KR20140043435A - 리딩 에지 또는 트레일링 에지 위상 절단에 의해 교류 네트워크들에서 여러 개의 부하를 조작하기 위한 방법 - Google Patents

리딩 에지 또는 트레일링 에지 위상 절단에 의해 교류 네트워크들에서 여러 개의 부하를 조작하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교류 네트워크에서 제1 및 제2 전기적 부하 또는 소비자를 조작하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 각각의 부하에 대해 양 및 음의 반파장들이 제1 리딩 에지 위상각에 의해 제어되는, 선택적인 제1 조작 모드로 조작될 수 있다. 또한, 제1 부하에 대한 양 및 음의 반파장들의 제1 부분 및 제2 부하에 대한 양 및 음의 반파장들의 제2 부분은 각각의 제2 리딩 에지 위상각에 의해 제어되는, 제2 조작 모드가 제공된다. 또한, 본 발명은, 제1 및 제2 부하에 대해 제1 및 제2 리딩 에지 위상각 제어 수단을 갖는, 상기 방법을 수행하기 위한 디바이스에 관한 것이다.

Description

리딩 에지 또는 트레일링 에지 위상 절단에 의해 교류 네트워크들에서 여러 개의 부하를 조작하기 위한 방법{METHOD FOR OPERATING SEVERAL LOADS IN ALTERNATING CURRENT NETWORKS WITH LEADING EDGE OR TRAILING EDGE PHASE CUTTING}
본 발명은 리딩 에지 또는 트레일링 에지 위상 절단(cutting) 또는 스위칭(switching)에 의해 교류 네트워크에서 여러 개의 부하 또는 소비자(consumer)를 조작하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
특히, 박막 태양 전지를 생산하기 위한 디바이스에서는, 높은 전력의 가열 프로세스들이 요구되는데, 프로세스들을 최적화하기 위해, 또한 비교적 낮은 가열 전력을 갖는 제어 범위들이 허용되어야 한다. 이를 위해, 예컨대, 유리로 만들어진 기판을 가능한 한 균일하게 가열하기 위해, 리딩 에지 위상각 제어 수단이 사용된다.
전류는 반파장의 일부에서만 흐르기 때문에, 전류의 비-사인파 형상(non-sinusoidal shape)의 관점에서 리딩 에지 위상각 제어 수단은 불리하다. 요구되는 전류가 낮을수록, 리딩 에지 위상각은 더 크고(예컨대, 50% 내지 0%에 90° 내지 180°가 대응함), 사인 형상으로부터의 전류 곡선 형상의 편차가 더 크다. 이는 공급 네트워크(supplying network)에서 고조파 형태의 반응으로 이어진다. 공급 네트워크에서 고조파 전류에 의해 야기된 손실이 중요할 수 있기 때문에, 이러한 반응은, 예컨대, 특정 기준(예컨대, EN61000-3-2, EN61000-3-12, EN61000-2-2, EN61000-2-4 및 EN50160)에 따라 제한되어야 한다.
고조파를 감소시키기 위해, DE 197 05 907 A1은 리딩 에지 위상각 회로에 의해 AC 공급 네트워크에 접속된 전기적 소비자의 전력 제어를 제공하기 위해 미리 결정된 바람직한 점호각(firing angle) 주위의 점호각을 다르게 하는 것을 제안한다.
EP 1 529 335 B1은, 실제의 제1 스위칭 소자의 점호(firing) 후에, 제1 스위칭 소자에 의해 인계받은 전류가 흐르도록, 제2 스위칭 소자가 미리 도통 상태로 스위칭되는 장치를 제공한다. 이는 전체적으로 전류에 있어서의 비교적 매끄러운 증가로 이어지므로, 따라서, 고조파는 감소하거나 부분적으로 소멸된다.
DE 10 2007 059 789 B3은, 양 및 음의 반파장들 사이에서 평균적으로 상쇄되는 전력의 평형 없이, 전력이 사인 곡선적 방식으로 변화하는 방식으로 주기적 시퀀스에서 교류의 반파장 마다 점호각을 선택하는 것을 제안한다. 따라서, 생성된 고조파가 평균적으로 서로 소멸할 수 있도록 설계하는 것이 가능하다.
예컨대, 유리 기판에 대해 특히 균일한 가열 프로파일을 달성하기 위해, 비교적 큰 전력 제어 범위에 걸쳐 그리고 또한 비교적 낮은 부하의 경우에, 리딩 에지 위상 스위칭에 의한 부하 조작 동안 고조파를 감소시키기 위한 디바이스 및 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 이를 위해, 한계값을 충족하기 위한 특히 경제적으로 적절한 조치(measure)는 위에서 설명된 기준들에서 발견되어야 한다. 이러한 목적은 청구항들의 특징들에 의해 달성된다.
본 발명은 두 개 이상의 소비자의 정규 리딩 에지 위상각 제어의 개념으로부터 시작되는데, 여기서, 각각의 소비자는 리딩 에지 위상각이 제어된 반파장들 양측을 사용한다(제1 조작 모드). 위에서 논의된 바와 같이, 소비자들의 낮은 부하의 경우에, 두 개의 소비자에 대한 스위칭-온 위상들은 서로 오버랩하므로 네트워크에서 장애 및 반응이 더욱더 엄청나다. 본 발명에 따르면, 이를 위해, 제2 조작 모드가 제공되는데, 각각의 경우에 제2 리딩 에지 위상각에 의해, 특정 수의 후속 반파장들은 단지 제1 소비자에 대해서만 구동되고, 특정 수의 그 다음에 오는 부분파들은 단지 제2 소비자에 대해서만 구동되는 등이다.
따라서, 본 발명은 일반적으로 각각의 소비자에 대한 양 및 음의 반파장들이 제1 리딩 에지 위상각 또는 제1 트레일링 에지 위상각에 의해 구동되는 선택적인 제1 조작 모드와, 각각의 경우에 제2 리딩 에지 위상각 또는 제2 트레일링 에지 위상각에 의해, 양 및 음의 반파장들의 제1 부분은 (단지) 제1 소비자에 대해 제어되고 양 및 음의 반파장들의 제2 부분은 (단지) 제2 소비자에 대해 제어되는 제2 조작 모드를 갖는 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 반파장들의 제1 부분은 양의 반파장들일 수 있고, 반파장들의 제2 부분은 음의 반파장들일 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 본 발명은, 제1 및 제2 전기적 소비자가 0% 내지 50%의 부하에서 조작되어야 하는 AC 네트워크에서의 방법에 관한 것일 수 있다. 여기서, (예컨대, 제2 리딩 에지 위상각에 의해) 음의 반파장들은 제1 소비자에 대해 스위칭 오프될 수 있고 양의 반파장들은 제2 소비자에 대해 스위칭 오프될 수 있으며, 양의 반파장들은 제1 소비자에 대해 스위칭 온될 수 있고 음의 반파장들은 제2 소비자에 대해 스위칭 온될 수 있는데, 즉, 음의 반파장들은 단지 하나의 소비자에 대해서만 사용되고 양의 반파장들은 그 외의 소비자에 대해서만 사용된다.
AC 네트워크에서 제1 및 제2 전기적 소비자를 조작하기 위한 본 발명에 따른 방법은 제1 조작 모드를 제공할 수 있는데, 여기서, 양 및 음의 반파장들은 제1 리딩 에지 위상각에 의해 각각의 소비자에 대해 구동된다. 또한, 제1 리딩 에지 위상각이 적어도 90°인 경우에, 제2 리딩 에지 위상각에 의해, 제1 소비자에 대해 음의 반파장들을 스위칭 오프하고 제2 소비자에 대해 양의 반파장들을 스위칭 오프하며, 제1 소비자에 대해 양의 반파장들을 구동하고 제2 소비자에 대해 음의 반파장들을 구동하여 제2 조작 모드로 스위칭될 수 있다.
예를 들어, 부하가 비교적 낮고, 리딩 에지 위상각이 90° 내지 180°의 범위 내의 본 공지된 개념(제1 리딩 에지 위상각)에 있는 경우, 즉, 각각의 반파장의 부하가 50% 내지 0%의 범위 내에 있는 경우, 서로 다른 조작 모드가 활성화될 수 있어, 하나의 소비자는 단지 양의 반파장들만을 사용하고 그 외의 소비자는 단지 음의 반파장들만을 사용한다.
또한, 소비자들의 비교적 낮은 전력 소모의 경우에, 두 반파장들의 리딩 에지 위상각(= 제2 리딩 에지 위상각) 및 그에 따른 사인 형상으로부터의 전류 곡선의 편차가 공지된 해결책에 비해 감소될 수 있으므로(제1 리딩 에지 위상각에 의해), 고조파 형태의 네트워크에서의 반응들이 감소된다.
본 발명은 또한 AC 네트워크에서 제1 및 제2 전기적 소비자를 조작하기 위한 방법에 관한 것일 수 있는데, 여기서, 방법은 위에서 설명된 제1 조작 모드만을 포함하거나 위에서 설명된 제2 조작 모드만을 포함한다.
일 실시예에 따르면, q≥2개의 소비자에 대해, 양 및 음의 반파장들의 제1 부분은 (1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들일 수 있고,
양 및 음의 반파장들의 제2 부분은 (Z+1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들일 수 있고,
양 및 음의 반파장들의 q번째 부분은 ((q-1)·Z+1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들일 수 있으며,
N은 0보다 큰 정수이고, Z는 소비자에 대한 후속 전파들의 수이다.
예를 들어, 정확히 두 개의 소비자 중 제1 소비자에 대해, 소비자 마다 하나의 각각의 스위칭된 전파에 의해, 제1, 제3, 제5, 제7 등의 전파들이 구동되는데, 여기서, 제2, 제4, 제6, 제8 등의 전파들은 제2 소비자에 대해 스위칭된다. 정확히 두 개의 소비자 및 두 개의 각각의 전파가 존재하는 경우에, 제1 및 제2, 제5 및 제6 등의 전파들이 제1 소비자에 대해 구동되고, 제2 소비자에 대해서는 제3 및 제4, 제7 및 제8 등의 전파들이 구동된다.
정확히 세 개의 소비자와 한 개의 전파가 존재하는 경우에, 예를 들어, 제1 소비자에 대해 제1, 제4, 제7 등의 전파들이 구동될 수 있고, 제2 소비자에 대해 제2, 제5, 제8 등의 전파들이 구동될 수 있고, 제3 소비자에 대해 제3, 제6, 제9 등의 전파들이 구동될 수 있다. 정확히 세 개의 소비자와 두 개의 각각의 전파가 존재하는 경우에, 제1 소비자에 대해, 제1 및 제2, 제7 및 제8 등의 전파들이 구동될 수 있고, 제2 소비자에 대해, 제3 및 제4, 제9 및 제10 등의 전파들이 구동될 수 있고, 제3 소비자에 대해, 제5 및 제6, 제11 및 제12 전파들이 구동될 수 있다.
본 발명은 또한 위에서 설명한 본 발명의 일반적인 개념을 실행하기에 적합한 디바이스에 관한 것이다. 이 경우, 디바이스는 특히 제1 및 제2 (또는 2보다 많은) 소비자(들)에 대해 제1 및 제2 리딩 에지 위상각 제어 수단들(또는 2보다 많은 리딩 에지 위상각 제어 수단)을 포함한다. 제1 리딩 에지 위상각 제어 수단은 제1 소비자에 대해 양 및 음의 반파장들의 제1 부분을 구동하기에 적합하고, 제2 리딩 에지 위상각 제어 수단은 제2 소비자에 대해 양 및 음의 반파장들의 제2 부분을 구동하기에 적합하다. 리딩 에지 위상각 제어 수단은, 예를 들어, 제1 리딩 에지 위상각 또는 제1 트레일링 에지 위상각이 위에서 설명한 조작 모드에 대해 제공되는 경우에, 제2 리딩 에지 위상각 또는 제2 트레일링 에지 위상각에 의해 반파장들을 구동하기에 적합하다.
예를 들어, 반파장들의 제1 부분은 양의 반파장들일 수 있고, 반파장들의 제2 부분은 음의 반파장들일 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 본 발명은 또한 적어도 90°의 제1 리딩 에지 위상각에 의해 AC 네트워크에서 전기적 소비자들을 조작하기 위한 디바이스, 특히, 위 및/또는 아래 정의된 방법들 중 하나를 실행하기 위한 디바이스에 관한 것일 수 있다. 디바이스는 제1 및 제2 (전기적) 소비자에 대해 제1 및 제2 리딩 에지 위상각 제어 수단을 포함할 수 있는데, 여기서, 제1 리딩 에지 위상각 제어 수단은 제1 소비자에 대해 음의 반파장들을 스위칭 오프하기에 적합하고, 제2 리딩 에지 위상각 제어 수단은 제2 소비자에 대해 양의 반파장들을 스위칭 오프하기에 적합하다. 리딩 에지 위상각 제어 수단은 또한 바람직하게는 제2 리딩 에지 위상각에 의해 제1 소비자에 대해 양의 반파장들을 구동하고 제2 소비자에 대해 음의 반파장들을 구동하기에 적합하다.
일 실시예에 따르면, 디바이스는, q≥2개의 소비자에 대해, 양 및 음의 반파장들의 제1 부분으로서, (1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들을 구동하기에 적합할 수 있고,
양 및 음의 반파장들의 제2 부분으로서, (Z+1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들을 구동하기에 적합할 수 있고,
양 및 음의 반파장들의 q번째 부분으로서, ((q-1)·Z+1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들을 구동하기에 적합할 수 있고,
N은 0보다 큰 정수이고, Z는 소비자에 대한 후속 전파의 수이다.
일 실시예에 따르면, 전기적 소비자들은 박막 태양 전지를 생산하기 위한 가열 프로세스들을 위한 IR 방사기와 같은 램프를 포함한다.
리딩 에지 위상각 제어 수단은, 교류의 제로 크로싱(zero crossing) 이후에, 제어 수단이 점호 펄스(firing pulse)를 수신할 때까지 전류가 소비자로 흐르지 않도록 하는 방식으로 AC 네트워크에서 전류 흐름을 제어할 수 있다. 특정 리딩 에지 위상각이 할당될 수 있는 AC 신호의 이러한 위상에서, 접속된 소비자에게는 다음 제로 크로싱까지 전류가 공급된다. 제로 크로싱에서 점호 펄스까지의 지속기간(duration)은 리딩 에지 위상 스위칭으로 지칭되고, 여기서, 지속기간이 증가함에 따라 전력은 감소한다(리딩 에지 위상 스위칭이 작을수록, 예컨대, 0%와 50% 사이일 때, 리딩 에지 위상각은 큼, 예컨대, 180°와 90° 사이임). 다시 말해, 리딩 에지 위상 스위칭이 100%인 경우에, 점호 펄스는 지연되지 않고(0°의 리딩 에지 위상각), 0%의 리딩 에지 위상 스위칭은 제로 크로싱까지 최대 지연에 대응한다(180°의 리딩 에지 위상각).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 네트워크 전류의 음 및 양(사인)의 반파장들은 제1 및 제2 소비자에 대해 스위칭 오프되며, 후자는 소비자들 자신에 대해서는 동일하지만 반파장들이 스위칭 오프되지 않는 경우에 사용되는 것과는 다른, 제2 리딩 에지 위상각에 의해 구동된다. 따라서, 반파장들이 스위칭 오프되지 않는 경우와 비교해 볼 때 특정 반파장들이 스위칭 오프되더라도 두 개의 소비자에 대한 전력을 유지하는 것이 가능하다. 또한, 특정 반파장들을 스위칭 오프함으로써, 제1 및 제2 소비자에 의한 부하의 구조적 오버랩이 방지될 수 있다.
방법 및 디바이스에 대한 일 실시예에 따르면, (소비자에 대해 단지 양 또는 단지 음의 반파장들이 존재하는 경우에) 제2 리딩 에지 위상각은 (각각의 소비자에 대해 양 및 음의 반파장들 양측을 사용할 때의) 제1 리딩 에지 위상각보다 작다. 특정 반파장들을 스위칭 오프함으로써, 제2 리딩 에지 위상 스위칭은 (반파장들이 스위칭 오프되지 않는 경우와 비교해 볼때) 동일한 전력을 달성하기 위한 제1 리딩 에지 위상 스위칭에 비해 단축될 수 있다.
따라서, 반파장들이 스위칭 오프된 전력을 반파장들이 스위칭 오프되지 않은 전력으로 적응시키는 것이 가능하고, 특히, 반파장들의 스위칭-오프가 이러한 방식으로 보상될 수 있다.
방법 및 디바이스에 대한 일 실시예에 따르면, 제1 리딩 에지 위상 스위칭은 제2 리딩 에지 위상 스위칭의 크기의 두 배이다. 리딩 에지 위상 스위칭이 클수록, 소비자에게 에너지가 공급될 수 있을 때까지의 지연은 더 길고 전력은 더 낮다. 반파장들을 스위칭 오프하여 야기된 전력 손실을 보상하기 위해, 예컨대, 전류 흐름까지의 지연, 즉, 리딩 에지 위상 스위칭은 스위칭 오프되지 않은 반파장들을 구동하기 위한 것의 반으로 감소될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 소비자들은 바람직하게는 위에서 설명된 디바이스에 의해 동기화될 수 있어, 제어된 양 및 음의 반파장들은 구조적 및/또는 파괴적으로 중첩되지 않는다. 따라서, 전류 네트워크에 대한 부하 진폭들이 부분적으로라도 추가되는 것을 피하는 것이 가능하다.
일 실시예에 따르면, 위에서 설명된 방법 단계들은 제2 조작 모드를 나타내는데, 여기서, 하나의 소비자는 단지 양 또는 단지 음의 반파장만을 사용하고, 그 외의 소비자는 단지 그 외의(단지 음 또는 단지 양의) 반파장들만을 사용한다. 또한, 방법은 (특히 자동으로) 제2 조작 모드에서 제1 조작 모드로 스위칭할 수 있다. 제1 조작 모드에서, 각각의 소비자는 양 및 음의 반파장들 양측을 사용한다. 제2 조작 모드에서 제1 조작 모드로의 스위칭은 언제든지 가능하지만, 그것은 리딩 에지 위상각을 0°로 감소시키는 동안 부하 범위에서의 추가적인 증가가 제2 조작 모드에서 요구되는 경우에 필요하게 된다.
따라서, 전기적 소비자는, 양 및 음의 반파장들이 제1 및 제2 소비자 양측에 대해 구동되는 방식으로 제1 조작 모드에서 조작될 수 있다. 이러한 제2 조작 모드에서는, 특정 반파장들의 스위칭 오프가 존재하지 않으므로, 두 가지 조작 모드의 조합이 증가된 전력 제어 범위를 제공한다.
또한, 본 발명 및 그의 실시예들에 따른 위에서 언급된 디바이스는 그에 따라 이러한 제1 조작 모드를 실행하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작 모드 사이의 스위칭 및/또는 그 반대를 위한 수단이 제공될 수 있으므로, 제1 조작 모드 - 양측 소비자들은 양측 반파장들을 사용하고, 리딩 에지 위상각은 180° 내지 90°의 범위 내, 바람직하게는, 180°보다 작고 90°보다 큰 범위 내에 있는 것으로 결정됨 - 에서 제2 조작 모드 - 하나의 소비자는 단지 하나의 반파장만 사용하고 그 외의 소비자는 단지 그 외의 반파장만을 사용함 - 로 스위칭되며, 스위칭 동안 리딩 에지 위상각이 감소되므로, 각 소비자에 대한 반파장의 누락이 전력 보상되고 및/또는 제2 조작 모드 - 리딩 에지 위상각은 대략 0°이거나 0°인 것으로 결정됨 - 에서 제1 조작 모드로 스위칭되고, 리딩 에지 위상각은 스위칭 동안 증가되므로, 두 개의 소비자에 대한 반파장들의 추가가 전력 보상된다.
본 발명에 따르면, 또한 두 개보다 많은 소비자가 사용될 수 있다. 이 경우, 소비자는, 예컨대, 그의 네트워크 부하가 가능한 한 동일하거나 대략적으로 동일할 수 있는 두 개의 소비자 그룹으로 분할된다. 그 다음, 두 개의 소비자 그룹은 본 발명에 따라 위에서 설명된 두 개의 소비자와 동일한 방식으로 조작될 수 있다.
본 발명의 원리는 그에 따라 또한 트레일링 에지 위상 제어와 관련하여 사용될 수 있는데, 여기서, 전류는 제로 크로싱과 점호 펄스 사이에 흐른다.
이하에서, 본 발명은 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 예시적인 회로의 개략도를 도시하고,
도 2a는 제1 리딩 에지 위상 스위칭이 35%인 제1 소비자에 의한 네트워크 부하를 도시하고,
도 2b는 제1 리딩 에지 위상 스위칭이 35%인 제2 소비자에 의한 네트워크 부하를 도시하고,
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하를 도시하고,
도 3a는 음의 반파장이 스위칭 오프되고 리딩 에지 위상 스위칭이 70%인 제1 소비자에 의한 네트워크 부하를 도시하고,
도 3b는 양의 반파장이 스위칭 오프되고 리딩 에지 위상 스위칭이 70%인 제2 소비자에 의한 네트워크 부하를 도시하고,
도 3c는 도 3a 및 도 3b의 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하를 도시하고,
도 4는 도 2c의 전체 네트워크 부하와 비교한 도 3c의 전체 네트워크 부하를 도시하고,
도 5는 각 반파장들이 스위칭 오프되지 않고 리딩 에지 위상 스위칭이 20%인 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하와 비교해 볼 때, 음 및 양의 반파장들이 스위칭 오프되고 리딩 에지 위상 스위칭이 40%인 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하를 각각 도시하고,
도 6은 각 반파장들이 스위칭 오프되지 않고 리딩 에지 위상 스위칭이 49%인 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하와 비교해 볼 때, 음 및 양의 반파장들이 스위칭 오프되고 리딩 에지 위상 스위칭이 98%인 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하를 각각 도시하고,
도 7은 도 2c에 따른 35%의 리딩 에지 위상 스위칭에 대한 고조파의 진폭과, 도 3c에 따른 반파장들이 스위칭 오프된 70%의 리딩 에지 위상 스위칭에 대한 고조파의 진폭의 비를 푸리에 변환으로 도시한다.
도 1은 전류 흐름 및 AC 네트워크(1)를 제어하기 위한 두 개의 리딩 에지 위상각 제어 수단(액츄에이터들)(21, 22) 및 두 개의 부하 혹은 소비자(11, 12)를 갖는 디바이스에 대한 예시적인 회로를 도시한다. AC 전류의 제로 크로싱 이후에, 리딩 에지 위상각 제어 수단은 전류 흐름을 지연하고, 특정 리딩 에지 위상각의 경우에는 스위칭 온("제어" 또는 "구동")하므로, 다음 제로 크로싱 때까지 전류가 흐른다. 제어 회로(2)는 제어 또는 구동 조작을 수행한다. 전류 흐름에 대한 지연의 지속기간 동안의 (역(inverse)) 조치는 리딩 에지 위상 스위칭이고, 그것은 작은 리딩 에지 위상각의 경우에는 크고 큰 리딩 에지 위상각의 경우에는 작다. 소비자(11, 12)는 병렬로 접속되고, AC 네트워크(1)에 의해 구동될 수 있다. 제1 소비자(11)는 제1 리딩 에지 위상각 제어 수단(21)에 의해 구동되는 한편, 제2 리딩 에지 위상각 제어 수단(22)은 제2 소비자(12)를 구동한다. 리딩 에지 위상각 제어 수단(21, 22)은 제어 회로(2)를 사용하여 제1 및 제2 소비자(11, 12) 각각에 대해 네트워크 위상의 음 및 양의 반파장들을 스위칭 오프할 수 있고, 그것들은 바람직하게는 동일한 리딩 에지 위상각에 의해 스위칭 오프되지 않은 반파장들을 구동하도록 구성된다.
예를 들어, 부하 조작 동안, 소비자들(11, 12), 예컨대, 박막 태양 전지의 생산을 위한 가열 프로세스들을 위한 IR 방사기와 같은 램프는 적어도 90°의 제1 리딩 에지 위상각에 의해 구동된다. 이와 관련하여, 본 발명에 따르면, 디바이스, 특히, 예컨대, 제1 리딩 에지 위상각 제어 수단(21)은 제1 소비자(11)에 대해 음의 반파장들을 스위칭 오프하며, 바람직하게는 제1 리딩 에지 위상각보다 작은, 특히, 제1 리딩 에지 위상각의 반 크기인 다른(제2) 리딩 에지 위상각에 의해, 스위칭 오프되지 않은, 양의 반파장들을 제어하는 것이 제안된다. 제2 소비자(12)의 경우, 디바이스, 예컨대, 제2 리딩 에지 위상각 제어 수단(22)은 네트워크 위상의 양의 반파장들을 스위칭 오프하고, 제2 리딩 에지 위상각에 의해, 특히, 제1 소비자(11)와 관련하여 설명된 것과 동일한 리딩 에지 위상각에 의해 나머지 스위칭 오프되지 않은 음의 반파장들을 제어한다.
따라서, 소비자(11, 12)에 의한 네트워크 부하가 구조적으로 중첩되는 것을 피할 수 있고, 고조파가 감소될 수 있으므로 그에 따라 - 동일한 전력 출력의 경우 - 양측 소비자에 대해 양측 반파장들을 사용할 때의 제1 리딩 에지 위상각보다 반파장들을 스위칭 오프할 때 제2 리딩 에지 위상각이 더 작기 때문에, 무효 전력(reactive power)이 방지될 수 있다.
이하에서, 반파장들이 스위칭 오프되고 반파장들이 스위칭 오프되지 않는 특정 리딩 에지 위상 스위칭 조작들에 대한 예들이 서로 비교된다.
도 2a 및 도 2b는 반파장들이 스위칭 오프되지 않고 리딩 에지 위상 스위칭이 35%인 제1 및 제2 소비자에 의한 네트워크 부하를 도시한다. 도 2c는, 도 2a 및 도 2b의 곡선들의 중첩의 결과인, 이러한 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하를 도시한다. 따라서, 전체 네트워크 부하의 진폭은 두 개의 소비자의 곡선들이 구조적으로 중첩되는 경우에 두 배가 된다.
도 3a는, 음의 반파장들이 스위칭 오프되고, 리딩 에지 위상 스위칭이 70%인 제1 소비자에 의한 네트워크 부하를 도시한다. 도 2a의 곡선의 형상에 대응하는 35%의 리딩 에지 위상각과 비교해 볼 때, 동일한 전력을 달성하기 위해 리딩 에지 위상 스위칭이 두 배로 제어되었다.
도 3a와 유사하게, 도 3b는 리딩 에지 위상 스위칭이 70%인 제2 소비자에 의한 네트워크 부하를 도시한다. 도 3a와 반대로, 양의 반파장들(HW들)이 스위칭 오프되므로, 도 3a에서와 동일한 두 배의 퍼센트, 즉, 70%인 단지 음의 반파장들(HW들)만이 제어되었다.
도 3a 및 도 3b의 두 개의 곡선의 전체 부하를 살펴보면, 두 개의 소비자의 네트워크 부하는 도 3c를 참조할 때 구조적으로 중첩되지 않는 것이 분명하다.
(반파장들이 스위칭 오프되지 않은) 도 2c의 전체 네트워크 부하와 (반파장들이 스위칭 오프되고 리딩 에지 위상 스위칭이 두 배인) 도 3c의 전체 네트워크 부하의 비교는 도 4에 도시되는데, 네트워크 부하 진폭 및 사인 형상으로부터의 전류의 곡선 형상의 편차는 - 동일한 전력의 경우 - 대응하는 반파장들이 스위칭 오프되는 경우에 비해 반파장들이 스위칭 오프되지 않은 경우에 분명히 더 크다.
도 5는 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하의 진폭에 있어서의 감소에 대한 또 다른 예를 도시한다. 곡선 "액추에이터 1 + 액추에이터 2"는 리딩 에지 위상 스위칭이 20%인 두 개의 소비자에 의한 부하를 도시하는데, 여기서, 곡선 "액츄에이터 1 + 2(양측 HW들)"는 음 및 양의 반파장들이 스위칭 오프되고 리딩 에지 위상 스위칭이 40%인 두 개의 소비자에 의한 부하를 도시한다. 여기에서도, 스위칭 오프되지 않은 경우보다 반파장들이 스위칭 오프되고 리딩 에지 위상 스위칭이 더 큰(따라서 반파장들이 스위칭 오프되지 않은 경우와 동일한 전력을 갖는) 경우에 진폭 및 사인 형상으로부터의 전류 곡선의 편차가 더 작다는 것이 분명하다.
도 6은 음 및 양의 반파장들이 스위칭 오프되고 리딩 에지 위상 스위칭이 98%인 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하와 비교해 볼 때, 리딩 에지 위상 스위칭이 49%인 두 개의 소비자에 의한 전체 네트워크 부하에 대한 대응 결과를 도시한다.
도 7은 푸리에 변환에 의한 고조파를 도시한다. 도 2c에 따른 35%의 리딩 에지 위상 스위칭 및 도 3c에 따른 반파장들이 스위칭 오프된 70%의 리딩 에지 위상 스위칭의 예에 기초하여, 고조파의 진폭의 비는 사실상 음 및 양의 반파장들이 스위칭 오프되고 리딩 에지 위상 스위칭이 커진 경우에 더 작다는 것이 명백하다.
따라서, 리딩 에지 위상 스위칭에 의해 제어되는 높은 부하 전류를 갖는 시스템의 경우에도 공급 네트워크의 부하를 감소시키는 것이 가능하다. 위에서 설명된 고조파의 감소로 무효 전력을 방지할 수 있으므로, 위의 방법 및/또는 대응하는 디바이스의 사용은 무효 전력 보상 시스템의 실현과 관련하여 그리고 에너지 비용과 관련하여 엄청난 절약을 가능하게 할 수 있다.

Claims (15)

  1. AC 네트워크에서 제1 전기적 소비자(electrical consumer)(11) 및 제2 전기적 소비자(12)를 조작하기 위한 방법으로서,
    각각의 소비자(11; 12)에 대한 양 및 음의 반파장이 제1 리딩 에지 위상각 또는 제1 트레일링 에지 위상각에 의해 제어되는 선택적인 제1 조작 모드와,
    각각의 경우에, 각각, 제2 리딩 에지 위상각 또는 제2 트레일링 에지 위상각에 의해, 상기 양 및 음의 반파장들의 제1 부분은 상기 제1 소비자(11)에 대해 제어되고, 상기 양 및 음의 반파장들의 제2 부분은 상기 제2 소비자에 대해 제어되는 제2 조작 모드
    를 포함하는 전기적 소비자 조작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반파장들의 상기 제1 부분은 양의 반파장들이고, 상기 반파장들의 상기 제2 부분은 음의 반파장들인 전기적 소비자 조작 방법.
  3. 제1항에 있어서, q≥2개의 소비자에 대해,
    상기 양 및 음의 반파장들의 상기 제1 부분은 (1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들이고,
    상기 양 및 음의 반파장들의 상기 제2 부분은 (Z+1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들이고,
    상기 양 및 음의 반파장들의 q번째 부분은 ((q-1)·Z+1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들이며,
    N은 0보다 큰 정수이고, Z는 소비자에 대한 후속 전파의 수인 전기적 소비자 조작 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 리딩 에지 위상각 또는 상기 제2 트레일링 에지 위상각은 각각의 소비자에 대해 동일한 전기적 소비자 조작 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 리딩 에지 위상각은 상기 제1 리딩 에지 위상각보다 작거나 또는 상기 제2 트레일링 에지 위상각은 상기 제1 트레일링 에지 위상각보다 큰 전기적 소비자 조작 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2항을 다시 참조하면,
    제어된 양 및 음의 반파장들이 구조적 및/또는 파괴적으로(destructively) 중첩되지 않도록 상기 소비자들(11, 12)을 동기화하는 단계를 포함하는 전기적 소비자 조작 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 리딩 에지 위상각이 적어도 90°인 경우 또는 상기 제1 트레일링 에지 위상각이 90°보다 작거나 같은 경우에, 상기 제1 조작 모드에서 상기 제2 조작 모드로 스위칭하는 단계를 포함하는 전기적 소비자 조작 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 리딩 에지 위상각이 대략 0°이거나 0°인 경우 또는 상기 제2 트레일링 에지 위상각이 대략 180°이거나 180°인 경우에, 상기 제2 조작 모드에서 상기 제1 조작 모드로 스위칭하는 단계를 포함하는 전기적 소비자 조작 방법.
  9. 적어도 90°의 제1 리딩 에지 위상각 또는 90°보다 작거나 같은 제1 트레일링 에지 위상각에 의해 AC 네트워크에서 전기적 소비자들을 조작하기 위한 디바이스로서,
    제1 소비자(11) 및 제2 소비자(12)에 대해 제1 리딩 에지 위상각 제어 수단(21)과 제2 리딩 에지 위상각 제어 수단(22) 또는 제1 트레이링 에지 위상각 제어 수단과 제2 트레일링 에지 위상각 제어 수단
    을 포함하고,
    상기 제1 리딩 에지 위상각 제어 수단(21) 또는 상기 제1 트레일링 에지 위상각 제어 수단은 상기 제1 소비자(11)에 대한 양 및 음의 반파장들의 제1 부분을 구동하기에 적합하고,
    상기 제2 리딩 에지 위상각 제어 수단(22) 또는 상기 제1 트레일링 에지 위상각 제어 수단은 상기 제2 소비자(12)에 대한 양 및 음의 반파장들의 제2 부분을 구동하기에 적합하고,
    상기 리딩 에지 위상각 제어 수단들(21, 22) 또는 상기 트레일링 에지 위상각 제어 수단들은 제2 리딩 에지 위상각 또는 제2 트레일링 에지 위상각에 의해 상기 반파장들을 구동하기에 적합한 전기적 소비자 조작 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반파장들의 상기 제1 부분은 양의 반파장들이고, 상기 반파장들의 상기 제2 부분은 음의 반파장들인 전기적 소비자 조작 디바이스.
  11. 제9항에 있어서, q≥2개의 소비자에 대해,
    상기 양 및 음의 반파장들의 상기 제1 부분은 (1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들이고,
    상기 양 및 음의 반파장들의 상기 제2 부분은 (Z+1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들이고,
    상기 양 및 음의 반파장들의 q번째 부분은 ((q-1)·Z+1+q·(N-1)·Z)번째 전파들의 반파장들이며,
    N은 0보다 큰 정수이고, Z는 소비자에 대한 후속 전파의 수인 전기적 소비자 조작 디바이스.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리딩 에지 위상각 제어 수단들(21, 22) 또는 상기 트레일링 에지 위상각 제어 수단들은 동일한 제2 리딩 에지 위상각 또는 동일한 제2 트레일링 에지 위상각에 의해 상기 소비자들(11, 12)에 대한 상기 반파장들을 제어하기에 적합한 전기적 소비자 조작 디바이스.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는, 제어된 양 및 음의 반파장들이 구조적 및/또는 파괴적으로 중첩되지 않도록 상기 소비자들(11, 12)을 동기화하기에 적합한 전기적 소비자 조작 디바이스.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는, 상기 양 및 음의 반파장들이 상기 제1 소비자(11) 및 상기 제2 소비자(12) 양측에 대해 제어되는 조작 모드로 상기 전기적 소비자들(11, 12)을 조작하기에 적합한 전기적 소비자 조작 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 디바이스는, 상기 양 및 음의 반파장들이 상기 제1 소비자(11) 및 상기 제2 소비자(12) 양측에 대해 제어되는 제1 조작 모드와, 상기 음의 반파장들은 상기 제1 소비자(11)에 대해 스위칭 오프되고 상기 양의 반파장들은 상기 제2 소비자(12)에 대해 스위칭 오프되는 제2 조작 모드 사이에서 스위칭하기에 적합한 전기적 소비자 조작 디바이스.
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