KR20140056007A

KR20140056007A - 부하 전류 재생 회로, 및 부하 전류 재생 회로를 구비한 전기 장치

Info

Publication number: KR20140056007A
Application number: KR1020130127004A
Authority: KR
Inventors: 배연수
Original assignee: 배연수
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2014-05-09
Also published as: US20150263558A1; KR101471110B1; WO2014069835A1; JP2016502387A; CN104798284B; EP2916425B1; CA2890257A1; EP2916425A4; EP2916425A1; US9806550B2; CN104798284A; CA2890257C; AU2013338937B2; AU2013338937A1; JP6159810B2

Abstract

부하 전류 재생 회로, 및 부하 전류 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, 부하를 동작시킨 부하 전류와 전압 가변을 위하여 컨버터로 통전시킨 전압 변환 전류를 회생시켜 에너지원으로 재활용할 수 있게 된다.

Description

부하 전류 재생 회로, 및 부하 전류 재생 회로를 구비한 전기 장치{Circuit for Recovering Load Current, and Electric Device Equipped Threrewith}

본 발명은 부하 전류 재생 회로, 및 부하 전류 재생 회로를 구비한 전기 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하를 동작시킨 부하 전류와 전압 가변을 위하여 컨버터로 통전시킨 전압 변환 전류를 회생시켜 에너지원으로 재활용할 수 있도록 하는 부하 전류 재생 회로, 및 부하 전류 재생 회로를 구비한 전기 장치에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 에너지 회생방법으로는 전동기 구동을 통해 플라이 휠 등에 기계 에너지를 저장하고, 저장된 기계 에너지를 이용하여 발전기를 전환 구동하여 전기 에너지로 변환시키는 방법과, 자기 에너지 변환을 위하여 전류를 통전시켜 자기회로(전동기, 변압기. 인덕터 등)에 자기 에너지를 저장하고, 전류를 차단한 상태에서 자기 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 방법 등이 있다.

그러나 종래 기술에 따른 에너지 회생방법은 부하를 동작시킨 부하 전류와 전압 가변을 위하여 컨버터로 통전시킨 전압 변환 전류를 재생시킬 수 없다는 기술적 한계가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 부하를 동작시킨 부하 전류와 전압 가변을 위하여 컨버터로 통전시킨 전압 변환 전류를 회생시켜 에너지원으로 재활용할 수 있도록 하는 부하 전류 재생 회로, 및 부하 전류 재생 회로를 구비한 전기 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부하 전류 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 제1 회로부 및 상기 제2 회로부와 각각 직렬로 인버터 또는 컨버터를 더 포함하한다.

또한, 상기 부하는 RL 부하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부하에 걸리는 전류의 크기를 일정하게 유지시키는 전류 및 전압 제어 회로를 더 포함한다.

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

본 발명에 따르면, 부하를 동작시킨 부하 전류와 전압 가변을 위하여 컨버터로 통전시킨 전압 변환 전류를 회생시켜 에너지원으로 재활용할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 부하 전류 재생 회로의 동작 원리를 나타내는 개념도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부하 전류 재생 회로의 구조를 나타내는 도면,
도 3은 표 1에서의 각 동작모드에 따른 도 2에서의 스위칭 동작 시퀀스를 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부하 전류 재생 회로의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4를 스위칭 동작시키는 시퀀스를 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인버터에 연결된 부하 전류 재생 회로의 구조를 나타내는 도면, 및
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 2전원 전압형 부하 전류 재생 회로의 구조를 나타내는 도면이다.

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 부하 전류 재생 회로의 동작 원리를 나타내는 개념도이며, 아래의 표 1은 도 1에서의 부하 전류 재생 회로의 제어 시퀀스를 설명하고 있다.

동작모드	모드 설명	동작설명	요약
1	충전연계 직류인가모드	전원에서 통전되어 부하를 동작시킨 부하전류를 제1 회로부의 제1 충전부에 회생 충전시키는 모드.	전원입력→부하동작→제1 회로부 회생충전
2	충전연계 방전1모드	1 모드로 충전된 제1 회로부의 제 1충전부에서 방전된 부하전류를 제2 회로부의 제 2충전부에 회생 충전시키는 재활용모드.	제1 회로부 방전→부하동작→제2 회로부 회생충전
3	충전연계 방전2모드	2 모드로 충전된 제2 회로부의 제 2충전부에서 방전된 부하전류를 제1 회로부의 제1 충전부에 회생 충전시키는 재활용모드.	전원입력→부하동작→제2 회로부 회생충전
4	충전연계 방전3모드	3 모드로 충전된 제1 회로부의 제1 충전부에서 방전된 부하전류를 제 2 회로부의 제2 충전부에 회생 충전시키는 재활용모드.	제2 회로부 방전→부하동작→제1 회로부 회생충전

도 1에서의 본 발명에 따른 부하 전류 재생 회로는, 전원(100)의 양극과 음극 사이에서 발생하는 극성전위차와 양극과 양극 사이에서 발생하는 시소(Seesaw)전위차를 이용하여 전류를 통전시키는 방식으로 구동되며, 도 1에서의 각각의 스위치인 S1,S2,S3,S4,S5, 전류 및 전압제어회로(130), 제1 회로부(110), 및 제2 회로부(120)를 제어하는 별도의 제어장치(미도시)를 구비한다.

한편, 도 1에서와 같이 본 발명에 따른 부하 전류 재생 회로는 전원(100)의 양단자 인출선과 음단자 인출선 사이에 전류 및 전압제어회로(130), 부하(200), 제1 회로부(110), 및 제2 회로부(120)를 구비하고 있다.

먼저, 전류 및 전압제어회로(130)는 전원(100)의 부하(200)에서의 전류를 일정하게 제어하는 기능을 수행하고, 제1 회로부(110)와 제2 회로부(120)는 부하 전류를 회생하고, 회생된 에너지를 재활용한다.

본 발명에 따른 부하 전류 재생 회로는 부하전류와 제1 회로부(110) 및 제2 회로부(120)의 전압을 피드백 받아 "동작모드1 → 동작모드2 → 동작모드3 → 동작모드4 → 동작모드1 …"와 같은 순서로 제어 장치(미도시)를 통해 제어된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부하 전류 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 부하 전류 재생 회로의 동작 원리를 설명하면, 본 발명을 실시함에 있어서는 "동작모드1→동작모드2→동작모드3→동작모드4..."에서와 같이 메인 전원(100)이 인가되는 동작모드1의 실행 이후에 동작모드2, 동작모드3, 및 동작모드4를 실행하는 것이 바람직할 것이다.

한편, 도 2에서의 부하 전류 재생 회로를 동작시키기 위한 동작모드1은 충전연계 직류인가모드로서, 표 1과 도 3에서와 같이 도 2에서의 스위치들 중에서 "S1, S4, S11, S12, S13, S14, S15, S16"는 단락되고, 나머지 스위치들은 개방되는 모드이다. 이에 따라, 전원(100)에서 전류가 입력되며, 부하(200-1)를 동작시킨 부하전류는 선택된 스위치의 단락경로를 따라 제1 회로부(110)에 회생 충전하게 된다.

아울러, 동작모드2는 제1 회로부(110)의 스위치들 중에서 “S2, S31, S32, S33”의 단락으로 충전소자(Es11, Es12, Es13, Es14)가 직렬 전환된 경로를 따라 승압 방전된 에너지가 부하(200-1)를 동작시킨 이후에 제2 회로부(120)의 스위치들 중에서 “S5, S21, S22, S23, S24, S25, S26”의 단락으로 병렬 전환된 경로를 따라 충전소자(Es21, Es22, Es23, Es24)에 회생 충전을 실행하는 충전연계방전1모드이다.

이 모드는 단락전환스위치를 제외한 나머지 스위치는 개방되며, 제1 회로부(110)의 승압방전과 제2 회로부(120)의 강압충전 사이에서 발생하는 시소(Seesaw) 전위차를 이용하여 양극에서 양극으로 에너지를 교환하는 방법으로 에너지를 재활용하는 모드이다.

한편, 동작모드3은 제2 회로부(120)의 스위치들 중에서 “S3, S41, S42, S43”의 단락으로 충전소자(Es21, Es22, Es23, Es24)가 직렬 전환된 경로를 따라 승압 방전된 에너지가 부하(200-1)를 동작시킨 이후에 제1 회로부(110)의 스위치들 중에서 “S4, S11, S12, S13, S14, S15, S16”의 단락으로 병렬 전환된 경로를 따라 충전소자(Es11, Es12, Es13, Es14)에 회생 충전을 실행하는 충전연계방전2모드이다.

이 모드는 단락전환스위치를 제외한 나머지 스위치는 개방되며, 제2 회로부(120)의 승압방전과 제1 회로부(110)의 강압충전 사이에서 발생하는 시소(Seesaw) 전위차를 이용하여 양극에서 양극으로 에너지를 교환하는 방법으로 에너지를 재활용하는 모드이다.

또한, 동작모드4는 제1 회로부(110)의 스위치들 중에서 “S2, S31, S32, S33”의 단락으로 충전소자(Es11, Es12, Es13, Es14)가 직렬 전환된 경로를 따라 승압 방전된 에너지가 부하(200-1)를 동작시킨 이후에 제2 회로부(120)의 스위치들 중에서 “S5, S21, S22, S23, S24, S25, S26”의 단락으로 병렬 전환된 경로를 따라 충전소자(Es21, Es22, Es23, Es24)에 회생 충전하도록 하는 충전연계 방전 3모드이다. 이 모드는 동작모드2와 동일하게 동작하여 에너지를 재활용하게 된다.

즉, 도 2에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 전류 재생 회로는, 제1 회로부(110), 제2 회로부(120), 제1 스위칭부(S1), 제2 스위칭부(S2), 제3 스위칭부(S5, S21, S22, S23, S24, S25, S26, S31, S32, S33), 제4 스위칭부(S4, S11, S12, S13, S14, S15, S16, S41, S42, S43), 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(S5, S21, S22, S23, S24, S25, S26, S31, S32, S33)의 단락으로 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(S4, S11, S12, S13, S14, S15, S16, S41, S42, S43)가 전환된다. 이와 동시에 제5 스위칭부(S3)는 제2 충전부를 제1 충전부와 연결되도록 동작함으로써 제2 충전부의 충전 전력이 제1 회로부(110)에 공급되어, 병렬 연결된 다수 개의 충전 소자를 구비한 제1 충전부가 다시 충전되게 된다(동작모드3).

제1 충전부의 충전이 완료시에 제2 스위칭부(S2)가 단락됨으로써, 제1 충전부의 충전 전력이 제2 회로부(120)에 공급되어, 병렬 연결된 다수 개의 충전 소자를 구비한 제2 충전부가 충전되게 된다. 이와 동시에 제3 스위칭부(S5, S21, S22, S23, S24, S25, S26, S31, S32, S33)의 단락으로 제1 충전부에서의 다수 개의 충전 소자를 직렬 연결하도록 전환시키게 되며, 그에 따라 제2 충전부의 충전이 이루어진다(동작모드4). 여기서 동작모드4는 동작모드2와 동일하게 동작한다.

상기 동작모드를 정리하면, “동작모드1→동작모드2→동작모드3→동작모드4→동작모드1 …”와 같은 순서로 스위칭부를 제어 장치(140)를 통하여 동작시킨다. 그러나 이상적인 제어 시퀸스는 “동작모드2→동작모드3→동작모드2→동작모드3”을 반복시켜 에너지효용을 높이는 것이지만 스위칭손실, 동손, 철손, 와류 등의 손실이 발생하기 때문에 연속적인 무한반복동작은 기대하기 어렵다.

그리고 동작모드1→동작모드2→동작모드3→동작모드4로 부하(200-1)를 동작시키면 점차적으로 전압이 떨어져 부하(200-1)에 일정한 전류를 공급할 수 없게 된다.

그러므로 부하(200-1)에 일정한 전류공급을 위하여, 부하(200-1)에 걸리는 전류의 크기를 일정하게 유지시키는 정전압 제어 회로 또는 전류 및 전압제어 회로(130)가 필요하게 된다. 여기서 전류 및 전압제어 회로(130)는 전압을 변화시켜 전류를 변화 또는 일정하게 유지시키는 회로로써 비 절연 컨버터와 절연 컨버터를 포함한다.

이하에서는 도 2에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 전류 재생 회로의 동작 원리를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

즉, 본 발명에 따른 부하 전류 재생 회로는 부하(200-1)를 동작시킨 에너지를 충-방전소자에 저장하고, 저장된 에너지를 방전하여 부하(200-1)를 재 동작시키는 회로를 말하고, 제1 회로부(110)의 제1 충전부 충전전압과 제1 방전부 방전전압, 제2 회로부(120)의 제2 충전부 충전전압과 제2 방전부 방전전압을 피드백 받아 "동작모드1→동작모드2→동작모드3→동작모드4→동작모드1 …"와 같은 순서로 스위칭부를 동작시킨다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 전류 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 부하 전류 재생 회로의 구조를 설명하면, 제1 회로부(110)와 제2 회로부(120)로 구성되고, 제1 회로부(110)는 제1 충전부와 제1 방전부 및 병렬 연결된 다수개의 제1충-방전소자를 구비한다.

제1 회로부(110)와 병렬 설치된 제2 회로부(120)는 제2 충전부와 제2 방전부 및 병렬 연결된 다수개의 제2 충-방전소자를 구비한다.

상기 제1 충전부는 "S1,S4,S11,S12,S13,S14,S15,S16"충전전환스위치로 구성되고, 상기 제1 충-방전소자는 병렬 연결된"Es11,Es12,Es13,Es14"로 구성되며, 상기 제1 방전부는 "S2,S31,S32,S33"방전전환스위치로 구성된다.

상기 제2 충전부는 "S1,S5,S21,S22,Sb3,S24,S25,S26"충전전환스위치로 구성되고, 상기 제2 충-방전소자는 병렬 연결된"Es21,Es22,Es23,Es24"로 구성되며, 상기 제2 방전부는 "S3,S41,S42,S43"방전전환스위치로 구성된다.

본 발명을 실시함에 있어서 "동작모드1→동작모드2→동작모드4→동작모드2→동작모드4..."에서와 같은 동작모드의 전환은 전압센서 "PT1,PT2,PT3,PT4,PT5"와 전류센서"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,S4,S11, S12,S13,S14,S15,S16"충전전환스위치는 단락되고, 나머지 스위치들은 개방되는 모드이다. 이에 따라, 메인 전원(100)이 입력되며, 부하(200-1)가 동작된다.

보다 상세하게는 제1 스위칭부(S1)와 제3 스위칭부(S4,S11, S12,S13,S14,S15,S16"의 충전전환스위치가 단락됨으로써, 메인 전원(100)에 의해 제1 충-방전소자(Es11,Es12,Es13,Es14)에 충전이 이루어진다.

아울러, 동작모드2는 제1 회로부(110)의 제1 충전부"S1,S4,S11, S12,S13,S14,S15,S16"충전전환스위치의 개방과 제1 방전부"S2,S31,S32,S33"방전전환스위치의 단락으로 제1 충-방전소자(Es11,Es12,Es13,Es14)에 저장된 에너지는 제1 방전부"S2,S31,S32,S33"방전전환스위치를 따라 부하(200-1)를 동작시킨 이후에 제2 회로부(120)의 제2 충전부"S5,S21,S22,S23,S24,S25,S26"충전전환스위치의 단락과 "S3,S41,S42,S43"방전전환스위치의 개방으로 제1 충-방전소자(Es11,Es12,Es13,Es14)에서 부하(200-1)를 매개로 제2 충-방전소자(Es21,Es22,Es23,Es24)로 에너지교환 충전이 되도록 하는 충전연계방전1모드이다.

보다 상세하게는 제3 스위칭부(S5, S21, S22, S23, S24, S25, S26, S2, S31, S32, S33)의 단락으로 제1 충-방전소자(Es21,Es22,Es23,Es24)에 부하를 동작시킨 부하전류를 충전하게 된다.

한편, 동작모드3은 제2 회로부(120)의 제2 충전부"S5,S21, S22,S23,S24,S25,S26"충전전환스위치의 개방과 제2 방전부"S3,S41,S42,S43"방전전환스위치의 단락으로 제2 충-방전소자(Es21,Es22,Es23,Es24)에 저장된 에너지는 제2 방전부"S3,S41,S42,S43"방전전환스위치를 따라 부하(200-1)를 동작시킨 이후에 제1 회로부(110)의 제1 충전부"S4,S11,S12,S13,S14,S15,S16"충전전환스위치의 단락과 "S2,S31,S32,S33"방전전환스위치의 개방으로 제2 충-방전소자(Es21,Es22,Es23,Es24)에서 부하(200-1)를 매개로 제1 충-방전소자(Es11,Es12,Es13,Es14)에 에너지교환 충전이 되도록 하는 충전연계방전2모드이다.

보다 상세하게는 제4 스위칭부(S4, S11, S12, S13, S14, S15, S16, S41, S42, S43) 및 제5 스위칭부(S3)의 단락으로 제1 충-방전소자(Es11,Es12,Es13,Es14)에 부하를 동작시킨 부하전류를 충전하게 된다.

또한, 동작모드4는 상기 동작모드2와 동일하게 에너지 재활용 동작을 하는 충전연계방전3모드이다.

그런데 상기 동작모드2와 동작모드3 및 동작모드4로 에너지를 방전할 경우에 점차적으로 전압 값이 떨어지므로 부하(200-1)에 일정한 전류를 공급할 수 없다.

그러므로 전류 및 전압 제어 회로(130)와 제1 스위칭부(S1), 제2 스위칭부(S2), 제5 스위칭부(S3)를 펄스폭제어(pulse width modulation: PWM)하여 출력한 정 전류로 부하(200-1)를 동작시킨다.

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

상기 충-방전소자는 2차 전지와 대용량커패시터를 말하며, 상기 부하(200-1)는 R부하와 RL직렬회로부하를 포함한다.

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 실시예에 따른 부하 전류 재생 회로의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4를 스위칭 동작시키는 시퀀스를 설명하는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명하면, 부하의 양단에 제1 회로부(110), 제2 회로부(120), 제1 스위칭부(S1), 제2 스위칭부(S2), 제3 스위칭부(S5, S21, S22, S23, S24, S31, S32), 제4 스위칭부(S4, S11, S12, S13, S14, S41, S42), 제5 스위칭부(S3)를 구비하고 있다.

먼저, 제1 회로부(110)는 전원(100)에 의해 충전되는, 병렬 연결된 다수 개의 충전소자를 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, 전원(100)에 의해 제1 충전부에는 충전이 이루어진다(동작모드1).

한편, 제1 충전부의 충전이 완료된 경우에 제1 스위칭부의 개방으로 전원(100)과 제1 회로부(110)와의 연결을 개방하게 된다. 또한, 제1 충전부의 충전이 완료시에 제2 스위칭부(S2)가 단락됨으로써, 제1 충전부의 충전 전력이 제2 회로부(120)에 공급되어, 병렬 연결된 다수 개의 충전 소자를 구비한 제2 충전부가 충전되게 된다. 이와 동시에 제3 스위칭부(S5, S21, S22, S23, S24, S31, S32)의 단락으로 제1 충전부에서의 다수 개의 충전 소자를 직렬 연결하도록 전환시키게 되며, 그에 따라 제2 충전부의 충전이 이루어진다(동작모드2).

제2 충전부가 제1 충전부에 의해 충전된 경우에 제2 충전부의 다수 개의 충전소자가 직렬 연결되도록 제4 스위칭부(S4, S11, S12, S13, S14, S41, S42)가 전환된다. 이와 동시에 제5 스위칭부(S3)는 제2 충전부를 제1 충전부와 연결되도록 동작함으로써 제2 충전부의 충전 전력이 제1 회로부(110)에 공급되어, 병렬 연결된 다수 개의 충전 소자를 구비한 제1 충전부가 다시 충전되게 된다(동작모드3).

도 4의 동작을 도 5를 참조하여 정리하면, “동작모드1→동작모드2→동작모드3→동작모드1 ...”와 같은 순서로 스위칭부를 동작시킨다. 상기 도 2와 상기 도 4의 차이점을 살펴보면, 상기 도 2는 부하의 하단에 제1 회로부(110), 제2 회로부(120)을 연결한 경우이고, 상기 도 4는 부하의 양단에 제1 회로부(110), 제2 회로부(120)을 연결한 경우인 점에서 다르다.

아울러, 본 발명에 따른 부하 전류 재생 회로는 부하에 제1 회로부(110), 제2 회로부(120)를 직접 연결하는 직접부하연결방식(도 2, 도 4), 부하를 동작시키는 인버터나 컨버터에 제1 회로부(110), 제2 회로부(120)을 연결하는 간접부하연결방식(도 6) 및 변압기의 1차 권선에 제1 회로부(110), 제2 회로부(120)을 연결하고, 변압기의 2차 권선에 제1 회로부(110), 제2 회로부(120)을 연결하는 직-간접혼합연결방식 등으로 회로응용구성이 가능하다.

도 6은 상기 언급한 간접부하연결방식에 해당하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인버터에 연결된 부하 전류 재생 회로의 구조를 나타내는 도면이다.

도 6 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명하면, RL부하(200-2)를 동작시키는 인버터(150)에 제1 회로부(110), 제2 회로부(120), 제1 스위칭부(S1), 제2 스위칭부(S2), 제3 스위칭부(S21, S22, S23, S24, S25, S26, S27, S28, S31, S32, S33), 제4 스위칭부(S11, S12, S13, S14, S15, S16, S17, S18, S41, S42, S43), 제5 스위칭부(S3)를 구비하고, 토크와 속도제어를 위한 전류 및 전압제어 회로(130)를 더 구비하고 있다.

한편, 제1 충전부의 충전이 완료된 경우에 제1 스위칭부의 개방으로 전원(100)과 제1 회로부(110)와의 연결을 개방하게 된다. 또한, 제1 충전부의 충전이 완료시에 제2 스위칭부(S2)가 단락됨으로써, 제1 충전부의 충전 전력이 제2 회로부(120)에 공급되어, 병렬 연결된 다수 개의 충전 소자를 구비한 제2 충전부가 충전되게 된다. 이와 동시에 제3 스위칭부(S21, S22, S23, S24, S25, S26, S27, S28, S31, S32, S33)의 단락으로 제1 충전부에서의 다수 개의 충전 소자를 직렬 연결하도록 전환시키게 되며, 그에 따라 제2 충전부의 충전이 이루어진다(동작모드2).

제2 충전부가 제1 충전부에 의해 충전된 경우에 제2 충전부의 다수 개의 충전 소자가 직렬 연결되도록 제4 스위칭부(S11, S12, S13, S14, S15, S16, S17, S18, S41, S42, S43)가 전환된다. 이와 동시에 제5 스위칭부(S3)는 제2 충전부를 제1 충전부와 연결되도록 동작함으로써 제2 충전부의 충전 전력이 제1 회로부(110)에 공급되어, 병렬 연결된 다수 개의 충전 소자를 구비한 제1 충전부가 다시 충전되게 된다(동작모드3).

여기서 동작모드4는 동작모드2와 동일하게 동작되는 모드로써 제1 충전부의 충전이 완료시에 제2 스위칭부(S2)가 단락됨으로써, 제1 충전부의 충전 전력이 제2 회로부(120)에 공급되어, 병렬 연결된 다수 개의 충전 소자를 구비한 제2 충전부가 충전되게 된다. 이와 동시에 제3 스위칭부(S21, S22, S23, S24, S25, S26, S27, S28, S31, S32, S33)의 단락으로 제1 충전부에서의 다수 개의 충전 소자를 직렬 연결하도록 전환시키게 되며, 그에 따라 제2 충전부의 충전이 이루어진다(동작모드4).

그리고 상기 전류 및 전압제어 회로(130)의 Ds 스위치를 따라 전원의 음 단자로 통전되어 소실되는 전압변환전류는 연결접점(160)을 통하여 제1 회로부(110)와 제2 회로부(120)에서 회생된다.

이와 같이 인버터 또는 컨버터에 제1 회로부(110), 제2 회로부(120)를 연결한 부하 전류 재생 회로는 “동작모드1→동작모드2→동작모드3→동작모드4→동작모드1 …”와 같은 순서로 동작시켜 소실전류를 회생한다. 즉, 도 6에서의 재생 회로의 동작은 도 2에서 설명한 바와 같다.

즉, 도 4에서의 회로는, RL직렬회로부하를 동작시키는 인버터 및/또는 컨버터에 직렬 연결한 부하 전류 재생 회로로서, RL직렬회로부하는 도 2에서 제시한 R부하와는 달리 주로 교류회로에 이용되므로 RL직렬회로부하와 부하 전류 재생 회로를 직접 연결할 경우 동작이 정지된다.

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

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RL직렬회로부하를 동작시키는 인버터 및/또는 컨버터에 직렬 연결한 부하 전류 재생 회로의 구성은 전동기, 변압기 등의 RL직렬회로부하(200-2)를 동작시킨 에너지를 재생하기 위하여 환류회로를 구비한 인버터(150) 및/또는 컨버터의 하단 또는 양단에 제1 회로부(110)와 제2 회로부(120)로 구성된 부하 전류 재생 회로를 직렬로 연결 구성하고, 속도변화와 전압변화를 위하여 전압을 가변시킬 수 있는 정전압 제어 회로(130) 및 상기 인버터(150) 및/또는 컨버터를 제어하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 환류회로를 구비한 인버터(150) 및/또는 컨버터에서 S6스위치와 D1다이오드소자로 구성된 환류회로는 RL직렬회로에서 방전 또는 회생제동으로 역류되는 에너지를 충전하도록 경로를 유도하고, 상변환스위치 및 주파수변환스위치의 파괴를 방지하기 위한 회로이다.

그리고 도 2에서의 부하 전류 재생 회로는 임피던스 매칭 직-병렬회로로 구성한 경우이고, 도 4에서의 부하 전류 재생 회로는 일반적인 직-병렬회로로 구성한 경우이다.

도 6에서의 부하 전류 재생 회로를 이용하여 부하 전류를 회생하기 위해서는 부하(200-2) 및 부하(200-2)를 동작시키는 인버터(150) 및/또는 컨버터에 부하 전류 재생 회로를 직렬 연결하여 이중 직렬직류회로로 구성하고, 부하동작전압(Va)과 부하 전류 재생 회로 동작전압(Vb)을 인가하여 부하전류를 회생함과 동시에 역률을 향상시키는 것이 특징이다.

여기서 인버터는 직류를 교류로 변환하는 장치로써 전동기, 변압기, 고압발생기 등에 이용된다. 컨버터는 교류를 직류로의 변환하는 장치를 비롯하여 직류를 직류로 변환하여 전압을 가변시키는 장치 및 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM)구동회로 등을 말한다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 2전원 전압형 부하 전류 재생 회로의 구조를 나타내는 도면으로서, 2전원 전압을 이용하여 충-방전시간 밸런스를 조정하기 위하여 구성한 회로이다.

도 7에서의 부하 전류 재생 회로는 2전압 전원(100-1)과 2개의 전류 및 전압제어 회로(130-1, 130-2) 및 부하(200) 그리고 제1 회로부(110), 제2 회로부(120)로 구성되며, 2전원 분할제어가 용이하도록 S7스위치를 추가하여 충전시간을 단축시키도록 한 것이 특징이다. 즉, 도 7에서의 부하 전류 재생 회로는 필요에 따라 직류전압을 가변시켜 부하동작과 충-방전소자를 제어할 수 있다.

아울러, 도 7에서의 부하 전류 재생 회로는 메인 전원으로 충-방전시간 밸런스를 조정한다. 즉, 도 7에서의 재생 회로는 전 전압인가전원과 반 전압인가전원을 필요에 따라 인가제어하여 메인전원의 인가효율을 높이기 위하여 구비한 2전원회로라고 할 수 있다.

특히 도 6에서의 RL직렬회로부하에 도 7에서의 탭 전압인가형 부하 전류 재생 회로를 부가할 경우 전동기, 변압기 등에서는 저속과 고속, 저압과 고압의 2분할제어가 용이한 것이 특징이다. 도 7에서의 2전원 전압형 부하 전류 재생 회로에서의 동작은 도 2에서 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, 130: 전류 및 전압제어회로,
140: 제어 장치, 150: 인버터,
200: 부하.

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 부하 전류 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 부하 전류 재생 회로.
제2항에 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 부하 전류 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 부하 전류 재생 회로.
제1항에 있어서,
상기 제1 회로부 및 상기 제2 회로부와 각각 직렬로 연결된 부하를 더 포함하는 부하 전류 재생 회로.
제1항에 있어서,
상기 제1 회로부 및 상기 제2 회로부와 각각 직렬로 인버터 또는 컨버터를 더 포함하는 부하 전류 재생 회로.
제5항에 있어서,
상기 부하는 RL 부하인 것인 부하 전류 재생 회로.
제5항에 있어서,
상기 부하에 걸리는 전류의 크기를 일정하게 유지시키는 전류 및 전압 제어 회로를 더 포함하는 부하 전류 재생 회로.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서의 상기 부하 전류 재생 회로가 구비된 전기 장치.