KR20140055163A - 전자석을 구동하기 위한 전원 제공방법 및 그를 위한 전원장치 - Google Patents

전자석을 구동하기 위한 전원 제공방법 및 그를 위한 전원장치 Download PDF

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Abstract

전자석을 구동하기 위한 전원 제공방법 및 그를 위한 전원장치를 개시한다.
AC 전원으로부터 흐르는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류 모듈; 정류된 상기 직류 전원의 출력 전압을 변환하고, 상기 직류 전원의 리플(Ripple)을 감소시키기 위한 복수 개의 컨버터를 병렬구조로 구비하는 스택 모듈; 및 상기 스택 모듈에서 출력되는 상기 직류 전원에 대한 전류 및 전압을 검출하여 상기 복수 개의 컨버터를 동작하기 위한 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 신호의 위상을 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치를 제공한다.
본 실시예에 의하면, 전자석 전원장치는 전자석에 안정적인 전원을 제공하기 위하여 교류 전원을 정류 모듈을 통해 직류 전원으로 변환하고, 병렬로 연결된 복수 개의 컨버터를 통해 직류 전원의 위상을 변위하여 리플이 감소시키는 효과가 있다. 또한, 전술한 전원장치는 리플을 감소시킴으로 인하여 가속기와 같이 고전력을 요구하는 장치의 성능을 향상시킬 수 있다. 예를들어, 예컨대, 출력 전압이 100 PPM급인 가속기를 10 PPM급의 가속기로 정밀한 빔제어가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

전자석을 구동하기 위한 전원 제공방법 및 그를 위한 전원장치{Method And Apparatus for Driving Electromagnet}
본 실시예는 전자석을 구동하기 위한 전원 제공방법 및 그를 위한 전원장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 전자석에 안정적인 전원을 제공하기 위한 장치로서, 교류 전원을 정류 모듈을 통해 직류 전원으로 변환하고, 병렬로 연결된 복수 개의 컨버터를 통해 직류 전원의 위상을 변위하여 리플(Ripple)이 감소된 전원을 출력시키는 전자석을 구동하기 위한 전원 제공방법 및 그를 위한 전원장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
전원 장치는 전기로 구동되는 대부분의 장비들에 사용되고 있으며, 장비들의 특성에 따라 다양하게 변환되어 사용되는 것이 일반적이다. 각종 장비들은 예를 들어 110 내지 220 V의 상용전원을 내부의 전원장치를 통해 변환하여 사용할 수 있는데 고전력이 사용되는 장치(예컨대, 가속기 등)는 수십 KV의 고압을 이용할 수 있다.
전술한 고압을 이용하는 장치 중에서도 입자 가속기는 빔을 제어하기 위해 전자석에 전원을 제공하는 전원장치가 매우 정밀하게 제어되어야 한다. 여기서, 전자석의 전원을 정밀하게 제어하기 위해서는 전원장치에서 출력되는 리플 전원을 감소시키는 기술이 필요로 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 실시예는, 전자석에 안정적인 전원을 제공하기 위한 장치로서, 교류 전원을 정류 모듈을 통해 직류 전원으로 변환하고, 병렬로 연결된 복수 개의 컨버터를 통해 직류 전원의 위상을 변위하여 리플이 감소된 전원을 출력시키는 전자석을 구동하기 위한 전원 제공방법 및 그를 위한 전원장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 실시예의 일 측면에 의하면, AC 전원으로부터 흐르는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류 모듈; 정류된 상기 직류 전원의 출력 전압을 변환하고, 상기 직류 전원의 리플(Ripple)을 감소시키기 위한 복수 개의 컨버터를 병렬구조로 구비하는 스택 모듈; 및 상기 스택 모듈에서 출력되는 상기 직류 전원에 대한 전류 및 전압을 검출하여 상기 복수 개의 컨버터를 동작하기 위한 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 신호의 위상을 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 전자석 전원장치가 전자석에 전원을 제어하는 방법에 있어서, AC 전원으로부터 흐르는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 교류 정류 과정; 정류된 상기 직류 전원의 출력 전압의 크기를 변환하고, 상기 직류 전원의 리플을 감소시키기 위한 복수 개의 컨버터를 병렬구조로 구비하는 직류 변환 과정; 출력되는 상기 직류 전원에 대한 전류 및 전압을 검출하여 상기 복수 개의 컨버터의 펄스폭변조 신호의 위상을 제어하는 위상 제어 과정; 및 상기 위상 제어를 통해 리플이 감소된 상기 직류 전원을 전자석에 제공하는 결합전류 출력 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원 제공방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전자석 전원장치는 전자석에 안정적인 전원을 제공하기 위하여 교류 전원을 정류 모듈을 통해 직류 전원으로 변환하고, 병렬로 연결된 복수 개의 컨버터를 통해 직류 전원의 위상을 변위하여 리플이 감소시키는 효과가 있다. 또한, 전술한 전원장치는 리플을 감소시킴으로 인하여 가속기와 같이 고전력을 요구하는 장치의 성능을 향상시킬 수 있다. 예를들어, 예컨대, 출력 전압이 100 PPM급인 가속기를 10 PPM급의 가속기로 정밀한 빔제어가 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 전자석 전원시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 실시예에 따른 스택 모듈을 개략적으로 나타낸 블록 구성도,
도 3은 본 실시예에 따른 스택 모듈에 포함된 컨버터를 설명하기 위한 예시도,
도 4는 본 실시예에 따른 제어 모듈을 개략적으로 나타낸 블록 구성도,
도 5은 본 실시예에 따른 스택 모듈의 입력 및 출력 파형을 나타내기 위한 그래프,
도 6은 본 실시예에 따른 전자석 전원 제공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 전자석 전원시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 전자석을 구동하기 위한 전원시스템은 AC 전원(110), 전자석 전원장치(120), 제어모듈(150) 및 전자석(160)을 포함한다. 여기서, 전자석 전원장치(120)는 정류 모듈(130) 및 스택 모듈(140)을 포함한다. 본 실시예에 따른 전자석 전원장치(120)는 정류 모듈(130) 및 스택 모듈(140)만을 포함하는 것으로 기재하고 있으나 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예에 따른 전자석 전원장치(120)는 제어 모듈(150) 및 전자석(160)을 내부에 포함하여 구현될 수도 있다. 또한, 제어 모듈(150)은 스택 모듈(140)과 일체된 하나의 모듈로 구현될 수 있다.
AC 전원(110)은 통상적으로 교류 전원을 출력하는 상용전원으로서, 본 실시예에서는 Y형의 삼상 교류 전원을 전자석 전원장치(120)에 제공한다. 예컨대, AC 전원(110)은 60 Hz의 주파수를 이용하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 전자석 전원장치(120)는 전자석(160)을 구동시키기 위한 전원을 제공하는 장치로서, AC 전원(110)으로부터 전자석 전원장치(120)의 입력단에 인가되는 교류 전압을 정류 모듈(130)을 이용하여 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압을 복수 개의 컨버터에 병렬로 인가하여 소정의 위상을 천이하여 각 컨버터에서 출력되는 출력전압을 병렬로 연결하여 스택 모듈(140)에서 출력되는 결합전류를 전자석(160)에 제공하는 기능을 수행한다. 여기서, 정류 모듈(130) 및 스택 모듈(140)에 대해 자세히 설명하자면 다음과 같다.
정류 모듈(130)은 교류 전압을 직류 전압으로 정류하기 위한 모듈로서, 변압부(132) 및 직류 변환부(134)를 포함한다.
변압부(132)는 AC 전원(110)의 출력단에서 흐르는 교류 전원의 전압을 변환한다. 여기서, 변압부(132)는 AC 전원(110)으로부터 교류 전원을 입력받기 위해 Y 결선으로 구성된 1차권선과 직류 변환부(134)에 교류 전원을 제공하기 위해 Y 결선된 2차 권선 및 Δ 결선된 3차 권선으로 구성될 수 있다. 이때, 1차, 2차 및 3차 측의 권선수는 서로 동일하게 제작되어 동일한 권선비를 형성할 수 있고, 서로 다르게 권선되어 상이한 권선비를 형성할 수 있다. 한편, 변압부(132)는 3권선 변압기로 구현되는 것으로 나타내고 있으나, 2개의 2권선 변압기를 이용하여 구현될 수도 있다.
직류 변환부(134)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다.
본 실시예에 따른 직류 변환부(134)는 변압부(132)의 출력단에 흐르는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 주파수를 변화시킨다. 여기서, 직류 변환부(134)는 변압부(132)의 2차 권선 출력단 및 3차 권선 출력단에 각각 3상으로 연결된 6펄스 정류기를 2개 구비한다.
직류 변환부(134)에서 직류 전압의 주파수 변화에 대해 설명하자면, 변압부(132)의 2차 권선 및 3차 권선으로부터 각 상마다 60 Hz의 전압이 직류 변환부(134)로 흐르는 경우, 각 상에 연결된 직류 변환부(134)의 다이오드를 통하여 120 Hz의 리플을 갖는 직류 전압으로 변화된다. 직류 변환부(134)는 변압부(132)의 2차 권선 및 3차 권선과 각각 3상 구조로 연결되고, 각 상에서 120도의 위상차를 가지고 전압을 출력하므로 2차 권선 및 3차 권선은 각각 360 Hz의 전압을 출력한다.
또한, 직류 변환부(134)는 출력된 360 Hz의 리플을 갖는 직류 전압을 병렬로 연결하여 720 Hz의 리플을 갖는 직류 전압을 스택 모듈(140)로 출력한다. 여기서, 직류 변환부(134)는 출력된 360 Hz의 리플을 갖는 전압을 병렬로 연결하였을 때, 변압부(132)의 2차 및 3차 권선의 결선 방식의 차이(Y 결선과 Δ 결선)로 인한 30도의 위상차를 가지므로 720 Hz의 리플을 작는 직류 전압이 형성된다. 여기서, 직류 변환부(134)는 6개의 다이오드를 이용한 전파정류 방식의 정류 회로를 복수 개 포함하여 구현될 수 있다.
스택 모듈(140)은 정류 모듈(130)의 출력단의 직류 전원의 전압을 변환하여 리플(Ripple)이 감소된 결합전류를 전자석(160)에 제공하는 모듈을 말한다.
본 실시예에 따른 스택 모듈(140)은 복수 개의 컨버터를 구비하며, 각 컨버터는 병렬로 연결되어 전자석(160)에 리플이 감소된 전원을 제공한다. 여기서, 컨버터는 강압(Buck) 컨버터로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
스택 모듈(140)은 정류 모듈(130)의 출력단의 직류 전원을 병렬로 각각의 컨버터에 인가하고, 컨버터를 통하여 전압이 변환된 직류 전원을 병렬로 연결하여 전자석(160)에 제공한다. 한편, 스택 모듈(140)에 대한 더 자세한 설명은 도 2에서 하도록 한다.
제어 모듈(150)은 스택 모듈(140)과 연결되어 전류 및 전압을 검출하고, PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 제어하는 모듈을 말한다. 더 자세히 설명하자면, 제어 모듈(150)은 스택 모듈(140)에서 출력되는 전류 및 전압을 검출하여 기 설정된 기준 전류 및 기준 전압과의 차이를 보상하고, 보상된 전류 및 전압에 근거하여 생성된 PWM 신호의 위상을 변위시킨다. 제어 모듈(150)에 대한 자세한 설명은 도 4에서 하도록 한다.
전자석(160)은 스택 모듈(140)로부터 공급된 직류 전원을 이용하여 자속을 발생하는 장치를 말한다.
본 실시예에 따른 전자석(160)은 전자, 양성자, 이온 중 적어도 하나의 전하를 가진 입자를 가속시키는 입자 가속기에 구성될 수도 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 스택 모듈을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2에 기재된 스택 모듈(140)은 컨버터1(210), 컨버터2(220) 및 컨버터n(230)을 포함한다.
스택 모듈(140)은 정류 모듈(130)의 출력단에서 흐르는 직류 전원을 병렬로 복수 개의 컨버터에 인가하고, 각 컨버터에서 출력되는 직류 전원을 병렬로 연결하여 전자석에 제공한다.
본 실시예에 따른 스택 모듈(140)은 정류 모듈(130)의 출력단에서 흐르는 직류 전원을 병렬로 연결된 복수 개의 컨버터를 이용하여 전압을 변환하고, 변환된 직류 전원을 전자석(160)으로 출력하는 모듈을 말한다. 여기서, 병렬로 연결된 복수 개의 컨버터는 360/n(n은 컨버터의 수)에 해당하는 위상차를 갖는다. 예컨대, 스택 모듈(140)에 포함된 컨버터가 4개인 경우, 각 컨버터는 90도의 위상차를 갖고 각 컨버터에서 출력되는 4개의 직류 전원을 병렬로 연결하여 리플이 감소한 직류 전원을 출력한다. 또한, 스택 모듈(140)에 포함된 컨버터가 8개인 경우, 각 컨버터는 45도의 위상차를 갖고 각 컨버터에서 출력되는 8개의 직류 전원을 병렬로 연결하여 리플이 감소한 직류 전원을 출력한다.
한편, 복수 개의 컨버터는 제어 모듈(150)로부터 수신된 PWM 신호에 따라 ON/OFF 동작을 하므로서, 각 컨버터의 위상차를 제어하는 것이며, 스택 모듈(140)에 복수 개의 컨버터에 대한 일정한 위상차 정보가 기 설정되어 동작할 수도 있다. 여기서, PWM 신호는 제어 모듈(150)에서 컨버터를 동작시키기 위해 스택 모듈(140)의 출력 전원에 기초하여 생성된 신호를 말한다. PWM 신호에 대한 자세한 설명은 도 4에서 하도록 한다.
도 3은 본 실시예에 따른 스택 모듈에 포함된 컨버터를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 컨버터1(210)만을 설명하는 것으로 기재되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 스택 모듈(140)에 포함된 복수 개의 컨버터는 동일한 구조로 구현될 수 있으나 입출력이 동일하다면 그 내부 구조는 다른 것을 채용하여도 무방하다.
본 실시예에 따른 컨버터1(210)은 직류 전원의 전압을 변환하는 기능을 수행한다. 여기서, 컨버터1(210)은 강압(Buck) 컨버터로 구성되며, 필요에 따라 승강압(Buck-Boost) 컨버터로 구현될 수도 있다.
컨버터1(210)은 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor, 310)를 이용하여 구현되는 것이며, FET(Field Effect Transistor), SCR(Silicon Controlled Rectifier) 및 트랜지스터 등과 같이 스위칭이 가능하다면 그 어떤 소자로도 구현될 수 있다.
컨버터1(210)은 직렬로 연결된 두 개의 IGBT(310)를 구비한 스위칭 소자를 포함하며, 스위칭 소자에 구비된 두 개의 IGBT(310) 중 상단 IGBT(310)만의 ON/OFF 동작을 통해 정류 모듈(130)의 출력단에서 공급된 전류를 전자석(160)에 출력한다. 여기서, 상단 IGBT(310)가 ON 상태인 경우 정류 모듈(130)의 출력단에 공급되는 전류가 상단 IGBT(310)를 통해 전자석(160)에 출력되고, 상단 IGBT(310)가 OFF 상태인 경우 정류 모듈(130)의 출력단에 공급되는 전류는 하단 IGBT(310)에 병렬 연결된 다이오드를 통해 전류를 전자석(160)에 출력된다. 여기서, IGBT(310)는 제어 모듈(150)로부터 수신된 PWM 신호에 따라 ON/OFF 상태를 변경한다.
한편, 본 실시예에서 컨버터1(210)은 고정밀 제어에 사용하기 위한 전류를 출력하기 위한 모듈로서, IGBT(310)를 사용하여 타 스위칭 소자를 이용하여 복잡하게 구현되는 회로를 단순화하여 구현할 수 있다.
또한, 컨버터1(210)은 출력되는 출력전류의 스위칭 주파수를 높이고 리플의 크기를 감소시켜 고정밀 제어에 사용 가능한 전류를 출력한다. 하지만, 일반적인 컨버터에서 출력 전류의 리플을 감소시키기 위해서는 컨버터1(210)의 스위칭 주파수를 높여야 하는데, 이러한 경우 컨버터1(210)의 스위칭 소자에 무리가 가서 IGBT(310)와 같은 고정밀 스위칭 소자를 사용할 수 없다. 그러므로 스택 모듈(140)에서 컨버터를 복수 개 구비하여 컨버터1(210)의 스위칭 주파수를 낮춤으로서 IGBT(310)를 사용할 수 있다. 또한, 각 컨버터에서 출력되는 출력 전류는 스위칭 주파수의 위상이 변위된 상태에서 병렬 연결되므로 리플이 감소한 결합전류를 전자석(160)에 제공할 수 있다. 한편, 컨버터1(210)은 정류 모듈(130)의 출력단에 공급된 직류 전원의 소정의 주파수 성분을 없애기 위해 LC 필터를 포함하여 구현되는 것이며, 예컨대, 컨버터1(210)은 정류 모듈(130)의 출력단에서 720 Hz의 직류 전원이 공급된 경우, 입력 LC 필터를 거쳐 100 Hz 이하의 주파수만 통과시키고, IGBT(310) 및 출력 LC 필터를 이용하여 정류 모듈(130)에서 원하는 크기(예컨대, 10 KHz)의 출력 전원으로 바꾸어 전자석(160)에 제공한다. 이러한 출력 전원은 각 컨버터마다 스위칭 주파수의 위상이 변위되어 출력되고, 병렬로 연결된 복수 개의 출력전원을 통해 리플이 감소한 결합전류를 전자석(160)으로 출력한다.
도 4는 본 실시예에 따른 제어 모듈을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 제어 모듈(150)은 전압제어부(530), 전류제어부(560) 및 PWM신호 제어부(570)을 포함한다.
본 실시예에 따른 전압제어부(530)는 기 설정된 기준전압(510)과 스택 모듈(140)의 출력단에서 검출된 출력전압(520) 간에 전압의 차이가 있는 경우, PWM 신호의 듀티를 조절하여 전압차를 보상한다.
본 실시예에 따른 전류제어부(560)는 기 설정된 기준전류(540)와 스택 모듈(140)의 출력단에서 검출된 출력전류(550) 간의 전류의 차이가 있는 경우, PWM 신호의 듀티를 조절하여 전류차를 보상한다.
한편, 도 4는 전압제어부(530)가 동작한 후에 전류제어부(560)가 동작하는 것으로 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전압제어부(530) 및 전류제어부(560)가 별도로 동작하여 PWM 신호 제어부(570)로 보상된 전류 및 전압을 전송할 수도 있다.
본 실시예에 따른 PWM 신호 제어부(570)는 PWM 신호의 위상 변위를 이용하여 복수 개의 컨버터를 제어한다. 더 자세히 설명하자면, 전압제어부(530) 및 전류제어부(560)로부터 보상된 전류 및 전압에 따라 PWM 신호의 듀티를 결정하고, 결정된 PWM 신호에 대한 위상을 변위하여 복수 개의 컨버터에 전송하므로서, 스택 모듈(140)의 출력 전원의 리플을 감소시킨다.
도 5은 본 실시예에 따른 스택 모듈의 입력 및 출력 파형을 나타내기 위한 그래프이다.
도 5에서 (a)는 스택 모듈(140)에 포함된 4개의 컨버터를 제어하기 위해 제어 모듈(150)에서 생성된 PWM 신호의 파형을 나타낸 것이고, (b)는 각각의 컨버터에서 출력되는 출력전류의 파형 및 병렬 연결된 컨버터를 이용하여 스택 모듈(140)에서 출력되는 결합전류의 파형을 나타낸 것이다.
예컨대, 컨버터1(210), 컨버터2(220), 컨버터3(미도시) 및 컨버터4(미도시)에서 (a)에서와 같이 각 컨버터의 스위칭 소자에 PWM 신호의 위상을 90도 변위한 경우, (b)에서와 같이 컨버터1(210)의 출력 전류1(610), 컨버터2(210)의 출력 전류2(612), 컨버터3의 출력 전류3(614) 및 컨버터4의 출력 전류4(616)의 출력전류의 시작점이 다른 것을 나타낼 수 있다. 스택 모듈(140)은 각 컨버터에서 위상차가 있는 출력 전류1(610), 출력 전류2(612), 출력 전류3(614) 및 출력 전류4(616)를 병렬 연결하여 리플이 감소된 결합전류(620)를 전자석(160)에 제공한다.
도 6은 본 실시예에 따른 전자석 전원 제공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
정류 모듈(130)은 AC 전원(110)으로부터 흐르는 교류 전원을 직류 전원으로 정류한다(S710). 여기서, 정류 모듈(130)은 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 과정에서 교류전원에 포함된 주파수 성분을 제거하여 리플을 감소시킨다.
스택 모듈(140)은 정류 모듈(130)에서 정류된 직류 전압의 출력 전압의 크기를 변환하고, 병렬로 연결된 복수 개의 컨버터를 이용하여 직류 전원의 리플을 감소시킨다(S720). 여기서, 스택 모듈(140)은 컨버터를 복수 개 구비하여 입력 전원의 스위칭 주파수를 낮추어 입력하여 IGBT(310)를 사용하여 구현될 수 있고, 각 컨버터에서 출력되는 출력 전류는 주파수의 위상이 변위된 상태에서 병렬 연결되므로 리플이 감소한 결합전류를 출력할 수 있다.
제어 모듈(150)은 스택 모듈(140)에서 출력되는 전류 및 전압을 검출하고, 기 설정된 기준 전류 및 기준 전압과 상이한 경우(S730), 출력되는 전류 및 전압을 보상한다(S740). 여기서, 제어 모듈(150)은 스택 모듈(140)의 전류 및 전압을 검출하기 위해 입력 전압센서, 출력 전압센서, 출력 전류센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하고, 출력되는 전류 및 전압을 보상하기 위해 PWM 신호의 듀티를 제어한다. 한편, 단계 S730에서 스택 모듈(140)에서 검출된 전류 및 전압이 기 설정된 기준 전류 및 기준 전압과 일치하는 경우, 리플이 감소된 결합전류를 전자석에 제공한다(S750).
도 6에서는 단계 S710 내지 단계 S750을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 도 6에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S710 내지 단계 S750 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 6는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: AC 전원 120: 전자석 전원장치
130: 정류 모듈 140: 스택 모듈
132: 변압부 134: 직류 변환부
150: 제어모듈 160: 전자석
210: 컨버터1 220: 컨버터2
230: 컨버터n 310: IGBT

Claims (12)

  1. AC 전원으로부터 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류 모듈;
    정류된 상기 직류 전원의 출력 전압을 변환하고, 상기 직류 전원의 리플(Ripple)을 감소시키기 위한 복수 개의 컨버터를 병렬구조로 구비하는 스택 모듈; 및
    상기 스택 모듈에서 출력되는 상기 직류 전원에 대한 전류 및 전압을 검출하여 상기 복수 개의 컨버터를 동작하기 위한 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 신호의 위상을 제어하는 제어 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류 모듈은,
    상기 교류 전원을 변압하여 다단으로 출력하는 변압부; 및
    상기 변압부의 출력단에 흐르는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 직류 변환부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변압부는
    상기 AC 전원과 Y 결선된 1차권선을 통하여 연결되고, Y 결선된 2차 권선 및 Δ 결선된 3차 권선을 이용하여 상기 직류 변환부에 상기 교류 전원을 출력하는 3권선 변압기를 사용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 직류 변환부는,
    상기 변압부의 2차 권선 및 3차 권선과 연결되어 상기 교류전원을 상기 직류전원으로 변환하고, 상기 직류 전원의 주파수를 증가시키는 두 개의 6펄스 정류기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스택 모듈은,
    상기 정류 모듈의 출력단에서 공급된 상기 직류 전원을 병렬로 상기 복수 개의 컨버터에 인가하고, 각 상기 복수 개의 컨버터에서 출력되는 상기 직류 전원을 병렬로 연결하여 리플이 감소된 결합전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수 개의 컨버터는,
    직렬로 연결된 두 개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중 상단 IGBT만의 ON/OFF 동작을 통해 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 스택 모듈은,
    상기 복수 개의 컨버터에 인가되는 직류 전원의 소정의 주파수 성분을 없애기 위한 LC 필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 복수 개의 컨버터의 출력 위상을 소정의 간격으로 변위하여 각 컨버터의 위상이 상이하도록 제어하기 위한 펄스폭변조 신호 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 펄스폭변조 신호 제어부는,
    각각의 상기 컨버터에 360/n(n은 컨버터의 갯수)에 해당하는 위상차를 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자석 전원장치는,
    상기 스택 모듈로부터 공급된 상기 직류 전원을 이용하여 자기장을 형성하는 전자석을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전자석은,
    전자, 양성자, 이온 중 적어도 하나의 전하를 가진 입자를 가속시키는 입자 가속기에 구비되는 것을 특징으로 하는 전자석 전원장치.
  12. 전자석 전원장치가 전자석에 전원을 제어하는 방법에 있어서,
    AC 전원으로부터 흐르는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 교류 정류 과정;
    정류된 상기 직류 전원의 출력 전압의 크기를 변환하고, 상기 직류 전원의 리플을 감소시키기 위한 복수 개의 컨버터를 병렬구조로 구비하는 직류 변환 과정;
    출력되는 상기 직류 전원에 대한 전류 및 전압을 검출하여 상기 복수 개의 컨버터의 펄스폭변조 신호의 위상을 제어하는 위상 제어 과정; 및
    상기 위상 제어를 통해 리플이 감소된 상기 직류 전원을 전자석에 제공하는 결합전류 출력 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 전원 제공방법.
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