KR102343175B1 - 직류 부하에 지속적으로 전력 공급이 가능한 무정전 전원장치 - Google Patents

직류 부하에 지속적으로 전력 공급이 가능한 무정전 전원장치 Download PDF

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Abstract

직류 부하에 지속적으로 전력 공급이 가능한 무정전 전원장치에 관한 것으로서, 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기의 출력라인과 배터리의 출력라인이 서로 연결된 지점에 해당하는 공통노드에 직류안정화기의 입력단이 연결됨으로써 공통노드에 공급된 정류기의 출력 전압의 크기와 배터리의 출력 전압의 크기에 따라 정류기의 출력 전력과 배터리의 출력 전력 중 어느하나의 출력 전력이 직류안정화기로 공금됨에 따라 정전시 상용 교류전원으로부터 직류 전력을 생성하는 부품의 고장 시에도 고품질의 직류 전력을 지속적으로 직류 부하로 공급할 수 있다.

Description

직류 부하에 지속적으로 전력 공급이 가능한 무정전 전원장치{UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY CAPABLE OF PROVIDING DC LOAD WITH POWER CONTINUOUSLY}
정전상태에서도 부하에 전력을 공급할 수 있는 무정전 전원장치 및에 관한 것이다.
무정전 전원 장치(uninterruptible power supply, UPS)는 일반 전원 또는 예비 전원 등을 사용할 때, 전압의 변동, 주파수의 변동, 순간 정전, 과도 정전 등으로 인한 전원 이상의 영향을 받지 않도록 하고, 상시 안정된 전원을 공급하도록 하는 장치를 말한다.
무정전 전원 장치는 최근에 컴퓨터 및 인터넷 통신의 보급 확산에 따라, 안정적인 전원을 필요로 하는 수요가 급증하고 있다. 최근에는 금융, 방송, 기타 산업 등에서 신뢰성이 요구되는 시스템 등이 증가하게 되어, 병렬운전 UPS의 도입 또한 확산되고 있다. 아울러, 정보화 사회로의 급진전으로 모든 시스템들이 네트워크화됨에 따라 UPS 역시 네트워크 상에서 관리할 필요성이 증대되고 있는 실정이며, 공급자인 UPS 제조업체 역시 원격으로 감시 또는 제어할 뿐만 아니라 원격진단 혹은 사후 관리를 함에 있어서, 제품의 고부가 가치화 신뢰성의 제고 및 경비 절감을 꾀하고 있다.
일반적으로, 무정전 전원 장치는 직류전원 장치, DC 배터리 및 전력변환장치를 조합한 것으로서, 평상시에는 교류 전원을 전력변환장치에 포함된 컨버터가 직류로 변환하면, DC 배터리가 직류를 충전함과 동시에, 전력변환장치 에 포함된 인버터가 직류를 안정된 교류로 역변환하여, 일정전압 일정주파수의 교류전원을 부하에 공급하며, 교류전원이 정전시에는 DC 배터리가 충전된 직류를 방전하고, DC 배터리에서 방전된 직류를 인버터가 교류로 역변환하여 부하에 전력을 공급함으로써, 부하에 무정전으로 전력을 공급한다.
이러한 무정전 전원장치에 대한 선행기술로서 대한민국 등록특허공보 제10-1331183호 “에너지 저장기능을 갖는 무정전 전원장치” 등이 있다.
제10-1331183호는 컨버터와 인버터를 통해서 부하에 에너지를 공급함과 동시에 배터리 충전기를 통해 배터리를 충전하되, 정전이 발생하는 경우, 자동으로 배터리 모드로 절체되어 배터리 방전기의 제어에 따라 배터리에 저장된 에너지를 부하로 공급하고전력이 부족한 경우, 배터리 모드로 동작하여 ESS 기능을 수행하는 무정전 전원장치에 대해 개시한다.
그러나, 제10-1331183호의 무정전 전원장치는 교류 부하에 지속적인 교류 전원공급이 가능한 형태에 대해서만 개시할 뿐, 직류 부하에 지속적으로 직류 전원을 공급하는 것에 대해서는 방안을 제시하지 못한다.
직류 부하에 직류 전원을 공급하기 위한 선행기술로서 대한민국 등록특허공보 제10-1473896호 “무정전 기능을 갖는 하이브리드 배전시스템”등이 있다. 제10-1473896호는 신재생에너지에서 발전되는 전력량과 에너지 저장장치에 저장된 전력량에 따라 신재생에너지 또는 에너지 저장장치가 직류 부하로 전력을 공급하도록 제어함으로써 직류 부하에 지속적으로 에너지를 공급할 수 있는 하이브리드 배전 시스템에 대해서 제안하나, 제10-1473896호에서의 배전시스템에 따르면 교류 전원으로부터의 전력은 직류 부하에 공급되지 않고 교류 부하에만 공급되므로, 직류 부하에의 전원 공급을 위해서는 신재생에너지 또는 에너지 저장장치가 교류 전원과 함께 상시 동작해야 하는 문제가 있다.
교류 부하 및 직류 부하에 전력을 공급할 수 있는 무정전 전원장치로서 정전시, 상용 교류전원으로부터 직류 전력을 생성하는 부품의 고장 시 등 다양한 원인의 사고 발생시에도 고품질의 직류 전력을 지속적으로 직류 부하로 공급할 수 있는 무정전 전원장치를 제공하는 데에 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 무정전 전원장치는 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력의 전압을 변압하는 입력변압기; 상기 입력변압기에 의해 변압된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기; 상기 정류기에 의해 변환된 직류 전력을 충전하는 배터리; 상기 정류기에 의해 변환된 직류 전력 또는 상기 배터리로부터 방전되는 직류 전력 중 어느 하나의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 상기 인버터에 의해 변환된 교류 전력의 전압을 변압하여 교류 부하에 공급하는 출력변압기; 및 상기 배터리로부터 방전되는 직류 전력을 안정화시켜 직류 부하에 공급하는 직류안정화기를 포함하고, 상기 정류기의 출력라인과 상기 배터리의 출력라인은 서로 연결되고, 상기 정류기의 출력라인과 상기 배터리의 출력라인이 서로 연결된 지점에 해당하는 공통노드는 상기 직류안정화기의 입력단에 연결됨으로써 상기 공통노드에 공급된 정류기의 출력 전압의 크기와 배터리의 출력 전압의 크기에 따라 상기 정류기의 출력 전력과 상기 배터리의 출력 전력 중 어느 하나의 출력 전력이 상기 직류안정화기로 공급된다.
상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력의 전압을 측정하는 제 1 전압측정기; 상기 배터리의 출력 전압을 측정하는 제2 전압측정기; 및 상기 제 1 전압측정기의 측정 전압의 크기와 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기에 기초하여 상기 정류기의 동작과 상기 인버터의 동작을 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있고, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있음을 나타내는 정상 모드로 확인되면, 상기 정류기와 상기 인버터를 동작시킴으로써 상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력을 이용하여 상기 교류 부하로의 교류 전력 공급, 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급, 및 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 제어기는 상기 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있지 않고, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있음을 나타내는 배터리 모드로 확인되면, 상기 정류기를 정지시키고 상기 인버터를 동작시킴으로써 상기 배터리로부터 방전되는 직류 전력을 이용하여 상기 교류 부하로의 교류 전력 공급과 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 인버터의 동작시 출력 전압을 측정하는 제3 전압측정기; 상기 상용 교류전원으로부터 교류 전력이 인입되는 교류입력포트와 상기 교류 부하에 공급될 교류 전력이 출력되는 교류출력포트를 연결하여 상기 교류입력포트에 인입된 교류 전력을 상기 교류출력포트로 바이패스시키는 바이패스 라인에 삽입됨으로써 상기 교류입력포트로 인입된 교류 전력의 상기 교류출력포트로의 바이패스를 허용하거나 차단하는 제1 스위치; 및 상기 출력변압기의 출력단과 상기 교류출력포트 사이에 삽입되어 상기 출력변압기로부터 출력된 교류 전력의 교류 부하로의 공급을 허용하거나 차단하는 제2 스위치를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기에 기초하여 상기 정류기의 동작, 상기 인버터의 동작, 상기 제1 스위치의 온오프, 및 상기 제2 스위치의 온오프를 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있지 않음을 나타내는 바이패스 모드로 확인되면, 상기 정류기를 동작시키고 상기 인버터를 정지시키고 상기 제1 스위치를 온시키고 상기 제2 스위치를 오프시킴으로써 상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력이 상기 교류출력포트로 바이패스되도록 함과 동시에 상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력을 이용하여 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급 및 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 배터리의 출력단과 상기 공통노드 사이의 배터리의 출력라인의 일 지점과 상기 직류안정화기의 입력단 사이에 삽입되어 상기 배터리로부터 방전되는 직류 전력의 직류안정화기로의 공급을 허용하거나 차단하는 제3 스위치; 상기 공통노드와 상기 직류안정화기의 입력단 사이에 삽입되어 상기 공통노드로부터 출력되는 직류 전력의 직류안정화기로의 공급을 허용하거나 차단하는 제4 스위치; 및 상기 배터리의 출력단과 상기 공통노드 사이의 배터리의 출력라인의 일 지점과 상기 공통노드 사이에 삽입되어 상기 공통노드로부터 출력되는 직류 전력의 배터리로의 공급을 허용하거나 차단하는 제5 스위치를 포함하고, 상기 제어기는 상기 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기, 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기에 기초하여 상기 정류기의 동작, 상기 인버터의 동작, 상기 제1 스위치의 온오프, 상기 제2 스위치의 온오프, 상기 제3 스위치의 온오프, 상기 제4 스위치의 온오프, 및 상기 제5 스위치의 온오프를 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 정상 모드, 상기 배터리 모드, 상기 바이패스 모드 중 어느 하나의 모드로 확인되면, 상기 제3 스위치를 오프시키고, 상기 제4 스위치, 및 상기 제5 스위치를 온시킬 수 있다.
상기 제어기는 사용자로부터의 유지보수 모드로의 전환 명령의 입력이 확인되면, 상기 정류기와 상기 인버터를 정지시키고, 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치, 상기 제4 스위치, 및 상기 제5 스위치를 오프시킴으로써 상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력이 상기 교류출력포트로 바이패스되도록 함과 동시에 상기 배터리의 출력단이 상기 직류안정화기의 입력단에 직결되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 무정전 전원장치는 대체에너지원으로부터 공급된 교류 전력 또는 직류 전력을 상기 배터리의 충전 전압에 대응되는 전압을 갖는 직류 전력으로 변환하는 컨버터를 더 포함하고, 상기 컨버터의 출력라인은 상기 공통노드에 연결됨으로써 상기 공통노드에 공급된 정류기의 출력 전압의 크기, 배터리의 출력 전압, 및 컨버터의 출력 전압의 크기에 따라 상기 정류기의 출력 전력, 상기 배터리의 출력 전력, 상기 컨버터의 출력 전력 중 어느 하나의 출력 전력이 상기 직류안정화기로 공급될 수 있다.
상기 대체에너지원으로부터 공급된 교류 전력 또는 직류 전력의 전압을 측정하는 제4 전압측정기; 상기 컨버터의 출력단과 상기 공통노드 사이에 삽입되어 상기 컨버터로부터 출력되는 직류 전력의 공통노드로의 공급을 허용하거나 차단하는 제6 스위치를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기, 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기, 및 상기 제4 전압측정기의 측정 전압의 크기에 기초하여 상기 정류기, 상기 인버터 및 상기 컨버터의 동작 및 상기 제1 스위치의 온오프, 상기 제2 스위치의 온오프, 상기 제3 스위치의 온오프, 상기 제4 스위치의 온오프, 상기 제5 스위치의 온오프, 및 상기 제6 스위치의 온오프를 제어할 수 있다.
상기 제어기는 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기 및 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있지 않고, 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기 및 상기 제4 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상범위 내에 있음을 나타내는 대체에너지 단독모드로 확인되면, 상기 정류기를 정지시키고 상기 인버터 및 상기 컨버터를 동작시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치, 상기 제5 스위치를 오프시키고, 상기 제2 스위치, 상기 제4 스위치, 및 상기 제6 스위치를 온 시킴으로써 상기 대체에너지원으로부터 공급된 교류 또는 직류 전력을 이용하여 상기 교류 부하로의 교류 전력 공급, 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급, 및 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 제어기는 상기 배터리 모드 동작 중, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기 및 제4 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있음을 나타내는 대체에너지 병용모드로 확인되면, 상기 정류기를 정지시키고 상기 인버터 및 컨버터를 동작시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치를 오프시키고, 상기 제2 스위치, 상기 제4 스위치, 상기 제5 스위치 및 상기 제6 스위치를 온 시킴으로써 상기 대체에너지원으로부터 공급된 교류 또는 직류 전력을 이용하여 상기 교류 부하로의 교류 전력 공급, 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급, 및 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 할 수 있다.
상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기의 출력라인과 배터리의 출력라인이 서로 연결된 지점에 해당하는 공통노드에 직류안정화기의 입력단이 연결됨으로써 공통노드에 공급된 정류기의 출력 전압의 크기와 배터리의 출력 전압의 크기에 따라 정류기의 출력 전력과 배터리의 출력 전력 중 어느 하나의 출력 전력이 직류안정화기로 공금됨에 따라 정전시 상용 교류전원으로부터 직류 전력을 생성하는 부품의 고장 시에도 고품질의 직류 전력을 지속적으로 직류 부하로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 무정전 전원장치의 회로 블록도이다.
도 2 내지 도 7은 각각 본 발명의 무정전 전원장치의 다양한 동작 모드에 따르는 회로도를 도시한 도면이다.
도 8은 도 2 내지 도 7이 도시하는 각각의 모드에서의 각 스위치의 상태 및 정류기, 인버터, 컨버터의 동작을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 직류 부하에 지속적으로 전력공급이 가능한 무정전 전원장치에 관한 것으로, 간략하게 ‘무정전 전원장치’로 호칭될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 무정전 전원장치의 회로도이다.도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 무정전 전원장치는 교류전원 전압측정기(110), 입력변압기(115), 정류기(120), 인버터(130), 인버터 전압측정기(135), 출력변압기(137), 배터리(140), 배터리 전압측정기(150), 대체에너지 전압측정기(160), 컨버터(170), 직류안정화기(180), 복수 개의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 및 제어기(190)로 구성된다.
교류전원 전압측정기(110)는 무정전 전원장치의 교류입력포트(T1)에 연결된 상용 교류전원의 전압 값을 측정한다.
교류전원 전압측정기(110)에서 측정된 교류 전원의 전압 값은 교류 전원이 무정전 전원장치에 연결된 직류 부하 및 교류 부하에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는지를 확인하기 위한 것으로서, 이와 같이 측정된 교류 전원의 전압 값은 후술할 제어기(190)로 전송되어 제어기(190)에 의해 실시간으로 모니터링된다.
입력변압기(115)는 입력단이 교류입력포트(T1)에 연결되어 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력의 전압을 공급받아 변압한다. 보다 구체적으로, 입력변압기(115)는 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력의 전압을 정류기(120)의 입력 전압에 부합되도록 전압을 변압한다. 본 발명의 실시예에서, 입력변압기(115)는 단권변압기 또는 복권변압기일 수 있으며, 상용 교류전원에 포함된 고조파 감쇠를 위해 복권변압기가 사용되는 것이 바람직하다.
정류기(120)는 입력단이 입력변압기(115)의 출력단에 연결되어 입력변압기에 의해 변압된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. 정류기(120)에 의해 출력된 직류 전력 중 일부는 인버터(130)로 입력되고, 일부는 배터리(140)로 입력되어 배터리를 충전하며, 나머지는 직류안정화기(180)를 거쳐 직류 부하에 공급된다.
인버터(130)는 입력단이 정류기(120)의 출력단에 연결되고, 정류기(120)에 의해 변환된 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환하여 출력하거나, 후술할 배터리(140)로부터의 직류 전력 또는 대체에너지원으로부터의 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환하여 출력함으로써 무정전 전원장치의 교류출력포트(T2)에 연결된 교류 부하에 교류 전력을 공급한다.
인버터 전압측정기(135)는 인버터에서 출력되는 전력의 전압을 측정한다. 후술할 제어기(190)는 측정된 인버터(130)의 전압 값에 기초하여 인버터(130)가 회로내에서 정상적으로 동작하고 있는지를 판단할 수 있다.
출력변압기(137)는 입력단이 인버터(130)의 출력단에 연결되어 인버터에 의해 변환된 교류 전력의 전압을 변압하여 교류 부하에 공급한다.
회로 내에서의 입력변압기(115), 정류기(120), 출력변압기(137) 및 인버터(130)의 구성 및 동작 메커니즘은 이미 무정전 전원장치의 기술 분야의 통상의 기술자에게 널리 알려진 것이므로, 입력변압기(115), 정류기(120), 출력변압기(137) 및 인버터(130)의 구성 및 동작에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
배터리(140)는 직류 전력을 저장하거나, 방전할 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리(140)는 정류기(120)에 의해 변환된 직류 전력을 입력받아 저장하거나, 후술할 대체에너지원으로부터의 직류 전력을 입력받아 저장할 수 있다. 배터리(140)에 저장된 직류 전력은 배터리(140)가 에너지원으로 사용 시 방전되어 무정전 전원장치의 직류출력포트(T4)에 연결된 직류 부하에 제공되고, 인버터(130)에 의해 교류 전력으로 변환된 후 무정전 전원장치의 교류출력포트(T2)에 연결된 교류 부하에 제공될 수 있다.
이하에서는, 무정전 전원장치의 내부에 내장된 배터리(140)를 기준으로 본 발명의 실시예를 설명하나, 무정전 전원장치 분야의 통상의 기술자라면, 배터리(140)가 무정전 전원장치의 외부에서 연결될 수도 있음을 쉽게 이해할 것이다.
배터리 전압측정기(150)는 무정전 전원장치의 배터리(140)의 전압 값을 측정한다. 배터리 전압측정기(150)에 의해 측정된 배터리(140)의 전압 값 또한 후술할 제어기(190)로 전송되어 제어기(190)에 의해 실시간으로 모니터링된다.
대체에너지 전압측정기(160)는 무정전 전원장치의 대체에너지원 입력포트(T3)에 연결된 외부 대체에너지원의 전압 값을 측정한다. 대체에너지 전압측정기(160)에 의해 측정된 대체에너지원의 전압 값 또한 후술할 제어기(190)로 전송되어 제어기(190)에 의해 실시간으로 모니터링된다.
본 발명의 일 실시예에서, 무정전 전원장치에 연결되는 대체에너지원의 대표적인 예로는 태양전지, 연료전지, 풍력발전기 등을 들 수 있다. 이러한 대체에너지원의 출력전력은 그 조건 및 환경에 따라 다양하게 변화하므로 일정출력을 발생시키는 컨버터(170)가 필요하다.
컨버터(170)는 입력단이 대체에너지원 입력포트(T3)에 연결되어, 대체에너지원으로부터 공급된 교류 전력 또는 직류 전력을 배터리(140)의 충전 전압에 대응되는 전압을 갖는 직류전력으로 변환한다. 본 발명의 일 실시예에서, 컨버터(170)는 공급된 직류 전력을 일정한 값을 갖는 직류 전력으로 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 컨버터(170)는 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 AC-DC 컨버터일 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 컨버터(170)는 각각의 DC-DC 컨버터 및 AC-DC 컨버터를 모두 포함하는 유닛일 수 있으며, 관리자는 대체에너지원이 직류 전력을 공급하는 경우에는 대체에너지원으로부터의 전력이 DC-DC 컨버터에 연결되도록, 교류 전력을 공급하는 경우에는 대체에너지원으로부터의 전력이 AC-DC 컨버터에 연결되도록 대체에너지원을 무정전 전원장치에 연결함으로써 대체에너지원으로부터의 전력으로부터 직류 전력을 획득할 수 있다.
직류안정화기(180)는 입력단으로 공급된 직류 전력을 안정화시켜 출력함으로써, 무정전 전원장치에 연결된 직류 부하에 안정적으로 직류 전력을 공급한다. 이러한 직류안정화기(180)는 입력된 직류 전력의 전압 변동 시에도 일정한 전압의 직류 전력을 출력하기 위한 장치로서 직류 전압을 평활화시키는 평활회로 등 다양한 회로로 구현될 수 있으며, 무정전 전원장치 기술분야의 통상의 기술자에 의해 채택된 안정화회로가 이용될 수 있다.
정류기(120)의 출력라인, 배터리(140)의 출력라인 및 컨버터(170)의 출력라인은 서로 연결되고, 정류기(120)의 출력라인, 배터리(140)의 출력라인 및 컨버터(170)의 출력라인이 서로 연결된 지점에 해당하는 공통노드(Nc)가 직류안정화기(180)의 입력단에 연결된다. 이에 따라, 공통노드(Nc)에 공급된 정류기(120)의 출력 전압의 크기, 배터리(140)의 출력 전압의 크기, 및 대체에너지원의 출력 전압의 크기에 따라 정류기(120)의 출력 전력, 배터리(140)의 출력 전력 및 대체에너지원의 출력 전력 중 어느 하나의 출력 전력이 직류안정화기(180)로 공급된다. 이에 따라, 상용 교류전원의 출력 전압이 비정상 상태인 경우나 정류기(120)의 고장에도 직류 전력이 지속적으로 직류 부하로 공급될 수 있다.
복수 개의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)는 후술할 제어기(190)의 제어에 의해 전기적으로 개폐되는 스위치이다. 복수 개의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4), 제5 스위치(S5), 및 제6 스위치(S6)로 구성된다.
제1 스위치(S1)는 교류입력포트(T1)와 교류출력포트(T2)를 연결하여 교류전원으로부터 공급된 교류전력을 교류출력포트(T2)로 바이패스시키는 바이패스 라인(LB) 상에 삽입됨으로써 교류입력포트(T1)로부터 공급된 교류 전력을 교류출력포트(T2)로의 바이패스를 허용하거나 차단한다.
제2 스위치(S2)는 일단이 출력변압기(137)와 교류출력포트(T2) 사이에 삽입되어 출력변압기(137)로부터 출력된 교류 전력의 교류 부하로의 공급을 허용하거나 차단한다.
제3 스위치(S3)는 배터리(140)의 출력단과 공통노드(Nc) 사이의 배터리의 출력라인의 일 지점과 직류안정화기(180)의 입력단 사이에 삽입되어 배터리(140)로부터 방전되는 직류 전력의 직류안정화기(180)로의 공급을 허용하거나 차단한다.
제4 스위치(S4)는 공통노드(Nc)와 직류안정화기(180)의 입력단 사이에 삽입되어 공통노드(Nc)로부터 출력되는 직류 전력의 직류안정화기로의 공급을 허용하거나 차단한다.
제5 스위치(S5)는 배터리(140)의 출력단과 공통노드(Nc) 사이의 배터리의 출력라인의 일 지점과 공통노드(Nc) 사이에 삽입되어 공통노드(Nc)로부터 출력되는 직류 전력의 배터리로의 공급을 허용하거나 차단한다.
제6 스위치(S6)는 컨버터(170)의 출력단과 공통노드(Nc) 사이에 삽입되어 컨버터(170)로부터 출력되는 직류 전력의 공통노드(Nc)로의 공급을 허용하거나 차단한다.
제어기(190)는 교류전원 전압측정기(110), 배터리 전압측정기(150), 대체에너지 전압측정기(160), 인버터 전압측정기(135)에 의해 측정된 교류전원, 배터리(140), 대체에너지원, 인버터의 전압 값을 입력받고, 이와 같이 입력받은 교류전원, 배터리(140), 대체에너지원, 인버터(130)의 전압 값에 기초하여 교류전원, 배터리(140) 및 대체에너지원 각각의 상태를 정상상태인지 또는 이상상태인지를 결정한다.
제어기(190)는 이와 같이 결정된 교류전원, 배터리(140) 및 대체에너지원 각각의 상태에 따라 정류기(120), 인버터(130) 및 컨버터(170) 각각의 동작 및 복수 개의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 각각의 온오프를 제어함으로써 무정전 전원장치의 직류출력포트(T4)에 연결된 직류 부하와 교류출력포트(T2)에 연결된 교류 부하에 교류전원, 배터리(140), 대체에너지원 중 어느 하나로부터의 전력이 공급되도록 한다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따르는 무정전 전원장치의 다양한 동작 모드에서 제어기(190)에 의해 제어된 정류기(120), 인버터(130) 및 컨버터(170) 각각의 동작 및 복수 개의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 각각의 온오프 상태 및 이러한 제어기(190)의 제어에 따라 직류 부하 및 교류 부하에 전력을 공급하는 에너지원을 도시한 도면이다. 각 모드에서의 구체적인 회로 동작은 이하에서 각 모드별로상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어기(190)는 교류전원 전압측정기(110)에 의해 측정된 교류전원의 전압 값이 미리 설정된 정상 전압범위 내에 있는 경우 교류전원의 상태를 정상상태로, 전압범위 내에 있지 않은 경우 교류 전원의 상태를 이상상태로 결정할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제어기(190)는 배터리 전압측정기(110)에 의해 측정된 배터리(140)의 전압 값이 미리 설정된 정상 전압범위 내에 있는 경우 배터리(140)의 상태를 정상상태로, 전압범위 내에 있지 않은 경우 배터리(140)의 상태를 이상상태로 결정할 수 있다. 또한, 제어기(190)는 대체에너지 전압측정기(160)에 의해 측정된 대체에너지원의 전압 값이 미리 설정된 정상 전압범위 내에 있는 경우 대체에너지원의 상태를 정상상태로, 전압범위 내에 있지 않은 경우 대체에너지원의 상태를 이상상태로 결정할 수 있다. 이에 더해, 제어기(190)는 인버터 전압측정기(135)에 의해 측정된 인버터(130)의 전압 값이 미리 설정된 정상 전압범위 내에 있는 경우 인버터(130)의 상태를 정상상태로, 전압범위 내에 있지 않은 경우 인버터의 상태를 이상상태로 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 교류전원, 배터리(140) 및 대체에너지원에 대해 미리 설정된 정상 전압범위는 본 발명의 실시예에 따르는 무정전 전원장치가 공급하는 전압으로 무정전 전원장치에 연결된 직류 부하 및 교류 부하가 정상적으로 가동될 수 있는 전압의 범위이다. 교류전원, 배터리(140) 및 대체에너지원에 대해 미리 설정된 정상 전압범위는 무정전 전원장치의 보다 안정적인 운용을 위해 교류전원, 배터리(140) 및 대체에너지원에 대해 각각 다른 값으로 설정될 수 있다. 예컨대, 전력 수급이 다소 불안정할 수 있는 대체에너지원 및 배터리(140)를 에너지원으로 사용하기 위한 기준이 되는 정상 전압범위는 교류전원에 대한 정상 전압범위 보다 하한 값이 높은 범위를 갖도록 설정될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전원장치의 다양한 동작모드에서의 회로 동작을 살펴보도록 한다.
Ⅰ. 정상모드
정상모드는 외부 교류전원이 안정적으로 공급되고, 무정전 전원장치 내부의 설비들이 모두 정상 동작을 하고 있는, 통상의 상태의 무정전 전원장치의 동작모드로서, 교류전원 전압측정기(110)의 측정전압 및 배터리 전압측정기(150)의 측정 전압의 크기가 정상범위 내에 있다.
정상모드의 회로의 상태를 나타내는 도 2를 참조하여 제1 모드에서의 무정전 전원장치의 동작을 살펴본다. 도 2~7에서는 도면의 복잡도를 낮추어 본 발명에 따른 실시예의 특징이 명확하게 드러나도록 제어기(190)의 도시를 생략하였다.
제어기(190)는 교류전원 전압측정기(110), 배터리 전압측정기(150), 및 대체에너지 전압측정기(160)로부터 실시간으로 수신되는 교류전원, 배터리(140), 대체에너지원의 전압 값을 모니터링한다. 모니터링 결과 교류전원이 정상상태인 경우, 제어기(190)는 제2 스위치(S2), 제4 스위치(S4), 및 제5 스위치(S5)를 온시키고 정류기(120)와 인버터(130)를 동작시킨다. 이에 더해, 제어기(190)는 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3), 및 제6 스위치(S6)는 오프시키고, 컨버터(170)의 동작은 정지시킨다.
정상모드에서, 대체에너지 전압측정기(160)에 의해 측정된 대체에너지 전압 값은 제어기(190)의 복수 개의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 및 정류기(120), 인버터(130) 및 컨버터(170) 제어 동작에 영향을 끼치지 않는다.
정상모드의 무정전 전원장치의 회로도를 도시하는 도 2를 참조하여 살펴보면, 교류입력포트(T1)에 연결된 교류 전원으로부터 교류 전력을 입력받은 입력변압기(115)는 입력된 교류 전력의 전압을 변압하여 출력한다. 정류기(120)는 입력변압기(115)로부터 출력된 변압된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. 정류기(120)에 의해 변환된 직류 전력은 인버터(130)에 입력되어 다시 교류 전력으로 변환되고, 인버터(130)에 의해 변환된 교류 전력은 온 상태의 제2 스위치(S2)를 통과하여 교류출력포트(T2)에 연결된 교류 부하에 공급된다.
한편, 정류기(120)에 의해 변환된 직류 전력은 온 상태의 제5 스위치(S5)를 통해 배터리(140)로 공급되어 배터리(140)를 충전시키고, 온 상태의 제4 스위치(S4)를 통해 직류안정화기(180)에 입력되어 안정화된 후 직류출력포트(T4)에 연결된 직류 부하에 공급된다.
정상모드에서는 외부 교류전원으로부터 교류 전력을 공급받아 정류기(120) 및 인버터(130)를 이용하여 무정전 전원장치에 연결된 직류 부하 및 교류 부하에 각각 직류전압 및 교류전압을 제공하고, 배터리(140)를 충전한다. 이는 통상적인 무정전 전원장치의 동작으로서, 상용 교류전원을 이용하여 배터리(140) 및 대체에너지원에 비해 상대적으로 지속적이고 안정적으로 직류 부하 및 교류 부하에 에너지를 제공할 수 있다. 또한, 제어기(190)가 사용되지 않는 대체에너지원으로부터의 전력을 변환하는 컨버터(170)의 동작을 정지시킴으로써 전력을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
Ⅱ. 배터리 모드
배터리 모드는 배터리(140)가 방전하는 직류 전력을 이용하여 직류 부하 및 교류 부하에 전력을 공급하는 무정전 전원장치의 동작모드이다. 배터리 모드는 정상모드 동작 중 정전 등으로 인해 상용 교류전원으로부터 교류 전력 공급이 불가하여 대체에너지원으로부터의 전력을 이용하여 직류 부하 및 교류 부하에 전력을 공급하는 경우에 있어서, 상용 교류전원에서 대체에너지원으로 전력 공급원이 전환되는 시간 사이에 동작되거나, 상용 교류전원을 대신하여 전력을 공급하던 대체에너지원의 전력 또한 사용이 불가해지면 동작한다. 이에 더해, 배터리 모드는 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전원장치의 처음 동작 시, 상용 교류전원 및 대체에너지원으로부터 전력 공급이 불가할 시 동작될 수도 있다.
배터리 모드의 회로의 상태를 나타내는 도 3을 참조하여 배터리 모드에서의 무정전 전원장치의 동작을 살펴본다.
제어기(190)는 배터리 모드에서 동작하는 무정전 전원장치의 교류전원 전압측정기(110), 배터리 전압측정기(150), 대체에너지 전압측정기(160), 및 인버터 전압측정기(135)로부터 실시간으로 수신되는 교류전원, 배터리(140), 대체에너지원, 및 인버터(130)의 전압 값을 모니터링한다. 모니터링 결과 교류전원이 이상상태이고, 모니터링된 대체에너지원의 전압 값으로부터 대체에너지원 또한 이상상태임이 결정되면 제어기(190)는 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3), 및 제6 스위치(S6)를 오프시키고, 제2 스위치(S2), 제4 스위치(S4) 및 제5 스위치(S5)를 온 시킨다. 또한, 정류기(120) 및 컨버터(170)의 동작을 정지하고, 인버터(130)는 동작시킨다. 이에 따라, 배터리(140)가 방전한 배터리(140)의 직류 전력 중 일부가 온 상태의 제5 스위치(S5)를 통해 인버터(130)에 공급되어 교류 전력으로 변환된 후 출력변압기(137)를 거쳐 변압된 후 교류 부하에 공급된다. 한편, 배터리(140)의 직류 전력 중 나머지는 온 상태의 제5 스위치(S5) 및 제4 스위치(S4)를 통해 직류안정화기(180)에 공급되어 안정화된 후 직류 부하에 공급된다.
도 3과 같은 회로로 동작하는 무정전 전원장치는 부하에 전력을 공급하던 상용 교류전원으로부터의 전력의 공급이 중단되는 경우, 연결된 상용 교류전원으로부터의 전력에 의한 전압이 공통노드(Nc)에 인가되지 않아 배터리(140)가 전력을 방전하게 되므로, 별도의 스위치 제어가 없어도 순간적으로 배터리(140)의 전력을 직류 부하 및 교류 부하에 공급할 수 있다. 이는 부하에의 전력 공급의 연속성을 보장한다.
또한, 제어기(190)가 사용되지 않는 교류전원 및 대체에너지원으로부터의 전력을 변환하는 정류기(120) 및 컨버터(170)의 동작을 정지시킴으로써 전력을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
Ⅲ. 대체에너지 병용모드
대체에너지 병용모드는 정상모드에서 무정전 전원장치에 전압을 공급하던 외부 교류전원이 정전 등으로 인해 안정적으로 전압 공급이 불가할 때, 대체에너지원으로부터의 전압을 이용하여 무정전 전원장치에 연결된 직류 부하 및 교류 부하에 연속적으로 전압을 공급하는 동작모드이다. 대체에너지 병용모드에서는 대체에너지원으로부터 공급되는 전력이 부족할 경우에 배터리(140)으로부터 방전되는 전력이 함께 이용될 수 있다.
대체에너지 병용모드의 회로의 상태를 나타내는 도 4를 참조하여 대체에너지 병용모드에서의 무정전 전원장치의 동작을 살펴본다.
제어기(190)는 교류전원 전압측정기(110), 배터리 전압측정기(150), 대체에너지 전압측정기(160) 및 인버터 전압측정기(135)로부터 실시간으로 수신되는 교류전원, 배터리(140), 대체에너지원, 인버터(130)의 전압 값을 모니터링한다. 모니터링 결과 교류전원의 상태가 이상상태이고, 인버터(130) 및 대체에너지원의 상태가 정상상태인 경우 제어기(190)는 정류기(120)의 동작을 정지시키고, 인버터(130) 및 컨버터(170)를 동작시킨다. 이에 더해, 제어기(190)는 제1 스위치(S1) 및 제3 스위치(S3)를 오프시키고, 제2 스위치(S2), 제4 스위치(S4), 제5 스위치(S5) 및 제6 스위치(S6)를 온시킨다. 이에 따라, 교류전원으로부터의 전력이 공통노드(Nc)로 공급되지 않고, 대체에너지원으로부터의 전력이 컨버터(170)에 의해 직류 전력으로 변환되어 공통노드(Nc)로 공급된다.
공통노드(Nc)로 공급된 대체에너지원으로부터의 전력의 일부는 온 상태의 제5 스위치를 통해 배터리(140)로 공급되어 배터리(140)를 충전하고, 일부는 온 상태의 제4 스위치를 통해 직류안정화기(180)로 공급되어 안정화된 후 직류 부하에 공급되며, 나머지는 인버터(130)에 공급되어 교류 전력으로 변환된 후 출력변압기(137)에 의해 변압되어 온 상태의 제2 스위치(S2)를 통해 교류 부하에 공급된다.
도 4와 같은 회로로 동작하는 무정전 전원장치는 상용 교류전원으로부터의 전력 공급이 불가한 상황에서 대체에너지원을 이용하여 배터리의 충전이 이루어짐과 동시에 직류 및 교류 부하에 전력을 안정적이고 지속적으로 공급할 수 있다.
또한, 제어기(190)가 사용되지 않는 교류전원으로부터의 전력을 변환하는 정류기(120)의 동작을 정지시킴으로써 전력을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
Ⅳ. 대체에너지 단독모드
대체에너지 단독모드는 대체에너지원의 전력을 이용하여 교류 부하 및 직류 부하에 전력을 공급하는 점에서는 대체에너지 병용모드와 유사하나, 대체에너지 병용모드가 정상모드에서 부하에 전력을 공급하던 상용 교류전원이 정전 등으로 사용이 불가할 시에 동작하는 모드인 것에 반해, 대체에너지 단독모드는 무정전 전원장치의 동작 시작 시 동작할 수 있는 모드이고, 교류 부하 및 직류 부하에 대한 전력 공급에 대체에너지원의 전력이 단독으로 사용된다는 점에서 차이가 있다.
대체에너지 단독모드는 무정전 전원장치의 동작 시작 시 상용 교류전원 및 배터리(140)가 이상상태이고, 대체에너지원이 정상상태인 경우의 무정전 전원장치의 동작이다. 무정전 전원장치의 동작 시작 시란 제어기(160) 및 각종 측정기에 전력이 공급되어 무정전 전원장치의 동작이 시작된 시점을 의미한다. 이때, 제어기(160) 및 각종 측정기의 동작 전원으로는 컨버터(170)의 출력 전력이나 별도의 배터리의 출력 전력이 사용될 수 있다.
대체에너지 단독모드의 회로의 상태를 나타내는 도 5를 참조하여 대체에너지 단독모드에서의 무정전 전원장치의 동작을 살펴본다.
제어기(190)는 무정전 전원장치가 동작을 시작하면, 무정전 전원장치의 교류전원 전압측정기(110), 배터리 전압측정기(150), 대체에너지 전압측정기(160), 및 인버터 전압측정기(135)로부터 교류전원, 배터리(140), 대체에너지원, 및 인버터(130)의 전압 값을 수신하여 모니터링한다. 모니터링 결과, 교류전원 및 배터리(140)가 이상상태이고, 대체에너지원이 정상상태인 경우, 제어기(190)는 컨버터(170) 및 인버터(130)를 동작시키고, 정류기(120)는 정지시킨다. 또한, 제어기(190)는 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3) 및 제5 스위치(S5)를 오프시키고, 제2 스위치(S2), 제4 스위치(S4) 및 제6 스위치(S6)를 온시킨다.
이에 따라, 대체에너지원으로부터 공급된 직류 또는 교류 전력이 컨버터(170)에 공급되어 일정한 전압 값을 갖는 직류 전력으로 변환된다. 컨버터(170)로부터 변환되어 출력된 직류 전력은 온 상태의 제6 스위치(S6)를 통해 공통노드(Nc)에 공급되고, 컨버터(170)로부터 출력된 직류 전력의 일부는 온 상태의 제6 스위치(S6) 및 제4 스위치(S4)를 통해 직류안정화기(180)에 입력되어 안정화된 후 직류 부하에 공급된다. 컨버터(170)로부터 출력된 직류 전력의 나머지는 인버터(130)에 의해 교류 전력으로 변환된 후 출력변압기(137)에 의해 변압되어 온 상태의 제2 스위치(S2)를 통해 교류 부하로 공급된다.
도 5와 같은 회로로 동작하는 무정전 전원장치는 처음 동작 시 불안정한 교류전원 및 배터리(140)를 대신하여 대체에너지원으로부터의 전력을 부하에 공급함으로써, 교류전원이 안정화 될 때까지 공백 없이 부하에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 제어기(190)가 사용되지 않는 교류전원으로부터의 전력을 변환하는 정류기(120)의 동작을 정지시킴으로써 전력을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
Ⅴ. 바이패스 모드
바이패스 모드는 무정전 전원장치의 인버터(130)가 고장 등의 이유로 동작이 불가할 때, 인버터(130)의 동작 없이 상용 교류전원을 이용하여 부하에 전압을 공급하는 동작 모드이다.
바이패스 모드의 회로의 상태를 나타내는 도 6을 참조하여 바이패스 모드에서의 무정전 전원장치의 동작을 살펴본다.
제어기(190)는 무정전 전원장치의 교류전원 전압측정기(110), 배터리 전압측정기(150), 대체에너지 전압측정기(160), 및 인버터 전압측정기(135)로부터 교류전원, 배터리(140), 대체에너지원, 및 인버터(130)의 전압 값을 수신하여 모니터링한다. 이때, 인버터(130)가 이상상태이고, 교류전원의 상태가 정상상태이면 제어기(190)는 인버터(130) 및 컨버터(170)를 정지시키고, 정류기(120)를 동작시킨다. 그리고, 제1 스위치(S1), 제4 스위치(S4), 및 제5 스위치(S5)를 온 시키고, 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제6 스위치(S6)를 오프시킨다.
이에 따라, 교류입력포트(T1)에 연결된 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력 중 일부가 바이패스 라인(LB)을 통해 교류출력포트(T2)로 바이패스되어 교류 부하에 공급된다. 바이패스 모드에서는 상용 교류전원의 교류 전력이 직접적으로 교류 부하에 인가되며, 이에 따라 인버터(130)의 작동 없이도 교류 부하에 지속적으로 전력을 공급할 수 있다.
한편, 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력 중 나머지는 공통노드(Nc)를 통해 일부는 온 상태의 제5 스위치(S5)를 통해 배터리(140)로 공급되어 배터리(140)를 충전하고, 나머지는 온 상태의 제4 스위치를 통해 직류안정화기(180)에 공급된 후 직류안정화기(180)에 의해 안정화되어 직류 부하로 공급된다.
도 6과 같은 회로로 동작하는 무정전 전원장치는 인버터(130)가 고장으로 인해 이상동작을 하거나, 고장으로 인한 수리를 위해 동작이 정지되는 경우에도 직류 부하 및 교류 부하에 안정적으로 전압을 공급할 수 있다.
Ⅵ. 유지보수 모드
유지보수 모드는 관리자가 무정전 전원장치의 유지보수를 위해, 무정전 전원장치에 설치된 정류기(120), 인버터(130) 및 컨버터(170)의 동작을 모두 정지시킬 필요가 있는 경우 전환되는 모드이다. 유지보수 모드는 앞선 모드들과는 다르게 관리자의 모드 변경에 인해 진입된다. 예컨대, 관리자가 무정전 전원장치의 조작부에 마련된 유지보수 버튼(미도시)을 누르는 것에 의해 무정전 전원장치는 유지보수 모드로 전환될 수 있다.
유지보수 모드의 회로의 상태를 나타내는 도 7을 참조하여 유지보수 모드에서의 무정전 전원장치의 동작을 살펴본다.
관리자에 의해 무정전 전원장치가 유지보수 모드로 전환되면, 제어기(190)는 제1 스위치(S1) 및 제3 스위치(S3)를 온 시키고, 제2 스위치(S2), 제4 스위치(S4), 제5 스위치(S5), 및 제6 스위치(S6)를 오프 시킨다. 이에 더해, 제어기(190)는 정류기(120), 인버터(130) 및 컨버터(170)의 동작을 정지한다.
이에 따라, 상용 교류전원으로부터의 교류 전력이 바이패스 라인(LB)을 통해 교류 부하로 공급된다. 한편, 배터리(140)로부터의 직류 전력이 온 상태의 제3 스위치(S3)를 통해 직류안정화기(180)에 입력되고, 직류안정화기(180)에 의해 안정화된 직류 전력이 직류 부하에 공급된다.
도 7과 같은 회로로 동작하는 무정전 전원장치는 정류기(120), 인버터(130) 및 컨버터(170)를 동작시키지 않고도 교류 부하 및 직류 부하에 전력을 공급할 수 있어, 무정전 전원장치의 유지 보수시에도 연속적으로 직류 부하 및 교류 부하에 전압을 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 무정전 전원장치는 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기의 출력라인과 배터리의 출력라인이 서로 연결된 지점에 해당하는 공통노드에 직류안정화기의 입력단이 연결됨으로써 공통노드에 공급된 정류기의 출력 전압의 크기와 배터리의 출력 전압의 크기에 따라 정류기의 출력 전력과 배터리의 출력 전력 중 어느하나의 출력 전력이 직류안정화기로 공금됨에 따라 정전시 상용 교류전원으로부터 직류 전력을 생성하는 부품의 고장 시에도 고품질의 직류 전력을 지속적으로 직류 부하로 공급할 수 있다
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로해석되어야 할 것이다.
T1: 교류입력포트
T2: 교류출력포트
T3: 대체에너지원 입력포트
T4: 직류출력포트
Nc: 공통노드
120: 정류기
130: 인버터
140: 배터리
170: 컨버터
180: 직류안정화기
190: 제어기
S1~S6: 제1 내지 제6 스위치

Claims (13)

  1. 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력의 전압을 변압하는 입력변압기;
    상기 입력변압기에 의해 변압된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기;
    상기 정류기에 의해 변환된 직류 전력을 충전하는 배터리;
    상기 정류기에 의해 변환된 직류 전력 또는 상기 배터리로부터 방전되는 직류 전력 중 어느 하나의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터;
    상기 인버터에 의해 변환된 교류 전력의 전압을 변압하여 교류 부하에 공급하는 출력변압기; 및
    상기 배터리로부터 방전되는 직류 전력을 입력받아 일정한 전압을 갖는 직류 전력으로 변환하여 직류 부하로 출력하는 직류안정화기;
    상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력의 전압을 측정하는 제1 전압측정기;
    상기 배터리의 출력 전압을 측정하는 제2 전압측정기; 및
    상기 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기와 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기에 기초하여 상기 정류기의 동작과 상기 인버터의 동작을 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 정류기의 출력라인과 상기 배터리의 출력라인은 서로 연결되고, 상기 정류기의 출력라인과 상기 배터리의 출력라인이 서로 연결된 지점에 해당하는 공통노드는 상기 직류안정화기의 입력단에 연결됨으로써 상기 공통노드에 공급된 정류기의 출력 전압의 크기와 배터리의 출력 전압의 크기에 따라 상기 정류기의 출력 전력과 상기 배터리의 출력 전력 중 어느 하나의 출력 전력이 상기 직류안정화기로 공급되고,
    상기 제어기는 상기 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있고, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있음을 나타내는 정상 모드로 확인되면, 상기 정류기와 상기 인버터를 동작시킴으로써 상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력을 이용하여 상기 교류 부하로의 교류 전력 공급, 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급, 및 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있지 않고, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있음을 나타내는 배터리 모드로 확인되면, 상기 정류기를 정지시키고 상기 인버터를 동작시킴으로써 상기 배터리로부터 방전되는 직류 전력을 이용하여 상기 교류 부하로의 교류 전력 공급과 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 인버터의 동작시 출력 전압을 측정하는 제3 전압측정기;
    상기 상용 교류전원으로부터 교류 전력이 인입되는 교류입력포트와 상기 교류 부하에 공급될 교류 전력이 출력되는 교류출력포트를 연결하여 상기 교류입력포트에 인입된 교류 전력을 상기 교류출력포트로 바이패스시키는 바이패스 라인에 삽입됨으로써 상기 교류입력포트로 인입된 교류 전력의 상기 교류출력포트로의 바이패스를 허용하거나 차단하는 제1 스위치; 및
    상기 출력변압기의 출력단과 상기 교류출력포트 사이에 삽입되어 상기 출력변압기로부터 출력된 교류 전력의 교류 부하로의 공급을 허용하거나 차단하는 제2 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기에 기초하여 상기 정류기의 동작, 상기 인버터의 동작, 상기 제1 스위치의 온오프, 및 상기 제2 스위치의 온오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있지 않음을 나타내는 바이패스 모드로 확인되면, 상기 정류기를 동작시키고 상기 인버터를 정지시키고 상기 제1 스위치를 온시키고 상기 제2 스위치를 오프시킴으로써 상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력이 상기 교류출력포트로 바이패스되도록 함과 동시에 상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력을 이용하여 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급 및 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배터리의 출력단과 상기 공통노드 사이의 배터리의 출력라인의 일 지점과 상기 직류안정화기의 입력단 사이에 삽입되어 상기 배터리로부터 방전되는 직류 전력의 직류안정화기로의 공급을 허용하거나 차단하는 제3 스위치;
    상기 공통노드와 상기 직류안정화기의 입력단 사이에 삽입되어 상기 공통노드로부터 출력되는 직류 전력의 직류안정화기로의 공급을 허용하거나 차단하는 제4 스위치; 및
    상기 배터리의 출력단과 상기 공통노드 사이의 배터리의 출력라인의 일 지점과 상기 공통노드 사이에 삽입되어 상기 공통노드로부터 출력되는 직류 전력의 배터리로의 공급을 허용하거나 차단하는 제5 스위치를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기, 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기에 기초하여 상기 정류기의 동작, 상기 인버터의 동작, 상기 제1 스위치의 온오프, 상기 제2 스위치의 온오프, 상기 제3 스위치의 온오프, 상기 제4 스위치의 온오프, 및 상기 제5 스위치의 온오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 정상 모드, 상기 배터리 모드, 상기 바이패스 모드 중 어느 하나의 모드로 확인되면, 상기 제3 스위치를 오프시키고, 상기 제4 스위치, 및 상기 제5 스위치를 온시키는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 사용자로부터의 유지보수 모드로의 전환 명령의 입력이 확인되면, 상기 정류기와 상기 인버터를 정지시키고, 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치, 상기 제4 스위치, 및 상기 제5 스위치를 오프시킴으로써 상기 상용 교류전원으로부터 공급된 교류 전력이 상기 교류출력포트로 바이패스되도록 함과 동시에 상기 배터리의 출력단이 상기 직류안정화기의 입력단에 직결되도록 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    대체에너지원으로부터 공급된 교류 전력 또는 직류 전력을 상기 배터리의 충전 전압에 대응되는 전압을 갖는 직류 전력으로 변환하는 컨버터를 더 포함하고,
    상기 컨버터의 출력라인은 상기 공통노드에 연결됨으로써 상기 공통노드에 공급된 정류기의 출력 전압의 크기, 배터리의 출력 전압, 및 컨버터의 출력 전압의 크기에 따라 상기 정류기의 출력 전력, 상기 배터리의 출력 전력, 상기 컨버터의 출력 전력 중 어느 하나의 출력 전력이 상기 직류안정화기로 공급되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 대체에너지원으로부터 공급된 교류 전력 또는 직류 전력의 전압을 측정하는 제4 전압측정기;
    상기 컨버터의 출력단과 상기 공통노드 사이에 삽입되어 상기 컨버터로부터 출력되는 직류 전력의 공통노드로의 공급을 허용하거나 차단하는 제6 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기, 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기, 및 상기 제4 전압측정기의 측정 전압의 크기에 기초하여 상기 정류기, 상기 인버터 및 상기 컨버터의 동작 및 상기 제1 스위치의 온오프, 상기 제2 스위치의 온오프, 상기 제3 스위치의 온오프, 상기 제4 스위치의 온오프, 상기 제5 스위치의 온오프, 및 상기 제6 스위치의 온오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기는 제1 전압측정기의 측정 전압의 크기 및 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있지 않고, 상기 제3 전압측정기의 측정 전압의 크기 및 상기 제4 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상범위 내에 있음을 나타내는 대체에너지 단독모드로 확인되면, 상기 정류기를 정지시키고 상기 인버터 및 상기 컨버터를 동작시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치, 상기 제5 스위치를 오프시키고, 상기 제2 스위치, 상기 제4 스위치, 및 상기 제6 스위치를 온 시킴으로써 상기 대체에너지원으로부터 공급된 교류 또는 직류 전력을 이용하여 상기 교류 부하로의 교류 전력 공급, 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급, 및 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 배터리 모드 동작 중, 상기 제2 전압측정기의 측정 전압의 크기 및 제4 전압측정기의 측정 전압의 크기가 정상 전압범위 내에 있음을 나타내는 대체에너지 병용모드로 확인되면, 상기 정류기를 정지시키고 상기 인버터 및 컨버터를 동작시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치를 오프시키고, 상기 제2 스위치, 상기 제4 스위치, 상기 제5 스위치 및 상기 제6 스위치를 온 시킴으로써 상기 대체에너지원으로부터 공급된 교류 또는 직류 전력을 이용하여 상기 교류 부하로의 교류 전력 공급, 상기 직류 부하로의 직류 전력 공급, 및 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
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