KR20090028262A - 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3상 전압의 R상, S상 및 T상의 상전압에 따라 다이리스터를 트리거시켜 다이리스터에서의 발열을 줄이는 것으로서 정류부가 복수의 다이오드 및 복수의 다이리스터로 3상 전압을 정류하고 평활용 커패시터로 평활하고, 초기 충전부가 3상 전압들 중에서 어느 하나의 상 전압을 정류하고, 전류를 제한하면서 평활용 커패시터에 충전시키며, 상전압 검출부가 3상 전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 트리거 제어신호를 발생하고, 상전압 검출부가 발생하는 트리거 제어신호에 따라 다이리스터 구동부가 복수의 다이리스터를 트리거시킨다.

3상 인버터, 3상 정류기, 상전압, 다이리스터, SCR, 3상 전압

Description

3상 정류기의 다이리스터의 점호장치{Apparatus for triggering thyristor of three phase rectifier}

본 발명은 SCR(Silicon Controlled Rectifier) 등과 같은 다이리스터를 이용하여 3상전압을 정류하는 3상 정류기에 있어서, 3상전압의 레벨에 따라 다이리스터를 점호(trigger)시키는 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치에 관한 것이다.

3상 인버터는 모터 적용분야 및 각종 전기기기 분야 등을 비롯하여 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 통상적으로 3상 인버터는 3상 전압을 정류하여 직류전압으로 변환하고, 그 변환한 직류전압을 스위칭시켜 사용자가 원하는 전압 및 주파수를 부하로 공급하게 된다.

이러한 3상 인버터를 구성하는 장치들 중에 하나로 3상 정류기가 있다. 상기 3상 정류기는 여러 가지가 알려져 있다. 일 예로서 도 1에 도시된 바와 같이 3상 전압(100)과 3상 스위칭부(120)의 사이에 3상 정류기(110)가 구비된다.

상기 3상 정류기(110)는 각기 2개의 정류용 다이오드(D1, D2)(D3, D4)(D5, D6)를 직렬 연결하고, 그 정류용 다이오드(D1, D2)(D3, D4)(D5, D6)의 접속점들 각각에 3상 전압(100)이 인가되게 구성된다. 그리고 상기 정류용 다이오드(D1, D3, D5)의 캐소드와 정류용 다이오드(D2, D4, D6)의 애노드의 사이에 평활용 커패시터(C1)를 접속하고, 그 접속점이 상기 3상 스위칭부(120)에 접속된다.

이와 같이 구성된 3상 인버터는 입력되는 3상 전압이 3상 정류기(110)의 정류용 다이오드(D1, D2)(D3, D4)(D5, D6)에 의해 각기 정류되어 맥류전압으로 변환되고, 그 맥류전압은 평활용 커패시터(C1)에 의해 평활되어 직류전압으로 변환된다.

상기 직류전압은 3상 스위칭부(120)에 부하(130)의 구동전압으로 공급되는 것으로서 3상 스위칭부(120)는 제어신호에 따라 상기 직류전압을 스위칭시켜 3상 전압으로 변환하고, 그 변환한 3상 전압이 부하(130)에 공급되어 구동시키게 된다.

그리고 도 2는 3상 인버터의 다른 예의 구성을 보인 회로도이다. 도 2를 참조하면, 3상 인버터의 다른 예는 3상 정류기(110)를 정류부(200)와, 초기 충전부(210)와, 다이리스터 구동부(220)를 포함하여 구성한다.

상기 정류부(200)는 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3) 및 정류용 다이오드(D2, D4, D6)를 각기 직렬 접속하여 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3) 및 정류용 다이오드(D2, D4, D6)의 접속점에 3상 전압(100)이 인가되게 접속된다. 그리고 상기 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)의 캐소드와 정류용 다이오드(D2, D4, D6)의 애노드 사이 에 평활용 커패시터(C1)가 접속되어 그 접속점이 스위칭부(120)에 접속된다.

상기 초기 충전부(210)는 상기 3상 전압(100)들 중에서 하나의 상전압 예를 들면, R 상 전압의 단자와 상기 평활용 커패시터(C1)의 사이에 저항(R1) 및 정류용 다이오드(D7)가 직렬 접속된다.

그리고 상기 다이리스터 구동부(220)는 상기 평활용 커패시터(C1)의 충전전압(DCP)을 판단하고, 판단한 충전전압이 미리 설정된 전압 이상일 경우에 계속 트리거 전압을 출력하여 상기 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)를 트리거시키게 구성된다.

이러한 구성을 가지는 다른 예는 입력되는 3상 전압(100)중에서 예를 들면, R상 전압이 초기 충전부(210)의 저항(R1)에 의해 전류가 제한되고, 정류용 다이오드(D7)를 통해 정류된 후 평활용 커패시터(C1)에 충전된다.

이와 같은 상태에서 상기 평활용 커패시터(C1)의 충전 전압(DCP)을 다이리스터 구동부(220)가 입력하여 미리 설정된 기준전압과 비교하고, 비교 결과 충전 전압(DCP)이 미리 설정된 기준전압보다 높을 경우에 계속 트리거 전압을 출력하여 정류부(200)의 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)의 게이트에 인가된다.

그러면, 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)는 계속 도통된 상태를 유지하게 되고, 이로 인하여 3상 전압(100)이 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3) 및 정류용 다이오드(D2, D4, D6)에 의해 정류되고, 평활용 커패시터(C1)에 의해 평활되어 스위칭부(120)에 안정된 직류전압을 공급하게 된다.

그러나 상기한 도 1의 일 예는 평활용 커패시터(C1)에 전압이 충전되어 있지 않은 상태에서 3상 전압을 정류하는 초기에 정류용 다이오드(D1∼D6)를 통해 과도한 돌입전류가 흐르게 되고, 이로 인하여 정류용 다이오드(D1∼D6)가 손상됨은 물론 사용 수명이 짧아지게 된다.

그리고 상기한 도 2의 다른 예는 초기에 R 상 전압을 저항(R1)으로 전류를 제한하면서 정류용 다이오드(D7)로 정류하여 평활용 커패시터(C1)에 충전하고, 평활용 커패시터(C1)에 미리 설정된 기준 전압 이상이 충전되었을 경우에 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3) 및 정류용 다이오드(D2, D4, D6)가 3상 전압을 정류하여 평활용 커패시터(C1)에 충전하므로 과도한 돌입전류가 발생하지 않는다.

그러나 다이리스터 구동부(220)가 계속 트리거 전압을 발생하여 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)를 트리거시키므로 다이리스터 구동부(220)의 전류 용량을 충분히 크게 설계해야 되어 전력소모가 많다.

또한 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)가 계속 트리거되어 많은 열이 발생되고, 이로 인하여 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)를 방열시켜야 됨은 물론 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)의 사용수명이 단축되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 창안한 것으로서 3상 전압의 R상, S상 및 T상의 상전압에 따라 다이리스터를 트리거시켜 다이리스터의 발열을 줄이는 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치를 제공한다.

본 발명은 상전압 검출부를 구비하여 3상 전압의 레벨을 검출하고, 검출한 3상 전압의 레벨에 따라 다이리스터 구동부가 트리거 전압을 발생하여 다이리스터를 트리거시킨다.

그리고 상기 상전압 검출부는 미리 기준전압을 설정하여 두고, 그 설정한 기준전압을 3상 전압과 비교하여 3상 전압의 레벨을 검출한다.

그러므로 본 발명의 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치는 복수의 다이오드 및 복수의 다이리스터로 3상 전압을 정류하고 평활용 커패시터로 평활하는 정류부와, 상기 3상 전압들 중에서 어느 하나의 상 전압을 정류하여 상기 평활용 커패시터로 평활하는 초기 충전부와, 상기 3상 전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 트리거 제어신호를 발생하는 상전압 검출부와, 상기 상전압 검출부가 발생하는 트리거 제어신호에 따라 상기 복수의 다이리스터를 트리거시키는 다이리스터 구동부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 상전압 검출부는, R상, S상 및 T상의 상전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 상기 다이리스터 구동부로 트리거 제어신호를 출력하는 복수의 비교기로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 복수의 비교기와 상기 다이리스터 구동부의 사이에, 상기 복수의 비교기들 각각이 출력하는 펄스신호의 하강에지를 검출하여 상기 다이리스터 구동부로 트리거 제어신호를 출력하는 복수의 하강에지 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기준전압은 상기 평활용 커패시터의 충전전압인 것을 특징으로 한다.

상기 3상 전압과 상기 복수의 비교기들 각각의 사이에, 상기 3상 전압을 각기 정류하는 복수의 정류용 다이오드와, 상기 정류용 다이오드와 직렬 연결되고, 전류의 흐름을 제한하는 복수의 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 3상 전압의 R상, S상 및 T상의 상전압과 평활용 커패시터의 충전전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 트리거 전압을 발생하여 다이리스터를 트리거시킨다.

그러므로 다이리스터에서의 발열량이 적고, 다이리스터 구동부의 전류 용량이 적어도 되어 전력 소모를 줄일 수 있다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다. 따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제 공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

도 3은 본 발명의 3상 정류기가 구성된 3상 인버터의 구성을 보인 회로도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 3상 정류기(110)는 정류부(200), 초기 충전부(210) 및 다이리스터 구동부(220)와, 3상 전압(100)의 R상, S상 및 T상의 상전압을 검출하여 트리거 제어신호를 발생하는 상전압 검출부(300)를 더 포함한다.

상기 상전압 검출부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 R상, S상 및 T상 전압이 각기 정류용 다이오드(D11, D12, D13) 및 전류 제한용 저항(R11, R12, R13)을 통해 비교기(400, 410, 420)의 반전 입력단자(-)에 인가되게 접속되고, 비교기(400, 410, 420)의 비반전 입력단자(+)에는 기준전압이 인가되게 접속되며, 비교기(400, 410, 420)의 출력단자가 하강에지 검출부(430, 440, 450)의 입력단자에 각기 접속되어 하강에지 검출부(430, 440, 450)의 출력단자에서 R상, S상 및 T상의 트리거 제어신호가 각기 출력되게 구성된다.

상기 비교기(400, 410, 420)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 기준전압은 예를 들면, 평활용 커패시터(C1)의 충전전압이 인가된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 3상 전압(100)에서 예를 들면, R상 전압이 초기 충전부(210)의 저항(R1)을 통해 전류가 제한되면서 정류용 다이오드(D7)를 통해 정류되어 평활용 커패시터(C1)에 충전 및 평활된다.

그리고 상기 3상 전압(100) 즉, R상, S상 및 T상의 전압이 상전압 검출부(300)의 정류용 다이오드(D11, D12, D13)를 각기 통해 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 정류되고, 전류 제한용 저항(R11, R12, R13)에 의해 전류가 제한되어 비교기(400, 410, 420)의 반전 입력단자(-)에 각기 인가되고, 비교기(400, 410, 420)의 비반전 입력단자(+)에는 상기 평활용 커패시터(C1)의 충전 전압(DCP)이 기준전압으로 인가된다.

그러면, 비교기(400, 410, 420)는 R상, S상 및 T상의 전압과 평활용 커패시터(C1)의 충전 전압(DCP)을 비교하여 도 5d 내지 도 5f에 도시된 바와 같이 펄스신호를 출력하고, 비교기(400, 410, 420)가 출력하는 펄스신호의 하강에지(Falling edge)를 하강에지 검출부(430, 440, 450)가 각기 검출하여 도 5g 내지 도 5i에 도시된 바와 같이 R상, S상 및 T상의 트리거 제어신호를 발생하며, 발생한 R상, S상 및 T상의 트리거 제어신호는 다이리스터 구동부(220)로 입력된다.

한편, 다이리스터 구동부(220)는 평활용 커패시터(C1)의 충전 전압(DCP)이 미리 설정된 기준전압 이상인지의 여부를 판단하고, 판단 결과 미리 설정된 기준전압 이상일 경우에 상기 하강에지 검출부(430, 440, 450)가 각기 검출하는 R상, S상 및 T상의 트리거 제어신호에 따라 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)로 트리거 전압을 출력하여 트리거시키게 된다.

그러면, 상기 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)들은 다이리스터 구동부(220)가 출력하는 트리거전압에 따라 트리거되어 도통상태로 된다. 그러므로 R상 전압은 정류용 다이오드(D2) 및 다이리스터(SCR1)에 의해 도 5j에 도시된 바와 같이 정류된 다. S상 전압은 정류용 다이오드(D4) 및 다이리스터(SCR2)에 의해 도 5k에 도시된 바와 같이 정류된다. T상 전압은 정류용 다이오드(D6) 및 다이리스터(SCR3)에 의해 도 5l에 도시된 바와 같이 정류된다.

이와 같이 정류된 R상, S상 및 T상 전압은 평활용 커패시터(C1)에 충전되어 직류전압으로 평활되고, 스위칭부(120)에 부하(130)의 구동전압으로 공급된다.

여기서, 본 발명은 비교기(400, 410, 420)의 비반전 입력단자(+)로 인가되는 기준전압으로 평활용 커패시터(C1)의 충전전압(DCP)을 사용하는 것을 예로 들어 설명하였다. 본 발명을 실시함에 있어서는 이에 한정되지 않고, 미리 고정 설정된 레벨의 기준전압을 비교기(400, 410, 420)의 비반전 입력단자(+)에 인가하게 구성할 수도 있다.

그리고 본 발명은 비교기(400, 410, 420)의 비반전 입력단자(+)로 인가되는 기준전압으로 평활용 커패시터(C1)의 충전전압(DCP)을 사용할 경우에 스위칭부(120)가 부하(130)로 공급하는 전력에 따라 3상 전압(100)을 정류하는 전력을 조절할 수 있다.

즉, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 부하(130)의 전력 사용량이 많아 평활용 커패시터(C1)의 충전전압(DCP)이 낮아질 경우에 비교기(400, 410, 420)가 보다 빨리 논리 0을 출력하고, 이로 인하여 다이리스터 구동부(220)가 보다 빨리 트리거 전압을 발생하여 정류용 다이오드(D2, D4, D6) 및 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)가 많은 전력을 정류하게 되고, 평활용 커패시터(C1)의 충전전압(DCP)이 상승 하게 된다.

그리고 부하(130)의 전력 사용량이 적아 평활용 커패시터(C1)의 충전전압(DCP)이 높아질 경우에는 상기와는 반대로 비교기(400, 410, 420)가 늦게 논리 0을 출력하고, 이로 인하여 다이리스터 구동부(220)가 늦게 트리거 전압을 발생하여 정류용 다이오드(D2, D4, D6) 및 다이리스터(SCR1, SCR2, SCR3)가 적은 전력을 정류하게 되고, 평활용 커패시터(C1)의 충전전압(DCP)이 하강하게 된다.

또한 상기에서는 비교기(400, 410, 420)가 출력하는 펄스신호의 하강에지를 하강에지 검출부(430, 440, 450)가 각기 검출하여 트리거 제어신호를 발생하게 구성하였으나, 본 발명을 실시함에 있어서는 비교기(400, 410, 420)가 출력하는 펄스신호를 트리거 제어신호로 다이리스터 구동부(220)에 직접 입력시켜 다이리스터 구동부가 하강에지에서 트리거 전압을 발생하게 구성할 수 있는 등 여러 가지로 변형 실시할 수 있다.

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명은 3상 인버터에서 3상 전압을 정류하는 3상 정류기에 관한 것으로서 3상 전압의 R상, S상 및 T상의 상전압에 따라 다이리스터를 트리거시켜 다이리스터의 발열을 줄인다.

도 1은 종래의 3상 인버터의 일 예의 구성을 보인 회로도,

도 2는 종래의 3상 인버터의 다른 예의 구성을 보인 회로도,

도 3은 본 발명의 3상 정류기가 구성된 3상 인버터의 구성을 보인 회로도,

도 4는 본 발명의 3상 정류기에서 상전압 검출부의 상세 구성을 보인 회로도, 및

도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 3상 정류기의 동작을 설명하기 위한 동작 파형도이다.

Claims (5)

1. 복수의 다이오드 및 복수의 다이리스터로 3상 전압을 정류하고 평활용 커패시터로 평활하는 정류부;

   상기 3상 전압들 중에서 어느 하나의 상 전압을 정류하여 상기 평활용 커패시터로 평활하는 초기 충전부;

   상기 3상 전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 트리거 제어신호를 발생하는 상전압 검출부; 및

   상기 상전압 검출부가 발생하는 트리거 제어신호에 따라 상기 복수의 다이리스터를 트리거시키는 다이리스터 구동부를 포함하여 구성된 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 상전압 검출부는;

   R상, S상 및 T상의 상전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 상기 다이리스터 구동부로 트리거 제어신호를 출력하는 복수의 비교기로 구성됨을 특징으로 하는 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 복수의 비교기와 상기 다이리스터 구동부의 사이 에;

   상기 복수의 비교기들 각각이 출력하는 펄스신호의 하강에지를 검출하여 상기 다이리스터 구동부로 트리거 제어신호를 출력하는 복수의 하강에지 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 기준전압은;

   상기 평활용 커패시터의 충전전압인 것을 특징으로 하는 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 3상 전압과 상기 복수의 비교기들 각각의 사이에;

   상기 3상 전압을 각기 정류하는 복수의 정류용 다이오드; 및

   상기 정류용 다이오드와 직렬 연결되고, 전류의 흐름을 제한하는 복수의 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치.

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