied to the load by controlling the operation of the inverter.

특히, 본 발명은 하나의 커패시터를 공용으로 사용하여, 평상시 계통전원에 대한 출력전압을 일정하게 제어하는 공진용 커패시터로 동작하도록 하고, 정전시 인버터의 PWM출력을 사인파로 변환하는 LC사인필터(LC Sine Filter)용 커패시터로 동작하도록 할 수 있도록 하는 장점이 있다.In particular, the present invention uses one capacitor in common, to operate as a resonant capacitor that constantly controls the output voltage to the grid power, and converts the PWM output of the inverter to a sine wave during a power failure (LC sign filter (LC Sine Filter) has the advantage of being able to operate as a capacitor.

또한, 본 발명은 이중루프구조의 전류제한제어를 통해, 인버터의 내부구성인 전력 스위치 소자(IGBT, MOSFET 등)를 보호할 수 있으며, 전원공급장치 및 시스템에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of being able to protect the power switch elements (IGBT, MOSFET, etc.), which are the internal components of the inverter, through the double-loop structure current limit control, and to improve the reliability of the power supply and system. have.

따라서, 전원장치 분야 및 정전압변압기가 구성된 무정전 전원장치 분야, 특히 철공진 변압기를 이용한 무정전 전원장치 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.Therefore, it is possible to improve reliability and competitiveness in the field of the power supply unit and the field of the uninterruptible power supply composed of a constant voltage transformer, in particular, the field of the uninterruptible power supply using an iron resonance transformer, as well as similar or related fields.

도 1은 본 발명에 의한 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 나타난 제어부의 구체적인 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1에 나타난 1차측의 구체적인 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 1에 나타난 2차측의 구체적인 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 1의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 6 및 도 7은 도 1에 나타난 제어부에서 처리되는 좌표변환을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a circuit diagram showing an embodiment of an uninterruptible power supply device comprising a single winding of an output winding and an inverter winding according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a specific embodiment of the control unit shown in FIG. 1.
3 is a circuit diagram illustrating a specific embodiment of the primary side shown in FIG. 1.
4 is a circuit diagram illustrating a specific embodiment of the secondary side shown in FIG. 1.
FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of FIG. 1.
6 and 7 are views for explaining coordinate transformations processed by the control unit shown in FIG. 1.

본 발명에 따른 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.The example of the uninterruptible power supply device comprising the output winding and the inverter winding according to the present invention in a single winding can be variously applied, and the most preferred embodiment will be described below with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram showing an embodiment of an uninterruptible power supply device comprising a single winding of an output winding and an inverter winding according to the present invention.

도 1을 참조하면, 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치는, 철공진 변압기(100) 및 인버터(200)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an uninterruptible power supply device comprising an output winding and an inverter winding in a single winding includes an iron resonance transformer 100 and an inverter 200.

철공진 변압기(100)는 1차측에 구성되어 계통전원(10)이 연결되는 유틸리티권선(111)과, 2차측에 구성되어 공진용 커패시터(130)가 연결되는 공진권선(123), 공진권선(123)과 단권으로 구성되어 부하측단자가 연결되는 출력권선(121)을 포함하며, 출력권선(121)에 인버터권선(122)이 단권으로 구성된다. 여기서, 공진용 커패시터(130)는 공진현상에 의한 정전압특성을 얻는데 사용될 수 있다.The iron resonance transformer 100 is configured on the primary side, the utility winding 111 to which the grid power 10 is connected, and the resonance winding 123 to which the resonant capacitor 130 is connected to the resonance winding 123 and the resonance winding ( 123) and includes an output winding 121 to which the load side terminal is connected, and an inverter winding 122 to the output winding 121 is configured as a single winding. Here, the resonance capacitor 130 may be used to obtain a constant voltage characteristic due to resonance phenomenon.

결과적으로, 철공진 변압기(100)의 2차측은 공진권선(123)에 출력권선(121) 및 인버터권선(122)이 단권으로 구성된다.As a result, on the secondary side of the iron resonance transformer 100, the output winding 121 and the inverter winding 122 are composed of a single winding on the resonance winding 123.

인버터(200)는 출력권선(121)과 단권으로 구성된 인버터권선(122)에 연결되는 것으로, 계통전원(10)이 정상적으로 공급되는 경우에는 계통전원(10)으로 배터리를 충전하는 충전모드로 동작하고, 계통전원(10)에 정전 등의 이상이 발생하면 배터리의 전원을 부하측단자(20)에 공급하는 방전모드로 동작할 수 있다.The inverter 200 is connected to the inverter winding 122 composed of the output winding 121 and the single winding, and operates in a charging mode for charging the battery with the grid power 10 when the grid power 10 is normally supplied. , If an abnormality such as a power outage occurs in the grid power supply 10, it may operate in a discharge mode in which the power of the battery is supplied to the load side terminal 20.

이에, 본 발명의 무정전 전원장치는 1차측 스위치(140), 2차측 릴레이(150) 및 이들을 제어하는 제어부(300)를 더 포함할 수 있다.Thus, the uninterruptible power supply of the present invention may further include a primary side switch 140, a secondary side relay 150, and a control unit 300 for controlling them.

1차측 스위치(140)는 계통전원(10)과 유틸리티권선(111) 사이에 구성되어, 계통전원(10)과 유틸리티권선(111)의 전기적 연결관계를 연결시키거나, 차단하는 기능을 수행할 수 있다.The primary switch 140 is configured between the grid power supply 10 and the utility winding 111, and can perform a function of connecting or disconnecting the electrical connection relationship between the grid power supply 10 and the utility winding 111. have.

2차측 릴레이(150)는 공진용 커패시터(130), 공진권선(123), 부하측단자(20)와 각각 연결되어, 공진용 커패시터(130)를 공진권선(123) 및 부하측단자(20) 중 어느 하나와 선택적으로 연결시키는 기능을 수행할 수 있다.The secondary relay 150 is connected to the resonant capacitor 130, the resonant winding 123, and the load side terminal 20, respectively, so that the resonant capacitor 130 is resonant winding 123 and the load side terminal 20. It can perform the function of selectively connecting with one.

제어부(300)는 계통전원(10)의 정상여부에 기초하여, 1차측 스위치(140)와 2차측 릴레이(150)의 동작을 제어하는 것으로, 1차측 스위치(140)와 2차측 릴레이(150)의 동작에 따라 인버터(200)가 충전모드 또는 방전모드로 동작할 수 있다.The control unit 300 controls the operation of the primary side switch 140 and the secondary side relay 150 based on whether the system power source 10 is normal, and the primary side switch 140 and the secondary side relay 150 Depending on the operation of the inverter 200 may operate in a charge mode or a discharge mode.

예를 들어, 제어부(300)는 계통전원(10)이 정상적으로 공급되는 경우, 1차측 스위치(140)를 턴온(Turn on)하여 계통전원(10)과 유틸리티권선(111)을 연결시키고, 동시에 공진용 커패시터(130)와 공진권선(123)이 연결되도록 2차측 릴레이(150)를 전환하여, 계통전원(10)을 부하에 공급하면서 인버터(200)가 충전모드로 동작하여 배터리를 충전하도록 제어할 수 있다.For example, when the grid power supply 10 is normally supplied, the controller 300 connects the grid power supply 10 and the utility winding 111 by turning on the primary side switch 140, and simultaneously resonates. By switching the secondary relay 150 so that the capacitor 130 and the resonant winding 123 are connected, the inverter 200 operates in a charging mode while supplying the grid power 10 to the load to control the charging of the battery. Can be.

다른 예로, 제어부(300)는 계통전원(10)이 정전 등에 의해 차단되거나 다양한 요인으로 인해 정상적인 전원공급이 이루어지지 않는 경우, 1차측 스위치(140)를 턴오프(Turn off)하여 계통전원(10)과 유틸리티권선(111)의 연결을 차단시키고, 공진용 커패시터(130)와 부하측단자(20)가 연결되도록 2차측 릴레이(150)를 전환하여, 인버터(200)가 방전모드로 동작하여 배터리의 전원을 부하에 공급하도록 제어할 수 있다.As another example, the controller 300 may turn off the primary side switch 140 when the system power supply 10 is cut off due to a power failure or a normal power supply due to various factors causes the system power supply 10 to be turned off. ) And the utility winding 111 is cut off, and the secondary relay 150 is switched so that the resonant capacitor 130 and the load side terminal 20 are connected, so that the inverter 200 operates in the discharge mode to operate the battery. It can be controlled to supply power to the load.

이하에서, 제어부(300)와 1차측 및 2차측의 회로구성에 대하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, the circuit configuration of the control unit 300 and the primary and secondary sides will be described in more detail.

도 2는 도 1에 나타난 제어부의 구체적인 일 실시예를 나타내는 블록도이고, 도 3은 도 1에 나타난 1차측의 구체적인 일 실시예를 나타내는 회로도이며, 도 4는 도 1에 나타난 2차측의 구체적인 일 실시예를 나타내는 회로도이고, 도 5는 도 1의 동작을 설명하는 순서도이다.FIG. 2 is a block diagram showing a specific embodiment of the control unit shown in FIG. 1, FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific embodiment of the primary side shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a specific one of the secondary side shown in FIG. It is a circuit diagram showing an embodiment, and FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 제어부(300)는 제어유닛(310), 정전검출기(320), 출력전압검출기(330), 배터리상태검출기(340), 스위치제어신호생성기(350), 릴레이제어신호생성기(360) 및 인버터제어신호생성기(370)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the control unit 300 includes a control unit 310, an electrostatic detector 320, an output voltage detector 330, a battery state detector 340, a switch control signal generator 350, and a relay control signal generator ( 360) and an inverter control signal generator 370.

도 3을 참조하면, 정전검출기(320)는 계통전원(10)의 상태를 확인하는 입력전압 검출모듈(321) 및 입력전류 검출모듈(322)을 포함하여 구성되며, 제어유닛(310)의 스위치제어신호생성기(350)는 SCR Gate Pulse Generator(351)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the electrostatic detector 320 includes an input voltage detection module 321 and an input current detection module 322 to check the state of the grid power supply 10, and switches the control unit 310 The control signal generator 350 may include an SCR Gate Pulse Generator 351.

도 4를 참조하면, 출력전압검출기(330)는 부하측단자(20)의 출력을 확인하는 출력전압 검출모듈(331), 부하전류 검출모듈(332) 및 인버터전류 검출모듈(333)을 포함하여 구성되며, 제어유닛(310)의 인버터제어신호생성기(370)는 PWM Signal Generator(371)을 포함하여 구성될 수 있다.4, the output voltage detector 330 includes an output voltage detection module 331, a load current detection module 332 and an inverter current detection module 333 to check the output of the load side terminal 20 In addition, the inverter control signal generator 370 of the control unit 310 may be configured to include a PWM Signal Generator 371.

그리고, 배터리상태검출기(340)는 도 4에 나타난 바와 같이 배터리전압 검출모듈(341) 및 배터리전류 검출모듈(342)을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the battery state detector 340 may include a battery voltage detection module 341 and a battery current detection module 342 as shown in FIG. 4.

도 3에서, 미설명 부호 '141'은 SCR(Silicon Controlled Rectifier)로, 사이리스터(Thyristor)라고도 불리는 고전압 대전류 스위칭소자이다.In FIG. 3, the reference numeral '141' is a SCR (Silicon Controlled Rectifier), which is a high voltage large current switching device, also called a thyristor.

각 구성들에 대하여 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Each configuration will be described with reference to FIG. 5 as follows.

먼저, 시스템이 구동되어 초기 환경이 설정되고, PLL(Phase Locked Loop, 위상고정루프)이 입력전압 검출모듈(321)에 의해 확인된 입력전압에 동기화하여 입력전압의 위상을 추출한다(S111).First, the system is driven, an initial environment is set, and a phase locked loop (PLL) is synchronized with the input voltage checked by the input voltage detection module 321 to extract the phase of the input voltage (S111).

이후, 제어유닛(310)은 입력전압 검출모듈(321) 및 입력전류 검출모듈(322) 중 적어도 하나를 통해, 계통전원(10)이 정상적으로 공급되는지를 모니터링하게 된다(S112).Thereafter, the control unit 310 monitors whether the grid power supply 10 is normally supplied through at least one of the input voltage detection module 321 and the input current detection module 322 (S112).

이때, 계통전원(10)에 정전 등의 이상이 발생하게 되면, 제어유닛(310)은 SCR Gate Pulse Generator(351)를 통해 SCR(141)을 턴오프(Turn off)시키고, 릴레이제어신호생성기(360)를 통해 2차측 릴레이(150)를 출력측인 부하측단자(20)와 연결시킨 후(S113), 인버터(200)를 방전모드로 동작시킨다(S114).At this time, if an abnormality such as a power failure occurs in the grid power supply 10, the control unit 310 turns off the SCR 141 through the SCR Gate Pulse Generator 351, and the relay control signal generator ( After connecting the secondary relay 150 to the load side terminal 20 that is the output side through 360 (S113), the inverter 200 is operated in a discharge mode (S114).

이때, 제어유닛(310)은 출력전압을 생성하기 위하여 사인파 기준신호를 PWM Signal Generator(371)에 보내고, 인버터(200)의 스위칭 동작에 의하여 얻어지는 펄스폭변조된 출력전압은 변압기 권선의 자체 인덕턴스 성분과 공진용 커패시터(130)의 필터링 작용으로 사인파로 변환되어 부하측단자(20)에 공급된다.At this time, the control unit 310 sends a sine wave reference signal to the PWM signal generator 371 to generate the output voltage, and the pulse width modulated output voltage obtained by the switching operation of the inverter 200 is its own inductance component of the transformer winding It is converted to a sine wave by the filtering action of the over-resonant capacitor 130 and supplied to the load-side terminal 20.

다시 말해, 제어부(300)는 방전모드에서 부하측단자의 출력전압을 확인하여, 해당 출력전압에 따른 PWM신호를 생성하고, 인버터(200)는 제어부(300)에서 생성된 PWM신호에 의해 동작이 제어되어, 부하측단자에 사인파의 전원을 공급하게 된다.In other words, the control unit 300 checks the output voltage of the load-side terminal in the discharge mode, generates a PWM signal according to the output voltage, and the inverter 200 controls operation by the PWM signal generated by the control unit 300 The sine wave power is supplied to the load terminal.

이후, 계통전원(10)이 정상적인 상태로 복전되면(S115), 인버터(200)의 출력전압을 입력전압에 동기화 한 후(S116), SCR(141)을 턴온(Turn on)시키고 2차측 릴레이(150)를 제어하여 공진용 커패시터(130)를 공진권선(123)으로 연결시키며(S117), 인버터(200)를 충전모드로 동작시켜 배터리를 충전할 수 있다(S118).Thereafter, when the grid power 10 is restored to a normal state (S115), after synchronizing the output voltage of the inverter 200 to the input voltage (S116), the SCR 141 is turned on and the secondary relay ( 150) is connected to the resonant capacitor 130 by the resonant winding 123 by controlling (S117), and the inverter 200 is operated in a charging mode to charge the battery (S118).

또한, 제어유닛(310)은 배터리전압 검출모듈(341) 및 배터리전류 검출모듈(342)을 통해 배터리의 상태를 모니터링 하면서, 배터리의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.Also, the control unit 310 may control the charging and discharging of the battery while monitoring the state of the battery through the battery voltage detection module 341 and the battery current detection module 342.

한편, 철공진 변압기(100)에 의해 변환되는 신호는 시간에 따라 변동되는 값이기 때문에, 이것을 제어하는데 어려움이 발생할 수 있다.On the other hand, since the signal converted by the iron resonance transformer 100 is a value that fluctuates with time, difficulty in controlling it may occur.

이에, 본 발명에서는 시간에 따라 변동되는 값(변량)을 고정된 값으로 변환하여 다룸으로써, 보다 쉽고 정밀한 제어가 가능하도록 할 수 있으며, 이하에서 이를 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.Accordingly, in the present invention, it is possible to enable easier and more precise control by converting and dealing with a value (variation) that changes over time to a fixed value, which will be described in more detail below.

도 6 및 도 7은 도 1에 나타난 제어부에서 처리되는 좌표변환을 설명하기 위한 도면이다.6 and 7 are views for explaining coordinate transformations processed by the control unit shown in FIG. 1.

도 6을 참조하면, 제어부(300)는 시간에 따른 변화량을 고정값으로 변환하는 d-q변환에 의한 좌표변환을 이용하여, 계통전원(10)의 모니터링 결과에 따라 인버터(200)의 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 6, the control unit 300 controls the operation of the inverter 200 according to the monitoring result of the grid power supply 10 using coordinate conversion by dq conversion that converts the amount of change over time to a fixed value. Can be.

이때, 좌표변환은 도 7에 나타난 바와 같이 부하측단자의 센싱값 중 출력전압 검출모듈(331)에 의해 검출된 출력전압(Vo) 및 인버터전류검출모듈(333)에 의해 검출된 인버터전류(iinv), 그리고 출력전압(Vo) 및 인버터전류(iinv)를 위상이동시킨 위상이동값을 d-q변환하여 산출된 좌표변환값(Vd, Vq, id, iq)에 의해 수행될 수 있다.At this time, the coordinate transformation is the output voltage (Vo) detected by the output voltage detection module 331 among the sensing values of the load-side terminal as shown in FIG. 7 and the inverter current (iinv) detected by the inverter current detection module 333 And, it may be performed by the coordinate conversion values (Vd, Vq, id, iq) calculated by dq conversion of the phase shift value of the phase shift of the output voltage (Vo) and the inverter current (iinv).

그리고, 제어부(300)는 d-q변환방식의 좌표변환을 이용하는 전류제어기(Current Controller) 및 전압제어기(Voltage Controller)를 포함하는 이중 루프 제어기 구조에 의해, 인버터(200)의 동작을 제어하게 된다.In addition, the controller 300 controls the operation of the inverter 200 by a dual loop controller structure including a current controller and a voltage controller using a d-q conversion method coordinate conversion.

또한, 제어부(300)는 방전모드에서 인버터(200)의 출력전압 및 출력전류에 대한 전압제한제어 및 전류제한제어를 수행하는 리미터(Limiter)를 더 포함할 수 있다.In addition, the controller 300 may further include a limiter that performs voltage limit control and current limit control on the output voltage and output current of the inverter 200 in the discharge mode.

예를 들어, 제어부(300)는 도 6에 나타난 바와 같이 d-q변환방식의 좌표변환을 이용하는 전압제어기(Voltage Controller)에 의해 전압제한제어를 수행하고, 리미터(Limiter)는 전압제한제어의 결과에 따라 d-q변환방식의 좌표변환을 이용하는 전류제어기(Current Controller)를 연동하여 전류제한제어를 수행할 수 있으며, 이를 통해 인버터(200) 내부의 소자들을 보호할 수 있다.For example, as shown in FIG. 6, the control unit 300 performs voltage limit control by a voltage controller using a dq conversion method coordinate conversion, and a limiter according to the result of the voltage limit control. The current limit control can be performed by interworking with a current controller that uses a dq conversion method coordinate conversion, thereby protecting elements inside the inverter 200.

이상에서 본 발명에 의한 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.In the above, the uninterruptible power supply device comprising the output winding and the inverter winding according to the present invention in a single winding has been described. It will be understood that such a technical configuration of the present invention can be implemented in other specific forms by those skilled in the art to which the present invention pertains without changing the technical spirit or essential features of the present invention.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.Therefore, the above-described embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

100 : 철공진 변압기
111 : 유틸리티권선 121 : 출력권선
122 : 인버터권선 123 : 공진권선
130 : 공진용 커패시터 140 : 1차측 스위치
141 : 사이리스터(Thyristor, SCR) 150 : 2차측 릴레이
200 : 인버터
300 : 제어부
310 : 제어유닛 320 : 정전검출기
321 : 입력전압 검출모듈 322 : 입력전류 검출모듈
330 : 출력전압검출기 331 : 출력전압 검출모듈
332 : 부하전류 검출모듈 333 : 인버터전류 검출모듈
340 : 배터리상태검출기 341 : 배터리전압 검출모듈
342 : 배터리전류 검출모듈 350 : 스위칭제어신호생성기
351 : SCR Gate Pulse Generator 360 : 릴레이제어신호생성기
370 : 인버터제어신호생성기 371 : PWM Signal Generator
100: iron resonance transformer
111: Utility winding 121: Output winding
122: Inverter winding 123: Resonant winding
130: resonant capacitor 140: primary side switch
141: Thyristor (SCR) 150: Secondary relay
200: inverter
300: control unit
310: control unit 320: electrostatic detector
321: input voltage detection module 322: input current detection module
330: output voltage detector 331: output voltage detection module
332: load current detection module 333: inverter current detection module
340: battery status detector 341: battery voltage detection module
342: battery current detection module 350: switching control signal generator
351: SCR Gate Pulse Generator 360: Relay Control Signal Generator
370: Inverter control signal generator 371: PWM Signal Generator

Claims (10)

1차측에 구성되어 계통전원이 연결되는 유틸리티권선과, 2차측에 구성되어 공진용 커패시터가 연결되는 공진권선, 상기 공진권선과 단권으로 구성되어 부하측단자가 연결되는 출력권선을 포함하는 철공진 변압기; 및
상기 출력권선과 단권으로 구성된 인버터권선에 연결되며, 상기 계통전원이 정상적으로 공급되면 계통전원으로 배터리를 충전하는 충전모드로 동작하고, 상기 계통전원에 정전이 발생하면 배터리의 전원을 부하측단자에 공급하는 방전모드로 동작하는 인버터;를 포함하며,
상기 계통전원과 유틸리티권선을 연결 또는 차단하는 1차측 스위치;
상기 공진용 커패시터를 상기 공진권선 및 부하측단자 중 어느 하나와 선택적으로 연결시키는 2차측 릴레이; 및
상기 계통전원의 정상적인 공급여부에 기초하여 상기 1차측 스위치와 2차측 릴레이의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
An iron resonant transformer comprising a utility winding configured on the primary side to connect a grid power source, a resonance winding configured on the secondary side to connect a resonant capacitor, and an output winding configured to consist of the resonance winding and a single winding to which a load side terminal is connected; And
It is connected to the inverter winding composed of the output winding and the single winding, and when the grid power is normally supplied, it operates in a charging mode that charges the battery with grid power, and when a power outage occurs in the grid power, the battery power is supplied to the load side terminal. Including an inverter operating in a discharge mode;
A primary side switch connecting or disconnecting the grid power and the utility winding;
A secondary side relay selectively connecting the resonance capacitor to any one of the resonance winding and the load side terminal; And
An uninterruptible power supply device comprising an output winding and an inverter winding in a single winding, further comprising a control unit that controls the operation of the primary switch and the secondary relay based on whether the system power is normally supplied.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계통전원이 정상적으로 공급되면 상기 1차측 스위치를 턴온(Turn on)하여 상기 계통전원과 유틸리티권선을 연결시키고, 상기 공진용 커패시터와 공진권선이 연결되도록 상기 2차측 릴레이를 전환하여, 상기 계통전원을 부하에 공급하면서 상기 인버터가 충전모드로 동작하여 배터리를 충전하도록 제어하고,
상기 계통전원에 정전이 발생하면 상기 1차측 스위치를 턴오프(Turn off)하여 상기 계통전원과 유틸리티권선의 연결을 차단시키고, 상기 공진용 커패시터와 부하측단자가 연결되도록 상기 2차측 릴레이를 전환하여, 상기 인버터가 방전모드로 동작하여 배터리의 전원을 부하에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
According to claim 1,
The control unit,
When the grid power is normally supplied, the primary side switch is turned on to connect the grid power and the utility winding, and the relay is switched so that the resonance capacitor and the resonance winding are connected, so that the grid power is supplied. While supplying to the load, the inverter operates in a charging mode to control to charge the battery,
When a power failure occurs in the grid power, the primary side switch is turned off to cut off the connection of the grid power and the utility winding, and the secondary side relay is switched to connect the resonance capacitor and the load side terminal, An uninterruptible power supply comprising an output winding and an inverter winding in a single winding, characterized in that the inverter operates in a discharge mode to control the supply of battery power to a load.
제 1항에 있어서,
상기 인버터는,
방전모드에서 상기 공진용 커패시터를 사인필터용 커패시터로 전용하여 인버터의 펄스폭변조된 출력을 정현파로 변환하여 부하측단자에 공급하는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
According to claim 1,
The inverter,
An uninterruptible power supply comprising an output winding and an inverter winding in a single winding, by converting the pulse width modulated output of the inverter to a sine wave by converting the resonance capacitor to a sine filter capacitor in the discharge mode.
제 1항에 있어서,
상기 방전모드에서 부하측단자의 출력전압을 확인하고, 해당 출력전압에 기초하여 PWM신호를 생성하는 제어부;를 더 포함하며,
상기 인버터는,
상기 제어부에서 생성된 PWM신호에 의해 동작이 제어되어, 상기 부하측단자에 사인파의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
According to claim 1,
Further comprising a control unit for checking the output voltage of the load terminal in the discharge mode, and generating a PWM signal based on the output voltage;
The inverter,
An uninterruptible power supply comprising a single winding of an output winding and an inverter winding, characterized in that operation is controlled by a PWM signal generated by the control unit to supply power of a sine wave to the load side terminal.
제 4항에 있어서,
상기 제어부는,
시간에 따른 변화량을 고정값으로 변환하는 d-q변환에 의한 좌표변환을 이용하여, 상기 부하측단자의 모니터링 결과에 따라 상기 인버터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
The method of claim 4,
The control unit,
An uninterruptible power supply consisting of a single winding of an output winding and an inverter winding, characterized in that the operation of the inverter is controlled according to the monitoring result of the load-side terminal by using a coordinate transformation by dq conversion that converts a change in time to a fixed value. Device.
제 5항에 있어서,
상기 좌표변환은,
상기 부하측단자의 센싱값 및 인버터의 출력값 중 적어도 하나와, 이를 위상이동시킨 위상이동값을 d-q변환하여 산출된 좌표변환값에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
The method of claim 5,
The coordinate transformation,
An uninterruptible power supply consisting of a single winding of an output winding and an inverter winding, characterized in that it is performed by at least one of the sensing value of the load terminal and the output value of the inverter, and a coordinate conversion value calculated by dq-converting the phase shift value of the phase shift. Device.
제 5항에 있어서,
상기 제어부는,
d-q변환방식의 좌표변환을 이용하는 전류제어기; 및
d-q변환방식의 좌표변환을 이용하는 전압제어기;를 포함하는 이중 루프 제어기 구조에 의해, 상기 인버터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
The method of claim 5,
The control unit,
a current controller using a coordinate conversion of the dq conversion method; And
An uninterruptible power supply device comprising a single winding of an output winding and an inverter winding characterized in that the operation of the inverter is controlled by a dual loop controller structure including a voltage controller using a dq conversion method coordinate conversion.
1차측에 구성되어 계통전원이 연결되는 유틸리티권선과, 2차측에 구성되어 공진용 커패시터가 연결되는 공진권선, 상기 공진권선과 단권으로 구성되어 부하측단자가 연결되는 출력권선을 포함하는 철공진 변압기; 및
상기 출력권선과 단권으로 구성된 인버터권선에 연결되며, 상기 계통전원이 정상적으로 공급되면 계통전원으로 배터리를 충전하는 충전모드로 동작하고, 상기 계통전원에 정전이 발생하면 배터리의 전원을 부하측단자에 공급하는 방전모드로 동작하는 인버터;를 포함하며,
상기 방전모드에서 부하측단자의 출력전압을 확인하고, 해당 출력전압에 기초하여 PWM신호를 생성하는 제어부;를 더 포함하며,
상기 인버터는,
상기 제어부에서 생성된 PWM신호에 의해 동작이 제어되어, 상기 부하측단자에 사인파의 전원을 공급하며,
상기 제어부는,
시간에 따른 변화량을 고정값으로 변환하는 d-q변환에 의한 좌표변환을 이용하여, 상기 부하측단자의 모니터링 결과에 따라 상기 인버터의 동작을 제어하고,
d-q변환방식의 좌표변환을 이용하는 전류제어기; 및
d-q변환방식의 좌표변환을 이용하는 전압제어기;를 포함하는 이중 루프 제어기 구조에 의해, 상기 인버터의 동작을 제어하며,
방전모드에서 인버터의 출력전압에 대한 전압제한제어에 따라, 출력전류에 대한 전류제한제어를 수행하는 리미터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
An iron resonant transformer comprising a utility winding configured on the primary side to connect a grid power source, a resonance winding configured on the secondary side to connect a resonant capacitor, and an output winding configured to consist of the resonance winding and a single winding to which a load side terminal is connected; And
It is connected to the inverter winding composed of the output winding and the single winding, and when the grid power is normally supplied, it operates in a charging mode that charges the battery with grid power, and when a power outage occurs in the grid power, the battery power is supplied to the load side terminal. Including an inverter operating in a discharge mode;
Further comprising a control unit for checking the output voltage of the load terminal in the discharge mode, and generating a PWM signal based on the output voltage;
The inverter,
The operation is controlled by the PWM signal generated by the control unit, and supplies sine wave power to the load terminal,
The control unit,
Controlling the operation of the inverter according to the monitoring result of the load side terminal by using a coordinate transformation by dq transformation that converts the amount of change over time to a fixed value,
a current controller using a coordinate conversion of the dq conversion method; And
Voltage controller using a coordinate conversion of the dq conversion method; By controlling the operation of the inverter by a dual loop controller structure comprising,
In accordance with the voltage limit control for the output voltage of the inverter in the discharge mode, the limiter for performing current limit control for the output current; The uninterruptible power supply device comprising an output winding and an inverter winding in a single winding.
제 8항에 있어서,
상기 좌표변환은,
상기 부하측단자의 센싱값 및 인버터의 출력값 중 적어도 하나와, 이를 위상이동시킨 위상이동값을 d-q변환하여 산출된 좌표변환값에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
The method of claim 8,
The coordinate transformation,
An uninterruptible power supply consisting of a single winding of an output winding and an inverter winding, characterized in that it is performed by at least one of the sensing value of the load terminal and the output value of the inverter, and a coordinate conversion value calculated by dq-converting the phase shift value of the phase shift. Device.
제 8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전압제어기에 의해 부하측단자의 출력전압에 대한 제한제어를 수행하여 부하에 대한 과전압을 방지하고,
상기 전류제어기에 의해 인버터 내부의 동작전류에 대한 제한제어를 수행하여 인버터 내부의 소자들을 보호하는 것을 특징으로 하는 출력권선과 인버터권선을 단권으로 구성한 무정전 전원장치.
The method of claim 8,
The control unit,
Limit control of the output voltage of the load side terminal is performed by the voltage controller to prevent overvoltage to the load,
An uninterruptible power supply comprising an output winding and an inverter winding in a single winding, characterized in that the current controller controls the operating current inside the inverter to protect the elements inside the inverter.
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