KR930000432B1 - 무정전 전원 공급 장치 및 전원 공급방법 - Google Patents

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가부시기가이샤 메이덴샤
이노구마 도기히사
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Abstract

내용 없음.

Description

무정전 전원 공급 장치 및 전원 공급방법
제1(a)도는 종래의 DC 스위치형의 무정전 전원 공급 장치에 관한 블록도이고,
제1(b)도는 종래의 부동형(浮動型)의 무정전 전원 공급 장치에 관한 블록도이고,
제2도는 이 발명의 무정전 전원 공급 장치에 관한 블록도로서, 주로 전력 인버터 제어 시스템으로 이루어져 있으며,
제3(a)도는 상용 교류 전원 공급라인과 전력 인버터에 관한 등기 회로도로서, 상용전원 전압 변동에 대한 전압 조정동작을 설명하는 것으로, 상용전압이 부하전압보다 높은 경우를 나타낸 것이며,
제3(b)도는 상기 제3(a)도의 등가 회로도의 전압전류에 관한 벡터도이고,
제4(a)도는 제3(a)도와 같은 등가 회로도로서, 상용전압이 부하전압보다 낮은 경우를 나타낸 것이며,
제4(b)도는 제4(a)도의 등가 회로도의 전압 전류에 관한 벡터도이고,
제5(a)도는 상용 교류 전원 공급라인과 전력 인버터에 관한 등가 회로도로서, 상용전원 전압 변동에 대한 전압 조정동작과 전지 충전 동작을 설명하는 것으로, 상용 전압이 부하전압보다 높은 경우를 나타낸 것이며,
제5(b)도는 제5(a)도의 등가 회로도의 전압 전류에 관한 벡터도이고,
제6(a)도는 제5(a)도와 같은 등가 회로도로서, 상용전압이 부하전압보다 낮은 경우를 나타낸 것이며,
제6(b)도는 제6(a)도의 등가 회로도의 전압 전류에 관한 벡터도이다.
이 발명은 무정전(無停電) 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 무정전 전원 공급 장치용 인버터 제어장치에 관한 것이다. 상용 교류 전원이 정전되었을 때에도 인버터에서 부하로 전력을 공급하기 위하여 전력 인버터는 일반적으로 상용 교류 전원 공급 라인과 병렬로 접속되어 있다.
종래의 무정전 전원 공급 장치는 DC 스위치형과 부동형(浮動型)의 두가지로 분류된다.
DC 스위치형의 경우는 직렬로 접속된 AC-DC 컨버터(전력 정류기)와 DC- AC 컨버터(전력 인버터)가 상용 교류 전원 공급 라인과 병렬로 접속되어 있고, 전지는 상용 교류 전원이 오프인 경우에만 닫히는 DC스위치를 통하여 전력 인버터에 접속되고 , 정전압 전지 충전기가 상용 교류 전원 공급 라인과 전지 간에 접속되어서 전지를 연속적으로 충전시키고 있다. 또한 전력은 상용 교류 전원이 정상일 때에도 전력 인버터로 부터 AC 스위치를 통해 공급된다.
이러한 상기 DC 스위치형의 무정전 전원 공급 장치에는 다음과 같은 결점이 있다.
(1) 상용 교류 전원이 정상일 경우에는 전력 인버터는 항상 작동하고 있기 때문에 정류기 손실이 커서, 전력 효율이 높지 않다.
(2) 전력 정류기와 전지 충전기가 같이 조합되어 있기 때문에 장치가 대형이고 코스트도 많이 든다.
한편, 부동형의 경우는 DC-AC 컨버터(전력 인버터)가 상용 교류 전원 공급 라인과 병렬로 접속되어 있고, 전지는 전력 인버터에 항상 접속되어 있고, 정전압 전지 충전기가 상용 교류 전원 공급 라인과 전지간에 접속되어서 전지를 연속적으로 충전하며, DC-AC 컨버터와 자동전압 조정기가 전지용으로 구비되어 있다. 상기 DC 스위치형의 경우와 마찬가지로, 상용 교류 전원이 정상일 때에도 전력은 전력인버터로부터 AC 스위치를 통해 공급된다.
이러한 부동형의 무정전 전원 공급 장치에는 다음과 같은 결점이 있다.
(1) 상용 교류 전원이 정상인 경우에도 전력인버터는 항시 작동하고 있으며 또한 자동전압 조정기가 항시 작동하여 전지 단자전압을 소정치로 유지하고 있기 때문에 전력 효율이 높지 않다.
(2) 전지 충전기와 자동전압 조정기가 함께 조합되어 있기 때문에 장치가 대형이고 코스트도 많이 든다.
종래의 무정전 전원 공급 장치에 관하여는 발명의 상세한 설명란에서 도면을 통하여 보다 상세하게 설명한다.
이 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 첫째, 소형이고 코스트가 낮으며, 전력 절환의 신뢰성이 높은 무정전 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
이 발명의 다른 목적은 전체 전력 효율을 현저하게 개선시킬 수 있는 무정전 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
이 발명의 또다른 목적은 상용 교류 전원이 변동하여도 부하전압을 일정치로 자동적으로 조정할 수 있는 무정전 전원 공급 장치를 제공하고자 하는 것이다.
이 발명의 목적은 또한 상용 교류 전원이 정상인 경우에는 전력 인버터의 전지를 충전할 수 있는 무정전 전원공급 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 제1목적을 달성하기 위하며, 이 발명의 무정전 전원 공급 장치는 (a) 상용 교류 전원에 접속된 AC 스위치, (b) 상용 교류 전원이 이상 상태에서 정상 상태로 바뀌었을 때에, AC 스위치를 작동시키기 위한 전원 온 신호를 AC 스위치에로 출력하는 상용 교류 전원감시수단, (c) 상용 교류 전원의 정상 또는 이상 상태에 관계없이 전력을 부하에 공급하는 전력 인버터 수단, (d) 소정의 인버터 주파수치 fo에 근거하여 인버터 주파수를 결정하는 삼각파 신호를 출력하는 기본 인버터 주파수 설정수단, (e) 소정의 인버터 전압치 Vo에 근거하여 인버터 전압을 결정하는 DC 전압신호를 출력하는 기본 인버터 전압 설정수단, (f) 삼각파 신호 전압 레벨과 DC 전압 레벨을 비교하고 인버터 수단에 인버터제어 신호를 출력하는 인버터 제어수단으로서 인버터 주파수가 삼각파 신호 주파수에서 결정되며 또한 인버터 유효 전압은 삼각파 신호 전압레벨이 DC 전압 레벨을 초과한 시간 간격으로 결정되는 것으로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 장치에서는, 상용전원은 상용 교류 전원이 정상일 경우에만 주전원 공급 라인상에서 AC 스위치를 통해 부하에로 공급되고, 인버터 전원은 상용교류 전원이 정상 또는 이상인지의 여부에 관계 없이 보조전원 공급 라인상에서 부하에 공급된다. 또한 전지 충전기나 전력 정류기는 없다.
상기 제2 및 제3의 목적을 달성하기 위하여, 이 발명의 무정전 전원 공급 장치는 (a) AC 스위치(1a)와 부하 간에 접속된 주공급 라인인덕터(L1), (b) 상용 교류 전원과 기본 인버터 주파수 설정수단과의 사이에 접속되고 인버터 제어수단으로부터 귀환 루프가 접속되어 위상차 검출수단을 갖는 위상 일치수단으로서 상용 교류 전원과 인버터 전원의 위상차를 검출하고, 인버터 주파수 설정수단에 위상차 신호를 출력하여 인버터 전원주파수 fi를 상용 교류 전원주파수 fc에 맞게 조정하고, 인버터전원 위상이 상용 교류 전원 위상에 일치하였을 때에 위상 일치 신호 B를 상용 교류 전원 감시 수단에 출력하여 감시수단이 전원 공급 신호 C를 AC 스위치에 출력하여 상용 전원을 부하에로 공급시키는 것으로 이루어져 있다.
상기와 같이 구성된 장치에서는, 상용전원은 인버터전원과 같은 위상으로 부하에 공급되고 주전원 공급라인과 보조전원 공급라인 간에는 실질적으로 유효전력이 전달되지 않으며, 또한 부하가 요구하는 전력을 상용으로부터 공급하고 인버터로부터 공급하지 않으며, 상용전원 전압이 변동하였을 때에는 주전원 공급라인과 보조전원 공급라인 간의 전압차에 의존하여 상용전원으로부터 인버터 전원으로 또는 그 반대로 전류를 흐르게 하여 인버터인덕터와 주공급라인 인덕터 양단에 전압강하 또는 전압 상승을 발생시켜, 부하전압 Vd이 실질적으로 일정한 전압레벨로 자동적으로 조정된다.
상기 제4목적 달성을 위하여, 이 발명의 무정전 전원 공급 장치는 전지 충전 전력 설정수단으로 인버터 주파수 fi를 약간 낮게 하며, 상용전원 주파수와 전원 주파수의 차이에 기인하는 양자의 위상차에 의존하여 상용전원으로부터 인버터를 통해 전지에 전류를 흐르게 하고, 전지충전전력을 주전원 공급라인으로부터 보조 전원 공급 라인에 공급하는 것을 갖춘다.
이 발명의 무정전 전원 공급 장치의 특징과 장점은 이하의 도면을 참조한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해할 수 있다. 도면 중 동일 요소 또는 동일 부분에는 동일 번호가 사용되었다.
이 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여, 도면을 사용하여 종래의 무정전 전원 공급 장치에 대하여 간단히 설명한다.
제1(a)도는 종래의 DC 스위치형의 무정전 전원 공급 장치의 하나의 예를 나타낸 것이다. 도면에서 상용교류 전원은 주전원 공급 라인(1)을 통하여 부하에 접속되었다. AC 스위치(1a)는 상용전원과 부하 간에 접속되었다. 주전원 공급 라인(1)과 병렬로 보조전원 공급 라인이 접속되어 인버터 전원을 부하에 공급한다. 보조전원 공급 라인(2)에는 AC-DC 컨버터(전력 정류기)(2a), DC-AC 컨버터(전력 인버터)(2b), AC 스위치(2c)가 직렬로 접속되어 있다. 또한 트랜스(Tr)와 정전압 전지 충전기(2e)가 DC 스위치(2d)를 통해 인버터(2b)에 접속되는 인버터 전지(B)와 직렬로 접속되고, 상용전원이 정상 상태인 한 연속하여 전지(B)를 충전한다. 상기 설명에서, 스위치(1a), (2c), (2d)가 AC 스위치와 DC 스위치로 분류되어 있는 것은 일반적으로 이러한 스위치들은 기계적인 스위치가 아니라 다이리스터와 다이오드로 이루어진 반도체 스위치로서 그 회로 구성이 상호 다르기 때문이다. 반도체 스위치의 경우, 모두가 다이리스트에 인가되는 작은 게이트신호로 대전류를 통하여 한다든지 또는 커트 오프(cut-off)가 가능하다.
제1(a)도의 종래의 장치는 다음과 같이 동작한다. 상용전원이 온 또는 정상인 때에는, AC 스위치(1a)는 오프, AC 스위치(2c)는 온, DC 스위치(2d)는 오프 상태이다. 따라서, 전력 인버터(2b)만이 부하에 접속되고 인버터(2b)를 통해 보조전원 공급라인(2)을 지나서 상용전원이 부하에 공급된다. 보조전원 공급 라인(2)에서는, 상용전원이 먼저 정류기(2a)에 의해 DC 전원으로 변환되고 다음에 상용전원주파수와 거의 같은 주파수의 인버터 AC 전원으로 다시 변환된다. 상용전원이 정상일 때에 인버터 전지(B)는 DC 스위치(2d)에 의해 정류기(2a)와 단절되어 있으므로 인버터(2b)는 상용전원으로부터 공급되는 전력에 의해 동작한다. 또한, 전지(B)는 상용전원 전압이 트랜스(Tr)와 정전압 전지 충전기(2e)를 통해 상용전원에 의해 충전된다. 한편, 상용전원이 정전되었을 때에는, DC 스위치(2d)가 온되어 전지(B)를 인버터(2b)로 접속한다. 따라서, 상용전원이 정상일 때에 그에 의해 충전된 전지(B)에 의해 인버터(2b)의 동작이 유지된다. 또한, 인버터(2b)가 이상 상태이어서 수리가 필요한 경우에는, AC 스위치(1a)를 온하여 직접 상용전원을 부하에 공급하고 AC 스위치(2c)는 오프된다. 또한, 전지(B)의 전력 용량은 무한이 아니라 제한되어 있으므로, 상용전원이 장시간에 걸쳐서 정전일 경우에는, 발전기를 작동시켜 인버터(2b)에 접속할 필요가 있다.
상기 DC 스위치형 무정전 전원 공급 장치는 상용전원이 정상이냐 또는 이상이냐와는 상관없이 전력 정류기(2a)가 큰 전력을 소비하면서 항상 동작하고 있기 때문에 전력 효율이 좋지 않다. 또한, 전력 정류기(2a)와 정전압 전지 충전기(2e)가 같이 조합되어 있어서, 장치가 대형이고 코스트가 많이 든다.
제1(b)도는 종래의 부동형 무정전 전원 공급 장치의 하나의 예를 나타낸 것이다. 제1(a)도와 마찬가지로, 상용전원은 주전원 공급라인(1)을 통해 부하에 접속된다. AC 스위치(1a)는 상용전원과 부하 사이에 접속된다. 주전원 공급라인(1)과 병렬로, 보조전원 공급라인(2)이 접속되어 인버터 전원을 부하에 공급하고 있다. 보조전원 공급 라인에는 트랜스(Tr), 정전압 전지충전기(2e), 인덕터(L), DC-AC 컨버터(전력 인버터)(2b) 및 AC 스위치(2c)가 직렬로 접속되어 있다. 또한, DC-DC 컨버터(2f)와 전압 설정장치(가변저항기)(2h)를 갖는 자동전압조정기(2g)가 인버터(2b)에 접속된 전지(B)에 접속되어, 상용전원 전압이 변동하더라도 전지 전압을 소정치로 연속해서 조정하고 있다.
제1(b)도의 종래의 장치는 다음과 같이 동작한다. 사용전원이 온 또는 정상인 경우에는, AC 스위치(1a)는 오프, AC 스위치(2c)는 온 상태이다. 따라서, 전력 인버터(2b)만이 부하에 접속되어, 인버터(2b)를 통해 보조 전원 공급라인(2)을 지나서 상용전원시 공급된다. 보조 라인(2)에서는, 상용전원은 먼저 전지(B)에 충전되고 상용전원 주파수와 거의 같은 주파수의 인버터 전원으로 다시 변환된다. 상용전원 전압은 인버터 전원에 적절한 전압 레벨까지 트랜스(Tr)로 매칭되고, 전지(B)는 정전압 전지 충전기(2e)와 인덕터(L)로부터 공급되는 상용전원에 의해 연속해서 충전된다. 또한, 전지 전압을 소정치로 유지하기 위하여, 자동 전압 조정기(2g)가 DC-DC 컨버터(2f)를 통해 전지 단자에 접속되었다. 소정의 전압 레벌은 전지전압 설정장치(2h)를 설정하여 조정이 가능하다. 따라서, 상용전원이 정전되더라도, 상용전원이 정상일 때에 충전되었던 전지(B)에 의해 전력 인버터(2b)가 동작한다. 또한, 인버터(2b)가 이상이어서 수리가 필요한 경우에는, AC 스위치(1a)가 온되어 상용전원을 직접 부하에 공급하고 AC 스위치(2c)는 오프된다.
상기 부동형 무정전 전원 공급 장치는, 전력 인버터(2b)가 항상 동작하고 있고 또한 자동 전압 조정기(2g)도 항상 동작하여, 상용전원이 정상인 한, 전지 단자 소정치로 유지하고 있기 때문에, 전력 효율이 높지 않다. 또한, 전지 충전기와 자동 전압 조정기가 하나의 장치에 같이 조합되어 장치가 대형이고 코스트가 많이 든다.
이하 도면을 참조하여 이 발명의 무정전 전원 공급 장치의 실시예에 대해 설명한다.
제2도에서 나타내는 실시예는, AC 스위치(1a)와 주전원 라인 인덕터(L1)를 포함하는 주전원 공급 라인(1)과 인버터 제어시스템에 의해 제어되는 전력 인버터(10)을 포함하는 보조 전원 공급 라인(2)으로 구성되었다. 인버터 제어 시스템은 상용전원 감시 장치(20), 기본 인버터 주파수 설정부(30), 기본 인버터 전압 설정부(40), 인버터 제어부(50), 위상 일치부(60) 및 전지 충전 전력설정부(70)로 이루어진다.
단상인 경우에는, 상용전원과 부하에 접속되는 AC 스위치(1a)는 제2도에서와 같이 서로 병렬로 역(逆)접속된 두개의 반도체 스위칭소자로 구성된다. 다이리스터가 순방향으로 바이어스되어 게이트전류가 흐르기 때문에 상기 두개의 다이리스터 중에서 어느 하나가 교대로 상용전원 전압에 의해 온된다. 또한, 두개의 다이오우드가 과전압이 다이리스터의 게이트에 인가되지 않도록 구성되어 있다. 따라서, AC 스위치(1a)가 동작하면, 상용전원은 통상의 기계적 스위치와 마찬가지로 AC 스위치(1a)를 통해 부하에 공급된다.
주전원 공급 라인 인덕터(L1)는 부하전압을 일정 레벨로 자동적으로 조정할 때에 중요한 역할을 수행하는데, 이에 대해서는 제3도 내지 제6도의 벡터도를 이용하여 상세하게 설명한다.
전력 인버터(10)은 인버터 전지(B), DC 전원을 AC 전원으로 변환하는 주인버터 회로(10a), 부하의 임피던스 매칭용 트랜스(Tr)와, 인덕턴스(Li) 및 캐새시턴스(C )를 포함하는 펄스 인버터신호를 상용전류와 같은 정현파 신호를 파형전환하는 필터로 구성되어 있다. 인버터(10)는 인버터 출력단자를 부하에 접속하고 주전원 공급라인(1)과 병렬로 접속된다.
인버터 회로(10a)는 복수개의 다이리스터와 다이오우드로 구성된다. 단상 인버터의 경우에는, 2개의 직렬 접속된 다이리스터가 또 다른 2개가 직렬접속된 다이리스터와 병렬로 접속되어 있다. 또한, 복수개의 다이오우드가 각 다이리스터와 병렬로 역방향으로 접속되어 역전류를 인버터출력으로부터 전지(B)에로 역방향으로 흐르게 할 수 있게 되어 있다. 인버터 회로(10a)에서는, 각 다이리스터에 적정한 게이트신호를 연속해서 인가함으로써 소정의 펄스폭의 인버터 출력신호를 얻을 수 있다. 환언하자면, 달라진 출력전압과 달라진 출력주파수, 즉, 달라진 출력전압을 갖는 소정의 전력신호를 , 인버터 주파수와 인버터 유효전압을 제어함으로써 얻을 수 있다. 상세하게 말하자면, 인버터 출력전력은 인버터 게이트 주파수가 증가하면 증가하고, 인버터 유효 전압은 인버터 게이트 펄스폭이 즉가하든지 또는 인버터 게이트펄스 간격이 감소하면 증가한다. 일반적으로는, PWM(펄스폭변조) 제어방법이 인버터 전원신호의 주파수와 전압을 동시에 제어하기 위하여 사용된다. 이 방법에서는, 삼각파 신호가 DC 전압 레벨과 비교되어 게이트 신호의 각 타이밍이 결정된다. 펄스상(狀)의 인버터 전원 신호는 상용전원이 통상 정현파이므로 펄퍼(Li와 C)를 통하여 정현파 전원신호로 변환시켜야 한다.
상용전원 감시장치(20)는 일봉의 릴레이로 상용전원이 정상(규정 전압 이내) 또는 이상(규정치에서 벗어난 값)인지의 여부를 검출한다. 상용전원이 정상인 경우에는, 릴레이는 작동되어 전원 온(on)신호 A를 출력하고, 이상인 경우에는, 릴레이는 동작을 멈추어 신호를 발생시키지 않는다. 또한, 감시 장치(20)는, 위상일치 신호 B(뒤에 설명함)에 응답하여 상용전원을 부하에 공급하기 위하여 전원 공급신호 C를 AC 스위치(1a)로 출력한다.
기본인버터 주파수 설정부(30)는 기본 인버터 주파수 설정장치(31)(가변 저항기), 가산기(32), 전압제어형 발진기(33) 및 3각파 신호 발생기(34)로 이루어진다.
기본 인버터 주파수 설정장치(31)는 DC 전압레벨로 인버터(10)로부터 출력되는 소정의 기본인버터 주파수 fo를 설정하는 것으로서, 그 기본 주파수는 상용전원 주파수와 거의 같다. 여기서, 인버터 전력은 인버터 주파수가 증가하면 증가한다는 점에 주의하여야 한다. 이것은 주파수가 증가하면, 인버터출력전압이 일정하여도 인버터출력 신호의 수가 일정한 시간내에서 증가하기 때문이다.
가산기(32)는 주파수 조정신호(Δf)(위상차신호 또는 전력차신호 : 뒤에 설명함)와 기본 인버터 주파수 fo를 전압 레벨로 가산하여 DC 전압레벨로 주파수차 신호( fo-Δf)를 출력한다. 이 가산기(32)는 오피앰프형의 것이다.
전압 제어형 발진기(VCO)(33)는 일종의 발진기로서 입력된 전압레벨과 비례하는 주파수의 발진 신호를 출력한다. 따라서, VCO(33)의 출력신호 주파수는 주파수차(fo-Δf)를 나타내는 전압 레벨이 증가하면 증가한다.
삼각파 신호 발생기(34)는 VCO(33)의 출력신호 주파수와 같은 주파수의 3각파 신호를 출력한다.
기본인버터 전압설정부(40)는 인버터출력 전압검출기(41), 기본인버터 전압 설정장치(42)(가변저항기), 인버터 전압 가산기(43) 및 인버터 전압차 신호 앰프(44) 등으로 구성된다.
인버터 전압건출기(41)는 전압 트랜스(VT1)에 접속되어 인버터(10)의 출력단자 전압(Vd)을 검출한다.
기본 인버터 전압 설정 장치(42)는 DC 전압으로 인버터로부터 출력되는 상용전원 전압과 거의 같은 소정의 출력전압(Vo)을 설정하는 데에 사용된다. 여기서, 정현파 인버터 전압(Vo)은 PWM 법으로 인버터 출력신호의 펄스폭을 조정하여 얻어진다. 즉, 인버터출력펄스신호의 펄스폭이 넓을수록 출력 신호전압은 높고, 인버터출려겨 펄스신호의 펄스 간격이 좁을수록, 인버터 주파수가 일정한 경우, 인버터출력 신호전압은 낮다.
인버터 전압가산기(43)는 인버터출력 전압검출기(41)에 의해 검출된 전압 레벨을 기본 인버터 전압레벨(Vo)과 비교하여 DC 전압레벨로 전압차 신호(Vo-Vd)를 출력한다. 이 가산기(43)는 오피 앰프형이다.
인버터 전압차 신호 앰프(44)는 입력되는 전압차 신호(Vo-Vd)를 증폭한다.
인버터 제어부(50)는 인버터 전압-주파수 가산기(51)와 인버터 콘트롤러(52 )로 구성된다.
전압-주파수 가산기(51)는 삼각파발생기(34)로부터 출력되는 삼각파 신호의 전압 레벨 f를 앰프(44)로부터 출력되는 전압차신호의 전압레벨(Vd-Vo)과 비교하여, 양신호의 각 교점에서 인버터타이밍 신호를 출력한다.
보다 상세하게 설명하면, 제2도의 파형에서 도시하듯이, 3각파 신호의 각 전압의 상승부가 전압차신호의 평탄부와 일치된 각 시점이 다이리스터의 온(on) 시점을 결정하고, 3각파 신호의 각 전압의 하강부가 전압차신호의 평탄부와 일치된 시점이 다이리스터의 오프(off) 시점을 결정한다. 따라서, 전압차신호전압 레벨이 높을수록 다이리스터 게이트신호 폭은 좁아져, 출력전압은 낮아진다. 또한, 전압차신호 전압 레벨이 낮을수록 다이리스터 게이트신호 폭이 넓어져, 유효 출력전압은 높아진다.
인버터 게이트 콘트롤러(52)는 전압-주파수 가산기(51)의 타이밍 신호에 의해 PWM 법에 근거하여 각 인버터 다이리스터에 각 게이트 온, 오프 신호를 출력한다.
인버터 위상일치부(60)는 전압 트랜스(VT2), 인버터 콘트롤러(52)에 접속된 위상 록크 루프(lock loop)를 포함하는 위상차 검출기(61), 위상 스위치(62)로 구성된다.
전압 트랜스(VT2)는 상용전원에 접속된다. 위상차 검출기(61)는 전압 트랜스( VT2)와 인버터 콘트롤러(52)에 접속된다. 상용전원과 인버터 전원의 위상차가 검출되고, 검출된 위상차신호는 양쪽의 위상을 일치시키기 위해 가산기(32)에 인가된다. 따라서, 위상차 검출기(61)와 인버터 콘트롤러(52)를 연결하는 라인은 귀환 루프이다. 위상차 검출기(61)는 인버터 주파수 fi가 상용전원 주파수 fc보다 높은 경우에는 정의 위상차 신호를, fi가 fc보다 낮은 경우에는 부(負)의 위상차 신호를 출력함과 동시에 가산기(32)에 인가될 수 있도록 이 위상차 신호를 DC 전압 신호로 평활한다.
상용전원과 인버터전원의 위상차는 다음과 같은 방법으로 일치시킨다. 인버터 주파수 fi가 상용주파수 fc보다 높은 경우에, 정의 위상차 신호는 인버터 신호가 소정의 전압레벨을 초과한 때에 동작이 시작하고, 상용전원 신호가 소정의 같은 전압레벨을 초과하였을 때 동작이 마치도록 한다. 따라서, 정의 위상차 신호의 펄스폭은 fi＞fc인 경우의 위상차를 나타내게 된다. 정(정)의 DC 전압 레벨로 평활되면서 이 정(正)의 위상차신호(Δf=fi-fc)는 가산기(32)에 인가되어 인버터 주파수 fi를 감소시킨다.
이와 반대로, fi가 fc보다 낮은 경우에, 부(負)의 위상차신호는 상용전원신호가 소정의 같은 전압 레벨을 초과한 때에 동작이 마치고, 인버터신호가 소정의 같은 전압 레벨을 초과하였을 때에 동작이 시작되도록 한다.
따라서, 부(負)의 위상차 신호의 펄스폭은 fi＜fc인 경우의 위상차를 나타내게 된다. 부의 DC 전압 레벨로 평활되면서 이 부의 위상차 신호(Δf=fi-fc)는 주파수 가산기(32)에 인가되어 인버터 주파수 fi를 증가시킨다.
또한, 상기 평활된 정(正) 또는 부(負)의 DC 전압레벨은 소정의 기중전압 레벨과 비교되어, 평활전압 레벨이 기준레벨 이상일 때에 위상차 검출기(61)로부터 위상일치 지령신호 B가 출력된다.
위상 스위치(62)는 상용전원 감시장치(20)에서 출력되는 전원 온(on)신호에 의해 닫히는데, 위상차검출기(61)로부터 출력되는 이 위상일치 신호 B에 의해 열린다. 또한, 상기 위상일치 신호 B는 상용전원 감시장치(20)에도 인가된다. 상기 신호 B에 의해 감시장치(20)는 전원공급신호(C)를 AC 스위치(1a)와 전지충전 전력 설정부(70)의 전력 스위치(75)(뒤에 설명)에 출력한다. 요컨대, 위상 스위치(62)는 상용전원이 정전 상태에서 정상으로 복귀하였을 때에 닫히고, 인버터 전원 위상이 상용전원 위상과 일치하였을 때에 열린다. 또한, 인버터 전원위상이 상용전원 위상과 일치된 다음에 상용전원이 부하에 접속된다.
전지충전 전력설정부(70)는 인버터(10)의 출력단자에 설치된 전류트랜스(CT )와 전압 트랜스(VT1), 인버터전력 검출기(71), 전지충전 전력설정 장치(72), 가산기(73), 앰프(74) 및 전력 스위치(75)로 구성된다. 이 설정부(70)의 기능은 인버터의 주파수를 감소시켜 상용전력을 인버터(10)를 통해 전지(B)에 역으로 공급하는 것이다 .
인버터 전력검출기(71)는 전류트랜스(CT)와 전압트랜스(VT1)에 접속되어 인버터 출력 신호의 유효전력을 검출하고 유효인버터전력을 나타내는 전압신호를 출력한다.
인버터 전력 설정장치(가변 저항기)(72)는 DC 전압레벨로 인버터(10)를 통해 상용전원으로부터 전지(B)에 공급되는 소정의 전지 충전전력을 설정하는데에 사용된다.
가산기(73)는 실제의 전지충전 전력을 나타내는 전압신호 Pi와 설정된 전지충전 전력을 나타내는 전압 레벨 Ps을 비교하여그 차이를 DC 전압 레벨로 전력차 신호(Δf=Ps-Pi)를 출력한다. 가산기(73)는 오피앰프형이다.
전력차 신호앰프(74)는 전력차 신호(Δf=Ps-Pi)를 증폭한다.
증폭 스위치(75)는 위상차검출기(61)에서 출력되는 위상일치 신호 B에 응답하여 상용전원 감시장치(20)에서 출력되는 전원공급신호 C에 의해 닫힌다.
전력차 신호 Δf는 가산기(32)에서 기본인버터 주파수신호 fo에 가산되어 인버터 주파수를 제어하는 상용전원과 인버터전원에 위상차가 있으면, 양자에 위상차가 발생한다. 따라서, 상용전원의 위상이 인버터 전원의 위상보다 조금 앞서면, 인버터 전지(B)를 충전하기 위해 주전원공급라인(1)으로부터 보조전원공급라인(2)으로 전력을 역으로 공급하는 것이 가능하다.
제2도에 도시한 이 발명의 무정전 전원공급장칭치의 동작에 대해 이하에서 기술한다. 우선, 주요한 기능 또는 동작을 요약하면 다음과 같다.
(1) 상용전원 정전시에는 전력인버터(10)가 작동하여 전지전력을 부하에 공급한다.
(2) 상용전원이 복귀하였을 때에는, 인버터 주파수를 제어하여 인버터 위상이 상용전원 위상과 일치하도록 조정된다. 양자의 위상이 일치하면, 인버터전원에 더해서 상용전원이 부하에 공급된다.
(3) 상용전원이 정상인 경우에는, 인버터 전원위상과 상용전원 위상이 일치하므로 양자간에 유효전력 이동은 없다. 환언하면, 인버터의 전력손실을 최소로 유지하면서 상용전원의 정전사고에 대비할 수 있다.
(4) 상용전원이 정상인 경우에는, 상용전원이 변동해도 인버터는 부하 전압을 자동적으로 일정치를 유지하도록 동작한다.
(5) 상용전원이 정상인 경우에는, 부하전압을 일정치로 조정하면서, 인버터주파수를 상용전원 주파수보다 조금 낮추어서 인버터전지를 충전하도록 동작시키는 것도 가능하다.
이하 상기 주요 동작을 보다 상세하게 설명한다.
(1) 상용전원이 정전되었을 때
상용전원 감시장치(20)는 지령신호 A 및 지령신호 C를 출력하지 않고, 전원 스위치(75)와 위상스위치(62)는 모두 열린 상태이다. 따라서, AC 스위치(1a)도 동작하지 않는다. 전력 인버터(10)는 인버터 콘트롤러(52)로부터 출력되는 게이트제어신호에 근거하여 동작한다. 인버터 주파수는 기본치 fo, 인버터전압도 기본치 Vo로 양자 모두 상용전원의 주파수 및 전압에 가까운 것이다. 상술하자면, 기본주파수 설정장치(31)에서 결정되는 fo에 상당하는 전압레벨이 VCO(33)에 인가되므로, VCO(33)는 주파수 fo에서 발진하고, 3각파발생기(34)는 주파수 fo의 삼각파 신호를 출력한다. 한편, 기본전압설정 장치(42)에서 결정되는 Vo에 상당하는 전압레벨이 주파수-전압 가산기(51)에 인가된다. 인버터 주파수-전압 가산기(51)는 삼각파 신호 전압레벨 fo을 기본 전압 신호 전압 레벨 Vo과 비교하여 양자의 교차점에서 인버터타이밍신호를 출력한다. 3각파신호의 상승부가 기본전압신호와 일치되었을 때 인버터 다이리스터가 온되고, 삼각파 신호의 하강부가 기본전압 신호와 일치되었을 때 오프된다. 즉, 상기와 같은 인버터타이밍 신호에 응답하여 인버터 콘트롤러(52)가 각 다이리스터에 온, 오프 신호를 출력한다. 상기와 같은 방법을 PMW 법이라고 부른다.
여기에서 기본인버터 주파수 fo와 기본인버터 전압 Vo은 상용전원의 것과 거의 같은 것으로 결정되어야 한다. 또한, 기본인버터 주파수 fo는 기본주파수 설병장치(31)에 의해 고정적으로 결정되며, 기본인버터전압 Vo은 인버터전압 설정부(40)와 인버터 제어부(50)에 의해 자동적으로 조정된다. 상술하자면, 부하전압 Vd이 증가하면 전압차 (Vd-Vo)도 증가하기 때문에, 전압차(Vd-Vo)를 초과하는 3각파 신호의 펄스폭이 좁아지고, 인버터출력전압이 감소한다. 이와 반대로, 부하 전압 Vd이 감소하면, 전압차( Vd-Vo)도 감소하므로, 전압차(Vd-Vo)를 초과하는 3각차 신호의 펄스폭이 증가하여 인버터출력신호의 펄스폭도 넓어지고, 인버터 출력전압이 증가한다.
(2) 상용전원이 정상 전압범위로 된 경우
상용전원 감시장치(20)가 전원 온 신호 A를 위상 스위치(62)에 출력하므로 스위치(62)가 닫힌다. 한편, 상용전원 신호가 트랜스(VT2)를 통해 위상차 검출기(61)에 인가되고, 또한 인버터게이트 제어신호가 인버터 콘트롤러(52)로부터 위상차 검출기(61)에 직접 인가되므로, 양자의 위상차가 검출된다. 상술하자면, 인버터 주파수 fi가 상용전원 주파수 fc보다 높아서(fi＞fc) 인버터 위상이 상용전원 위상보다 빠른 경우에는, 정의 위상차신호(Δf=fi-fc)가 발생하고 위상 스위치(62)를 통해 가산기(32)에 인가되어 인버터주파수 fi를 감소시킨다. 반대로 인버터주파수 fi가 상용전원 주파수 fc보다 낮아서(fi＜fc) 인버터 위상이 상용전원 위상보다 늦어지는 경우에는, 부(負)의 위상차 신호(Δf=fi-fc)가 발생하고 가산기(32)에 인가되어 인버터 주파수 fi를 올린다. 요약하면, 2개의 신호의 위상이 검출되어, 두개의 신호 위상이 일치하도록 인버터 주파수가 위상 일치부(60)와 기본인버터주파수 설정부(30)에 의해 조정된다.
또한, 정(正) 또는 부(負)의 위상차가 Δf가 기준치와 위상차 검출기(61)에서 비교된다. Δf가 기준치 이하인 경우에는, 검출기(61)가 위상 일치 신호 B를 상용전원 감시 장치(20)와 위상스위치(62)로 출력한다. 따라서, 이 신호 B에 의해 감시 장치(20)가 다른 전원공급신호 C를 AC 스위치(1a)에 출력하여 이것을 동작시키고, 상용전원이 위상 일치 후에 주전원공급 라인(1)을 통해 부하에 공급된다. 또한, 이 신호 B에 의해, 위상 스위치(62)가 열리고 위상 일치부(60)가 인버터 주파수 설정부(30)로부터 분리된다.
(3) 이러한 조건하에서, 상용전원과 인버터출력이 모두 동시에 부하에 공급된다. 여기서, 인버터주파수 fo는 상용전원 주파수 fc와 거의 같고, 인버터전압 Vo도 역시 상용전원 전압과 거의 같으며, 인버터출력은 실질적으로 상용전원과 동상이다. 따라서, 인버터 전원전압 Vo은 도면 제2도의 P점(부하 전압)에서 상용전원 전압과 균형을 이룬다. 환언하면, 유효 인버터 전력은 주전원공급라인(1)에는 전달되지 않아 인버터의 전력손실이 최소로 유지된다. 그러나, 상용전원이 정전되면, 인버터(10)는 상용전원과 동상으로, 보조 전원 공급라인(2)을 통해 부하에 직접 전력을 공급한다. 이와 같은 인버터의 상태를 대기 상태라고 부를 수 있다.
또한, 상용전원이 건전한 때에는, 인버터 전력검출기(71)에 의해 검출된 인버터 출력전력은 작기 때문에, 인버터전력 설정장치(72)의 전압 레벨 Ps은 거의 제로로 세트된다. 그렇지 않으면, 전력가산기(73)가 전력차 신호(Δf=Ps-Pi)를 출력하고, 그 출력분만큼 기본인버터 주파수 fo가 감소되어 상용전원 주파수로부터 벗어나게 된다.
(4) 상용전원이 정상으로 공급되는 이 상태에서는, 다음의 동작에서 P점의 부하전압 Vd을 자동적으로 일정치로 조정할 수 있다. 상용전원 전압 V이 부하전압 Vd을 초과하여 변동하면, 양자의 전압차에 의해 인버터전류가 주전원공급라인(1)(사용전원)으로부터 보조전원공급라인(2)(인버터)으로 역으로 흘러서, 주전원공급라인 인덕터(Ll)와 인버터인덕터(Li)의 전압 강하가, 상용전원 전압 Vl 또는 인버터 전압 Vi이 실질적으로 P점에서 감소하는 방향으로 발생한다. 이와 반대로, 상용전원전압 Vl이 부하 전압 Vd 이하로 변동하면, 양자의 전압차에 의해, 인버터 전류가 보조 전원공급 라인(2)(인버터)으로부터 주전원공급라인(1)(상용전류)으로 순방향으로 흘러서, 주전원공급라인 인덕터(Ll)와 인버터 인덕터(Li)의 전압 강하가, 상용전원 전압 Vl 또는 인덕터 전압 Vi이 실질적으로 P점에서 증가하는 방향으로 발생한다.
이하, 제3(a), 3(b), 4(a), 4(b)도의 벡터도를 사용하여 상기의 동작을 벡터적으로 보다 상세하게 설명한다.
(a) 상용전원 전압(라인전압) Vl이 부하 전압 Vd를 초과하여 변동하였을 경우( Vl＞Vd)
제3(a)도는 등가 회로도이고, 제3(b)도는 벡터도이다.
상용전원 전압 Vl은 라인인덕터(Ll) 양단의 주전원공급라인 인덕터 전압 Vl과 부하전압 Vd으로 다음과 같이 벡터적으로 분해할 수 있다.
Vl=VLl+Vd
상기 벡터방정식은 Vd를 횡축으로 하여 제3(b)도와 같이 나타낼 수 있다. 이 벡터도는 Vl과 Vd의 위상차가 90도 이하에서 Vl이 Vd보다 높은 경우를 나타내고 있다 .
라인인덕터(Ll)로 인해 주전원공급라인 전류 Il는 VLl보다 90도 위상 지연이 있다. 또한, Il은 부하를 흐르는 부하전류 Id와 전력 인버터를 흐르는 보조전원공급 라인전류 IA로 벡터적으로 분해할 수 있다. 이 경우 부하에는 유도성 또는 용량성의 임피던스는 포함되지 않는 것으로 한다. 따라서, 부하전류 Id는 제3(b)도에서와 같이 부하전압 Vd과 동상이며, 보조라인 전류 IA는 부하전류 Id보다 90도 위상이 늦게 나타나 있다. 이 Id와 IA의 관계는 다음과 같다.
Ll=Id+IA
또한, 인버터 출력에는 콘덴서(C)가 접속되어 있어서, 콘덴서 충전전류 Ic가 부하 전압 Vd보다 90도 위상이 빠르게 콘덴서에 흐른다. 그러나, 이 콘덴서의 전하는 보조라인으로 방전되기 때문에, 콘덴서방전전류 Ic는 보조라인 전류 IA와 동상으로 반대방향으로 흐른다.
따라서, 전류(IA+Ic)가 인버터로 역방향으로 흐른다.
여기서, 인버터측에서 볼때, 인버터 전류 Ii는 다음과 같이 방향을 반전하여 얻어진다.
Ii=-(IA+Ic)
따라서, 제3(b)도에 도시한 바와 같이 전압 VLl이 인버터 전류 Ii보다 90도 빠르게 인버터 인덕터(Li)에 발생한다. 여기서 Ii는 인버터로 역방향으로 흐르고 있기 때문에, Li의 전압 VLl은 부하측에서 정(正)이고, 인버터측에서 부(負)이며, 부하 전압 Vd이 감소하는 방향이다. 즉, 인버터 전압 Vi은,
Vi=Vd+VLl
로 VLl는 부(負)이므로, Vd는 VLl만큼 감소한다. 또한, 보조라인 전류 IA에 의해 라인 인덕터(Ll) 양단에 전압강하가 발생하여 부하전압 Vd이 감소한다고 생각할 수도 있다.
(b) 상용전원(라인) 전압 Vl이 부하전압 Vd 이하로 변동하였을 경우(Vl＜Vd)
제4(a)도는 등가회로도, 제4(b)도는 벡터도이다. 마찬가지로, 라인전압 Vl은 다음과 같이 분해 가능하다.
Vl=VLl+Vd
상기 벡터 방정식은 제4(b)도와 같이 Vd를 횡축으로 하여 나타내고 있다. 이 벡터도는 VLl1과 Vd의 위상차가 90도 이상으로 Vl이 Vd보다 낮은 경우를 나타낸다.
라인 인덕터(Ll) 때문에, 라인전류 Il은 VLl보다 90도 위상이 늦는다. 또한, 부하 전류 Id는 주라인 전류 Il에서 보조라인 전류 IA를 감하여 얻어진다. 이 경우, 부하에는 유도성 또는 용량성의 임피던스를 포함하지 않기 때문에 부하전류 Id의 위상은 부하전압 Vd과 동상(同相)이고, 보조 전류(IA)는 전류 Id보다 90도 위상이 빠르다.
상기 Id와 IA의 관계는 다음과 같다.
Id=Il-IA
제3(b)도에서와 마찬가지로, 콘덴서방전 전류 Ic가 부하 전압 Vd보다 90도 늦게 흐른다. 따라서, 전류(IA-Ic)가 인버터로 흐른다. 인버터측에서 보면 인버터 전류 Ii는 그 방향을 역으로 하여 얻어진다.
Ii=-(IA-Ic)
따라서, 제4(b)도에 도시한 바와 같이 인버터 전류 Ii보다 90도 위상이 빠르게 인버터 인덕터(Li)에 전압 VLl이 발생한다. 이 전압의 극성은 인버터측에서 정(正), 부하측에서 부(負)로, 부하전압 Vd이 증가하는 방향이다. 즉, 인버터 전압 Vi은
Vi=Vd+VLl
로서, VLl는 정(正)이기 때문에 Vd는 VLl만큼 증가한다. 또한, 보조 라인전류 IA에 의해 라인인덕터(Ll)양단에 전압상승이 발생하여 부하전압 Vd이 증가한다고 생각할 수도 있다.
(5) 상용전압이 정상으로 공급되는 동일한 조건하에서, 다음의 동작으로 인버터 전지를 충전할 수 있다. 상용전원 주파수가 fo일 때, 인버터전력 설정장치(72)를 조정하여 인버터주파수를 fo보다 작고 낮은 주파수로 설정한다. 이 주파수를 조건하에서, 양자의 위상차에 의해 주전원공급라인(1: 상용전원)으로부터 보조전원공급라인(2: 인버터)으로 인버터 전류가 역방향으로 흘러, 전력이 인버터(10)을 통해 전지에 공급된다.
이를 상세하게 말하자면, 전지충전 전력이 불필요한 경우에는, 전력설정 장치(72)가 거의 제로(零)로 설정된다. 이 경우에는, 인버터출력은 Vd와 동상이어서 주라인과 보조라인 사이에 유효 전력의 전달이 없다. 따라서, 전력 검출기(71)에 의해 검출되는 인버터전력 Pi은 거의 제로이고, 전력비교기(73)에 의해 얻어지는 주파수차(△f)도 또한 거의 제로이다. 환언하면, 인버터는 상용전원 주파수와 마찬가지로 fo이고 또한 Vd와 같은 위상의 유기(誘起) 전원신호를 출력한다.
이에 반해서, 전지충전 전력이 필요한 때에는, 전력설정 장치(72)를 적정치 Ps로 설정한다. 따라서, 전력비교기(73)는 정(正)의 전력차 신호(Δf=Ps-Pi)(인버터전력 Pi는 거의 제로)를 출력하고, 주파수가산기(32)는 인버터주파수를 떨어뜨리기 위해 전압(f-Δf)을 출력한다. 일단, 인버터주파수가 떨어지면, 그 위상차에 의해 주라인(1)에서 보조라인(2)으로 전력이 역으로 공급된다. 따라서, 전력검출기(71)는 부(負)의 인버터출력전력을 표시하는 전압을 검출하고, 전력가산기(73)에서 출력되는 전력차신호(Δf=Ps-Pi)가 어느 일정치까지 떨어지고, 그 다음에 인버터주파수(fo-Δf)가 상승한다. 전력이 주파수차(Δf=Ps-Pi)에 의해 결정되는 값과 균형을 이루면, 인버터 주파수(fo-Δf)가 fo보다 낮은 값으로 고정되면서 인버터전지를 안정하게 충전한다. 인버터(10)에는 전력을 역공급하는 역방향로(逆方向路 : 다이오드가 각각의 다이리스터와 병렬로 역방향으로 접속되어 있다)가 있어서, 인버터전지 충전전류가 상용전원공급라인으로부터 인버터전지(B)까지 인버터를 통해 역방향으로 흐르는 것이 가능하다.
이하에서 제5(a), 5(b), 6(a), 6(b)도를 통해 상기 동작을 벡터적으로 상세하게 설명한다. 상기 벡터도에서는 전압조정동작과 전류충전동작이 결합되어 있다.
(a) 상용전원(라인) 전압(VI)이 부하 전압 (Vd)를 초과하여 변동하였을 경우( Vl＞Vd)
제5(a)도는 등가 회로도, 제5(b)도는 벡터도이다.
제3(a), 3(b)도에서 도시한 바와 같이, 상용전원 전압 Vl은 VLl과 Vd으로 다음과 같이 벡터적으로 분해 가능하다.
Vl=VLl+Vd
라인 인덕터(Ll) 때문에 주전원공급 라인전류 Il는 라인인덕터 전압 VLl보다 90도 늦게 흐른다. 또한, 전류 Il은 부하 전류 Id와 전지 충전전류 IB의 합과 보조 라인전류 IA로 분해 가능하다. 이 경우 IB는 부하 전류 Id와 동상이지만, IA는 Id보다 90도 늦다. 이 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Il=(Id+IB)+IA
또한 콘덴서 방전전류 Ic가 IA와 동상으로 흐른다.
따라서 전류(IA+Ic)가 인버터에 역으로 흐른다.
또한, 인버터측에서 보면, 전지충전 전류 IB는 -BB와 같이 반전한다. 따라서 인버터 전류는 다음과 같이 된다.
Ii=-(IA+Ic+IB)
따라서, 전압 VLl이 인버터 전류 Ii보다 위상이 90도 빠르게 인버터 인덕터(Li)의 양단에 발생한다. 여기서 Ii는 인버터에 역으로 흐르기 때문에, Li 양단전압 VLl은 부하측에서 정, 인버터측에서 부(負)로, 부하전압 Vd가 감소하는 방향이다. 즉, 인버터 전압 Vi은,
Vi=Vd+VLl
로서, VLl는 부이므로, Vd는 VLl만큼 감소한다. 또한, 보조라인 전류 IA에 의해 라인 인덕터(Ll) 양단에 전압 강하가 발생하면서 부하전압 Vd이 감소한다고 생각할 수도 있다.
(b) 상용전원(라인) 전압 Vl이 부하 전압 Vd 이하로 변동하였을 경우(Vl＜Vd)
제6(a)도는 등가 회로도, 제6(b)도는 벡터도이다. 마찬가지로, 라인 전압 Vl은 VLl과 Vd로 분해 가능하다.
Vl=VLl+Vd
라인 인덕터(Ll) 때문에 라인 전류 Il은 VLl보다 위상이 90도 늦게 흐른다.
또한 부하전류 Id는 Il에서 보조 전류 IA를 감하여 얻어진다. 이때, 전지충전 전류 IB는 Id와 동상이지만, IA는 Id보다 90도 빠르다. 이 관계는,
Il=(Id+IB)-IA
로 나타난다. 또한, 콘덴서 방전전류 Ic가 IA와 반대의 위상으로 흐른다.
따라서, 전류(IA-Ic)가 인버터의 순방향으로 흐른다. 여기서, 인버터측에서 보면, 상기 전류는 -(IA-Ic)와 같이 반전하고, 전지충전 전류도 -IB와 같이 반전한다.
따라서, 인버터 전류는
Ii=-(IA-Ic+IB)
따라서, 인버터 전류 Ii보다 위상이 90도 빠르게 전압 VLl이 인버터 인덕터(Li)에 발생한다. Ii는 인덕터의 순방향으로 흐르고 있기 때문에, 인버터 인덕터(Li)의 전압의 극성은 인버터측에서 정, 부하측에서 부(負)이고, 부하전압 Vd이 증가하는 방향이다. 즉, 인버터 전압 Vi는
Vi=Vd+VLl
로서, VLl는 정(正)이기 때문에 부하 전압 Vd는 VLl만큼 증가한다. 또한, 보조라인 전류 IA에 의해 라인인덕터(Ll)의 양단에 전압 상승이 발생하여 부하 전압 Vd이 증가한다고 생각할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 이 발명의 무정전 전원공급장치는 전력 정류기, 정전압 전지충전기, 자동전압 조정기 등이 없기 때문에, 장치는 소형이고, 비용이 적게 들고, 효율이 높다.
또한, 상용전원이 정상일 때에도 전력인버터가 주전원공급라인에 병렬로 접속되어 있기 때문에, 사용전원이 정전 또는 교류전원 감시수단의 감시 레벨에서 벗어난 전압으로 된 직후에 인버터 전력을 부하에 원활하고 신뢰성있게 공급할 수 있다.
또한, 위상일치부에 의해 전력인버터 위상이 상용전원이 위상과 일치하고 나서, 상용전원이 주전원공급라인에 접속되기 때문에, 상용전원이 정상으로 회복되었을 경우, 주전원공급라인과 보조전원공급라인간의 전력의 주고받음을 실질적으로 없게 하여, 인버터 전력손실을 상용전원 정상시에 최소로 유지하게 하고, 전력효율을 높일 수가 있다.
또한, 인버터 전원은 상용전원과 주파수, 전압, 위상이 일치하기 때문에, 주전원공급라인과 보조전원공급라인간에 흐르는 인버터전류에 의해 발생하는 인버터 인덕턴스와 주라인 인덕턴스의 전압강하에 따라 장치부하전압을 일정한 레벨로 조정할 수 있다.
또한, 전지 충전전력 설정부에 의해 인버터 전원 주파수가 상용전원 주파수보다 조금 떨어지므로, 부하전압을 일정치로 조정하면서 상용전원의 정상시에 인버터전지를 충전할 수 있다.

Claims (15)

  1. 주전원공급라인(1)을 통해 상용교류전원을 장치부하에 공급하고, 주전원공급 라인과 병렬로 접속된 보조전원라인(2)을 통해 전지 직류전원(B)을 장치부하에 공급하는 무정전 전원공급장치에 있어서, (a) 상용교류전원에 접속된 AC 스위치(1a)와, (b) 상용교류전원에 접속되고, 상용교류전원이 정상상태로 변동하였을 때, 주전원공급라인을 통해 상용교류전원을 장치부하에 공급하기 위하여, 상기 AC 스위치(1a)를 작동시키는 전원 온(on) 신호를 상기 AC 스위치(1a)에 출력하는 상용교류전원 감시수단(20)과, (c) 전지 직류전원(B)과 장치부하간에 접속된 인덕터(Li)를 갖고, 상용교류전원의 이상 또는 정상여부에 관계없이, 인버터전원을 장치부하에 보조전원공급라인을 통해 공급하는 전력인버터 수단(10)과, (d) 설정 인버터 주파수치 fo에 의하여 실질적으로 상용전원 주파수와 같은 인버터 주파수를 결정하는 삼각파 신호를 출력하는 기본인버터 주파수 설정수단(30)과, (e) 상기 인버터 수단(10)의 출력단자에 접속되고, 설정 인버터 전압치 Vo에 의해 실질적으로 상용전원 전압과 같은 인버터전압을 결정하는 직류 전압신호를 출력하는 기본인버터 전압 설정수단(40)과, (f) 상기 인버터주파수 설정수단(30)과 상기 인버터전압설정수단(40)에 접속되고, 삼각파 신호의 전압 레벨과 직류전압 신호레벨을 비교하여 상기 인버터 수단(10)에 인버터 제어신호를 출력하고, 인버터 주파수는 삼각파 신호 주파수에 의해 결정되고 인버터 전압은 삼각파신호 전압 레벨이 직류전압 신호 레벨을 초과하는 시간 간격으로 결정되는 인버터 제어 수단(50)과, (g) 상기 교류스위치(1a)와 장치부하 간에 접속되고, 상기 인버터 수단(10)이 그것과 장치 부하 사이에 접속되는 주전원공급라인 인덕터(Ll)와, (h) 위상차 검출수단을 포함하며, 상용교류전원과 상기 기본인버터 주파수 설정 수단(30) 사이에 접속되고 또한 상기 인버터 제어수단(50)으로부터 귀환루프에 의해 접속되어, 상용교류전원과 인버터 전원과의 위상차를 검출하고, 인버터전원 주파수 fi를 상용교류전원 주파수 fc에 조정하기 위하여 상기 기본인 버터주파수 설정수단(30)에 위상차 신호를 출력하고, 상기 상용교류전원 감시수단(20)에 위상일치신호 B를 출력하여, 인버터전원 위상이 상용교류전원 위상과 일치된 시점에서 상용전원을 장치부하에 공급하기 위한 전원공급신호 C를 상기 교류 스위치(1a)에 출력하고, 상기 위상일치 수단(60)은 전원 온(on) 신호 A에서 상기 기본인버터 주파수 설정수단(30)에 접속되고 또한 위상일치신호 B에서 상기 기본인버터주파수 설정수단(30)으로부터 절단되는 위상 일치수단(60)과, (i) 상기 인버터 수단(10)의 출력단자와 상기 기본인버터 주파수 설정수단(30) 사이에 접속되고, 인버터주파수 fi를 약간 내려서 상용교류정원과 인버터전원의 주파수 차에 의한 양자의 위상차에 의존하면서 상기 인버터수단(10)을 통해 상용교류전원에서 전지로 충전전류를 흐르게 하며, 주전원공급라인(1)에서 보조전원공급라인(2)으로 전지충전 전력을 공급하고, 상용교류전원이 정상으로 변동하였을 경우에 상기 상용교류전원 감시수단(20)에서 출력되는 전원공급신호 C에 의해 상기 기본인버터주파수 설정수단(30)에 접속되는 전지충전 전력 설정 수단(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.
  2. 상기 교류스위치(1a)가 복수개의 다이리스터로 구성된 것을 특징으로 하는 청구항 제1항의 무정전 전원공급장치.
  3. 상기 상용교류전원 감시수단(20)은 상용교류 전원전압에 의해 작동하는 릴레이임을 특징으로 하는 청구항 제1항의 무정전 전원공급장치.
  4. 상기 인버터수단(10)이 (a) 복수의 반도체 스위칭소자와, 인버터 출력단자에서 전지(B)로 전류를 흐르게 하기 위해 상기 각각의 반도체 스위칭소자에 병렬로 역방향으로 접속된 복수의 다이오드를 포함하는 인버터 회로(10a)와, (b) 상기 인버터회로(10)에 접속되어서 상용교류전원과 인버터수단간의 전력 전달을 용이하게 하기 위해 인버터출력 임피던스를 장치부하 임피던스에 일치시키는 인버터 매칭 트랜스(Tr)와, (c) 인버터 인덕턴스(Li)와 인버터 캐패시턴스(C)를 포함하며, 펄스상(狀)의 인버터 전원 출력신호를 상용교류전원의 파형에 대응하는 정현파 인버터 전원 출력신호로 변환하는 필터 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 청구항 제1항의 무정전 전원공급장치.
  5. 상기 기본인버터주파수 설정수단(30)이 (a) 직류전압 레벨로 기본인버터 주파수를 설정하는 기본인버터주파수 설정장치(31)와, (b) 상기 기본인버터 주파수 설정장치(31)에 접속되고, 기본인버터주파수 전압 레벨 fo을 다른 인버터주파수 조정전압 레벨 Δf에 가산하여 양자의 차(f-Δf)를 나타내는 직류전압차 신호를 출력하는 가산기( 32)와, (c) 상기 가산기에 접속되고, 직류전압차 신호(f-Δf)에 비례하는 주파수의 발진 신호를 출력하는 전압제어 발진기(33)와, (d) 상기 전압제어 발진기(33)에 접소되어 발진신호 주파수에 대응한 주파수로서 상기 인버터 제어 수단(50)에 인가되는 삼각파 신호를 출력하는 삼각파신호 발생기(34)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제1항의 무정전 전원공급장치.
  6. 상기 기본인버터 전압설정 수단(40)이 (a) 상기 인버터 수단(10)의 출력단자에 접속되어 인버터전원 출력전압 즉, 장치 부하전압 Vd을 검출하는 전압 검출기(41)와, (b) 직류전압 레벨로 기본인버터전압 Vo을 설정하는 기본인버터 전압 설정장치(42)와, (c) 상기 전압검출기(41)와 상기 기본인버터 전압 설정장치(42)에 접속되고, 장치 부하 전압 Vd과 기본인버터 전압 Vo을 가산하여 상기 인버터 제어 수단(50)에 인가되는 양자의 전압차 신호(Vd-Vo)를 출력하는 가산기(43)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제1항의 무정전 전원공급장치.
  7. 상기 인버터 제어수단(50)이 (a) 상기 기본인버터주파수 설정수단(30)과 상기 기본인버터 전압 설정수단(40)에 접속되고, 인버터 주파수 f의 삼각파 신호와 인버터 전압(Vd-Vo)의 전압차 신호 V를 비교하여, 삼각파 신호의 전압레벨과 전압차 신호의 전압 레벨의 각 교차점에서 인버터 타이밍신호를 발생시키는 인버터 전압-주파수 비교기(51)와, (b) 상기 인버터 전압-주파수 비교기(51)에 접속되고, 삼각파 신호의 주파수로 인버터 타이밍 신호에 응답하여 펄스폭변조법으로 얻어지는 펄스폭으로 결정되는 유효 전압으로 인버터가 작동하도록 상기 인버터수단(10)에 인버터 작동 신호를 출력하는 인버터 콘트롤러(52)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제1항의 무정전 전원공급장치.
  8. 상기 위상일치 수단(60)이 (a) 상용교류전원에 직접 접속된 전압 트랜스(VT2)와, (b) 위상 록크루프 회로를 포함하며 상기 전압트랜스(VT2)와 상기 인버터 제어수단(50)에 접속되어, 인버터제어신호 주파수 fi가 상용교류전원 주파수 fc보다 높은 경우에는 정(正)의 위상차 신호를, 상용교류 전원주파수fc가 인버터제어 신호 주파수 fi보다 높은 경우에는 부(負)의 위상차 신호를 출력하며, 그 위상차 신호(Δf=fi-fc)를 대응하는 전압 레벨로 평활하고, 인버터 전원위상이 상용교류전원위상과 일치되었을 경우에 위상일치 신호 B를 출력하는 위상차 검출기(61)와, (c) 상기 위상차 검출기( 61)와 상기 기본인버터주파수 설정수단(30)간에 접속되고, 위상차 신호 Δf를 상기 기본인버터 주파수 설정수단(30)에 전달하며, 상기 상용교류전원 감시수단(20)에서 출력되는 전원 정상신호 A에 의해 닫히고, 상기 위상차 검출기(61)에서 출력되는 위상 일치신호 B에 의해 열리는 위상 스위치(62)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제1항의 무정전 전원공급장치.
  9. 상기 전지충전전력 설정수단(70)이 (a) 상기 전력 인버터(10)의 출력단자에 접속된 전류 트랜스(CT)와, (b) 상기 전력 인버터(10)의 출력단자에 마찬가지로 접속된 전압 트랜스(VT1)와, (c) 상기 전류트랜스(CT)와 상기 전압 트랜스(VT1)에 접속되고, 주전원공급라인(1)에서 보조 전원공급 라인(2)으로 공급되는 전력 Pi를 직류 전압 레벨로 검출하는 전력 검출기(71)와, (d) 소정의 전지충전 전력 Ps을 직류전압 레벨로 설정하는 전지충전 전력 설정장치(72)와, (e) 상기 전력 검출기(71)와 상기 전지충전 전력 설정장치(72)에 접속되고, 검출된 전력 Pi을 설정 전력 Ps과 가산하여 양자의 전력차 신호(Ps-Pi)를 출력하는 가산기(73)와, (f) 상기 가산기(73)와 상기 기본인버터 주파수 설정수단(30) 간에 접속되고, 전력차 신호(ΔP=Ps-Pi)를 상기 기본인버터 주파수 설정 수단(30)에 전달하며, 또한 상기 상용교류전원 감시수단(20)에서 출력되는 전원은 신호 A에 의해 닫히는 전력 스위치(75)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제1항의 무정전 전원공급장치.
  10. 주전원공급 라인(1)을 통해 상용교류 전원으로부터, 또한 주전원공급 라인(1)과 병렬로 접속된 보조전원공급라인(2)를 통해 전지 직류 전원(B)를 포함하는 전력 인버터(10)로부터 장치 부하에 전력을 공급하는 방법으로서, (a) 상용교류전원 주파수와 실질적으로 가까운 기본인버터 주파수 fo를 설정하고, (b) 상용교류전원 주파수와 실질적으로 가까운 기본인버터전압 Vo을 설정하고, (c) 보조전원공급라인(2)에 접속된 전력 인버터를 설정된 기본 주파수와 전압으로 작동시켜 전지직류 전원을 전력 인버터를 통해 장치부하에 공급하고, (d) 상용교류전원이 정상인지 이상인지를 검출하고, (e) 상용교류전원이 이상으로부터 정상으로 변하였을 때, 상용교류 전원과 인버터 전원과의 위상차를 검출하고, (f) 검출된 위상차에 의하여 인버터 전력 위상을 상용교류 전원 위상과 일치시키고, (g) 인버터 전원 위상이 상용교류 전원과 일치할 때, 상용교류 전원을 장치 부하에 접속하고, 전력이 주전원공급 라인과 보조 전원공급라인 사이에서 실질적으로 전력이 전달되는 것을 방지하고, 또한 부하가 요구하는 유효 전력을 상용교류 전원으로부터 급전하며, 장치부하 전압을 일정 레벨로 규정하고, (h) 상용교류 전원이 이상인 경우에는 상용교류전원을 주전원공급라인(1) 상에서 장치 부하로부터 차단시키고, (i) 상용교류 전원이 정상인 경우에는 상용교류전원을 주전원공급라인 상에서 장치부하에 접속하고, 보조전원공급라인(2) 상에서 전력 인버터를 통해 공급되는 전지직류 전원에 더하여 상용교류 전원을 공급하도록 하며, (j) 전압 Ps로 소정의 전지 충전 전력을 설정하고, (k) 상기 설정된 전지 충전 전력 Ps에 의하여 전력 인버터 주파수 fo를 상용교류 전원 주파수보다 약간 내리고, (l) 전력 인버터를 감소한 주파수로 작동시켜 주 전원공급라인(1)으로부터 보조 전원공급라인(2)에 전력을 공급하여, 전지 직류 전원을 전력 인버터를 통하여 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급방법.
  11. 전력인버터를 기본인버터주파수로 작동시키는 방법이 (a) 기본인버터 주파수에 대응하는 전압레벨을 설정하고, (b) 설정된 전압레벨에 비례하는 주파수의 발진신호를 발생시키고, (c) 발진신호 주파수와 같은 주파수의 삼각파 신호를 발생시키고, (d) 삼각파 신호에 의해 전력 인버터를 작동시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제10항의 전력공급방법.
  12. 전력 인버터를 기본인버터 전압으로 작동시키는 방법이 (a) 전력 인버터와 장치부하 사이에서 부하 전압 Vd을 검출하고, (b) 기본인버터 전압 Vo에 대응하는 전압 레벨을 설정하고, (c) 검출된 부하 전압 Vd을 설정된 전압 Vo과 가산하여 전압차 신호(Vd-Vo)를 출력하고, (d) 인버터 주파수 f의 삼각파 신호와 인버터전압의 전압차 신호(Vd-Vo)를 비교하고, (e) 삼각파신호 전압 레벨과 전압차신호 전압레벨의 각 교점에서 인버터 타이밍 신호를 출력하고, (f) 타이밍 신호에 응답하여 펄스폭 변조 방법에 의해 얻어진 펄스폭에 의해 결정되는 전압으로 전력 인버터를 작동시키는 신호를 전력인버터에 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제10항의 전력공급방법.
  13. 상용교류전원과 전력 인버터 전원과의 위상차를 검출하는 방법이 (a) 인버터 주파수 fi가 상용교류전원 주파수 fc보다 높은 경우에는 정(正)의 위상차 신호를, 상용교류 전원 주파수 fc가 인버터주파수 fi보다 높은 경우에는 부(負)의 위상차 신호를 발생시키고, (b) 상기 위상차 신호(Δf=fi-fc)를 직류 전압 레벨로 평활하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제10항의 전원공급방법.
  14. 인버터 전원위상을 상용교류 전원위상이 일치시키는 방법이 (a) 상용교류 전원 주파수 fc와 인버터전원 주파수 fi의 위상차(Δf=fi-fc)를 전압 레벨로 기본인버터 주파수에 가산하고, 대응하는 위상차 직류전압 신호를 출력하고, (b) 위상차 신호가 정(正)일 때에는 인버터주파수 fi를 감소시키고, 위상차 신호가 부(負)일 때에는 증가시켜, 위상차직류 전압 신호에 의해 인버터 전원 주파수를 조정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제10항의 전력공급방법.
  15. 전력인버터 주파수를 감소시키는 방법이 (a) 전압으로 전력인버터 출력 전력 Pi을 검출하고, (b) 전압으로 검출된 인버터전력 Pi을 설정된 전지충전전력 Ps과 비교하여 전력차 신호(Δf=Ps-Pi)를 검출하고, (c) 전력차신호(Δf)를 기본인버터 주파수 fo와 가산하여 주파수 감소신호(fo-Δf)를 출력하고, (d) 주파수 감소신호에 비례하는 주파수의 발진신호를 발생시키고, (e) 발진신호와 같은 주파수를 삼각파 신호를 발생시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 제10항의 전력공급방법.
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