KR20020054029A - Instantaneous Voltage Dip Compensator Using Bypass Switch - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이패스 스위치를 이용한 정전 및 저전압 동시 보상용 저전압 보 상장치에 관한 것으로서, 특히 순시 저전압 및 정전이 빈번히 발생하는 부하에 적용하여 전원을 보상하는데 사용함으로써 디지털 계측장비, 컴퓨터, 데이터 처리장치등 중요하고 민감한 장치의 전원전압의 교란으로 오동작 발생시 크나큰 손실과 업무수행의 차질을 방지할 수 있는 바이패스 스위치를 이용한 정전 및 저전압 동시 보상용 저전압 보상장치에 관한 것이다.The present invention relates to a low voltage compensator for simultaneous power failure and low voltage compensation using a bypass switch. In particular, the present invention relates to a digital measuring device, a computer, and a data processing device by using the same to compensate for power by applying to loads in which instantaneous low voltage and power failure occur frequently. The present invention relates to a low voltage compensation device for simultaneous power failure and low voltage compensation using a bypass switch that can prevent a large loss and malfunction of work due to disturbance of power supply voltage of an important and sensitive device.
정전이나 순시 저전압시 이를 보상할 수 있는 방법으로는 크게 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply;UPS)와 순시 저전압 보상장치 등을 들 수 있다. 저전압 보상장치는 통상적으로 저전압만 보상하고 입력전원이 차단된 경우에는 보상할 수 없다. 이에 비하여 무정전 전원장치는 저전압 및 정전시에도 보상할 수 있다.As a method of compensating for power failure or instantaneous low voltage, there are largely an uninterruptible power supply (UPS) and an instantaneous low voltage compensation device. Low voltage compensators typically only compensate for low voltages and cannot compensate when input power is interrupted. In contrast, the uninterruptible power supply can compensate for low voltage and power failure.
본 발명은 상기 두 가지 장치의 장점만을 취하면서 현저한 효율향상과 구조의 단순화를 목적으로 발명한 것이다. 도 1은 종래 순시 저전압 보상장치의 구성도이며 도 2는 종래 무정전 전원장치의 구성도이다.The present invention has been invented for the purpose of remarkably improving efficiency and simplifying the structure while taking only the advantages of the two devices. 1 is a configuration diagram of a conventional instantaneous low voltage compensator and FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional uninterruptible power supply.
도 1의 저전압 보상장치는 상용전원부(7)와 부하(8) 사이에 정류부(1), 에너지 저장부(2), 인버터부(3), 직렬투입 변압기(4), 바이패스부(5)를 설치하여 구성되며 정상 전압시엔 인버터부(3)가 동작하지 않고 항상 바이패스부(5)의 회로를 통하여 부하(8)에 전원을 공급하고 상용전원부(7)는 정류부(1)를 통하여 에너지 저장부(2)에 직류로 에너지를 저장하게 된다.The low voltage compensator of FIG. 1 includes a rectifier 1, an energy storage unit 2, an inverter unit 3, a series input transformer 4, and a bypass unit 5 between a commercial power supply unit 7 and a load 8. In the normal voltage, the inverter unit 3 does not operate and always supplies power to the load 8 through the circuit of the bypass unit 5, and the commercial power unit 7 supplies energy through the rectifying unit 1. Energy is stored in the storage unit 2 by direct current.
저전압 발생시엔 인버터부(3)가 동작하여 에너지 저장부(2)의 직류전압을 교류전압으로 전환하여 직렬변압기(4)를 통하여 부족한 전압을 직렬보상하여 부하(8)에 전원을 공급한다.When the low voltage is generated, the inverter unit 3 operates to convert the DC voltage of the energy storage unit 2 into an alternating voltage, thereby compensating for the insufficient voltage through the series transformer 4 in series to supply power to the load 8.
따라서 종래의 순시 저전압 보상장치는 정상전압시 바이패스부(5)의 설치로 소자가 늘어나고 정전시 라인이 차단되어 전원의 경로가 없어져 보상을 할 수 없는 단점을 가지고 있다. 그러나 순시 저전압 보상 장치는 인버터부(3)의 구분동작과 직렬보상방식으로 효률이 높은 장점을 지니고 있다.Therefore, the conventional instantaneous low voltage compensation device has a disadvantage in that the element is increased due to the installation of the bypass unit 5 at the normal voltage and the line is blocked during power failure, so that the path of the power supply is lost and compensation cannot be performed. However, the instantaneous low voltage compensation device has the advantage of high efficiency by the division operation of the inverter unit 3 and the serial compensation method.
도 2의 무정전 전원장치는 상용전원부(7)와 부하(8)사이에 정류부(1), 에너지 저장부(2), 인버터부(3), 바이패스부(5), 입력단 절체부(9), 출력단 절체부(10)를 설치하여 구성되며 정상전압시에 정류부(1)는 교류전압을 직류전압으로 변환하여 에너지를 에너지 저장부(2)에 충전시키며 직류전력을 인버터부(3)에 공급한다.인버터부(3)는 정류부(1)로부터 직류전력을 안정되고 깨끗한 교류전력으로 변환하여 부하(8)에 공급하며 항상 바이패스 전원과 동기되어 동작한다. 정전시에 인버터부(3)는 에너지 저장부(2)로부터 인가되는 직류전력을 공급받아 부하(8)에 어떠한 변화도 야기시키지 아니하고 계속 교류전력을 공급하게 된다. 인버터부(3)의 고장 또는 부하(8)의 과부하 발생시엔 절체부를 통하여 인버터부(3)로 부터 바이패스부(5)로 절체된다. 따라서 종래의 무정전 전원장치는 정상전압과 정전시 인버터부(3)가 상시 동작하여 부하에 전원을 공급하므로 효율이 좋지 못하다고 하는 단점을 가지고 있다.The uninterruptible power supply of FIG. 2 includes a rectifier 1, an energy storage unit 2, an inverter unit 3, a bypass unit 5, and an input terminal switching unit 9 between a commercial power supply unit 7 and a load 8. , The output stage switching unit 10 is provided, and the rectifier 1 converts an AC voltage into a DC voltage at normal voltage to charge energy in the energy storage unit 2 and supply DC power to the inverter unit 3. The inverter unit 3 converts the DC power from the rectifying unit 1 into a stable and clean AC power and supplies it to the load 8 and always operates in synchronization with the bypass power supply. In case of power failure, the inverter unit 3 receives the DC power applied from the energy storage unit 2 and continuously supplies the AC power without causing any change to the load 8. In the event of a failure of the inverter section 3 or an overload of the load 8, the inverter section 3 is switched from the inverter section 3 to the bypass section 5. Therefore, the conventional uninterruptible power supply has a disadvantage that the efficiency is not good because the inverter unit 3 operates at normal voltage and power failure to supply power to the load at all times.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 무정전 전원장치의 장점인 순시 저전압 및 정전시에도 보상이 가능하며 순시 저전압 보상장치의 장점인 직렬 보상방식 개념을 도입하여 정상전압시는 인버터를 이용한 바이패스 회로를 이용하여 부하에 전원을 공급하고 저전압이나 정전시에는 순시 저전압 보상장치 및 무정전 전원장치를 복합형으로 동작하여 현저한 효율 향상과 구조의 단순화를 이룬 바이패스 스위치를 이용한 정전 및 저전압 동시 보상용 저전압 보상장치를 제공함에 목적이 있다.The present invention can compensate for instantaneous low voltage and power failure, which are advantages of the uninterruptible power supply, and introduces a concept of a series compensation method, which is an advantage of the instantaneous low voltage compensation device, to provide a bypass circuit using an inverter at a normal voltage. Low voltage compensation device for simultaneous compensation of power failure and low voltage using bypass switch that supplies power to the load and operates instantaneous low voltage compensation device and uninterruptible power supply in the case of low voltage or power failure to improve efficiency and simplify the structure. The purpose is to provide.
도 1은 종래 순시저전압 보상장치의 구성도,1 is a block diagram of a conventional instantaneous low voltage compensation device,
도 2는 종래 무정전 전원장치의 구성도,2 is a configuration diagram of a conventional uninterruptible power supply;
도 3은 본 발명 저전압 보상장치의 구성도이다.3 is a block diagram of the low voltage compensation device of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
1 : 정류부2 : 에너지 저장부1: rectifier 2: energy storage
3 : 인버터부4 : 직렬투입 변압기3: inverter unit 4: series input transformer
5 : 바이패스부6 : 제어부5: bypass unit 6: control unit
7 : 상용 전원부8 : 부하7: commercial power unit 8: load
9 : 입력단 절체부10 : 출력단 절체부9: input terminal switching unit 10: output terminal switching unit
S1~S4 : 스위치 BS1, BS2 : 바이패스 스위치S1 ~ S4: Switch BS1, BS2: Bypass Switch
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 바이패스 스위치를 이용한 정전 및 저전압 동시 보상용 저전압 보상 장치는, 상용전원부(7)의 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 에너지 저장부(2)에 충전하고 직류전력을 인버터부(3)에 공급하는 정류부(1)와; 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장부(2)와; 저전압이나 정전시 부하에 전원을 공급하는 인버터부(3)와; 보상전압을 라인에 직렬로 더해주기 위해 사용되는 직렬투입변압기(4)와; 상용전원부(7)와 부하(8)사이에 설치된 바이패스부(5) 및; 전체 동작을 제어하는 제어부(6)로 구성된 것을 특징으로 한다.The low voltage compensation device for simultaneous power failure and low voltage compensation using the present invention bypass switch for achieving the above object, converts the AC voltage of the commercial power supply unit 7 into a DC voltage to charge the energy storage unit 2 and the DC power Rectifier 1 for supplying the inverter to the inverter (3); An energy storage unit 2 for storing energy; An inverter unit 3 for supplying power to the load during low voltage or power failure; A series input transformer 4 used to add a compensation voltage in series with the line; A bypass section 5 provided between the commercial power supply section 7 and the load 8; It is characterized by consisting of a control unit 6 for controlling the overall operation.
상기의 인버터부(3)는 저전압 및 정전시에 정상작동하여 보상전압을 발생시켜 직렬투입 변압기(4)에 전달하고 정상전원시에 인버터부(3) 내의 스위치소자를 이용하여 전원을 바이패스시키는 것이며, 또한 바이패스부(5)는 정전시에 동작하여 바이패스경로를 만들어 주는 것이다.The inverter unit 3 operates normally at a low voltage and a power failure to generate a compensation voltage and transfer the compensation voltage to the series input transformer 4, and bypasses the power supply using a switch element in the inverter unit 3 at the normal power supply. In addition, the bypass unit 5 operates at the time of power failure to create a bypass path.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명 바이패스 스위치를 이용한 정전 및 저전압 동시 보상용 저전압 보상장치의 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the low voltage compensation device for simultaneous blackout and low voltage compensation using the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명 바이패스 스위치를 이용한 정전 및 저전압 동시 보상용 저전압 보상장치의 구성도로서, 에너지 저장부(2)는 콘덴서 뱅크(Condenser Bank) 또는밧데리 뱅크(Battery Bank)등으로 구성하여 선택적으로 정전시 장시간 보상이 필요하면 밧데리 뱅크를 이용하고 빈번히 발생하는 저전압만 보상하기 위해서는 콘덴서 뱅크를 이용한다.3 is a configuration diagram of a low voltage compensation device for simultaneous power failure and low voltage compensation using a bypass switch of the present invention, wherein the energy storage unit 2 is configured by a capacitor bank or a battery bank. If you need long time compensation in case of power failure, use battery bank, and use capacitor bank to compensate only for low voltage that occurs frequently.
정류부(1)는 교류전압을 직류전압으로 변환하여 에너지 저장부(2)에 에너지를 충전하는 역할을 한다.The rectifier 1 converts an AC voltage into a DC voltage to charge energy in the energy storage unit 2.
정상적인 전압시 인버터부(3)는 스위치(S1~S4)와 다이오드(D1~D4)를 각각 병렬로 연결하여 제어부(6)의 신호를 받아 스위치(S3), (S4)를 온시켜 다이오드 (D3), (D4)를 도통시켜 바이패스경로를 직렬투입 변압기(4)의 1차측에 만든다. 이 과정에서 1차측은 단락 상태가 되며 2차측 역시 단락 상태를 유지하게 된다. 따라서 입력전원은 직렬투입 변압기(4)의 2차측을 통해 부하(8)로 공급된다.In normal voltage, the inverter unit 3 connects the switches S1 to S4 and the diodes D1 to D4 in parallel to receive signals from the control unit 6, thereby turning on the switches S3 and S4 to turn on the diode D3. ) And (D4) are conducted to create a bypass path on the primary side of the series input transformer (4). In this process, the primary side is short-circuited and the secondary side is also kept short. The input power is thus supplied to the load 8 via the secondary side of the series input transformer 4.
저전압 발생시 에너지 저장부(2)에 축적된 에너지를 이용하여 인버터부(3)는 제어부(6)의 신호를 받아 스위치(S1~S4)를 PWM제어(펄스폭 변조방식의 제어;pulse-width modulation control)모드로 동작시켜 부족한 전압만 추가로 발생시켜 직렬투입 변압기(4)를 통하여 입력전원에 더해 부하(8)에 정상적인 전원을 공급하게 된다.When the low voltage is generated, the inverter unit 3 receives the signal from the controller 6 and uses the energy stored in the energy storage unit 2 to control the switches S1 to S4 by PWM control (pulse-width modulation control). By operating in the control mode, only the insufficient voltage is generated additionally, and the normal power is supplied to the load 8 in addition to the input power through the series input transformer 4.
정전시에는 전원계통이 차단되면 전원경로를 새로 만들어 주기 위하여 바이패스부(5)의 바이패스 스위치(BS1), (BS2)는 제어부(6)의 신호를 받아 온 상태로 동작되어 전체 전원의 경로가 바이패스부(5), 직렬투입 변압기(4), 부하(8)로 재 구성된다. 이때 인버터부(3)는 제어부(6)로부터 신호를 받아 스위치(S1~S4)를 PWM제어(펄스폭 변조방식의 제어;pulse-width modulation control)모드로 동작시켜직렬투입 변압기(4)를 통하여 정상전압을 발생시키고 재 구성된 전원경로를 통해 부하(8)에 정상전력을 공급하게 된다. 정상전원으로 회복이되면 자동으로 바이패스부(5)를 차단하여 원래의 전원경로로 전원이 전달되게 된다.In case of power failure, the bypass switch (BS1), (BS2) of the bypass unit (5) is operated in the state of receiving the signal from the control unit (6) in order to create a new power path when the power system is interrupted. Is composed of the bypass section 5, the series input transformer 4, and the load 8; At this time, the inverter unit 3 receives a signal from the control unit 6 and operates the switches S1 to S4 in the PWM control (pulse-width modulation control) mode, through the series input transformer 4. It generates a steady voltage and supplies the normal power to the load 8 through the reconfigured power path. When the recovery to the normal power source automatically shuts off the bypass unit 5, the power is transferred to the original power path.
제어부(6)는 입력전원의 저전압 및 정전상황을 감시하여 정상전압으로 판단되면 인버터부(3)내의 스위치(S3), (S4)를 온으로 동작시켜 바이패스동작을 수행하도록 하고 저 전압이 발생하면 스위치(S1~S4)를 PWM동작모드로 동작시켜 발생된 저전압 만큼 추가로 전압을 생성시켜 직렬투입 변압기(4)를 통해 부하(4)에 전원을 공급하고 정전상황이 발생하면 바이패스 스위치(BS1), (BS2)를 동작시켜 전원경로를 재 구성하고 스위치(S1~S4)를 PWM동작모드로 동작시켜 전 전압을 발생시키도록 인버터부(3)를 제어한다.The control unit 6 monitors the low voltage and power failure of the input power, and if it is determined that the voltage is normal, operates the switches S3 and S4 in the inverter unit 3 to perform the bypass operation and generates a low voltage. In this case, the switches S1 to S4 are operated in the PWM operation mode to generate additional voltage by the low voltage generated, supplying power to the load 4 through the series input transformer 4, and when a power failure occurs, the bypass switch ( The inverter unit 3 is controlled to generate a full voltage by operating the BS1) and BS2 to reconfigure the power supply path and operating the switches S1 to S4 in the PWM operation mode.
상기한 바와 같이 본 발명 바이패스 스위치를 이용한 정전 및 저전압 동시 보상용 저전압 보상 장치는 정상전압시 추가적인 바이패스회로 없이 인버터 내의 스위치를 이용하여 전원을 바이패스 시킬 수 있으므로 사용소자를 감소시켜 비용을 절감시키는 효과가 있을 뿐만 아니라 인버터의 상시 동작방식이 아니므로 고장발생율을 줄이고 반면에 효율은 상승시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 순시저전압 보상장치의 단점인 정전시 전원라인이 차단되면 보상할 수 없는 점을 입력라인에 바이패스부를 구성하여 정전시에도 보상이 가능한 장점이 있다.As described above, the low voltage compensation device for simultaneous power failure and low voltage compensation using the bypass switch of the present invention can bypass power by using a switch in an inverter without additional bypass circuit at normal voltage, thereby reducing the cost of using devices. Not only is there an effect of reducing the failure rate, but also the efficiency can be increased, because it is not always the operating method of the inverter. In addition, if the power line is cut off during the power failure, which is a disadvantage of the instantaneous low voltage compensation device, a bypass unit may be configured in the input line to compensate for the power failure.
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