KR20110102550A - 3상 전원입력용 전력공급장치 - Google Patents

3상 전원입력용 전력공급장치 Download PDF

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Abstract

위상 불평형으로 인한 과전압 또는 제어 불능의 문제를 해결한 3상 전원입력용 전력공급장치에 관해 개시한다. 본 발명은, 3상 AC 입력전원과, 부하와, 상기 입력전원이 비정상상태인 경우 보상 AC 전압을 생성하여 상기 부하에 전달하기 위한 보상수단과, 상기 입력전원으로부터의 전압을 상기 부하에 전달하기 위하여 상기 입력전원의 제1 상과 상기 보상수단의 사이에 설치된 제1 바이패스 스위치와, 입력전원의 이상유무를 감지하는 입력검출부를 가지는 시스템에 적용되는 것으로서, 정전 후 복전 시 3상 불평형에 의한 과전압 또는 제어불능을 방지하기 위하여, 상기 제1 바이패스 스위치 이외에 상기 제1 상을 제외한 나머지 상 중 적어도 1개 이상의 상에 제2 바이패스 스위치를 별도로 구비하며, 복전시 상기 입력검출부로부터 신호를 받아 각각의 바이패스 스위치를 제어하는 신호를 발생시킴으로써 3상 평형전원을 부하에 공급하는 바이패스 스위치 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

3상 전원입력용 전력공급장치 {Power supplying apparatus for three-phase power input}
본 발명은 전력공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 위상 불평형으로 인한 과전압 또는 제어 불능의 문제를 해결한 3상 전원입력용 전력공급장치에 관한 것이다.
온라인 UPS(Uninterruptible Power Supply)를 제외한, 오프라인 UPS, 라인-인터랙티브 UPS 또는 순간 정전 방지 UPS 등은 AC 전원이 정상일 때는 바이패스 스위치(Bypass switch : 사이리스터(Thyristor)등의 반도체스위치 또는 릴레이로 구성됨)에 의하여 입력 전원이 직접 출력으로 전달됨과 동시에, 배터리, 커패시터(Capacitor) 또는 콘덴서(Condenser) 등의 직류 전원에 충전을 하고, 입력 전원을 감시하면서 대기한다. 입력전원의 단절, 저전압, 고전압등의 이상 상태가 발생하면, 즉시 바이패스 스위치를 끊고, 직류 전원에 충전된 DC 에너지를 가지고 DC-AC 인버터를 가동하여 출력에 정상적인 AC전원을 공급한다. 한편, 입력전원이 정상으로 돌아오면 인버터 동작을 멈추고, 다시 바이패스 스위치를 연결하여 입력 전압이 직접 출력으로 전달된다. 이 과정을 아래에 보다 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 UPS 장치의 동작을 설명하기 위한 개략적 구성도이다. 도 1을 참조하면, AC 입력전원(210)이 정상상태일 때, UPS(200)는 다음과 같이 동작한다. 즉, 도통된 바이패스 스위치(220)에 의하여 AC 입력전원(210)으로부터의 입력 전압이 직접 부하(230) 쪽으로 출력전압으로 전달되는 한편, 배터리, 커패시터(Capacitor) 또는 콘덴서(Condenser)와 같은 직류전원(240)에서는 충전이 이루어지면서, 입력 전원을 감시하며 대기하게 된다. 도 1에서 참조번호 250은 AC-DC 컨버터 또는 DC-AC 인버터의 역할을 하는 것이며, 참조번호 260은 전력전달을 해주는 소자(Transformer 또는 Non Transformer)이며 참조번호 202는 직류전원(240)과 인버터(250)와 전력전달소자(Transformer 또는 Non Transformer)(260)를 포함하는 충방전부이다. 그런데, 여기서 입력전원(210)의 단절, 저전압, 고전압 등으로 인해 입력전압이 전압 허용범위를 벗어나거나 정전 발생 등의 이상 상태가 발생하면, 즉시 바이패스 스위치(220)를 끊고, 직류전원(240)에 충전된 DC 에너지를 가지고 DC-AC 인버터(250)를 가동하여 부하(230) 측에 정상적인 AC 출력전압을 공급한다. 그 다음, 입력전원(210)이 정상으로 돌아오면 DC-AC 인버터(250)의 동작을 멈추고, 다시 바이패스 스위치(220)를 연결하여 입력전원(210)의 전압이 직접 부하(230) 측에 출력전압으로 전달된다.
도 2는 단상 상용전원(210)에 단상 UPS(200)를 사용하는 종래기술의 경우를 설명하기 위한 개략적 구성도이다. 도 2를 참조하면, 단상 상용전원(210)에 병렬로 단상의 UPS(200) 장치가 설치되어 있으며, 바이패스 스위치(220)를 하나만 설치하며 정전시 바이패스 스위치(220)를 오프(OFF)시켜 입력을 차단하고 충방전부(202)에서 전원을 부하(230)에 출력하여 단상을 사용하는 부하들에 안정적인 전력을 공급한다. 한편, 복전 시에는 바이패스 스위치(220)를 도통시켜 단상 상용전원(210)이 부하에 직접 전력이 공급된다. 그러나 이러한 장치 구성은 단상을 사용하는 기기들에만 적용가능하다는 점에서 3상 상용전원 입력이 이용되는 기기에는 적용될 수 없다.
도 3은 3상 상용전원(212)에 단상 UPS(200)를 사용하는 종래기술의 경우를 설명하기 위한 개략적 구성도이다. 도 3을 참조하면, 입력 이상 시 사이리스터 스위치(220)를 끄고 충방전부(202)에서 전력을 부하(230)에 출력하여 부하(230) 내의 기기들에 안정적인 전원을 공급한다. 그런데, 이러한 구성은 3상 상용전원(212)의 복전 시 부하(230)와 직접 연결된 전원선을 통해 인가된 상용 전원 전압(VRS)의 위상과 UPS(200)의 출력선을 통한 UPS 출력 전압(VST)의 위상이 3상 불평형을 이룰 경우, 과전압이 부하(230)에 인가되어 부하(230)에 손상을 주는 문제점이 있을 뿐만 아니라 위상 불평형으로 인해 제어가 불가능해지는 문제점이 있다.
도 4는 도 3의 장치에서 3상의 위상이 평형되지 않아 과전압이 발생한 경우를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 3상의 전압파형을 각각 나타내었는데, 3상의 위상이 120도씩 평형되지 않아 과전압이 발생하였음(특히, VRT의 경우)을 알 수 있다.
과전압의 발생을 방지하기 위해, 종래기술에서는 3상 상용전원(212)에 단상 UPS(200)를 사용하는 경우 전압 클램프 소자를 함께 적용한 경우도 있다. 이러한 경우의 예를 도 5에 나타내었다. 도 5를 참조하면, 3상 상용전원(212)의 복전 시 3상 불평형으로 인한 과전압으로 부하(230)가 손상되는 것을 방지하기 위해 부하(230)의 전단에 전압이 일정 이상일 경우 전압을 일정 전압으로 유지시키는 전압 클램프(clamp) 소자(270)를 사용함으로써, 부하(230)에 인가되는 전압의 크기를 제한할 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 이 경우에도 3상의 위상 불평형은 근본적으로 부하(230)에 여러 가지 문제점을 발생시킨다.
도 6은 도 5의 장치에서 과전압의 발생은 일부 억제되었지만 3상의 위상이 여전히 불평형한 상태를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 3상의 전압이 120도씩 평형되어 있지 않음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 위상 불평형으로 인한 과전압 또는 제어 불능의 문제를 해결한 3상 전원입력용 전력공급장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 3상 AC 입력전원과, 부하와, 상기 입력전원이 비정상상태인 경우 보상 AC 전압을 생성하여 상기 부하에 전달하기 위한 보상수단과, 상기 입력전원으로부터의 전압을 상기 부하에 전달하기 위하여 상기 입력전원의 제1 상과 상기 보상수단의 사이에 설치된 제1 바이패스 스위치와, 입력전원의 이상유무를 감지하는 입력검출부를 가지는 시스템에 적용되는 것으로서, 정전 후 복전 시 3상 불평형에 의한 과전압 또는 제어불능을 방지하기 위하여, 상기 제1 바이패스 스위치 이외에 상기 제1 상을 제외한 나머지 2개의 상 중 적어도 1개의 상에 바이패스 스위치를 별도로 구비하며, 복전시 상기 입력검출부로부터 신호를 받아 각각의 바이패스 스위치를 제어하는 신호를 발생시킴으로써 3상 평형전원을 부하에 공급하는 바이패스 스위치 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 별도의 상에 추가로 구비된 바이패스 스위치가 1개 이상이어서, 바이패스 스위치가 최소한 2개 이상의 상에 각각 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보상수단이, 배터리, 커패시터 또는 콘덴서를 포함하는 직류전원과, 상기 직류전원의 전압을 교류로 변환시키는 단상 DC-AC 인버터를 포함하여도 좋으며, 이 경우, 상기 제1 바이패스 스위치가 상기 입력전원의 제1 상과 상기 DC-AC인버터 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 따르면, 위상 불평형으로 인한 과전압 또는 제어 불능이 발생하지 않기 때문에 3상 전원을 부하에 안정적으로 공급할 수가 있다.
도 1은 종래의 UPS 장치의 동작을 설명하기 위한 개략적 구성도;
도 2는 단상 상용전원에 단상 UPS를 사용하는 종래기술의 경우를 설명하기 위한 개략적 구성도;
도 3은 3상 상용전원에 2상 UPS를 사용하는 종래기술의 경우를 설명하기 위한 개략적 구성도;
도 4는 도 3의 장치에서 3상의 위상이 평형이 되지 않아 과전압이 발생한 경우를 나타낸 그래프;
도 5는 3상 상용전원에 2상 UPS를 사용하되 과전압의 발생을 방지하기 위해 전압 클램프 소자를 추가한 경우를 설명하기 위한 개략적 구성도;
도 6은 도 5의 장치에서 과전압의 발생은 일부 억제되었지만 3상의 위상이 여전히 불평형한 상태를 나타낸 그래프;
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 3상 전원입력용 전력공급장치를 설명하기 위한 개략적 구성도;
도 8은 도 7의 장치에서 3상의 위상이 평형되어 과전압이 발생하지 않는 경우를 나타낸 그래프; 및
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 3상 전원입력용 전력공급장치를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시 예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시 예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 3상 전원입력용 전력공급장치를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
종래기술에서는 3개의 상 중에 바이패스 스위치가 한개의 상에만 설치되어, 복전이 되면 바이패스 스위치가 설치되지 않은 나머지 2개의 상은 상용전원과 부하 사이에 직접 연결된다. 따라서, 입력 전원이 끊어진 3개의 상중 2개의 상에 UPS로부터 보상전압이 공급되고 있는 도중에 복전이 되면 바이패스 스위치로 입력을 차단시킨 1개의 상 외에 바이패스 스위치 없이 직접 연결된 나머지 2개의 상은 UPS 보상 출력 전압과 위상이 틀어져 3상 불평형이 발생하여, UPS로부터 보상전압이 중단되고 차단하고 있던 바이패스 스위치를 도통시켜 복전된 3상 입력 전원이 그대로 부하에 공급될 때까지의 복전된 상용 입력 전력과 UPS의 보상전력이 중첩되는 시간동안 순간적으로 아주 높은 전압이 발생하게 되고, 과도하게 높아진 전압으로 인해 부하 및 UPS 장치에 치명적인 손상을 입히게 된다. 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 바이패스 스위치(220)가 설치되어 있는 입력전원(212)의 제1 상 외의 다른 상(도 7에서는 S상)에 대해서도 별도의 바이패스 스위치(222)를 추가 설치하여, 추가 설치된 제2 바이패스 스위치(222)를 스위치 제어부(320)에 의해 제1 바이패스 스위치(220)와 동시에 제어함으로써 복전이 되더라도 제2 바이패스 스위치(222)를 온(ON)시키지 않고 우선 충방전부(202)의 출력전압을 상용 입력전원(212) 전압의 위상과 일치시킨 후, 제1 바이패스 스위치(220)와 제2 바이패스 스위치(222)를 동시에 온(ON)하여 위상 불평형 없이 부하(230)에 전원을 인가함으로써 종래기술에서의 위상 불평형에 의한 과전압으로 부하를 소손시키거나 위상 불평형으로 인해 제어가 불가능한 문제점을 해결할 수 있다. 도 7에서 스위치 제어부(320)는 입력검출부(310)를 통해 입력전원의 이상 유무를 감지하는 신호를 받아서 제1 바이패스 스위치(220)와 제2 바이패스 스위치(222)를 제어하는 신호를 발생시킨다. 한편, 충방전부(202)는 입력전원(212)이 비정상상태인 경우 보상 AC 전압을 생성하여 부하(230)에 전달하기 위한 보상수단으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 배터리, 커패시터 또는 콘덴서를 포함하는 직류전원(미도시)과, 상기 직류전원의 전압을 교류로 변환시키는 단상 DC-AC 인버터(미도시)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 바이패스 스위치(220)가 입력전원(212)의 제1 상과 상기 DC-AC인버터 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
도 8은 도 7의 장치에서 상용 입력전원(212)의 복전 후에도 3개의 상 중 2개의 상을 바이패스 스위치로 오프(OFF)하는 방식을 적용한 것으로써, 이렇게 하면 과전압을 방지하는 것을 알 수 있다. 이후 충방전부(202)의 출력전압을 상용 입력전원(212) 전압의 위상과 일치시킨 후, 제1 바이패스 스위치(220)와 제2 바이패스 스위치(222)를 동시에 온(ON)하여 위상 불평형 없이 부하(230)에 전원을 인가함으로써 위상 불평형에 의한 과전압으로 부하를 소손시키거나 위상 불평형으로 인해 제어가 불가능한 문제점을 해결할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 3상 전원입력용 전력공급장치를 설명하기 위한 개략적 구성도이다. 도 9를 참조하면, 도 7의 구성과 거의 유사하되, 제2 바이패스 스위치(222)가 도 7에 설치되어 있는 것과는 다른 상(도 9에서는 R상)에 대해 설치되어 있음을 알 수 있다. 이와 같은 구성을 갖는 3상 전원입력용 전력공급장치 역시 도 8에 도시된 것과 유사한 효과를 나타낸다.
또한 모든 상에 각각의 바이패스 스위치를 구비하여도 역시 도8에 도시한 것과 유사한 효과를 나타내며 제2 바이패스 스위치는 제1 바이패스 스위치 이외의 바이패스 스위치를 통칭하며 개수와 무관하다.
200: UPS 장치
202: 충방전부
210: 단상 AC 입력전원
212: 3상 AC 입력전원
220: 제1 바이패스 스위치
222: 제2 바이패스 스위치
230: 부하
240: 배터리, 커패시터 등의 직류전원
250: AC-DC 컨버터 또는 DC-AC 인버터
270: 전압 클램프 소자
310: 입력 검출부
320: 스위치 제어부

Claims (3)

  1. 3상 AC 입력전원과, 부하와, 상기 입력전원이 비정상상태인 경우 보상 AC 전압을 생성하여 상기 부하에 전달하기 위한 보상수단과, 상기 입력전원으로부터의 전압을 상기 부하에 전달하기 위하여 상기 입력전원의 제1 상과 상기 보상수단의 사이에 설치된 제1 바이패스 스위치와, 입력전원의 이상유무를 감지하는 입력검출부를 가지는 시스템에 있어서,
    정전 후 복전 시 3상 불평형에 의한 과전압 또는 제어불능을 방지하기 위하여, 상기 제1 바이패스 스위치 이외에 상기 제1 상을 제외한 나머지 상 중 적어도 1개 이상의 상에 제2 바이패스 스위치를 별도로 구비하며, 복전시 상기 입력검출부로부터 신호를 받아 각각의 바이패스 스위치를 제어하는 신호를 발생시킴으로써 3상 평형전원을 부하에 공급하는 바이패스 스위치 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3상 전원입력용 전력공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 별도의 상에 추가로 구비된 바이패스 스위치가 1개 이상이어서, 바이패스 스위치가 최소한 2개 이상의 상에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 3상 전원입력용 전력공급장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보상수단이, 배터리, 커패시터 또는 콘덴서를 포함하는 직류전원과, 상기 직류전원의 전압을 교류로 변환시키는 단상 DC-AC 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전원입력용 전력공급장치.
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KR1020100021603A KR20110102550A (ko) 2010-03-11 2010-03-11 3상 전원입력용 전력공급장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210037806A (ko) * 2019-09-27 2021-04-07 주식회사 오키 역전류 방지 기능을 갖는 바이패스 스위치 제어장치

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KR20210037806A (ko) * 2019-09-27 2021-04-07 주식회사 오키 역전류 방지 기능을 갖는 바이패스 스위치 제어장치

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