KR20140105360A - Ac 전원 장치 - Google Patents

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KR20140105360A
KR20140105360A KR1020130128362A KR20130128362A KR20140105360A KR 20140105360 A KR20140105360 A KR 20140105360A KR 1020130128362 A KR1020130128362 A KR 1020130128362A KR 20130128362 A KR20130128362 A KR 20130128362A KR 20140105360 A KR20140105360 A KR 20140105360A
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power supply
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KR1020130128362A
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야스히로 이시카와
가즈아키 혼다
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타카사고, 엘티디.
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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

u 상(phase)에 대응하는 제 1 단자에 대해 제 1 AC 전압을 발생시키는 제 1 AC 전원 발생부, v 상에 대응하는 제 2 단자에 대해 제 2 AC 전압을 발생시키는 제 2 AC 전원 발생부, w 상에 대응하는 제 3 단자에 대해 제 3 AC 전압을 발생시키는 제 3 AC 전원 발생부, 및 제 1 내지 제 3 단자에 출력되는 제 1 내지 제 3 AC 전압 각각의 진폭 및 상은 AC 전압마다 사전 설정되는 진폭 설정 값 및 상 설정 값과 각각 매칭되도록, 제 1 내지 제 3 AC 전원 발생부로부터 출력되는 AC 전압 각각의 상 및 진폭을 제어하는 제어부를 포함하는 AC 전원 장치가 제공된다.

Description

AC 전원 장치{AC POWER SUPPLY APPARATUS}
본 발명은, AC 전압을 이용하여 다른 디바이스에 전원을 공급하는 AC(Alternate Current) 전원 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가전 기기 등의 디바이스는, AC 전압을 이용하여 계통 라인으로부터 공급되는 전원에 의거하여 작동한다. 최근, 정전 또는 전원 장해 등의 긴급 상황인 경우에 전기 기기를 사용하기 위해, 또는 실외에서 전기 기기를 사용하기 위해 이들 전기 기기에 대해 AC 전력을 발생시키는 AC 전원 장치에 대한 많은 제안이 있다. 이러한 AC 전원 장치는 일반적으로 전기 기기에 단상 삼선식 전원 계통 또는 삼상 삼선식 전원 계통을 통해 전원을 공급한다. 예를 들면, 단상 삼선식 전원 계통을 통해 전원을 공급할 경우에, 각 상(phase)에 연결된 부하 간에 크기 불평형이 발생되면, 상 간 전압 불평형이 발생되어, 전기 기기에 인가되는 AC 전압의 진폭이 원하는 값에서 벗어나는 문제를 초래한다.
이와 관련하여, 일본 특허출원 공보 제2005-137070호 및 제2007-166869호에는, AC 전원 장치의 부하 간 진폭의 불평형에 기인한 진폭 시프트를 제거하는 기술이 공개되어 있다.
일본 특허출원 공보 제2005-137070호에 따르면, 단상 삼선 전원 계통 연계 인버터에서, 서로 상호 연계된 하프 브리지(half-bridge) 인버터가 a 상 측 및 b 상 측에 설치되고, 하프 브리지 인버터 각각에 대한 출력 전류 지령의 크기가 a 상 및 b 상의 부하 각각의 크기에 비례하여 제어된다. 구체적으로, a 상 및 b 상 중 하나의 부하의 크기가 커질 경우, 각 상의 출력은 크기에 비례하여 커지고, a 상 및 b 상 중 하나의 부하의 크기가 작아질 경우, 각 상의 출력은 작아진다. 한편, 이와 같이 판정되는 전류 출력을 제한하는 기능을 마련하여, 양자의 전류 출력의 파워를 제어하는 수단에 의해 제한된다. 따라서, 일본 특허출원 공보 제2005-137070호에서, 단상 삼선 전원 계통에 연결된 부하가 불평형 상태일 경우에도, 불평형의 정도가 경감된다.
일본 특허출원 공보 제2007-166869호에는, 단상 삼선 배전 계통과 상호 연계되는 전원 장치가 공개되어 있다. 전원 장치는 태양 전지, 풍력 발전기 등의 DC 전력을 출력하는 전원 본체, 전원 본체로부터의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하며 AC 전력을 배전 계통에 출력하는 인버터 회로, 및 전기 배전 계통의 중성선(N)과 각 전압선 사이의 전압을 평형화하거나 전압 간의 차이를 극소화하도록 인버터 회로를 제어하여 인버터 회로가 유효 전력 또는 무효 전력을 출력하게 하는 제어 디바이스를 포함한다. 따라서, 일본 특허출원 공보 제2007-166869호에서, 부하 간 불평형에 기인하는 전압 불평형, 또는 공급되는 전압 간 불평형을 보상하고, 인입선 및 실내 배선에서의 전압 상승도 억제됨으로써, 전원 장치의 제약 발생까지의 인버터의 유효 출력을 가급적 증가시킴으로써, 전원 장치의 출력 억제를 방지한다.
일본 특허출원 공보 제2005-137070호 및 제2007-166869호에는, AC 전압의 진폭에만 초점을 맞춰 보정이 행해지고 있다. 따라서, 제 1 상 및 제 2 상이 별개로 이용될 경우에 소정의 진폭이 얻어질 수 있다(예를 들면, 각 상에 대해 100V의 파워). 그러나, 일본 특허출원 공보 제2005-137070호 및 제2007-166869호에는, 부하 간 불평형에 기인한 두 상 간의 상 시프트(phase shift)는 제거될 수 없다. 이로 인해, 제 1 상 및 제 2 상이 조합되어 두 배의 전압(예를 들면, 200V의 파워)을 얻을 경우, 예를 들면 두 상 간에 상 시프트가 발생하는 것에 기인해, 상들이 조합된다고 해도, 원하는 진폭을 얻을 수 없다.
본 발명의 예시적인 양태에서, 본 발명의 예시적인 양태에 따른 AC 전원 장치는, u 상(phase)에 대응하는 제 1 단자에 대해 제 1 AC 전압을 발생시키는 제 1 AC 전원 발생부, v 상에 대응하는 제 2 단자에 대해 제 2 AC 전압을 발생시키는 제 2 AC 전원 발생부, w 상에 대응하는 제 3 단자에 대해 제 3 AC 전압을 발생시키는 제 3 AC 전원 발생부, 및 제 1 내지 제 3 단자에 출력되는 제 1 내지 제 3 AC 전압 각각의 진폭 및 상은 사전 설정되는 진폭 설정 값 및 상 설정 값과 각각 매칭되도록, 제 1 내지 제 3 AC 전원 발생부로부터 출력되는 AC 전압 각각의 상 및 진폭을 제어하는 제어부를 포함한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치의 블록도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치의 상세 블록도.
도 3은 부하가 평형 상태에 있을 경우의 각 상에서의 진폭 및 상을 나타내는 벡터도.
도 4는 부하가 불평형 상태에 있을 경우의 각 상에서의 진폭 및 상을 나타내는 벡터도.
도 5는 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치의 보정 처리의 개관를 나타내는 벡터도.
도 6은 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치의 블록도.
도 7은 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치의 상세 블록도.
도 8은 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치에서 부하가 평형 상태에 있을 경우의 각 상에서의 진폭 및 상을 나타내는 벡터도.
본 발명의 상술한 및 다른 양태, 특징, 및 이점은, 특정 실시예의 다음 설명으로부터 첨부 도면을 동반할 경우 더 명확해질 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)의 블록도이다. 도 1은, AC 전원 장치(1)에 의해 발생되는 AC 전압을 각각 공급받는 제 1 부하(예를 들면, 부하(Puv)), 제 2 부하(예를 들면, 부하(Pwv)), 및 제 3 부하(예를 들면, 부하(Puw)), 및 AC 전원 장치에 대해 작동 전원을 공급하는 DC 전원 PWR을 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)는 AC 전원(2)을 포함한다. AC 전원(2)은 제어부(10), 제 1 AC 전원 발생부(예를 들면, AC 전원 발생부(11u)), 제 2 AC 전원 발생부(예를 들면, AC 전원 발생부(11v)), 제 3 AC 전원 발생부(예를 들면, AC 전원 발생부(11w)), 및 단자(Tu, Tv1, Tv2, 및 Tw)를 포함한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 부하(Puv)는 단자(Tu)와 단자(Tv1) 사이에 연결된다. 임피던스(Zu)를 통해 출력된 전위(Vun)는 부하(Puv)의 단자(Tu)에 공급되고, 임피던스(Zv)를 통해 출력된 전위(Vvn)는 부하(Puv)의 다른 단자(Tv1)에 공급된다. 부하(Pwv)는 단자(Tv2)와 단자(Tw) 사이에 연결된다. 임피던스(Zw)를 통해 출력된 전위(Vwn)는 부하(Pwv)의 단자(Tw)에 공급되고, 임피던스(Zv)를 통과한 전위(Vvn)는 부하(Pwv)의 다른 단자(Tv2)에 공급된다. 부하(Puw)는 단자(Tu)와 단자(Tw) 사이에 연결된다. 전위(Vun)는 부하(Puw)의 단자(Tu)에 공급되고, 전위(Vwn)는 부하(Puw)의 다른 단자(Tw)에 공급된다.
단자(Tu)는 AC 전원 장치(1)로부터 출력되는 AC 전압의 u 상에 대응하는 제 1 AC 전압을 출력하는 제 1 단자이다. AC 전원 발생부(11u)는 제 1 AC 전압을 발생시키고 제 1 AC 전압을 단자(Tu)에 출력한다. AC 전원 발생부(11u) 및 단자(Tu)는 라인으로 연결된다. 이 라인은 임피던스(Zu)를 갖는다. AC 전원 발생부(11u)로부터 출력된 전류(Iu)가 이 라인을 통해 흐를 경우, AC 전원 발생부(11u)로부터 출력된 제 1 AC 전압(Vun0)과 부하(Puv 및 Puw)에 공급된 제 1 AC 전압(Vun) 사이에 전압 차이 및 상 차이가 발생한다. AC 전원 발생부(11u)를 단자(Tu)와 연결하는 라인의 임피던스(Zu)는 제 1 임피던스 요소에 의해 발생된다. 제 1 임피던스 요소는, 예를 들면 이 라인에 마련되는 필터이다.
단자(Tv1 및 Tv2) 각각은 AC 전원 장치(1)로부터 출력되는 AC 전압의 v 상에 대응하는 제 2 AC 전압을 나눠 출력하는 제 2 단자이다. AC 전원 발생부(11v)는 제 2 AC 전압을 발생시키고 제 2 AC 전압을 단자(Tv1 및 Tv2)에 출력한다. AC 전원 발생부(11v) 및 단자(Tv1 및 Tv2)는 라인으로 연결된다. 이 라인은 임피던스(Zv)를 갖는다. AC 전원 발생부(11u)로부터 출력된 전류(Iv)가 이 라인을 통해 흐를 경우, AC 전원 발생부(11v)로부터 출력된 제 2 AC 전압(Vvn0)과 부하(Puv 및 Pwv)에 공급된 제 2 AC 전압(Vvn) 사이에 전압 차이 및 상 차이가 발생한다. AC 전원 발생부(11v)와 단자(Tv1 및 Tv2)를 연결하는 라인의 임피던스(Zv)는 제 2 임피던스 요소에 의해 발생된다. 제 2 임피던스 요소는, 예를 들면 이 라인에 마련되는 필터이다.
단자(Tw)는 AC 전원 장치(1)로부터 출력되는 AC 전압의 w 상에 대응하는 제 3 AC 전압을 출력하는 제 3 단자이다. AC 전원 발생부(11w)는 제 3 AC 전압을 발생시키고 제 3 AC 전압을 단자(Tw)에 출력한다. AC 전원 발생부(11w) 및 단자(Tw)는 라인으로 연결된다. 이 라인은 임피던스(Zw)를 갖는다. AC 전원 발생부(11w)로부터 출력된 전류(Iw)가 이 라인을 통해 흐를 경우, AC 전원 발생부(11w)로부터 출력된 제 3 AC 전압(Vwn0)과 부하(Pwv 및 Puw)에 공급된 제 3 AC 전압(Vwn) 사이에 전압 차이 및 상 차이가 발생한다. AC 전원 발생부(11w)와 단자(Tw)를 연결하는 라인의 임피던스(Zw)는 제 3 임피던스 요소에 의해 발생된다. 제 3 임피던스 요소는, 예를 들면 이 라인에 마련되는 필터이다.
단자(Tu)에 출력되는 제 1 AC 전압(Vun), 단자(Tv1 및 Tv2)에 출력되는 제 2 AC 전압(Vvn), 및 단자(Tw)에 출력되는 제 3 AC 전압(Vwn) 각각의 진폭 및 상이 AC 전압 각각에 대해 사전 설정된 진폭 설정 값 및 상 설정 값과 매칭되는 방식으로, 제어부(10)는 AC 전원 발생부(11u, 11v, 및 11w)로부터 출력되는 AC 전압 각각의 상 및 진폭을 제어한다. 더 구체적으로, 제어부(10)는 각 AC 전압의 진폭 성분 및 상 성분을 나타내는 벡터 값에 의거하여 AC 전원 발생부(11u, 11v, 및 11w)를 제어하는 제어 신호를 발생시킨다. 제어부(10)의 세부는 후술한다.
AC 전원 발생부(11u, 11v, 및 11w) 각각은 AC 전압을 발생시킨다. 예를 들면, AC 전원 발생부(11u, 11v, 및 11w)는 제어부(10)로부터 제어 신호로서 출력되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하고, PWM 신호의 펄스 폭, 상, 및 주파수 등의 변화에 따라 출력되는 AC 전압의 진폭, 상, 주파수 등을 제어한다. 이 경우에, PWM 신호는 제어 신호의 예로서 예시되고 있지만, 사인파를 포함하는 다른 신호가 또한 제어 신호로서 이용될 수 있다.
다음으로, 제어부(10) 및 AC 전원 발생부(11u, 11v, 및 11w)를 더 상세히 설명한다. 이와 관련하여, 도 2는 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치의 상세 블록도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, AC 전원 장치(1)는 도 1에 나타낸 AC 전원 발생부(11u, 11v, 및 11w)로서 인버터(11u, 11v, 및 11w)를 포함한다. 인버터(11u, 11v, 및 11w)는 제어부(10)로부터 제어 신호의 수신 시 작동한다. 제어부(10)는 상마다 설치된 프로세서가 상마다 제어 신호를 발생시키는 구성을 갖는다. 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서, 벡터 검출부(21u) 및 파형 조정부(22u)는 u 상에 대응하는 제어 신호(SCVun)를 발생시키고, 벡터 검출부(21v) 및 파형 조정부(22v)는 v 상에 대응하는 제어 신호(SCVvn)를 발생시키고, 벡터 검출부(21w) 및 파형 조정부(22w)는 w 상에 대응하는 제어 신호(SCVwn)를 발생시킨다.
이 경우에, 벡터 검출부(21u)는 단자(Tu)로부터 출력된 제 1 AC 전압(Vun)을 나눠, 나뉜 전압의 하나를 벡터 검출부(21u)에 입력되는 피드백으로서 사용함으로써, AC 전압(Vun)의 진폭 및 상을 나타내는 측정 벡터 값(MPu)을 계산한다. 벡터 검출부(21v)는 단자(Tv1 및 Tv2)로부터 출력된 제 2 AC 전압(Vvn)을 나눠, 나뉜 전압의 하나를 벡터 검출부(21v)에 입력되는 피드백으로서 사용함으로써, AC 전압(Vvn)의 진폭 및 상을 나타내는 측정 벡터 값(MPv)을 계산한다. 벡터 검출부(21w)는 단자(Tw)로부터 출력된 제 3 AC 전압(Vwn)을 나눠, 나뉜 전압의 하나를 벡터 검출부(21w)에 입력되는 피드백으로서 사용함으로써, AC 전압(Vwn)의 진폭 및 상을 나타내는 측정 벡터 값(MPw)을 계산한다. 이 경우에, 벡터 검출부(21u, 21v, 및 21w) 각각은 AC 전압의 상에 대한 기준 값인 기준 상 값을 수신한다. 벡터 검출부(21u, 21v, 및 21w) 각각은 기준 상 값과 피드백되어 수신되는 대응 AC 전압 사이의 상 차이 성분을 검출하고 측정 벡터 값에 피드백되어 수신되는 AC 전압의 진폭을 포함한다. 제 1 실시예에서, AC 전원 장치(1)는 "n" 포인트를 기준 포인트로 하여 작동한다. 기준 상 값은 ”n" 포인트에서의 상을 나타내는 값이다.
파형 조정부(22u)는, 진폭 설정 값 및 상 설정 값을 나타내는 파형 설정 값(SEVu)과 측정 벡터 값(MPu) 사이의 차이 값을 계산하고 차이 값이 줄어들게 제어 신호(SCVun)를 갱신한다. 파형 조정부(22v)는, 진폭 설정 값 및 상 설정 값을 나타내는 파형 설정 값(SEVv)과 측정 벡터 값(MPv) 사이의 차이 값을 계산하고 차이 값이 줄어들게 제어 신호(SCVvn)를 갱신한다. 파형 조정부(22w)는, 진폭 설정 값 및 상 설정 값을 나타내는 파형 설정 값(SEVw)과 측정 벡터 값(MPw) 사이의 차이 값을 계산하고 차이 값이 줄어들게 제어 신호(SCVwn)를 갱신한다.
제 1 실시예에서, AC 전원 장치(1)는, 단상 삼선 전원 계통의 AC 전원으로서 작동하게 된다. 따라서, 100V 진폭 성분 및 0도 상 성분을 포함하는 벡터 값이 파형 설정 값(SEVu)으로서 설정되고, 0V 진폭 성분 및 0도 상 성분을 포함하는 벡터 값이 파형 설정 값(SEVv)으로서 설정되고, 100V 진폭 성분 및 180도 상 성분을 포함하는 벡터 값이 파형 설정 값(SEVw)으로서 설정된다. 파형 설정 값을 얻기 위해, 예를 들면 제어 값으로서 제어부(10) 외측에 설치되는 메모리, 컴퓨터 등으로부터의 출력을 파형 조정부에 입력하는 방법, 제어부(10)에 제어 값을 저장하는 메모리를 설치하고 제어 값을 파형 조정부에 입력하는 방법, 및 파형 조정부에 메모리 기능을 마련하는 방법을 포함하는 방법들이 있다. 파형 설정 값은 듀얼 인라인(dual in-line) 패키지 스위치 또는 플래시 메모리 등의 비휘발성 메모리에 저장되는 것이 바람직하다.
파형 조정부(22u, 22v, 및 22w)는 측정 벡터 값과 파형 설정 값 사이의 차이를 이용함으로써 적분 제어 등의 처리를 행하고, 제어 신호(SCVun, SCVvn, 및 SCVwn)(예를 들면, PWM 신호)를 각각 출력한다. 따라서, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서, 단자(Tu, T1, T2, 및 Tw)로부터 출력된 AC 전압의 진폭 및 상은 파형 설정 값에 의해 지정된 값과 매칭된다.
다음으로, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)의 작동을 설명한다. AC 전원 장치(1)가 제 1 실시예에서 단상 삼선 전원 계통의 AC 전원으로서 작동되게 되므로, 부하(Puv)의 양단에 발생되는 AC 전압 및 부하(Pwv)의 양단에 발생되는 AC 전압이 동일한 진폭 및 역상을 갖는 상태가 이상적인 상태이다. 또한, 단상 삼선 전원 계통의 AC 전원에서, 제 2 AC 전압(Vvn)이 OV의 진폭을 갖는 상태가 이상적인 상태이다.
이와 관련하여, 도 3은 부하(Puv) 및 부하(Pwv)가 평형 상태에 있을 경우 각 상에서의 진폭 및 상을 나타내는 벡터도이다. 후술하는 복수의 벡터도에서, 각 벡터의 길이는 AC 전압의 진폭을 나타내고, 각 벡터도의 수직 방향의 중심 라인(기준 포인트 "n"을 통과하는 수직 방향의 라인)에 대한 경사는 AC 전압의 상을 나타내는 것을 상정하고 있음을 유념한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, AC 전원 발생부(11u, 11v, 및 11w)에 연결된 모든 부하(예를 들면, AC 전원 발생부(11u)의 경우에, 임피던스(Zu)가 또한 부하로서 포함됨)가 평형 상태에 있을 경우, 동일한 전류가 부하(Puv 및 Pwv)를 통해 흐른다. 따라서, 제 1 AC 전압(Vun)의 벡터와 제 3 AC 전압(Vwn)의 벡터는 동일한 크기를 가지며 서로로부터 180도 시프트되어 있다. 구체적으로, 부하가 평형 상태에 있을 경우, 동일한 진폭을 갖는 AC 전압이 부하(Puv 및 Pwv)에 인가되고, 부하(Puv 및 Pwv)에 인가되는 진폭의 두 배의 진폭을 갖는 AC 전압이 부하(Puw)에 인가된다.
다음으로, 도 4는 부하가 불평형 상태에 있을 경우, 각 상에서의 진폭 및 상을 나타내는 벡터도이다. 도 4에 나타낸 벡터도에서, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)의 제어부(10)에 의한 벡터 보정은 행해져 있지 않다. 도 4에 나타낸 예는, 부하(Pwv)가 0이고 전류(Iw)가 0인 상태를 도시한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 부하는 불평형 상태에 있을 경우, 전류(Iw)는 흐르지 않는다. 따라서, AC 전원 발생부(11w)로부터 출력된 제 3 AC 전압(Vwn0)과 동일한 진폭 및 상을 갖는 AC 전압이 제 3 AC 전압(Vwn)으로서 출력된다. 환언하면, 제 3 AC 전압(Vwn)에 시프트가 발생하지 않는다.
한편, 부하가 불평형 상태에 있을 경우, 전류가 부하(Puv)를 통해 흘러서, 전류(Iu)는 임피던스(Zu)를 통해 흐르고, 전류(Iu)와 동일한 크기를 갖는 전류(Iv)가 임피던스(Zv)를 통해 흐른다. 결과적으로, AC 전원 발생부(11u)로부터 출력된 제 1 AC 전압(Vun0)과 단자(Tu)로부터 출력된 제 1 AC 전압(Vun) 사이에는 Zu·Iu의 크기 및 경사를 갖는 시프트가 발생한다. AC 전압 간의 시프트는 단자(Tu)와 단자(Tw) 사이에 인가되는 AC 전압의 진폭(Vuw)이 도 3에 나타낸 예의 것보다 작아진다는 문제를 초래한다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이 부하가 불평형 상태에 있을 경우에, 전류(Iu)는 부하(Puv)를 통해 전류(Iv)로서 흐른다. 따라서, 이상적인 상태에서, 기준 포인트 "n"과 매칭되는 제 2 AC 전압(Vvn)이 Zv·Iv(=Iu) 양만큼 시프트된다.
따라서, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서, 인버터(11u 및 11v)로부터 출력되는 제 1 AC 전압(Vun0) 및 제 2 AC 전압(Vvn0) 각각의 진폭 및 상은, 제 1 AC 전압(Vun) 및 제 2 AC 전압(Vvn)의 벡터 값(예를 들면, 진폭 및 상)이 도 3에 나타낸 상태의 값이 되도록 각각 조정된다. 더 구체적으로, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서, 제 3 AC 전압(Vwn)은 부하에 인가되는 AC 전압에 가장 가까운 위치에서의 제 1 AC 전압(Vun)으로부터 얻어진다. 또한, 제어부(10)는, 측정된 AC 전압의 진폭 및 상이 이상적인 상태를 나타내는 파형 설정 값과 매칭되도록 적분 제어를 행함으로써, 부하에 인가되는 AC 전압의 진폭 및 상을 제어한다.
이와 관련하여, 도 5는 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서의 보정 처리의 개관을 나타내는 벡터도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 1 AC 전압(Vun0) 및 제 2 AC 전압(Vvn0)이 임피던스(Zu 및 Zv)에 기인해 시프트될 경우, AC 전원 발생부(11u 및 11v)로부터 출력되는 제 1 AC 전압(Vun0) 및 제 2 AC 전압(Vvn0)이 파형 설정 값에 의해 지정된 크기를 갖는 벡터 값과 매칭되도록, 제어부(10)는 AC 전원 발생부(11u, 11v, 및 11w)를 제어한다.
상술한 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서, 부하가 불평형 상태에 있을 경우에도, 부하에 인가되는 AC 전압의 진폭 및 상은 사전 설정되는 파형 설정 값에 의해 지정된 값에 유지될 수 있다. 결과적으로, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)는, 부하의 불평형 상태의 변동에 상관없이, 단상 AC 전압으로부터 얻어지는 각 진폭(예를 들면, 진폭(Vuv 및 Vwv))의 크기, 및 2상 AC 전압으로부터 얻어지는 각 진폭(예를 들면, 진폭(Vuw))의 크기를 유지할 수 있다.
또한, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서, AC 전원 장치(1)로부터 출력되는 AC 전압의 진폭 및 상은 피드백에 의해 감시됨으로써, AC 전압의 진폭 및 상을 계속적으로 조정한다. 따라서, 각 부하의 크기가 계속 변할 경우에도, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)는 변화를 추종하면서 AC 전압의 크기 및 진폭을 유지할 수 있다. 예를 들면, 전기 기기는 동일한 부하로 지속적으로 작동하는 것은 드물고, 일반적으로 각 부하의 크기는 지속적으로 변한다. 따라서, 부하 변화에 대한 추종 능력은 전기 기기의 안정한 작동에 매우 중요하다.
제 2 실시예
제 1 실시예는 AC 전원 장치(1)가 단상 삼선 전원 계통의 전원으로서 사용되는 경우를 예시하는 반면, 제 2 실시예는 AC 전원 장치(1)가 삼상 삼선 전원 계통의 전원으로서 사용되는 경우를 예시한다. 이와 관련하여, 도 6은 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)의 블록도를 나타낸다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)의 외측에 연결된 부하에 인가되는 전압은 제 1 실시예와 상이하다. 더 구체적으로, 제 2 실시예에서는, 단자(Tu)와 단자(Tv1) 사이에 부하(Puv)가 연결되고, 단자(Tv2)와 단자(Tw) 사이에 부하(Pvw)가 연결되고, 단자(Tu)와 단자(Tw) 사이에 부하(Pwu)가 연결된다. 임피던스(Zu)를 통해 출력된 전위(Vun)는 부하(Puv)의 단자(Tu)에 인가되고, 임피던스(Zv)를 통해 출력된 전위(Vvn)는 부하(Puv)의 단자(Tv1)에 인가된다. 이후, 부하(Puv)의 양단에 인가되는 전압을 전압(Vuv)라 한다. 전위(Vvn)는 부하(Pvw)의 단자(Tv2)에 인가되고, 임피던스(Zw)를 통해 출력된 전위(Vwn)는 부하(Pvw)의 단자(Tw)에 인가된다. 이후, 부하(Pvw)의 양단에 인가되는 전압을 전압(Vvw)이라 한다. 전위(Vun)는 부하(Pwu)의 단자(Tu)에 인가되고, 전위(Vwn)는 부하(Pwu)의 단자(Tw)에 인가된다. 이후, 부하(Pwu)의 양단에 인가되는 전압을 전압(Vwu)이라 한다.
다음으로, 도 7은 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)의 상세 블록도를 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)의 블록 구성은 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)와 동일하지만, 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)의 파형 설정 값은 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)와 상이하다. 구체적으로, 제 2 실시예에서, u 상에 대응하는 제 1 AC 전압(Vun)의 파형 설정 값(SEVu)으로서 115V의 진폭 및 0도의 상이 설정된다. v 상에 대응하는 제 2 AC 전압(Vvn)의 파형 설정 값(SEVv)으로서 115V의 진폭 및 -120도의 상이 설정된다. w 상에 대응하는 제 3 AC 전압(Vwn)의 파형 설정 값(SEVw)으로서 115V의 진폭 및 -240도의 상이 설정된다. 파형 설정 값은 제 1 실시예에서와 같이 비휘발성 메모리에 저장되는 것이 바람직하다.
제 2 실시예에서도, 기준 상 값이 벡터 검출부(21u, 21v, 및 21w)에 대해 이용된다. 제 2 실시예에서도, AC 전원 장치(1)는 "n" 포인트를 기준 포인트로 하여 작동한다.
다음으로, 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)의 작동을 설명한다. 이와 관련하여, 도 8은, 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치의 부하가 평형 상태에 있을 경우의 각 상의 진폭 및 상을 나타내는 벡터도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서, AC 전원 발생부(11u, 11v, 및 11w)에 연결된 모든 부하(예를 들면, AC 전원 발생부(11u)의 경우에, 임피던스(Zu)가 또한 부하로서 포함될 경우에)가 평형 상태에 있을 경우, 제 1 AC 전압(Vun), 제 2 AC 전압(Vvn), 및 제 3 AC 전압(Vwn)은 동일한 진폭을 갖는다. 부하가 평형 상태에 있을 경우, 제 1 AC 전압(Vun)과 제 2 AC 전압(Vvn) 사이의 상 차이, 제 2 AC 전압(Vvn)과 제 3 AC 전압(Vwn) 사이의 상 차이, 및 제 3 AC 전압(Vwn)과 제 1 AC 전압(Vun) 사이의 상 차이는 각각 120도이다.
이 때, 부하가 불평형 상태에 있을 경우, 제 1 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서 행해진 것과 유사한 보정 처리가 제 2 실시예에 따른 AC 전원 장치(1)에서도 행해진다. 구체적으로, 제 2 실시예에서도, 임피던스(Zu, Zv, 및 Zw)에 기인하여 상 시프트 및 진폭 시프트가 일어난 후에 얻어지는 제 1 AC 전압(Vun), 제 2 AC 전압(Vvn), 및 제 3 AC 전압(Vwn)이 파형 설정 값에 의해 설정된 값과 매칭되도록, 각 상에 대응하는 각각의 AC 전원 발생부(11)로부터 출력되는 제 1 AC 전압(Vun0), 제 2 AC 전압(Vvn0), 및 제 3 AC 전압(Vwn0) 각각의 상 및 진폭을 AC 전원 장치(1)가 제어한다.
상술한 바와 같이, 제 2 실시예는, AC 전원 장치(1)가 삼상 삼선 전원 계통의 AC 전원으로서 이용되는 경우를 예시하고 있다. 이 방식으로, 제 1 실시예에서 설명된 AC 전원 장치(1)에 의해 행해지는 보정 처리는 단상 삼선 전원 계통뿐만 아니라 삼상 삼선 전원 계통에도 적용될 수 있다.
이와 같이 설명된 본 발명으로부터, 본 발명이 많은 방식으로 변형될 수 있음은 명백하다. 이 변형은 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 되고, 당업자에게 명백한 모든 이러한 변형은 다음의 특허청구범위에 포함되는 것을 의도하고 있다.
본 발명은 그 실시예를 참조하여 특별히 예시 및 설명되었지만, 본 발명은 이들 실시예에 제한되는 것은 아니다. 특허청구범위에서 정의된 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 그 내에서 형태 및 세부에 있어 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.
1 : AC 전원 장치
2 : AC 전원
10 : 제어부
11u, 11v, 11w : AC 전원 발생부
21u, 21v, 21w : 벡터 검출부
22u, 22v, 22w : 파형 조정부
Puv, Pvw, Pwu : 부하
Tu, Tv1, Tv2, Tw : 단자
Zu, Zv, Zw : 임피던스

Claims (11)

  1. u 상(phase)에 대응하는 제 1 단자에 대해 제 1 AC 전압을 발생시키는 제 1 AC 전원 발생부,
    v 상에 대응하는 제 2 단자에 대해 제 2 AC 전압을 발생시키는 제 2 AC 전원 발생부,
    w 상에 대응하는 제 3 단자에 대해 제 3 AC 전압을 발생시키는 제 3 AC 전원 발생부, 및
    상기 제 1 내지 제 3 단자에 출력되는 제 1 내지 제 3 AC 전압 각각의 진폭 및 상이 상기 AC 전압마다 사전 설정되는 진폭 설정 값 및 상 설정 값과 각각 매칭되도록, 상기 제 1 내지 제 3 AC 전원 발생부로부터 출력되는 AC 전압 각각의 상 및 진폭을 제어하는 제어부를 포함하는 AC 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 AC 전압 각각의 진폭 성분 및 상 성분을 나타내는 벡터 값에 의거하여 상기 제 1 내지 제 3 AC 전원 발생부를 제어하는 제어 신호를 발생시키는 AC 전원 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 내지 제 3 단자에 출력된 상기 제 1 내지 제 3 AC 전압 각각의 진폭 및 상을 나타내는 측정 벡터 값을 계산하는 벡터 검출부, 및
    상기 측정 벡터 값과, 상기 진폭 설정 값 및 상기 상 설정 값을 나타내는 파형 설정 값과의 사이의 차이 값을 계산하고, 상기 차이 값이 줄어들도록 상기 제 1 내지 제 3 AC 전원 발생부를 제어하는 제어 신호를 갱신하는 파형 조정부를 포함하는 AC 전원 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 AC 전원 발생부는, 상기 제어부로부터 출력된 제어 신호에 의거하여 상기 제 1 내지 제 3 AC 전압을 각각 발생시키고,
    상기 파형 조정부는 상기 제어 신호를 출력하여 상기 차이 값에 따라 상기 제어 신호의 펄스 폭 및 상을 조정하는 AC 전원 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 벡터 검출부는, 상기 측정 벡터 값의 상 성분으로서, 사전 설정된 기준 상 값과 상기 제 1 내지 제 3 AC 전압 각각의 상과의 사이의 차이 값을 이용하는 AC 전원 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 벡터 검출부는, 상기 측정 벡터 값의 상 성분으로서, 사전 설정된 기준 상 값과 상기 제 1 내지 제 3 AC 전압 각각의 상과의 사이의 차이 값을 이용하는 AC 전원 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 내지 제 3 단자에 출력된 상기 제 1 내지 제 3 AC 전압 각각의 진폭 및 상을 나타내는 측정 벡터 값을 계산하는 벡터 검출부, 및
    상기 측정 벡터 값과, 상기 진폭 설정 값 및 상기 상 설정 값을 나타내는 파형 설정 값과의 사이의 차이 값을 계산하고, 상기 차이 값이 줄어들도록 상기 제 1 내지 제 3 AC 전원 발생부를 제어하는 제어 신호를 갱신하는 파형 조정부를 포함하는 AC 전원 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 AC 전원 발생부는, 상기 제어부로부터 출력된 제어 신호에 의거하여 상기 제 1 내지 제 3 AC 전압을 각각 발생시키고,
    상기 파형 조정부는 상기 제어 신호를 출력하여 상기 차이 값에 따라 상기 제어 신호의 펄스 폭 및 상을 조정하는 AC 전원 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 벡터 검출부는, 상기 측정 벡터 값의 상 성분으로서, 사전 설정된 기준 상 값과 상기 제 1 내지 제 3 AC 전압 각각의 상과의 사이의 차이 값을 이용하는 AC 전원 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 벡터 검출부는, 상기 측정 벡터 값의 상 성분으로서, 사전 설정된 기준 상 값과 상기 제 1 내지 제 3 AC 전압 각각의 상과의 사이의 차이 값을 이용하는 AC 전원 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 AC 전압 및 상기 제 3 AC 전압은 역상(reversed phases)을 갖고,
    제 1 부하가 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 연결되고,
    제 2 부하가 상기 제 2 단자와 상기 제 3 단자 사이에 연결되는 AC 전원 장치.
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