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KR20100118242A - Serial type compensating rectifier and uninterruptible power supply having that - Google Patents

Serial type compensating rectifier and uninterruptible power supply having that Download PDF

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KR20100118242A
KR20100118242A KR1020090036970A KR20090036970A KR20100118242A KR 20100118242 A KR20100118242 A KR 20100118242A KR 1020090036970 A KR1020090036970 A KR 1020090036970A KR 20090036970 A KR20090036970 A KR 20090036970A KR 20100118242 A KR20100118242 A KR 20100118242A
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South Korea
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series
compensation
rectifier
capacitor
output terminal
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백주원
류명효
김종현
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한국전기연구원
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Abstract

PURPOSE: A serial compensation rectifier and a serial compensation uninterruptible power supply device thereof are provided to control the power factor and power of an input voltage by using a compensation transformer and a serial compensation converter. CONSTITUTION: A one end of the primary side coil of a transformer(110a) for compensation is serially connected to a single phase or a poly phase AC power source. A rectifier(150a) is connected to the different end of the primary side coil of the transformer for compensation. A serial compensation inverter part(200a) is connected to the secondary side coil of the transformer for compensation. The serial compensation inverter part comprises an input filter inductor and a serial compensation PWM(Pulse Width Modulation) converter. A DC capacitor(270a) is connected to the output terminal of the serial compensation inverter part. The output terminal of the DC capacitor is connected to the output terminal of the rectifier.

Description

직렬 보상 정류기 및 이를 포함하는 직렬 보상 무정전 전원장치 {Serial type compensating rectifier and Uninterruptible Power Supply having that}Series compensating rectifier and serial compensating uninterruptible power supply comprising the same {Serial type compensating rectifier and Uninterruptible Power Supply having that}

본 발명은 직렬 보상 정류기 및 이를 포함하는 직렬 보상 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.The present invention relates to a series compensating rectifier and a series compensating uninterruptible power supply including the same. More specifically, a series compensating a power factor and an output voltage using only a portion of the total power by using a delta type compensating transformer and a series compensating converter on an input side. A series compensated uninterruptible power supply with a compensating rectifier and a battery for power failure protection at the output stage.

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.As the number of switching power supplies used in industrial and home use increases day by day, the reduction of input current harmonics and the improvement of power factor have become one of the challenges to maintain the power quality above a certain level. In addition, with the development of technology, various devices contain sensitive electronic devices, so that large errors can occur even in small fluctuations in the operating power supply. Furthermore, uninterrupted stable and reliable power supply has become a serious problem in the operation of industrial facilities. .

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.Existing AC type uninterruptible power supply has various types such as two-stage conversion method, line interactive method, and delta conversion method. Both the input and output voltages are alternating current, and this is accomplished by placing back-back inverters on the inputs and outputs, or by placing converters and batteries in parallel to the power supply, such as line interactive.

이러한 종래의 방식에서 직류 출력을 얻기 위한 구조는 단순히 정류회로만을 구성하는 것이 가장 간단하며 구성하기가 용이하다. 그렇지만 입력전류의 역율을 개선하기 위해서는 스위칭 PWM 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 입력역율, 배터리 충전, 출력전압 조정기능을 수행한다. 이때 전체 전력은 부하로 대부분 입력에서 직접 흘러가고 보상용 전력만이 인버터를 통해 흐른다. In this conventional scheme, the structure for obtaining the DC output is simply the simplest and easy to configure only the rectifier circuit. However, to improve the power factor of the input current, a switching PWM rectifier must be used. This approach has some disadvantages in terms of efficiency since the entire power is delivered to the load through the converter. The highest efficiency in the AC output type uninterruptible power supply is because the delta conversion method uses only a part of the total power for input current and output control. This type of power supply uses a series inverter and a parallel inverter to adjust the output voltage on one side and the current regulation on the other side to perform input power factor, battery charging, and output voltage regulation. The entire power flows directly from the input to the load and only the compensating power flows through the inverter.

직류 무정전전원장치 역시 입력 전류 제어와 출력 제어를 전체전력의 일부만으로 가능하게 하는 구조를 통해 고효율화가 가능하며 아직까지 제안된 바가 없는 실정이다. DC uninterruptible power supply is also highly efficient through the structure that enables input current control and output control with only a part of the total power, which has not been proposed until now.

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. Until now, only a single-phase or three-phase rectifier type structure has been proposed to obtain a direct current output. When the output voltage is not controlled, a combination of a diode rectifier and an active or passive filter is used. This method has the inconvenience that the power capacity of the converter in charge of power conversion is equal to the total power or a circuit for charging the battery voltage must be additionally used.

본 발명은 입력 역율과 전력을 조정하여 안정적으로 정류된 전원을 공급하는 정류기 및 순간정전에 대해 출력 부하의 안정적인 전력을 공급하는 무정전 전원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a rectifier for stably supplying rectified power by adjusting input power factor and power, and an uninterruptible power supply for supplying stable power of an output load against instantaneous power failure.

나아가서 기존의 3상 PWM 컨버터 방식을 장착한 장치의 손실 및 효율을 극대화시킬 수 있는 전원장치를 제공하며 이를 위하여 교류 무정전 방식에서 고효율의 특징을 갖는 델타 변환 방식을 직류에 응용하는 전원장치를 제공하고자 한다.Furthermore, to provide a power supply device that can maximize the loss and efficiency of the device equipped with the existing three-phase PWM converter method, and to provide a power supply device that applies a delta conversion method having high efficiency characteristics from an AC uninterruptible method to DC. do.

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 정전시에도 안정적인 전력을 공급할 수 있는 전원장치를 제공하고자 한다.In order to maximize the efficiency of DC uninterruptible power supply, the rectifier structure of single-phase or multi-phase pulse width modulation method that compensates input power factor is improved to control power factor by using simple diode rectification and series compensation transformer and inverter, and then install charger By providing a power supply that can supply a stable power even in the event of a power failure.

상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은, 직렬 보상 정류기에 있어서, 단 상 또는 다상의 교류 전력원에 1차측 권선의 일단이 직렬로 연결된 보상용 변압기; 상기 보상용 변압기의 1차측 권선의 타단에 연결된 정류부; 상기 보상용 변압기의 2차측 권선이 연결된 직렬보상 인버터부; 및 상기 직렬보상 인버터부의 출력단에 연결된 직류 커패시터를 포함하며, 상기 직류 커패시터의 출력단과 상기 정류부의 출력단이 결선되어, 상기 직렬보상 인버터부에 의해 입력 전압의 역율과 전력이 제어되어 상기 정류부에 의한 정류된 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a series compensation rectifier, comprising: a compensating transformer having one end of a primary winding wound in series with a single-phase or multi-phase AC power source; A rectifier connected to the other end of the primary winding of the compensation transformer; A series compensation inverter connected to a secondary winding of the compensation transformer; And a direct current capacitor connected to an output terminal of the series compensating inverter, wherein an output terminal of the direct current capacitor and an output terminal of the rectifying unit are connected to each other so that the power factor and power of the input voltage are controlled by the series compensating inverter to rectify the rectifying unit. The rectified voltage is controlled.

바람직하게는 상기 직렬보상 인버터부는, 입력 필터 인덕터 및 복수개의 스위치로 이루어진 직렬 보상 PWM 컨버터를 포함하고, 상기 직류 커패시터는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터를 포함하며, 상기 입력 필터 인턱터의 일단은 상기 보상용 변압기의 2차측 권선의 일단에 연결되고 타단은 상기 직렬 보상 PWM 컨버터의 스위치 레그의 중성점에 연결되고, 상기 직류 커패시터는 상기 직렬 보상 PWM 컨버터와 병렬로 연결되고 상기 보상용 변압기의 2차측 권선의 타단이 상기 직류 커패시터의 중성점에 연결될 수 있다.Preferably, the series compensation inverter unit includes a series compensation PWM converter including an input filter inductor and a plurality of switches, the DC capacitor includes two capacitors connected in series, and one end of the input filter inductor is used for the compensation. One end of the secondary winding of the transformer, the other end of which is connected to the neutral point of the switch leg of the series compensating PWM converter, the direct current capacitor connected in parallel with the series compensating PWM converter, and the other end of the secondary winding of the compensating transformer. It may be connected to the neutral point of the DC capacitor.

나아가서 상기 직류 커패시터의 출력단에 병렬로 DC/DC 컨버터가 연결되고, 상기 DC/DC 컨버터의 출력단이 상기 정류부의 출력단에 결선될 수 있다.In addition, a DC / DC converter may be connected in parallel to the output terminal of the DC capacitor, and the output terminal of the DC / DC converter may be connected to the output terminal of the rectifying unit.

여기서 상기 DC/DC 컨버터는, 강압형, 승압형, 승강압형, 비절연형 컨버터 중 어느 하나이거나 또는 절연형 포워드 구조, 플라이백 구조, 푸쉬풀 구조, 풀브릿지 구조, 하프브릿지 구조의 컨버터 중 어느 하나가 선택될 수 있다.The DC / DC converter may be any one of step-down, step-up, step-up, and non-isolated converters or any one of an isolated forward structure, a flyback structure, a push-pull structure, a full bridge structure, and a half bridge structure converter. Can be selected.

바람직하게는 상기 보상용 변압기의 1차측 권선의 타단과 상기 정류부의 입 력단 사이에 수동필터를 포함할 수 있다.Preferably, a passive filter may be included between the other end of the primary winding of the compensation transformer and the input end of the rectifier.

또한 본 발명은 상기 직렬 보상 정류기를 포함하며, 상기 직류 커패시터에 병렬로 연결된 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 직류 무정전 전원장치이다.In another aspect, the present invention is a series compensation DC uninterruptible power supply comprising the series compensation rectifier, and comprises a battery connected in parallel to the DC capacitor.

바람직하게는 상기 배터리의 출력단과 상기 충전부 사이에 제2 필터 인덕터를 포함할 수 있다.Preferably, a second filter inductor may be included between the output terminal of the battery and the charging unit.

보다 바람직하게는 상기 전력원과 상기 보상용 변압기 사이에 차단기 또는 스위치를 포함하여, 정전시에 상기 전력원과 상기 보상용 변압기 사이가 차단될 수 있다.More preferably, a breaker or a switch is included between the power source and the compensation transformer, so that the power source and the compensation transformer may be cut off during a power failure.

이와 같은 본 발명에 따르면, 출력이 직류 방식이며 직류 출력을 얻기 위해 단순히 다이오드 정류를 한 뒤에 직렬보상 컨버터를 이용하여 역율을 제어하고 나아가서 배터리를 충전시키므로 정류기 및 무정전 전원장치의 용량이 전체 시스템 용량의 작은 일부만을 차지하므로 가격, 손실, 효율, 신뢰성에서 대폭적인 개선을 이룰 수 있게 된다.According to the present invention, the output is a direct current method, and the diode is rectified to obtain a direct current output, and then the power factor is controlled using a series compensation converter and the battery is charged. Only a small fraction can result in significant improvements in price, loss, efficiency and reliability.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.In order to explain the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, the following describes exemplary embodiments of the present invention and looks at it with reference.

본 발명은 직렬 보상 정류기와 이를 포함하는 직렬 보상 무정전 전원장치에 대한 것으로서, 전력원으로부터 교류 전압을 보상용 변압기로 입력받고 상기 변압기의 1차측 권선은 정류부가 연결되어 전압을 정류시키고, 2차측 권선은 직렬보상 인버터부에 연결되며, 상기 직렬보상 인버터부의 출력이 상기 정류부의 출력과 결선되는 구성으로서, 상기 직렬보상 인버터부에 의해 입력 역율을 1로 제어하는 직렬 보상 정류기와 이를 포함하며 상기 직렬보상 인버터부의 출력단에 배터리를 장착하여 평시에는 입력 역율을 제어하고 정전시에 상기 배터리로부터 전압을 출력하여 정전전압을 보상하는 직렬 보상 직류 무정전 전원장치이다.The present invention relates to a series compensating rectifier and a series compensating uninterruptible power supply including the same, wherein an AC voltage is input from a power source to a compensating transformer, and a primary winding of the transformer is connected to a rectifier to rectify the voltage and a secondary winding. Is connected to a series compensating inverter unit, and the output of the serial compensating inverter unit is connected to the output of the rectifying unit, and includes a series compensating rectifier controlling the input power factor to 1 by the series compensating inverter unit and the serial compensating unit. It is a series compensating DC uninterruptible power supply that mounts a battery at the output of the inverter unit to control the input power factor during normal operation and output a voltage from the battery during power failure to compensate for the electrostatic voltage.

본 발명을 구체적인 실시예를 통해 그 구성 및 작동관계에 대하여 이하에서 보다 자세히 살펴보기로 한다. The configuration and operation of the present invention will be described in more detail below with reference to specific embodiments.

도 1은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 개략적인 구성을 도시한다.1 shows a schematic configuration of a series compensating rectifier according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 직렬 보상 정류기는, 개략적으로 보상용 변압기(110), 정류부(150), 직렬보상 인버터부(200) 및 직류 커패시터(270)로 구성이 된다.As shown in FIG. 1, the series compensating rectifier of the present invention is schematically composed of a compensating transformer 110, a rectifying unit 150, a series compensating inverter unit 200, and a DC capacitor 270.

그 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 전압을 정류시킨다.Looking at the connection relationship, one end of the primary winding of the compensation transformer 110 is connected to the single-phase or multi-phase AC power source 10 to receive the AC voltage, the other end of the primary winding is connected to the rectifier 150 Rectify the voltage.

보상용 변압기(110)의 2차측 권선은 직렬보상 인버터부(200)에 연결되어 직 렬보상 인버터부(200)가 전류와 전압을 제어하며, 직렬보상 인버터부(200)의 출력단에는 직류 커패시터(270)가 연결되고 직류 커패시터(270)의 출력단은 정류부(150)의 출력단과 결선된다.The secondary winding of the compensating transformer 110 is connected to the series compensating inverter unit 200 so that the serial compensating inverter unit 200 controls the current and the voltage, and the DC terminal is connected to the output terminal of the series compensating inverter unit 200. 270 is connected and the output terminal of the DC capacitor 270 is connected to the output terminal of the rectifier 150.

본 발명에 따른 직렬 보상 정류기를 보다 구체적인 실시예를 통해 살펴보면, 도 2는 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 하나의 실시예를 도시한다.Looking at the series compensated rectifier according to the present invention through a more specific embodiment, Figure 2 shows one embodiment of the series compensated rectifier according to the present invention.

도 2의 실시예서는 전력원(10a)이 단상의 전압을 공급하며, 2개의 변압기로 구성된 보상용 변압기(110a)의 1차측 권선의 일단으로 단상의 전압이 입력되고 1차측 권선의 타단에 다이오드 정류부(150a)가 연결되어 전압을 정류시키고 정류부(150a)의 출력단에는 병렬로 평활 커패시터(170a)가 연결된다.In the embodiment of Fig. 2, the power source 10a supplies a single phase voltage, the single phase voltage is input to one end of the primary winding of the compensating transformer 110a consisting of two transformers, and the diode is connected to the other end of the primary winding. The rectifier 150a is connected to rectify the voltage, and the smoothing capacitor 170a is connected to the output terminal of the rectifier 150a in parallel.

그리고 보상용 변압기(110a)의 2차측 권선의 일단이 직렬보상 인버터부(200a)에 연결되는데, 직렬보상 인버터부(200a)는 입력 필터 인덕터(210a)와 복수개의 스위치로 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 컨버터(250a)의 스위치 레그의 중성점에 연결된다. 또한 보상용 변압기(110a)의 2차측 권선의 타단은 두 개의 커패시터로 구성된 직류 커패시터(270a)의 중성점에 연결되며, 직류 커패시터(270a)의 출력단은 정류부(150a)의 출력단에 결선된다.One end of the secondary winding of the compensating transformer 110a is connected to the series compensating inverter unit 200a. The series compensating inverter unit 200a includes an input filter inductor 210a and a plurality of switches. 250a, one end of the secondary winding of the compensating transformer 110a is connected to one end of the input filter inductor 210a, and the other end of the input filter inductor 210a is a switch leg of the series compensating PWM converter 250a. Is connected to the neutral point. In addition, the other end of the secondary winding of the compensation transformer 110a is connected to the neutral point of the DC capacitor 270a composed of two capacitors, and the output terminal of the DC capacitor 270a is connected to the output terminal of the rectifying unit 150a.

도 3은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 다른 하나의 실시예를 도시하며, 도 3의 실시예에서는 전력원(10b)이 3상의 전압을 공급한다.3 shows another embodiment of a series compensated rectifier according to the invention, in which the power source 10b supplies three phase voltages.

도 3의 실시예에 도시된 바와 같이 전력원(10b)이 3상의 교류 전원을 공급하 므로 이에 맞춰서 보상용 변압기(110b)는 3개의 변압기로 구성되고 각 변압기의 1차측 권선은 각각 정류부(150b)에 연결되며, 각 변압기의 2차측 권선의 일단은 각각 직렬보상 인버터부(200b)의 입력 필터 인덕터(210b)의 일단에 연결되고 각 입력 인턱터(210b)의 타단은 각각 직렬 보상 PWM 컨버터(250b)에 연결되며 2차측 권선의 타단은 직류 커패시터(270b)의 중성점에 연결된다.As shown in the embodiment of FIG. 3, since the power source 10b supplies three-phase AC power, the compensating transformer 110b is composed of three transformers, and the primary winding of each transformer is respectively rectified part 150b. ), One end of the secondary winding of each transformer is connected to one end of the input filter inductor 210b of the series compensating inverter unit 200b, and the other end of each input inductor 210b is respectively a series compensating PWM converter 250b. ) And the other end of the secondary winding is connected to the neutral point of the DC capacitor (270b).

나아가서 본 발명은 직렬 보상 직류 무정전 전원장치를 제공하는데, 도 4는 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 개략적인 구성을 도시한다.Furthermore, the present invention provides a series compensating direct current uninterruptible power supply, Figure 4 shows a schematic configuration of a series compensating direct current uninterruptible power supply according to the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치는, 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 구성을 포함하여 보상용 변압기(110), 정류부(150), 직렬보상 인버터부(200) 및 직류 커패시터(270)를 구비하고 여기에 정전시 전원을 공급하기 위하여 직류 커패시터(270)의 출력단에 병렬로 연결된 배터리(290)를 더 포함하고 있다.As shown in FIG. 4, the series compensating DC uninterruptible power supply according to the present invention includes the compensating transformer 110, the rectifying unit 150, and the series compensating inverter unit 200 including the configuration of the series compensating rectifier according to the present invention. And a battery 290 having a DC capacitor 270 and connected in parallel to an output terminal of the DC capacitor 270 to supply power in case of power failure.

도 5는 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 하나의 실시예를 도시한다.5 illustrates one embodiment of a series compensated direct current uninterruptible power supply in accordance with the present invention.

도 5의 실시예는 상기 도 2의 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 실시예에 충전부(290a)를 결합시킨 직렬 보상 직류 무정전 전원장치이다.5 is a series compensated DC uninterruptible power supply in which a charging unit 290a is coupled to an embodiment of the series compensated rectifier according to the present invention of FIG. 2.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치는 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 구성을 포함하며, 직렬보상 인버터부(200a)의 출력단의 직류 커패시터(270a)에 대응하도록 병렬로 배터리(290a)가 연결된다.As shown in FIG. 5, the series compensating DC uninterruptible power supply according to the present invention includes a configuration of the series compensating rectifier according to the present invention, and parallel to correspond to the DC capacitor 270a at the output terminal of the series compensating inverter unit 200a. The battery 290a is connected.

도 6은 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 다른 하나의 실시 예를 도시한다.Figure 6 shows another embodiment of a series compensation DC uninterruptible power supply according to the present invention.

도 6의 실시예는 상기 도 3의 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 실시예에 배터리(290b)를 결합시킨 직렬 보상 직류 무정전 전원장치로서, 3상의 교류 입력전원에 대한 것이다.The embodiment of FIG. 6 is a series compensated DC uninterruptible power supply in which a battery 290b is coupled to the embodiment of the series compensated rectifier according to the present invention of FIG.

나아가서 이와 같은 본 발명의 직렬보상 인버터부는 4상한 운전기능을 가지며 무정전 전원장치의 출력단과 입력전원 전압간의 전압차를 보상한다. 또한 상기 직렬보상 인버터부는 정현파이며 주전원전압과 동상인 전류를 주전원으로부터 끌어들여 제어함으로써 입력역율을 1로 조정할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 직렬보상 인버터부의 직류단에 흐르는 전류와 전압을 제어하므로 배터리의 충전도 역시 제어할 수 있다. Furthermore, the series compensation inverter unit of the present invention has a quadrant operation function and compensates the voltage difference between the output terminal of the uninterruptible power supply and the input power supply voltage. In addition, the series compensating inverter unit may adjust the input power factor to 1 by controlling a sine wave and a current that is in phase with the main power voltage from the main power. As well as controlling the current and voltage flowing in the DC terminal of the series compensation inverter unit can also control the charging of the battery.

도 7은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 동작관계를 나타내며, 도 7 상에는 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 배터리가 도시되어 있지 않으나 커패시터와 상기 배터리가 병렬 접속된 것으로 볼 수 있으므로 동작관계를 도 7을 이용하여 살펴보기로 한다.7 illustrates an operation relationship of the series compensating rectifier according to the present invention. On FIG. 7, although the battery of the series compensating DC uninterruptible power supply according to the present invention is not shown, the capacitor and the battery may be regarded as being connected in parallel. It will be described with reference to FIG.

도 7의 도면을 참조하여 본 발명의 동작관계를 살펴보면, 도 7의 (a)는 입력전압이 출력전압보다 낮은 경우이며, 도 7의 (b)는 입력전압과 출력전압이 같은 경우이고, 도 7의 (c)는 입력전압이 출력전압 보다 높은 경우이다. 도 7에서 전압과 전류 그리고 전력의 크기는 임의의 값을 기준으로 교류입력과 이를 정류한 직류출력을 100%로 나타낸 후에 이의 변화에 따른 직렬보상 인버터부(200)와 입력과 출력 의 관계를 나타낸 것이다. Referring to the operation of the present invention with reference to the drawings of Figure 7, Figure 7 (a) is the case where the input voltage is lower than the output voltage, Figure 7 (b) is the case where the input voltage and the output voltage is the same, 7 (c) shows the case where the input voltage is higher than the output voltage. In FIG. 7, the magnitudes of voltage, current, and power are represented as 100% of an AC input and a rectified DC output based on a random value, and then the relationship between the serial compensation inverter unit 200 and an input and an output according to the change is shown. will be.

도 7의 (a)처럼 입력전압이 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)를 통해 부하전류를 공급하고 남은 전류와 전력이 직렬보상 인버터(200)를 통해 입력측으로 공급되며 입력측의 낮은 전압을 보상한다. When the input voltage is lower than the output voltage as shown in FIG. 7A, the series compensation inverter unit 200 controls the current so that a larger current flows to the input side to supply a constant power to the output side. That is, assuming that there is no loss, the input side and the output side should have the same power, so the input current should be increased by the amount of the reduced input voltage. The compensation current, which is the difference between the input and the output, is supplied through the input, and as shown in FIG. 7A, the load current is supplied through the series compensation inverter unit 200, and the remaining current and power supply the series compensation inverter 200. It is supplied to the input side and compensates for the low voltage at the input side.

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. 7B illustrates a case where the input voltage and the output voltage are the same. At this time, the current flowing through the series compensating inverter unit 200 becomes zero, and the series compensating inverter unit 200 is in a state in which there is no power flow except for a loss.

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 전압만큼 작아진다. 그렇지만 직렬보상 인버터부(200)의 역전압에 의해 발생된 전력이 역시 부하로 전달되어 전체 입력과 출력 전력이 동일하게 된다.In FIG. 7C, when the input voltage is higher than the output, a reverse voltage is applied through the series compensating inverter unit 200 so that the input voltage is equal to the output voltage. Accordingly, the primary winding of the compensating transformer 110 is applied. The power flowing through is as small as the lowered voltage. However, the power generated by the reverse voltage of the serial compensation inverter unit 200 is also transferred to the load, so that the entire input and output power are the same.

도 7의 (d)는 배터리(290)이 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 부하측에 필요한 전력보다 더 많은 전력이 입력단을 통해 흘러들어오도록 직렬보상 컨버터부(200)를 조절하여 부하측 으로 전달된 전력 이외의 잉여전력이 출력측에서 배터리(290)측으로 전달되어 충전하게 된다. 7D illustrates a charging principle of the battery 290 of the series-compensated DC uninterruptible power supply according to the present invention, although the battery 290 is not shown, and the battery 290 connected in parallel with the capacitor 270 is shown. Charging is performed by adjusting the serial compensating converter 200 so that more power than the power required at the load flows through the input stage, and surplus power other than the power delivered to the load side is transferred from the output side to the battery 290 to charge. .

도 7에서는 입력과 출력전압이 같은 경우를 예시하였으나 배터리(290)의 충전은 전압의 크기에 관계없이 입력전력이 출력전력보다 많은 양이 충전전력으로 회생된다. In FIG. 7, the input and output voltages are the same. However, in the charging of the battery 290, the input power is regenerated as the charging power regardless of the magnitude of the voltage.

한걸음 더 나아가서 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기 및 직렬 보상 무정전 전원장치는 직류 커패시터(270)의 출력단에 병렬로 직류 변환 컨버터(DC/DC 컨버터)를 연결하여 상기 직류 변환 컨버터를 통해 출력전압을 보다 정교하게 제어할 수 있는데, 도 8은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기에 직류 변환 컨버터가 연결된 실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시한다.Furthermore, the series compensating rectifier and the series compensating uninterruptible power supply according to the present invention connect a DC converter (DC / DC converter) in parallel to the output terminal of the DC capacitor 270 to further refine the output voltage through the DC converter. 8 is a schematic block diagram of an embodiment in which a DC conversion converter is connected to a series compensating rectifier according to the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 직류 변환 컨버터(280)를 연결하여 출력전압을 보다 정교하게 제어할 수 있다.As shown in FIG. 8, the DC voltage converter 280 may be connected to more precisely control the output voltage.

여기서 상기 직류 변환 컨버터는, 강압형, 승압형, 비절연형 컨버터 중 어느 하나가 선택될 수 있으며, 그 중에서도 절연형 포워드 구조, 플라이백 구조, 푸시풀 구조, 풀브릿지 구조 또는 하프블릿지 구조의 컨버터 중 어느 하나가 선택되어 적용될 수 있다.Here, the DC conversion converter may be any one of a step-down type, a step-up type and a non-isolated type converter, and among them, an isolated forward structure, a flyback structure, a push-pull structure, a full bridge structure, or a half bridge structure converter. Any one may be selected and applied.

나아가서 직류 커패시터(270)의 출력단과 배터리(290) 사이에는 제2 필터 인덕터를 장착하여 배터리(290)로 흐르는 전류를 평활 시킬 수도 있다.Further, a second filter inductor may be mounted between the output terminal of the DC capacitor 270 and the battery 290 to smooth the current flowing to the battery 290.

또한 상기 도 8에 도시된 바와 같이 상기 직류 변환 컨버터(280)는 출력전압 을 조절하며 본 발명에 따른 직렬 보상 무정전 전원장치에서는 직류 커패시터와 연결된 배터리(290)의 충전에너지를 역병렬 다이오드를 통해 출력단에서 역방향으로 공급하는 역할을 하게 된다. In addition, the DC conversion converter 280 adjusts the output voltage as shown in FIG. 8, and in the series compensated uninterruptible power supply according to the present invention, the charging energy of the battery 290 connected to the DC capacitor is output through an antiparallel diode. In the reverse direction to supply the role.

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.Furthermore, a circuit breaker or a switch may be mounted between the power source 10 and the compensation transformer 110 to cut off the power source 10 and the compensation transformer 110 during a power failure.

이와 같은 본 발명에 따른 직렬 보상 무정전 전원장치는 정전시에는 직렬보상 인버터부(200)는 동작하지 않으며 배터리(290)에 충전된 직류 전압이 부하(300)로 직접 연결되거나 또는 상기 직류 변환 컨버터를 통해 출력전압을 공급한다. 특히, 상기 직류 변환 컨버터가 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. In the series compensation uninterruptible power supply according to the present invention, the serial compensation inverter unit 200 does not operate during a power failure, and the DC voltage charged in the battery 290 is directly connected to the load 300 or the DC conversion converter. Supply the output voltage through In particular, when the voltage of the battery 290 is directly connected to the load without the DC conversion converter, it has higher reliability than the conventional uninterruptible power supply, and in particular, may have more robust characteristics such as sags. .

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain, and the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 개략적인 구성을 도시하며,1 shows a schematic configuration of a series compensating rectifier according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 하나의 실시예를 도시하며,2 shows one embodiment of a series compensating rectifier according to the invention,

도 3은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기의 다른 하나의 실시예를 도시하며,3 shows another embodiment of a series compensating rectifier according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 개략적인 구성을 도시하며,Figure 4 shows a schematic configuration of a series compensating DC uninterruptible power supply according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 하나의 실시예를 도시하며,5 shows one embodiment of a series compensated direct current uninterruptible power supply according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 다른 하나의 실시예를 도시하며,6 shows another embodiment of a series compensating direct current uninterruptible power supply according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기 및 직렬 보상 직류 무정전 전원장치의 동작관계를 나타내며,7 shows the operation of the series compensation rectifier and the series compensation DC uninterruptible power supply according to the present invention,

도 8은 본 발명에 따른 직렬 보상 정류기에 직류 변환 컨버터가 연결된 실시예의 간략한 구성도를 나타낸다.Figure 8 shows a simplified schematic diagram of an embodiment in which a direct current conversion converter is connected to a series compensating rectifier according to the present invention.

<도면의 주요부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

10 : 교류 전력원, 110, 110a, 110b : 보상용 변압기,10: AC power source, 110, 110a, 110b: compensation transformer,

150, 150a, 150b : 정류부, 170a, 170b : 평활 커패시터,150, 150a, 150b: rectifier, 170a, 170b: smoothing capacitor,

200, 200a, 200b : 직렬보상 인버터부,200, 200a, 200b: series compensation inverter unit,

210a, 210b : 입력 필터 인덕터,210a, 210b: input filter inductor,

250a, 250b : 직렬 보상 PWM 컨버터,250a, 250b: series compensated PWM converter,

270, 270a, 270b : 직류 커패시터, 280 : 직류 변환 컨버터,270, 270a, 270b: DC capacitor, 280: DC conversion converter,

290, 290a, 290b : 배터리,290, 290a, 290b: battery,

300 : 부하.300: load.

Claims (8)

직렬 보상 정류기에 있어서,In series compensated rectifier, 단상 또는 다상의 교류 전력원에 1차측 권선의 일단이 직렬로 연결된 보상용 변압기;A compensation transformer in which one end of the primary winding is connected in series to a single-phase or multi-phase AC power source; 상기 보상용 변압기의 1차측 권선의 타단에 연결된 정류부; A rectifier connected to the other end of the primary winding of the compensation transformer; 상기 보상용 변압기의 2차측 권선이 연결된 직렬보상 인버터부; 및A series compensation inverter connected to a secondary winding of the compensation transformer; And 상기 직렬보상 인버터부의 출력단에 연결된 직류 커패시터를 포함하며,It includes a DC capacitor connected to the output terminal of the series compensation inverter unit, 상기 직류 커패시터의 출력단과 상기 정류부의 출력단이 결선되어, 상기 직렬보상 인버터부에 의해 입력 전압의 역율과 전력이 제어되어 상기 정류부에 의한 정류된 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.And the output terminal of the DC capacitor and the output terminal of the rectifying unit are connected so that the power factor and power of the input voltage are controlled by the series compensating inverter unit to control the rectified voltage by the rectifying unit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 직렬보상 인버터부는,The series compensation inverter unit, 입력 필터 인덕터 및 복수개의 스위치로 이루어진 직렬 보상 PWM 컨버터를 포함하고,A series compensated PWM converter consisting of an input filter inductor and a plurality of switches, 상기 직류 커패시터는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터를 포함하며,The direct current capacitor includes two capacitors connected in series. 상기 입력 필터 인턱터의 일단은 상기 보상용 변압기의 2차측 권선의 일단에 연결되고 타단은 상기 직렬 보상 PWM 컨버터의 스위치 레그의 중성점에 연결되고,One end of the input filter inductor is connected to one end of the secondary winding of the compensation transformer and the other end is connected to the neutral point of the switch leg of the series compensation PWM converter, 상기 직류 커패시터는 상기 직렬 보상 PWM 컨버터와 병렬로 연결되고 상기 보상용 변압기의 2차측 권선의 타단이 상기 직류 커패시터의 중성점에 연결되는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.And the DC capacitor is connected in parallel with the series compensation PWM converter and the other end of the secondary winding of the compensation transformer is connected to the neutral point of the DC capacitor. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 직류 커패시터의 출력단에 병렬로 DC/DC 컨버터가 연결되고,A DC / DC converter is connected in parallel to the output terminal of the DC capacitor, 상기 DC/DC 컨버터의 출력단이 상기 정류부의 출력단에 결선되는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.And the output terminal of the DC / DC converter is connected to the output terminal of the rectifying unit. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 DC/DC 컨버터는,The DC / DC converter, 강압형, 승압형, 승강압형, 비절연형 컨버터 중 어느 하나이거나 또는 절연형 포워드 구조, 플라이백 구조, 푸쉬풀 구조, 풀브릿지 구조, 하프브릿지 구조의 컨버터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.A series compensating rectifier, characterized in that it is any one of step-down, step-up, step-up and non-isolated converters or any of converters of an isolated forward structure, a flyback structure, a push-pull structure, a full bridge structure and a half bridge structure. . 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 보상용 변압기의 1차측 권선의 타단과 상기 정류부의 입력단 사이에 수동필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 정류기.And a passive filter between the other end of the primary winding of the compensation transformer and the input end of the rectifier. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 직렬 보상 정류기를 포함하며,A series compensation rectifier of any one of claims 1 to 5, 상기 직류 커패시터의 출력단에 병렬로 연결된 배터리를 포함하는 것을 특징 으로 하는 직렬 보상 직류 무정전 전원장치.And a battery connected in parallel to the output terminal of the DC capacitor. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 직류 커패시터의 출력단과 상기 배터리 사이에 제2 필터 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 직류 무정전 전원장치.And a second filter inductor between the output terminal of the DC capacitor and the battery. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전력원과 상기 보상용 변압기 사이에 차단기 또는 스위치를 포함하여, 정전시에 상기 전력원과 상기 보상용 변압기 사이가 차단되는 것을 특징으로 하는 직렬 보상 직류 무정전 전원장치. And a circuit breaker or a switch between the power source and the compensation transformer, wherein the power supply and the compensation transformer are disconnected during a power failure.
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