KR20090110751A

KR20090110751A - 순간전압저하 보호장치

Info

Publication number: KR20090110751A
Application number: KR1020080036419A
Authority: KR
Inventors: 천호식
Original assignee: 천호식
Priority date: 2008-04-19
Filing date: 2008-04-19
Publication date: 2009-10-22

Abstract

본 발명은 상용교류전원으로부터 부하에 공급되는 교류전력의 전압이 일시적으로 저하했을 때 부하에 보상교류전력을 공급하는 순간전압저하 보호장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 전원계통에 접속된 부하에 전력 공급하는 상용교류전원으로부터 교류전력이 공급될 때 상기 교류전력을 상기 부하에 공급함과 동시에 충전수단에 전기에너지를 저장해 두어 상기 상용교류전원으로부터의 상기 교류전력의 전압이 일시적으로 저하했을 때에 상기 충전수단에 저장된 전기에너지를 직류/교류 변환해 보상교류전력으로 출력하는 순간전압저하 보호장치에 있어서, 상기 상용교류전원으로부터의 상기 교류전력을 개폐하기 위한 교류전력 개폐수단과, 상기 상용교류전원으로부터 상기 교류전력을 직류전력으로 변환해 상기 충전수단을 충전하는 인버터수단과, 상기 부하에 공급되는 전류를 검출하는 부하전류 검출수단과, 상기 상용교류전원으로부터 공급되는 상기 교류전력의 전압저하를 검출하는 전압저하 검출수단과, 바이패스 회로측의 사이리스터 스위치와 상기 인버터수단측의 사이리스터 스위치중의 하나를 선택적으로 구동하는 무정지 스위치 제어수단과, 상기 부하전류 검출수단 및 상기 전압저하 검출수단으로 부터 받은 검출치를 처리하여 상기 교류전류 개폐수단, 상기 인버터수단, 및 상기 무정지 스위치 제어수단을 구동하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

순간전압저하 보호장치, 상용교류전원, 보상교류전력, 충전, 인버터, 부하전류 검출, 전압저하 검출, 교류전류 개폐, 무정지 스위치, 제어부, 전원전압, 낙뢰

Description

순간전압저하 보호장치 { VOLTAGE SAG PROTECTOR DEVICE }

반도체 제조공장에는 다수의 생산공정이 있으며, 각 생산공정에서는 여러 종류의 많은 반도체 처리장치가 설치되어 있다. 대부분의 장치들은 24시간 풀 가동하여 실리콘 웨이퍼, 반도체소자를 양산하고 있다. 반도체 처리장치등의 생산설비에는 반도체공장의 주전원으로부터 소정전압에 의한 전력 공급을 하고 있다. 이 전원이 낙뢰로 순간전압저하를 일으키면, 거기에 따라 각 생산설비에 전력 공급이 일순간에 정지해 피대상물인 실리콘 웨이퍼 또는 반도체소자의 처리가 중단되며, 경우에 따라서는 피대상물을 사용할 수 없어서 버리는 일이 있다. 그 때문에, 각 생산설비에 공급되는 전원에는 순간전압저하 보호장치를 삽입하는 것이 일반적이다.

덧붙여 순간전압저하란, 송전선에 낙뢰등으로 발생하는 순간의 전압저하 현상을 말한다. 순간전압저하를 한국전력등의 상용전력 공급측에서 막는 것은 곤란하다. 일반적으로 순간전압저하를 일으키는 원인이 되는 낙뢰는, 다뢰지대에서는 연 간 20∼30회에 이른다고 한다.

순간전압저하 발생시에 부하전압을 보상하는 장치로서, 종래방법에 따른 순간전압저하 보호장치의 회로 구성도는 도 2에 나타나있다. 도2를 보면, 전원 계통에 접속된 부하(LOAD, 1)에 상용 교류전원으로부터 공급되는 교류전력(2)에 순간전압저하가 발생했을 때, 예를 들면 전해 콘덴서(3)의 충전전압에 의해 순간전압저하 직전의 부하전압(LOAD VOLTAGE)을 보상하는 인버터(INVERTER, 4)를 구비한다. 이 인버터(4)는, 부하전압을 보상하기 위한 전해콘덴서(ELECTROLYTIC CONDENSER, 3)의 충전전압 (CHARGE VOLTAGE)을 확보하는 목적으로, 승압트랜스(STEP-UP TRANSFORMER, 5)및 다이오드정류기(DIODE RECTIFIER,6)로 구성되는 초기충전회로(INITIAL CHARGING CIRCUIT,7)를 가진다.

덧붙여 전원계통(POWER SUPPLY SYSTEM)의 상용교류전원과 부하(LOAD,1)사이에는, 상용 교류전원의 순간전압저하 발생시에 그 상용 교류전원을 전원계통으로부터 떼어내기 위한 주사이리스터(PRIMARY THYRISTOR, 8)이 설치되며 또, 인버터(4)의 이상 발생시에 그 인버터(4)를 전원계통으로부터 떼어내기 위한 보호용사이리스터(PROTECTION THYRISTOR, 9)가 설치된다. 보호용 사이리스터(9)와 인버터(4)사이에는, 펄스폭 변조(PWM)된 전압의 파형을 정형화하기 위한 LC 필터(FILTER)로 리액터(REACTOR, 10)및 콘덴서(11)가 설치되고 있다.

이 순간전압저하 보호장치에서는, 전원계통의 상용교류전원으로부터의 에너지 공급에 의해, 승압트랜스(5)로 승압한 다음 다이오드정류기(6)에 의해 정류하며 전해콘덴서(3)을 초기충전한다. 이 초기충전은, 최종적으로 전원 전압의 √2배 정 도까지 충전되어 그 충전전압에 도달한 초기충전 완료 후, 인버터(4)를 PWM(펄스폭 변조)컨버터로서 운전 제어해, 전해콘덴서(3)의 충전전압을 정격 전압까지 승압한다.

상용 교류전원에 순간전압저하가 발생하면, 주사이리스터(8)를 오프(OFF)하여 부하(1)에의 전력 공급을 정지한다. 주사이리스터(8)의 오프(OFF)와 동시에 전해콘덴서(3)의 충전전압을 인버터(4)에 의해 부하(1)에 공급한다. 즉, 인버터(4)에서는, 전해콘덴서(3)의 충전전압을 교류 변환해, 그 인버터(4)의 교류 출력을 부하(1)에 공급하는 것으로써, 전해콘덴서(3)의 충전전압으로 순간전압저하 직전의 부하전압을 보상하고 있다.

그런데, 종래방법에 따른 순간전압저하 보호장치의 충전방법에서는, 초기 충전회로(INITIAL CHARGING CIRCUIT,7)로서 승압트랜스(STEP-UP TRANSFORMER, 5)및 다이오드정류기(DIODE RECTIFIER,6)를 필요로 하고 있었다. 여기서, 전해콘덴서(3)에 갑자기 전압을 인가하려고 하면 과전류가 흘르므로, 승압트랜스(5)에는, 과전류 억제 기능을 구비한 정전압트랜스(CVT)를 사용하는 것이 많다.

그렇지만, 초기 충전회로(INITIAL CHARGING CIRCUIT,7)은 사용률이 낮은 초기충전시에만 사용되는 것만으로 있는 것에도 불구하고, 제작코스트가 많이 들며, 정전압트랜스(CVT)등의 승압트랜스(5)는 중량이 많이 나가 순간전압저하 보호장치의 중량을 증대시키는 등의 문제가 있었다.

본 발명은, 이상의 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 제작코스트의 절감 및 순간전압저하 보호장치의 경량화를 도모할 수 있는 순간전압저하 보호장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 인버터부 고장시에 바이패스(BYPASS)회로로 급전할 수 있는 순간전압저하 보호장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 전원계통에 접속된 부하에 전력 공급하는 상용교류전원으로부터 교류전력이 공급될 때 상기 교류전력을 상기 부하에 공급함과 동시에 충전수단에 전기에너지를 저장해 두어 상기 상용교류전원으로부터의 상기 교류전력의 전압이 일시적으로 저하했을 때에 상기 충전수단에 저장된 전기에너지를 직류/교류 변환해 보상교류전력으로 출력하는 순간전압저하 보호장치에 있어서, 상기 상용교류전원으로부터의 상기 교류전력을 개폐하기 위한 교류전력 개폐수단과, 상기 상용교류전원으로부터 상기 교류전력을 직류전력으로 변환해 상기 충전수단을 충전하는 인버터수단과, 상기 부하에 공급되는 전류를 검출하는 부하전류 검출수단과, 상기 상용교류전원으로부터 공급되는 상기 교류전력의 전압저하를 검출하는 전압저하 검출수단과, 바이패스 회로측의 사이리스터 스위치와 상기 인버터수단측의 사이리스터 스위치중의 하나를 선택적으로 구동하는 무정지 스위치 제어수단과, 상기 부하전류 검출수단 및 상기 전압저하 검출수단으로 부터 받은 검출치를 처리하여 상기 교류전류 개폐수단, 상기 인버터수단, 및 상기 무정지 스위치 제어수단을 구동하는 제어부를 구비하는 것에 특징이 있다.

본 발명은 고성능 연산장치기능을 갖춘 제어부로 순간전압저하 변환에 대해 안정된 제어를 실시할 수 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 순간전압저하 보호장치의 개략 블록구성도이다.

순간전압저하 보호장치는 220V 상용 교류전원으로부터 부하(LOAD)에 공급되는 교류전력의 전압이 일시적(예를 들면 최대 1초정도)으로 저하했을 때에 이것을 보상하는 것이다.

본 장치의 기본적인 동작을 보면, 상용 교류전원으로부터 공급되는 교류전력은 교류전력 개폐부, 무정지 스위치회로를 개입시켜 얻을 수 있는 교류출력이 부하(LOAD)에 공급된다. 그리고 한편 교류전류 개폐부의 출력은 인버터부(INVERTER PORT)에 입력된다. 인버터부(INVERTER PORT)는 교류전력을 직류전력으로 변환해 충전부에 포함되는 전기이중층컨덴서(EDLC)에 충전을 해 전기이중층컨덴서(EDLC, ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR)에 전기에너지를 저장한다. 즉 상용교류전원으로부터 교류전력이 공급되고 있는 정상적인 상태에서는 충전부에는 전기에너지를 저장할 수 있다.

전력공급의 이상(ABNORMAL)등에 의해 전압이 일시적으로 저하하면, 교류전력 입력단에 설치한 전압저하 검출부에 의해 검출되어 그 검출치는 제어부에 입력된 다. 전압저하 검출부는 상용교류전원으로부터 공급되는 교류전력전압의 저하를 감시하며 전압저하를 검출하면 신속하게 제어부에 알린다.

제어부는 전압저하 검출부로부터의 검출신호에 의해 전압저하를 인식해, 제어부의 제어를 받는 무정지 스위치회로에 의해 인버터부(INVERTER PORT)측에 접속된 사이리스터 스위치(THYRISTOR SWITCH)를 온(ON)하며, 바이패스(BYPASS) 회로측의 사이리스터 스위치(THYRISTOR SWITCH)를 오프(OFF)한다. 그리고 동시에 제어부의 제어를 받는 교류전류 개폐부를 오프(OFF)시켜 부하(LOAD)를 상용 교류전원으로부터 떼어낸다.

인버터구동부로 인버터부(INVERTER PORT)를 동작시키고 그 직전까지 충전부(전기이중층컨덴서)에 보관 유지되고 있는 전압을 직류/교류 변환해 교류전력, 즉 보상교류전력을 부하(LOAD)에 공급된다.

인버터부(INVERTER PORT)의 각 스위치소자는 인버터구동부에서 송출되는 구동신호에 의해 온(ON)/오프(OFF)가 제어된다.

그리고 상용 교류전원의 전압저하가 해소되면 제어부는 인버터구동부에 구동신호를 보내어 인버터부(INVERTER PORT)의 동작을 정지해 보상전력의 공급을 멈추고, 신속하게 교류전력구동부에 구동신호를 보내어 교류전력 개폐기를 온(ON)하여 상용 교류전원으로 부하(LOAD)를 접속하고, 상용 교류전원 즉 교류전력을 부하(LOAD)에 공급한다. 이것에 의해 상용 교류전원의 전압이 일시적으로 저하해도 중단되지 않게 교류전력을 부하(LOAD)에 계속 공급할 수 있다. 교류전력 개폐기는 상용 교류전원에 의한 교류전력이 부하(LOAD)을 접속하는 선로안에 반도체스위치, 예 를 들면 파워MOSFET 같은 FET스위치, 사이리스터, 및 기계적 접점을 갖는 전자(電磁)개폐기(릴레이)중에서 하나를 선택하여 사용한다.

부하(LOAD)에 공급되는 전류는 전류 검출기(부하전류검출부)에 의해 검출되어 그 검출치는 제어부에 입력된다. 교류전력 입력단에 공급되는 전압은 전압저하 검출부에 의해 검출되어 그 검출치는 제어부에 입력된다.

제어부는 고성능 연산장치기능을 갖춘 CPU로 전류 검출기(부하전류검출부)에 의해 검출된 부하(LOAD)에 공급된 전류정보와 전압저하 검출부에 의해 검출된 교류전력 입력단에 공급되는 전압정보에 대해 적분연산을 하여 변환이 생기는 즉시 교류전력 개폐기, 인버터부 및 무정지 스위치회로에 안정된 제어를 실시할 수 있다. 제어부는 CPU를 중심으로 구성되어 미리 설정된 프로그램에 따라서 각종 제어나 처리를 실시한다.

본 장치의 출력전류, 즉 부하(LOAD)에 흐르는 전류는 전류 검출기(부하전류검출부)에 의해 검출되어 제어부는 그 전류치를 감시하고 있다.

본 장치의 충전부는 전기이중층컨덴서로 종래 사용한 납축전지와는 달리 구성재료에 중금속등의 유해물질을 포함하지 않기 때문에 환경문제를 경감했으며, 또한 용량이 큰 울트라 커패시터(ULTRA CAPACITOR)로 기대수명이 15년정도로 충전부의 교체가 불필요하다.

또, 예를 들면 만일 인버터부(INVERTER PORT) 또는 교류전력 개폐부에 고장이나 점검이 발생할 경우에는 무정지 스위치회로에 의해 바이패스(BYPASS) 회로측의 사이리스터 스위치(THYRISTOR SWITCH)를 온(ON)하고, 인버터부(INVERTER PORT) 측에 접속된 사이리스터 스위치(THYRISTOR SWITCH)를 오프(OFF)하여 상용 교류전원으로부터 교류전력은 바이패스(BYPASS) 회로를 거쳐 부하(LOAD)에 공급된다.

도 2는 종래방법에 따른 순간전압저하 보호장치의 회로 구성도이다.

Claims

본 발명은 전원계통에 접속된 부하에 전력 공급하는 상용교류전원으로부터 교류전력이 공급될 때 상기 교류전력을 상기 부하에 공급함과 동시에 충전수단에 전기에너지를 저장해 두어 상기 상용교류전원으로부터의 상기 교류전력의 전압이 일시적으로 저하했을 때에 상기 충전수단에 저장된 전기에너지를 직류/교류 변환해 보상교류전력으로 출력하는 순간전압저하 보호장치에 있어서,

상기 상용교류전원으로부터의 상기 교류전력을 개폐하기 위한 교류전력 개폐수단과,

상기 상용교류전원으로부터 상기 교류전력을 직류전력으로 변환해 상기 충전수단을 충전하는 인버터수단과,

상기 부하에 공급되는 전류를 검출하는 부하전류 검출수단과, 상기 상용교류전원으로부터 공급되는 상기 교류전력의 전압저하를 검출하는 전압저하 검출수단과,

바이패스 회로측의 사이리스터 스위치와 상기 인버터수단측의 사이리스터 스위치중의 하나를 선택적으로 구동하는 무정지 스위치 제어수단과,

상기 부하전류 검출수단 및 상기 전압저하 검출수단으로 부터 받은 검출치를 처리하여 상기 교류전류 개폐수단, 상기 인버터수단, 및 상기 무정지 스위치 제어수단을 구동하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 순간전압저하 보호장치.
제 1항에 있어서, 상기 교류전류 개폐수단는 FET스위치, 또는 사이리스터 또는 전자 릴레이로 구비하는 것을 특징으로 하는 순간전압저하 보호장치.
제 1항에 있어서, 상기 충전수단은 전기이중층콘덴서로 구비하는 것을 특징으로 하는 순간전압저하 보호장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 CPU을 중심으로 구비하는 것을 특징으로 하는 순간전압저하 보호장치.
제 1항에 있어서, 상기 인버터수단 또는 상기 교류전력 개폐수단이 고장시에 상기 바이패스(BYPASS) 회로로 급전하기 위하여 상기 바이패스 회로측의 사이리스터 스위치를 연결하는 것을 특징으로 하는 순간전압저하 보호장치.