KR20110057804A - 순시전압 보상기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순시전압 보상기에 관한 것으로서, 입력 전원전압의 순시적인 변동에 의한 불안정한 전원을 사전에 차단하고 전압을 일정하게 유지시킴으로써 전원을 안정화시켜 부하측에 연결된 산업기기를 보호하고 생산성을 유지시킬 수 있다.

순시전압, 보상, 불안전성, 보호, 안정, 정류기, 인버터, 극성, 세타

Description

순시전압 보상기 {INSTANTANEOUS VOLTAGE COMPENSATOR}

본 발명은 제어기에 입력되는 교류전원을 직류로 변환하여 제어 응답성을 높인 순시전압 보상기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력 전원전압의 순시적인 변동에 의한 불안정한 전원으로부터 부하측을 보호할 수 있도록 전원전압의 변동분을 직류로 변환하여 제어함으로써 빠르게 보상할 수 있도록 한 순시전압 보상기에 관한 것이다.

일반적으로 산업계에서 사용하는 이상적인 전원은 60Hz의 주파수와 일정한 크기를 가지고 고조파성분을 포함하지 않는 정현파이다.

그러나, 실제적으로 사용하는 전원의 경우 외란으로 인해 수 주기동안 전원전압이 떨어지거나 올라가는 전원전압의 변동이 생긴다.

이러한 전원전압의 변동으로 인해 컴퓨터, 첨단 반도체 생산라인 장비, 통신장비, 공정제어 시스템 등과 같이 전원에 민감한 장비들의 경우 데이터의 손실, 통신서비스의 장애, 그리고 생산라인의 장시간 중단과 같은 심각한 문제를 발생시 키게 된다.

위에서 설명한 기술은 본 발명이 속하는 기술분야의 배경기술을 의미하며, 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 현재 가장 많이 사용되고 있는 기술의 예를 들자면, 자동 전압 보상기(Automatic Voltage Regulator; AVR)는 사이리스터(Thyristor)를 이용하여 트랜스포머의 탭을 절체하는 방식으로서, 입력전압이 규정범위보다 높아지거나 낮아지면 트랜스포머의 탭을 단계적으로 올리거나 내림으로서 출력전압을 규정 범위 내에 들도록 조정한다. 그러나 이 방식은 정밀한 조정을 하기 위해 많은 탭이 필요하게 되고 한 단계의 조정시마다 한주기 또는 반주기의 시간 동안 입력전압을 측정하여야만 하고 측정된 전압이 규정범위 내에 드는지 판단해야 하며 탭을 옮기기 위해 시간이 필요해지고 탭을 옮기는 시간 동안의 정전현상을 막기 위해 별도의 조치를 취해야 하는 불편함이 있다. 더구나 이러한 여러 과정을 거침으로 걸리는 수백 ms(1천분의 1초)의 긴 회복시간은 서서히 변동하는 입력전압에는 효과적이지만, 공장지대의 순간적인 부하급변, 원거리의 지락으로 인한 입력전압의 급강하 등에는 대응이 불가능하여 초정밀 공정이 요구되는 반도체 생산라인이나 정밀화학, 정밀기계가공, 초정밀 측정 등 전압변동에 민감한 첨단 산업 분야의 요구에는 전혀 부응하지 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명은 입력 전원전압이 순시적으로 급변하여 발생하는 초정밀 부하의 오동작이나 불량발생, 생산라인의 정지 등으로부터 부하측을 보호할 수 있도록 전원전압의 급변 및 변동을 응답 지연 없이 빠르게 보상할 수 있는 순시전압 보상기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 순시전압 보상기는 부하측 전압을 검출하는 전압검출기; 전압검출기에서 검출된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 직류전압변환기; 직류전압변환기의 출력전압을 기준전압과 비교하여 직류 제어값을 출력하는 전압제어기; 전압제어기의 직류 제어값을 교류 제어값으로 변환하는 교류전압변환기; 및 교류전압변환기의 교류 제어값에 의해 교번적으로 스위칭하여 부하측으로 출력하는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 직류전압변환기는 전압검출기에서 검출된 전압의 극성과 위상으로 사인, 코사인 세타를 생성하는 세타발생기에서 생성된 사인,코사인 세타를 이용하여 변환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 교류전압변환기는 세타발생기의 코사인 세타를 이용하여 변환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 부하측에 공급하는 출력 전압의 극성을 검출하는 극성검출기; 및 극성검출기의 극성에 따라 입력 전원전압을 교번적으로 스위칭하여 부하측으로 출력하는 정류기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 전압제어기의 입력을 교류가 아닌 직류로 변환된 값을 이용함으로써 교류의 위상 변화에 따른 응답성의 지연 없이 빠르게 제어 지령을 출력함으로써 입력 전원전압의 순시적인 변동에 의한 불안정한 전원을 사전에 빠르게 차단하고 전압을 일정하게 유지시킴으로써 전원을 안정화시켜 부하측에 연결된 산업기기를 보호하고 생산성을 유지시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 순시전압보상기의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기의 세타발생기를 구체적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기의 직류전압변환기를 구체적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기의 전압제어기를 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기의 교류전압변환기를 나타낸 구성도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기 는 전압검출기(20), 세타발생기(30), 직류전압변환기(40), 전압제어기(50), 교류전압변환기(60), 인버터(70), 극성검출기(80) 및 정류기(90)를 포함한다.

전압검출기(20)는 부하측(10)에 공급하는 출력 전압(Vasinθ)을 검출한다.

세타발생기(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 전압검출기(20)에서 검출된 전원전압(Vasinθ)의 순시값에서 세타검출기(32)를 통해 세타를 검출한 후 사인발생기(36)와 코사인발생기(34)에 의해 사인 세타(sin(θ-π/2))와 코사인 세타(cos(θ-π/2))를 생성한다.

직류전압변환기(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 전압검출기(20)에서 검출된 입력 전원전압(Vasinθ)과 세타발생기(30)의 사인발생기(36)와 코사인발생기(34)에서 생성된 사인 세타(sin(θ-π/2))와 코사인 세타(cos(θ-π/2))를 이용하여 삼각함수법에 의한 합, 차, 곱의 공식인

sinαx cosβ={sin(α+β)+sin(α-β)}/2,

cosαx sinβ={sin(α+β)-sin(α-β)}/2

를 이용하여 Vasinθxcos(θ-π/2)-Vacosθxsin(θ-π/2)로 교류전압(Vasinθ)을 직류전압(Vdcin)으로 변환한다.

이때 Vacosθ는 입력 전원전압(Vasinθ)을 위상천이기(42)를 통해 90도 위상천이한 값이다.

전압제어기(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 직류전압변환기(40)에서 변환된 직류전압(Vdcin)을 기준전압(Vref)과 비교하고 그 비교된 값(Verror)에 제어이득(52)을 곱하여 직류 제어값(Vout_ref)을 출력한다. 상기와 같이 교류전압(Vasin θ)를 직류전압(Vdcin)으로 변환함으로써 교류입력으로 인한 위상변화와 위상 지연에 따른 제어 응답성의 지연 없는 빠른 제어 출력을 내보낼 수 있다.

교류전압변환기(60)는 도 5에 도시된 바와 같이 전압제어기(50)의 직류 제어값(Vout_ref)과 코사인발생기(34)의 코사인 세타(cos(θ-π/2))를 곱하여 교류 제어값(Vout)으로 변환하여 출력한다.

인버터(70)는 교류전압변환기(60)에서 출력되는 교류 제어값(Vout)에 의해 교번적으로 스위칭하여 부하측(10)으로 출력한다.

또한, 극성검출기(80)는 부하측(10)에 공급하는 출력 전압(Vasinθ)의 극성을 검출한다.

정류기(90)는 극성검출기(80)에서 검출한 입력 전원전압(Vasinθ) 극성의 정, 부에 따라 입력 전원전압(Vasinθ)을 교번적으로 스위칭하여 부하측(10)으로 출력한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 순시전압 보상기를 나타내는 블록구성도이다. 도 1의 경우, 전압검출기에서 부하측에 공급하는 출력 전압을 검출하지만, 도 6의 경우에는 전압검출기에서 입력 전원측의 전압을 검출한다는 점을 제외하고는 도 1의 구성과 도 6의 구성은 동일함을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라 서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기를 나타낸 블록구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기의 세타발생기를 구체적으로 나타낸 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기의 직류전압변환기를 구체적으로 나타낸 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기의 전압제어기를 나타낸 구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 순시전압 보상기의 교류전압변환기를 나타낸 구성도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 순시전압 보상기를 나타내는 블록구성도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

10 : 부하측 20 : 전압검출기

30 : 세타발생기 32 : 세타검출기

34 : 코사인 발생기 36 : 사인 발생기

40 : 직류전압변환기 42 : 위상천이기

50 : 전압제어기 60 : 교류전압변환기

70 : 인버터 80 : 극성검출기

90 : 정류기

Claims (4)

1. 부하측에 공급하는 출력 전압 또는 입력 전원측의 전압을 검출하는 전압검출기;

   상기 전압검출기에서 검출된 교류전압의 극성과 위상으로 세타를 만드는 세타발생기;

   상기 전압검출기에서 검출된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 직류전압변환기;

   상기 전압검출기에서 검출된 교류전압의 극성을 판별하는 극성검출기;

   상기 직류전압변환기의 출력전압을 기준전압과 비교하여 직류 제어값을 출력하는 전압제어기;

   상기 전압제어기의 직류 제어값을 교류 제어값으로 변환하는 교류전압변환기; 및

   상기 교류전압변환기의 교류 제어값에 의해 교번적으로 스위칭하여 상기 부하측으로 출력하는 인버터;

   를 포함하는 것을 특징으로 순시전압 보상기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 직류전압변환기는 상기 전압검출기에서 검출된 전압으로 사인, 코사인 세타를 생성하는 세타발생기에서 생성된 사인, 코사인 세타를 이용하여 변환하는 것을 특징으로 하는 순시전압 보상기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 교류전압변환기는 상기 세타발생기의 코사인 세타를 이용하여 변환하는 것을 특징으로 하는 순시전압 보상기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 입력 전원측의 전압 혹은 부하측에 공급하는 출력 전압의 극성을 검출하는 극성검출기; 및

   상기 극성검출기의 극성에 따라 상기 입력 전원전압을 교번적으로 스위칭하는 정류기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순시전압 보상기.

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