KR20140075472A

KR20140075472A - 계통 연계형 오프라인 교류 무정전 전원 장치

Info

Publication number: KR20140075472A
Application number: KR1020120143849A
Authority: KR
Inventors: 임완수; 양현열
Original assignee: 주식회사 피플웍스
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-19

Abstract

본 발명의 바람직한 일실시예의 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치에 따르면, 계통 전원의 정전시 및 정전 후 통전시 전원의 끊김이 없는 안정된 전원을 부하에 공급할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치는, 계통으로부터 입력된 전원의 전압 크기 및 위상을 검출하는 제 1 전압 및 위상 검출부; 축전지로부터 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환 인버터; 상기 계통으로부터 입력된 전원을 출력 또는 차단할 수 있는 계통 스위치; 상기 직류-교류 변환 인버터 및 상기 계통 스위치의 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 무정전 전원 장치의 출력 전압 크기 및 위상을 검출하는 제 2 전압 및 위상 검출부;를 포함한다.

Description

계통 연계형 오프라인 교류 무정전 전원 장치{GRID CONNECTED OFF LINE AC UPS}

본 발명은 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계통 전원의 정전 후 통전시에도 안정된 전원을 부하에 공급할 수 있는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치에 관한 것이다.

무정전 전원 장치(Uninterruptable Power Supply, UPS)는 일반적으로 온라인교류 무정전 전원 장치(ON LINE AC UPS)와 오프라인 교류 무정전 전원 장치(OFF LINE AC UPS)로 나눌 수 있다.

도 1 및 도 2는 각각, 온라인 교류 무정전 전원 장치(100) 및 오프라인 교류 무정전 전원 장치(200)의 예시적인 구성도를 나타낸다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 온라인 교류 무정전 전원 장치(100)는 전원 변환 단계가 많아, 오프라인 교류 무정전 전원 장치(200)에 비해 효율이 저하되고, 회로가 복잡한 단점이 있다. 또한, 오프라인 교류 무정전 전원 장치(200)는 고효율이며 회로가 간단한 장점은 있으나, 정전시 전원 끊김 현상이 발생하여 사용 기기의 종류에 따라 제한적으로 사용되고 있다.

오프라인 교류 무정전 전원 장치(200)의 전원 끊김의 문제를 해결하면 다른 교류 무정전 전원 장치 또는 직류 무정전 전원 장치보다 고효율 경량 저가의 무정전 전원 장치의 개발이 가능하다.

공개특허공보 제10-2008-0079042호 등에는, 상용 전원인 계통 전원이 정전인 경우, 비상 전원을 부하게 안정되게 공급하는 방법이 개시되어 있으나, 정전 후 통전시 비상 전원으로부터 계통 전원으로 전원 공급을 절환하는 방법에 대해서는 개시되어 있지 않다.

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 계통 전원의 정전시 및 정전 후 통전시 전원의 끊김이 없는 안정된 전원을 부하에 공급할 수 있는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치는, 계통으로부터 입력된 전원의 전압 크기 및 위상을 검출하는 제 1 전압 및 위상 검출부; 축전지로부터 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환 인버터; 상기 계통으로부터 입력된 전원을 출력 또는 차단할 수 있는 계통 스위치; 상기 직류-교류 변환 인버터 및 상기 계통 스위치의 동작을 제어하는 제어부; 상기 무정전 전원 장치 또는 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압 크기 및 위상을 검출하는 제 2 전압 및 위상 검출부; 및 상기 계통으로부터 입력된 전원을 이용하여 상기 축전지를 충전하는 충전기;를 포함한다.

상기 제어부는, 상기 제 1 전압 및 위상 검출부 및 상기 제 2 전압 및 위상 검출부로부터의 정보를 입력받고, 상기 계통으로부터 입력된 전원과 동일한 위상 및 주파수의 전압을 상기 직류-교류 변환 인버터가 생성할 수 있도록 상기 직류-교류 변환 인버터를 제어한다.

구체적으로 상기 제어부는, 상기 계통 전원이 정상적으로 공급되고 있는 동안은, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압이 상기 계통으로부터 입력된 전원의 전압 크기보다 작도록 제어한다. 또한, 상기 제어부는, 상기 계통 전원이 정전 상태인 동안은, 상기 직류-교류 변환 인버터가 상기 계통 전원의 표준 전압 크기의 전압을 출력하도록 제어한다.

아울러 상기 제어부는, 상기 계통 전원이 정전 상태에서 통전 상태로 바뀐 경우, 상기 계통 전원의 전압의 위상과 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상을 비교하여, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상을 상기 계통 전원의 전압의 위상과 일치할 수 있도록 제어한다. 구체적으로, 상기 제어부에 의한 상기 계통의 전압과 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상의 일치는, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 주파수를 변경하는 것에 의해 이루어진다.

즉, 상기 제어부에 의한 상기 계통의 전압과 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상의 일치는, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 위상이 상기 계통 전압의 위상보다 빠른 경우에는 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 주파수를 상기 계통 전압의 주파수보다 낮게 제어하고, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 위상이 상기 계통 전압의 위상보다 느린 경우에는 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 주파수를 상기 계통 전압의 주파수보다 높게 제어하는 것에 의해 이루어진다.

또한, 상기 제어부는, 상기 계통의 전압과 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상이 일치한 경우, 상기 계통 스위치를 온(ON) 시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예의 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치에 따르면, 계통 전원의 정전시 및 정전 후 통전시 전원의 끊김이 없는 안정된 전원을 부하에 공급할 수 있다.

도 1은 온라인 교류 무정전 전원 장치의 구성도.
도 2는 종래의 오프라인 교류 무정전 전원 장치의 구성도.
도 3은 종래의 오프라인 교류 무정전 전원 장치에 의한 부하에 공급되는 전원의 끊김 현상 전압의 예시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 계통 연계형 오프라인 교류 무정전 전원 장치의 구성도
도 5a는 본 발명의 오프라인 교류 무정전 전원 장치에 의한 부하에 공급되는 전원의 끊김 현상 없는 전압의 예시도.
도 5b 및 도 5c는 계통의 위상을 추적하는 직류-교류 변환 인버터(320)의 제 1 실시예 및 제 2 실시예.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.

먼저, 도 2의 종래의 오프라인 교류 무정전 전원 장치(200)의 문제점에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이 종래의 오프라인 교류 무정전 전원 장치(200)는, 계통 스위치(240)를 온(ON)하여 계통 전원이 정상적으로 공급되는 평상시 사용을 하고, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 충전기(230)를 이용하여 축전지를 충전한다.

또한, 종래의 오프라인 교류 무정전 전원 장치(200)는, 정전이 되어 계통 전원이 끊어지면 이를 감지하여 축전지의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 직류-교류 변환 인버터(220)를 구동하여 부하에 전원을 공급한다. 이 과정에서 정전시는 계통 스위치(240)를 오프(OFF)하고, 계통 전원이 다시 통전되면 계통 스위치(240)를 온(ON)하게 되는 데, 이때 도 3에 나타낸 바와 같은 전원 끊김 현상이 발생하고 계통 전원과 다른 위상의 전원이 공급되어 부하, 즉 사용 기기에 무리를 유발하는 문제점이 있어 사용되지 않고 있다.

즉, 도 3과 같이 통전 상태에서 정전 상태로 될 때는 t1 시간의 전원 끊김 현상이 발생하고 정전에서 통전 상태로 될 때는 t2 시간의 전원 끊김 현상이 발생한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 계통 연계형 오프라인 교류 무정전 전원 장치(300)의 구성도를 나타낸다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 계통 연계형 오프라인 교류 무정전 전원 장치(300)는, 직류-교류 변환 인버터(320), 충전기(330), 계통 스위치(340), 제 1 전압 및 위상 검출부(350), 제 2 전압 및 위상 검출부(360) 및 제어부(370)를 포함한다.

직류-교류 변환 인버터(320)는, 축전지로부터 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 역할을 한다. 아울러, 충전기(330)는 계통으로부터 입력된 전원을 이용하여, 즉 계통으로부터의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 축전지를 충전한다. 본 발명의 계통 스위치(340)는 계통으로부터 입력된 전원을 출력 또는 차단할 수 있는 역할을 한다.

또한, 제 1 전압 및 위상 검출부(350)는, 계통으로부터 입력된 전원의 전압 크기 및 위상을 검출한다. 아울러, 제 2 전압 및 위상 검출부(360)는, 본 발명의 무정전 전원 장치(300) 또는 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 전압 크기 및 위상을 검출한다.

제어부(370)는, 제 1 전압 및 위상 검출부(350) 및 제 2 전압 및 위상 검출부(360)로부터의 정보를 입력받아, 직류-교류 변환 인버터(320) 및 계통 스위치(340)의 동작을 제어하는 역할을 한다.

하기에 본 발명의 제어부(370)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명의 제어부(370)는, 계통으로부터 입력된 전원과 동일한 위상 및 주파수의 전압을 직류-교류 변환 인버터(320)가 생성할 수 있도록 직류-교류 변환 인버터(320)를 제어한다.

또한, 본 발명의 제어부(370)는, 계통 전원이 정상적으로 공급되고 있는 동안은 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 전압이 계통으로부터 입력된 전원의 전압 크기보다 작도록 제어하고, 계통 전원이 정전 상태인 동안은 직류-교류 변환 인버터(320)가 계통 전원의 표준 전압 크기의 전압을 출력하도록 제어한다. 즉, 계통 전원이 정상적으로 공급되고 있는 동안에도 직류-교류 변환 인버터(320)는 동작하면서 계통 전원과 동일한 위상과 주파수의 전압을 출력하되, 전압의 크기만을 계통 전원보다 낮게 출력한다. 이후 계통 전원이 정전이 되면, 전압의 위상 및 주파수는 계통 전원과 동일하므로, 전압의 크기만을 계통 전원의 표준 전압 크기와 동일하도록 변경하는 것에 의해 도 3에 나타낸 바와 같은, 통전 후 정전시의 전원 끊김 현상은 발생하지 않는다.

참고로, 도 5a는 본 발명의 계통 연계형 오프라인 교류 무정전 전원 장치(300)에 의한 통전 후 정전 및, 정전 후 통전시에도 전원의 끊김 현상이 없는 부하에 공급되는 전압의 예시도이다. 또한, 도 5b 및 도 5c는 계통의 위상을 추적하는 직류-교류 변환 인버터(320)의 제 1 실시예 및 제 2 실시예이다.

다음으로, 계통 전원이 정전 상태에서 통전 상태로 바뀐 경우, 본 발명의 제어부(370)는, 계통 전원의 전압의 위상과 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 전압의 위상을 비교하여, 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 전압의 위상을 계통 전원의 전압의 위상과 일치할 수 있도록 제어한다.

구체적으로, 제어부(370)에 의한 계통의 전압과 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 전압의 위상의 일치는, 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 교류 전압의 주파수를 변경하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 제어부(370)에 의한 계통의 전압과 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상의 일치는, 도 5b에 나타낸 바와 같이 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 교류 전압의 위상이 계통 전압의 위상보다 빠른 경우에는, 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 교류 전압의 주파수를 계통 전압의 주파수보다 낮게 제어하는 것에 의해 이루어진다. 즉, 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 교류 전압의 주파수를 계통 전압의 주파수보다 낮게 제어한 후 계통 전압의 위상과 동일해지면, 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 교류 전압의 주파수를 계통의 주파수와 일치시키게 된다.

반면, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 교류 전압의 위상이 계통 전압의 위상보다 느린 경우에는, 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 교류 전압의 주파수를 계통 전압의 주파수보다 높게 제어한 후 계통 전압의 위상과 동일해지면, 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 교류 전압의 주파수를 계통의 주파수가 일치시키게 된다.

또한, 본 발명의 제어부(370)는, 계통 전원이 정전 상태에서 통전 상태로 바뀐 경우, 계통의 전압과 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 전압의 위상이 일치한 경우, 계통 스위치(340)를 온(ON) 시키고, 직류-교류 변환 인버터(320)의 출력 전압이 계통으로부터 입력된 전원의 전압 크기보다 작도록 제어한다.

본 발명에 따르면, 계통 전원이 정전 상태에서 통전 상태로 바뀐 경우에도, 제어부(370)에 의한 제어에 의해 도 5a 내지 도 5c에 나타낸 바와 같이 전원의 끊김 현상 없이, 안정된 전원을 부하에 공급할 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 일실시예의 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치(300)에 따르면, 계통 전원의 정전시 및 정전 후 통전시 전원의 끊김이 없는 안정된 전원을 부하에 공급할 수 있음을 알 수 있다.

100 : 온라인 교류 무정전 전원 장치
110 : 교류-직류 변환기 120 : 직류-교류 변환 인버터
130 : 충전기
200 : 종래의 오프라인 교류 무정전 전원 장치의 구성도
220 : 직류-교류 변환 인버터 230 : 충전기
240 : 계통 스위치
300 : 본 발명의 계통 연계형 오프라인 교류 무정전 전원 장치
320 : 직류-교류 변환 인버터 330 : 충전기
340 : 계통 스위치 350 : 제 1 전압 및 위상 검출부
360 : 제 2 전압 및 위상 검출부 370 : 제어부

Claims

계통으로부터 입력된 전원의 전압 크기 및 위상을 검출하는 제 1 전압 및 위상 검출부;
축전지로부터 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환 인버터;
상기 계통으로부터 입력된 전원을 출력 또는 차단할 수 있는 계통 스위치; 및
상기 직류-교류 변환 인버터 및 상기 계통 스위치의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 무정전 전원 장치는,
상기 무정전 전원 장치 또는 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압 크기 및 위상을 검출하는 제 2 전압 및 위상 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 무정전 전원 장치는,
상기 계통으로부터 입력된 전원을 이용하여 상기 축전지를 충전하는 충전기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 1 전압 및 위상 검출부 및 상기 제 2 전압 및 위상 검출부로부터의 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계통으로부터 입력된 전원과 동일한 위상 및 주파수의 전압을 상기 직류-교류 변환 인버터가 생성할 수 있도록 상기 직류-교류 변환 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계통 전원이 정상적으로 공급되고 있는 동안은, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압이 상기 계통으로부터 입력된 전원의 전압 크기보다 작도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계통 전원이 정전 상태인 동안은, 상기 직류-교류 변환 인버터가 상기 계통 전원의 표준 전압 크기의 전압을 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계통 전원이 정전 상태에서 통전 상태로 바뀐 경우, 상기 계통 전원의 전압의 위상과 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상을 비교하여, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상을 상기 계통 전원의 전압의 위상과 일치할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부에 의한 상기 계통의 전압과 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상의 일치는, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 주파수를 변경하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부에 의한 상기 계통의 전압과 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상의 일치는, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 위상이 상기 계통 전압의 위상보다 빠른 경우에는 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 주파수를 상기 계통 전압의 주파수보다 낮게 제어하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부에 의한 상기 계통의 전압과 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상의 일치는, 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 위상이 상기 계통 전압의 위상보다 느린 경우에는 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 교류 전압의 주파수를 상기 계통 전압의 주파수보다 높게 제어하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계통의 전압과 상기 직류-교류 변환 인버터의 출력 전압의 위상이 일치한 경우, 상기 계통 스위치를 온(ON) 시키는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 오프라인 무정전 교류 전원 장치.