KR900005427B1 - 교류 전원 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

교류 전원 장치

제1도는 본 발명의 제1실시예를 설명하는 회로도.

제2도는 본 발명의 제2실시예를 설명하는 회로도.

제3도는 본 발명의 제3실시예를 설명하는 회로도.

제4도는 본 발명의 제4실시예를 설명하는 회로도.

본 발명은 교류 전원장치에 관한 것이다. 전압형 PWM 인버터를 사용하는 전원장치는 종래의 기술분야에서 정전압 정주파수(CVCF)형 전원장치등으로 알려져 있다.

그러한 장치들에서 인버터는 직류전원으로부터 공급되는 직류전압 ON/OFF시키고, 그에 의해서 정현파형으로 펄스폭 변조된 출력전압을 발생시킨다. 이 출력전압은 대량의 높은 고조파를 포함하므로 인버터의 출력단에 고조파를 흡수하기 위하여 인버터의 출력에 연결된 평활용 리액터와 커패시터가 출력전압 파형을 개선하여 부하측에 정현파 전압출격을 공급하는데 사용되고 있다.

한편, 출력전압은 변압기에 의해서 전기적으로 절연되고, 2차측 출력의 진폭은 정류기에 의해서 검출된다. 이 검출된 진폭은 기준전압과 더불어 전압 제어기에 공급되고 양 값이 비교 제어된다. 이 전압제어기의 출력에 따라서, 패턴 PWM 신호발생기는 인버터의 ON/OFF제어를 행하여 정현파로 변조된 PWM 신호를 발생시킨다.

그러나 상기 종래 시스템은 출력정압의 순사값을 제어함이 없이 정류된 출력전압을 피드팩시켜 줌으로서 제어되어, 단지 출력전압의 진폭만 제어가능하므로 결국 파형의 찌그러짐은 제어하지 못한다.

따라서, 파형의 찌그러짐이 적은 정현파를 얻기는 어렵다. 이 시스템의 또다른 결점으로는 출력파형이 부하에 따라 변화된다는 것이다. 특히 정류기 부하등과 같은 비선형 부하가 연결될 때 문제가 된다.

출력전압의 파형 찌그러짐은 출력측에 연결되는 전자계산기와 같은 부하에 대하여 나쁜 영향을 준다.

그러므로 파형 찌그러짐을 제거하기 위하여 필터가 사용됐다. 필터의 단계수를 증가시킴으로써 파형 찌그러짐은 바람직하게 제거될 수 있다.

그러나 다수의 필터가 삽입될 때, 전원장치의 전체 시정수가 커져서 고응답제어를 실현시키지 못하게 된다.

이러한 관점에서 출력전압의 순시값을 제어하는 시스템이 이미 제안되어 있다. 이 시스템에 의하면, 검출된 출력전압은 교류형태로된 출력전압인 기준정현파와 비교되어 순시값 제어를 행한다.

즉, 인버터 장치의 출력전압은 변압기에 의해서 검출된 다음 검출된 교류신호상태의 출력전압은 기준 정현파와 전압제어기내에서 비교 제어된다. 전압제어기의 출력은 인버터으 기준 출력전류가 된다. 출력전류기준과 변류기에 의해서 검출된 출력전류가 비교제어된다. 전류 제어기의 출력에 따라서 PWM 신호발생기는 인버터의 ON/OFF동작을 제어한다.

출력전압의 경류된 신호를 근거로 직류레벨과 전압제어를 행하여, 기준진폭을 갖는 정현파 신호를 출력으로서 얻고, 그에 의해 힌버터 출력전류를 제어하는 다른 방법도 제안되어 있다. 이 방법으로 출력전류는 정현파가 된다. 그러나 출력전답은 부하에 의존된다. 이런 이유로, 틀히 정류부하와 같은 비선형부하의 경우에 출력전류는 정현파가 되지 않는다. 따라서 교류신호를 사용하여 출력전압의 비교제어를 행할 필요가 있다.

출력교류 전압의 순시값이 이와 같이 제어될 때에 출력교류 전압은 출력측의 리액터나 커패시터에 의한 공진주파수나 높은 주파수에서 180°의 위상각으로 변화된다. 그 결과 발진의 원인이 되어 제거가 불안정해진다. 따라서 제어시스템의 응답이 개선될 수 없고 예를 들면 증폭기의 이득을 높일 수 없어, 출력전압이 기준 정현파에 대하여 찌그러지는 문제점이 야기한다. 공진주파수를 높이려는 시도는 필터정수(L 및 C)를 줄이는 것이 되어 고조파를 억제하는 것이 어렵게 된다.

본 발명의 목적은 그 출력전압 파형의 찌그러짐을 최소호 하기 위하여 전원장치가 기준 정현파 전압에 대하여 출력전압을 안정된 상태로 추종 제어시킬 수 있는 특징을 갖는 전압형 PWM 인버터로 구성되는 CVCF형 전원장치로 제공하는데 있다.

본 발명에 의하면 이러한 목적은 전압형 PWM 인버터로 구성된 CVCF전원장치의 출력에 접속된 커패시터의 전류를 기준 정현파와 비교하고 출력전압 파형을 제어하도록 비교결과를 사용하여 추종제어를 행하고, 커패시터의 기준전류의 진폭을 변화시키고, 그에 의해서 출력전압의 크기를 제어함으로써 달성될 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예들을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저 제1도를 참조하면, 본 발명에 의한 교류 전원장치의 제1실시예가 나타내 있다. 이 실시예에서의 교류전원장치는 직류전원 1, 직류전원 1에 접속된 PWM 제어인버터 2, 인버터 2의 출력에 접속된 PWM제어인버터 2, 인버터 2의 출력에 접속된 평활리액터 3, 인버터 2의 출력에 접속된 평활리액터 3, 인버터 2와 부하 5의 출력의 고조파를 흡수하기 위한 커패시터 4로 구성되어 있다. 주 회로에 있어서 정현파 발진기 11의 출력과 변류기 13의 검출된 전류와의 비교결과를 전류제어기 14 및 PWM 신호발생기 15를 거쳐서 인버터 2호 공급한다.

청현파 발진기은 인버터 2의 출력파형과기준전압 12의 값을 설정함으로써 결정되는 진폭을 결정하기 위한 출력을 생성시킨다.

또 커패시터 4를 흐르는 전류 Ic에 대응하는 정현파 신호는 변류기 13의 출력으로서 얻어진다.

따라서 인버터 2는 정현파 제어신호를 수신하고 정현파 출력을 생성시키는게 동작된다.

이제 제1도에에 나타낸 제1실시예의 동작을 설명하겠다. 진폭 설정기 12의 출력을 기준진폭으로하여, 제1의 정현파 발진기 11A가 커패시터 기준전류가 될 소정 주파수를 갖는 제1정현파 기준신호를 발생시킨다. 이 정현파 신호는 커패시터 4의 순시값 기준 진류로서 작용한다.

전류제어기 14는 커패시터 4를 통해 흐르는 교류전류를 추종 제어하도록 커패시터 4에 접속된 변류기에 의해서 검출된 커패시터 전류신호를 정현파 발진기 11의 출력과 비교한다. 전류제어기 14의 출력에 응답하여 PWM 신호발생기 15는 인버터 2가 ON/OFF동작을 행할 수 있게 한다. C는 커패시터의 용량 Ic는 커패시터 전류, Vo는 출력전압, f는 출력주파수로 나타내어 설정하였을 때, 다음과 같아 나타내어진다.

따라서 커패시터 전루 Ic의 파형이 정현파가 되도록 추종제어함으로써 출력전압인 Vo도 역시 정현파가 된다. 그 밖에 기준전압 12를 조정할 수 있도록 함으로써 커패시터 기준전류의 진폭을 변화시켜 출력전압의 진폭을 변화시킬 수 있도록 한다.

다른 한편 (1)식에서 부하를 나타내는 매개변수가 포함되어 있지 않기 때문에 출력전압이 정류가 부하나 부하변동에 대해서도 파형 찌그러짐이 없는 우수한 정현파를 유지하도록 제어할 수 있음이 명백하다.

그밖에 평활리액터 3대신에 출력전압의 승압이나 강압 또는 절연을 위하여 변압기가 사용되어도 좋다. 변압기의 누설 임피던스를 평활리액터로 활용하는 것은 본 발명의 주제와 위배되는 것이 아님은 명백한 것이다.

제1실시예에 관해서 앞으로 설명한 것으로부터 명백한 바와 같이 전압형 PWM 인버터로 구성된 CVCF형 전원장치는 비교결과를 사용하여 추종제어를 하도록 출력에 접속된 커패시스터를 통하여 흐르는 전류를 기준 정현파와 비교하도록 구성함으로서 그에 의해 출력전압이 정현파형을 갖고서 파형 찌그러짐이 없는 우수한 정현파 출력을 제공하도록 제어하는 것이 가능하다.

또 본 실시예에 있어서의 전원장치는 비선형 부하나 부하변화에 대해서도 양호한 정현파 출력을 유지하도록 파형 찌그러짐을 억제할 수 있는 것이다.

본 발명의 제2실시예를 제2도를 참조 설명하겠다.

제2도에 나타낸 CVCF형 전원장치는 어느 범위내의 예를 들어 50/60Hz의 주파수를 변화시키는 기능을 갖고 있다.

제2도에 나타낸 실시예에는 제1도에 나타낸 제1실시예와 기준주파수 12A 및 12B와 교류전압 커패시터 16이 새로이 추가된 점이 다르다.

본 실시예에 있어서 동작은 제1실시예에 동작에 비하여 대체적으로는 동일하므로 틀린동작에 한하여 설명하겠다.

본 실시예에서 인버터 출력주파수는 고정되지 않고 기준 주파수 12A 및 12B에 의해서 가변적이다. 따라서 출력전압 Vo을 상기 (1)식에서 주파수 f의 변화에 대하여 일정하게 유지하기 위하여 커패시터 전류 Ic가 주파수 f에 비례하도록 해야 한다.

본 실시예에서 교류결합 커패시터 16은 직류신호를 차단(cut-off)하는데 사용되므로 커패시터 기준전류 Ic의 진폭이 주파수 f에 비례하도록 해야한다.

이 실시예가 제1도에 나타낸 제1실시예와는 주파수가 가변이란 점에서 다르지만 인버터 출력의 커패시터 전류가 기준 정현파와 같도록 추종제어가 행해지는 점은 제1실시예와 동일하다. 이점은 본 발명의 주제에 위배되는 것이 아니다. 본 발명의 제3실시예를 제3도를 참조하여 설명하였다.

제3도에서 제1도 및 제2도에 나타낸 것과 동일번호로 지시된 부분은 각각 동일부분을 나타낸다. 본 실시예가 제1도나 제2도에 나타낸 실시예와 다른 점을 출력 전압을 검출하기 위한 전압검출기 31, 정현파 발진기(이후 제1정현파 발진기라 칭하겠다)11A, 그리고 제1정현파 발진기 11A의 출력을 보정하기 위하여 전압검출기 31의 출력과 제2정현파 발진기 11B간의 편차에 응답하는 전압제어회로 32를 새롭게 추가한 것이다.

본 실시예의 동작을 설명하겠다. 제1정현파 발진기 11A는 진폭설정기 12의 출력을 기준진폭으로하여 커패시터 기준전류로서 작용하는 소정 주파수의 제1정현파 기준신호를 발생시킨다. 마찬가지로 진폭설정기 12의 출력을 진폭기준으로하여 제2정현파 발진기 11B가 커패시터 기준전류를 90°만큼 위상을 늦춘 제2의 기준 정현파 전류를 발생시킨다. 이 제2정현파 기준신호는 출력전압의 기준 순시값으로 작용한다. 전압제어회로 32는 전압검출기 31로부터의 출력전압신호와 제2정현파 발진기 11B부터의 기준출력전압간의 비교에 응해서, 양신호의 편차가 영(0)이 되게 하는데 필요한 커패시터 전류의 보정값을 연산한다. 전압제어회로 32의 출력은 제1정현파 발진기 11A로부터 출력되는 커패시터 기준전류에 가산된다. 다시말하면 커패시터 기준전류는 출력전압 편차가 영이 되는 방향으로 보정된다. 전류제어회로 14는 전류검출기 13으로 부터의 커패시터 전류신호와 보정된 커패시터 기준전류의 비교에 따른 출력에 응해서 PWM 제어회로 15를 구동시켜서 커패시터 4의 교류전류가 보정된 커패시터 기준전류와 같아지도록 추종제어를 한다.

정상상태에서는 출력전압 파형 및 출력전압 기준파형은 실질적으로 완전히 서로일치되므로 단지 소량의 보정량만이 커패시터 기준전류에 가해질 뿐이다. 다른 한편 저주파 출력전압 편차 특히 직류성분의 출력전암 편차가 부하변동에 의해서 발생했을 때 편차에 상응하는 보정량이 커패시터 기준전류에 가산되어 출력전압 편차가 영이 되게 제어된다.

상술한 바와 같이 본 실시예에서의 전원장치는 출력단자에 접속된 커패시터 4를 통하여 흐르는 전류를 추종제어하여 출력전압이 정현파형을 갖도록 출력전압을 직접 커패시터 전류 제어시스템내로 피드백시키기 위한 전압 제어시스템을 갖추고 있다.

본 실시예는 커패시터 4의 전류와 전압간의 위상차가 90°로 유지된다는 사실에 착안하여 커패시터 기준보다 위상각이 90°늦은 정현파 신호를 출력기준전압으로하여 출력전압을 추종제어 가능하게 한 것이 특징이다. 결과적으로 리액터 3과 커패시터 4에 의해 결정되는 공진주파수보다 높은 주파수로 안정된 제어가 행해지는 커패시터 전류 제어시스템의 이점을 계속 보유하는 한편 본 실시예의 교류 전원장치는 커패시터 전류 제어 시스템만으로는 곤란하였던 방해(disturbance) 등에 의한 출력전압의 저주파진동의 억제문제를 해결하고 안정된 상태로 파형의 찌그러짐이 없는 양호한 정현파 출력전압을 제공할 수 있게 하고 있다.

본 발명이 평활리액터 3 대신 출력전압의 승압이나 강압 또는 절연을 위하여 변압기의 누설 임피던스를 이용 평활리액터로 사용한 회로구성이 상술한 제3실시예의 구성과 같은 구성으로 적용될 수 있음은 명백한 일이다.

상술한 실시예에서 단상회로가 설명되었지만 본 발명은 3상회로에 있어서도 같은 그송으로 적용될 수 았음은 물론이다.

본 발명의 제4실시예를 제4도를 참조하여 설명하겠다. 본 실시예는 주회로내의 과전류를 검출하기 위하여 구성된 것이고 인버터의 출력을 검출된 과전류에 의해서 억제하는 것이다.

이것을 실현시키기 위하여 주회로내의 부하전류변동을 검출할 수 있는 부분에 변류기 21를 설비하여 변류기 21의 출력신호가 스레숄드(threshold)회로 22를 거쳐서 전류제어회로 14의 입력단자로 유도되도록 해준다.

이 출력신호는 전류제어회로 14가 인버터의 출력을 억제시키는 극성을 같도록 인버터 제어회로(14,15)로 공급된다.

이와 같은 회로배렬로 주회로를 거쳐 흐르는 전류가 스레숄드 회로에 설정된 임계치 이상일 경우 전류제어회로 14가 인버터 2의 출력을 억제하도록 동작한다. 이와 같이하여 본 실시예는 과전류에 대한 대책을 강구할 수 있는 것이다.

전술 설명에서 명백한 바와 같이 PWM 인버터로 구성되는 CVCF형 전원장치는 출력에 접속된 커패시터를 흐르는 전류가 기준정현파에 일치하도록 추종제어하여 출력전압이 정현파형을 갖도록 효율적으로 제어하는 것이 가능한 것에 특징이 있다. 커패시터 전류는 위상각 90°만큼 전위되지만 심지어 고이득 증폭기를 사용한 제어시스템을 통과할때에만 발진상태가 되는 위상각 360℃의 전위는 되지 않는다. 따라서 파형 찌그러짐이 없는 우수한 정현파 출력을 얻을 수 있는 것이다. 또 비선형 부하나 부하변동에 대해서 우수한 정현파 출력전압을 유지하기 위하여 파형 찌그러짐이 억제되게 제어할 수 있는 이점도 있다. 결과적으로 인버터의 스위칭 주파수이하의 주파수의 고조파 성분은 출력전압으로부터 제거되고 또 비교적 주파수가 높은 스위칭 주파수이상의 주파수의 고조파성분을 소형의 필터를 사용하여 제거하는 것이 용이하다. 이와 같이하여 전자계산기등 부하에 나쁜 영향을 주는 고조파를 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 부하에 교류전력을 공급하기 위하여 직류전원(1)에 연결된 PWM제어 인버터(2)와 상기 인버터(2)의 출력에 연결된 평활리액터(3)와, 상기 인버터(2)의 출력의 고조파 전류를 흡수하기 위하여 상기 평활리액터(3)의 출력에 연결된 커패시터(4)와 정현파 기준신호를 발생하기 위한 회로(11)를 갖는 교류전원장치에 있어서, (a)상기 커패시터를 통하여 흐르는 전류를 검출하기 위한 수단(13) 및 (b)상기 정현파 기준신호와 상기 커패시터를 통하여 흐르는 상기 전류에 응하여 거들의 비교결과에 준하여 상기 전압형 인버터를 제어하는 수단(14,15)을 갖는 것을 특징으로 하는 교류 전원장치.
2. 제1항에 있어서, a) 상기 전원장치의 출력전압을 검출하기 위한 수단(31); b) 커패시터 전류기준으로서 제1정현파 기준신호를 발생하는 회로(11A); c)출력전압기준으로서 상기 제1정현파 기준신호와 90°의 위상차를 갖는 제2정현파 기준신호를 발생하는 회로(11B); d) 상기 제1정현파 기준신호의 값을 상기 제2정현파 발생회로(11B)와 상기 출력전압검출수단(31)의 비교결과에 준하여 보정하는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 전원장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정현파 기준신호를 발생하는 상기 회로에 진폭조정수단(12)이 더 설비되어 있는 것을 특징으로 하는 교류 전원장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정현파 기준신호를 발생하는 상기 회로에 주파수 조정수단(12A)이 더 설비되어 있는 것을 특징으로 하는 교류 전원장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 교류 전원장치의 출력전류를 검출하는 수단과 상기 검출수단의 출력이 임계치 이상일 경우에 전류억제신호를 생성하는 수단을 더 포함하여 상기 전압형 인버터의 상기 출력 전류를 상기 전류억제신호에 준하여 억제하는 것을 특징으로 하는 교류 전원장치.

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