KR890004592B1

KR890004592B1 - 사이크로 컨버터(Cycloconverter)병렬동작 장치

Info

Publication number: KR890004592B1
Application number: KR1019850010026A
Authority: KR
Inventors: 다나까 시게루
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 사바 쇼오이찌
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1985-12-28
Publication date: 1989-11-16
Also published as: US4673823A; DE3586349D1; CA1257327A; DE3586349T2; EP0187042A3; EP0187042A2; KR860005474A; EP0187042B1

Abstract

내용 없음.

Description

사이크로 컨버터(Cycloconverter)병렬동작 장치

제1도는 본 발명인 사이크로 컨버터 병렬동작 장치의 구성을 나타낸 블럭선도이다.

제2도는 제1도에 있는 장치에 사용되는 사이크로 컨버터의 구성을 나타낸 블럭선도이다.

제3도는 제1도에 있는 장치에 사용되는 총 무효전력 제어회로(TQC)의 구조를 나타낸 블럭선도이다.

제4도는 제3도에 있는 회로의 동작 특성을 나타낸 설명도이다.

제5도는 순환 전류식 사이크로 컨버터의 출력 전압 파형도이다.

제6도는 제1도에 있는 장치의 동작시 동작모드를 나타낸 설명도이다.

제7도는 본 발명에 따른 사이크로 컨버터 동작장치의 또다른 구성을 나타낸 블럭선도이다.

제8도는 제7도에 있는 장치에 사용되는 사이크로 컨버터의 주요회로를 나타낸 블럭선도이다.

제9도는 제8도에 있는 사이크로 컨버터에 사용되는 제어회로의 구성을 나타낸 블럭선도이다.

제10도는 제9도에 있는 회로의 동작 특성을 나타낸 설명도이다.

제11도는 제7도에 있는 장치에 사용되는 분배회로의 구성을 나타낸 블럭선도이다.

제12도는 제7도에 있는 장치에 사용되는 역률 보상 캐패시터용 주요회로의 구성을 나타낸 블럭선도이다.

제13도는 제7도에 있는 장치에 사용되는 역률 보상 캐패시터용 개폐 제어회로의 구성을 나타낸 블럭선도이다.

제14도는 제13도에 있는 회로의 동작을 나타낸 설명도이다.

제15도는 종래의 다수의 사이크로 컨버터 병렬 동작장치를 나타낸 블럭선도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

SW_ASW_B: 주 개폐기 CAP-A, CAP-B : 역률 보상 개폐기

CC-A, CC-B : 순환 전류식 사이크로 컨버터

M_A, M_B: 교류 전동기 CT_S1, CT_S2: 변류기

PT_S1, PT_S2: 변성기 VAR₁, VAR₂: 무효 전력 연산회로

CQ₁, CQ₂: 비교기 HQ₁, HQ₂: 무효 전력 제어보상회로

ACR₁, ACR_B: 순환전류 제어회로 ALR_A, ALR_B: 부하전류 제어회로

PHC-A, PHC-B : 위상제어회로 Tr1~Trn : 전력 변성기

SSP : 양(+)그룹 변환기 SSN : 음(-)그룹 변환기

CT_LU: 부하전류 검출기 CUTP_U: 출력전류 검출기

A₁~A₄: 가산기 K₀, K₁, K₂: 연산 증폭기

L_LU* : 부하 전류 지령치 LM₁~LM_n: 제한회로

본 발명은 다수의 사이크로 컨버터를 병렬로 동작시키는 장치에 관한 것이다. 사이크로 컨버터는 일정 주파수를 지닌 교류전력을 가변 주파수를 지닌 교류 전력으로 직접적으로 변환시키는 장치이다.

이와같은 사이크로 컨버터는 교류 전동기를 구동하는 가변 전압-가변 주파수 전원등에 폭넓게 사용되고 있다. 일본 특개소 공보 제 60-28772호에 나타나 있는 바와같이 특히 순환전류식 사이크로 컨버터는 높은 값으로 출력 주파수(fo)의 상환치(입력 주파수(fi)이상의 출력 주파수로 동작이 가능)를 설정할 수 있고 적용 범위 또한 광대이다.

일본 특공소 공보 제 59-14988호에 서술된 장치는 사이크로 컨버터의 지연 무효 전력과 전력보상 캐패시터의 진상 무효 전력이 서로 상쇄되도록 하며 결국에는 전원측에서 본 기본 파형의 역률이 항상 1이 되게 하는 제어효과를 가지도록 사이크로 컨버터의 수 전단에 역류 보상 캐패시터를 연결시킨 장치를 제반하고 있다. 그러나 이러한 종래의 기술에 있어서, 상기 역률 보상 캐패시터가 있는 장치 및 역률 보상 캐패시터와 사이크로 컨버터 간의 상호관계에 여러가지 결점이 지적되어 왔다.

본 발명의 목적은 사이크로 컨버터 병렬 동작장치를 제공하는데 있으며, 이 장치는 수전단에 연결된 역률보상 캐패시터의 용량을 감소시킬 수 있고, 경부하 동작시 동작효율을 증가시킬수 있으며, 과부하 동작시 순환 전류식 사이크로 컨버터의 특성을 유지시킬 수 있고, 사이크로 인버터의 용량을 감소시킬 수 있는데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 장치는 각 사이크로 컨버터에 순환전류 지령치를 출력하도록 다수의 순환 전류식 사이크로 컨버터의 공동 수전단에 역류 보상 캐패시터를 집합적으로 연류시킨 형태로 구성되어 있으며 결국 장치 전체의 무효 전력이 제어되도록 되어 있다.

전체동작 모드에 있어서, 역률 보상 캐패시터의 용량에 최적치로 갖추어지는 것은 필수적이다. 따라서 이 장치는 역률 보상 패캐시터의 용량을 감소시킬 수 있고 전체 시스템내에 흐르는 불필요한 순환 전류를 제거시키며 결국에는 고효율의 동작이 되도록 한다. 사이크로 컨버터 전체의 지연 무효 전력의 합이 각 사이크로 컨버터에서 유도된 순환전류 지령치가 0이 되지 않도록 유지시키는 제어가 가해지며 순환 전류식 컨버터의 특성을 손실시키지 않는 방식으로 각각의 사이크로 컨버터를 동작시키게 된다.

게다가, 경부하 동작시 각각의 사이크로컨버터에 순환 전류가 흐를 경우 순환 전류 지령치의 크기에 의존하면서, 연결된 역류 보상 캐패시터의 갯수를 감소시키는 제어상태가 가해지며 결국 동작 효율이 상승하게된다. 또한 경부하 혹은 과부하 모드등 여러 동작 모드에 따라 각 사이크로 컨버터가 동작될 경우 경부하에 결합된 사이크로 컨버터에 큰 순환전류를 흘리는 동시 적은 순환 전류도 흘리게 되는 분배 제어상태가 가해져서 변환기의 전류용량이 상승하지 못하도록 하고 있다.

먼저, 종래의 기술이 지닌 결점은 제15도에 서술되어 있으며 본 발명에 따른 구성은 제1도에서 제14도까지 나타나 있다.

제15도는, 다수의 사이크로 컨버터 병렬 동작 장치에 대한 일례를 나타내고 있다.

이 도면에 표시된 동작장치는 삼상 교류 전원의 전원선(BUS), 주 개폐기(SW_A)(SW_B…), 역률보상 캐패시터(CAP-A, CAP-B…)삼상-삼상 변환시스템의 순환전류식 사이크로 컨버터(CC-A, CC-B……), 교류전동기(M_A, M_B……), 변류기(CT_S1, CT_S2…), 변성기(RT_S1, PT_S2…), 무효 전력 인산회로(VAR₁, VAR₂…), 비교기(CQ₁, CQ₂……), 무효전력 제어보상회로(HQ₁, HQ₂……), 순환 전류제어회로(ACR_A, ACR_B…), 부하전류 제어회로(ALR_A, ALR_B…) 및 위상 제어회로(PHC-A, PHC-B…)등으로 구성되어 있다.

상기 교류전동기(M_A, M_B…)는 복합 전동기, 예를들면 밑(mill)전동기동이 동시에 과부하 상태가 되도록 하는 동작모드가 적용되지 않는 장치내에 설치 되지만 이 장치는 경부하 혹은 동작 상태가 아닌 위치에 놓인 임의의 전동기를 포함하고 있다.

부하 전류 제어회로(ALR_A)는 위상제어회로(PHC-A)를 통하여 사이크로 컨버터(CC-A)의 출력 전압을 조정하도록 교류전동기(M_A)에서 유도된 부하 전류를 검출한다. 결국 이러한 검출된 전류는 지령치와 같게 된다.

순환 전류 제어회로(ACR_A)는 위상제어회로(PHC-A)를 통하여 사이크로 컨버터(CC-A)에 있는 정(+)그룹 변환기의 출력전압과 부(-)그룹 변환기의 출력전압 직류 리액터에 인가된 전압간의 전압차를 제어하는 사이크로 컨버터(CC-A)의 순환전류를 검출한다. 결국 이러한 검출된 순환전류는 지령치와 같게 된다. 사이크로 컨버터(CC-A)의 수전단에는 역률 보상 캐패시터(CAP-A)가 연결되어 있다.

역률 보상 캐패시터(CAP-A)의 진상 전류(Icap)를 포함하고 있는 입력 전류(I_SA)의 무효 전류 성분(I_O)의 검출이 순환전류 제어회로(ACR_A)에 순환전류 지령치(I_OS ^*)를 출력하도록 행해져서 결국에는 검출된 무효전류 성분(I_Q)이 0이 되도록 한다. 사이크로 컨버터(CC-B)는 수전단에 있는 무효 전력(Q_B)치가 0이 되도록 순환전류(I_OB)를 제어하는 사이크로 컨버터(CC-A)와 같은 형태로 되어있다.

이러한 종래의 사이크로 컨버터 병렬 동작 장치는 다음과 같은 결점들이 있다.

(1) 분배된 형태로 각 사이크로 컨버터마다 역률 보상 캐패시터를 설치해야만 되고, 이렇게 하면 배선이 복잡해지고, 면적이 커지게 된다.

(2) 하나 혹은 여러개의 사이크로 컨버터에서 사고의 원인이 되는 게이트 중지 현상이 일어날 경우 고장난 사이크로 컨버터의 수전단에 연결된 역률 보상 캐패시터는 총 무효 전력이 진상 형태가 되며, 그 결과로 전원 전압이 상승될 위험을 안게 된다.

(3) 각 사이크로 컨버터의 수전에 연결된 역률 보상 캐패시터의 용량은 각 사이크로 컨버터가 최대 부하 상태가 될때 수전단이 역률이 1이 되도록 설계되어 있다.(즉, 지연 무효 전력이 최대일때). 즉 독립적인 여러 사이크로 컨버터의 동작 모드로 역률 보상 캐패시터의 용량이 고장난 사이크로 컨버터이 지연 무효 전력의 최대치가 소멸 되기에 충분한 지상 무효 전력이 주어지도록 결정 되어진다. 이와같은 것은 불필요한 용량을 가지는 역률 보상 캐패시터용에게 있을 결점을 가속화 시킨다.

(4) 역률 보상 캐패시터 용량의 증가는 전력 변성기 혹은 변환기의 용량의 증가를 초래한다. 따라서 경부하시에 불필요한 순환 전류가 흐르게 되어 효율이 나쁜 동작 상태가 생길 것이다.

(5) 각 사이크로 컨버터가 정격 부하 상태로 동작될때 수전단의 역률이 1이 되도록 역률 보상 캐패시터의 용량이 결정될 경우 각 사이크로 컨버터의 순환 전류 지령치는 과부하시에 음(-)의 상태가 되어 결국 각 사이크로 컨버터는 0 상태의 순환전류 상태로 동작되게 된다.

이러한 이유로 인해서, 각각의 사이크로 컨버터는 비순환 전류식 사이크로 컨버터 처럼 동작하며 출력전류의 파형이 크게 외형화 되게 된다. 결과적으로 이와같은 과정으로 인해서 출력 주파수의 상한치는 낮아질 것이다.

제1도에는 본 발명에 따른 사이크로 컨버터 병렬작동 장치의 구성도가 나타나 있다. 이러한 장치는 삼상교류전원의 전원선(BUS), 역률 보상 캐패시터(CAP), 전력 변압기(R_r1, T_r2…T_rn), 순환전류식 사이크로 컨버터(CC₁, CC₂……CC_n), 및 교류 정동기(M₁, M₂……M_n)를 지니고 있다.

이장치의 제어회로는 삼상전류 검출기(CT), 삼상전압 검출기(PT), 무효 전력연산회로(VAR), 총 무효 전력 제어회로(TQC), 부하전류 제어회로(I₁C₁, I₁C₂…I_nC_n), 순환전류제어회로, (I₀C₁, I₀C₂,…I₀C_m) 및 위상 제어회로(PHC₁, PHC₂…PHC_N)로 구성되어 있다.

먼저 사이크로 컨버터(CC₁)의 일반적인 동작을 서술하기로 한다.

제3도를 보면 삼상 출력 사이크로 컨버터의 구성이 나타나 있다.

여기에 나타난 시스템은 전력 변성기(TrU)(TrV)(TrW), U위상, V위상 및 W위상 각각의 순환전류식 사이크로 컨버터(CC-U), (CC-V), (CC-W), 제1도에서 표현된 교류 전동기(M₁)의 전기자 권선

,

등을 포함하고 있다.

U위상 사이크로 컨버터(CC-U)는 양(+)그룹 변환기(SSP), 음(-)그룹 변환기(SSN) 및 매개탭이 있는 리액터(L₁)(L₂) 등으로 구성되어 있다.

U위상 사이크로 컨버터(CC-U)의 제어회로(CONT-U)는 부하 전류 검출기(CU_LU), 양(+)그룹 변환기의 출력 전류 검출기(CTP_U), 음(-)그굽의 컨버터의 출력전류 검출기(CU_NU), 가산기(A₁)(A₂)(A₃)(A₄), 비교기(C₂)(C₃), 연산 증폭기, (K₀)(K₁)(K₂) 및 위상 제어회로(PHP)(PHN)등으로 구성되어 있다.

V위상 및 W위상 사이크로 컨버터는 V위상 사이크로 컨버터의 같은 형태로 구성되어 있다.

단일 점선으로 둘러싸여 있는 더우기, 제어회로(CONT-V)(CONT-W)는 제어회로(CONT-U)와 같은 형태로 구성되어 있다.

순환전류식 사이크로 컨버터의 부하 전류 제어의 동작은 U위상인 경우는 채택함으로써 설명될 것이다.

부하 전류 지령치(I_1U*)는위상 제어회로(PHP)(PHN)를 제어하기 위하여 부하가 흐르는 전류와 ㅂ교되며 그 결과 사이크로 컨버터(CC-U)는 오차(ε₃=I_1U*-I_1U)에 비례하는 전압을 만들게 된다. 증폭기(K₂)에 의해서 증폭된 오차(ε₃)는 반전회로(INV)를 통해서 위상 제어회로(PHN)에 인가되어 α_NU=180°C-및 α_PU와 같은 관계식이 성립되며 여기서α_PU및 α_NU는 위상 제어회로(PHP), (PHN)를 각각 나타낸다. 즉 양(+)그룹 변환기(SSP)에 대해서 V_PU=KV·V·s·cosα_PU로 표현되는 출력전압과 부하 단말부에서 서로 평행이 되게 하는 V_NU=-KV V_Scosα_PU로써 표현되는 출력전압으로 일반 동작이 수행되어 진다. 전형적으로 전류 지령치(I_LU*)가 변화됨으로써 오차(ε₃)는 이것에 따라 변한다. 따라서, 상기 출력위상(α_PU)(α_NU)은 사인파 전류(I_L)가 부하(삼상 교류 전동기의 전기자 권선)에 흐르도록 제어된다.

이와같은 일반 동작에 있어서, 양(+)그룹 변환기(SSP)의 출력전압(V_PU)과 음(-)그룹 변환기(SSN)의 출력전압(V_NU)은 서로 평행 상태가 되어 결국, 순환전류(I_O)는 거의 흐르지 않게 된다.

V위상 및 W위상 사이크로 컨버터의 부하 전류(I_LV), (I_LW)는 같은 방식으로 제어된다. 부가적으로 순환 전류(I_O)의 제어 동작은 U위상의 경우를 채택함으로써 설명될 것이다. 사이크로 컨버터의 순환전류(I_O)는 다음과 같이 검출된다. 음(-)그룹 변환기(SSN)에서 검출된 출력전류(I_LU)치에 양(+)그룹 변환기(SSP)에서 검출된 출력전류(I_PU)을 더하고, 이 합으로부터 검출부하전류(I_LU)의 절대치를 빼며 이와 동시에 1/2을 곱함으로써 순환전류(I_O)는 결정된다.

이와같은 관계는 다음과 같은 형태의 식으로 표현되어 진다.

I_OU=(I_PU+I_NU-|I_LU|)/2

상기 얻어진 순환 전류(I_O)는 순환전류 지령치(I_OU*)와 비교되어 진다.

오차(ε₂=I_OU*-I_OU)는 증폭기(K₁)를 통해서 가산기'(A₃)(A₄)에 입력된다. 따라서 위상 제어회로(PHP), (PHN)에 입력된 오차(ε₄)(ε₅)는 각각 다음과 같이 표현되어 진다.

ε₄=K₂·ε₃+K₁·ε₂

ε₅=-k₂·ε₃+k₁·ε₂

결국, 식(α_NU=180°-α_PU)은 설립될 수 없다. 양(+)그룹 변환기(SSP)의 출력전압(V_PU)과 음(-)그룹 변환기(SSN)의 출력전압(V_NU)은 K₁·ε₂에 비례하는 값에 의하여 불평형이 된다.

상기 출력 전압의 전압차는 직류리액터(L₁)(L₂)에 인가되고 그 결과 순환전류(L_OU)는 흐르게 된다.

순환전류(O_OU)가 순환전류 지령치(I_OU*)보다 더 큰 값으로 흐를때, 오차(ε₂)는 음(-)의 상태가 되고 V_PU·V_NU관계는 감소되는 결과가 된다. 순환전류(I_OU)가 최종적으로 지령치(I_OU*)에 같아지도록 하는 제어가 효력있게 되어 있다.

V위상 및 W위상 사이크로 컨버터의 순환전류(I_OV)(I_OW)는 상기의 상태와 같은 방식으로 각 해당 순환 전류 지령치(I_OV*)(I_OW*)에 따라 각각 제어되게 되어 있다.

일반적으로, 상기 순환 전류 지령치(I_OU*)(I_OV*)(I_OW*)는 같은 값으로 설정된다. 그러나 사이크로 컨버터의 전류 용량의 증가를 억제하기 이하여 각 위상의 부하 전류에 좌우되는 상기 지령치를 분배하도록 하는 방법이 일본 특개소 공보 제 56-133982호에 제시되어 있다.

지금까지 제1도에 있는 사이크로 컨버터(CC₁)의 동작이 서술되었으며 다른 사이크로 컨버터도 같은 형태로 동작된다.

제1도에 있는 장치의 수전단이 무효 전력 제어의 동작이 서술될 것이다.

제3도는 제1도에 있는 장치를 구성하는 총 무효 전력 제어회로(TQC)의 구성을 나타내고 있다. 상기 회로는 비교기(C₁), 제어보상회로(H_Q(S)), 연산증폭기(G₁~G_n), 제한 회로(LM₁~LM_n) 및 가산기(AD₁~AD_n)로 구성되어 있다. 먼저 첫번째로 전체 시스템의 수전단에서 무효 전력(Q_T)이 검출될 것이다. 즉, 수전단에서 전류 및 전압은 삼상 전류검출기(CT) 및 삼상 전압 검출기(PT) 각각에 의하여 검출되고 이러한 검출된 값은 무효 전력 연산 회로(VAR)에 입력된다. 무효 전력 연산 회로(VAR)는 각 위상의 전류로 역 위상된 전압을 곱하여 검출된 삼상 전압이 90°역위상되도록 하는 연산을 수행한다. 최종적으로 이러한 삼상에 해당하는 상기 값을 더함으로써 수전단에서의 무효 전력(QT)치 (순치값)가 얻어지게 된다.

제3도의 회로에 있어서 상기 검출된 무효 전력(QT)치와 이 값의 지령치는 오차(ε₁=Q_T*-Q_T)를 얻기 위하여 비교기(C₁)에 입력된다. 얻어진 오차(ε₁)는 비례 증폭 혹은 적분 증폭기 되도록 제어 보상 회로의 다음 상태에 입력된다. 따라서 제어 보상 회로 H_Q(S)의 출력 전류(I_O*)는 순환전류 지령치로써 흐르게 된다. 이때 순환 전류가 각 사이크로 컨버터의 출력 용량에 비례하여 분배되고 동시에 순환 전류가 정지되지 않도록 하는 다음과 같은 공정이 요구된다.

먼저 연산 증폭기(G₁~G_n)가 각 사이크로 컨버터의 용량에 비례하는 분배 인수의 배수가 되며 동일한 용량을 가진다고 가정하면 G₁=G₂=G₃=---=G_n=1이 된다.

예를들면, 사이크로 컨버터(CC₂)의 용량이 단지 다른것에 비해서 적을 경우, 즉 사이크로 컨버터(CC₂)가 다른 장치의 각 용량의 1/10 정도의 용량을 가질 경우 G₂=0.1 및 G₁=G₃=---=G_n=1이 된다. 사이크로 컨버터(CC₁)의 순환 전류 지령치(I_O1*)를 얻기 위해서 연장 증폭기(G₁)의 출력 신호가 제한 회로(LM₁)를 통해 가산기(AD₁)에 입력된다. 제한 회로(LM₁)는 제4도에 나타나 있는 바와 같은 특성을 지니고 있다.

즉, 입력 신호(e₁)가 양(+)의 상태일 경우, 출력 신호에 어떠한 제한 동작이 인가되지 않으며 그 결과 입력 신호(e₁)와 동일한 출력 신호(e₀)(즉 e_O=e₁)가 만들어 진다. 반면에 입력 신호(e₁)가 음(-)일때, 출력 신호(e₀)는 0으로 제한된다(즉, e₀=0).

즉, 제한 회로(LM₁)는 순환 전류 지령치(i₁*)가 항상 양(+)의 상태가 되도록 동작한다. 더우기 제한 회로(LM₁)의 출력(e₀)은 미리 선정된 최소 순환 전류 지령치(I₀*)에 더해진다. 따라서 순환 전류 지령치(I₀*)는 다음과 같이 표현 된다.

I₁*=e₀+△I₀*

다른 사이크로 컨버터의 순환 전류 지령치(I_oz*, I_os*, --, I_on*) 또한 같은 방법으로 결정된다.

수전단에서 검출된 무효 전력치가 그 지령치(Q_T*) 보다 적을 경우, 오차(ε₁=Q_T*=Q*)는 제어 보상 회로(H_Q(S))의 출력(I_O*)을 증가시키기 위하여 양(+)의 상태가 된다.

따라서, 각 사이크로 컨버터에서 유도된 순환 전류 지령치(I_O1*, I₂*, --, I_0n*)가 증가하게 되고 결국 실제적인 순환 전류는 증가하게 된다. 각 사이크로컨버터의 순환 전류가 증가할때 수전단의 지연 무효 전력(Q_T)가 증가하게 된다.

따라서, Q_T*의 관계식은 실제적으로 성립될 것이다. 반면에 Q_T*<Q_T가 될때 오차(ε₁)은 지상 무효 전력(Q_T)을 감소시키는 각 사이크로 컨버터의 순환 전류를 감소시키기 위하여 음(-)의 상태가 될 것이다. 결과적으로 식 Q_T=Q_T*는 실제적으로 성립되도록 제어가 수행된다. 오차(ε₁)이 음(-)의 방향으로 증가될때, 제어 보상 회로(H_Q(S))의 출력은 음(-)의 상태가 될 것이다.

그러나 제한 회로(LM₁, LM₂, --LM_n)의 출력 (e₀)은 음(-)이 아닌 0의 값이 된다. 따라서 다음의 관계식이 각 사이크로 컨버터의 순환 전류 지령치에 관련하여 성립한다.

I₁*=I₂*=I₃*=--=I_0n*=I₀*

결국, 최소 순환 전류가 흐르게 될 것이다. 다시 말하면 순환 전류가 정지 되거나 방해 받는 상태가 발생될 가능성이 없는 순환 전류식 사이크 컨버터가 유지될 수 있을 것이다.

제5도는 출력 주파수(f₀)가 입력 주파수(f₁)보다 1.2배 더 크도록 값이 설정될때 12가지의 제어 위상 형태를 가진 순환 전류식 사이크로 컨버터의 출력 전압 파형을 나타내고 있다.

제5도는 V₁는 입력 전압, V_P(굵은 단일 점선)는 양(+)그룹 변환기의 출력 전압, V_N(굵은 이중점선)은 음(-)그룹 변환기의 출력 전압, V_R(굵은 점선)은 필요한 출력 전압, V₀(굵은 실선)은 사이크로 컨버터에 의해 실제적으로 만들어진 출력 전압(부하에 인가 된 것)을 나타내고 있다.

출력 전압(V_O)은 출력 전압(V_P)(V_N)의 평균값이며 계단 파형으로 나타나게 된다. 출력 전압(V_P)(V_N)은 입력 전압(V₁)의 일부를 각각 서로 연결 시킴으로써 만들어진다. 어텐션이 각 전압에만 그려질때, 비순환 전류식 사이크로 컨버터와 같은 방식으로 비제어 주기가 발생하는 일은 피할수 없을 것이다.

그러나 출력 전압(V_P)이 비 제어 상태로 될때 출력 전압(V_P)은 손실을 보상하는 기능을 가진다. 결국, 출력 전압(V_O)은 지령치(V_R)가 만들어지도록 제어 된다.

순환 전류식 사이크로 컨버터의 일반적인 동작 모드는 두 양(+)그를 변환기(SSP) 및 음(-) 그를 변환기(SSN)를 동시에 동작시킨다.

따라서 만약 순환 전류가 0이 되도록 동작 모드가 단지 상기 변환기구중의 하나에만 활성화 되도록 적용된다면, 사이크로 컨버터가 양(+) 및 음(-)그룹 변환기의 어느 하나에 생기는 톱니형 출력 파형을 가지도록 하는데는 어려울 것이며 결국 많은 조화파가 함유될 것이다. 따라서 순환 전류식 사이크로 컨버터는 단순히 순환 전류가 이곳에 흐르도록 하는 동작 모드를 이용하고 있다.

제6도는 제1도에 나타난 시스템의 한 동작 모드의 예이다. 제6a도에서 일정한 Q_cap은 역률 보상 캐패시터(I₀)에 의하여 주어진 진상 무효 전력을 나타내고 Q_CCL은 최소 순환 전류(I₀)가 각 사이크로 컨버터에 흐를때 전체 사이크로 컨버터에 의하여 주어진 때의 무효 전력을 나타낸다. 제6b는 시스템 전체의 수전단의 무효 전력(Q_T)을 나타내며 제6c는 사이크로 컨버터(CC₁)의 순환 전류 지령치(I₁*)를 나타낸다. Q_CCL<Q_cap가 된다면, 각 사이크로 컨버터에 순환 전류가 흐름으로써 무효 전력(Q_T)이 0상태가 되어질 것이다.

반면에 Q_CCL>Q_cap즉 몇몇의 사이크로 컨버터가 동시에 과부하 동작 상태로 작동될때 앞에서 서술한 바와 같이 각 사이크로 컨버터의 순환 전류가 최소치(I₀*)와 동일하도록 제어가 수행되게 된다.

결국 수전단의 무효 전력(Q_T)이 지면 상태가 되므로 1의 값을 갖는 역률의 관계식이 성립되지 않는다.

따라서 상기 과부하 동작이 주기적으로 발생할 경우 역률 보상 캐패시터(CAP)가 과부하 동작에 일치하기에 충분하도록 설정되는 것은 필수적이다. 그러나 일반적으로 정격 부하 이외의 부하 상태하에서 오랫동안 사이크로 컨버터 시스템이 작동 되고 과부하 동작이 요구되는 여러 경우가 있다.

특히, 다수의 사이크로 컨버터가 병렬 형태가 동작될 경우, 과부하 동작이 동시에 일어날 위험은 없다. 앞에서 서술한 바와같이 Q_CCL>Q_cap가 될때, 무효 전력(Q_T)은 지연 상태가 된다.

그러나 실제적으로 지연 무효 전력의 시간 간격은 짧고 여기에 관계된 발생 비율 또한 작고, 따라서 전력시스템의 영향이 크지 않게 된다. 모든 사이크로 컨버터는 과부하 상태하에서 동시에 작동되는 일은 거의 좀처럼 없다. 제6a도에서 모드 사이크로 컨버터가 과부하 상태하에서 동작될때 Q_CCL(최대)는 지연 무효 전력을 나타낸다.

동작하는 시스템에 따라서 역률 보상 캐패시터의 총 진상 무효 전력(Q_cap)은 최대 무효 절력(Q_CCL)(최대)을 상쇄하도록 정해진다. 따라서 이러한 총 진상 무효 전력(Q_cap)은 역률 보상 캐패시터의 용량 뿐만 아니라 사이크로 컨버터에 흐르는 순환 전류를 증가시킨다. 결과적으로 대용량의 변성기, 변류기 및 직류 리액터가 요구된다.

반면에 본 발명에 따른 시스템은 전체 사이크로 컨버터의 총 동작 모드를 좌우하는 역률 보상 캐패시터의 용량을 결정할 수 있다. Q_CCL의 값이 Q_CCP의 값보다 더큰 경우 조차도 최소 순환 전류가 흐르도록 하는 제어가 수행되고, 결국 순환 전류식 사이크로 컨버터의 특성 손실이 없는 가운데 연속 동작을 확실하게 한다.

따라서 이와같은 것은 출력 주파수의 상한치를 증가시키고, 부하의 파형에 있어서, 어떤 작은 왜형도 없는 사인파 전류를 유도할 수 있게 한다. 제7도는 다수의 사이크로 컨버터 병렬 구동 장치의 또다른 구성을 나타낸 블럭선도이다. 표시된 장치는 삼상 전원의 전원선(BUS) 역률 보상 캐패시터(CAP), 주 개패기(SW_A), (SW_B), (SW_C), (SW_D), 삼상-삼상 변환 시스템의 순환 전류식 사이크로 컨버터(CC-A)(CC-B)(CC-C)(CC-D), 교류 전동기(M_A)(M_B),(M_C(M_D)변류기(CT_S), 변성기(PT_S), 무효 전력 연산 회로(VAR), 비교기(C_Q), 무효 전력 제어 보상 회로(HQ) 분배회로(DST), 순환 전류제어 회로(ACR_A)(ACR_B) 순환 전류 제어 회로(ACR_A)(ACR_B)(ACR_C)(ACR_D) 부하 전류 제어 회로(ALR_A)(ALR_B)(ALR_C)(ALR_D), 위상 제어 회로(PHC-A)(PHC-B)(PHC-C)(PHC-D) 및 역률 보상 캐패시터용 개패 제어 회로(C-SEL)등으로 구성 되어 있다. 먼저 순환 전류식 사이크로 컨버터(CC-A)의 동작이 서술될 것이다.

제8도는 순환 전류식 사이크로 컨버터(CC-A) 및 교류 전동기(M_A)의 한 주요 회로의 예를 도시한 블럭선도이다. 이 도면에 도시된 회로는 전력 변성기(TrU)(TrV)(TrW), U위상 사이크로 컨버터(CC-U), V위상 사이크로 컨버터(CC-V), W 위상 사이크로 컨버터(CC-W), 교류 전동기의 전기자(M_A), U위상 전기자 권선(U), V위상 전기자 권선(V), W위상 전기자 권선(W)등을 지니고 있다.

U위상 사이크로 컨버터(CC-U)는 양(+)그룹 변환기(SSP), 음(-)그룹 변환기(SSN) 및 직류 리액터(L₁)(L₂)로 구성되어 있다. 제9도는 사이크로 컨버터의 제어회로의 한 일례를 나타낸 블럭 선도이다. 이 제어 회로는 제한 회로(LIM), 가산기(AD₁~AD₉), 비교기(C₁-C₆), 순환 전류 제어 보상 회로(G_OU)(G_OV)(G_OW), 부하 전류 제어 보상 회로(G_LU)(G_LV)(G_LW) 반전 증폭기(IOA₁)(IOA₂)(IOA₃), 위상 제어 회로(PHP_U)(PHN_U)(PHP_V)(PHN_V)(PHP_W)(PHN_W)로 구성되어 있다. 사이크로 컨버터(CC-A)의 동작이 제8도와 제9도에 의해 설명될 것이다.

정격 주파수를 가진 삼상 교류를 가변 주파수를 지닌 삼상 교류로 직접 변환하는 장치인 사이크로 컨버터(CC-A)는 U위상 사이크로 컨버터(CC-U), V위상 사이크로 컨버터(CC-V), W위상 사이크로 컨버터(CC-W)로 나누어진다. U 위상 사이크로 컨버터에서 수행 되는 순환 전류 제어와 부하 전류 제어의 동작이 먼저 서술될 것이다. 부하 전류(I_U)의 제어는 다음과 같은 효과를 가진다. 부하 전류(I_U)는 제9도에 나타나 있는 비교기(C₁)에서 검출된 부하전류(I_U)를 입력시키기 위해서 전류 검출기(CT_U)에 의하여 검출되어 진다. 비교기(C₁)는 오차(U=I_U*-I_U)를 출력 시키기 위하여 상기 검출된 부하 전류치와 부하 전류치(I_U)를 비교한다.

오차(ε_U)는 비례 증폭기가 수행되도록 제어 보상 회로(G_LU)의 다음 단계에 입력 된다(미분 혹은 전분 요소는 제어 반응을 증진시키는데 사용된다) 이러한 비례 상수는 K_U로 표시 될 것이다. 제어 보상 회로(G_LU)의 출력(K_U·ε_U)은 가산기(AD₁)를 통해서 양(+)그룹 변환기(SSP)의 위상 제어 회로(PHP_U)에 입력된다. 반전 증폭기(IOA₁)를 통해서 출력(K_U·ε_U)을 통과시킴으로써 얻어진 신호(-K_U·ε_U)는 음(-) 그룹 변환기(SSN)의 위상 제어 회로(PHN_U)에 입력된다. 양(+)그룹 변환기(SSP)는 제2도에 있는 화살 표시 방향으로 위상 제어 회로(PHN_U)의 입력(V_P=K_V·ε_U)에 비례하는 전압(V_P)을 생성한다. 이와 마찬가지로. 음(-)그룹 변환기(SSN)도 제2도에 있는 화살표 방향으로 위상 제어 회로(PHN_U)의 입력 신호(V_N)에 비례하는 전압을 만들게 된다.

먼저 순환 제어 회로로 부터 매우 작은 출력 신호가 있다고 가정하면 다음과 같이 표현된다.

따라서 음(-)그룹 변환기(SSN)의 점화 위상각(NU)은 양(+)그룹 변환기(SSP)의 점화 위상각(PU)에 관한 다음 관계식을 가지게 한다.

α_NU=18°-α_PU

즉, 제8도에 있는 화살표 방향으로 양(+)그룹 변환기(SSP)가 양(+) 전압(V_P)를 만들 경우, 음(-)그룹 변환기(SSN)는 음(-) 출력 전압(-V_N)을 만들게 된다.

다시 말하면 직류 리액터의 매개 단말부에서의 전압들이 V_P=-V_N과 같이 표시되는 바와같이 서로 평형이 유지 된다. 따라서 아래에 표현된 전압식은 부하(U)에 인가 되게 된다.

여기서 K_C은 변환 인수 이다.

I_U*>I_U일때 오차(ε_U)는 양(+)의 상태가 되고 인가된 전압(V_U=K_C·K_U·ε_U)은 부하 전류(I_U)를 증가 시키기 위하여 양(+)의 상태가 된다. 결과적으로 식(I_U=I_UA)은 실제적으로 성립되고 시스템은 평형상태가 될 것이다. 정헌적으로 부하 전류 지령치(I_U*)를 변형 시키면 실제 전류(I_U)는 이것에 따라 제어 되고 결국은 부하(U)에 사인파 전류가 유도될 것이다.

이제 U위상 사이크로 컨버터의 순환 전류제어의 동작이 서술될 것이다. 먼저, 전류 검출기(CT_P), (CT_N) 각각에 의하여 양(+) 그룹 변환기(SSP)의 출력 전류(I_P)와 음(-)그룹 변환기(SSN)의 출력 전류(I_N)를 검출하게 되고, 다음 식에 의하여 U위상 사이크로 컨버터의 순환 전류(I_OU)가 얻어진다.

I_OU=(I_P+I_N-|I_U|)/2

이식에서 I_U는 검출된 부하 전류(I_U)의 절대치를 표시한다.

상기 식에서 구해진 순환 전류는 제9도에 있는 비교기에 입력되며 이것은 그 지령치가(I_OU*)와 배비교된다. 오차(ε_OU=I_OU*-I_OU)는 제어 보상 회로(G_OU)(비례성분으로는 K_OU가 있다)를 통해 가산기(AD_A)(AD₂)에 입력된다. 따라서 위상 제어 회로(PHP_U)(PHN_U)에 인가된 입력(V_P)(V_N)은 다음과 같이 표현된다.

결국, 식(α_NU=180-α_P5)_k성립되지 않는다. 양(+)그룹 변환기(SSP)의 출력 전압(V_P)과 음(-) 그룹 변환기(SSN)의 출력 전압(-V_N)이 K_OU·ε_OU에 비례하는 값에 의하여 불평형이된다. 다음 표현식은 직류 리액터(L₁)(L₂)에 인가되며 결과적으로 순환 전류(I_OU)가 흐르게 된다.

V_P+V_N=K_C(V_P+V_N)

I_OU*>I_OU일때 오차(ε_OU)는 순환 전류(I_(U)를 증가시키기 위하여 양(+)의 상태가 된다. 반면에 I_OU*<I_OU일때 직류 리액터(L₁)(L₂)에 인가된 전압(V_P+V_N)이 순환 전류(I_OU)를 감소시키기 위하여 음(1-)의 상태가 되도록 오차(ε_OU)는 음(-)의 상태가 된다. 결과적으로 식(I_OU*=I_OU)은 실제적으로 성립될 것이고 시스템은 평형 상태가 된다.

V 위상 및 W 위상 사이크로 컨버터의 부하 전류(I_V)(I_W)와 순환 전류(I_OV)(I_OW)는 같은 방식으로 제어 된다. 또한 그 밖의 사이크로 컨버터(CC-B)(CC-C)(CC-D)역시 같은 방식으로 제어 된다. 제7도에 있는 시스템의 무효 전력 제어 동작을 서술해 보기로 한다. 먼저 첫번째 동작은 전체 시스템의 수전단위의 무효 전력(Q_T)를 검출하는 것이다.

즉, 전류와 전압은 삼상 전류 검출기(CT_S)와 삼상 전압 검출기(PT_S)각각에 의하여 검출되어 진다. 이와같이 검출된 값은 무효 전력 연산회로(VAR)에 입력되며, 무효 전력 인산 회로(VAR)는 검출된 삼상 전류에 의해서 곱해지도록 하여 검출된 삼상 위상 전압이 90°역위상되도록 동작 된다.

따라서 삼상에 해당하는 값을 다 합산하면 수전단의 상기 무효 전력(Q_T)의 구해진다. 검출된 무효 전력(Q_T)치와 그 지령치(Q_T*)는 오차(ε_Q=Q_T*-Q_T)를 얻기 위하여 비교기(C_Q)에 입력된다.

이와같이 구해진 오차(ε_Q)는 비례 증폭 혹은 적분 증폭을 발생시키기 위하여 제어 보상 회로(HQ)의 다음 단계에 입력 된다. 제어 보상 회로(HQ)의 출력 (I_OT*)은 전체 사이크로 컨버터의 순환 전류 지령치로서의 역활을 수행하게 된다. 각 사이크로 컨버터에 있어서 순환 전류 지령치(I_OA*)(I_OB*)(I_OC*)(I_OD*)는 나중에 서술된 분배 회로(DST)를 통해서 출력된다.

다음과 같은 가정식에 의해서 설명이 진행될 것이다.

I_OA*=I_OB*=I_OD*=I_OT*

사이크로 컨버터(CC-A)에서 순환 전류 지령치(I_OA*)가 유도되고 이러한 순환 전류 지령치(I_OA*)는 제9도에 있는 제한 회로(LIM)에 입력되며, 새로운 지령치

에 변환 된다. 제9도는 제한 회로(LIM)의 입출력 특성을 나타내고 있다. 입력(I_OA*)치가 0이 되거나 0보다 작을때 출력

은 0이 된다. 반면에 입력(I_OA*)치가 0보다 크거나 0이 될때 출력

은 I₀(최대)가 된다. 중간 매개 범위에서는 다음식이 성립된다.

제한 회로(LIM)의 출력은 가산기(AD₃)(AD₆)(AD₉)에 입력되고, 최소 순환 전류 지령치(I_OO*)가 가산되게 된다. 따라서 U 위상 사이크로 컨버터의 순환 전류 지령치(I_OU*)가 다음과 같이 표현된다.

U 위상 및 W 위상 사이크로 컨버터에서도 비슷한 순환 전류 지령치(I_OV*)(I_OW*)가 유도된다. 더우기 그 밖의 사이크로 컨버터(CC-B)(CC-C)(CC-D)에서도 비슷한 순환 전류 지령치(I_OB*)(I_OC*)(I_OD*)가 각각 유도 되어 지며 전술한 바와 마찬가지로 이 값은 각각 제한 회로를 통해서 새로운 지령치

로 변환되어 진다.

이러한 새로운 지령치

에 최소 순환 전류 지령치(I_OD*)가 가산된다. 이때 상기 지령치는 각 순환 전류 지령치 라서의 역할을 수행한다.

수전단에서 검출된 무효 전력치가 그 지령치(Q_T*)보다 작을 경우 오차(ε_Q=Q_T*-Q_T)는 제어 보상 회로(HQ)의 출력을 증가 시키기 위하여 양(+)의 상태가 될 것이다.

따라서 순환 전류 지령치가(I_OA*)(I_OB*)(I_OC*)(I_OD*) 또한 실제 순환 전류를 증가시키기 위해 증가될 것이다. 사이크로 컨버터의 순환 전류가 증가할때 수전단의 지연 무효전력(QT)도 증가한다. 그 결과 식(Q_T=Q_T*)이 성립될 것이다. 반면에 Q_T*<Q_T가 될때, 오차(ε_Q)는 지연 무효 전력(Q_T)치를 증가시키기 위해서 음(-)의 상태가 된다.

결과적으로, 지연 무효 전력이 최종적으로 이 지령치와 동일하도록 제어가 수행된다. 오차(ε_Q)가 음(-)의 방향으로 증가할 경우 제어 보상 회로(HQ)의 출력 (I_OT*)치는 음(-)의 상태가 된다.

따라서 각 사이크로 컨버터에서 유도된 순환 전류 지령치(I_OA*)(I_OB*)(I_OC*)(I_OD*)역시 음(-)의 상태가 될 것이다.

그러나 제한 회로(LIM)의 출력

이 음(-)의 상태가 되지 않고 0의 값을 갖는다. 결국 사이크로 컨버터(CC-A)의 U위상 사이크로 컨버터에서 식

이 순환 전류 지령치로써 유도된다. 따라서 최소 순환 전류(I_OU≒I_OO*)가 계속 흐르게 된다.

U 위상 사이크로 컨버터 W 위상 사이크로 컨버터의 동작도 위에서 서술한 방식과 동일하다. 더우기, 비슷한 최소 순환 전류가 사이크로 컨버터 (CC-B)(CC-C)(CC-D)에 계속 흘려지게 된다. 결과적으로 순환 전류가 중지 상태가 될 가능성이 없게 되고 순환 전류식 특성을 그대고 유지하게 된다. 제11도는 제7도의 시스템의 분배 회로(DST)의 구성을 나타낸 블럭 선도이다. 분배 회로(DST)는 절대치 회로(ABS₁~ABS₄), 연산증폭기(OA₁~OA₄), 가산기 /감산기 회로(A₁~A₄), 배음기(ML₁~ML₄), 아나로그 개폐회로 (AS₁~AS₄)등으로 구성되어 있다. 제1도에 도시된 무효 전력 제어 보상 회로(HQ)의 출력(I_OT*)값과 각각의 사이크로 컨버터(CC-A)(CC-B)(CC-C)(CC-D)에서 유도된 부하 전류 지령치의 최고치(I_mA*)(I_mB*)(I_mC*)(I_mD*)가 분배 회로(DST)에 입력된다. 즉, 사이크로 컨버터의 U 위상, V 위상, W 위상 부하 전류 지령치가 다음과 같이 표현된다.

여기서 W는 출력 각 주파수이다. 사이크로 컨버터(CC-A)에서 유도된 순환 전류 지령치(I_OA*)는 다음과 같이 결정될 것이다. 부하 전류 지령치의 최고치(I_mA*)는 절대치 회로(ABS₁)에 입력되고, 그 결과로 얻어진 입력치(|I_mA|/I_mA)가 가산기/감산기 회로(A₁)에 입력되며 결국 식(1-(|I_mA|/I_MA)이 만들어 지게 된다.

상기 가산기/감산기 회로(A₁)에서 얻어진 출력은 배울기(ML₁)에 인가되고 이 값은 상기 무효 전력제어 보상회로(HQ)의 출력신호(I_OT*)에 의하여 급해진다.

따라서, 다음 아래와 같은 순환전류 지령치(I_OA*)가 얻어지게 된다. 즉

I_O*=I_OT*×(1-|I_mA*|/I_MA)

이 식에서 I_MA는 부하전류지령치의 최고치(I_MA*) 혹은 이 최고치(I_MA*) 보다 약간 더 큰 값으로 설정된다. 게다가 다른 사이크로컨버터(CC-B)(CC-C)(CC-D)의 순환전류지령치(I_OB*)(I_OC*)(I_OD*)가 다음과 같이 표현될 것이다. 즉

따라서 사이크로 컨버터(CC-A)는 경부하 상태하에서, 그리고 다른 사이크로 컨버터(C-B)(CC-C)(CC-D)는 과부하 상태하에서 작동될 경우에 절대치 (I_mA*)를 값(I_MA)과 비교할때 비교적 작은 크기가 '될 것이'다. 이 결과로 '대량의 순환 전류 지령치(I_OA*)가 사이 사이크로 컨버터(CC-A)에서 유도되게 된다. 이때, 다른 사이크로 컨버터(CC-B)(CC-C)(CC-D)의 최고 부하 전류치는 다음과 같이 표현되게 된다.

결과적으로 순환 전류 지령치(I_OB*)(O_OC*)(I_OD*)는 작은 값이 된다.

다시 말하면 경부하 상태 하에서 사이크로 컨버터에 대량의 순환 전류가 흐르고 동시에 과부하 상태하에서 각 사이크로 컨버터에 소량의 순환 전류가 흐름으로써 총 무효 전력(Q_T)의 제어가 수행되게 된다. 따라서 과부하 상태에서 사이크로에 소량의 순환 전류가 흐르기에 적절하게 되고 결국은 변환기 전류 용량의 증대가 방지될 수 있다.

아나로그 개폐기(AS₁~AS₄)는 각 사이크로 컨버터의 작동이 정지될때, 즉 게이트 정지 상태가 일어날 때 각각의 순환 전류 지령치(I_OA*)(I_OB*)(I_OC*)(I_OD*)는 0으로 각기 설정 되도록 되어 있다. 제12도는 수전단에 연결된 역률 보상 캐패시터(CAP)의 한 예를 나타낸 회로도이며 이 역률 보상 캐패시터(CAP)는 여러 단계에 연결되도록 되어 있는 삼상 분배 캐패시터(CAP₁, CAP₂…등으로 나누어 진다. 각 단계에 장치된 개폐기(MC₁, MC₂…)를 동작시킴으로써 연결된 여러개의 분패 캐패시터는 개폐될 수 있다.

제13도는 제12도에 있는 개폐기(MC₁, MC₂…)를 제어하는 개폐 제어 회로의 한 예를 나타낸 블럭선도이다. 개폐 제어 회로는 히스테리시스(hysteresis) 회로(HYS), 단안정 멀리 바이브레이터(multivibrator) 회로(MM₁)(MM₂)(이하에서는 단안정 멀티라고 함), 업/다운카운터(CN), 및 선택 회로(SELECT)등으로 구성되어 있다.

제7도에 있는 시스템의 구성품인 무효 전력 제어 보상 회로(HQ)의 출력신호(I_OT*)는 히스테리시스호로(HYS)에 입력된다. 출력신호(I_OT*)가 히스테리시스의 상한치(

)를 초과할 정도로 증가할 때 증가된 펄스가 모노멀티(MM₁)를 트리거 되도록 발생된다.

모노멀티(MM₁)의 출력신호에 의하여 카운터(CN)의 계수치는 1씩 증가된다.

카운터(CN)의 출력에 반응시키면서 선택회로(SELECT)는 역률 보상 캐패시터(CAP)에 연결된 분배 캐패시터의 숫자를 하나씩 감소하도록 하는 출력을 만든다.

캐패시터(CAP)의 용량이 감소될때 수전단의 무효전력(Q_T)은 무효 전력 제어 보상 회로(HQ)의 출력신호(I_OT*)를 감소시키면서 지연된다. 이때 감소된 용량은 출력 신호(I_OT*) 값이 하한치(

)에 도달하는 정도의 크기에서 결정 되어진다. 반면에 사이크로 컨버터가 과부하 상태하에서 동작될 경우 출력 신호(I_OT*) 값을 히스테리시스의 하한치(

) 이하의 값으로 감소 되게 되며 모노멀티(MM)를 트리거 상태로 만드는 감쇠펄스 발생하게 되고 결국 카운터의 계수치는 1씩 감소하게 된다. 모노멀티(MM₂)의 출력에 반응하면서 선택회로(SELECT)는 역류 보상 캐패시터에 연결되는 분배 캐패시터의 수가 하나씩 증가되도록 하는 출력을 만들게 된다.

제14도는 카운터(CN)의 계수치와, 역률 보상 캐패시터(CAP)가 네 단계로 나누어질 경우의 개폐기(MC₁~MC₄) 갯수간의 상호 관계를 도시하고 있다.

순환 전류 지령치(I_OT*)의 크기에 의존하는 역률 보상 캐패시터(CAP)에 연결되어 있는 분배 캐패시터의 수를 제어함으로써 여러가지 잇점이 기대되어 질 수 있다.

즉 이러한 제어를 하면 각 사이크로 컨버터에 흐르는 순환 전류치가 특히 경부하 상하에서 작지 않게 되며, 변환기내의 손실 뿐만 아니라 전력 변성기 혹은 직류 리액터 내의 손실을 감소시키게 되어 결국 전체 시스템의 작동 효율이 증가하게 된다. 일본 특허 공보 제 58-60328호에서 밝힌 바와같이 본 발명은 델타(delta)접속형 순환 전류식 사이크로 컨버터를 사용함으로써 실제화될 수 있음은 말할 필요가 없다.

제3도에 있는 총 무효 전력 제어회로(TQC)는 분배용인 연산 증폭기(G₁, G₂…G_n)가 첫 단계에 장치되고 그 이후의 단계에는 제한 회로(LM₁, LM₂…LM_n) 및 가산기(AD₁, AD₂…AD_n)이 장치되도록 되어 있다.

이와같은 구조대신에 역 배열 형태로는 구성될 수도 있다. 즉 제한 회로 및 가산기가 먼저 장치되고 그 뒤에 분배용 연산 증폭기(G₁', G₂……G_n)가 장치된다.

이러한 경우에 단지 하나의 제한 회로 및 하나의 가산기만으로도 충분하다.

또한 본 발명에 의한 동작 시스템이 비록 비순환 전류식 사이크로 컨버터가 다수의 사이크로 컨버터내에 포함되어 있을지라도 동일한 방식으로 동작될 수 있다. 지금까지 서술한 바와같이 본 발명에 따른 장치가 지니고 있는 여러가지 장점은 다음과 같다.

(1) 수전단에 역률 보상 캐패시터를 구성하는 캐패시터가 집합적인 형태로 설치되기에 좋기 때문에 규정에 적합한 권선의 수와 면적을 줄일 수 있게 되어 있다.

(2) 사고로 인해 하나 혹은 몇개의 사이크로 컨버터 게이트 중지 상태가 발생될 지라도 수전단의 무효전력은 다른 일반적인 사이크로 컨버터에 의하여 연속적인 방식으로 제어될 수 있고 따라서 전력 시스템에 주어지는 영향이 최소 상태가 되도록 억제될 수 있다.

(3) 수전단에 연결된 역률 보상 캐패시터의 용량은 다수의 사이크로 컨버터의 동작 모드를 고려하여 최적치가 선택될 수 있고 결국 용량은 감소될 수 있다.

(4) 불필요한 순환 전류가 흐를 가능성이 없기에 전력 변성기 혹은 변환기의 용량이 감소될 수 있다.

(5) 동시에 고 효율 상태로 다수의 컨버터가 동작될 수 있다.

(6) 전체 사이크로 컨버터 시스템의 지연 무효 전력의 합이 과부하 동작에 기인된 역률 보상 캐패시터의 용량을 초과할 경우 각 사이크로 컨버터에서 유도된 순환 전류 지령치가 0이 아닌 고정치로 유지되도록 하는 제어 동작이 수행되며 순환 전류식 사이크로 컨버터의 특성의 손실없이 동작이 항상 실제화 된다.

(7) 각 사이크로 컨버터에 흐르는 순환 전류가 경부하 상태에서 증가될 경우 순환 전류 지령치에 좌우되는 역률 보상 캐패시터에 연결된 분배 캐패시터의 수를 감소시키는 제어 동작이 효과가 있게 되며 결국 동작 효율이 좋아지게 된다.

(8) 각 사이크로 컨버터가 경부하 상태 혹은 과부하 상태하에서 각각 동작될 경우, 경부하 상태로 동작되는 사이크로 컨버터에 순환 전류가 많이 흐르게하며 동시에 과부하 상태로 동작되는 사이크로 컨버터에 순환 전류가 작게 흐르는 분배제어가 수행될 수 있다.

Claims

교류 전원과 이러한 교류 전원에 병렬로 연결된 다수의 순환 전류식 사이크로 컨버터, 상기 각각의 사이크로 컨버터로부터 나온 전력을 받는 다수의 부하와, 상기 교류 전원의 수전단에 집합적으로 접속된 복합 캐패시터로 이루어진 역률 보상 캐패시터, 상기 각각의 사이크로 컨버터의 출력 제어장치 및 순환 전류 제어 장치, 상기 교류 전원의 수전단의 총 무효 전력을 제어하기 위하여 각각의 사이크로 컨버터의 순환 전류 제어 장치에 순환 전류 지령치를 부여하는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 사이크로 컨버터의 병렬 동작 장치.
제1항에 있어서, 상기 각 사이크로 컨버터의 순환 전류 제어장치에 부여되는 순환 전류 지령치를 각 해당 사이크로 컨버터의 최고 출력 전류치의 크기에 대응시켜 분배되어 부여되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 사이크로 컨버터 병렬 동작 장치.
제1항에 있어서, 상기 역률 보상 캐패시터를 여러 단계로 분할하여 상기 순환 전류 지령치의 크기에 좌우하는 각 해당 역률 보상 캐패시터의 갯수를 제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 사이크로 컨버터의 병렬 동작 장치.
교류 전원과 이러한 교류 전원에 병렬로 연결된 다수의 순환 전류식 사이크로 컨버터, 상기 각각의 사이크로 컨버터로부터 나온 전력을 받는 다수의 부하와, 상기 교류 전원의 수전단에 집합적으로 접속된 복합 캐패시터로 이루어진 역률 보상 캐패시터, 상기 각각의 사이크로 컨버터의 출력 제어 장치 및 순환 전류 제어장치, 상기 교류 전원의 수전단의 총 무효 전력을 제어하기 위하여 각각의 사이크로 컨버터의 순환 전류 제어 장치에 순환 전류 지령치를 부여하는 장치, 상기 각각의 순환 전류 지령치가 어느 최소치보다 작지 않도록 하는 장치 등으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 사이크로 컨버터에 병렬 동작 장치.
제4항에 있어서, 상기 각 사이크로 컨버터의 순환 전류 제어 장치에 부여되는 순환 전류 지령치를 각 해당 사이크로 컨버터의 최고 출력 전류치의 크기에 대응시켜 분배부여 되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 사이크로 컨버터 병렬 동작 장치.
제4항에 있어서, 상기 역률 보상 캐패시터를 여러 단계로 분할하여 상기 순환 전류 지령치의 크기에 좌우하는 각 해당 역률 보상 캐패시터의 갯수를 제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 사이크로 컨버터 동작 장치.