KR102606225B1 - 전원 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

전원 공급 시스템이 제공된다. 전원 공급 시스템은 제1 입력 교류 전원을 제공받아, 제1 직류 전원으로 변환하여 접속 노드로 출력하는 제1 정류기, 상기 접속 노드에 병렬 연결되는 하나 이상의 모터로, 상기 모터 각각은 상기 접속 노드로부터 제공받은 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 모터를 제어하는 인버터가 각각 연결된 모터 및 상기 제1 직류 전원의 공급 중단 또는 상기 모터의 과부하 발생 시 상기 접속 노드로 제2 직류 전원을 공급하는 보조 전원을 포함한다.

Description

전원 공급 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 전원 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 신뢰성있고 지속적인 동작이 요구되는 반도체 생산 설비에 안정적으로 전원을 공급하기 위하여, 상용 공급전원과 생산 설비 사이에 완충 장비로서 무정전 전원 공급 시스템(Uninterruptible Power Supply; UPS)가 설치되어 운용되고 있다. UPS는 전력 계통으로 공급된 교류 전원을 1차적으로 DC/AC 변환하여 직류 전원을 생성하고, 다시 인버터를 통해 AC/DC 변환하여 교류 전원의 형태로 출력할 수 있다.
한편, 반도체 제조 설비 중 모터제어용 인버터를 이용하여 교류 전원을 공급받는 부하는, UPS가 제공한 교류 전원의 전압 및 주파수를 변경하기 위하여 AC/DC 변환 및 DC/AC 변환을 수행할 필요가 있다. 따라서, 전원 변환 단계가 증가함에 따라 전력 변환 효율 저하 및 증가된 전력 변환 장치들로 인한 유지 보수 부담 증가 등의 문제가 발생하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전력 변환 단계를 감소시켜 전력 변환 휴율을 증가시키고 유지 보수 부담을 감소시킨 전원 공급 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 입력 교류 전원을 제공받아, 제1 직류 전원으로 변환하여 접속 노드로 출력하는 제1 정류기, 상기 접속 노드에 병렬 연결되는 하나 이상의 모터로, 상기 모터 각각은 상기 접속 노드로부터 제공받은 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 모터를 제어하는 인버터가 각각 연결된 모터 및 상기 제1 직류 전원의 공급 중단 또는 상기 모터의 과부하 발생 시 상기 접속 노드로 제2 직류 전원을 공급하는 보조 전원을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 입력 교류 전원을 제공받아, 제1 직류 전원으로 변환하여 접속 노드로 출력하는 제1 정류기, 상기 접속 노드와 초퍼를 통해 연결되는 배터리를 포함하고, 상기 접속 노드로 제2 직류 전원을 공급하는 보조 전원, 상기 접속 노드에 병렬 연결되는 하나 이상의 모터로, 상기 모터 각각은 상기 접속 노드와 인버터를 통해 연결되는 모터 및 상기 제1 정류기 및 상기 초퍼를 제어하여 상기 제1 및 제2 직류 전원의 상기 접속 노드로의 제공 여부를 결정하고, 상기 인버터의 출력 전압 및 주파수를 제어하는 컨트롤러을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 전원 공급 시스템의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 시스템(1)은 제1 정류기(10), 제2 정류기(11), 보조 전원(20), 접속 노드(N1)에 병렬 연결된 하나 이상의 부하(30) 및 전원 소스(45)를 포함할 수 있다.
제1 정류기(10)는, 입력 교류 전원(50)으로부터 제공받은 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여, 접속 노드(N1)로 공급할 수 있다. 제1 정류기(10)는 예를 들어, PWM(Pulse-Width Modulated) 또는 사이리스터(thyristor) 정류기를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
정류기(10)의 일단에 연결된 제1 스위치(S1)는, 단락되어 변압기(100)로부터 제공되는 교류 전원을 정류기(10)로 전달할 수 있다. 또한 변압기(100) 또는 정류기(10)의 동작 이상 등으로 인해 접속 노드(N1)에 직류 전원을 제공하지 못하는 경우, 개방되어 정류기(10)로 교류 전원이 제공되는 것을 차단할 수 있다.
보조 전원(20)은 초퍼(21)와 배터리(22)를 포함할 수 있다. 초퍼(21)는 DC/DC 컨버터로, 배터리(22)로부터 제공되는 제2 직류 전원을 접속 노드(N1)의 전압 레벨에 맞게 변압하거나, 접속 노드(N1)로 제공된 직류 전원의 전압 레벨을 변압하여 배터리(22)를 충전하기 위한 제3 직류 전원을 제공할 수 있다.
배터리(22)는 초퍼(21)의 일단에 연결되어, 모터(30)에 공급하기 위한 전력을 제공할 수 있다. 배터리(22)는 예를 들어, 리튬 이온 배터리가 포함된 배터리 셀들의 그룹을 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 배터리(22)는 ESS(Energy Storage System)에서 에너지 저장 장치로서 포함될 수 있다.
입력 교류 전원(50)으로부터 교류 전원의 제공이 중단되거나, 변압기(100) 또는 제1 정류기(10)의 동작에 이상이 발생하여 접속 노드(N1)로 제1 직류 전원의 공급이 중단되는 경우, 보조 전원(20)은 접속 노드(N1)로 제2 직류 전원을 공급할 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)가 모두 가동되어 모터(30)에 과부하가 발생하는 경우, 제1 정류기(10)가 발생하는 제1 직류 전원 만으로는 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)의 구동시키기에 충분한 전력을 공급하지 못할 수도 있다. 이 경우에도 보조 전원(20)은 접속 노드(N1)로 제2 직류 전원을 공급할 수 있다. 보조 전원(20)의 자세한 동작에 관하여는 이후 도 2 내지 도 5를 이용하여 더욱 자세하게 설명한다.
제2 정류기(11)는 제1 정류기 및 보조 전원(20)으로부터의 직류 전원 공급이 중단되는 경우 제2 입력 교류 전원(60)으로부터 교류 전원을 제공받아 직류 전원으로 변환하여 접속 노드(N1)로 출력할 수 있다.
접속 노드(N1)에는, 제1 정류기(10), 제2 정류기(11) 및 보조 전원(20) 이외에도 하나 이상의 모터(30)가 인버터(INV1~INV3), 스위치(S2~S4) 및 ATS(Automatic Transfer Switch, 31)를 통해 연결될 수 있다. 모터(30)는 예를 들어, 제1 회전수로 회전하는 제1 모터(30_1), 제2 회전수로 회전하는 제2 모터(30_1) 및 제3 회전수로 회전하는 제3 모터(30_3)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 회전수는 서로 다를 수 있다.
제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)를 제1 내지 제3 회전수로 회전시키기 위해, 제1 내지 제3 인버터는 제1 내지 제3 주파수의 교류 전력을 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)에 각각 제공할 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 인버터(INV1~INV3)는 접속 노드(N1)에 제공되는 제1 또는 제2 직류 전원을 제1 내지 제3 주파수의 교류 전원으로 DC/AC 변환하여 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)에 제공할 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)의 동작을 중지하거나, 회전수가 감소하는 경우, 즉 회생 제동에 의하여 유도 기전력이 발생한 경우, 제1 내지 제3 인버터(INV1~INV3)는 이를 AC/DC 변환하여 접속 노드(N1)에 제3 직류 전원으로 제공할 수 있다.
비록, 자세히 도시되지는 않았지만 입력 교류 전원(50)으로부터 변압기(100)를 거쳐 정류기(10)에 제공되는 교류 전원은 3상이고, 따라서 입력 교류 전원(50)과 정류기(10) 사이의 회로 또한 3상 회로 구조를 가질 수 있다.
ATS(31)는 인버터(INV1~INV3)로부터 공급되는 직류 전원의 전압이 기준치 이하로 떨어지는 경우 예비 전원으로 자동적으로 전환하여 모터(30)에 일정한 전압의 전원을 공급할 수 있다.
전원 소스(45)는 제1 전원 소스(50) 및 제2 전원 소스(60)로부터 공급되는 전력과는 별도로, 전력을 생산하여 접속 노드(N1)로 공급할 수 있다. 전원 소스(45)의 일 예로, 태양열 또는 풍력 발전 등의 신재생 에너지(new & renewable source of energy)가 포함될 수 있다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2를 참고하면, 입력 교류 전원(50)으로부터 제공된 교류 전원(AC1)이 변압기(100)에 의하여 변압되어 정류기(10)에 제공된다. 이는 입력 교류 전원(50), 변압기(100) 및 정류기(10)에 상태 이상 또는 동작 이상이 발생되지 않은 경우로, 교류 전원(AC1)은 단락된 스위치(S1)를 통해 정류기(10)에 전달되고, 정류기(10)는 교류 전원(AC1)을 제1 직류 전원(DC1)으로 변환하여 접속 노드(N1)에 출력한다.
접속 노드(N1)에 제공된 제1 직류 전원(DC1)은 교류 전원으로 변환되어 모터(30)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 모터(30_1, 30_2)의 기동이 필요한 경우, 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3) 만이 단락되고, 제1 직류 전원(DC1)은 제1 및 제2 인버터(INV1, INV2)에만 제공될 수 있다. 제1 및 제2 인버터(INV1, INV2)는 각각 제공받은 제1 직류 전원의 일부(DC1_1, DC1_2)를 교류 전원(AC2_1, AC2_2)으로 변환하여, 제1 및 제2 모터(30_1, 30_2)에 제공할 수 있다.
이 때, 정류기(10)로부터의 제1 직류 전원(DC1)의 제공이 정상적이고, 모터(30)에 과부하가 발생하지 않기 때문에, 보조 전원(20) 및 제2 정류기(11)로부터 접속 노드(N1)에 제공되는 직류 전원은 존재하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 시스템(1)은, 입력 교류 전원(50)으로부터 제공받은 교류 전원을, 정류기(10)에 의해 1차적으로 AC/DC 변환을 수행한 후, 변환된 제1 직류 전원(DC1)을 직류로서 접속 노드(N1) 상에 전달한다. 또한, 모터(30)는 접속 노드(N1)에 제공된 제1 직류 전원(DC1)이 인버터(INV1~INV3)에 의하여 DC/AC 변환된 교류 전원을 제공받을 수 있다. 따라서, 입력 교류 전원(50)으로 제공되는 교류 전원(AC1)을 전압 및 주파수 변환을 통해 모터(30_1, 30_2)에 제공하기 위하여 한 번의 AC/DC 변환 및 DC/AC 변환 만을 필요로 한다.
따라서, 여러 차례 반복되는 AC/DC 및 DC/AC 변환에 의한 전력 효율 손실을 감소할 수 있다. 한편, AC/DC 및 DC/AC 변환에 필요한 회로 소자가 중복되어 배치될 필요가 없기 때문에, 설치 면적 및 비용을 감소시킬 수 있고, 유지 보수가 용이할 수 있다.
도 3을 참고하면, 입력 교류 전원(50), 변압기(100) 및 정류기(10)에 상태 이상 또는 동작 이상으로 인해, 접속 노드(N1)로 제1 직류 전원(도2의 DC1)이 제공되지 않을 수 있다.
이 경우에도 모터(30)가 지속적으로 구동되어야 하므로, 보조 전원(20)으로부터 접속 노드(N1)로 제2 직류 전원(DC2)이 제공되고, 제1 및 제2 인버터(INV1, INV2)는 제2 직류 전원의 일부(DC2_1, DC2_2)를 각각 제공받는다.
따라서 제1 내지 제2 모터(30_1, 30_2)는 전원 공급의 중단 없이 인버터(INV1, INV2)에 의하여 변환된 교류 전원(AC2_1, AC2_2)을 제공받아 구동될 수 있다.
한편, 보조 전원(20)으로부터 접속 노드(N1)에 제공되는 제2 직류 전원(DC2)는, 직류 전원의 형태로 인버터(INV1~INV3)까지 전송될 수 있다. 따라서 전송을 위해 DC/AC 변환이 필요하지 않아 정류기(10)의 제1 직류 전원(DC1) 제공 중단 시 빠르게 제2 직류 전원(DC2)을 접속 노드(N1)로 제공할 수 있다.
도 4를 참고하면, 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)이 모두 구동되면서, 모터(30)에 과부하가 발생할 수 있다. 이 경우, 제1 정류기(10)에 의해 제공되는 제1 직류 전원(DC1)만으로는 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)가 필요한 전력을 충당하지 못할 수도 있다.
따라서, 배터리(22)에 충전된 전력을 이용하여, 보조 전원(20)은 접속 노드(20)에 제2 직류 전원(DC2)를 제공할 수 있다. 제1 직류 전원(DC1)과 제1 직류 전원(DC2)의 합(DC3)은 각각 제1 내지 제3 인버터(INV1~INV3)로 전송되고, DC/AC 변환을 통해 생성된 교류 전원(AC2_1~AC2_3)dl 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)로 각각 전송될 수 있다.
이 경우에도 마찬가지로, 정류기(10)가 제공하는 제1 직류 전원(DC1)과, 보조 전원(20)이 제공하는 제2 직류 전원(DC2)은 인버터(INV1~INV2)로의 전송을 위해서 별도의 DC/AC 변환을 거치지 않아도 되므로 DC/AC 전력 변환으로 인한 전력 손실을 감소시킬 수 있다.
도 5를 참고하면, 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)의 회전 중단 또는 회전 수 감소로 인한 회생 제동(regenerative braking)에 의하여 발생한 유도 기전력이, 제1 내지 제3 회생 제동 에너지(RE1~RE3)로서 제1 내지 제3 인버터(INV1~INV3)에 각각 전송된다. 제1 내지 제3 인버터(INV1~INV3)는 제공받은 제1 내지 제3 회생 제동 에너지(RE1~RE3)를 각각 AC/DC 변환하여 생성한 제3 직류 전원(DC4)을 접속 노드(N1)에 제공한다.
제3 직류 전원(DC4)은 우선 배터리(22)를 충전시키도록 보조 전원(20)에 제공될 수 있다. 즉, 제3 직류 전원은 초퍼(21)에 공급되어 배터리(22)의 충전 전압으로 승압 또는 강압되어 배터리(20)를 충전한다.
만약 배터리(20)의 충전이 완료되는 경우, 제3 직류 전원(DC4)은 정류기(10)를 통해 DC/AC 변환되어 교류 전원(AC3)의 형태로, 입력 교류 전원(50)에 제공될 수 있다. 입력 교류 전원(50)에 제공된 교류 전원(AC3)은 전원 계통으로 환원될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 시스템에 따르면, 제1 내지 제3 모터(30_1)에 의해 생성된 회생 제동 에너지(RE1~RE3)은 인버터(INV1~INV3)를 통해 AC/DC 변환된 후, 접속 노드(N1)로 직류 전송될 수 있다. 즉, 회생 제동 에너지(RE1~RE3)를 접속 노드(N1)로 교류 전송하기 위하여 전압 및 주파수 변환을 거칠 필요가 없으므로, 모터(30)의 회생 제동으로 발생한 에너지의 전력 전송 효율 및 배터리(20)의 충전 효율이 상승할 수 있다.
모터(30)의 회생 제동과는 별도로, 전원 소스(45)로부터 생성된 전력이 접속 노드(N1)로 제공될 수도 있다. 전원 소스(45)로부터 생성된 직류 전원이 접속 노드(N1)로 제공되고, 전원 공급 시스템(1)은 이를 보조 전원(20)에 전송하거나 제1 정류기(10)를 거쳐 입력 교류 전원(50)으로 전달할 수도 있다.
도 6을 참고하면, 제2 정류기(11)는 제1 정류기(10) 및 보조 전원(20)으로부터의 직류 전원 공급이 중단되는 경우 제2 입력 교류 전원(60)으로부터 교류 전원(AC4)을 제공받아 제5 직류 전원(DC5)을 접속 노드(N1)로 출력할 수 있다.
즉, 제1 정류기(10)로부터 직류 전원 공급이 중단되면, 1차적으로 보조 전원(20)으로부터의 직류 전원 공급이 개시된다. 그러나, 충전된 전력을 출력하는 보조 전원(20)은, 배터리 셀의 용량 한계로 인해 모터(30)를 구동하기에 필요한 전력을 공급할 수 있는 시간이 길지 않을 수 있다.
따라서, 제1 정류기(10) 및 보조 전원(20)으로부터의 직류 전원의 공급이 중단되면, 스위치(S5)가 단락되고 제2 정류기(11)의 AC/DC 변환을 통해 제5 직류 전원(DC5)이 접속 노드(N1)로 제공될 수 있다. 제2 정류기(20)에 의해 접속 노드(N1)로 제공되는 제5 직류 전원(DC5) 또한 인버터(INV1~INV3)으로의 전송을 위해 DC/AC 변환될 필요가 없으므로, 전력 전송 효율이 상승할 수 있다.
제2 정류기(11)는 제1 정류기(10)와 서로 다른 구성을 포함할 수 있다. 즉, 제2 정류기(11)는 제1 정류기(10)에 비하여 구동 시간이 길지 않은 제2 정류기(11)의 특성을 고려한 구성을 포함할 수 있다.
비록, 자세히 도시되지는 않았지만 제2 입력 교류 전원(60)으로부터 제2 변압기(110)를 거쳐 제2 정류기(11)에 제공되는 교류 전원은 3상이고, 따라서 제2 입력 교류 전원(60)과 정류기(11) 사이의 회로 또한 3상 회로 구조를 가질 수 있다.
한편, 제2 입력 교류 전원(60)으로부터 제공된 교류 전력은 제1 정류기(10)를 통해서 교류 직류 변환되어 접속 노드(N1)로 제공될 수도 있다. 즉, 제1 변압기(100)의 동작 이상이 발생하였으나 제1 정류기(10)의 동작에는 문제가 없는 경우, 제2 변압기(100)로부터 공급된 교류 전력이 단락된 스위치들(SW, S1)을 통해 제1 정류기(10)로 입력되고, 접속 노드(N1)로 제공될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템(2)은, 접속 노드(N1)에 추가적으로 접속되는 제1 및 제2 부하(L1, L2)와, 제1 및 제2 부하(L1, L2)에 직류 전원 또는 교류 전원을 공급하는 초퍼 또는 인버터(121, 122)와, 제1 및 제2 정류기(10, 11), 보조 전원(20), 모터(30), 제1 및 제2 부하(L1, L2)를 제어하는 컨트롤러(150)를 더 포함할 수 있다.
접속 노드(N1)에 추가적으로 접속되는 제1 및 제2 부하(L1, L2)는 직류 또는 교류 전원을 공급받는 전기 장치일 수 있다. 이하 제1 부하(L1)는 교류 전원을 공급받고, 제2 부하(L2)는 직류 전원을 공급받는 것으로 전제하여 설명하나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 부하(L1)는 예를 들어, 교류 전원을 공급받아 구동되는 조명 장치일 수 있다. 제1 부하(L1)가 모터인 경우, 제1 부하(L1)과 접속 노드(N1) 사이에는 제5 스위치(S5)와 인버터(121)가 연결될 수 있다. 인버터(121)는 접속 노드(N1)로부터 직류 전원을 공급받아, 교류 전원으로 변환하여 제1 부하(L1)에 공급할 수 있다. 여기서, 제1 부하(L1)에 공급되는 교류 전원의 주파수가 모터(30)에 공급되는 주파수와 다를 수 있음은 물론이다.
제2 부하(L2)는 예를 들어, 직류 전원을 공급받아 구동되는 전자 장치일 수 있다. 제2 부하(L2)가 직류 전원으로 구동되는 컴퓨터인 경우, 제2 부하(L2)와 접속 노드(N1) 사이에는 제6 스위치(S6)와 초퍼(122)가 연결될 수 있다. 초퍼(122)는 접속 노드(N1)로부터 직류 전원을 공급받아, 직류 전원의 크기를 변환하여 제2 부하(L2)로 제공할 수 있다.
한편, 컨트롤러(150)는 접속 노드(N1)로 직류 전원을 공급하는 제1, 제2 정류기(10, 11) 및 보조 전원(20)을 제어하는 제1 컨트롤러(151)와, 접속 노드(N1)에 병렬 접속되는 하나 이상의 모터(30)에 연결되는 인버터(35), 제1 및 부하(L1)에 교류 전원을 공급하는 인버터(121) 및 제2 부하(L2)에 직류 전원을 공급하는 초퍼(122)를 제어하는 제2 컨트롤러(152)를 포함할 수 있다.
제1 컨트롤러(151)는 제1 정류기 제어신호(REC1)를 이용하여 제1 정류기(REC1)를 제어할 수 있다. 제1 컨트롤러(151)는 제1 입력 교류 전원(50)의 정상 공급 여부 및 제1 변압기(100)의 정상 동작 여부를 모니터링하고, 제1 정류기(REC1)의 AC/DC 변환 동작 여부를 결정한다. 즉, 제1 입력 교류 전원(50)의 문제 또는 제1 변압기(100)의 문제로 인하여 입력 교류 전원이 제공되지 않는 경우, 제1 스위치(S1)를 개방시켜 제1 변압기(100)와 제1 정류기(10) 사이의 전기적 연결을 절단시키고, 제1 정류기(10)의 동작을 중지할 수 있다.
한편, 제1 컨트롤러(151)는 초퍼 제어 신호(CHOP_CON)와 배터리 제어 신호(CON)를 이용하여 보조 전원(20)을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 컨트롤러(151)는 초퍼 제어 신호(CHOP_CON)을 이용하여 배터리에 충전된 전압을 변환하여 접속 노드(N1)에 제공할 수 있다. 또한, 제1 컨트롤러(151)는 배터리 제어 신호(BAT_CON)을 이용하여 배터리 충전 및 방전, 및 회생 제동 에너지 흡수 동작을 제어하는 한편, 배터리(22)의 전압 및 전류 레벨을 모니터링할 수 있다.
제1 정류기(10)에 의한 AC/DC 변환 동작이 수행되지 않는 경우, 제1 컨트롤러(151)는 배터리 제어 신호(BAT_CON)을 이용하여 배터리(22)로부터 제2 직류 전원(도 3의 DC2)을 접속 노드(N1)로 제공한다. 이 때, 제1 컨트롤러(151)는 초퍼 제어 신호(CHOP_CON)를 이용하여 초퍼(21)를 제어함으로써 배터리(22)로부터 제공된 직류 전원의 전압을 변환하여 제2 직류 전원(DC2)를 생성할 수 있다.
한편, 충전되었던 배터리(22)의 전압 레벨의 모니터링 결과, 배터리(22)의 전압 레벨이 일정 수준 이하로 하강할 경우, 제1 컨트롤러(151)는 제2 정류기(11) 및 제5 스위치(S5)를 제어하여 제2 입력 교류 전원(60)으로부터 제2 교류 전원을 변환하여 접속 노드(N1)로 제공한다. 이와 동시에 초퍼 제어 신호(CHOP_CON)와 배터리 제어 신호(BAT_CON)를 이용하여 보조 전원(20)으로부터의 제2 직류 전원의 공급을 중단할 수 있다.
제2 컨트롤러(152)는 모터 제어 신호(MOT_CON)을 이용하여 인버터(35)를 제어하고, 인버터(35)가 DC/AC 변환하여 모터(30)에 제공하는 교류 전원의 전압의 크기 및 주파수를 결정할 수 있다. 모터 제어 신호(MOT_CON)에 따라, 제1 내지 제3 인버터(INV1~INV3)가 DC/AC 변환하여 모터(30)에 제공하는 교류 전원의 전압의 크기 및 주파수는 각각 다를 수 있다. 또한, 제2 컨트롤러(152)는 제1 인버터(INV1)가 제1 시점에서 r1의 주파수의 교류 전원을 출력하고, 제2 시점에서 r2의 교류 전원을 출력하도록 제어할 수도 있다.
한편, 제2 컨트롤러(152)는 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)의 제1 내지 제3 모터(30_1~30_3)의 동작을 중지하거나, 회전수가 감소하는 경우, 즉 회생 제동에 의하여 유도 기전력이 발생한 경우에, 제1 내지 제3 인버터(INV1~INV3)를 제어하여 발생한 유도 기전력에 의한 교류 전원을 AC/DC 변환하여 접속 노드(N1)에 제3 직류 전원으로 제공할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템(3)은 복수의 직류 전원 공급 시스템(15_1~15_3)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 직류 전원 공급 시스템(15_1~15_3)은 각각 제1 변압기(100)에 연결된 제1 정류기(10_1~10_3)와, 제2 변압기(110)에 연결된 제2 정류기(11_1~11_3) 및 보조 전원들(20_1~20_3)을 포함할 수 있다.
각각의 직류 전원 공급 시스템(15_1~15_3)은 내부의 제1 정류기(10_1~10_3), 제2 정류기(11_1~11_3) 또는 보조 전원들(20_1~20_3)로부터 직류 전원을 각각의 접속 노드(N1_1~N1_3)에 공급할 수 있다.
즉, 앞서의 실시예에 따른 전원 공급 시스템(1, 2)들이 제1 정류기(10), 제2 정류기(11) 및 보조 전원(20)으로 구성된 하나의 직류 전원 공급 시스템 만을 포함한 반면, 본 실시예에서는 병렬로 연결된 직류 전원 공급 시스템(15_1~15_3)들을 포함할 수 있다.
제1 직류 전원 공급 시스템(15_1)과 제2 직류 전원 공급 시스템(15_2)은 동시에 모터(30)로 직류 전원을 공급할 수 있다. 즉, 스위치(S1_1, S1_2)가 단락됨으로써, 병렬로 연결된 직류 전원 공급 시스템 내 제1 정류기(10_1, 10_2)에서 동시에 모터(30)로 직류 전원을 공급할 수 있다.
이 때, 제3 직류 전원 시스템(15_3)은 다른 직류 전원 시스템들(15_1~15_2)과는 다르게 동작할 수 있다. 즉, 제3 직류 전원 시스템(15_3)은 제1 및 제2 직류 전원 시스템(15_1, 15_2)과는 동시에 동작하지 않고, 제1 및 제2 직류 전원 시스템(15_1, 15_2)의 동작이 정지된 경우에만 동작하여 모터(30)로 전력을 공급할 수 있다.
도 8에 도시된 전원 공급 시스템은 예시적인 것이며, 전원 공급 시스템(3)은 예를 들어, n개의 직류 전원 시스템이 동시에 동작하고, 나머지 하나의 직류 전원 시스템이 예비적으로 동작하는 n+1개의 직류 전원 시스템을 포함할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템(4)은 도 8에 도시된 전원 공급 시스템(3)이 포함하는 제3 직류 전원 시스템(15_1) 대신에, 제1 변압기(100)에 연결된 비상 정류기(16)를 포함할 수 있다.
비상 정류기(16)는, 도 8의 제3 직류 전원 공급 시스템(15_3)과 유사하게 동작할 수 있다. 즉, 일반적으로 제1 및 제2 직류 전원 시스템(15_1, 15_2)이 동시에 동작하고, 비상 정류기(16)는 제1 및 제2 직류 전원 시스템(15_1, 15_2)과는 동시에 동작하지 않을 수 있다. 비상 정류기(16)는 제1 및 제2 직류 전원 시스템(15_1, 15_2)이 동작을 정지한 경우에만 제1 입력 교류 전원(50)으로부터 교류 전원을 공급받아 모터(30)로 전력을 공급할 수 있다.
이러한 관점에서, 비상 정류기(16)는 제1 및 제2 직류 전원 시스템(15_1, 15_2)에 포함된 정류기(10_1~10_2, 11_1~11_2)보다 큰 용량의 직류 전원을 공급할 수 있다.
도 8의 전원 공급 시스템(4)과 마찬가지로, 도 9의 전원 공급 시스템(5)은 2개 이상의 직류 전원 시스템을 포함할 수도 있다. 전원 공급 시스템(5)은 n개의 제1 입력 교류 전원(50)과 제2 입력 교류 전원(60)에 직류 전원 시스템이 각각 병렬로 연결되고, 비상 정류기(16)가 제1 입력 교류 전원(50)과 연결되는 구성을 가질 수도 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템(5)은 ATS(31)에 연결된 제3 입력 교류 전원(70)과 제3 변압기(120)를 포함할 수 있다.
즉, 어떠한 이유에 의하여 인버터들(INV1~INV3)로부터 입력되는 교류 전원의 전압이 모터들(30_1~30_3)가 요구하는 전압에 이르지 못하는 경우 모터들(30_1~30_3)이 정상적으로 동작하지 않을 수 있다. 이 때, ATS(31)는 인버터(INV1~INV3)와 모터(30_1~30_3) 간의 연결을 끊고, 예비 전원으로서 연결된 제3 입력 교류 전원(70)으로부터 전원을 공급받아 모터(30_1~30_3)에 공급할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 11: 정류기 20: 보조 전원
21: 초퍼 22: 배터리
30: 모터 INV1~INV3: 인버터
50: 입력 교류 전원

Claims (10)

  1. 제1 입력 교류 전원을 제공받아, 제1 직류 전원으로 변환하여 제1 스위치를 통해 접속 노드로 출력하는 제1 정류기;
    상기 접속 노드에 병렬 연결되는 하나 이상의 모터로, 상기 모터 각각은 상기 접속 노드로부터 제공받은 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 모터를 제어하는 인버터가 각각 연결된 모터;
    상기 제1 직류 전원의 공급 중단 또는 상기 모터의 과부하 발생 시 상기 접속 노드로 제2 직류 전원을 공급하는 보조 전원;
    상기 제1 정류기 및 상기 보조 전원을 제어하는 제1 컨트롤러; 및
    상기 인버터를 제어하는 제2 컨트롤러를 포함하고,
    상기 제1 컨트롤러는,
    제1 제어 신호를 이용하여 상기 제1 정류기의 동작 여부를 결정하고, 상기 제1 입력 교류 전원이 제공되지 않는 경우, 상기 제1 스위치를 개방하여 상기 제1 정류기의 동작을 중지하도록 제어하고,
    제2 제어 신호를 이용하여 상기 보조 전원이 상기 제2 직류 전원을 상기 접속 노드로 제공하도록 제어하고,
    상기 제2 컨트롤러는,
    제3 제어 신호를 이용하여 상기 인버터가 상기 모터에 제공하는 전압의 크기 및 주파수를 결정하는 전원 공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 전원은,
    전력이 충전되는 배터리, 및
    상기 접속 노드에 제공되는 전원을 제공받아 상기 제1 직류 전원의 전압을 목표 전압으로 변환하여 상기 배터리에 제공하거나, 상기 배터리가 제공하는 상기 제2 직류 전원의 출력 전압을 상기 접속 노드의 출력 전압으로 변환하여 상기 접속 노드로 출력하는 초퍼(chopper)를 포함하는 전원 공급 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 모터는 회생 제동에 의해 발생한 유도 기전력을 상기 인버터를 통해 제3 직류 전원으로 변환하여 상기 접속 노드에 공급하는 전원 공급 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제3 직류 전원은 상기 초퍼에 공급되어 상기 배터리를 충전하고,
    상기 배터리의 충전이 완료된 경우 상기 제1 정류기를 통해 상기 입력 교류 전원으로 출력되는 전원 공급 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 접속 노드와 연결되고, 제2 입력 교류 전원이 제공되는 제2 정류기를 더 포함하되,
    상기 제2 정류기는, 상기 제1 직류 전원 및 상기 제2 직류 전원의 공급 중단 발생 시, 상기 제2 입력 교류 전원을 제3 직류 전원으로 변환하여 상기 접속 노드에 제공하는 전원 공급 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 인버터와 상기 모터 사이에 연결된 ATS(Automatic Transfer Switch)를 더 포함하고,
    상기 ATS는 상기 인버터의 이상 동작시에 제3 입력 교류 전원으로부터 교류 전원을 공급받아 상기 모터에 공급하는 전원 공급 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 모터는 제1 회전수로 회전하는 제1 모터와, 제1 회전수와는 다른 제2 회전수로 회전하는 제2 모터를 포함하고,
    상기 인버터는 상기 제1 모터에 접속되어 제1 주파수의 교류 전원을 제공하는 제1 인버터와, 상기 제2 모터에 접속되어 상기 제1 주파수와는 다른 제2 주파수의 교류 전원을 제공하는 제2 인버터를 포함하는 전원 공급 시스템.
  8. 입력 교류 전원을 제공받아, 제1 직류 전원으로 변환하여 제1 스위치를 통해 접속 노드로 출력하는 제1 정류기;
    상기 접속 노드와 초퍼를 통해 연결되는 배터리를 포함하고, 상기 접속 노드로 제2 직류 전원을 공급하는 보조 전원;
    상기 접속 노드에 병렬 연결되는 하나 이상의 모터로, 상기 모터 각각은 상기 접속 노드와 인버터를 통해 연결되는 모터; 및
    상기 제1 정류기 및 상기 초퍼를 제어하여 상기 제1 직류 전원의 상기 접속 노드로의 공급이 중단되는 경우 상기 제2 직류 전원의 상기 접속 노드로의 제공 여부를 결정하고, 상기 인버터의 출력 전압 및 주파수를 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    제1 제어 신호를 이용하여 상기 제1 정류기의 동작 여부를 결정하고, 상기 입력 교류 전원이 제공되지 않는 경우, 상기 제1 스위치를 개방하여 상기 제1 정류기의 동작을 중지하도록 제어하고,
    제2 제어 신호를 이용하여 상기 초퍼를 제어함으로써 상기 배터리로부터 제공된 상기 제2 직류 전원을 상기 접속 노드로 제공하도록 제어하고,
    제3 제어 신호를 이용하여 상기 인버터가 상기 모터에 제공하는 전압의 크기 및 주파수를 결정하는 전원 공급 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 모터는 제1 모터와 제2 모터를 포함하고,
    상기 인버터는 상기 제1 모터와 연결되는 제1 인버터와 상기 제2 모터와 연결되는 제2 인버터를 포함하되,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 인버터가 제1 주파수의 교류 전원을 제공하여 상기 제1 모터가 제1 주파수로 회전하고,
    상기 제2 인버터가 제2 주파수의 교류 전원을 제공하여 상기 제2 모터가 제2 회전수로 회전하도록 제어하는 전원 공급 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 접속 노드에 연결되는 제2 정류기를 더 포함하되,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 정류기 및 상기 보조 전원으로부터 제1 및 제2 직류 전원이 제공되지 않는 경우에 상기 제2 정류기를 제어하여 제3 직류 전원을 상기 접속 노드에 제공하는 전원 공급 시스템.
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