KR100665540B1

KR100665540B1 - 3상 입출력 올 아이지비티 유피에스 시스템

Info

Publication number: KR100665540B1
Application number: KR1020060053327A
Authority: KR
Inventors: 백석민; 김성조
Original assignee: 국제통신공업 주식회사
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-01-09
Anticipated expiration: 2026-06-14

Abstract

본 발명은 올 아이지비티 유피에스(all IGBT uninterruptible power supply) 시스템에 관한 것으로서, 3상 입력과 부하측으로 3상 출력을 하는 제1트랜스포머 및 제2트랜스포머, 입력된 전원을 1차 코일을 통해서 부하측으로 전압/전류를 필터링하는 입력필터, 전압/전류를 안정화시키는 펄스폭변조(PWM)정류기, 무정전 전원을 공급하기 위한 밧데리, 정전 및 정상시에 밧데리에 충전시키기 위한 인버터, 정상 및 정전시에 인버터를 통해 필터링하는 출력필터와, 시스템 전체를 제어하는 기능들이 프로그램으로 설치되어 있는 마이크로프로세서 및 고속 검출부, 온도센서, 경보기, 키패드, LED 등이 포함되어 구성된 올 아이지비티 유피에스 시스템을 제공한다.

유피에스, 고효율, AVR, 역률

Description

3상 입출력 올 아이지비티 유피에스 시스템{All IGBT UPS system for input/output three phases}

도 1은 종래기술에 의한 UPS/AVR 복합전원장치의 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 실시예를 보인 유피에스 시스템 구성도.

도 3은 도 2의 마이크로 프로세서의 내부 기능 블록도.

도 4는 본 발명에 의한 유피에스 시스템의 다른 실시예 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 유피에스 시스템의 간략 회로도.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 의한 유피에스 시스템의 각 동작모드별 전원 흐름 경로를 보인 설명도.

도 7은 본 발명에 의한 유피에스 시스템의 키패드 및 LCD의 콘트롤판넬 예시도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

11 : SCR 12 : 제1트랜스포머

13 : 입력필터 14 : PWM정류기

15 : 밧데리 16 : 인버터

17 : 출력필터 18 : 제2트랜스포머

21 : 3상입력 스위치 22 : 분배 스위치

23 : 3상출력 스위치 70 : 게이트 드라이버

80 : 제1고속검출부 81 : 제2고속검출부

90 : 마이크로프로세서 91 : PWM발생부

92 : 출력전압 제어부 93 : 주제어부

94 : 밧데리 충전제어부 95 : 3상 전압모니터링부

96 : 모드별 설정부 100 : 키패드

110 : LCD 120 : 입/출력 제어기

본 발명은 유피에스(uninterruptible power supply : UPS) 시스템에 관한 것으로서, 제어기능을 소프트웨어화 하여 고효율 고기능의 온라인 유피에스로서 인버터 출력전압을 정전압으로 제어하면서 출력전력은 라인으로부터 공급되도록 출력과 입력과의 완충 전압을 제어하는 전압자동제어(Automatic voltage regulator : 이하, 'AVR'이라 함) 기능을 수행하고 키패드로 모든 기능 변수의 설정을 할 수 있도록 한 직병렬형 3상 입/출력 온라인 올(All) 아이지비티(Insulated Gate Bipolar Transistor : IGBT) 유피에스 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 중대형 정보처리장치의 경우에는 정전사태와 같은 전원공급의 중단시, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply; 이하 UPS라 칭한다)의 전원이 공급되도록 함으로써 정전과 같은 비상시에 작업중인 데이터가 유실되는 문 제를 대비하고 있다.

즉, 일반적으로 컴퓨터는 작업 중인 데이터를 램(RAM)에 저장하고 있으므로 작업 중에 전원 공급이 중단되면 작업 중에 있던 많은 데이터들이 사라져 버리며, 이들 데이터를 복원할 수 있는 방법이 없으므로 재 작업을 하여야 하는 불편이 있다. 그래서 대형 컴퓨터와 같이 중요한 작업을 하는 컴퓨터 시스템에서는 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 설치하여 전력회사로부터의 전원이 공급 중단되는 경우가 발생되어도 컴퓨터에는 계속 전원이 공급될 수 있도록 하고 있다.

한편, 개인용 컴퓨터(PC)에서도 작업 도중 정전으로 인한 불의의 사고에 대처하기 위한 UPS의 필요성은 동일하지만, 기존의 UPS는 가격이 비싸고 부피가 커서 별도의 설치 공간이 필요하여 쉽게 사용되지 못하고 있기는 하나, 최근에는 개인용 컴퓨터 등의 급속한 보급으로 인하여 사무실 및 가정에서도 상기한 UPS의 필요성 및 그 활용도가 높아지고 있는 실정이다.

또한, AVR(Automatic Voltage Regulator)은 입력 전압의 변동에 의해 생기는 불규칙한 전압을 일정하게 출력하는 장치로서, 주로 상기한 UPS와 함께 사용되어 정전보상기능과 전압조정기능 등을 동시에 활용하게 되므로, 최근에는 이러한 UPS와 AVR의 기능을 함께 갖는 다양한 제품들이 개발되고 있다.

도 1은 종래기술에 의한 UPS/AVR 복합전원장치의 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 UPS/AVR 복합전원장치는, 상용교류전원을 직류로 변환하여 배터리(BATT)를 충전시키며 인버터에 직류전원을 공급하는 A/D컨버터(4)와, 상기 직류전원을 교류전력으로 변환하여 부하에 공급하는 D/A 인버터(6)와, 상기 D/A인버터(6)의 이상시 또는 과부하시에 대비하여 상용교류전원 또는 D/A인버터(6)의 교류전원을 출력교류전원으로 하여 선택적으로 외부 시스템으로 인가하는 동기절체 스위치부(7) 및 입력전원을 감시하여 상기 동기절체 스위치부(7)의 동작을 제어하는 CPU(1)으로 구성된다. 도면에서 미설명부호 2는 배터리(BATT)의 충전상태와 전원공급상태 등을 표시하기 위한 전면 패널, 3 및 8은 노이즈 필터이다.

이하, 상기와 같은 종래 UPS/AVR 복합전원장치의 동작을 설명한다.

먼저, 입력단자를 거쳐 입력된 상용교류전원은 정상동작시에 A/D컨버터(4)에서 직류전원으로 변환되고, 이는 충전기(5)에 구비된 다수의 배터리(BATT)를 충전한다. 또한, 상기 A/D컨버터(4)의 직류전원은 다시 D/A인버터(7)에서 교류전원으로 변환되어 동기절체 스위치부(7) 및 복수의 출력단자를 통해 외부의 시스템에 인가된다. 이때, A/D컨버터(4)는 단계적으로 저전압과 과전압을 조정하여 입력 전압의 변동에 의해 생기는 불규칙한 전압을 일정하게 하여 출력한다.

상기와 같은 상태에서 상용교류전원이 정전되면 상기 소정의 전압을 충전한 배터리(BATT)의 직류전원이 D/A인버터(6)에서 교류전원으로 변환되고, 동기절체 스위치부(7)를 통해 외부의 시스템으로 인가됨으로써, 그 외부의 시스템은 정전에도 불구하고 안정된 동작을 할 수 있게 된다.

이와 같은 동작중에 다시 상용 교류전원이 인가되면, 충전기(5)는 다시 배터리(BATT)를 충전하게 된다.

또한, 상기 D/A인버터(6)에 이상이 발생한 경우에는 CPU(1)에서 이를 감지하 여 동기절체 스위치부(7)의 절체 동작에 의해 상용 교류전원을 직접 외부의 시스템에 바이패스(bypass)시켜 인가하게 되며, 이때는 전면 패널(2)에 축전지상태를 보아 사용자가 이상이 발생함을 인식할 수 있다.

이와 같은 종래기술에 의하면, 예로서 컴퓨터 한대의 시스템에도 컴퓨터 본체와 모니터, 프린터, 디지타이저, 허브, 플로터, 외장형 모뎀 등이 있는데, 이중에는 정전시에 전원 보상을 필요로 하는 것과 필요로 하지 않는 것이 있는 한편, 전원이 불규칙한 것에는 약한 장비가 있기 때문에 UPS와 AVR 기능이 함께 사용함으로써, UPS와 AVR을 따로 구입하지 않아 비싼 비용을 치르지 않아도 되는 장점이 있다.

그러나, 종래의 무정전 전원장치는, 상용라인 측면에서 보면 무정전 전원장치로 말미암아 상용라인의 효율저하, 고조파노이즈 발생, 역률왜곡등 도리어 전원라인의 신뢰성을 떨어뜨리는 일이 많이 발생하고 있다. 특히 최근 발생하는 용량성 부하 증가로 말미암아 고조파 전류로 인한 발전소에 장애가 나타나고 있으며, 피크 전력의 문제가 심각해져 무정전 전원장치 자체로 말미암은 문제에 대한 대책이 매우 필요한 상황이다.

또한, 부하측면에서 보면, 비선형 부하시 무정전 전원장치의 출력왜율로 말미암아 인접기기에 나쁜 영향을 주어 고품질의 사용전원 공급을 방해하는 면이 있어 이를 근본적으로 개선할 필요성이 증대하고 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 주제어기를 마이크로 프로세서로 사용하여 정류기와 인버터의 펄스폭변조(PWM) 발생 및 바이패스 전력반도체 스위칭 펄스신호 발생 등을 포함하여 모든 기능이 소프트웨어화되어 시스템에 관련된 여러 가지 변수들을 키패드로 설정시켜 기억되게 함으로써 고기능화 한 유피에스를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 키패드 입력신호 처리 및 모니터링을 위한 LCD 제어는 8-BIT PIC 마이크로-콘트롤러를 사용하여 주제어기와 통신으로 처리되어 전기적인 외부 환경에 강하고 분리 운용할 수 있도록 한 유피에스를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 3상 입/출력전압의 빠른 감지 기술을 통하여 라인전압과 연계하여 출력전압의 단전됨이 없도록 출력되고 절체시간이 무시되는 온라인 유피에스를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 정상적인 3상 입/출력전압하에서는 라인을 통하여 부하에 고효율로 에너지를 공급하며 인버터는 3상 입/출력 전압과 거의 동일한 전압을 발생시켜 충전을 하면서 비정상적인 전압에 대응하도록 한 유피에스를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유피에스는, 3상 입력스위치를 통해 입력된 입력전원을 단상으로 변환하는 제1트랜스포머와; 상기 제1트랜스포머를 통해 입력된 입력전원을 스위칭하는 배분스위치와; 상기 배분스위치를 통해 입력된 전원을 1차 코일을 통해서 부하측으로 전압/전류를 필터링하는 입력필터와; 상기 입력필터에 대해 필터링된 전압/전류를 안정화하는 PWM 정류기와; 무정전 전원을 공급하기 위한 밧데리와; 정전시 상기 밧데리 전원을 교류전원으로 변환시켜 부하측에 출력하거나, 정상시에 부하측으로부터 상기 입력전원을 입력받아 직류전원으로 변환하여 상기 밧데리에 충전시키기 위한 인버터와; 상기 인버터와 상기 PWM 정류기의 출력 부하측 사이에 연결되어 정상전원시 부하측 출력전원을 상기 인버터측으로, 정전시 상기 인버터의 출력을 상기 부하측 전원으로 필터링하는 출력필터와; 상기 출력필터와 연결되어 출력 전원을 3상으로 변환하는 상기 제2트랜스포머와; 상기 출력필터와 SCR의 출력을 상기 제2트랜스포머를 통해 전원을 안정화시켜 고속 출력하는 3상출력스위치와; 상기 입력스위치 후단에서 입력전압(Vi)과 입력전류(Is)를, 상기 부하측 연결단에서 출력전압(Vo)과 출력전류(Ip)를, 상기 밧데리에서 직류전압(Vd)을 각각 검출하되, 변압기(Potential Transformer : PT) 및 변류기(Current Transformer : CT)를 이용해 검출된 신호를 저항회로에 의해 지연시간 없이 고속으로 검출하기 위한 제1 및 제2 고속검출부와; 상기 제1 및 제2 고속검출부에 의해 검출되는 입/출력 전압 및 전류와 직류 전압을 입력받고, 키입력에 의해 각종 기능을 설정하여 무정전 제어와 자동전압제어(AVR)기능 및 각종 감시 및 표시와 보호 기능 등을 제어하기 위한 마이크로프로세서와; 상기 마이크로프로세서의 펄스폭변조(PWM) 제어신호에 의거하여 상기 정류기의 펄스폭변조(PWM) 제어 신호를 출력하며 인버터의 펄스폭변조(PWM) 제어 신호를 출력하는 게이트 드라이버와; 각종 기능설정 및 모니터링 제어와 설정치 제어 등을 위해 운전자가 조작할 수 있도록 하는 키패드와, 각종 상태 표시와 아울러 기능 설정시의 메뉴표시와 설정치 표시등을 위한 LCD를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 마이크로프로세서는, 직류 AVR기능을 위하여 상기 PWM 정류기를 제어하여 출력전압을 제어하기 위한 출력전압 제어부와; 상기 밧데리의 충전 전압 및 충전 전류를 제어하는 밧데리 충전 제어부와; 입력 및 출력 전압을 모니터링하여 이에 대한 표시제어와 아울러 경보제어등을 하기 위한 라인 전압 모니터링부와; 각종 모드별 설정값을 저장하여 관리하기 위한 모드별 설정부와; 상기 각부의 제어와 아울러 시스템 운전 조건의 선택과 경보제어, 각종 보호기능 및 바이패스등을 제어하기 위한 주 제어부와; 상기 각부의 제어기능에 따라 상기 주제어부의 제어에 의해 상기 인버터의 게이트 제어를 위한 펄스폭변조 신호를 발생시켜 상기 게이트 드라이버로 출력하는 펄스폭변조 발생부로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 키패드와 LCD를 분리 구성하는 경우, 8 비트(bit) 마이크로 콘트롤러를 입/출력제어기로서 사용하여 상기 마이크로프로세서와 통신하게 함으로써 독립적인 구성이 가능하고 아울러 마이크로프로세서의 키입력 처리와 표시제어 기능을 분담시키도록 구성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 실시예를 보인 유피에스 시스템 구성도이고, 도 3은 도 2의 마이크로 프로세서의 내부 기능 블록도이며, 도 4는 본 발명에 의한 올 아이지비티 유피에스 시스템의 다른 실시예 구성도이고, 도 5는 본 발명에 의한 올 아이지비티 유피에스 시스템의 간략 회로도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 올 아이지비티 유피에스 시스템 은, 3상 입력스위치(21)를 통해 입력된 입력전원을 단상으로 변환하는 제1트랜스포머(12)와, 상기 제1트랜스포머(12)를 통해 입력된 입력전원을 스위칭하는 배분스위치(22)와, 상기 배분스위치(22)를 통해 입력된 전원을 1차 코일을 통해서 부하측으로 전압/전류의 필터링하는 입력필터(13)와, 상기 입력필터(13)에 대해 필터링된 전압/전류를 안정화하는 펄스폭변조(PWM) 정류기(14)와, 무정전 전원을 공급하기 위한 밧데리(15)와, 정전시 상기 밧데리(15) 전원을 교류전원으로 변환시켜 부하측에 출력하거나, 정상시에 부하측으로부터 상기 입력전원을 입력받아 직류전원으로 변환하여 상기 밧데리(15)에 충전시키기 위한 인버터(16)와, 상기 인버터(16)와 상기 PWM 정류기(14)의 출력 부하측 사이에 연결되어 정상전원시 부하측 출력전원을 상기 인버터(16) 측으로, 정전시 상기 인버터(16)의 출력을 상기 부하측 전원으로 필터링 출력하는 출력필터(17)와, 상기 출력필터(17)와 연결되어 출력 전원을 3상으로 변환하는 제2트랜스포머(18)와, 상기 출력필터(17)와 SCR(11)의 출력을 상기 제2트랜스포머(18)를 통해 전원을 안정화시켜 고속 출력하는 3상출력스위치(23)와, 상기 입력스위치 후단에서 입력전압(Vi)과 입력전류(Is)를, 상기 부하측 연결단에서 출력전압(Vo)과 출력전류(Ip)를, 상기 밧데리에서 직류전압(Vd)을 각각 검출하되, 변류기(CT) 및 변압기(PT)를 이용해 검출된 신호를 저항회로에 의해 지연시간 없이 고속으로 검출하기 위한 제1 및 제2 고속 검출부(80,81)와, 상기 제1 및 제2 고속검출부(80,81)에 의해 검출되는 입/출력 전압 및 전류와 직류 전압을 입력받고, 키입력에 의해 각종 기능을 설정하여 무정전 제어와 자동전압제어(AVR)기능 및 각종 감시 및 표시와 보호 기능등을 제어하기 위한 마이크로프로세서(900)와, 상기 마이크로프로세서의 펄스폭변조(PWM) 제어신호에 의거하여 상기 PWM 정류기(14)는 펄스폭변조(PWM) 제어 신호를 출력하며 인버터(16)의 펄스폭변조(PWM) 제어 신호를 출력하는 게이트 드라이버(70)와, 각종 기능설정 및 모니터링 제어와 설정치 제어등을 위해 운전자가 조작할 수 있도록 하는 키패드(100)와, 각종 상태 표시와 아울러 기능 설정시의 메뉴표시와 설정치 표시등을 위한 LCD(110)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 도면에서 입력단과 출력단의 전압 전류 검출을 위한 변압기(PT), 변류기(CT)등은 도면에 표시되지 않았으나 유피에스 시스템 회로에서 이러한 검출은 당업자라면 당연히 쉽게 알 수 있는 사항이므로 도면의 간략화를 위하여 생략한다.

그리고, 상기 PWM 정류기(14)와 병렬로 3상 전원 선중 어느 1상 전원선에 SCR(11)이 설치되어 마이크로프로세서(900)에 의해 비상차단등을 제어할 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 마이크로프로세서(900)는, 본 발명의 핵심기능들을 프로그램에 의해 제어하는 것으로 그 기능을 블록으로 표시하면 도 3에 도시된 바와 같다.

상기 마이크로프로세서(900)는, 직류 AVR기능을 위하여 펄스폭변조(PWM) 정류기(14) IGBT를 제어하여 출력전압을 제어하기 위한 출력전압 제어부(92)와, 상기 밧데리(15)의 충전 전압 및 충전 전류를 제어하는 밧데리 충전 제어부(94)와, 입력 및 출력 전압을 모니터링하여 이에 대한 표시제어와 아울러 경보 제어 등을 하기 위한 라인 전압 모니터링부(95)와, 각종 모드별 설정값을 저장하여 관리하기 위한 모드별 설정부(96)와, 상기 각부의 제어와 아울러 시스템 운전 조건의 선택과 테스 트 운전, 경보제어, 각종 보호기능 및 바이패스 등을 제어하기 위한 주 제어부(93)와, 상기 각부의 제어기능에 따라 상기 주제어부(93)의 제어에 의해 상기 인버터(16)의 게이트 제어를 위한 펄스폭변조(PWM) 신호를 발생시켜 상기 게이트 드라이버(70)로 출력하는 펄스폭변조(PWM) 발생부(91)로 구성된다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 키패드와 LCD를 독립된 제어기로 구성하는 경우 도 4에 도시된 바와 같이 8-bit 마이크로 콘트롤러를 입/출력제어기(120)로서 사용하여 상기 마이크로프로세서(900)와 통신하게 함으로써 독립적인 구성이 가능하고 아울러 마이크로프로세서의 키입력 처리와 표시제어 기능을 분담 시키도록 구성할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 무정전 전원 장치로서의 기능과 아울러 AVR기능을 동시에 수행하는데, 주 제어를 소프트웨어화 시켜 고효율 고기능 온라인 유피에스로서 동작한다. 사용이 가능한 라인 전압에서는 효율을 극대화하기 위해 인버터는 출력전압을 정전압으로 제어하면서 출력전력은 라인으로부터 공급되도록 출력과 입력과의 완충전압을 제어하는 직류 AVR기능을 수행한다, 모든 기능이 소프트웨어화되어 있으며 시스템에 관련된 여러 가지 변수들은 키패드로 설정되어 기억된다.

먼저, 도 5의 회로를 참조해서 기본 흐름을 설명하면, 입력전원(Vi)은 3상입력스위치(21)를 통해 전원이 입력되어 제1트랜스포머(12)를 통해 입력된 전원을 1차 코일을 통해서 부하측으로 출력된다. 이때, 상기 펄스폭변조(PWM) 정류기(14)의 전압 및 전류가 제어되어 출력전압(Vo)의 제어가 이루어져 직류 AVR기능을 수행한 다. 상기 PWM 정류기(14)는 마이크로프로세서(900)의 제어에 의해 펄스폭변조(PWM) 제어된다.

정상적인 전원 입력 상황에서는, 상기 출력 부하측 전압(Vo)이 인버터(16)에 연결되고, 상기 인버터(16)는 마이크로프로세서(900)의 제어에 의해서 직류전압으로 변환시켜 밧데리(15)에 충전하게 된다.

입력전원이 정전되는 경우, 마이크로프로세서(900)의 제어에 의해 상기 인버터(16)가 제어되어 상기 밧데리(15)의 직류 전원이 교류전원으로 변환되어 출력필터를 통해서 출력 부하측에 공급되어 무정전 전원장치로서 동작하게 되는 것이다.

본 발명의 PWM 제어는 정류기의 정현파 전압제어 및 인버터 정현파 전압제어를 위해 사용되며, 기존 바이폴라 PWM 방식보다 제어방식에 있어서는 더욱 복잡하지만 리플 전압이 2배정도 줄어들 수 있는 유니폴라(unipolar) PWM 방식을 사용하며, 이는 도 3의 마이크로프로세서(900)의 내부 프로그램상에서 PWM 발생부(91)에 의해 제어되는 것이다. 인버터에서 출력되는 정현파 주파수는 키패드에 의해서 설정될 수 있으며, 라인 주파수와는 다르게 운전될 수도 있다. 즉, 고속 검출부(80)에서 입력 전압(Vi)을 검출할 때 전압의 제로크로싱에 의해 주파수를 감지하고, 입력주파수와 출력주파수가 다른 경우 설정된 출력주파수에 맞게 PWM을 제어하여 자동으로 출력주파수를 설정된 주파수로 맞출 수 있게 된다.

출력전압 제어부(92)는, 측정된 출력전압과 기준출력전압을 일치시키는 자동전압제어(Automatic voltage regulator : AVR)의 기능을 제어하는 것으로서, 부하에 대한 응답성과 안정성을 얻을 수 있도록 전압제어 및 출력전류 보상제어 기능을 수행한다. 상기 제1,2 고속검출부(80,81)를 통해서 입력전압 및 입력전류와, 출력전압 및 출력전류를 검출하여 설정된 출력전압 및 출력전류를 일치시키도록 연산처리하여 PWM 제어하게 되고, 이에 따라 상기 펄스폭제어(PWM) 정류기(14)의 전압 및 전류가 제어되어 출력전압 및 출력전류 보상이 이루어져 직류 AVR기능을 수행할 수 있게 된다.

밧데리 충전 제어부(94)는, 일반적인 부동충전전압(float charging voltage)까지 충전시키는 부동충전과, 처음 설치시나 배터리 저전압까지 방전된 후의 충전시 최대 충전전압까지 충전하는 균등충전을 수행하며, 충전전류는 최대 충전전류로 제한된다. 균등충전시 충전전류가 최대 충전전류값의 10％ 이하에 도달하면 부동충전으로 들어가게 된다. 충전전류의 제어는 입력전류와 출력전류의 차에 의해 실효치 전류를 계산하여 밧데리 충전 전류를 검출하며, 최대 충전전류 값으로 제한하여 충전하고 만충전시에 도달할때는 정전압 제어기능으로 충전전류가 감소되고, 충전전류 응답성은 충전 제어 이득으로 결정한다. 균등충전 전압의 온도보상에 있어서 기온이 상온보다 떨어지면 충전전압을 올리며, 상온보다 올라가면 충전전압을 내린다. 상온보다 높은 기온에서의 온도 보상은 양온도보상을 사용하며, 낮은 기온에서의 보상은 음온도 보상을 사용한다.

3상전압 모니터링부(95)는, 3상전압의 정상과 비정상 유무는 정상적인 전압과의 전압차이로 결정되며, 이 값이 지정된 값보다 크면 인버터들을 동작시킨다. 이는 입력전압을 감시하여 제어하게 되는 것이며, 3상 전압 검출시 3상 전압 강하의 경계치에서 히스테리시스 전압을 통하여 3상 운전과 인버터 운전과의 빈번한 변 화를 제거할 수 있다.

3상 전압이 비정상적인지를 검출하는데 있어서 3상 전압의 검출 시정수를 사용하여 3상 전압의 감도를 둔감시킬 수 있고, 3상 전압의 주파수가 지정된 값에서 변화 허용치 이상 벗어나게 되면 3상으로 운전하지 않고 인버터만 동작시켜 밧데리 전압으로 출력을 보내게 된다.

즉, 전압 감시는 계통 히스테리시스 전압을 적용하고, 계통전압 시정수를 사용하여 빈번한 변화를 줄이며, 계통이상주파수 또는 계통이상 전압 밖으로 벗어나는 경우 3상 전압으로 운전하지 않고 인버터만 동작시킨다. 3상 전압으로 운전하지 않고 인버터만 동작시키는 것은, 마이크로프로세서(900)의 제어에 의해 SCR(11)을 차단함으로써 3상전압, 즉 입력전압이 출력부하로 출력되는 것을 차단하고, 인버터(16)를 작동시켜 밧데리(15)의 충전전원을 교류전원으로 변환시켜 부하측 출력전압(Vo)으로 출력하는 것을 의미한다.

모드별 설정부(96)는 각종 설정치를 설정하기 위한 것으로서, 키패드(100)의 메뉴 선택에 의해 각종 설정치를 설정하여 저장시켜둔다. 그리고, 선택기능으로서, 시스템의 운전주파수가 60㎐인지 50㎐인지를 선택하게 하고, 인버터 운전에 의하여 밧데리 전부가 방전되었다가 3상 전압이 들어오게 되면 시스템을 자동으로 운전할 것인지를 선택하며, 제어보드의 릴레이접전 단자(a 접점 및 b접점) 운전 방식을 선택한다.

또한, 파인 케리브레이션(Fine calibration)을 위하여 아날로그 데이터로부터 수치를 받아들이거나 출력할때 변환이득이 정확하게 되어 있지 않으면 프로세서 에서 오차가 생기므로 변환이득을 재조정할 필요가 있다.

이는 파인 켈이브레이션 파라메타에서 조정할 수 있으며, 밧데리 전압이득은 밧데리 전압의 측정이득을, 출력 전압 이득은 출력전압의 측정이득을, 출력전류 이득은 출력전류의 측정이득을, 충전 전류 이득은 충전전류의 측정이득을, 입력 전압이득은 입력전압의 측정이득을 조절한다. 이러한 변수들은 정격 출력전류를 이용하여 LCD(110)에 나타낸다. 출력전압이득은 증가되면 3상 모드에서는 LCD에 나타나는 값은 증가하며 인버터 모드의 정전압 제어에서는 감소된다.

주 제어부(93)는, 상기 각부를 제어함과 아울러 각부의 제어기능에 따라 PWM발생부(91)를 제어하여 실재 올 아이지비티 유피에스 시스템의 주제어를 실행하게 된다. 경보기능은, 정상적인 3상전압에서는 부저가 울리지 않으며, 비정상적인 3상 전압에서 인버터가 동작될 경우 부저가 울리게 된다. 부저의 울림은 인버터 운전, 보호기능에 의한 이상발생, 밧데리 로우상태 등을 구별하여 서로 다르게 울리도록 한다.

인버터 동작시 부저가 울리게 되며, 키패드(100)의 알람 무음 스위치를 누르게 되면 부저가 울리지 않고 이 스위치를 다시 누르면 부저는 울리게 된다. 이상상태인 경우는 부저가 지속적으로 울리게 되며, 이상상태가 아닌 순간적인 과부하시 부저가 지속적으로 울리고 과부하가 해제되면 부저는 울리지 않는다. 또한 올 아이지비티 유피에스 시스템이 정지되어 있을 상태에서 부저가 울린다.

보호기능은, 밧데리 저전압 상태와, 과전류, 과부하, 밧데리 이상, 바이패스 과전류 등을 보호기능로서 제어하게 된다.

밧데리 저전압은 밧데리 전압이 전격전압의 85％까지 방전되면서 출력전압을 허용치까지 유지시키지 못하면, 밧데리 저전압신호를 발생시킨다. 이때 인버터의 운전은 최대 30초이며 밧데리 저전압에서 3상 전압이 복구되면 정상적인 운전으로 회복된다.

과전류는, 인버터 운전에서 출력전류가 부하상태의 이상으로 과전류가 300％ 이상 지속적으로 발생하게 되면, 인버터를 보호하기 위하여 시스템이 정지한다.

과부하는, 인버터를 과부하로부터 보호하기 위한 것으로 출력전류가 정격전류 이상 운전 시 설정된 과부하로 1분까지의 누적된 양보다 크면 과부하로 인식한다.

밧데리 이상은, 인버터 운전에서 밧데리 전압이 정격전압의 85％까지 방전되면 이상신호를 발생시키며 인버터를 정지시킨다. 입력전원이 인가되었을 경우 밧데리가 개방되어 있을 때에도 밧데리 이상을 경보하며 이 경우에는 인버터를 계속 운전하며 밧데리가 연결되면 정상상태로 회복된다.

바이패스 과전류는, 3상 전압으로 동작하고 있을 때 출력단락 혹은 이상이 발생하여 바이패스 스위치를 보호하기 위하여 바이패스 스위치를 오프시킨다. 이상 전류의 기준치는 과전류 값이다.

그리고 테스트 기능은, 3상 전압과 관계없이 인버터를 테스트하기 위하여 키패드의 테스트 단자를 누르게 되면 SCR(14)을 오프시켜 10초간 인버터를 운전시킨 후에 정상적인 운전에 들어간다.

초기화 기능은, 고장(fault) 초기화, 파라메타 초기화, 시스템 초기화가 있 으며, 고장 초기화는 과거 발생된 고장 기록들을 제거하여 준비상태를 만드는 것이며, 파라메타 초기화는 모든 변수나 선택기능을 디폴트 값으로 정한다. 시스템 초기화는 시스템을 재시작한다.

한편, 키패드와 LCD를 독립적인 콘트롤러로 구성하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 마이크로프로세서(900)와 통신하는 8-비트 마이크로 콘트롤러인 입/출력 제어기(120)를 더 사용하여 구성할 수 있으며, 독립적으로 구성되는 키패드 및 LCD에 의한 콘트롤판넬은 도 7에 도시된 바와 같이 상단에 시스템의 흐름을 나타내는 상태도와 2개의 LED를 구비하여 입력전원의 정상을 나타내는 "Line"과, 인버터로 운전되고 있음을 나타내는 "Inverter"와, 입력전원이 출력으로 공급되는 "Bypass", 시스템 비정상임을 나타내는 "Fault", "Overload"를 구비하여 구성된다.

LCD(110)는, 첫째줄은 유피에스의 전체적인 상황을 나타내며, 둘째줄은 유피에스의 각종 내부 변수를 나타낸다. 밧데리 전압용량, 밧데리 전압, 밧데리 전류, 출력전압, 출력전류, 입력전압, 입력전류, 출력주파수, 온도, 상태 표시 및 정전횟수, 날짜 및 시간 등을 표시하며, 표시 선택은 키패드(100)의 상하키를 이용하여 값을 읽을 수 있도록 한다.

키패드(100)의 "Mode"는 메뉴에 들어가거나 나오게 되고 변수의 자리이동을 제어하며, 상하 이동키는 변수 수치의 증/감 메뉴의 종류 및 디스플레이 변수를 바꾸는 역할을 하며, 알람은 알람의 온/오프 상태를 바꾸고, "O", "I"는 메뉴가 선택되거나 변수가 설정되며, 시스템을 정지 및 운전하고, 고장시 시스템을 다시 시작한다.

상기와 같은 기능들을 수행하는 마이크로프로세서에 의해 본 발명의 유피에스 시스템은, 3상 운전과, 인버터운전 및 바이패스 제어를 하게 되는데, 그 상태를 살펴보면 도 6a 내지 도 6e와 같다.

정상 동작은 3상 운전 모드로서, 도 6a에 도시된 바와 같이 입력전원으로 , 펄스폭변조(PWM)정류기(14)를 제어하여 직류 AVR 및 밧데리(15)를 충전하며 , 아울러 인버터(16)의 기능에 의해 출력부하에 안정된 전원을 공급하는 정상운전이다.

정전 동작은, 도 6b에 도시된 바와 같이, 입력전원의 정전이 감지되면 인버터(16)를 제어하여 밧데리(15)의 전원이 부하측으로 출력되는 인버터 모드로서 운전된다.

정전 복귀는, 도 6c에 도시된 바와 같이, 입력의 전원이 펄스폭변조(PWM)정류기(14)를 제어하여 직류 AVR 및 밧데리(15)를 재충전하며, 아울러 인버터(16)의 기능에 의해 출력부하에 안정된 전원을 공급하는 정상운전으로 복귀되어 제어가 된다.

바이패스는, 도 6d에 도시된 바와 같이, 인버터를 제어하지 않고서 즉, 유피에스는 동작하지 않고 입력 전원이 그대로 부하측 3상출력스위치(23)로 전달되는 바이패스 기능을 제어하며, 유피에스측 밧데리(15)에 충전하는 것이다.

비상 바이패스는, 도 6e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유피에스 시스템과 병렬로 메인터넌스 바이패스 스위치(MBS)가 구비되어 그 비상 스위치를 통해서 부하측에 입력전원이 전달되는 것이고, SCR(11)을 차단시켜 유피에스측에는 전원이 전혀 인가되지 않도록 한 것으로서 유피에스 고장수리나 기타 비상 시에 유피에스 운전을 회피하기 위한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 올 아이지비티 유피에스 시스템으로서, 3상입출력 전압에서는 효율을 극대화하기 위하여 AVR기능을 겸할 수 있으며, 무정전 전원 장치로서 인버터 기능들은 모든 기능제어를 소프트웨어화된 고효율, 고역율, 고기능의 유피에스 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

3상 입력스위치를 통해 입력된 입력전원을 단상으로 변환하는 제1트랜스포머와;

상기 제1트랜스포머를 통해 입력된 입력전원을 스위칭하는 배분스위치와;

상기 배분스위치를 통해 입력된 전원을 1차 코일을 통해서 부하측으로 전압/전류의 필터링하는 입력필터와;

상기 입력필터에 대해 필터링된 전압/전류를 안정화하는 펄스폭변조(PWM)정류기와;

무정전 전원을 공급하기 위한 밧데리와;

정전시 상기 밧데리 전원을 교류전원으로 변환시켜 부하측에 안정된 전원으로 공급하기 위한 인버터와;

상기 인버터와 상기 정류기의 출력 부하측 사이에 연결되어 정상전원시 부하측 출력전원을 상기 인버터 측으로, 정전시 상기 인버터의 출력을 상기 부하측 전원으로 필터링하는 출력필터와;

상기 출력필터와 연결되어 출력 전원을 3상으로 변환하는 제2트랜스포머와;

상기 출력필터와 SCR의 출력을 제2트랜스포머를 통해 전원을 안정화시켜 고속 출력하는 3상출력스위치와;

상기 입력스위치 후단에서 입력전압(Vi)과 입력전류(Is)를, 상기 부하측 연결단에서 출력전압(Vo)과 출력전류(Ip)를, 상기 밧데리에서 직류전압(Vd)을 각각 검출하되, 변류기(CT) 및 변압기(PT)를 이용해 검출된 신호를 저항회로에 의해 지연시간 없이 고속으로 검출하기 위한 제1 및 제2 고속 검출부와;

상기 제1 및 제2 고속검출부에 의해 검출되는 입/출력 전압 및 전류와 직류 전압을 입력받고, 키입력에 의해 각종 기능을 설정하여 무정전 제어와 자동전압제어(AVR)기능 및 각종 감시 및 표시와 보호 기능을 제어하기 위한 마이크로프로세서와;

상기 마이크로프로세서의 펄스폭변조(PWM) 제어신호에 의거하여 상기 인버터의 PWM 제어 신호를 출력하는 게이트 드라이버; 및

각종 기능설정 및 모니터링 제어와 설정치 제어를 위해 운전자가 조작할 수 있도록 하는 키패드와, 각종 상태 표시와 아울러 기능 설정시의 메뉴표시와 설정치 표시를 위한 디스플레이(LCD)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 3상 입출력 올 아이지비티 유피에스 시스템.
제1항에 있어서,

상기 마이크로프로세서는, 직류 자동전압제어(AVR) 기능을 위하여 상기 펄스폭변조(PWM)정류기를 통한 직류전압 제어부와;

상기 밧데리의 충전 전압 및 충전 전류를 제어하는 밧데리 충전 제어부와;

입력 및 출력 전압을 모니터링하여 이에 대한 표시제어와 아울러 경보제어 등을 하기 위한 3상 전압 모니터링부와;

각종 모드별 설정값을 저장하여 관리하기 위한 모드별 설정부와;

상기 각부의 제어와 아울러 시스템 운전 조건의 선택과 경보제어, 각종 보호기능 및 바이패스를 제어하기 위한 주 제어부; 및

상기 각부의 제어기능에 따라 상기 주제어부의 제어에 의해 상기 인버터의 게이트 제어를 위한 PWM 신호를 발생시켜 상기 게이트 드라이버로 출력하는 PWM 발생부로 구성됨을 특징으로 하는 3상 입출력 올 아이지비티 유피에스 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,

키입력 처리와 표시제어 기능을 분담하는 8 비트 마이크로 콘트롤러를 입/출력제어기로서 사용하여, 상기 마이크로 프로세서와 통신하게 하여 상기 키패드와 디스플레이(LCD)를 독립적인 콘트롤러로 구성한 것을 특징으로 하는 3상 입출력 올 아이지비티 유피에스 시스템.