KR20020021740A

KR20020021740A - 직렬 연결형 다이오드 정류기 회로

Info

Publication number: KR20020021740A
Application number: KR1020000054472A
Authority: KR
Inventors: 우병옥
Original assignee: 이종수; 엘지산전 주식회사
Priority date: 2000-09-16
Filing date: 2000-09-16
Publication date: 2002-03-22

Abstract

본 발명은 직렬 연결형 다이오드 정류기 회로에 관한 것으로, 직렬 연결 다이오드 정류기는 단독 운전되는 정류기에 비해 입력 전류 고조파가 감소되긴 하지만 11차, 13차 등의 낮은 주파수 영역의 고조파가 여전히 발생한다. 이러한 고조파는 전원에 인가되어 전원계통 변압기를 발열시키고 전원의 전압안정을 저해하는 원인이 되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 전류제어 컨버터를 이용하여 직렬 연결된 두 개의 다이오드 정류기 각각의 전류를 적절히 제어하여 입력전류가 거의 정현파에 가깝게 되도록 함으로써, 입력전류의 고조파 성분을 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

직렬 연결형 다이오드 정류기 회로{SERIAL CONNECT TYPE DIODE RECTIFIER CIRCUIT}

본 발명은 직렬 연결형 다이오드 정류기 회로에 관한 것으로, 특히 전류제어 컨버터를 이용하여 입력전류의 고조파를 저감하는 직렬 연결형 다이오드 정류기 회로에 관한 것이다.

현재 상용 전원은 60Hz 교류의 형태로 공급되는데, 인버터를 포함하는 대부분의 전력 변환기는 중간 단계로 직류 전원을 필요로 한다.

따라서, 상용 교류전원을 직류전원으로 바꿔주는 전력 변환장치 즉, 정류기가 많이 사용된다.

그 중 다이오드 정류기는 회로방식이 간단하고 저렴하게 구성할 수 있어서 가장 널리 쓰이고 있다.

도1은 종래 직렬 연결형 다이오드 정류기를 포함한 시스템의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상용전원을 입력받아 두 개의 전압 강하된 전원을 출력하는 3권선 변압기(1)와; 상기 3권선 변압기(1)에서 출력되는 전원을 각각 입력받아 정류하는 제1, 제2 다이오드 정류기(2,3)와; 상기 제1, 제2 다이오드 정류기(2,3)의 출력을 입력받아 평활하는 직렬 연결된 커패시터(C1,C2)와; 상기 평활된 직류 전압을 입력받아 상기 전동기(5)의 구동속도 및 방향을 제어하는 인버터(4)로 구성된다.

여기서, 상기 제1 다이오드 정류기(2)의 양극(+) 출력은 커패시터(C1)의 일단(P점)에 접속하고, 제2 다이오드 정류기(3)의 음극(-) 출력은 상기 커패시터(C1)에 직렬 연결된 커패시터(C2)의 일단(N점)에 접속하고, 제1 다이오드 정류기(2)의 음극(-) 출력과 제2 다이오드 정류기(3)의 양극(+) 출력은 두 커패시터(C1,C2)의 공통 접속점(C)에 연결된다.

한편, 상기 변압기(1)에는 삼상 상용전원이 입력되며 변압기 결선 방식에 의해 두 개의 삼상 출력 전압은 30°위상차이가 있다.

따라서, 제1 다이오드 정류기(2)와 제2 다이오드 정류기(3)는 각각 60Hz 삼상 전원을 전파 정류하므로 두 정류기 출력 전압은 각각 직류전압 성분이 있고, 리플은 360Hz이며 30°(360Hz 기준으로는 180도)위상차이가 있다.

또한, 두 다이오드 정류기가 직렬로 연결되므로 출력 전압의 직류값은 2배가 되며 출력전압 리플은 720Hz가 된다.

그 결과 출력전류도 720Hz 리플을 갖게 되며 이 리플전류가 입력측에서는 60Hz로 변조되어 660Hz와 780Hz 주파수 성분을 갖는 전류가 입력측에 흐르게 된다.

그러나, 직렬 연결 다이오드 정류기는 단독 운전되는 정류기에 비해 입력 전류 고조파가 감소되긴 하지만 11차, 13차 등의 낮은 주파수 영역의 고조파가 여전히 발생한다.

이러한 고조파는 전원에 인가되어 전원계통 변압기를 발열시키고 전원의 전압안정을 저해하는 원인이 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 전류제어 컨버터를 이용하여 직렬 연결된 두 개의 다이오드 정류기 각각의 전류를 적절히 제어하여 입력전류가 거의 정현파에 가깝게 되도록 함으로써, 입력전류의 고조파 성분을 제거할 수 있도록 하는 직렬 연결형 다이오드 정류기 회로를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 직렬 연결형 다이오드 정류기를 포함한 시스템의 개략적인 구성을 보인 블록도.

도2는 본 발명에 의한 직렬 연결형 다이오드 정류기를 포함한 시스템의 구성을 보인 블록도.

도3은 본 발명에 의한 직렬 연결형 다이오드 정류기의 동작시 각 구성부의 출력파형을 보인 예시도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

T1,T2 : 변압기 L : 인덕터

10 : 전류제어 컨버터

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상용전원을 입력받아 두 개의 전압 강하된 전원을 출력하는 3권선 변압기와; 상기 3권선 변압기에서 출력되는 전원을 각각 입력받아 정류하는 제1, 제2 다이오드 정류기와; 상기 제1, 제2 다이오드 정류기의 출력을 입력받아 평활하는 직렬 연결된 커패시터와; 상기 평활된 직류 전압을 입력받아 상기 전동기의 구동속도 및 방향을 제어하는 인버터로 구성된 시스템에 있어서, 상기 제1 다이오드 정류기의 음극(-)단과 제2 다이오드 정류기의 양극(+)단을 연결하는 인덕터(L)와; 상기 인덕터(L)에 병렬 연결된 변압기(T1)와; 상기 변압기(T1) 중성점에 2차 권선의 일측 단자가 연결되고, 다른 일측 단자는 두 커패시터의 공통 접속점(C점)에 연결된 변압기(T2)와; 상기 변압기(T2)의 1차 권선에 연결된 전류제어 컨버터로 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 의한 직렬 연결형 다이오드 정류기를 포함한 시스템의 구성을 보인 블록도이다.

이에 도시한 바와 같이, 상용전원을 입력받아 두 개의 전압 강하된 전원을 출력하는 3권선 변압기(1)와; 상기 3권선 변압기(1)에서 출력되는 전원을 각각 입력받아 정류하는 제1, 제2 다이오드 정류기(2,3)와; 상기 제1, 제2 다이오드 정류기(2,3)의 출력을 입력받아 평활하는 직렬 연결된 커패시터(C1,C2)와; 상기 평활된 직류 전압을 입력받아 상기 전동기(5)의 구동속도 및 방향을 제어하는 인버터(4)로 구성된 시스템에 있어서, 상기 제1 다이오드 정류기(2)의 음극(-)단과 제2 다이오드 정류기(3)의 양극(+)단을 연결하는 인덕터(L)와; 상기 인덕터(L)에 병렬 연결된 변압기(T1)와; 상기 변압기(T1) 중성점에 2차 권선의 일측 단자가 연결되고, 다른 일측 단자는 두 커패시터(C1,C2)의 공통 접속점(C점)에 연결된 변압기(T2)와; 상기 변압기(T2)의 1차 권선에 연결된 전류제어 컨버터(10)로 구성한다.

여기서, 종래와 마찬가지로 변압기(1)의 입력으로 삼상 상용전원이 인가되면 결선 방식에 의해 그 변압기(1)에서 출력되는 두 개의 삼상 출력 전압은 30°위상차이가 발생하고 따라서, 제1 다이오드 정류기(2)와 다이오드 정류기(II)는 각각 60Hz 삼상 전원을 전파 정류하므로 두 정류기 출력 전압은 각각 직류전압 성분이 있고 리플은 360Hz 이며 30°(360Hz 기준으로는 180°) 위상차이가 있다.

동작을 쉽게 이해할 수 있도록 커패시터 용량이 충분히 커 커패시터 출력 전압이 직류라고 가정할 때, 다이오드 정류기 출력전압의 직류성분은 모두 커패시터에 인가되며 교류성분 즉, 리플만이 다른 소자(인덕터(L), 변압기(T1), 변압기(T2))에 인가된다.

제1 다이오드 정류기(2), 커패시터(C1,C2), 제2 다이오드 정류기(3) 및 인덕터(L)가 이루는 경로의 리플을 살펴보자.

두 커패시터(C1,C2)에는 리플성분이 없으므로 두 다이오드 정류기 출력전압 리플은 인덕터 양단에 합쳐져서 인가되어 그 주파수는 720Hz이다.

여기서, 인덕터(L)와 병렬로 연결된 변압기(T1)는 중성점(즉, 권선비 1:1)이 변압기(T2)에 연결되어 있다.

다음, 제1 다이오드 정류기(2), 커패시터(C1), 변압기(T2) 및 변압기(T1)가 이루는 경로의 리플을 살펴보면 변압기(T2) 양단의 리플은 제1 다이오드 정류기(2) 출력 리플과 변압기(T1)의 리플성분(인덕터 리플성분의 절반)의 차이로 결정된다.

이들의 관계를 분석해 보면 변압기(T2) 양단전압은 삼각파 형태이며 주파수는 360Hz이다.

도3은 본 발명에 의한 직렬 연결형 다이오드 정류기의 동작시 각 구성부의 출력파형을 보인 예시도이다.

먼저, 도3의 (a)는 변압기(T2) 양단 전압의 파형도로서, 그 변압기 전류(I₂)가 이에 도시된 바와 같이 출력 되도록 전류제어 컨버터(10)를 적절히 제어한다.

이에 따라 제1, 제2 다이오드 정류기(2,3)측의 출력전류(Ip1, Ip2)는 도3의 (b)에 도시된 바와 같이 출력된다.

이때, 다이오드 정류기 각상은 상전압이 최대인 120°구간동안 아래쪽 다이오드가 도통한다.

따라서, 두 다이오드 정류기(2,3)의 입력 상전류 파형은 각각 (c) 및 (d)와 같으며 두 파형은 30°의 위상차를 갖는다.

즉, 두 다이오드 정류기(2,3)의 입력전류 파형은 30°위상 차이가 있고, 각 상간에는 120°위상 차이가 있는 것을 이용하여 상용 전원측 전류를 구하면 (e)에 도시된 바와 같다.

이때 전원측 입력전류의 파형은 정확히 I₂구간이 선형(linear)으로 되어 거의 정현파에 가깝게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 직렬 연결형 다이오드 정류기 회로는 전류제어 컨버터를 이용하여 직렬 연결된 두 개의 다이오드 정류기 각각의 전류를 적절히 제어하여 입력전류가 거의 정현파에 가깝게 되도록 함으로써, 입력전류의 고조파 성분을 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

상용전원을 입력받아 두 개의 전압 강하된 전원을 출력하는 3권선 변압기와; 상기 3권선 변압기에서 출력되는 전원을 각각 입력받아 정류하는 제1, 제2 다이오드 정류기와; 상기 제1, 제2 다이오드 정류기의 출력을 입력받아 평활하는 직렬 연결된 커패시터와; 상기 평활된 직류 전압을 입력받아 상기 전동기의 구동속도 및 방향을 제어하는 인버터로 구성된 시스템에 있어서, 상기 제1 다이오드 정류기의 음극(-)단과 제2 다이오드 정류기의 양극(+)단을 연결하는 인덕터(L)와; 상기 인덕터(L)에 병렬 연결된 변압기(T1)와; 상기 변압기(T1) 중성점에 2차 권선의 일측 단자가 연결되고, 다른 일측 단자는 두 커패시터의 공통 접속점(C점)에 연결된 변압기(T2)와; 상기 변압기(T2)의 1차 권선에 연결된 전류제어 컨버터로 구성한 것을 특징으로 하는 직렬 연결형 다이오드 정류기 회로.
제1항에 있어서, 상기 전류제어 컨버터는 삼각파 형태의 전류를 적절히 인가하여 입력측 전류가 정현파에 가깝게 되도록 함으로써, 입력전류 고조파를 저감시키는 것을 특징으로 하는 직렬 연결형 다이오드 정류기 회로.