WO2010126220A2

WO2010126220A2 - 직렬 보상 정류기를 포함하는 직류 무정전 전원장치

Info

Publication number: WO2010126220A2
Application number: PCT/KR2010/000316
Authority: WO
Inventors: 백주원; 류명효; 김종현
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2010-11-04
Also published as: KR20100118242A; KR101027988B1; WO2010126220A3

Abstract

본 발명의 일면에 따른 직렬 보상 정류기는, 단상 또는 다상의 교류 전력원에 연결된 보상용 변압기, 상기 보상용 변압기의 1차측 권선을 통해 입력되는 상기 단상 또는 다상의 교류 전압을 포함하는 전압을 정류하는 정류부, 상기 보상용 변압기의 2차측 권선에 연결된 직렬보상 인버터부, 및 상기 직렬보상 인버터부의 출력단에 연결된 직류 커패시터를 포함하며, 상기 직류 커패시터의 출력단과 상기 정류부의 출력단이 직접 결선되거나 직류변환장치를 통해 결선되고, 상기 직렬보상 인버터부는 상기 보상용 변압기를 통한 상기 교류 전력원의 입력 전압의 역율과 전력을 제어하고 상기 정류부가 정류하는 전압을 제어할 수 있다.

Description

직렬 보상 정류기를 포함하는 직류 무정전 전원장치

본 발명은 직렬 보상 정류기 및 이를 포함하는 직류 무정전 전원장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력측에 델타형태의 보상 변압기와 직렬 보상 컨버터를 이용하여 전체 전력의 일부만으로 역율과 출력전압을 보상하는 직렬 보상 정류기와 이를 포함하여 출력단의 정전보호를 위한 배터리를 장착한 직렬 보상 무정전 전원장치에 대한 것이다.

오늘날 산업용 및 가정용 등에서 사용되는 스위칭 전원의 수가 날로 증가함에 따라 스위칭 전원의 입력 전류 고조파 성분의 감소 및 역률의 개선은 전원의 품질을 일정 수준이상으로 유지하기 위해 해결해야 할 하나의 과제가 되어 있으며, 또한 기술발전에 따라 각종 장치들은 민감한 전자소자들을 포함하고 있어 운용 전원의 작은 변동에도 큰 에러가 발생할 수 있으며, 나아가서 무정전의 안정적이고 신뢰성 높은 전력공급은 산업시설의 운용에 있어서 중대한 문제로 대두되고 있다.

기존 교류형 무정전 전원장치는 교류 방식으로 이단 변환방식, 라인 인터액티브(Line interactive) 방식, 델타 변환 방식 등 다양한 종류가 있다. 입력과 출력전압은 모두 교류이며 이를 위해 입력과 출력에 백투백(back-back) 인버터를 두거나 라인 인터액티브(line interactive) 방식처럼 전원에 병렬로 컨버터와 배터리를 배치하여 구성한다.

이러한 종래의 방식에서 직류 출력을 얻기 위한 구조는 단순히 정류회로만을 구성하는 것이 가장 간단하며 구성하기가 용이하다. 그렇지만 입력전류의 역율을 개선하기 위해서는 스위칭 PWM(Pulse Width Modulation: 펄스폭 변조) 정류기를 사용하여야 한다. 이러한 방식은 전체 전력이 컨버터를 통해 부하로 전달되므로 효율면에서 다소 불리한 점이 있다. 교류 출력 방식의 무정전전원장치에서 가장 높은 효율을 가진 것은 델타 변환방식이며 전체 전력의 일부만을 입력전류 및 출력 제어용으로 사용하기 때문이다. 이러한 종류의 전원은 직렬 인버터와 병렬 인버터를 이용하여 한쪽은 출력전압 조정기능을 갖게 하고 다른 쪽은 전류 조정기능을 하게 하여 입력 역율, 배터리 충전, 출력전압 조정기능을 수행한다. 이때 전체 전력은 부하로 대부분 입력에서 직접 흘러가고 보상용 전력만이 인버터를 통해 흐른다.

직류 무정전전원장치 역시 입력 전류 제어와 출력 제어를 전체전력의 일부만으로 가능하게 하는 구조를 통해 고효율화가 가능하며 아직까지 제안된 바가 없는 실정이다.

현재까지는 단상 또는 3상 정류기 형태의 구조만이 직류 출력을 얻기 위해 제안되어 왔으며 출력전압을 제어하지 않을 경우는 다이오드 정류기와 능동 또는 수동필터를 조합하는 구조를 사용하였다. 이러한 방식은 전력변환을 담당하는 컨버터의 전력용량이 전체 전력과 동일하거나 배터리 전압 충전을 위한 회로가 부가적으로 사용되어야 하는 불편함을 가지고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 입력 역율과 전력을 조정하여 안정적으로 정류된 전원을 공급하는 정류기 및 순간정전에 대해 출력 부하의 안정적인 전력을 공급하는 무정전 전원 장치를 제공하는 데 있다.

나아가서, 기존의 3상 PWM 컨버터 방식을 장착한 장치의 손실을 줄이고 효율을 극대화시킬 수 있는 전원장치를 제공하며 이를 위하여 교류 무정전 방식에서 고효율의 특징을 갖는 델타 변환 방식을 직류에 응용하는 전원장치를 제공하는 데 있다.

더 나아가서, 직류 무정전 전원장치의 구조의 효율을 극대화시키기 위하여 입력 역율을 보상하는 단상 또는 다상 펄스폭 변조 방식의 정류기 구조를 개선하여 단순한 다이오드 정류와 직렬보상 변압기 및 인버터를 이용하여 역율을 제어하며 나아가서 충전기를 장착하여 정전 시에도 안정적인 전력을 공급할 수 있는 전원장치를 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 직렬 보상 정류기는, 단상 또는 다상의 교류 전력원에 연결된 보상용 변압기; 상기 보상용 변압기의 1차측 권선을 통해 입력되는 단상 또는 다상의 교류 전압을 포함하는 전압을 정류하는 정류부; 상기 보상용 변압기의 2차측 권선에 연결된 직렬보상 인버터부; 및 상기 직렬보상 인버터부의 출력단에 연결된 직류 커패시터를 포함하며, 상기 직류 커패시터의 출력단과 상기 정류부의 출력단이 결선되고, 상기 직렬보상 인버터부는 상기 보상용 변압기를 통한 상기 교류 전력원의 입력 전압의 역율과 전력을 제어하여 상기 정류부가 정류하는 전압을 제어할 수 있다.

상기 단상 교류 전력의 경우에, 상기 교류 전압의 한 출력단이 상기 정류부의 한 입력단에 연결되며, 상기 보상용 변압기가 상기 교류 전압의 다른 출력단의 전압을 1차측 권선을 통해 상기 정류부의 다른 입력단으로 공급하는 하나의 단일 변압기를 포함하며, 상기 직렬보상 인버터부는 하나의 입력 필터 인덕터 및 하나의 스위치 레그로 이루어진 직렬 보상 PWM 컨버터를 포함하고, 상기 직류 커패시터는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터를 포함하며, 상기 입력 필터 인턱터의 일단은 상기 변압기의 2차측 권선의 일단에 연결되고 상기 입력 필터 인턱터의 타단은 상기 직렬 보상 PWM 컨버터의 스위치 레그의 중성점에 연결되고, 상기 직류 커패시터는 상기 직렬 보상 PWM 컨버터와 병렬로 연결되고 상기 단일 변압기의 2차측 권선의 타단이 상기 직류 커패시터의 중성점에 연결된다.

상기 다상 교류 전력의 경우에, 상기 보상용 변압기는 1차측 권선을 통해 상기 교류의 각상의 전압을 상기 정류부의 입력단들로 공급하는 복수의 변압기를 포함하며, 상기 직렬보상 인버터부는 복수의 입력 필터 인덕터 및 복수의 스위치 레그로 이루어진 직렬 보상 PWM 컨버터를 포함하고, 상기 직류 커패시터는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터를 포함하며, 상기 복수의 입력 필터 인턱터의 각각의 일단은 상기 복수의 변압기의 각각의 2차측 권선의 일단에 연결되고 상기 복수의 입력 필터 인턱터의 타단은 상기 직렬 보상 PWM 컨버터의 스위치 레그의 각 중성점에 연결되고, 상기 직류 커패시터는 상기 직렬 보상 PWM 컨버터와 병렬로 연결되고 상기 복수의 변압기의 각각의 2차측 권선의 타단이 상기 직류 커패시터의 중성점에 연결된다.

상기 직류 커패시터의 출력이 상기 정류부의 출력단과 직접 결선되거나 커패시터의 출력과 병렬로 DC/DC 컨버터가 연결되고, 상기 DC/DC 컨버터의 출력단이 상기 정류부의 출력단에 결선될 수 있다.

상기 DC/DC 컨버터는, 강압형, 승압형, 승강압형, 또는 비절연형 컨버터 중 어느 하나의 컨버터 형태이고, 절연형 포워드 구조, 플라이백 구조, 푸쉬풀 구조, 풀브릿지 구조, 또는 하프브릿지 구조 중 어느 하나의 구조로 이루어진다.

상기 복수의 변압기 각각의 1차측 권선의 타단과 상기 정류부의 입력단 사이에 수동필터를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치는, 위와 같은 직렬 보상 정류기를 포함하며, 상기 직류 커패시터의 출력단에 병렬로 연결된 배터리를 포함한다.

상기 직류 커패시터의 출력단과 상기 배터리 사이에 필터링용 인덕터를 포함할 수 있다.

상기 교류 전력원과 상기 보상용 변압기 사이에 차단기 또는 스위치를 포함하여, 정전 시에 상기 교류 전력원과 상기 보상용 변압기 사이의 연결이 차단될 수 있다.

본 발명에 따른 직렬 보상 정류기 및 이를 포함하는 직류 무정전 전원장치에 따르면, 출력이 직류 방식이며 직류 출력을 얻기 위해 단순히 다이오드 정류를 한 뒤에 직렬보상 컨버터를 이용하여 역율을 제어하고 나아가서 충전부를 충전시키므로, 정류기 및 무정전 전원장치의 용량이 전체 시스템 용량의 작은 일부만을 차지하므로 가격, 손실, 효율, 신뢰성에서 대폭적인 개선을 이룰 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직렬 보상 정류기의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 직렬 보상 정류기의 구체적인 일례이다.

도 3은 본 발명의 직렬 보상 정류기의 구체적인 다른 예이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 개략적인 구성도이다.

도 5는 본 발명의 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 구체적인 일례이다.

도 6은 본 발명의 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 구체적인 다른 예이다.

도 7은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기 및 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 동작관계를 나타낸다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 직류 변환 컨버터가 연결된 직렬 보상 정류기에 대한 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 직렬 보상 정류기는, 보상용 변압기(110), 정류부(150), 직렬보상 인버터부(200) 및 커패시터(270)를 포함한다.

연결관계를 살펴보면, 보상용 변압기(110)의 1차측 권선의 일단은 단상 또는 다상의 교류 전력원(10)과 연결되어 교류 전압을 입력받고, 1차측 권선의 타단은 정류부(150)에 연결되어, 정류부(150)는 보상용 변압기(110)의 1차측 권선을 통해 입력되는 교류 전압을 정류시킨다.

보상용 변압기(110)의 2차측 권선의 양단은 직렬보상 인버터부(200)에 연결되고, 직렬보상 인버터부(200)의 출력단에는 커패시터(270)가 연결되고 직류 커패시터(270)의 출력단은 정류부(150)의 출력단과 결선된다. 직렬보상 인버터부(200)는 보상용 변압기(110)의 2차측 권선의 양단의 전압을 이용하여 정류부(150)의 출력단의 전류와 전압을 제어하기 위한 전압을 커패시터(270)로 출력할 수 있다.

본 발명에 따른 직렬 보상 정류기를 보다 구체적인 실시예를 통해 살펴보면, 도 2는 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 하나의 실시예를 도시한다.

도 2의 실시예서는, 교류 전력원(10a)이 단상의 전압을 공급하며, 단상의 교류 전압의 한 출력단이 다이오드 정류부(150a)의 한 입력단과 연결됨과 동시에, 하나의 단일 변압기로 구성된 보상용 변압기(110a)의 1차측 권선의 일단으로 상기 단상의 교류 전압의 다른 출력단의 전압이 입력되고 1차측 권선의 타단에 다이오드 정류부(150a)의 다른 입력단이 연결되며, 정류부(150a)의 출력단에는 병렬로 평활 커패시터(170a)가 연결된다. 도 2에는 도시하지 않았지만, 보상용 변압기(110a)의 2개의 변압기 각각의 1차측 권선의 타단과 다이오드 정류부(150a)의 입력단 사이에 각각 수동필터를 연결하여 고주파 노이즈가 제거되도록 할 수 있다. 수동필터는 저항, 인덕터, 커패시터 등으로 구성될 수 있다.

다이오드 정류부(150a)는 교류 전력원(10a)의 한 출력단과 보상용 변압기(110a)를 구성하는 단일 변압기의 1차측 권선을 통해 입력되는 단상의 교류 전압을 정류시킨다. 여기서, 다이오드 정류부(150a)는 브릿지(bridge) 정류 다이오드 형태로서, 두 개의 다이오드를 직렬 연결한 제1 구조와 두 개의 다른 다이오드를 직렬 연결한 제2 구조를 병렬로 연결한, 4개의 다이오드로 이루어지며, 제1 구조의 두 다이오드의 접점과 제2 구조의 두 다이오드의 접점을 2개의 입력측 단자로 하고, 병렬 연결의 양측 단자를 출력측 단자로 한다. 위에서, 2개의 변압기로 구성된 보상용 변압기(110a)의 각 1차측 권선의 타단이 브릿지 정류 다이오드의 입력측 단자에 하나씩 연결된다.

그리고, 보상용 변압기(110a)를 구성하는 단일 변압기의 2차측 권선의 일단이 직렬보상 인버터부(200a)에 연결된다. 직렬보상 인버터(110a)는 하나의 입력 필터 인덕터(210a)와 하나의 스위치 레그로 이루어진 직렬 보상 PWM 컨버터(250a)를 포함하며, 보상용 변압기(110a)의 2차측 권선의 일단이 입력 필터 인덕터(210a)의 일단에 연결되고, 입력 필터 인덕터(210a)의 타단은 직렬 보상 PWM(펄스폭 변조) 컨버터(250a)의 스위치 레그(leg)의 중성점에 연결된다.

여기서, 직렬 보상 PWM 컨버터(250a)는 다이오드와 스위치가 병렬 연결된 구조를 직렬 연결한 하나의 스위치 레그 구조로서, 스위치 레그의 중성점에 입력 필터 인덕터(210a)의 타단이 연결된다.

또한, 보상용 변압기(110a)의 2차측 권선의 타단은 직렬로 연결된 두 개의 커패시터(270a) 사이의 접점(중성점)에 연결된다. 직렬 보상 PWM 컨버터(250a)의 출력 양단은 직렬로 연결된 두 개의 커패시터(270a)의 양 끝단에 연결되고, 직렬로 연결된 두 개의 커패시터(270a)의 출력단은 정류부(150a)의 출력단과 결선된다.

도 3은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 다른 하나의 실시예를 도시하며, 도 3의 실시예에서는 교류 전력원(10b)이 3상의 교류 전압을 공급한다.

도 3의 실시예에 도시된 바와 같이, 교류 전력원(10b)이 3상의 교류 전압을 공급하므로, 이에 맞춰서 보상용 변압기(110b)는 3개의 변압기로 구성되고 각 변압기의 1차측 권선의 일단으로 교류 전력원(10b)의 각 상의 전압이 입력되고, 각 변압기의 1차측 권선의 타단이 각각 정류부(150b)에 연결된다.

도 3에는 도시하지 않았지만, 보상용 변압기(110b)의 단일 변압기의 1차측 권선의 타단과 정류부(150b)의 입력단 사이에 수동필터를 연결하여 고주파 노이즈가 제거되도록 할 수 있다. 수동필터는 저항, 인덕터, 커패시터 등으로 구성될 수 있다.

여기서, 정류부(150b)는 브릿지(bridge) 정류 다이오드 형태로서, 두 개의 다이오드를 직렬 연결한 제1 구조, 두 개의 다른 다이오드를 직렬 연결한 제2 구조, 및 두 개의 또 다른 다이오드를 직렬 연결한 제3 구조를 병렬로 연결한, 6개의 다이오드로 이루어지며, 제1 구조의 두 다이오드의 접점, 제2 구조의 두 다이오드의 접점, 및 제3 구조의 두 다이오드의 접점을 3개의 입력측 단자로 하고, 병렬 연결의 양측 단자를 출력측 단자로 한다. 위에서, 3개의 변압기로 구성된 보상용 변압기(110b)의 각 1차측 권선의 타단이 위와 같은 브릿지 정류 다이오드의 입력측 단자에 하나씩 연결된다.

3개의 변압기의 각 2차측 권선의 일단은 각각 직렬보상 인버터부(200b)의 3개의 입력 필터 인덕터(210b)의 각각의 일단에 연결되고 3개의 입력 필터 인턱터(210b)의 각각의 타단은 직렬 보상 PWM 컨버터(250b)의 스위치 레그의 중성점에 연결된다.

여기서, 직렬 보상 PWM 컨버터(250b)는 다이오드와 스위치가 병렬 연결된 구조를 직렬 연결한 스위치 레그 3개를 병렬 연결한 형태로서, 제1 스위치 레그의 중성점, 제2 스위치 레그의 중성점, 및 제3 스위치 레그의 중성점에 각각 3개의 입력 필터 인덕터(210b)의 각각의 타단이 하나씩 연결된다.

또한, 보상용 변압기(110b)의 각 2차측 권선의 타단은 모두 직렬로 연결된 두 개의 커패시터(270b) 사이의 접점(중성점)에 연결된다. 직렬 보상 PWM 컨버터(250b)의 출력 양단은 직렬로 연결된 두 개의 커패시터(270b)의 양 끝단에 연결되고, 직렬로 연결된 두 개의 커패시터(270b)의 출력단은 정류부(150b)의 출력단과 결선된다.

나아가서, 본 발명은 직렬 보상 직류 무정전 전원장치를 제공하는데, 도 4는 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 개략적인 구성을 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치는, 도 1과 유사하게 보상용 변압기(110), 정류부(150), 직렬보상 인버터부(200) 및 커패시터(270)로 이루어지는 직렬 보상 정류기를 포함하고, 여기에 정전시 전원을 공급하기 위하여 커패시터(270)의 출력단에 병렬로 연결된 배터리(290)를 더 포함하고 있다.

도 5는 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 하나의 실시예를 도시한다.

도 5의 실시예는 도 2의 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 실시예에 충전부(290a)를 결합시킨 직렬 보상 직류 무정전 전원장치이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치는 도 2와 같은 직렬 보상 정류기의 구성을 포함하며, 직렬보상 인버터부(200a)의 출력단의 커패시터(270a)에 대응하도록 병렬로 충전부(290a)의 축전지가 연결된다. 즉, 충전부(290a)의 직렬 연결된 2개의 축전지 사이의 접점이 직렬 연결된 2개의 커패시터(270a) 사이의 접점과 연결되고, 직렬 연결된 2개의 축전지의 양끝단과 직렬 연결된 2개의 커패시터(270a)의 양끝단이 각각 연결된다.

도 6은 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 다른 하나의 실시예를 도시한다. 도 6의 실시예는 도 3의 직렬 보상 정류기에 충전부(290b)를 결합시킨 직렬 보상 직류 무정전 전원장치로서, 3상의 교류 입력전원(10b)에 적용된 경우에 대한 것이다. 충전부(290b)의 직렬 연결된 2개의 축전지 사이의 접점이 직렬 연결된 2개의 커패시터(270b) 사이의 접점과 연결되고, 직렬 연결된 2개의 축전지의 양끝단과 직렬 연결된 2개의 커패시터(270b)의 양끝단이 각각 연결된다.

나아가서, 이와 같은 본 발명의 직렬보상 인버터부(200b)는 4상한 운전기능을 가지며 무정전 전원장치의 출력단(Vdc)과 입력전원(10b) 전압간의 전압차를 보상한다. 또한, 직렬보상 인버터부(200b)는 정현파이며 주전원(10b) 전압과 동상인 전류를 주전원으로부터 끌어들여 출력을 제어함으로써 입력 역율을 1로 조정할 수 있다. 뿐만 아니라 직렬보상 인버터부(200b)는 직류로 흐르는 전류와 전압을 제어하므로 배터리(290b)의 충전도 역시 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기 및 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 동작관계를 나타내며, 도 7에는 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 배터리(290)가 도시되어 있지 않으나 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 설명에서는 커패시터(270)와 배터리(290)가 병렬 접속된 것으로 보아 설명한다.

도 7의 도면을 참조하여 본 발명의 동작관계를 살펴보면, 도 7의 (a)는 입력(10) 전압이 부하(300)로의 출력전압보다 낮은 경우이며, 도 7의 (b)는 입력(10) 전압과 부하(300)로의 출력전압이 같은 경우이고, 도 7의 (c)는 입력(10) 전압이 부하(300)로의 출력전압 보다 높은 경우이다. 도 7에서 전압과 전류 그리고 전력의 크기는 임의의 값을 기준으로 교류 입력(10)과 이를 정류한 부하(300)로의 직류출력을 100%로 나타낸 후에 이의 변화에 따른 직렬보상 인버터부(200)의 입력과 출력의 관계, 예를 들어, <- 전력 10%, 전력 0%, 또는 전력 10% ->를 나타낸 것이다.

도 7의 (a)처럼 입력(10) 전압이 부하(300)로의 출력전압보다 낮으면 출력측에 일정한 전력을 공급하기 위해 입력측에 보다 큰 전류가 흐르도록 직렬 보상 인버터부(200)가 전류를 제어한다. 즉, 손실이 없다고 가정하면 입력측과 출력측은 동일한 전력을 가져야 하므로 줄어든 입력전압의 크기만큼 입력전류가 커져야 한다. 입력과 출력의 차이인 보상전류는 입력을 통해 공급되며 도 7의 (a)에서 나타낸 바와 같이 직렬보상 인버터부(200)의 스위치(직렬 보상 PWM 컨버터의 스위치) 제어를 통해 부하전류를 공급하고 남은 전류와 전력이 직렬보상 인버터부(200)의 스위치(직렬 보상 PWM 컨버터의 스위치) 제어를 통해 입력측으로 공급되며 입력측의 낮은 전압을 보상한다.

도 7의 (b)는 입력전압과 출력전압이 같은 경우이다. 이때에는 직렬보상 인버터부(200)를 통해 흐르는 전류는 영이 되며 직렬보상 인버터부(200)는 손실분을 제외한 전력흐름이 없는 상태이다.

도 7의 (c)는 입력전압이 출력보다 높은 경우이며 입력전압이 출력전압과 같아지도록 역전압이 직렬보상 인버터부(200)를 통해 인가되며 이에 따라 보상용 변압기(110)의 1차측 권선을 통해 흐르는 전력은 낮아진 전압, 예를 들어, 10%만큼 작아진다. 그렇지만 직렬보상 인버터부(200)의 역전압에 의해 발생된 전력이 역시 부하(300)로 전달되어 전체 입력과 출력 전력이 동일하게 된다.

도 7의 (d)는 배터리(290)가 도시되어 있지 않지만, 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 배터리(290)의 충전 원리를 나타낸 것으로 커패시터(270)과 병렬 접속된 배터리(290)의 충전은 부하측(300)으로 전달되는 전력보다 더 많은 전력이 입력단을 통해 흘러들어오도록 직렬보상 컨버터부(200)를 조절하여 부하측(300)으로 전달된 전력(예를 들어, 100%) 이외의 잉여전력, 예를 들어, 10%이 출력측에서 배터리(290)측으로 전달되어 충전하게 된다.

도 7의 (d)에서는 입력과 출력전압이 같은 경우를 예시하였으나 배터리(290)의 충전은 전압의 크기에 관계없이 입력(10) 전력이 부하측(300)으로 출력전력보다 많은 양만큼 배터리(290)로의 충전전력으로 회생된다.

한걸음 더 나아가서, 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기 및 직렬 보상 무정전 전원장치는 커패시터(270)의 출력단에 병렬로 직류 변환 컨버터(DC-to-DC 컨버터)(280)를 연결하여 직류 변환 컨버터(280)를 통해 부하측(300)으로 출력전압을 보다 정교하게 제어할 수 있는데, 도 8은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기에 직류 변환 컨버터(280)가 연결된 실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시한다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 도 1의 직렬 보상 정류기 또는 도 4의 직렬 보상 무정전 전원장치의 커패시터(270)의 출력단에 병렬로 직류 변환 컨버터(280)를 연결하여 출력전압을 보다 정교하게 제어할 수 있다.

여기서 직류 변환 컨버터(280)는, 절연형 또는 비절연형으로 강압형, 승압형, 승강압형 컨버터 중 어느 하나가 선택될 수 있으며, 양방향으로 전력흐름이 가능한 컨버터로 선택되어 입력 직류 전압을 다른 일정 직류 전압으로 변환하여 출력하도록 할 수 있다.

나아가서, 도 4의 구조에서, 커패시터(270)의 출력단과 배터리(290) 사이에는 제2 필터링용(고주파 노이즈 제거 등) 인덕터(도시되지 않음)를 직렬로 장착하여 배터리(290)로 흐르는 전류를 평활 시킬 수도 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 직류 변환 컨버터(280)는 출력전압을 조절할 수 있다. 또는, 도 4와 같이 배터리(290)가 직류용 커패시터(270)와 연결된 경우에, 배터리(290)의 충전에너지를 역병렬 다이오드나 직류 변환 컨버터(280)의 동작을 통해 출력단에서 역방향으로 전력을 공급받을 수도 있다.

한걸음 더 나아가서, 정전시에 전력원(10)과 보상용 변압기(110)간을 차단시키기 위하여 전력원(10)과 보상용 변압기(110) 사이에는 차단기 또는 스위치가 장착될 수도 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 직렬 보상 무정전 전원장치는 정전시에는 전력원(10)과 보상용 변압기(110) 사이의 차단기 또는 스위치가 소정 제어 신호에 따라 개방되어 전력원(10)으로부터의 입력 전력이 차단되고, 이에 따라 직렬보상 인버터부(200)는 동작하지 않으며, 배터리(290)에 충전된 직류 전압이 부하(300)로 직접 연결되거나 또는 직류 변환 컨버터(280)를 통해 출력전압을 공급할 수도 있다. 특히, 직류 변환 컨버터(280)가 없이 배터리(290)의 전압이 부하로 직접 연결되면 종래의 무정전전원장치에 비해 보다 높은 신뢰성을 가지며 특히, 새그(sag)와 같은 순간정전에 보다 강인한 특성을 가질 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

단상 또는 다상의 교류 전력원에 연결된 보상용 변압기;

상기 보상용 변압기의 1차측 권선을 통해 입력되는 단상 또는 다상의 교류 전압을 포함하는 전압을 정류하는 정류부;

상기 보상용 변압기의 2차측 권선에 연결된 직렬보상 인버터부; 및

상기 직렬보상 인버터부의 출력단에 연결된 직류 커패시터를 포함하며,

상기 직류 커패시터의 출력단과 상기 정류부의 출력단이 결선되고, 상기 직렬보상 인버터부는 상기 보상용 변압기를 통한 상기 교류 전력원의 입력 전압의 역율과 전력을 제어하여 상기 정류부가 정류하는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.
제 1 항에 있어서,

상기 단상 교류 전력의 경우에,

상기 교류 전압의 한 출력단이 상기 정류부의 한 입력단에 연결되며,

상기 보상용 변압기가 상기 교류 전압의 다른 출력단의 전압을 1차측 권선을 통해 상기 정류부의 다른 입력단으로 공급하는 하나의 단일 변압기를 포함하며, 상기 직렬보상 인버터부는 하나의 입력 필터 인덕터 및 하나의 스위치 레그로 이루어진 직렬 보상 PWM 컨버터를 포함하고, 상기 직류 커패시터는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터를 포함하며,

상기 입력 필터 인턱터의 일단은 상기 변압기의 2차측 권선의 일단에 연결되고 상기 입력 필터 인턱터의 타단은 상기 직렬 보상 PWM 컨버터의 스위치 레그의 중성점에 연결되고,

상기 직류 커패시터는 상기 직렬 보상 PWM 컨버터와 병렬로 연결되고 상기 단일 변압기의 2차측 권선의 타단이 상기 직류 커패시터의 중성점에 연결되는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.
제 1 항에 있어서,

상기 다상 교류 전력의 경우에,

상기 보상용 변압기는 1차측 권선을 통해 상기 교류의 각상의 전압을 상기 정류부의 입력단들로 공급하는 복수의 변압기를 포함하며, 상기 직렬보상 인버터부는 복수의 입력 필터 인덕터 및 복수의 스위치 레그로 이루어진 직렬 보상 PWM 컨버터를 포함하고, 상기 직류 커패시터는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터를 포함하며,

상기 복수의 입력 필터 인턱터의 각각의 일단은 상기 복수의 변압기의 각각의 2차측 권선의 일단에 연결되고 상기 복수의 입력 필터 인턱터의 타단은 상기 직렬 보상 PWM 컨버터의 스위치 레그의 각 중성점에 연결되고,

상기 직류 커패시터는 상기 직렬 보상 PWM 컨버터와 병렬로 연결되고 상기 복수의 변압기의 각각의 2차측 권선의 타단이 상기 직류 커패시터의 중성점에 연결되는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.
제 2 항 또는 제3항에 있어서,

상기 직류 커패시터의 출력단에 병렬로 직류 변환 컨버터가 연결되고,

상기 직류 변환 컨버터의 출력단이 상기 정류부의 출력단에 결선되는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.
제 4 항에 있어서,

상기 직류 변환 컨버터는,

강압형, 승압형, 또는 승강압형이면서 절연형 또는 비절연형 컨버터 중 어느 하나의 컨버터 형태이고, 양방향으로 전력흐름이 가능한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.
제 1 항에 있어서,

상기 보상용 변압기와 상기 정류부 사이에 수동필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 직렬 보상 정류기를 포함하며,

상기 직류 커패시터의 출력단에 병렬로 연결된 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 직류 무정전 전원장치.
제 7 항에 있어서,

상기 직류 커패시터의 출력단과 상기 배터리 사이에 필터링용 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 직류 무정전 전원장치.
제 7 항에 있어서,

상기 교류 전력원과 상기 보상용 변압기 사이에 차단기 또는 스위치를 포함하여, 정전 시에 상기 교류 전력원과 상기 보상용 변압기 사이의 연결이 차단되는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 직류 무정전 전원장치.