KR830002573Y1 - 제어 재생식 직류전원 - Google Patents

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KR830002573Y1
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보그-워너 코퍼레이션
제이 이 테리스
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Description

제어 재생식 직류전원
도면은 본 고안에 의해 구성된 제어 재생식 직류전원의 개요도.
본 고안은 인가된 교류전력으로부터 부하를 구동시키기 위한 직류전력을 발생시키는 제어 재생식 직류 전원에 관한 것으로서, 그 전원은 부하에서 발생되는 전력인 교류 전원장치로 복원시킬 능력이 있다.
잘 알려진 종래의 재생식 직류전원 장치에 있어서, 순방향 SCR의 회로망을 가지는 위상제어 SCR 브리지 정류기는 교류전원장치(단상이거나 또는 삼상임)로부터 인가된 교류전압을 정류시켜 부하를 구동시키기 위해 직류전압을 발생시킨다.
6개의 순방향 SCR은 삼상 및 단상에 대해 4개가 필요하다. 정상적으로, 제어전력은 부하에 공급되어야만 하고 이것은 인가된 교류전압의 각 반주기동안 순방향 SCR의 도전각을 조절하는데 의해 달성된다. 각각의 순방향 SCR은, 교류전원장치로부터 거기에 인가된 전압의 매정극성 반주기동안의 양극이 음극에 관해 정극성일때, 도통될 수 있다. 그러나, 정극성 반주기동안 SCR 게이트에 게이트전류가 공급될 때까지 도통은 발생하지 않을 것이다. 그 순간에서, SCR은 도통되거나 또는 턴온되고, 정극성 반주기의 종료때까지 그곳을 통해 부하전류가 흐르는 것을 허용한다. 정극성 반주기의 개시 및 SCR 의 도통간의 큰 위상과 또는 시간지연은 보다 작은 도통각 및 보다 작은 교류를 정류시킬 것이 또한 부하에 공급하며, 그에 따라 SCR 브리지 정류기의 출력양단에 보다 작은 전압을 제공한다.
부하로부터 전력재생을 달성하고 교류전원 장치로 순환되도록, 각각의 순방향 SCR은 상응하고 반대로 극화되는 역방향 SCR에 의해 분로되고, 그에 따라 삼상에 대해서는 총12개이고 단상에 대해서는 8개인 총 SCR을 요구한다. 전력이 부하로부터 교류전원장치로 전달되도록 부하의 변화가 요구되는 많은 적용으로 전력흐름을 역전시키는 것이 바람직하다. 예를들면 SCR 브리지 정류기가 교류유도모터의 속도를 제어하고 구동시키기 위해 교류전압을 발생시키는 변환기를 동력화시킬때, 속도제어가 향상되고 부하에서 발생된 전력을 교류전원장치로 순환시키는게 가능하다. 설명을 위해, 모터가 일정한 속도로 구동되거나 또는 속도가 증가될 때 부하는 교류전원장치로부터 변환기 및 모터로 흐르는 전력을 정상적으로 요구한다. 다른 한편, 부하 요구가 없어졌을때 그리고 비교적 단기간에 모터속도 감소가 필요할때, 이러한 빠른 감속은 전력이 역으로 흐를 수 없을 경우에는 달성될 수 없다. 이것은 주행모터가 카운터 기전력 즉, 카운터 EMF를 발생시키는 발생기로 작용하므로 필스적이다. 전력은 빠른 감속을 달성하도록 모터로부터 떨어져 흘러야만 한다. 상기에 검토된 종래의 재생식 직류전원에서, 전력흐름이 역으로 되는게 요구될때, 순방향 SCR은 턴오프되고 역방향 SCR의 도통각은 제어된다.
불행하게도, 순방향 SCR 및 유사하게 극화된 직렬접속된 역방향 SCR은 항상 단상적용으로 두 유입전력선을 교차할 것이고 또한 삼상주위의 각각의 세 전력선쌍을 항상 교차할 것이다. 결과적으로 결점이 생겨서 그들 두 SCR이 동시에 도통상태로 되고 그 양극이 음극에 관해 정극성이 될때, 선대선 단락 회로가 형성될 것이고 매우 높은 크기의 오전류가 SCR을 통하여 전원장치로부터 흐를 것이다. 물론, 정상상태에서는 순방향 SCR 및 역방향 SCR은 결코 동시에 도통되지 않는다. 그러나 SCR은 부주의하게 도통될 수 있다. 예를 들면 잡음에 의해 트리거될 수 있는 것이다.
순방향 및 역방향 SCR은 불필요한 선대선 단락회로를 설정할 수 있으므로, 그것들은 영구적인 손상을 당하는 일없이 매우 큰 크기의오전류가 야기하는 결과를 처리할 능력이 있어야만 한다. 그러므로 SCR은 규격화 되어야만 한다.
본 고안의 제어재생식 직류전원은 앞서 개발된 것보다 특히 앞에 설명된 종래의 장치보다 월등하게 개량된 것으로 구성되고, 구조상 단순하며 값이 쌀뿐 아니라 몇개의 구성요소만 요구된다. 더우기, 어떤 오전류도 진폭이 극히 작은 것이며, 그에 따라, 종래 장치에 필수적인 회로소자의 대규격의 단점을 피하게 된다.
본 고안의 제어 재생식 직류전원은 교류전원장치로부터 수신된 교류 에너지를 부하로 전달하기 위해 직류전력으로 변환시키며 그때 부하에 발생된 전력은 직류 교류 전원을 통하여 부하에서 교류전원 장치로 역방향으로 흐른다. 직류전원은 교류전원장치로부터의 교류에너지를 부하에 전달하도록 직류 전력으로 변화시키기 위해 정극성 및 부극성 출력단자를 가지는 위상제어 브리지 정류기를 구성한다. 직렬접속된 필터쵸크와 분로 접속된 필터 캐패시터를 포함하는 필터회로는 부하에 여파된 직류전압을 제공하도록 브릿지 및 부하간에 결합된다. 쵸크 및 캐패시터간의 필터회로에 삽입된 스윗칭회로망은 부하로부터 교류전원장치로 순환되는 전력 재방생을 쉽게 하도록 브릿지의 출력단자 및 캐패시터간의 접속효과로 제공된다. 제어장치는 부하로부터 교류전원장치로 역전력이 조절되도록 스윗칭회로망을 제어하기 위해 포함된다.
본 고안의 신규한 특징은 특히 부가된 청구범위에 설명된다. 본 고안의 특징 및 다른 장점은 동봉된 도면에 관련된 다음의 설명을 참조하여 가장 쉽게 이해되며, 그 도면은 본 고안에 의해 구성된 제어재생식 직류전원의 개략도이며, 직류전원이 변환구동유도모터를 구동시키도록 구성된다.
도선 L1,L2및 L3는 종래의 삼상교류전원장치에 접속되고 삼상교류전압을 제공한다. 즉, 세교류전압은 서로 120°에 대해 위상변위되며 60헤르쯔의 정류주파수를 가진다. 각각의 삼상전압은 선대선전압이고 다른 한 도선에 관해 도선 L1,L2및 L3의 한개에서 발생한다. 각각의 삼상전압의 진폭은 구동될 부하특성에 좌우되는 어떤 적절한 값을 취할 수 있다. 도선에서 수신된 교류에너지는 공지된 구조의 SCR 브리지 정류기(10)에 의해 직류전력으로 변환된다. 특히, 브리지 정류기(10)는 6개의 실리콘 제어정류기들 또는 SCR(11 내지 16)을 가지며, 도통될 때 인가된 교류전압을 정류시키며, 브릿지의 정극성 및 부극성 출력단자(각각 (18 및 19)로 지정된) 양단에서 SCR의 도통각으로 결정된 크기의 정류된 전압을 발생시킨다. 명백해질 바와같이, SCR(11 내지 16)은 전력이 부하내에 필요할때 부하로 흐르는 전력을 조절한다. 따라서 “순방향 SCR”로 적절히 지정된다.
직렬접속된 필터쵸크(21)와 다이오드(22) 및 정극성선(23)은 부하(즉, 변환기(24)의 한 입력)에 정극성 출력단자(18)를 결합시키고, 반면에 직렬 접속된 다이오드(25) 및 부극성선(27)은 부하 즉, 변환기의 다른 입력에 부극성 출력단자(19)를 결합시킨다. 필터캐패시터(29)는 선(23 및 27)간에 부하와 분로로 접속된다. 그러므로 선(23 및 27)은 브리지 정류기(10) 및 필터회로(21 및 29)로부터 변환기 (24)에 직류전압을 전달하기 위한 직류버스(bus)를 제공한다. 다이오드(22 및 25)는 변환기(24)에 전력이 공급될때정상전류가 흐를 수 있도록 극화된다. 전류는 또한 단자(18)로부터 쵸크(21)와 다이오드(22)와 캐패시터(29) 및 다이오드(25)를 구성하는 도통로를 통해 단자(18 및 19) 양단의 정류된 전압크기에 정비례하는 크기의 여파된 직류전압(즉, 저맥동성분)을 캐패시터(19) 양단에서 발생시키는 단자(19)로 흐를 것이다. 따라서 직류버스(선(23 및 27))를 지나 변환기(24)에 인가된 직류전압은 순방향 SCR(11 내지 16)의 도통각에 좌우될 것이다.
변환기(24)는 직류버스전압에 반응하고 거기로부터 전류전압의 진폭에 정비례하는 크기의 교류전압을 발생시킨다. 변환기 출력전압의 주파수는 선(23 및 27)양단의 직류버스 전압에 반응하여 차례로 작동하는 전압제어 발진기(31)로부터 수신된 타이밍 또는 게이팅펄스의 펄스반복 주파수에 의해 설정된다. 발진기의 주파수는 직류버스 전압 및 그것과 비례하여 변하는데 의해 결정되고, 그에 따라 변환기(24)에 의해 발생된 교류전압 주파수로 진폭비를 사실상 일정하게 유지시킨다. 변환기의 출력은 변환기 주파수에 정비례하며 그에 따라 결정된 속도에서 회전되는 교류유도모터(32)에 결합된다. 도시되지는 않았으나, 모터(32)의 샤프트는 어떤 기계적인 부하를 구동시킬 것이다. 변환기 출력전압의 고정된 진폭비를 이것의 주파수에관해 유지시키는데 의해, 모터(32)는 모터 속도에 무관하게 일정한 토크 (torque) 출력능력을 가질 것이다.
모터속도를 조정하도록 순방향 SCR(11 내지 16)의 작동은 전류흐름을 조절하여 변환기(24) 및 모터(32)에 대한 전력흐름을 조절하도록 소정의선택된 진폭 레벨에서 필터 캐패시터(29) 양단에 발생된 직류버스 전압을 설정시키기 위해 제어회로(35) 및 게이트 구동기(36)에 의해 공지된 기술로 자동제어된다.
변환기(24)에 인가되고 모터속도를 결정하는 직류버스 전압은 또한 고정저항(37) 및 가변(속도조정) 저항(38)의 접합으로부터 선(34)을 지나 수신된 기준직류 전압을 비교하는 제어회로(35)에 인가된다. 그 비교로부터 변환기에 이송되는 직류버스 전압의소정의 직류크기(전압분할기(37 및 38)로부터의 기준전압에 의해 표시됨) 및 실제 크기간의 차등함수로 변하는 오차신호가 발생(3선9)상에 될 것이다. 공지된 형태에 있어서, 게이트 구동기(36)는 속도조정저항(38)을 셋트시키는데 의해 결정된 속도에서 구동모터(32)에 필요한 크기의 직류 버스 전압을 설정하는데 요구되는 바와 같이 도통각을 제어하기 위하여 SCR(11 내지 16)의 게이트에 적용하기 위한 적절한 기간의 게이트 전류펄스를 발생시키도록 그 오차신호에 반응하낟. 직류크기가 요구되는 레벨로부터 감소되는 경우(따라서, 모터속도가 감소되는 경향이 있을 경우), 오차신호는 변환되고 게이트 구동기(36)이 도통각을 증가시키는데 기인하며 그에 따라, 교정진폭 레벨이 재설정될때까지 선(23 및 27) 양단의 직류버스 전압이 증가된다. 높은 모터속도가 적합하다고 가정하면, 속도조정저항 (38)는 오차신호가 새로운 소정의 속도에서 변환기에 인가된 직류버스 전압을 구동모터(32)에 필요한 레벨로 상승시키기에 충분한 SCR(11 내지 16)의 도통각을 증가시키는데 기인할 수 있도록 조정될 것이다.
물론, 모터속도가 속도조정저항(38)을 수동조정하는데 의해 변화될 수 있는 반면, 선(34)을 지나 제어회로(35)에 인가된 기준전압은 감지된 정보에 응답하여 모터속도를 자동제어하기 위하여, 제어재생식 직류 전원이 연합된 장치의 특성 또는 변수를 감지하여 유도시킬 수 있다.
또한 직류전원이 삼상교류 에너지보다 단상에 반응하여 작동되는 것이 인정된다. 단상주위에서, 도선 L3및 순방향 SCR(13 및 16)은 생략된다. 정극성 정류전압은 단자(19)에 관해 단자(18)에서 여전히 발생된다.
본 발명을 검토하면, 비교적 빠른 부하의 제어(즉, 도시된 실시예에서 모터속도)가 교류전원장치로 순환 전달될 부하에서 발생되는 전력과 아울러 부하로 흐르는 정상적인 전력을 허용하는 전력흐름에 관해 직류전원이 유효하게 쌍방향성이 될 것을 요구한다. 역전력 흐름은 특히 제어회로(35)에 보내진 정보가 급속한 속도 감소를 요구할때 필요하다.이러한 상태하에서, 브리지(10)는 게이트 구동기(36)의 제어하에서, 단자 (18 및 19) 양단의 직류전압을 감소시키기 시작한다. 그러나, 이때 모터(32)는 발생기로 작용할 것이고, 부하에 발생된 전력이 교류전원 장치로 순환될 수 없을 경우, 모터속도의 감소를 지연시킬 것이다.
소정의 역전력 흐름은 필터쵸크(21) 및 필터 캐패시터(29)간의 필터 회로내에 스윗칭 호로망(역방향 SCR(41 및 42)과 다이오드(22 및 25)을 삽입시키는데의해 도시된 실시예에서 쉽게 처리된다. 사실상, SCR(41)은 부극성선(27)에 정극성선(23)을 교차 결합시키기 위해 솔리드 스테이트 스위치(solid state switch)로서 작용며, SCR(42)은 선(23)에 선(27)을 교차 결합시키기 위한 솔리드 스테이트 스위치로 작용한다. 역방향 SCR(41 및 42)이 도통될때, 브리지(10)의 출력단자(18 및 19)와 캐패시터(29)간의 접속은 유효하게 역전되고, 정극성선(23)은 부극성선(23)은 부극성단자(19)에 접속되며, 부극성선(27)은 정극성단자(18)에 접속된다. 다시 말하면, 직류버스로부터 브리지(10)으로의 접속은 역전될 것이다. SCR(41 및 42)의 도통될 경우, 모터속도 감소가 요구될때, 단자(18 및 19) 양단 직류전압은 캐패시터(29) 양단(즉, 직류버스 양단)의 직류전압보다 작을 것이고, 전류는 부하로부터 정극성선(23), 역방향 SCR(42) 및 순방향 SCR(14 내지 16)중의 적어도 한개를 통해 전원장치로 흐를 것이다. 전류에 대한 전환통로는 순방향 SCR(14 내지 16)중의 적어도 한개를 통해 전원장치로 흐를 것이다. 전류에 대한 전환통로는 순방향 SCR(11 내지 13)의 적어도 한개와, 쵸크(21), 역방향 SCR(41) 및 부극성선(27)을 포함할 것이다. 어느때나 브리지(10)의 출력전압은 캐패시터(29) 양단의 직류버스전압보다 작고 SCR(41 및 42)은 도통상태로 되며, 전력은 직류버스 전압 및 브리지 전압을 빠르게 동등해지도록 부하에서 삼상교류 전원장치로 흐를 것이다. 따라서, 브리지 출력전압이 감소되므로 직류버스 전압도 같이 실행될 것이다.
역방향 SCR(41 및 42)의 제어와 스윗칭회로망의 제어는 본 기술상 잘 알려진 제어회로망에 의해 달성된다. 앞서 검토된 종래의 재생식 직류 전원에 사용된 동일한 제어장치는 SCR(41 및 42)의 작동을 조절하는데 사용될 수도 있다. 이것은 제어회로망 (35) 및 게이트 구동기(44)에 의해 도면에 도시된다. 공지된 형태에 있어서, 제어회로(35)는 소정의 직류전압(선(34)상의 직류 기준전압으로 표시됨)과 실질적인 직류버스 전압을 비교하고, 전력이 전원장치에서 부하로 흐를것인지 또는 그와 반대로 흐를 것인지를 결정한다. 정상적인 상태하에서 전력이 부하에 의해 필요해질때, 게이트 구동기(44)는 유효하게 턴오프되고(그에 따라 SCR(41 및 42)의 비도통상태로 유지됨)반면에 게이트 구동기(36)는 앞서 설명된 식으로 SCR(11 내지 16)에 게이트 전류를 공급하도록 제어될 것이다. 다른 한편, 제어회로(35)가 직류버스 전압을 낮게 하기 위하여 부하로부터 교류전원 장치내로 전력을 흐르게 하거나 혹은 본래보다 직류 버스 전압이 높도록 결정할 경우, 게이트 구동기(44)는 역 SCR(41 및 42)의 게이트에 적절히 간격된 게이트 전류펄스를 공급하도록 선(43)을 지나 제어되며, 부하로부터 전원으로 제어된 전력전달을 공급하도록 도통원인이 된다. 제어회로(35)의 제어하에서 게이트 구동기(36)는 역방향으로 정류기(10)을 통해 전력이 흐르도록 정확한 시간에 SCR(11 내지 16)을 턴온시킬 것이다.
따라서, 역전력 흐름능력은 단지 두 다이오드(22 및 25)의 두 SCR (41 및 42) 및 SCR에 대한 게이팅 회로망에 의해 달성될 것이다. 이러한 콘트라스트에서 앞서 검토된 종래 기술의 장치에 있어서, 삼상전원이 총 6개의 역방향 SCR을 수반할때, 그 게이트 구동회로가 필요해진다. 본 고안의 장치는 종래 기술에 비해 더욱 낮은단가 및 구조상 상당히 간단해짐은 명백하다.
큰 오전류 크기를 조절하기 위하여 종래의 장치에서와 같이 SCR이 큰 규격으로 될 필요가 없으므로 부가적인 원가절감이 실현된다. 역방향 SCR이 부주의하게 도통으로 트리거되는 경우(잡음에 의해), 특정한 순방향 SCR쌍이 도통상태로 될때, 선대선 단락은 일어나지 않을 것이고(종래의 장치에서와 같이) 어떤 오전류도 사실상 낮은 크기의 것이 될 것이다. 이 장점은 필터쵸크(21) 및 필터 캐패시터(29)간의 스윗칭 회로망(다이오드(22 및 25)와 역방향 SCR(41 및 42)을 설치시키는데 의해 얻어지고 그에 따라 모든 오전류는 필터쵸크(21)를 통해 통과된다. 예를들면, SCR(11, 15 및 41)은 도선 L1상의 순시전압이 도선 L2상의 순시전압에 비해 정극성일때, 반주기동안 모두 도통된다. 그러므로, 그때 오전류는 도선 L1으로부터 SCR(11), 필터쵸크(21), SCR(41), 다이오드(25) 및 SCR(15)를 통하여 도선 L2로 흐를 것이다. 그러나, 오전류는 실제의 임피던스를 가지는 필터 쵸크(21)을 통하여 흐르므로, 이것의 진폭은 상당히 감소될 것이다. 모든 회로성분은 비교적 낮은 크기의 오전류만 처리할 필요가 있게 되므로, 그것들은 규격화될 수 있다.
본 고안의 특정한 실시예가 도시되고 설명되는 동안 변형물이 제작될 수 있고, 본 고안의 진정한 정신 및 범주에 속하는 이러한 모든 변형물을 커버하도록 부가된 청구범위에 제한된다.

Claims (1)

  1. 위상 제어 브리지 정류기(10)를 정극성 및 부극성 출력단자(18 및 19)가 포함되게 구비시켜, 교류 전원장치부터의 교류 에너지가 직류 전력으로 변환되게 하게 부하(24 및 32)에 전달되게 하고, 필터회로를 상기 위상제어 브리지 정류기(10) 및 부하(24 및 32)간에 직렬접속된 필터쵸크(21)와 분로 접속된 필터캐패시터(29)로 구비시켜 여과된 직류전압이 부하에 제공되도록 연결되게 하여, 교류전원 장치로부터 수신된 교류에너지를 부하로 전달하기 위해, 때때로 부하로부터 직류 전원을 거쳐 교류 전원장치로부터 수신된 교류에너지를 부하로 전달하기 위해, 때때로 부하로부터 직류 전원을 거쳐 교류 전원장칠 역방향으로 흐르는 직류전력으로 변환하는 제어 재생식 직류 전원에 있어서, 스윗칭 회로망(22,25,41,42)을 상기 필터쵸크(21) 및 상기 필터캐패시터(29)간의 상기 필터회로에 삽입시켜 부하(24 및 32)로부터 교류 전원 장치에 순환되는 전력의 재생이 용이하게 되도록 상기 브리지 정류기(10)의 출력단자(18 및 19)와 상기 필터 캐패시터(29)간의 접속이 유효하게 역전되게 하고, 제어장치를 제어회로(35) 및 게이트 구동기(44)로 구비시켜, 부하(24 및 32)로부터 교류전원 장치로 흐르는 역전력이 조절되도록 하여 상기 스윗칭 회로망이 제어되도록 한 제어 재생식 직류전원.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109239622A (zh) * 2018-10-23 2019-01-18 北京大华无线电仪器有限责任公司 使直流负载具备交流加载功能的装置及控制方法

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