KR20160006308A - Ｓｃｒ 정류 회로의 역률 개선 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SCR 정류방식의 내전압/내전류에 대한 안정성은 유지하고 고조파 전류 왜율은 감소시켜 입력 역률을 개선한 정류회로의 역률 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 비선형 부하 특성을 갖는 장치와 병렬로 연결되고, 상기 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치에 입력되는 전류와 상기 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치에 의해 발생되는 왜곡된 전류 성분을 제거하는 역률 제어부를 포함한다. 따라서 본 발명은 SCR 정류방식의 내전압/내전류에 대한 안정성은 유지하고 능동적으로 고조파 전류 왜율은 감소시켜 입력 역률을 개선할 수 있는 장점이 있다.

Description

ＳＣＲ 정류 회로의 역률 개선 제어 장치{APPARATUS FOR IMPROVING CONTROL POWERFACTOR OF SCR RECTIFIER CIRCUIT}
본 발명은 SCR 정류회로의 역률 개선 제어장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 SCR 정류방식의 내전압/내전류에 대한 안정성은 유지하고 고조파 전류 왜율은 감소시켜 입력 역률을 개선한 SCR 정류회로의 역률 개선 제어장치에 관한 것이다.
산업, 경제는 물론 일반생활에 이르기까지 컴퓨터 중심의 정보화 사회로 점차 고도화됨에 따라 컴퓨터에 의한 데이터 처리의 온라인화와 각종 사무자동화 및 공장 자동화 시스템까지 여러 종류의 정보처리가 광범위한 분야에서 이루어지고 있다.
이러한 시스템을 구성하는 기기는 대부분 전력회사로부터 공급하는 상용 전원에 의해 가동되기 때문에 정전, 전압변동, 외부노이즈 등에 의하여 심각한 영향을 받는다. 전력계통의 수준이 매우 높은 수준이라 하더라도 동일 모선에 연결된 다양한 부하들의 작동에 따른 돌입전류에 의한 Noise, 낙뢰에 의한 순간정전 및 사고에 의한 단시간의 전압변동 등은 피할 수 없는 상황이다.
이러한 상용전원의 장애가 있어도 항상 양질의 전원을 부하에 공급하는 전원설비가 필수적으로 필요한데 이것이 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply : UPS)이다.
일반적으로 무정전 전원장치(UPS)란 평상시에는 상용 교류 전원을 정류기를 통하여 직류 전력으로 변환하고, 변환한 직류전력을 충전기를 통하여 배터리에 저장하거나 인버터를 통하여 부하에 교류전력을 공급하며, 상용 교류 전원에 정전, 순간정전, 전압 Noise, 전얍변동과 같은 이상 현상이 발생될 경우에는 상기 배터리에 저장된 전력을 인버터를 통하여 부하에 교류전력을 공급하는 장치이다.
무정전 전원장치는 통신시스템, 의료시스템, 방송장비, 전자계산소와 같은 높은 안정성과 신뢰성이 요구되는 전원으로 사용되고 있다.
일반적인 교류(AC)/직류(DC) 변환기는 IGBT로 형성되는데 IGBT 장치는 고가의 장비이고, 그것을 제어하기 위한 게이트 구동회로 또한 고가이다.
이와 대비하여 사이리스터(Silicom Controlled Rectifier, SCR)는 IGBT 장치보다 저렴하고, 내전류/내전압성이 우수한 장점이 있다.
한편, 무정전 전원장치(UPS)는 주로 다이오드를 이용한 6 펄스(Pulse) 또는 12펄스 정류 방식과 IGBT를 이용한 고주파 PWM 정류 방식이 상용화되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 다이오드를 이용한 3상 전파 다이오드 정류기를 나타낸 전기회로도로서, 다이오드 정류부(10)는 3상 교류 전원(11)이 인덕터(12)를 통해 다이오드(13)로 형성된 브릿지로 공급된다.
직류 전압은 대형 캐패시터(16)에 의해 각각 포지티브 라인(14)과, 네거티브 라인(15) 상에서 발생되고, 사이리스터 등의 부하(17)에 공급된다.
그러나 다이오드를 이용한 정류방식은 THD(Total Harmonic Distortion)가 약 30%인 펄스파 형태의 전원 전류가 흐르게 되어 전원 역률이 0.6~0.7 정도로 나빠지고, 저차의 고조파 전류가 흐르게 되면 무정전 전원장치 자체가 상용전원에 비해 비선형 부하가 되어 전력 계통 장애의 원인이 되는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2010-0136086호(발명의 명칭 : 무정전 직류 전원공급장치)에는 3상 교류 입력 전원을 입력받고, 상기 입력된 교류 입력 전원으로부터 직류 전압을 생성하여 출력하는 승압역률보정회로부; 상기 승압역률보정회로부터 출력되는 직류 전압을 평활시켜 안정된 직류 링크 전압을 부하로 출력하는 DC 전압 평활부; 정전시에 부하로 직류 전압을 제공하는 배터리; 상기 DC 전압 평활부의 출력 전압을 상기 배터리에 충전시키는 충전부; 상기 DC 전압 평활부의 직류링크전압및 3상 교류 입력 전원에 의해 발생되는 입력 전류들을 이용하여 상기 승압 역률보정회로부를 PWM 제어하는 제어부를 구비하여, 교류 전원을 직류 전원으로 변환시킴과 동시에 입력 전류에 대한 역률 보정이 가능하도록 제안되었다.
그러나 이러한 종래의 기술은 PWM 제어를 이용한 스위칭 제어회로의 구성이 복잡해지는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2010-0136086호
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 SCR 정류방식의 내전압/내전류에 대한 안정성은 유지하고 고조파 전류 왜율은 감소시켜 입력 역률을 개선한 SCR 정류회로의 역률 개선 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치로서, 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치와 병렬로 연결되고, 상기 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치에 입력되는 전류와 상기 비선형 부하 특성을 갖는 장치에 의해 발생되는 왜곡된 전류 성분을 제거하는 능동형 역률 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치는 다이오드 정류기, 사이리스터 정류기 또는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 능동형 역률 제어부는 온/오프 제어를 통해 상기 능동형 역률 제어부와 입력 전원이 선택적으로 연결되도록 제어하는 온/오프 스위치부; 상기 입력 전류와 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치에서 발생되는 왜곡된 전류 성분에서 특정 고조파 주파수(Harmonic frequency) 성분을 제거하고, 구형파로 변환된 신호를 직류로 평활하는 능동형 평활 회로부; 및 상기 능동형 평활 회로부와 직렬 연결되고, 상기 입력 전류를 스위칭해서 구형파 형태로 변환하여 출력하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 능동형 역률 제어부는 교류 입력 전압에서 공급되는 정현 파형의 위상과, 상기 능동형 역률 제어부에서 출력되는 무효전류 파형의 위상을 일치시켜 SCR 정류 장치로 출력하는 파형 동기부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 능동형 평활 회로부는 직렬로 연결되어 특정 고조파 주파수 성분을 제거하는 캐패시터 및 인덕터와, 구형파로 변환된 신호를 직류로 평활하는 평활 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 스위칭부는 입력 파형을 스위칭해서 구형파 형태로 변환하여 출력하는 IGBT; 및 상기 IGBT와 병렬 연결되어 DC 링크 전압을 저장하는 DC 링크 전압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 SCR 정류방식의 내전압/내전류에 대한 안정성은 유지하고 능동적으로 고조파 전류 왜율은 감소시켜 입력 역률을 개선할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 다이오드를 이용한 3상 전파 다이오드 정류기를 나타낸 전기회로도.
도 2 는 본 발명에 따른 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치의 개략적 구성을 나타낸 블록도.
도 3 은 본 발명에 따른 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치의 역률 제어부 구성을 나타낸 전기회로도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치의 개략적 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치의 상세한 구성을 나타낸 전기회로도이다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치는 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치와 병렬로 연결되고, 상기 비선형 부하 특성을 갖는 장치에 입력되는 전류와 상기 비선형 부하 특성을 갖는 장치에 의해 발생되는 왜곡된 전류 성분을 제거하는 능동형 역률 제어부(100)로 구성되고, 온/오프 스위치부(110)와, 능동형 평활 회로부(120)와, 스위칭부(130)와, 파형 동기부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 비선형 부하 특성을 갖는 부하는 R상(11a)과, S상(11b)과, T상(11c)의 3상 교류 전원(11)이 각각 제 1 인덕터(12a)와, 제 2 인덕터(12b)와, 제 3 인덕터(12c)를 통해 다이오드(13)로 형성된 브릿지로 공급되는 다이오드 정류기로서, 본 실시예에서는 다이오드 정류기를 실시예로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니고 사이리스터(Thyristor) 정류기 및 UPS(Uninterruptible Power Supply) 등의 장치일 수도 있다.
상기 온/오프 스위치(110)는 능동형 역률 제어부(100)가 온/오프 제어를 통해 상기 능동형 역률 제어부(100)와 3상의 교류 입력 전원이 선택적으로 연결되도록 제어하는 구성으로서, 퓨즈(101)를 통해 R상 입력 전원과 연결되는 제 1 스위치(110a)와, S상 입력 전원과 연결되는 제 2 스위치(11b)와, T상 입력 전원과 연결되는 제 3 스위치(110c)로 이루어진다.
상기 능동형 평활 회로부(120)는 3상의 입력 전류와 비선형 부하 특성을 갖는 장치에서 발생되는 왜곡된 전류 성분에서 특정 고조파 주파수(Harmonic frequency) 성분을 제거하고, 스위칭부(130)에서 구형파 형태로 변환된 신호를 직류로 평활하는 구성으로서, 제 1 내지 제 3 캐패시터(121a, 121b, 121c)와, 제 1 내지 제 3 인덕터(122a, 122b, 122c)와, 평활 캐패시터(123)를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 내지 제 3 캐패시터(121a, 121b, 121c)와 제 1 내지 제 3 인덕터(122a, 122b, 122c)는 각각 R상 라인과, S상 라인과, T상 라인에 각각 직렬로 연결되고, 비선형 부하 특성을 갖는 장치에 발생한 왜곡된 전류 성분에 포함된 특정 고조파 주파수를 제거하는 필터이다.
상기 평활 캐패시터(123)는 스위칭부(130)에서 구형파 형태로 변환되어 출력된 신호를 직류로 평활하는 구성으로서, R상 라인과, S상 라인과, T상 라인에 연결된다.
상기 스위칭부(130)는 능동형 평활 회로부(120)와 직렬로 연결되고, 교류 입력 전류를 스위칭해서 구형파 형태로 변환하여 출력하고, 다수의 IGBT(131)와, DC 링크 캐패시터(132)를 포함하여 구성된다.
상기 IGBT(131)는 입력 전류 에너지를 저장하여 전압 에너지로 변환하는 리액터(미도시) 등에 저장된 에너지가 방출되도록 하는 스위치 기능과 함께, 교류 입력 파형을 스위칭하여 구형파 형태로 변환시켜 출력되도록 한다.
상기 DC 링크 전압부(132)는 IGBT(131)와 병렬 연결된 캐패시터(132a)와, 저항(132b)를 구비하고, 상기 IGBT(131)의 스위칭으로 인해 변환된 DC 링크 전압이 저장되도록 한다.
상기 파형 동기부(140)는 교류 입력 전압에서 공급되는 정현 파형의 위상과, 상기 능동형 역률 제어부(100)에서 출력되는 무효전류 파형의 위상을 일치시켜 SCR 정류 장치로 출력하는 구성으로서, 상기 교류 입력 전압의 정현 파형으로부터 위상 신호를 검출하고, 상기 검출된 위상 신호에 기초하여 상기 교류 전압의 위상 변화를 추적 및 판별하며, 상기 능동형 역률 제어부(100)에서 출력되는 전류의 파형 중에서 상기 교류 입력 전압의 위상과 90°다른 무효 전류의 위상을 동기화하여 일치시킨 다음 출력되도록 한다.
따라서 다이오드 정류기를 이용한 전파정류 위상제어와 IGBT를 이용한 전압 위상제어를 통해 입력 역률이"1"에 가깝도록 개선하고, 입력 전류의 고조파 함유율을 최소화시킴으로써, 입력 역률과 고조파 전류 왜율(THDi)이 감소할 수 있도록 개선할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 능동형 역률 제어부 101 : 퓨즈
110 : 온/오프 스위치부 110a : 제 1 스위치
110b : 제 2 스위치 110c : 제 3 스위치
120 : 능동형 평활 회로부 121a : 제 1 캐패시터
122a : 제 1 인덕터 121b : 제 2 캐패시터
122b : 제 2 인덕터 121c : 제 3 캐패시터
122c : 제 3 인덕터 123 : 평활 캐패시터
130 : 스위칭부 131 : IGBT
132 : DC 링크 전압부 140 : 파형 동기부

Claims (6)

  1. 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치와 병렬로 연결되고, 상기 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치에 입력되는 전류와 상기 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치에 의해 발생되는 왜곡된 전류 성분을 제거하는 능동형 역률 제어부(100)를 포함하는 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비선형 부하 특성을 갖는 SCR 정류 장치는 다이오드 정류기, 사이리스터 정류기 또는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동형 역률 제어부(100)는 온/오프 제어를 통해 상기 역률 제어부(100)가 입력 전원과 선택적으로 연결되도록 제어하는 온/오프 스위치부(110);
    상기 입력 전류와 비선형 부하 특성을 갖는 장치에서 발생되는 왜곡된 전류 성분에서 특정 고조파 주파수(Harmonic frequency) 성분을 제거하고, 구형파로 변환된 신호를 직류로 평활하는 능동형 평활 회로부(120); 및
    상기 능동형 평활 회로부(120)와 직렬 연결되고, 상기 입력 전류를 스위칭해서 구형파 형태로 변환하여 출력하는 스위칭부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 능동형 역률 제어부(100)는 교류 입력 전압에서 공급되는 정현 파형의 위상과, 상기 능동형 역률 제어부(100)에서 출력되는 무효전류 파형의 위상을 일치시켜 SCR 정류 장치로 출력하는 파형 동기부(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 능동형 평활 회로부(120)는 직렬로 연결되어 특정 고조파 주파수 성분을 제거하는 캐패시터(121a, 121b, 121c) 및 인덕터(122a, 122b, 122c)와, 구형파로 변환된 신호를 직류로 평활하는 평활 캐패시터(123)를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 스위칭부(130)는 입력 파형을 스위칭해서 구형파 형태로 변환하여 출력하는 IGBT(131); 및
    상기 IGBT(131)와 병렬 연결되어 DC 링크 전압을 저장하는 DC 링크 전압부(132)를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 정류 회로의 역률 개선 제어 장치.
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KR20100136086A (ko) 2009-06-18 2010-12-28 주식회사 크라또 무정전 직류 전원공급장치

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