KR200253453Y1 - 캐스캐이딩 방식을 적용한 고전압 펄스발생장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 종래의 독립된 펄스변압기 대신에 새로운 방식의 고전압 펄스발생장치에 관한 것으로, 특히 나노 시간(nano second) 정도의 극히 짧은 시간동안 캐스캐이딩 펄스발생장치(4)를 통하여 발생된 고전압 펄스에너지(12)를 부하(7)에 공급함을 목적으로 하는 고전압 펄스발생장치이다. 따라서, 본 고안은 종래의 독립된 펄스변압기를 사용하는 대신 캐스캐이딩 펄스발생장치(4)를 이용하여 고전압 펄스를 발생시킬 수 있으며, 제7도와 같은 전원 시스템 및 전극모듈(18)을 구성하여 환경오염원 제거, 오존발생기, 레이저 전원장치등에 적용할 수 있다.

Description

캐스캐이딩 방식을 적용한 고전압 펄스발생장치 {Pulse generator of high voltage adopting cascading method}

본 고안은 새로운 방식의 고전압 펄스발생장치에 관한 것으로, 특히 ns 정도의 극히 짧은 시간동안 캐스캐이딩 펄스발생기(4)를 통하여 발생된 고전압 펄스 에너지(12)를 부하(7)에 공급하는 장치이다. 특히, 펄스발생기를 통해서 발생된 펄스에너지를 이용하여 화력발전소의 배연가스중 주류를 이루는 황산화물 및 질산산화물을 제거하기 위한 이러한 펄스발생기술은 많은 나라들의 관심이 집중되고 있는 실정이며, 최적의 효율을 얻기 위해서는 높은 첨두전압뿐만 아니라 ns 정도의 극히 짧은 펄스를 발생시킬 수 있는 장치가 필수적이다. 본 고안은 기존의 독립된 변압기(9)를 사용하는 대신 캐스캐이딩 방식을 적용한 펄스발생기(4)를 사용하여 ns 정도의 시간내에 고전압 펄스를 압축시켜 부하에 공급할 수 있는 펄스전원장치 및 새로운 방식의 펄스발생법 개발을 목적으로 하였다.

제4도는 종래의 펄스발생을 위한 펄스변압기의 블록도이다. 일반적인 펄스전압 발생법은 PFN(Pulse Forming Network)으로 구성된 콘덴서(14)에 충전된 전압을 독립된 변압기(9)에 인가함으로서 펄스전압을 발생시킨다. 교류입력전압(Vac)은 충전회로를 거쳐 콘덴서(14)에 전압이 충전되고 전력용 스위치(13)가 단락 될 때 콘덴서(14)에 충전된 전압은 변압기(9)를 통해서 펄스전압이 발생되고 부하(15)에 펄스에너지가 공급되는 방식이 일반적으로 사용된다.

본 고안은 종래의 독립된 변압기(9)를 사용하는 대신 캐스캐이딩 방식을 적용한 펄스발생기(4a,4b)를 사용하여 ns 정도의 시간동안 고전압 펄스전압(12)을 얻을 수 있는 장치로서 부피가 작은 컴팩트(compact)한 펄스발생장치(4)이다. 상기에서 설명한 바와 같이 펄스발생기의 최적의 효율을 얻기 위해서는 높은 첨두전압뿐만 아니라 ns 정도의 극히 짧은 펄스를 발생시킬 수 있는 장치가 필수적이지만, 그 장치의 부피가 크고, 중량이 무겁고, 장치가 매우 복잡하다. 따라서, 본 고안은 1차적으로 펄스발생기1(4a)에서 생성된 펄스전압(11)은 종속접속된 펄스발생기2(4b)의 입력전압으로 작용하여 2차적으로 변성된 고전압 펄스 (12)를 얻을 수 있는 캐스캐이딩 방식의 펄스발생기(4)를 사용함으로서 이러한 문제점을 해결하고 새로운 펄스발생기법을 안출하고 펄스발생장치 개발에 그 목적이 있다.

산업상의 이용분야로는 분진(dust)을 제거하기 위한 전기집진기, 펄스코로나 방전을 이용하여 플랜트의 배연가스를 제거하기 위한 탈황/탈질(DeNOx/DeSOx) 전원시스템, 오존발생기 및 레이저 전원 등에 사용되고 있지만, 최적의 효율을 얻기 위해서는 상기에서 설명한 바와 같은 문제를 극복해야만 한다.

제6도는 핀대 평판전극에 본 고안에 따른 펄스에너지를 인가한 경우의 방전형태(20) 및 전극모듈(18)을 나타내었다. 상기 그림은 실제 실시예로서 전극에 펄스에너지가 인가되면 전자 (electron)가 산소분자 및 SOx/NOx 분자와 충돌하면서 α작용 및 β작용으로 인한 전리(ionization) 및 재결합(recombination)이 발생함으로서 SOx/NOx 와 같은 환경오염물질을 정화시킬 수 있다. 또한, 전극을 N개의 모듈(18)로 구성함으로서 전자방출의 면적을 최대한 증대시킴으로서 전리 및 재결합을 최대로 활성화할 수 있다. 제5도는 제4도와 같이 구성을 하여 펄스발생장치(4)를 통하여 발생된 펄스전압을 나타내었다. 간략한 설명은 다음과 같다. 제5도의 교류입력전압(10)은 제6도의 콘덴서(8)에 정류되어 충전된다. 이 충전전압은 펄스발생기1(4a)에 인가되고 1차 변성(11)이 되어 펄스전압이 권수비만큼 증가된다. 또한, 이 펄스전압(11)은 펄스발생기2(4b)의 1차측 인덕터(4b1)에 인가되어 2차측 인덕터(4b2)에 의해 2차 변성되어 제5도에서와 같이 고전압 펄스전압(12)이 얻어져 최종적으로 부하(7)에 공급하게 된다. 따라서, 캐스캐이딩 펄스발생장치는 1차 변성된 고전압 펄스를 다시 2차 변성시킴으로서 수 10~수 100kV의 매우 높은 고전압 펄스를 발생시킬 수 있는 장치이다. 이 때 콘덴서(8)에 저장된 에너지 E는 다음과 같이 구할 수 있다.

(1)

단, C는 콘덴서(8)의 커패시턴스[㎌]이며, Q는 전하량[C]이다.

또한, 캐스캐이딩 펄스발생장치의 펄스발생기(4a, 4b)의 인덕턴스는 다음식으로 구할 수 있다.

(2)

단, L'는 자로길이[m], Ae는 자속이 통과하는 단면적[m²], N은 권수이다.

제1도 본 고안에 따른 캐스캐이딩 방식의 펄스발생장치 회로 상세도

제2도 본 고안의 구성중 동작에 따른 펄스발생장치 전체 흐름도

제3도 본 고안에 따른 캐스캐이딩 방식의 펄스발생장치 블록도

제4도 종래의 펄스발생을 위한 펄스변압장치 블록도

제5도 본 고안에 따른 펄스발생장치를 적용한 입출력 전압 파형도

제6도 핀대 평판 전극에 본 고안에 따른 펄스에너지를 인가한 경우의

방전형태 및 전극 모듈

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 충전회로 1a : 정류회로 1b : 방전회로

2 : 전력용 스위치 2a : SCR 트리거 회로 2b : UJT

2c : 정전압 회로 3a : 전류 변성기(current transformer)

3b : 전압 변성기 4 : 캐스캐이딩 펄스발생장치(cascading pulse generator)

4a : 펄스발생기1 4a1 : 펄스발생기1의 1차측 인덕터

4a2 : 펄스발생기1의 2차측 인덕터 4b : 펄스발생기2

4b1 : 펄스발생기2의 1차측 인덕터 4b2 : 펄스발생기2의 2차측 인덕터

5 : 파형측정장치 6 : 모니터링 장치

7 : 부하저항 8 : 콘덴서 전압 9 : 변압기

10 : 교류 입력전압 파형 11 : 펄스발생기1의 2차측 출력전압 파형

12 : 펄스발생기2의 2차측 출력전압 파형

13 : 전력용 스위치 14 : 콘덴서뱅크 15 : 부하

16 : 충전부 17 : 트리거(trigger) 제어부

18 : 전극모듈 19 : SOx/NOx 20 : 코로나(corona) 방전

제1도 본 고안의 펄스발생기 회로 상세도를 나타낸 것으로 이며, 간략한 동작은 다음과 같다. 제1도의 구성은 크게 충전부(16), 캐스캐이딩 펄스발생부(4), 트리거 제어부(17)와 같이 3개의 모듈로 구성된다. 충전부(16)는 콘덴서(8)에 최소의 리플(ripple)전압을 충전시키는데 그 목적이 있다. 교류입력전압(10)은 2배압회로를 통하여 콘덴서1과 2(1)에 충전되고, 이 전압은 다시 콘덴서3(8)에 의해 재충전된 상태로 유지하게 된다. 방전회로(1b)는 전원 차단시 콘덴서(1b, 8)에 충전된 전압뿐만 아니라 잔류전하를 방전시킴으로서 감전보호 및 회로보호를 하는데 그 목적이 있다. 트리거(trigger) 제어부는 전력용스위치(2)인 SCR(Sillicon controlled rectifier)의 게이트(gate)를 제어함으로서 부하에 전달되는 펄스에너지의 PPS(Pulse per second)를 제어하기 위한 목적이다. SCR의 게이트 트리거 소자(2b)는 UJT(Uni-junction transistor)를 사용하여 트리거신호를 발생시켰다. 이 트리거신호가 SCR의 게이트에 인가됨으로서 콘덴서(3)에 충전된 전압은 펄스발생기1(4a)에 인가되고 1차 변성(11)이 된다. 이 펄스전압(11)은 제6도에서 설명한 바와 같이 펄스발생기2(4b)의 1차측 인덕터(4b1)에 인가되어 2차측 인덕터(4b2)에 의해 2차변성되어 최종적으로 부하(7)에 고전압 펄스에너지(12)를 공급하게 된다.

상기 콘덴서3(8)에 충전된 전압은 접지를 통하여 경로가 형성되고, 펄스발생기1 (4a)의 1차측(4a1)과 공진이 일어나면서 2차측(4a2)에 권수비만큼의 전압이 변성된다. 펄스발생기1(4a) 및 펄스발생기2(4b)는 정극성이며 각각의 권수비는 1:8, 1:20로서 상기의 펄스발생기(4)를 통해 변성된 고전압 펄스를 핀대 핀 혹은 핀대 평판(18) 형태의 전극 양단에 인가하면 코로나방전(20)을 유도할 수 있으며, 그 과정에서 방출된 전자(electron)가 산소분자와 충돌하면서 α작용 및 β작용으로 인한 전리 및 재결합이 발생하면서 오존이 발생된다. 이 코로나 펄스를 이용하면 전극에서 방출된 전자와 환경오염물질인 황산화물(SOx) 및 질산산화물(NOx)을 반응시킴으로서 이러한 유독가스를 정화시키는데 사용할 수 있다.

본 고안은 종래의 독립된 펄스변압기를 사용하는 대신 캐스캐이딩 펄스발생장치 (4)를 이용하여 고전압 펄스를 발생시킬 수 있으며, 제7도와 같은 전원 시스템 및 전극모듈(18)을 구성하여 환경오염원 제거, 오존발생기, 레이저 전원장치등에 적용할 수 있다.

Claims (2)

1. 전압 펄스발생장치에 있어서 제3도의 펄스발생기 블럭도에서와 같이 펄스발생기1 (4a) 및 펄스발생기2(4b)로 구성되어 있음을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치 (4).
2. 제 1항에 있어서 펄스발생장치(4)를 사용하며 펄스발생기1(4a)의 2차측 인덕터 (4a2)와 펄스변압기2의 1차측 인덕터(4b1)의 인덕턴스값이 동일하게 구성되어 있음을 특징으로 하는 고전압 펄스발생장치(4).