KR101009483B1 - 순간정전보상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순간정전 보상 기술에 관한 것으로, 특히 순간정전보상장치의 오동작시에 정상적인 외부 전원이 부하에 공급되도록 제어 회로를 구성하여 순간정전보상장치의 내부 장애로 인한 산업용 전기기기의 손상을 방지하게 한 순간정전 보상 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 순간정전보상장치는 외부 전원이 비정상 상태일 때 제어기가 양방향 스위치를 오프시키고 인버터를 제어하여 콘덴서에 저장된 전하를 교류 전원으로 변환한 후 트랜스포머를 통해 승압하여 승압된 교류전원을 부하에 공급하는 순간정전보상장치로서, 외부 전원이 정상 상태이고 제어기가 오동작하여 제어기의 인버터 제어 신호가 비정상 상태일 때 양방향 스위치의 게이트에 펄스 신호를 출력하여 외부 전원이 부하에 공급되도록 제어하는 펄스 회로를 포함하여 구성되며, 특히 순간정전보상장치의 내부 장애로 인한 오동작시에 정상적인 외부 전원이 부하에 공급되도록 제어 회로를 구성함으로써 순간정전보상장치의 오동작시에 외부 전원이 부하에 공급되어 산업용 전기기기의 손상을 방지하는 효과가 있다.

Description

순간정전보상장치{SAG PROTECTOR}

본 발명은 순간정전 보상 기술에 관한 것으로, 특히 순간정전보상장치의 오동작시에 정상적인 외부 전원이 부하에 공급되도록 제어 회로를 구성하여 순간정전보상장치의 내부 장애로 인한 산업용 전기기기의 손상을 방지하게 한 순간정전 보상 기술에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서 전력의 신뢰성은 높지만, 그럼에도 불구하고 순시전압강하 및 순간정전이 종종 발생하고 있는 것이 현실이다. 이러한 순간적인 불안정 상태는 전력 계통상의 단락사고, 낙뢰 및 대용량 부하의 스위칭 등으로 인하여 발생하게 된다.

대부분의 산업용 장치는 기계적 속성과 전기적 관성으로 인하여 이러한 순간정전을 견딜 수 있으나, 공장의 자동 생산설비를 구성하는 PLC(Programmable Logic Controller), 전자개폐기(Contactor), 릴레이, 스타터(Starter), 마이크로 컨트롤러 등은 수 사이클의 극히 짧은 순간에 발생하는 제어전원의 전압저하(Voltage SAG/Dip)에 의해 손실될 수 있다.

여기서 새그(SAG, 순간 저전압)는 펄스의 순시값이 시간이 흐름에 따라 단조롭게 감소하는 현상 또는 감소율을 말하는 것으로, 보통 감소분과 최대 펄스 진폭의 비율로 표시한다. 따라서 전압새그(Voltage Sag)는 입력 전압이 순간적으로 떨어지는 현상을 의미한다.

이러한 전압저하는 생산설비의 가동을 정지시켜 막대한 경제적 피해를 야기하는 원인이 된다. 또한 순간정전으로 인하여 산업체에서 운용중인 다양한 분야의 수많은 설비들이 일시에 정지되어 발생하는 손해들을 해결하기 위해서 순간정전 보상장치(SAG Protector)가 제시되었다.

순간정전을 보상하는 장치로는 종래 UPS (Uninterruptible Power Supply, 무정전 전원 장치)가 있으나, UPS는 주변 기기에서 발생되는 돌입전류에 대하여 효과적이지 못하기 때문에 빈번하게 정지된다. 또한 UPS는 순간정전과 영구정전의 구별없이 과도한 시간 동안 부하에 제어 전원을 공급하는 문제점이 있고, UPS에 사용되는 축전지를 주기적으로 점검하는 데에 상당한 유지관리 비용이 소요되어 경제적으로 비효율적이다.

순간정전을 보상하는 다른 장치로서 종래 VSP (Voltage SAG Protector, 전압새그 보호장치)가 있다. 이러한 전압새그 보호장치는 UPS의 단점을 보완하는 장점을 가지고 있으나, 가끔씩 외부 공급 전원이 정상임에도 불구하고 전압새그 보호장치가 오동작하여 출력 전압이 저하되는 2차 위험이 있어 왔다.

따라서 상기의 문제점들로 인해 종래에 실시하고 있는 순간정전 보상장치는 시스템 효율에 한계가 있고 전체적으로 볼 때 100 %의 안정성을 보장하지 못한다는 문제점을 내포하고 있다

본 발명의 목적은 순간정전보상장치의 내부 장애로 인해 외부 전원이 부하에 공급되지 않아 산업용 전기기기의 손상을 방지하고자 순간정전보상장치의 오동작시에 정상적인 외부 전원이 부하에 공급되도록 제어하는 순간정전 보상 기술을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 순간정전보상장치는 외부 전원이 비정상 상태일 때 제어기가 양방향 스위치를 오프시키고 인버터를 제어하여 콘덴서에 저장된 전하를 교류 전원으로 변환한 후 트랜스포머를 통해 승압하여 승압된 교류전원을 부하에 공급하는 순간정전보상장치로서, 외부 전원이 정상 상태이고 제어기가 오동작하여 제어기의 인버터 제어 신호가 비정상 상태일 때 양방향 스위치의 게이트에 펄스 신호를 출력하여 외부 전원이 부하에 공급되도록 제어하는 펄스 회로를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 양방향 스위치는 서로 반대방향으로 병렬 접속된 SCR(Silicon Controlled Rectifier) 스위치;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 펄스 회로는 정전압 전원을 만들어 펄스 발생 회로에 공급하는 정전압 회로; 및 제어기의 인버터 제어 신호가 비정상일 때 정전압 전원을 스위칭 제어해서 펄스 신호를 생성하여 생성된 펄스 신호를 SCR 스위치의 게이트에 출력하는 펄스 발생 회로;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 정전압 회로는 외부 전원을 감압하여 정전압 전원을 만들어 펄스 발생 회로를 구성하는 초크 트랜스의 1차 코일과 초크 트랜스의 1차 코일에 직렬 연결된 FET(Field Effect Transistor) 스위치에 공급하게 구성되고, 펄스 발생 회로는 제어기의 인버터 제어 신호가 비정상으로 감지되면 정전압 전원을 스위칭 제어해서 펄스 신호를 생성하여 생성된 펄스 신호를 FET 스위치의 게이트에 출력하는 펄스 생성 회로; 및 FET 스위치의 온/오프에 의해 초크 트랜스의 2차 코일에 펄스 신호를 유도하여 유도된 펄스 신호를 SCR 스위치의 게이트에 출력하는 펄스 출력 회로;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 순간정전보상장치의 내부 장애로 인한 오동작시에 정상적인 외부 전원이 부하에 공급되도록 제어 회로를 구성함으로써 순간정전보상장치의 오동작시에 외부 전원이 부하에 공급되어 산업용 전기기기의 손상을 방지하는 효과가 있다.

[도 1]은 본 발명의 실시예에 따른 순간정전보상장치의 구성을 보인 블록도,
[도 2]는 [도 1]에 도시된 SCR 스위치의 구성을 보인 블록도,
[도 3]은 [도 1]에 도시된 펄스 회로의 구성을 보인 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[도 1]은 본 발명의 실시예에 따른 순간정전보상장치의 구성을 보인 블록도이다.

순간정전보상장치는 외부 전원이 비정상 상태 또는 정상 상태임을 감지하여 감지 결과에 따라 SCR(Silicon Controlled Rectifier) 스위치(200)를 오프시키거나 온시켜 비정상 상태인 외부 전원을 차단하고 정상 상태인 외부 전원이 부하에 공급되도록 동작하는데 이러한 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.

순간정전보상장치의 제어기(100)는 외부 전원이 비정상 상태일 때 서로 반대방향으로 병렬 접속된 SCR 스위치(200)를 오프시키고 인버터(400)를 제어하여 콘덴서(300)에 저장된 전하를 교류 전원으로 변환한 후 트랜스포머(500)를 통해 승압하여 승압된 교류전원이 부하에 공급되도록 제어한다.

순간정전보상장치의 제어기(100)는 외부 전원이 정상 상태일 때 SCR 스위치(200)를 온시켜 외부 전원이 부하로 공급되도록 제어한다.

이상과 같이 제어기(100)는 정상적인 동작 상태에서는 외부 전원의 상태에 따라 SCR 스위치(200)를 제어하여 부하에 전원이 안정적으로 공급되도록 제어하지만 제어기(100)가 내부 장애로 인해 SCR 스위치(200)를 제어하지 못하는 상황이 발생할 수 있다.

본 발명은 제어기(100)가 내부 장애로 인해 오동작하는 경우 펄스 회로(600)가 동작하여 외부 전원이 부하에 공급되도록 한다.

펄스 회로(600)는 외부 전원이 정상 상태이고 제어기(100)가 오동작하여 제어기(100)의 인버터 제어 신호가 비정상 상태일 때 SCR 스위치(200)의 게이트에 펄스 신호를 출력하여 외부 전원이 부하에 공급되도록 제어한다.

펄스 회로(600)의 상세 구성에 대해 [도 3]을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

[도 2]는 [도 1]에 도시된 SCR 스위치의 구성을 보인 블록도이고, [도 3]은 [도 1]에 도시된 펄스 회로의 구성을 보인 블록도이다.

펄스 회로(600)는 정전압 회로(610)와 펄스 발생 회로(620)를 포함하는데 이의 구성 요소에 대해 설명한다.

펄스 회로(600)의 정전압 회로(610)는 정전압 전원을 만들어 펄스 발생 회로(620)에 공급하고 펄스 발생 회로(620)는 제어기(100)의 인버터 제어 신호가 비정상일 때 정전압 전원을 스위칭 제어해서 펄스 신호를 생성하여 생성된 펄스 신호를 SCR 스위치(200)의 게이트에 출력한다. SCR 스위치(200)는 도통하여 외부 전원이 부하에 공급되도록 동작한다.

정전압 회로(610)는 정전압 전원을 만들기 위해 트랜스포머(T1)를 통해 외부 전원을 감압하고 감압된 전원을 브릿지 다이오드로 구성된 정류기(BD1)를 통해 직류 전원으로 변환한다. 정전압 회로(610)는 직류 전원을 평활 콘덴서(EC1)와 정전압 IC(U1)에 공급하여 12볼트의 정전압 전원을 만들어 펄스 발생 회로(620)에 공급한다.

정전압 회로(610)는 펄스 생성 회로(621)와 펄스 출력 회로(622)를 포함하는 펄스 발생 회로(620)에 정전압 전원을 공급한다. 정전압 회로(610)는 외부 전원을 감압하여 정전압 전원을 만들어 펄스 생성 회로(621)와 펄스 출력 회로(622)를 구성하는 초크 트랜스(T2)의 1차 코일과 초크 트랜스(T2)의 1차 코일에 직렬 연결된 FET(Field Effect Transistor) 스위치(Q2)에 공급한다.

펄스 발생 회로(620)는 펄스 생성 회로(621)와 펄스 출력 회로(622)를 포함하며 이들 회로의 구성 및 동작에 대해 설명한다.

펄스 생성 회로(621)는 제어기(100)의 인버터 제어 신호를 입력받는 트랜지스터(Q1)와 트랜지스터(Q1)의 온/오프 제어에 의해 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성 로직(U2-B,C,D)으로 구성된다. 펄스 생성 회로(621)의 동작은 다음과 같다.

펄스 생성 회로(621)는 제어기(100)의 인버터 제어 신호를 입력받아 트랜지스터(Q1)의 게이트에 입력하여 하이 신호 또는 로우 신호를 생성한다. 펄스 생성 회로(621)는 인버터 제어 신호가 정상적인 하이 신호이면 로우 신호를 생성하여 생성된 로우 신호를 난드 게이트로 구성된 펄스 생성 로직(U2-B,C,D)에 입력하여 펄스 발생을 오프시킨다. 이와 반대로 펄스 생성 회로(621)는 인버터 제어 신호가 비정상적인 로우 신호이면 하이 신호를 생성하여 생성된 하이 신호를 펄스 생성 로직(U2-B,C,D)에 입력하여 펄스 발생을 온시킨다.

펄스 생성 회로(621)는 인버터 제어 신호가 비정상일 때 펄스 생성 로직(U2-B,C,D)에 의해 생성된 펄스 신호를 펄스 출력 회로(622)를 구성하는 FET 스위치(Q2)의 게이트에 출력한다.

펄스 출력 회로(622)는 정전압 전원을 입력받는 제너 다이오드(ZD1)와 제너 다이오드(ZD1)에 역방향 직렬 연결된 다이오드(D2)와 다이오드(D2)의 애노드에 연결된 FET 스위치(Q2); 제너 다이오드(ZD1)와 다이오드(D2)에 병렬 연결된 초크 트랜스(T2); 초크 트랜스(T2)의 2차 코일에 연결된 두 개의 필터 회로를 포함한다.

펄스 출력 회로(622)는 펄스 생성 회로(621)의 펄스 신호를 입력받아 FET 스위치(Q2)를 온/오프시켜 초크 트랜스(T2)의 1차 코일에 정전압 전원이 공급되거나 차단시킨다. 초크 트랜스(T2)의 1차 코일에 정전압 전압이 온/오프로 공급됨에 따라 자기 유도에 의해 초크 트랜스(T2)의 2차 코일에 주기적인 온/오프 신호가 전달된다.

펄스 출력 회로(622)는 주기적인 온/오프에 의해 초크 트랜스(T2)의 2차 코일에 유도된 펄스 신호를 필터 회로에 통과시키고 필터 회로를 통과한 펄스 신호를 SCR 스위치(200)의 게이트에 출력한다.

병렬 접속된 SCR 스위치(200)는 펄스 출력 회로(622)의 펄스 신호에 의해 도통하여 외부 전원이 부하에 공급되도록 한다.

이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 제어기 200 : SCR 스위치
300 : 콘덴서 400 : 인버터
500 : 트랜스포머 600 : 펄스 회로

Claims (4)

1. 외부 전원이 비정상 상태일 때 제어기가 서로 반대방향으로 병렬 접속된 SCR(Silicon Controlled Rectifier) 스위치인 양방향 스위치를 오프시키고 인버터를 제어하여 콘덴서에 저장된 전하를 교류 전원으로 변환한 후 트랜스포머를 통해 승압하여 승압된 교류전원을 부하에 공급하는 순간정전보상장치로서,
   상기 외부 전원을 감압하여 정전압 전원을 만들어 펄스 발생 회로를 구성하는 초크 트랜스의 1차 코일과 상기 초크 트랜스의 1차 코일에 직렬 연결된 FET(Field Effect Transistor) 스위치에 공급하는 정전압 회로; 및
   상기 제어기의 인버터 제어 신호가 비정상으로 감지되면 상기 정전압 전원을 스위칭 제어해서 펄스 신호를 생성하여 상기 생성된 펄스 신호를 상기 FET 스위치의 게이트에 출력하는 펄스 생성 회로와 상기 FET 스위치의 온/오프에 의해 상기 초크 트랜스의 2차 코일에 펄스 신호를 유도하여 상기 유도된 펄스 신호를 상기 SCR 스위치의 게이트에 출력하는 펄스 출력 회로를 포함하는 펄스 발생 회로;
   를 포함하는 펄스 회로로 구성되며,
   상기 펄스 회로는 상기 외부 전원이 정상 상태이고 상기 제어기가 오동작하여 상기 제어기의 인버터 제어 신호가 비정상 상태일 때 상기 양방향 스위치의 게이트에 펄스 신호를 출력하여 상기 외부 전원이 상기 부하에 공급되도록 제어하는 순간정전보상장치.
   
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