KR102150196B1 - 자계에너지를 이용한 다중 코어 자계변환 전력공급장치 - Google Patents

자계에너지를 이용한 다중 코어 자계변환 전력공급장치 Download PDF

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Abstract

자계에너지를 이용한 다중 코어 자계변환 전력공급장치를 개시한다.
본 실시예는 선로상에 흐르는 전류에 의해서 발생하는 자계에너지를 이용한 전력공급장치에 관한 것으로서, 체적 증가로 인한 설치공간의 최소화 및 가격경쟁력을 높일 수 있도록 하는 자계에너지를 이용한 다중 코어 자계변환 전력공급장치를 제공한다.

Description

자계에너지를 이용한 다중 코어 자계변환 전력공급장치{Apparatus Supplying Power by using Magnetic Field Energy}
본 실시예는 자계에너지를 이용한 다중 코어 자계변환 전력공급장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
최근 다양한 전력 제어기기(예컨대, MCCB(Molded Case Circuit Breaker):전력 차단기, OCR(Over Current Relay):과전류 계전기, MPR(Motor Protection Relay) 모터 보호 계전기, 지중 개폐기 등)는 설치의 간편성 및 소비전력 절감을 위하여 자가발전 방식(예컨대, 자계에너지 하베스팅)을 적용하기 위하여 많은 노력을 하고 있다.
하지만, 종래의 전력 제어기기는 각상마다 전력 변환기를 구성할 경우 여러가지 문제점이 발생하고 있다. 자가발전 및 저전력 제어기기라고 하더라도 발전 장치의 부피가 커짐으로 인해서 전력제어기기의 전체적인 체적이 커짐으로 설치 공간에 대한 문제가 발생하며, 원가 상승 부담으로 가격 경쟁력에서도 어려움이 발생한다.
종래의 자계 변환 전원 공급 시스템의 경우 AC(Alternating Current) 선로에 하나의 상(Phase)당 하나의 코어를 이용한 단일 권선을 사용하거나 탭형태의 권선을 사용하여 적절한 에너지를 변환하는 방식이 주를 이루고 있다.
하나의 상(Phase)마다 구성된 코어에 형성된 코일에서 전압원으로 변경하기 위해서 각각의 코어 권선에 전력 변환기 및 과전압을 방지할 수 있는 회로를 구성하여 사용하는 것이 보편적인 방법이다.
종래의 단상일 경우에는 하나의 상(Phase)만이 존재함으로 하나의 코어와 전력을 변환하는 장치가 구성되면 되지만 3상(Three Phase)에서는 각 상에서 전력을 생산하기 위해서는 각각의 상마다 코어를 설치하고 그 코어에 대응하는 전력 변환 장치가 구성된다.
각 상에 전류 센서를 구비하여 과전류에 의해 내부 전력 변환기가 과전압에 의해서 파손되지 않도록 제어부를 구성하여 전류센서에서 출력되는 전류량을 기준으로 특정 전류 이상의 전류가 흐르게 되면 과전류 보호를 위한 구성 장치를 제어하여 과전압을 방지하게 된다.
전술한 종래의 방식을 적용할 수 밖에 없는 이유는 3상의 경우 각 상마다 120˚의 위상차이가 발생하므로 코어의 권선을 모두 병렬로 구성하여 하나의 전력 변환장치를 구성할 경우 전력을 생산할 수가 없기 때문이다.
3상의 전류의 경우에는 각각의 120˚의 위상차이가 발생하는 어느 한 시점에서 각상의 전류의 합은 “0”값이 되거나 상불평형이 발생할 경우라도 합의 전류값은 미미하기 때문에 각상에 설치된 코어에서 안정적인 전력을 생산할 수 없어 각 상마다 코어와 그에 해당하는 전력 변환장치를 구성하고 전력변환장치에서 출력되는 전압을 병렬로 구성하여 에너지를 생산해야 한다.
과전압에 대한 방지 대책이 별도의 전류 센서를 구비하여야 하는 형태로 구성된다. AC 전압을 필요한 DC 전압으로 변환하기 위해서 정류부(AC to DC 변환)와 전력변환부(DC to DC)를 구성하여야 한다. 이로 인해 각 상의 코어에 대응하는 동일한 전력 변환 장치가 3개로 구성되어 전체적인 전력변환 장치의 크기가 커지고 원가 상승 요인 발생, 고장 발생 확률 증가, 추가적인 전류센서로 인해 원가 상승 요인 및 부피는 더욱 커지게 된다.
종래의 각 상마다 독립적으로 전력변환기 및 과전압 보호를 위한 단락 스위치를 구성하고 별도의 전류센서에서 측정된 전류 값을 제어부에서 이용하여 과전압 방지를 위한 단락스위치 제어를 위한 회로 구조는 도 1a, 1b, 1c에 도시된 바와 같다.
종래에 3상 전력선에서 각각의 코어를 병렬로 구성하여 단일 전력 변환기를 사용하지 못하는 이유는 다음과 같다. 3상의 전력 선로의 구성에서 각 상의 전류 및 전압 파형은 도 2에 도시된 바와 같이, 120˚의 위상을 가진다. 이로 인해 각 코어에 발생하는 자계에너지 역시 120˚ 위상을 가지고 권선에 유기되는 전류 전압 역시 120˚의 위상을 가지게 된다. 이와 같은 경우에서 단일 전력 변환기를 사용하기 위해서 각상의 코어 권선을 병렬로 구성할 경우 각상의 전류가 동일하다면 출력되는 에너지는 “0”이 되어짐으로 에너지를 생산할 수 없는 문제가 있다.
본 실시예는 선로상에 흐르는 전류에 의해서 발생하는 자계에너지를 이용한 전력공급장치에 관한 것으로서, 체적 증가로 인한 설치공간의 최소화 및 가격경쟁력을 높일 수 있도록 하는 자계에너지를 이용한 다중 코어 자계변환 전력공급장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 도선 전류에 의한 자계에너지를 발생시키는 R상 CT 코어, S상 CT 코어, T상 CT 코어를 포함하는 3상 CT 코어부; 상기 R상 CT 코어, 상기 S상 CT 코어, 상기 T상 CT 코어 각각의 일측에 권취되어, 상기 R상 CT 코어, 상기 S상 CT 코어, 상기 T상 CT 코어에서 발생하는 상기 자계에너지를 유지하는 R상 코일 권선, S상 코일 권선, T상 코일 권선을 포함하는 3상 코일 권선부; 상기 R상 코일 권선, 상기 S상 코일 권선, 상기 T상 코일 권선의 양단에 연결되어 상기 R상 코일 권선, 상기 S상 코일 권선, 상기 T상 코일 권선으로부터 유기되는 상기 자계에너지에 대한 주파수 성분에 공진을 발생시키고, 상기 3상 코일 권선부의 인덕터스 성분에 의해 발생되는 위상 지연을 보상하여 역률을 개선한 교류 전압을 출력하는 R상 공진 및 역률 개선부, S상 공진 및 역률 개선부, T상 공진 및 역률 개선부를 포함하는 3상 공진 및 역률 개선부; 상기 R상 공진 및 역률 개선부, S상 공진 및 역률 개선부, T상 공진 및 역률 개선부의 출력의 조합을 복수의 입력단으로 입력받아 상기 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류부; 상기 직류 전압의 상태를 모니터링하여 과전압 상태를 판단하는 전압 감시부; 및 상기 전압 감시부로부터 수신된 과전압 검출 신호에 따라 상기 R상 코일 권선을 단락시키는 과전압 방지 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 선로상에 흐르는 전류에 의해서 발생하는 자계에너지를 이용한 전력공급장치에 관한 것으로서, 체적 증가로 인한 설치공간의 최소화 및 가격경쟁력을 높일 수 있도록 하는 자계에너지를 이용한 다중 코어 자계변환 전력공급장치를 제공하는 효과가 있다.
본 실시예에 의하면, 체적 증가로 인한 설치공간의 최소화 및 가격경쟁력을 높일 수 있는 다중 코어 자계변환 전원 공급기를 구성하여 제품 경쟁력을 높여 다양한 이점을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 실시예에 의하면, 전력 선로에서의 다중 코어를 이용한 자계변환 전원 공급 시스템을 활용 시 다양한 서비스를 제공하는 시스템에 적용하여 경쟁력을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1a,1b,1c은 종래의 단상 또는 3상에서의 전력공급장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 단일 전력 변환기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 전력공급장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 단일 과전압 방지 스위치부를 이용한 3상 권선의 과전압 방지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 전력공급장치에 전력 변환부를 추가로 설치하는 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 에너지 저장부 및 충방전 제어부의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 실시예에 따른 전력공급장치를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 전력공급장치(300)는 선로상에 흐르는 전류에 의해서 발생하는 자계에너지를 이용하여 전원을 공급하는 장치를 의미한다. 전력공급장치(300)는 기존 3상 전력선 각각에 독립적인 코어 및 전력 변환장치를 구성하여 전력변환장치의 출력을 병렬로 구성하지 않는다. 전력공급장치(300)는 각상에 코어에 설치된 코어의 권선을 상호 결선하여 단일 전력 변환기만을 사용하는 방식을 적용한다. 전력공급장치(300)는 단일 전력 변환기만을 사용하는 구조를 적용하여, 내부 구조를 간소화하고, 간소화된 구조로 인해 원가 절감 및 부피 최소화가 가능하다.
전력공급장치(300)는 생산 전력을 향상시키기 위하여 기존 코어에 권취된 코일에서 단순 전류원을 전압으로 변환하는 것이 아닌 코어에 권취된 코일과 병렬로 콘덴서를 구성하여 LC 공진시켜서 에너지를 증폭할 수 있도록 구성된다. 이때, 전력공급장치(300)에 포함되는 콘덴서는 단순 공진 역할 이외에도 코일 권선인 인덕턴스에 의해 발생하는 전압에 비해 전류의 위상이 늦어져 발생하는 무효전력성분을 최소화할 수 있어 실제 사용 가능한 유효전력을 증가 시킬 수 있다.
전력공급장치(300)는 별도의 전류센서를 구비하지 않아도 정류부의 출력전압을 감시하여 과전압 보호와 안정적인 전압을 출력할 수 있다. 전력공급장치(300)는 각상에 설치된 코일 권선을 도 3에 도시된 바와 같이, 델타 형식(△)결선하여 구성 가능하다. 전력공급장치(300)는 3상의 전력 선로에서 단일 전력 변환장치로도 높은 전력의 생산할 수 있고 하나의 과전압 방지 스위치로도 전체 권선에서 발생하는 과전류에 의한 과전압을 방지 및 보호할 수 있다.
본 실시예에 따른 전력공급장치(300)는 R상 CT 코어(312), S상 CT 코어(314), T상 CT 코어(316), R상 코일 권선(322), S상 코일 권선(324), T상 코일 권선(326), R상 공진 및 역률 개선부(332), S상 공진 및 역률 개선부(334), T상 공진 및 역률 개선부(336), 정류부(340), 전압 감시부(350), 과전압 방지 스위치부(360)를 포함한다. 전력공급장치(300)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
전력공급장치(300)에 포함된 각 구성요소는 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작할 수 있다. 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.
도 2에 도시된 전력공급장치(300)의 각 구성요소는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 소프트웨어적인 모듈, 하드웨어적인 모듈 또는 소프트웨어와 하드웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
3상 CT 코어부는 R상 CT 코어(312), S상 CT 코어(314), T상 CT 코어(316)를 포함한다.
R상 CT 코어(312), S상 CT 코어(314), T상 CT 코어(316)는 도선 전류에 의해서 발생한 자계에너지가 권선에 유지될 수 있도록 하는 금속 코어를 의미한다. 예컨대, R상 CT 코어(312), S상 CT 코어(314), T상 CT 코어(316)는 페라이트, 규소강판, 나노 크리스털 등으로 구현될 수 있다.
다시 말해, R상 CT 코어(312), S상 CT 코어(314), T상 CT 코어(316)는 도선 전류에 의한 자계에너지를 발생시킨다. R상 CT 코어(312), S상 CT 코어(314), T상 CT 코어(316)는 페라이트, 규소강판, 나노 크리스털 중 적어도 하나의 재질로 구현된다.
3상 코일 권선부는 R상 코일 권선(322), S상 코일 권선(324), T상 코일 권선(326)을 포함한다. R상 코일 권선(322), S상 코일 권선(324), T상 코일 권선(326)은 R상 CT 코어(312), S상 CT 코어(314), T상 CT 코어(316) 각각에 권취된다.
다시 말해, R상 코일 권선(322), S상 코일 권선(324), T상 코일 권선(326)은 R상 CT 코어(312), S상 CT 코어(314), T상 CT 코어(316) 각각의 일측에 권취되어, R상 CT 코어(312), S상 CT 코어(314), T상 CT 코어(316)에서 발생하는 자계에너지를 유지한다.
3상 공진 및 역률 개선부는 R상 공진 및 역률 개선부(332), S상 공진 및 역률 개선부(334), T상 공진 및 역률 개선부(336)를 포함한다.
R상 공진 및 역률 개선부(332), S상 공진 및 역률 개선부(334), T상 공진 및 역률 개선부(336)는 각상의 권선과 병렬로 구성되어 도선에 흐르는 전류 주파수 성분과 공진을 발생시킨다.
R상 공진 및 역률 개선부(332), S상 공진 및 역률 개선부(334), T상 공진 및 역률 개선부(336)는 R상 코일 권선(322), S상 코일 권선(324), T상 코일 권선(326)의 인덕턴스 성분에 의해 발생되는 전류의 위상 지연을 보상하여 역률을 개선한다.
다시 말해, R상 공진 및 역률 개선부(332), S상 공진 및 역률 개선부(334), T상 공진 및 역률 개선부(336)는 R상 코일 권선(322), S상 코일 권선(324), T상 코일 권선(326)의 양단에 연결되어 R상 코일 권선(322), S상 코일 권선(324), T상 코일 권선(326)으로부터 유기되는 자계에너지에 대한 주파수 성분에 공진을 발생시키고, 3상 코일 권선부의 인덕터스 성분에 의해 발생되는 위상 지연을 보상하여 역률을 개선한 교류 전압을 출력한다.
R상 공진 및 역률 개선부(332)의 출력측 일단과 T상 공진 및 역률 개선부(336)의 출력측 타단의 접점이 정류부(340)의 입력측 TR단과 연결된다. R상 공진 및 역률 개선부(332)의 출력측 타단과 S상 공진 및 역률 개선부(334)의 출력측 일단의 접점이 정류부(340)의 입력측 RS단과 연결된다. S상 공진 및 역률 개선부(334)의 출력측 타단과 T상 공진 및 역률 개선부(336)의 출력측 일단의 접점이 정류부(340)의 입력측 ST단과 연결된다.
정류부(340)는 각상에 구성된 코어 권선에서 공급되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환한다. 다시 말해, 정류부(340)는 R상 공진 및 역률 개선부(332), S상 공진 및 역률 개선부(334), T상 공진 및 역률 개선부(336)의 출력의 조합을 복수의 입력단으로 입력받아 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다.
전압 감시부(350)는 정류부(340)로부터 기 설정된 DC 출력 이상의 값이 출력되면 과전압 방지 스위치부(360)를 구동시켜 권선을 단락시키도록 한다.
전압 감시부(350)는 정류부(340) 및 전력 변환부(제1 전력 변환부(532) 내지 제N 전력 변환부(534))에 의해서 변환된 DC 전압의 상태를 모니터하여 과전압 상태를 판단한다. 전압 감시부(350)는 비교기, 마이크로프로세서, 제너 다이오드, 트랜지스터와 같은 전자부품 이용하여 설정된 전압값을 측정한다. 전압 감시부(350)는 설정된 DC 출력 이상의 값이 출력되면 과전압 방지 스위치부(360)를 구동시켜 권선을 단락시킨다.
다시 말해, 전압 감시부(350)는 직류 전압의 상태를 모니터링하여 과전압 상태를 판단한다. 전압 감시부(350)는 비교기, 마이크로프로세서, 제너 다이오드, 트랜지스터 중 어느 하나를 이용하여 정류부(340)에서 출력되는 직류 전압을 측정한다. 전압 감시부(350)는 직류 전압을 기 설정된 임계치와 비교하다가 직류 전압이 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 과전압 상태를 판단하여 과전압 검출 신호를 출력한다.
과전압 방지 스위치부(360)는 전압 감시부(350)에 의해서 과전압 검출 신호에 의해 R상 코일 권선(322), S상 코일 권선(324), T상 코일 권선(326)에 병렬로 구성된다. 과전압 방지 스위치부(360)는 권선을 단락시킬 수 있는 트라이악(Traic), 릴레이(Relay), SCR(Silicon Controlled Rectifier), SSR(Solid State Relay)과 같은 전력 스위치 및 구동 드라이버 같은 전자 부품으로 구성될 수 있다.
과전압 방지 스위치부(360)에서 권선을 단락시키면, 단락된 권선에 전류가 흐르지만 전압이 “0”에 가까워져 더 이상의 DC 출력 전압이 상승하지 못하게 된다.
과전압 방지 스위치부(360)에 의해 단락된 권선에 전류는 흐르지만 전압이 “0”에 가까워짐으로 더 이상의 DC 출력전압이 상승하지 못하게 됨으로 기 설정된 전압과 같은 안정적인 DC 출력 전압을 얻을 수 있어 스위칭 파워 서플라이 및 DC-DC 컨버터를 사용할 필요가 없다.
다시 말해, 과전압 방지 스위치부(360)는 전압 감시부(350)로부터 수신된 과전압 검출 신호에 따라 R상 코일 권선을 단락시킨다. 과전압 방지 스위치부(360)의 입력단은 전압 감시부(350)의 출력단에 연결된다. 과전압 방지 스위치부(360)의 출력단은 R상 공진 및 역률 개선부(332)의 양단에 연결된다.
과전압 방지 스위치부(360)는 트라이악(Traic), 릴레이(Relay), SCR(Silicon Controlled Rectifier), SSR(Solid State Relay) 중 어느 하나로 구현되는 전력 스위치 또는 구동 드라이버를 포함한다. 과전압 방지 스위치부(360)에 의해 단락된 R상 코일 권선 상에 전류는 흐르지만 전압이 0에 가까워지므로 직류 전압을 상승하지 못하여 기 설정된 출력 전압이 출력되도록 한다.
전력공급장치(300)는 결과적으로 기 설정된 전압과 같은 안정적인 DC 출력 전압을 얻을 수 있어 PWM 제어 소자를 포함하는 스위칭 파워 서플라이(SMPS) 및 DC-DC 컨버터와 같은 전력 변환부를 구성하지 않고 정류부(340)만으로 필요로 하는 안정된 DC 전압을 출력할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 단일 과전압 방지 스위치부를 이용한 3상 권선의 과전압 방지를 설명하기 위한 도면이다.
단일 과전압 방지 스위치부(360)를 이용한 3상 권선의 과전압 방지는 도 4에 도시된 바와 같다. 과전압 방지 스위치부(360)는 각 코어의 권선을 델타 형식(△)결선하여 도 4에 도시된 바와 같이 표현할 수 있다.
단순 저항형태로 표현한 구성에서 과전압 방지 스위치부(360)가 구동 양단이 쇼트(저항값이 “0”에 가까운 상태)하면, 서로 병렬로 구성된 모든 저항의 값은 과전압 방지스위치의 쇼트로 인한 저항값보다 낮아지게 됨으로 유기되는 전압이 “0”에 가까워짐으로 1개의 과전압 방지 스위치부(360)만으로 3상의 코어에서 발생하는 과전압을 방지할 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 전력공급장치에 전력 변환부를 추가로 설치하는 예시를 나타낸 도면이다.
전력공급장치(300) 내의 전압 감시부(350)에 의해서 설정된 안정적인 DC 출력 전압을 유지하여 출력할 수 있으나, 정류부(340) 뒷단에 충방전 제어부(510)나 에너지 저장부(520)를 추가할 경우 정전 및 비상시 전력을 유지할 수 있는 UPS 시스템(Uninterruptible Power Supply system)과 같은 역할을 수행할 수 있다.
충방전 제어부(510) 뒷단에 전력 변환부(n)를 추가적으로 설치하여 멀티 채널의 출력 전압을 얻을 수 있다. 전력 변환부(제1 전력 변환부(532) 내지 제N 전력 변환부(534))는 PWM 제어 방식의 DC-DC 변환기 및 LDO와 같은 전압변환 소자로 구성될 수 있다.
충방전 제어부(510)는 에너지 저장부(520)에 전력을 충전하거나 충전된 전압을 출력시킨다. 충방전 제어부(510)는 출력되는 전압(전압 감시부(350)에 의해서 설정된 전압)을 이용해서 에너지를 충전하고 충전이 완료되고 전력 변환부(제1 전력 변환부(532) 내지 제N 전력 변환부(534))의 출력 전압이 정상일 경우에는 충전 상태를 유지하고 전력 변환부(제1 전력 변환부(532) 내지 제N 전력 변환부(534))의 최종 출력 전압이 충전된 전압보다 낮아지게 되면 신속하게 저장된 에너지를 방전할 수 있다.
에너지 저장부(520)는 정전 및 순간 전압강하, 순간 정전과 같이 상황에서 출력 전압의 비정상 출력을 방지하고 정전 시에도 일정 시간동안 안정적인 전력을 공급한다.
전력 변환부(제1 전력 변환부(532) 내지 제N 전력 변환부(534))는 정류부(340)에서 출력되는 전압을 이용하여 또 다른 전압을 생성한다. 충방전 제어부(510)의 입력단은 정류부(340)의 출력단에 연결되며, 충방전 제어부(510)의 출력단은 에너지 저장부(520)의 입력단에 연결된다.
에너지 저장부(520)의 출력단은 부하에 연결된다. 복수 개의 전력 변환부(제1 전력 변환부(532) 내지 제N 전력 변환부(534))는 충방전 제어부(510)의 출력단에 연결되어 멀티 채널로 출력 전압을 출력한다.
도 6은 본 실시예에 따른 에너지 저장부 및 충방전 제어부의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
에너지 저장부(520), 충방전 제어부(510)의 구동 방식은 도 6에 도시된 바와 같다.
에너지 저장부(520)는 순간 정전이나 순간 전압강화와 같은 최종 출력 전압의 비정상적인 변동을 방지고 장시간 정전으로 인한 정류 및 정류부(340)의 DC 출력 전압의 공급이 단절될 경우를 위해서 평상시 에너지를 충전 저장함으로 필요시 부하에 공급한다.
에너지 저장부(520)는 배터리, 슈퍼캡, EDLC(Electrical Double Layer Capacitor)와 같은 DC 전압을 저장하는 형태로 구성되어, 잦은 충방전이 이루어지지 않도록 구동하는 것이 바람직하다.
정류부(340)에서 출력되는 DC 전압은 최종 출력으로 출력되지만 이때 충방전 제어부(510) 내에 포함된 제1 다이오드(D1)를 이용하여 에너지를 함께 저장시키게 되는데 에너지 저장부(520)의 충전 전압(최종 출력 전압 - D1 Vf)은 제1 다이오드(D1)의 Vf 전압만큼 낮은 전압이 에너지 저장부(520)에 충전된다.
정류부(340)에서 출력 전압이 에너지 저장부(520)에 저장된 에너지보다 낮아지면 제2 다이오드(D2)를 이용하여 최총 출력을 공급하게 된다. 즉, 정류부(340)에서 안정적인 출력 전압이 공급될 경우에는 에너지 저장부(520)에 충전된 에너지를 방전을 하지 못하고 필요시에만 방전을 함으로 충방전 시간 및 횟수를 최소화시킴으로 수명 연장을 유도할 수 있다.
충방전 제어부(510)는 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2)를 포함한다. 제1 다이오드(D1)의 애노드는 정류부(340)의 출력단에 연결된다. 제1 다이오드(D1)의 캐소드는 에너지 저장부(520)의 입력단에 연결된다. 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 정류부(340)의 출력단에 연결된다. 제2 다이오드(D2)의 애노드는 에너지 저장부(520)의 입력단에 연결된다.
충방전 제어부(510)는 에너지 저장부(520)에 직류 전압에 대응하는 전력을 충전하거나 충전된 전압을 출력시킨다. 충방전 제어부(510)는 전력 변환부(제1 전력 변환부(532) 내지 제N 전력 변환부(534))의 출력 전압이 정상일 경우에는 충전 상태를 유지한다. 충방전 제어부(510)는 전력 변환부(제1 전력 변환부(532) 내지 제N 전력 변환부(534))에서 출력되는 최종 출력 전압이 충전된 전압보다 낮아지게 되면 기 저장된 에너지를 방전한다.
에너지 저장부(520)는 배터리, 슈퍼캡, EDLC(Electrical Double Layer Capacitor) 중 적어도 하나를 이용하여 직류 전압을 저장한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
300: 전력공급장치
312: R상 CT 코어 314: S상 CT 코어
316: T상 CT 코어
322: R상 코일 권선 324: S상 코일 권선
326: T상 코일 권선
332: R상 공진 및 역률 개선부 334: S상 공진 및 역률 개선부
336: T상 공진 및 역률 개선부
340: 정류부
350: 전압 감시부
360: 과전압 방지 스위치부
510: 충방전 제어부 520: 에너지 저장부

Claims (12)

  1. 도선 전류에 의한 자계에너지를 발생시키는 R상 CT 코어, S상 CT 코어, T상 CT 코어를 포함하는 3상 CT 코어부;
    상기 R상 CT 코어, 상기 S상 CT 코어, 상기 T상 CT 코어 각각의 일측에 권취되어, 상기 R상 CT 코어, 상기 S상 CT 코어, 상기 T상 CT 코어에서 발생하는 상기 자계에너지를 유지하는 R상 코일 권선, S상 코일 권선, T상 코일 권선을 포함하는 3상 코일 권선부;
    상기 R상 코일 권선, 상기 S상 코일 권선, 상기 T상 코일 권선의 양단에 연결되어 상기 R상 코일 권선, 상기 S상 코일 권선, 상기 T상 코일 권선으로부터 유기되는 상기 자계에너지에 대한 주파수 성분에 공진을 발생시키고, 상기 3상 코일 권선부의 인덕터스 성분에 의해 발생되는 위상 지연을 보상하여 역률을 개선한 교류 전압을 출력하는 R상 공진 및 역률 개선부, S상 공진 및 역률 개선부, T상 공진 및 역률 개선부를 포함하는 3상 공진 및 역률 개선부;
    상기 R상 공진 및 역률 개선부, S상 공진 및 역률 개선부, T상 공진 및 역률 개선부의 출력의 조합을 복수의 입력단으로 입력받아 상기 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류부;
    상기 직류 전압의 상태를 모니터링하여 과전압 상태를 판단하는 전압 감시부; 및
    상기 전압 감시부로부터 수신된 과전압 검출 신호에 따라 상기 R상 코일 권선을 단락시키는 과전압 방지 스위치부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 R상 공진 및 역률 개선부의 출력측 일단과 상기 T상 공진 및 역률 개선부의 출력측 타단의 접점이 상기 정류부의 입력측 TR단과 연결되며,
    상기 R상 공진 및 역률 개선부의 출력측 타단과 상기 S상 공진 및 역률 개선부의 출력측 일단의 접점이 상기 정류부의 입력측 RS단과 연결되며,
    상기 S상 공진 및 역률 개선부의 출력측 타단과 상기 T상 공진 및 역률 개선부의 출력측 일단의 접점이 상기 정류부의 입력측 ST단과 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 과전압 방지 스위치부의 입력단은 상기 전압 감시부의 출력단에 연결되며, 상기 과전압 방지 스위치부의 출력단은 R상 공진 및 역률 개선부의 양단에 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 과전압 방지 스위치부는,
    트라이악(Traic), 릴레이(Relay), SCR(Silicon Controlled Rectifier), SSR(Solid State Relay) 중 어느 하나로 구현되는 전력 스위치 또는 구동 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 과전압 방지 스위치부에 의해 단락된 상기 R상 코일 권선 상에 전류는 흐르지만 전압이 0에 가까워지므로 상기 직류 전압을 상승하지 못하여 기 설정된 출력 전압이 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압 감시부는,
    비교기, 마이크로프로세서, 제너 다이오드, 트랜지스터 중 어느 하나를 이용하여 상기 정류부에서 출력되는 상기 직류 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압 감시부는,
    상기 직류 전압을 기 설정된 임계치와 비교하다가 상기 직류 전압이 상기 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 과전압 상태를 판단하여 상기 과전압 검출 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  8. 제1항에 있어서,
    충방전 제어부, 에너지 저장부, 전력 변환부를 추가로 포함하며,
    상기 충방전 제어부의 입력단은 상기 정류부의 출력단에 연결되며, 상기 충방전 제어부의 출력단은 상기 에너지 저장부의 입력단에 연결되며,
    상기 에너지 저장부의 출력단은 부하에 연결되며,
    복수 개의 상기 전력 변환부는 상기 충방전 제어부의 출력단에 연결되어 멀티 채널로 출력 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는 ,
    제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2)를 포함하며,
    상기 제1 다이오드(D1)의 애노드는 상기 정류부의 출력단에 연결되며, 상기 제1 다이오드(D1)의 캐소드는 상기 에너지 저장부의 입력단에 연결되며,
    상기 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 상기 정류부의 출력단에 연결되며, 상기 제2 다이오드(D2)의 애노드는 상기 에너지 저장부의 입력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는,
    상기 에너지 저장부에 상기 직류 전압에 대응하는 전력을 충전하거나 충전된 전압을 출력시키며,
    상기 전력 변환부의 출력 전압이 정상일 경우에는 충전 상태를 유지하고 상기 전력 변환부에서 출력되는 최종 출력 전압이 충전된 전압보다 낮아지게 되면 기 저장된 에너지를 방전하는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 에너지 저장부는,
    배터리, 슈퍼캡, EDLC(Electrical Double Layer Capacitor) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 직류 전압을 저장하는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 R상 CT 코어, 상기 S상 CT 코어, 상기 T상 CT 코어는,
    페라이트, 규소강판, 나노 크리스털 중 적어도 하나의 재질로 구현되는 것을 특징으로 하는 다중 코어 자계변환 전력공급장치.
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KR20100054846A (ko) * 2007-09-28 2010-05-25 액세스 비지니스 그룹 인터내셔날 엘엘씨 다중 위상 유도 전력 공급 시스템
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