KR19980015285A - 주파수 및 전압조절이 가능한 3상 정현파 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동차의 전원계통등에서와 같이 3상 정현파를 사용하는 장치를 시험하기 위해 3상 정현파( 3 phase sine wave signal)를 발생하는 장치에 관한 것으로, 주파수 조절용 가변저항(31); 상기 가변저항에 강하된 전압을 주파수로 변환하는 전압-주파수 변환기(32); 상기 전압-주파수 변환기의 출력에 따라 카운터클럭과 상선택신호를 발생하는 클럭발생부(33); 상기 클럭발생부의 카운터클럭에 따라 카운트하여 어드레스를 발생하는 어드레스발생수단; 3상 정현파에 대한 데이터를 미리 저장하고 있다가 상기 어드레스 발생수단이 출력하는 어드레스와 상기 상선택신호에 따라 해당 상의 정현파 데이터를 출력하는 롬(35); 전압조절용 가변저항(40); 상기 롬의 디지탈 출력을 상기 전압조절용 가변저항에 강하된 전압을 기준값으로 하여 아날로그신호로 변환함과 아울러 상기 상선택신호에 따라 출력하는 디지탈-아날로그 변환기(36); 상기 디지탈-아날로그 변환기가 출력하는 아날로그신호를 증폭하여 출력하는 증폭기(37∼39)로 구성되어 120°의 위상차를 갖는 U,V,W 3상 정현파를 발생한다.

Description

주파수 및 전압조절이 가능한 3상 정현파 발생기(A 3 phase sine wave signal generator being able to adjust frequency and voltage of the signal)

본 발명은 전동차의 전원계통등에서와 같이 3상 정현파를 사용하는 장치를 시험하기 위해 3상 정현파( 3 phase sine wave signal)를 발생하는 장치에 관한 것으로, 특히 간단한 회로구성으로 3상 정현파의 주파수와 전압을 조절할 수 있도록 된 3상 정현파 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동차의 VVVF 인버터 제어기와 같은 시스템에서는 3상 모터를 구동시키기 위한 3상 전원을 공급하는데, 이러한 전원공급장치들 및 제어장치들을 시험하기 위해서는 3상 정현파 신호를 필요로 한다.

즉, VVVF 인버터 제어기는 3상 모터를 구동시키기 위하여 3상 정현파를 출력하는데, 이 3상 정현파를 확인하기 위한 기능도 인버터 제어기 내에 가지고 있다. 따라서 인버터 제어기를 시험하기 위해서는 모터를 직접 연결하여 구동해 볼 수도 있으나 모터를 직접 구동하지 않고서 인버터 제어기를 시험하기 위해서는 3상 정현파신호를 발생하는 장치를 필요로 한다. 이때 3상 정현파는 120°의 위상차를 가지면서 전압과 주파수 조정이 가능해야 하므로 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 3대의 파형 발생기를 사용하여 3상 정현파를 발생하였다.

즉, 도 1을 참조하면 각 파형 발생기는 전압 조절단자와 주파수 조절단자를 가지고 있으며 트리거 출력과 신호출력포트가 구비되어 있는데, 제1 파형발생기(11-1)의 출력(output)포트를 제2 파형 발생기(11-2)의 트리거(Trigger)단으로 연결하고, 제2 파형 발생기(11-2)의 출력(output)단을 제3 파형발생기(11-3)의 출력(output)단으로 연결한 후 각 파형 발생기를 작동시키면 U,V,W 3상 정현파신호를 얻을 수 있다.

그런데 통상적으로 파형 발생기는 매우 고가의 장비이기 때문에 종래와 같이 3대의 파형 발생기를 사용할 경우에는 시험을 위해 3상 정현파를 만드는데 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다. 더욱이 3대의 파형 발생기를 사용하여 3상 파형을 발생할 경우에는 주파수와 전압을 조절하기 위해서는 3대의 파형발생기를 각각 조절해야 했기 때문에 사용이 불편하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 주파수 및 전압조정이 용이하고 단일의 장치로 3상 정현파를 발생할 수 있도록 된 3상 정현파 발생기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 주파수 조절용 가변저항; 상기 가변저항에 강하된 전압을 주파수로 변환하는 전압-주파수 변환기; 상기 전압-주파수변환기의 출력에 따라 카운터클럭과 상선택신호를 발생하는 클럭발생부; 상기 클럭발생부의 카운터클럭에 따라 카운트하여 어드레스를 발생하는 어드레스발생수단; 3상 정현파에 대한 데이터를 미리 저장하고 있다가 상기 어드레스발생수단이 출력하는 어드레스와 상기 상선택신호에 따라 해당 상의 정현파 데이터를 출력하는 롬; 전압조절용 가변저항; 상기 롬의 디지탈 출력을 상기 전압조절용 가변저항에 강한된 전압을 기준값으로 하여 아날로그신호로 변환함과 아울러 상기 상선택신호에 따라 출력하는 디지탈-아날로그 변환기; 상기 디지탈-아날로그 변환기가 출력하는 아날로그신호를 증폭하여 출력하는 복수개의 증폭기로 구성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 따라 구성된 3상 정현파 발생기는 롬에 3상 데이터를 미리 저장하고 있다가 주파수조절용 가변저항값에 따른 클럭을 카운트하여 생성된 어드레스에 따라 출력한 후 아날로그신호로 변환하여 출력하므로써 하나의 장치에서 3상을 생성할 수 있고, 주파수 및 전압 조절이 용이한 효과가 있다.

도 1은 3대의 파형 발생기를 이용하여 3상 정현파를 발생하는 예시도,

도 2는 일반적인 3상 정현파를 도시한 파형도,

도 3은 본 발명에 따른 3상 정현파 발생기를 도시한 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11-1∼11-3: 파형 발생기31,40: 가변저항

32: 전압-주파수 변환기33: 클럭발생부

34: 카운터35: 롬

36: 디지탈-아날로그 변환기37∼39: 증폭기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

전동차에서 VVVF 인버터 제어기와 같이 일반적으로 3상을 사용하는 장치를 시험하기 위해 필요로 하는 3상 정현파신호는 도 2에 도시된 바와 같이, 주파수 및 전압을 용이하게 조절할 수 있으며 상간에 120°의 위상차를 갖는 정현파신호이어야 한다. 이와 같은 3상 정형파신호는 U, V, W상 신호로 통상적으로 표기됨은 이미 알려진 바와 같다.

이러한 3상 정현파신호를 발생하기 위한 본 발명의 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 주파수 조절용 가변저항(31), 상기 가변저항에 강하된 전압을 주파수로 변환하는 전압-주파수(V-F) 변환기(32), 상기 전압-주파수 변환기(32)의 출력에 따라 카운터클럭(CLK)과 상선택신호(S0,S1)를 발생하는 클럭발생부(33), 상기 클럭발생부(33)의 카운터클럭에 따라 카운트하여 어드레스를 발생하는 어드레스 발생기(34), 3상 정현파에 대한 데이터를 미리 저장하고 있다가 상기 어드레스 발생기(34)가 출력하는 어드레스와 상기 상선택신호(S0,S1)에 따라 해당 상의 정현파 데이터를 출력하는 롬(35), 전압조절용 가변저항(40), 상기 롬의 디지탈 출력을 상기 전압조절용 가변저항의 전압을 기준값으로 하여 아날로그신호로 변환함과 아울러 상기 상선택신호(S0,S1)에 따라 출력하는 디지탈-아날로그 변환기(36), 상기 디지탈-아날로그 변환기(36)가 출력하는 아날로그신호를 증폭하여 출력하는 3개의 증폭기(37∼39)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 어드레스 발생기(34)는 바람직하게는 바이너리 카운터로 이루어지고, 상기 클럭발생부(33)는 2개의 J-K플립플롭(33-1,33-2)으로 이루어진다.

이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 3상 정현파 발생기의 동작을 자세히 설명한다.

사용자가 시험을 위해 3상 정현파의 주파수를 조절하고 싶으면 주파수 조절용 가변저항(31)을 조절하고, 3상 정현파의 전압 크기를 조절하고자 하면 전압 조절용 가변저항(40)을 조절한다. 전압-주파수 변환기(32)는 주파수 조절용 가변저항에 강하된 입력전압의 크기에 따라 해당 주파수의 신호를 출력하는데, 단일칩으로 시중에서 쉽게 구할 수 있다. 클럭발생부(33)는 K입력단자가 vcc(로직1)로 고정된 2개의 J-K 플립플롭(33-1,33-2)으로 구현되어 전압-주파수 변환기(32)의 출력을 입력받아 카운터클럭(CLK)과 상선택신호(S0,S1)를 발생한다. 이때 제 1 플립플롭(33-1)의 클럭단(CLK)으로는 상기 주파수-전압 변환기(32)의 출력이 입력되고, J입력단으로는 제 2 플립플롭(33-2)의 부출력(/Q)단이 연결되며, 제1 플립플롭(33-1)의 정출력(Q)은 제 2 플립플롭(33-2)의 J입력단으로 입력됨과 동시에 상선택신호(S0)로서 출력된다. 제 2 플립플롭(33-2)의 클럭(CLK)단으로도 상기 주파수-전압 변환기(32)의 출력이 입력되고, 정출력(Q)단으로는 카운터 클럭(CLK)이 출력됨과 아울러 상선택신호(S1)로서도 출력된다. 따라서 제 1 및 제 2 플립플롭(33-1,2)의 정출력(Q)은 상선택신호(S0,S1)가 되고, 제 2 플립플롭(33-2)의 정출력(Q)은 카운터 클럭(CLK)으로서도 사용된다.

카운터(34)는 제2 플립플롭(33-2)이 출력하는 카운터 클럭(CLK)에 따라 카운트하여 8비트의 바이너리신호를 어드레스로서 출력하고, 롬(35)은 미리 정현파 데이터를 저장하고 있다가 카운터의 출력(Q0∼Q7)과 선택신호(S0,S1)에 따라 해당 상의 8비트 정현파 데이터를 출력한다. 이때 카운터(34)의 Q0∼Q7출력은 롬(35)의 어드레스 A0~A7로 각각 연결되고, 클럭발생부(33)의 상선택신호(S0,S1)는 A8,A9로 연결된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 롬(35)에 저장된 정현파신호의 어드레스를 살펴보면 다음 표1과 같다.

A9,A8	A7∼A0	정현파 데이타
0,0	00H∼FFH	U상 데이타
0,1	00H∼FFH	V상 데이타
1,0	00H∼FFH	W상 데이타

상기 표 1에서와 같이 롬(35)에는 각 상별로 256개의 정현파 데이타가 서로 다른 어드레스영역에 저장되어 있는데, 예컨대, U상의 데이터는 000H부터 0FFH 어드레스영역에 저장되어 있고, V상의 데이터는 100H부터 1FFH 어드레스 영역에 저장되어 있으며, W상의 데이터는 200H부터 2FFH 어드레스 영역에 저장되어 있다.

따라서 클럭발생부(33)의 상선택신호(S0,S1)가 0일 때 롬(35)에 저장된 U 상의 데이터가 카운터의 출력 어드레스에 따라 출력되고, 클럭발생부의 상선택신호(S0,S1)가 1일 때 롬에 저장된 V 상의 데이터가 카운터의 출력 어드레스에 따라 출력되며, 클럭발생부의 상선택신호(S0,S1)가 10일때 롬에 저장된 W 상의 데이터가 카운터의 출력 어드레스에 따라 출력된다.

디지탈-아날로그 변환기(36)는 롬(35)이 출력하는 8비트 정현파 데이터를 입력받아 아날로그 신호로 변환한 후 상선택신호(S0,S1)에 따라 해당 상 증폭기(37∼39)로 출력한다. 즉, 상선택신호(S0,S1)가 0이면 U상의 데이터가 입력되므로 이를 아날로그신호로 변환한 후 U상 증폭기(37)로 출력하고, 1이면 V상의 데이터가 입력되므로 이를 아날로그신호로 변환한 후 V상 증폭기(38)로 출력하며, 10이면 W상의 데이터가 입력되므로 이를 아날로그신호로 변환한 후 W상 증폭기(39)로 출력한다. 이때 디지탈-아날로그 변환기(36)의 기준전압(Ref)단으로는 전압조절용 가변저항기(40)에서 강하된 전압이 입력되므로 이 입력전압의 크기에 따라 아날로그신호로 변환된 정현파 상 전압의 크기를 조절한다.

상증폭기(37∼39)는 디지탈-아날로그 변환기(36)의 출력전압을 적절히 증폭시켜 시험 대상장치가 요구하는 정격전압 크기를 제공할 수 있게 한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명에 따라 구성된 3상 정현파 발생기는 롬에 3상 데이터를 미리 저장하고 있다가 주파수조절용 가변저항값에 따른 클럭을 카운트하여 생성된 어드레스에 따라 해당 데이터를 출력한 후 아날로그신호로 변환하여 출력하므로써 하나의 장치에서 3상 정현파신호를 생성할 수 있고, 주파수 및 전압 조절이 용이한 효과가 있다. 또한 롬의 데이터를 변경하므로써 삼각파 및 구형파등과 같이 원하는 파형의 신호를 얻을 수 있으며, 유지보수를 위해 VVVF 인버터 제어기와 같은 장치를 시험할 경우에 고가의 파형 발생기를 필요로 하지 않으므로써 시험비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 주파수 조절용 가변저항(31); 상기 가변저항에 강하된 전압을 주파수로 변환하는 전압-주파수 변환기(32); 상기 전압-주파수 변환기의 출력에 따라 카운터클럭과 상선택신호를 발생하는 클럭발생부(33); 상기 클럭발생부의 카운터클럭에 따라 카운트하여 어드레스를 발생하는 어드레스발생수단; 3상 정현파에 대한 데이터를 미리 저장하고 있다가 상기 어드레스 발생수단이 출력하는 어드레스와 상기 상선택신호에 따라 해당 상의 정현파 데이터를 출력하는 롬(35); 전압조절용 가변저항(40); 상기 롬의 디지탈 출력을 상기 전압조절용 가변저항에 강하된 전압을 기준값으로 하여 아날로그신호로 변환함과 아울러 상기 상선택신호에 따라 출력하는 디지탈-아날로그 변환기(36); 상기 디지탈-아날로그 변환기가 출력하는 아날로그신호를 증폭하여 출력하는 증폭기(37∼39)로 구성된 주파수 및 전압조절이 가능한 3상 정현파 발생기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 어드레스발생기가 카운터(34)로 이루어진 것을 특징으로 하는 주파수 및 전압조절이 가능한 3상 정현파 발생기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 클럭발생부가 2개의 J-K 플립플롭(33-1,33-2)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 주파수 및 전압조절이 가능한 3상 정현파 발생기.