KR20220154984A - 전력시스템 회로 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력시스템 회로 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전력시스템 회로 장치는 3상 교류 전원을 입력받아 변압하여 출력하는 Y-Y 결선 구조를 가지는 제1 변압기, 상기 제1 변압기의 출력 전압을 정류하여 출력하는 제1 제어형 정류부, 상기 3상 교류 전원을 입력받아 변압하여 출력하는 Y-델타(delta) 결선 구조를 가지는 제2 변압기, 상기 제2 변압기의 출력 전압을 정류하여 출력하는 제2 제어형 정류부, 그리고 상기 제1 제어형 정류부의 출력과 상기 제2 제어형 정류부의 출력을 합하여 출력하는 출력부를 포함한다. 본 발명에 의하면 종래 방식보다 출력 전류 리플을 저감하여 손실을 저감시킬 수 있는 효과를 가진다. 또한 전류 손실은 I(RMS)^2*R 로 결정되기 때문에 출력 전류 리플의 저감은 출력 전류의 RMS 값 감소로 이어지고 따라서 손실 저감으로 인한 전력 변환 효율 향상의 효과를 가진다. 또한 기존 전력시스템의 파워스테이지를 그대로 사용하면서 추가하는 방식으로 적용 가능하기 때문에 기존 부품 및 소자들을 활용 가능하여 기존 산업계에서 사용하고 있는 방식에 적용이 상대적으로 수월하다는 장점이 있다.

Description

전력시스템 회로 장치{Power System Circuit Apparatus}
본 발명은 전력시스템 회로 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 변압기 결합을 이용한 다상 전력시스템 회로 장치에 관한 것이다.
종래 전기 침투 탈수기 등에 사용되는 전력시스템은 도 1에 예시한 것과 같은 구성을 가졌다.
도 1은 종래 전력시스템의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 예시한 것과 같은 종래 전력시스템은 3상 전원을 입력 받아 3상 변압기를 통해 절연시킨 후 2차측의 제어형 정류기 SCR을 통해 원하는 출력 전압을 정류하는 방식이다. 회로구조가 매우 간단하여 고장 가능성이 낮으며, 매우 오래된 방식의 회로구조인 만큼 실증 검증이 우수한 장점이 있다. 하지만 출력 전류 리플이 상당히 크고 그로인해 손실이 커져 전력 변환 효율이 70~80 %로 낮다. 또한 변압기 부피가 크고 무게가 무거운 단점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래 방식보다 출력 전류 리플을 저감하여 손실을 저감시킴으로써 전력 변환 효율 향상시킬 수 있는 전력시스템 회로 장치를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력시스템 회로 장치는 3상 교류 전원을 입력받아 변압하여 출력하는 Y-Y 결선 구조를 가지는 제1 변압기, 상기 제1 변압기의 출력 전압을 정류하여 출력하는 제1 제어형 정류부, 상기 3상 교류 전원을 입력받아 변압하여 출력하는 Y-델타(delta) 결선 구조를 가지는 제2 변압기, 상기 제2 변압기의 출력 전압을 정류하여 출력하는 제2 제어형 정류부, 그리고 상기 제1 제어형 정류부의 출력과 상기 제2 제어형 정류부의 출력을 합하여 출력하는 출력부를 포함한다.
상기 전력시스템 회로 장치는 상기 제1 제어형 정류부를 구동하기 위한 제1 게이트 신호와 상기 제2 제어형 정류부를 구동하기 위한 제2 게이트 신호를 출력하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 게이트 신호는 상기 제1 게이트 신호에 대해 미리 정해진 만큼 위상 천이될 수 있다.
상기 제1 제어형 정류부는 제1 내지 제6 SCR 싸이리스터(Silicon-Controlled Rectifier Thyristor)(S1, S2, S3, S4, S5, S6)로 구성되는 3상 풀 브릿지 회로일 수 있다.
상기 제2 제어형 정류부는 제7 내지 제12 SCR 싸이리스터(S1, S2, S3, S4, S5, S6)로 구성될 수 있다.
상기 제2 게이트 신호는 상기 제1 게이트 신호에 대해 π/6 위상 천이될 수 있다.
본 발명에 의하면 종래 방식보다 출력 전류 리플을 저감하여 손실을 저감시킬 수 있는 효과를 가진다. 또한 전류 손실은 I(RMS)^2*R 로 결정되기 때문에 출력 전류 리플의 저감은 출력 전류의 RMS 값 감소로 이어지고 따라서 손실 저감으로 인한 전력 변환 효율 향상의 효과를 가진다. 또한 기존 전력시스템의 파워스테이지를 그대로 사용하면서 추가하는 방식으로 적용 가능하기 때문에 기존 부품 및 소자들을 활용 가능하여 기존 산업계에서 사용하고 있는 방식에 적용이 상대적으로 수월하다는 장점이 있다.
도 1은 종래 전력시스템의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력시스템 회로 장치의 회로도이다.
도 3은 도 1의 종래 전력시스템 회로의 2차측 SCR 제어 게이트 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 도 2의 전력시스템 회로의 2차측 SCR 제어 게이트 신호를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명과 종래 기술에 따른 전력시스템 회로의 출력 전류 리플 시뮬레이션 파형도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력시스템 회로 장치의 회로도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템 회로 장치는 제1 변압기(110), 제2 변압기(120), 제1 제어형 정류부(130), 제2 제어형 정류부(140), 제어부(150) 및 출력부(160)를 포함할 수 있다.
제1 변압기(110)는 3상 교류 전원을 입력받아 변압하여 출력하며, Y-Y 결선 구조를 가질 수 있다.
제2 변압기(120)는 3상 교류 전원을 입력받아 변압하여 출력하며, Y-델타(delta) 결선 구조를 가질 수 있다.
제1 제어형 정류부(130)는 제1 변압기(110)의 출력 전압을 정류하여 출력할 수 있다.
제1 제어형 정류부(130)는 제1 내지 제6 SCR 싸이리스터(Silicon-Controlled Rectifier Thyristor)(S1, S2, S3, S4, S5, S6)로 구성되는 3상 풀 브릿지 회로로 구성할 수 있다.
제2 제어형 정류부(140)는 제2 변압기(120)의 출력 전압을 정류하여 출력할 수 있다.
제2 제어형 정류부(140)는 제7 내지 제12 SCR 싸이리스터(S21, S22, S23, S24, S25, S26)로 구성되는 3상 풀 브릿지 회로로 구성할 수 있다.
제어부(150)는 제1 제어형 정류부(130)를 구동하기 위한 제1 게이트 신호와 제2 제어형 정류부(140)를 구동하기 위한 제2 게이트 신호를 출력할 수 있다.
제어부(150)는 제2 게이트 신호를 제1 게이트 신호에 대해 미리 정해진 만큼 특정 위상을 천이시켜 제어할 수 있다.
출력부(160)는 제1 제어형 정류부(130)의 출력과 제2 제어형 정류부(140)의 출력을 합하여 출력할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 전력시스템 회로는 3상 전원 입력 시 두 포트(Y-Y 결선 변압기(110)와 Y-△ 결선 변압기(120))로 나누어 입력을 인가받고, 2차 측 SCR 제어단(제1 제어형 정류부(130)와 제2 제어형 정류부(140))을 거쳐 다시 1개의 출력 포트로 다시 통합되는 구조를 가진다.
도 3은 도 1의 종래 전력시스템 회로의 2차측 SCR 제어 게이트 신호를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 도 2의 전력시스템 회로의 2차측 SCR 제어 게이트 신호를 나타낸 도면이다
도 3 및 도 4를 참고하면, 제1 제어형 정류부(130)에는 종래 전력시스템의 SCR 제어 게이트 신호와 동일하게 제1 게이트 신호가 인가되고, 제2 제어형 정류부(140)는 제1 게이트 신호보다 θ만큼 위상이 천이된 제2 게이트 신호가 인가될 수 있다. 도 4에서는 θ가 π/6인 예를 나타낸 것이다. 실시예에 따라서 θ 값은 다르게 설정될 수 있다.
도 5는 본 발명과 종래 기술에 따른 전력시스템 회로의 출력 전류 리플 시뮬레이션 파형도이다.
도 5를 참고하면, 그래프(52)는 본 발명에 따른 도 2에 예시한 전력시스템 회로의 출력 전류 리플 시뮬레이션 파형이고, 그래프(51)은 도 1에 따른 종래 전력시스템 회로의 출력 전류 리플 시뮬레이션 파형이다.
본 발명에 따른 전력시스템 회로 방식이 기존 방식의 출력 전류 리플에 비해 약 70% 저감될 수 있는 것을 확인하였다(입출력 사양과 상세 설계 방법에 따라 출력 전류 리플 저감율은 더 향상될 가능성이 있음).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 제1 변압기
120: 제2 변압기
130: 제1 제어형 정류부
140: 제2 제어형 정류부
150: 제어부
160: 출력부

Claims (5)

  1. 3상 교류 전원을 입력받아 변압하여 출력하는 Y-Y 결선 구조를 가지는 제1 변압기,
    상기 제1 변압기의 출력 전압을 정류하여 출력하는 제1 제어형 정류부,
    상기 3상 교류 전원을 입력받아 변압하여 출력하는 Y-델타(delta) 결선 구조를 가지는 제2 변압기,
    상기 제2 변압기의 출력 전압을 정류하여 출력하는 제2 제어형 정류부, 그리고
    상기 제1 제어형 정류부의 출력과 상기 제2 제어형 정류부의 출력을 합하여 출력하는 출력부
    를 포함하는 전력시스템 회로 장치.
  2. 제 1 항에서,
    상기 제1 제어형 정류부를 구동하기 위한 제1 게이트 신호와 상기 제2 제어형 정류부를 구동하기 위한 제2 게이트 신호를 출력하는 제어부
    를 더 포함하는 전력시스템 회로 장치.
  3. 제 2 항에서,
    상기 제2 게이트 신호는 상기 제1 게이트 신호에 대해 미리 정해진 만큼 위상 천이되는 전력시스템 회로 장치.
  4. 제 2 항에서,
    상기 제1 제어형 정류부는 제1 내지 제6 SCR 싸이리스터(Silicon-Controlled Rectifier Thyristor)(S1, S2, S3, S4, S5, S6)로 구성되는 3상 풀 브릿지 회로이고,
    상기 제2 제어형 정류부는 제7 내지 제12 SCR 싸이리스터(S1, S2, S3, S4, S5, S6)로 구성되는 3상 풀 브릿지 회로인 전력시스템 회로 장치.
  5. 제 4 항에서,
    상기 제2 게이트 신호는 상기 제1 게이트 신호에 대해 π/6 위상 천이되는 전력시스템 회로 장치.
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