KR20130048168A

KR20130048168A - 전기 에너지 재생 회로, 및 전기 에너지 재생 회로를 구비한 전기 장치

Info

Publication number: KR20130048168A
Application number: KR1020120121330A
Authority: KR
Inventors: 배연수
Original assignee: 배연수
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-05-09

Abstract

전기 에너지 재생 회로, 및 전기 에너지 재생 회로를 구비한 전기 장치가 개시된다. 본 발명은, 인가 전원에 의해 충전되는 제1 충전부가 구비된 제1 회로부, 제2 충전부가 구비되며, 제1 회로부와 병렬 설치되는 제2 회로부, 및 제1 충전부가 충전된 경우에 인가 전원과 제1 회로부와의 연결을 개방하는 제1 스위칭부, 및 제1 충전부가 충전된 경우에 제1 충전부의 충전 전력이 제2 회로부에 공급되어, 제2 충전부가 충전되도록 제1 충전부를 제2 충전부와 연결하는 제2 스위칭부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 회로에서 부하를 동작시킨 이후에 전원의 음 단자로 흘러 소실되는 에너지를 회생시킬 수 있게 된다.

Description

전기 에너지 재생 회로, 및 전기 에너지 재생 회로를 구비한 전기 장치{Circuit for Recovering Energy, and Electric Device Equipped Threrewith}

본 발명은 전기 에너지 재생 회로, 및 전기 에너지 재생 회로를 구비한 전기 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회로에서 부하를 동작시킨 이후에 전원의 음 단자로 흘러 소실되는 에너지가 회생되도록 하는 전기 에너지 재생 회로, 및 전기 에너지 재생 회로를 구비한 전기 장치에 관한 것이다.

지금까지 회생에너지는 전기자동차, 하이브리드자동차, 전동차, 플라이 휠 시스템 등에서 제동으로 발생하는 제동회생방법(기계에너지가 전기에너지로의 변환)과 인버터로 RL직렬회로(전동기, 변압기 등)를 동작시키는 전기기계에서 인버터의 상 전환스위치 턴-오프로 발생하는 역기전력을 커패시터에 저장시키는 역기전력회생방법(자기에너지가 전기에너지로의 변환)이 있었다.

한편, 한국특허 제0970566호의 전력회생이 가능한 H-브리지방식의 멀티레벨컨버터에서는 컨버터의 상 전환스위치 턴-오프로 RL직렬회로로부터 역류한 전기에너지를 다수개로 구성한 인덕터에 자기에너지로 변환 저장시킨 이후에 전기에너지로 변환시켜 보조전원으로 이용하는 방법을 제시하고 있다. 이 특허는 역기전력저장수단을 커패시터에서 인덕터로 바꾼 것이 특징이다.

그리고 한국특허 제1069140호의 권선형 유도전동기의 전력회생장치에서는 권선형 유도전동기의 회전자에 유도된 기전력을 회생전력으로 환류제어하여 토크를 제어함과 동시에 에너지절감을 도모하는 전력회생장치를 제시하고 있다.

하지만 이 장치는 회전자의 유도기전력을 환류부하로 이용하여 토크제어와 동시에 전력을 회생시킨 점에서 훌륭한 발명이지만 고정자에서 자속을 유도하고 소실되는 전력을 회생시키지는 못하였다.

여기서 회생에너지라 함은 제동과정에서 발생한 운동에너지를 전기에너지로의 변환과 인버터와 컨버터의 상 전환스위치 턴-오프로 자기회로권선코일(RL직렬회로)에 저장된 자기에너지를 전기에너지로 변환시켜 전원으로 이용하도록 한 에너지를 말한다.

이러한 에너지회생방식은 회로를 따라 부하를 동작시킨 이후에 소실되는 전기에너지와 전압변환과정에서 소실되는 전기에너지를 재생시킬 수 없다는 기술적 한계가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 회로에서 부하를 동작시킨 이후에 전원의 음 단자로 흘러 소실되는 에너지가 회생되도록 하는 전기 에너지 재생 회로, 및 전기 에너지 재생 회로를 구비한 전기 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 에너지 재생 회로는, 인가 전원에 의해 충전되는 제1 충전부가 구비된 제1 회로부; 제2 충전부가 구비되며, 상기 제1 회로부와 병렬 설치되는 제2 회로부; 및 상기 제1 충전부가 충전된 경우에 상기 인가 전원과 상기 제1 회로부와의 연결을 개방하는 제1 스위칭부; 및 상기 제1 충전부가 충전된 경우에 상기 제1 충전부의 충전 전력이 상기 제2 회로부에 공급되어, 상기 제2 충전부가 충전되도록 상기 제1 충전부를 상기 제2 충전부와 연결하는 제2 스위칭부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 충전부는 병렬 연결된 복수개의 충전 소자를 포함하며, 상기 제1 충전부가 충전된 경우에 상기 복수개의 충전 소자를 직렬 연결되도록 전환시키는 제3 스위칭부를 더 포함한다.

또한, 상기 제2 충전부는 병렬 연결된 복수개의 충전 소자를 포함하며, 상기 제2 충전부가 상기 제1 충전부에 의해 충전된 경우에 상기 제2 충전부의 상기 복수개의 충전 소자가 직렬 연결되도록 전환시키는 제4 스위칭부를 더 포함하고, 상기 제2 충전부가 상기 제1 충전부에 의해 충전된 경우에 상기 제3 스위칭부는 상기 제1 충전부의 상기 복수개의 충전 소자가 병렬 연결되도록 전환시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 충전부가 상기 제1 충전부에 의해 충전된 경우에 상기 제2 충전부의 충전 전력이 상기 제1 회로부에 공급되어, 상기 제1 충전부가 충전되도록 상기 제2 충전부를 상기 제1 충전부와 연결하는 제5 스위칭부를 더 포함한다.

또한, 상기 제1 회로부 및 상기 제2 회로부와 각각 직렬로 연결된 부하를 더 포함한다.

또한, 상기 부하는 인버터 또는 컨버터로 동작되는 RL 부하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부하에 걸리는 전압의 크기를 일정하게 유지시키는 정전압 제어 회로를 더 포함한다.

또한, 상기 제1, 2 충-방전소자의 충-방전전압과 부하전류를 피드백 받아 충전경로제어와 방전경로를 제어하여 에너지교환전환을 수행하는 제어장치를 더 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 전기 장치는, 상기 전기 에너지 재생 회로가 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 회로에서 부하(저항부하, 조명부하, 전열부하, 신호부하, 전동기부하, 변압기부하 등)를 동작시킨 이후에 전원의 음 단자로 흘러 소실되는 에너지를 회생시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 에너지 재생 회로의 동작 원리를 나타내는 개념도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 에너지 재생 회로의 구조를 나타내는 도면,
도 3은 각 동작 모드에 따른 도 2에서의 스위칭 동작 시퀀스를 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 RL직렬회로부하를 동작시키는 인버터 와/또는 컨버터에 직렬 연결한 전기에너지재생회로 구성도, 및
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탭 전압인가형 전기에너지재생변환회로 구성도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 에너지 재생 회로의 동작 원리를 나타내는 개념도이며, 아래의 표 1은 도 1에서의 전기 에너지 재생 회로의 제어 시퀀스를 설명하고 있다.

동작모드	동작원리	요약
1	외부직류전원으로 부하를 동작시킨 에너지를 제1 회로부의 에너지저장장치에 회생 충전하도록 하는 C형 에너지인가루프모드	전원입력→부하동작→제1 회로부 회생충전
2	제1 회로부의 에너지저장장치에서 방전된 에너지로 부하를 동작시킨 이후에 제2 회로부의 에너지저장장치로 회생 충전하도록 하는 역S형 에너지교환루프모드	제1 회로부 방전→부하동작→제2 회로부 회생충전
3	외부직류전원으로 부하를 동작시킨 에너지를 제2 회로부의 에너지저장장치에 보충 충전하도록 하는 C형 에너지인가루프모드	전원입력→부하동작→제2 회로부 회생충전
4	제2 회로부의 에너지저장장치에서 방전된 에너지로 부하를 동작시킨 이후에 제1 회로부의 에너지저장장치에 다시 회생 충전하도록하는 S형 에너지교환루프모드	제2 회로부 방전→부하동작→제1 회로부 회생충전

즉, 본 발명에 따른 전기 에너지 재생 회로는 부하전류 및 전기에너지재생시스템의 전압을 피드백하여 "동작모드1 → 동작모드2 → 동작모드3 → 동작모드4 → 동작모드1 …"와 같은 순서로 제어한다.

그러나 가장 이상적인 제어 시퀀스는 동작모드1 및 동작모드3을 제외시킨

"동작모드2(역S형 에너지교환루프모드) → 동작모드4(S형 에너지교환루프모드)"를 반복시켜 무한대에너지교환루프로 제어하는 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 에너지 재생 회로의 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 표 1에서의 각 동작모드에 따른 도 2에서의 스위칭 동작 시퀀스를 설명하는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 에너지 재생 회로의 동작 원리를 설명하면, 본 발명을 실시함에 있어서는 "동작모드1→동작모드2→동작모드4→동작모드2→동작모드4..."에서와 같이 메인 전원(100)이 인가되는 동작모드1의 실행 이후에 동작모드2와 동작모드4가 교번되며 실행되는 것이 바람직할 것이다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 상술한 시퀀스에 전원(100) 모충 모드인 동작모드3을 삽입하여, "동작모드1→동작모드2→동작모드3→동작모드4→동작모드3→동작모드2→동작모드3→동작모드4→동작모드3..."에서와 같이 실행될 수도 있을 것이다.

한편, 도 2에서와 같이 동작모드1은 메인전원(100)인가 모드로서, 도 2에서의 스위치들 중에서 "S1,Sa11,Sb11,Sb12,Sb13,Sd11,Sd12,Sd13"는 단락되고, 나머지 스위치들은 개방되는 모드이다. 이에 따라, 메인 전원(100)이 입력되며, 부하가 동작하고, 제1회로부가 회생충전되게 된다.

아울러, 동작모드2는 제1 회로부(110)의 에너지 저장장치(B11,B12,B13,B14)에서 방전된 에너지로 부하를 동작시킨 이후에 제2 회로부(120)의 에너지 저장장치(B21,B22,B23,B24)로 회생 충전하도록 하는 에너지교환루프모드로서, 도 2에서의 스위치들 중에서 "S2,Sc11,Sc12,Sc13,Sa21,Sb21,Sb22,Sb23,Sd21,Sd22,Sd23"은 단락되고, 나머지 스위치들은 개방되는 모드이다.

이에 따라, 제1 회로부(110)는 방전되면서 부하가 동작하며 동시에 제2 회로부(120)에 대한 회생 충전이 실행되게 된다.

한편, 동작모드3은 외부직류전원(100)으로 부하를 동작시킨 에너지를 제2 회로부(120)의 에너지 저장장치에 보충 충전하도록 하는 에너지인가 루프모드로서, 도 2에서의 스위치들 중에서 "S1,Sa21,Sb21,Sb22,Sb23,Sd21,Sd22,Sd23,"은 단락되고, 나머지 스위치들은 개방되는 모드이다. 이에 따라, 외부 전원(100)이 입력되어 부하가 동작되면서, 제2 회로부(120)에 대한 회생 충전이 실행된다.

또한, 동작모드4는 제2 회로부(120)의 에너지 저장장치(B21,B22,B23,B24)에서 방전된 에너지로 부하를 동작시킨 이후에 제1 회로부(110)의 에너지 저장장치(B11,B12,B13,B14)에 다시 회생 충전하도록하는 에너지교환루프모드로서, 도 2에서의 스위치들 중에서 "S3,Sa11,Sb11,Sb12,Sb13,Sd11,Sd12,Sd13,Sc21,Sc22,Sc23"는 단락되고, 나머지 스위치들은 개방되는 모드이다. 이에 따라, 제2 회로부(120)가 방전되면서, 부하가 동작됨과 동시에 제1 회로부(110)가 회생충전되게 된다.

즉, 도 2를 살펴보면, 도 2에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 에너지 재생회로는, 제1 회로부(110), 제2 회로부(120), 제1 스위칭부(S1), 제2 스위칭부(S2), 제3 스위칭부(Sb11,Sb12,Sb13,Sc11,Sc12,Sc13,Sd11,Sd12,Sd13), 제4 스위칭부(Sb21,Sb22,Sb23,Sc21,Sc22,Sc23,Sd21,Sd22,Sd23), 제5 스위칭부(S3)를 구비하고 있다.

먼저, 제1 회로부(110)는 인가 전원(100)에 의해 충전되는, 병렬 연결된 복수개의 충전 소자를 구비하는 제1 충전부가 구비되어 있으며, 제2 회로부(120)에는 제2 충전부가 구비되어 있으며, 제1 회로부(110)와 병렬 설치되어 있다.

한편, 제1 스위칭부(S1)가 단락됨으로써, 인가 전원(100)에 의해 제1 충전부에는 충전이 이루어진다(동작 모드1).

한편, 제1 충전부의 충전이 완료된 경우에 제1 스위칭부(S1)는 개방됨으로써, 인가 전원(100)과 제1 회로부(110)와의 연결을 개방하게 된다. 또한, 제1 충전부의 충전 완료시에 제2 스위칭부(S2)가 단락됨으로써, 제1 충전부의 충전 전력이 제2 회로부(120)에 공급되어, 병렬 연결된 복수개의 충전 소자를 구비한 제2 충전부가 충전되게 된다. 이와 동시에 제3 스위칭부(Sb11,Sb12,Sb13,Sc11,Sc12,Sc13,Sd11,Sd12,Sd13)는 제1 충전부에서의 복수개의 충전 소자를 직렬 연결되도록 전환시키게 되며, 그에 따라 제2 충전부의 충전이 이루어진다(동작 모드2).

제2 충전부가 제1 충전부에 의해 충전된 경우에 제2 충전부의 복수개의 충전 소자가 직렬 연결되도록 제4 스위칭부(Sb21,Sb22,Sb23,Sc21,Sc22,Sc23,Sd21,Sd22,Sd23)는 전환되며, 제3 스위칭부(Sb11,Sb12,Sb13,Sc11,Sc12,Sc13,Sd11,Sd12,Sd13)는 제1 충전부의 복수개의 충전 소자가 다시 병렬 연결되도록 전환된다. 이와 동시에 제5 스위칭부(S3)가 제2 충전부를 제1 충전부와 연결되도록 동작함으로써, 제2 충전부의 충전 전력이 제1 회로부(110)에 공급되어, 병렬 연결된 복수개의 충전 소자를 구비한 제1 충전부가 다시 충전되게 된다(동작 모드4).

이하에서는 도 3에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 에너지 재생 회로의 동작 원리를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

즉, 본 발명에 따른 전기 에너지 재생 회로는 부하를 동작시킨 에너지를 충-방전소자에 저장하고, 저장된 에너지를 방전하여 부하를 재 동작시키는 회로를 말하고, 제1 회로부의 제1 충전부 충전전압과 제1 방전부 방전전압, 제2 회로부의 제2 충전부 충전전압과 제2 방전부 방전전압을 피드백 받아 "동작모드1→동작모드2→동작모드3→동작모드4→동작모드1 …"와 같은 순서로 스위칭부를 동작시킨다.

그러나 가장 이상적인 제어 시퀀스는 동작모드1 및 동작모드3을 제외시킨 "동작모드2→ 동작모드4"를 반복시켜 에너지효용률을 높이는 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기 에너지 재생 회로의 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 표 1에서의 각 동작모드에 따른 도 2에서의 스위칭 동작 시퀀스를 설명하는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 에너지 재생 회로의 구조를 설명하면, 제1 회로부(110)와 제2 회로부(120)로 구성되고, 제1 회로부는 제1 충전부와 제1 방전부 및 병렬 연결된 다수개의 제1충-방전소자를 구비한다.

제1 회로부와 병렬 설치된 제2 회로부는 제2 충전부와 제2 방전부 및 병렬 연결된 다수개의 제2 충-방전소자를 구비한다.

상기 제1 충전부는 "S1,Sa11,Sb11,Sb12,Sb13,Sd11,Sd12,Sd13"충전전환스위치로 구성되고, 상기 제1 충-방전소자는 병렬 연결된"B11,B12,B13, B14"로 구성되며, 상기 제1 방전부는 "S2,Sc11,Sc12,Sc13"방전전환스위치로 구성된다.

상기 제2 충전부는 "S1,Sa21,Sb21,Sb22,Sb23,Sd21,Sd22,Sd23"충전전환스위치로 구성되고, 상기 제2 충-방전소자는 병렬 연결된"B21,B22,B23, B24"로 구성되며, 상기 제2 방전부는 "S3,Sc21,Sc22,Sc23"방전전환스위치로 구성된다.

도 2에서의 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 에너지 재생 회로는, 제1 회로부(110), 제2 회로부(120), 제1 스위칭부(S1), 제2 스위칭부(S2), 제3 스위칭부(Sb11,Sb12,Sb13,Sd11,Sd12,Sd13,Sc11,Sc12,Sc13), 제4 스위칭부(Sb21,Sb22,Sb23,Sd21,Sd22,Sd23,Sc21,Sc22,Sc23), 제5 스위칭부(S3)를 구비하고 있다.

상기 구성에 대하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 에너지 재생 회로의 동작 원리를 설명하면, 본 발명을 실시함에 있어서는 "동작모드1→동작모드2→동작모드4→동작모드2→동작모드4..."에서와 같이 메인 전원(100)이 인가되는 동작모드1의 실행 이후에 동작모드2와 동작모드4가 교번되어 실행되는 것이 바람직할 것이다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 상술한 시퀀스에 메인 전원(100) 보충 모드인 동작모드3을 삽입하여, "동작모드1→동작모드2→동작모드3→동작모드4→동작모드3→동작모드2→동작모드3→동작모드4→동작모드3..."에서와 같이 실행될 수도 있을 것이다.

상기 동작모드의 전환은 전압센스"PT1,PT2,PT3,PT4,PT5"와 전류센스"CT"에서 검출된 전압과 전류의 값을 검출 받아 제어장치(140)에서 모드전환을 수행한다.

한편, 도 3에서와 같이 동작모드1은 메인 전원(100)인가 모드로서, 도 2에서의 스위치들 중에서 제1 회로부(110)의 제1 충전부"S1,Sa11,Sb11, Sb12,Sb13,Sd11,Sd12,Sd13"충전전환스위치는 단락되고, 나머지 스위치들은 개방되는 모드이다. 이에 따라, 메인 전원(100)이 입력되며, 부하가 동작된다.

보다 상세하게는 제1 스위칭부(S1)와 제3 스위칭부(Sa11,Sb11, Sb12,Sb13,Sd11,Sd12,Sd13"의 충전유도스위치가 단락됨으로써, 메인 전원(100)에 의해 제1 충-방전소자(B11,B12,B13,B14)에 충전이 이루어진다.

아울러, 동작모드2는 제1 회로부(110)의 제1 충전부"S1,Sa11,Sb11, Sb12,Sb13,Sd11,Sd12,Sd13"충전전환스위치의 개방과 제1 방전부"S2,Sc11, Sc12,Sc13"방전전환스위치의 단락으로 제1 충-방전소자(B11,B12,B13,B14)에 저장된 에너지는 제1 방전부"S2,Sc11,Sc12,Sc13"방전전환스위치를 따라 부하를 동작시킨 이후에 제2 회로부(120)의 제2 충전부"Sa21,Sb21,Sb22,Sb23, Sd21,Sd22,Sd23"충전전환스위치의 단락과 "S3,Sc21,Sc22,Sc23"방전전환스위치의 개방으로 제2 충-방전소자(B11,B12,B13,B14)에서 부하(200)를 매개로 제2 충-방전소자(B21,B22,B23,B24)로 에너지교환 충전하도록 하는 에너지교환루프모드이다.

보다 상세하게는 제1 충-방전소자(B11,B12,B13,B14)에 충전이 완료된 경우에 제1 스위칭부(S1)는 개방됨으로써, 메인 전원(100)과 제1 회로부(110)와의 연결을 개방하게 된다.

또한, 제2 스위칭부(S2)의 단락과 제3 스위칭부(Sc11,Sc12,Sc13)의 방전전환스위치가 단락되어 제1 충-방전소자(B11,B12,B13,B14)의 충전 전력이 부하를 매개로 제2 회로부(120)에 공급되어, 병렬 연결된 다수개의 충전 소자를 구비한 제2 충-방전소자(B21,B22,B23,B24)에 에너지교환충전이 되게 된다.

한편, 동작모드3은 제2 회로부(120)의 제2 충-방전소자에 에너지가 완전 충전되도록 하는 동작모드로서, 도 2에서의 스위치들 중에서 "S1, Sa21,Sb21,Sb22,Sb23,Sd21,Sd22,Sd23"충전전환스위치는 단락되고, 나머지 스위치들은 개방되는 모드이다. 이에 따라, 메인 전원(100)이 입력되어 부하가 동작되면서, 제2 회로부(120)의 제2 충-방전소자(B21,B22,B23,B24)에 에너지가 완전 충전되게 된다.

보다 상세하게는 제1 스위칭부(S1)와 제4 스위칭부(Sa21,Sb21, Sb22,Sb23,Sd21,Sd22,Sd23"의 충전전환스위치가 단락됨으로써, 메인 전원(100)에 의해 제2 충-방전소자(B21,B22,B23,B24)에는 완전충전이 이루어진다.

또한, 동작모드4는 제2 회로부(120)의 제2 방전부"S3,Sc21,Sc22, Sc23"방전전환스위치의 단락과 제2 충전부"S1,Sa21,Sb21,Sb22,Sb23,Sd21, Sd22,Sd23"충전전환스위치의 개방으로 제2 충-방전소자(B21,B22,B23,B24)에 저장된 에너지는 제2 방전부"S3,Sc21,Sc22,Sc23"방전전환스위치를 따라 부하를 동작시킨 이후에 제1 회로부(110)의 제1 충전부"Sa11,Sb11,Sb12,Sb13, Sd11,Sd12,Sd13"충전전환스위치의 단락과 "S2,Sc11,Sc12,Sc13"방전전환스위치의 개방으로 제2 충-방전소자(B21,B22,B23,B24)에서 부하(200)를 매개로 제1 충-방전소자(B11,B12,B13,B14)로 에너지교환 충전하도록 하는 에너지교환루프모드이다.

보다 상세하게는 제2 충-방전소자(B21,B22,B23,B24)에 충전이 완료된 경우에 제1 스위칭부(S1)는 개방됨으로써, 메인 전원(100)과 제2 회로부(120)와의 연결을 개방하게 된다.

또한, 제5 스위칭부(S3)의 단락과 제4 스위칭부(Sc21,Sc22,Sc23)의 방전전환스위치가 단락되어 제2 충-방전소자(B21,B22, B23,B24)의 충전 전력이 부하를 매개로 제2 회로부(120)에 공급되어, 병렬 연결된 다수개의 충전 소자를 구비한 제2 충-방전소자(B11,B12,B13,B14)에 에너지교환충전이 되게 된다.

그런데 상기 동작모드2와 동작모드4로 에너지를 방전할 경우에 점차적으로 전압 값이 떨어지므로 부하에 일정한 전류를 공급할 수 없다.

따라서 정전압 제어 회로(130)와 제1 스위칭부(S1), 제2 스위칭부(S2), 제5 스위칭부(S3)를 펄스폭제어(pulse width modulation: PWM)하여 출력한 정전압으로 부하를 동작시킨다.

정전압 제어 회로(130)에는 전압을 승압시켜 일정한 전압을 출력하는 승압형 정전압 제어 회로와 전압을 강압시켜 일정한 전압을 출력하는 강압형 정전압 제어 회로 및 승강압형 정전압 제어 회로를 모두 포함한다.

상기 충-방전소자는 2차 전지와 대용량커패시터를 말하며, 상기 부하는 R부하와 RL직렬회로부하 등을 말한다.

상기 R부하는 조명부하, 전열부하, 신호부하, 디스플레이부하를 포함하며, 상기 RL직렬회로부하는 전동기, 변압기, 스위치드 릴럭턴스 전동기 등으로 토크의 출력 또는 전압의 가변 등에 이용되는 자기회로부하를 말한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 RL직렬회로부하를 동작시키는 인버터 와/또는 컨버터에 직렬 연결한 전기에너지재생회로 구성도이다.

RL직렬회로부하는 도2에서 제시한 R부하와는 달리 주로 교류회로에 이용되므로 RL직렬회로부하와 전기에너지재생회로를 직접 연결할 경우 동작이 정지된다.

그러므로 RL직렬회로부하(단상, 3상 전동기, 변압기자기회로 등)는 상변환스위치를 구비한 인버터, 주파수변환스위치를 구비한 컨버터를 매개하여 전기에너지재생회로와 연결된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RL직렬회로부하를 동작시키는 인버터 와/또는 컨버터에 직렬 연결한 전기에너지재생회로의 구성은 전동기, 변압기 등의 RL직렬회로부하(300)를 동작시킨 에너지를 재생하기 위하여 환류회로를 구비한 인버터(150) 와/또는 컨버터의 하단에 제1 회로부와 제2 회로부로 구성된 전기에너지재생회로를 직렬로 연결 구성하고, 속도변화와 전압변화를 위하여 전압을 가변시킬 수 있는 정전압 제어 회로(130) 및 상기 인버터(150) 와/또는 컨버터를 제어하는 제어장치(140)를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 환류회로를 구비한 인버터(150) 와/또는 컨버터에서 환류회로(S5스위치와 D1다이오드)는 RL직렬회로에서 방전 또는 회생제동으로 역류되는 에너지를 충전하도록 경로를 유도하고, 상변환스위치 및 주파수변환스위치의 파괴를 방지하기 위한 회로이다.

그리고 상기 도2의 전기에너지 재생 회로는 임피던스매칭직렬회로로 구성한 경우이고, 도4의 전기에너지 재생 회로는 직-병렬회로를 병렬 구성한 경우이다.

상기 전기에너지 재생 회로를 이용하여 전기에너지를 재생하기 위해서는 부하 및 부하를 동작시키는 인버터 와/또는 컨버터에 전기에너지 재생 회로를 직렬 연결하여 구성한 이중 직렬직류회로로 구성하고, 부하동작전압(Va)과 전기에너지 재생 회로 동작전압(Vb)을 인가하여 부하를 동작시킨 에너지가 회생 충전되도록 구성한 것이 특징이다.

도4의 전기에너지 재생 회로의 동작은 도2에서 설명한 바와 같다.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 탭 전압인가형 전기에너지 재생 회로 구성도이다.

상기 전기에너지 재생 회로는 메인전원으로 충-방전시간 밸런스를 조정한다.

따라서 전 전압인가전원과 반 전압인가전원을 필요에 따라 인가제어하여 메인전원의 인가효율을 높이기 위하여 구비한 2전원회로이다.

탭 전압인가형 전기에너지재생회로의 구성은 2전원을 인가하는 탭 전원(100-1)과 2개의 정전압 제어 회로(130-1, 130-2) 및 R부하(200) 와/또는 RL직렬회로부하 그리고 전기에너지재생회로, 이를 제어하는 제어장치(140)로 구성된다.

상기 탭 전압인가형 전기에너지재생회로는 필요에 따라 직류전압을 가변시켜 부하동작과 충-방전소자를 제어할 수 있다.

특히 도4의 RL직렬회로부하에 탭 전압인가형 전기에너지재생회로를 부가할 경우 전동기, 변압기 등에서는 저속과 고속, 저압과 고압의 2분할제어가 용이한 것이 특징이다.

상기 탭 전압인가형 전기에너지재생회로에서 전기에너지 재생 회로의 동작은 도2에서 설명한 바와 같다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

100: 인가 전원, 110: 제1 회로부,
120: 제2 회로부, 140: 제어 장치.

Claims

인가 전원에 의해 충전되는 제1 충전부가 구비된 제1 회로부;
제2 충전부가 구비되며, 상기 제1 회로부와 병렬 설치되는 제2 회로부; 및
상기 제1 충전부가 충전된 경우에 상기 인가 전원과 상기 제1 회로부와의 연결을 개방하는 제1 스위칭부; 및
상기 제1 충전부가 충전된 경우에 상기 제1 충전부의 충전 전력이 상기 제2 회로부에 공급되어, 상기 제2 충전부가 충전되도록 상기 제1 충전부를 상기 제2 충전부와 연결하는 제2 스위칭부
를 포함하는 전기 에너지 재생 회로.
제1항에 있어서,
상기 제1 충전부는 병렬 연결된 복수개의 충전 소자를 포함하며,
상기 제1 충전부가 충전된 경우에 상기 복수개의 충전 소자를 직렬 연결되도록 전환시키는 제3 스위칭부를 더 포함하는 전기 에너지 재생 회로.
제3항에 있어서,
상기 제2 충전부는 병렬 연결된 복수개의 충전 소자를 포함하며,
상기 제2 충전부가 상기 제1 충전부에 의해 충전된 경우에 상기 제2 충전부의 상기 복수개의 충전 소자가 직렬 연결되도록 전환시키는 제4 스위칭부를 더 포함하고,
상기 제2 충전부가 상기 제1 충전부에 의해 충전된 경우에 상기 제3 스위칭부는 상기 제1 충전부의 상기 복수개의 충전 소자가 병렬 연결되도록 전환시키는 것인 전기 에너지 재생 회로.
제3항에 있어서,
상기 제2 충전부가 상기 제1 충전부에 의해 충전된 경우에
상기 제2 충전부의 충전 전력이 상기 제1 회로부에 공급되어, 상기 제1 충전부가 충전되도록 상기 제2 충전부를 상기 제1 충전부와 연결하는 제5 스위칭부를 더 포함하는 전기 에너지 재생 회로.
제1항에 있어서,
상기 제1 회로부 및 상기 제2 회로부와 각각 직렬로 연결된 부하를 더 포함하는 전기 에너지 재생 회로.
제5항에 있어서,
상기 부하는 인버터 또는 컨버터로 동작되는 RL 부하인 것인 전기 에너지 재생 회로.
제5항에 있어서,
상기 부하에 걸리는 전압의 크기를 일정하게 유지시키는 정전압 제어 회로를 더 포함하는 전기 에너지 재생 회로.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서의 상기 전기 에너지 재생 회로가 구비된 전기 장치.