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KR20150136621A - 전원 시스템 - Google Patents

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KR20150136621A
KR20150136621A KR1020157033277A KR20157033277A KR20150136621A KR 20150136621 A KR20150136621 A KR 20150136621A KR 1020157033277 A KR1020157033277 A KR 1020157033277A KR 20157033277 A KR20157033277 A KR 20157033277A KR 20150136621 A KR20150136621 A KR 20150136621A
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KR
South Korea
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power supply
phase
voltage
switch
uninterruptible power
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Ceased
Application number
KR1020157033277A
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English (en)
Inventor
마사히로 키노시타
Original Assignee
도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 filed Critical 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

전원 시스템(100)은, 부하에 전력을 공급하는 무정전 전원 장치(5)와, 부하에 바이패스 전원(1)을 접속하는 스위치(6)와, 무정전 전원 장치(5)의 정지시에 스위치(6)를 온 하는 전환 회로(7)를 구비한다. 무정전 전원 장치(5)가 정지한 경우, 전환 회로(6)는, 바이패스 전원(1)의 출력 전압의 위상이 무정전 전원 장치(5)의 정지시의 출력 전압의 위상과 동등한 때에 스위치(6)를 온 한다.

Description

전원 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 전원 시스템에 관한 것으로, 특히, 무정전 전원 장치(UPS)에 이용되는 전원 전환 회로에 관한 것이다.
무정전 전원 장치(UPS)는, 부하에 전력을 계속적으로 공급하도록 구성된다. UPS의 고장 또는 보수에 의해 UPS가 정지하는 일이 있다. 이와 같은 경우에 대비하기 위해, 바이패스 전원이 UPS와 병렬로 마련된다.
일반적으로 UPS는 인버터를 갖는다. 그 인버터가 고장난 경우에는, 바이패스 전원이 부하에 전력을 공급한다. 바이패스 전원의 전압이 UPS의 출력 전압과 동기하지 않는 경우에는, 큰 여자(勵磁) 돌입 전류가 부하 트랜스에 흐른다는 문제가 발생한다.
바이패스 전원이 부하에 전력을 공급할 때에는 UPS의 출력 스위치가 오프 된다. 그러나, 출력 스위치가 완전히 오프되기 위해 어느 정도의 시간을 필요로 한다. 이 때문에, 부하 트랜스뿐만 아니라 UPS의 내부의 절연 트랜스에도 여자 돌입 전류가 흐를 가능성이 있다.
일본 특개평8-256431호 공보(특허 문헌 1)는, 변압기 여자 돌입 전류를 억제하기 위한 정지형 돌입 전류 억제 장치를 개시한다. 이 장치는, 변압기 1차측에 접속된 사이리스터와, 사이리스터의 1차측에 접속된 계기용 변압기와, 계기용 변압기의 2차측에 접속된 피크 전압 검출 회로와, 피크 전압 검출 회로가 피크 전압을 검출한 타이밍에서 사이리스터를 온 시키는 사이리스터 게이트 출력 회로를 구비한다. 변압기는, 피크 전압에 의해 여자된다. 이것에 의해 변압기 여자 돌입 전류를 억제할 수 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평8-256431호 공보
UPS가 정지한 경우에도 전력을 도중에 절단되는 일 없이 부하에 공급하기 위해서는, 전원을 전환하기 위한 시간을 가능한 한 단축하는 것이 요구된다. 또한, 바이패스 전원의 전압이 UPS의 출력 전압과 동기 되는 것도 요구된다.
본 발명의 목적은, 전원의 전환 시간을 단축하는 것이 가능함과 함께 여자 돌입 전류를 억제하는 것이 가능한 전원 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 국면에 관한 전원 시스템은, 부하에 전력을 공급하는 무정전 전원 장치와, 부하에 바이패스 전원을 접속하는 스위치와, 무정전 전원 장치의 정지시에, 스위치를 온 하는 전환 회로를 구비한다. 무정전 전원 장치가 정지한 경우, 전환 회로는, 바이패스 전원의 출력 전압의 위상이 무정전 전원 장치의 정지시의 출력 전압의 위상과 동등한 때에 스위치를 온 한다.
본 발명에 의하면, 무정전 전원 장치와 바이패스 전원과의 사이에서 전원을 전환하기 위한 시간을 단축할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면 여자 돌입 전류를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전원 시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 도시한 전환 회로의 기능 블록도.
도 3은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전원 시스템의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 4는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전원 시스템의 다른 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 전원 시스템의 비교예의 구성을 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시한 전원 시스템의 동작을 설명하기 위한 파형도.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
도 1은, 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전원 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 전원 시스템(100)은, 바이패스 전원(1) 또는 입력 전원(2)으로부터 공급된 전력을 부하(3)에 공급한다. 바이패스 전원(1) 및 입력 전원(2)은 교류 전원이다. 도 1에서는 바이패스 전원(1) 및 입력 전원(2)을 3상 교류 전원으로서 나타내고 있다. 그러나, 이들의 전원은 단상 전원이라도 좋다. 바이패스 전원(1) 및 입력 전원(2)의 종류는 특히 한정되는 것이 아니다.
전원 시스템(100)은, 무정전 전원 장치(UPS)(5), 사이리스터 스위치(6)와, 전환 회로(7)를 포함한다. UPS(5)는 컨버터(11), 배터리(12), 인버터(13), 절연 트랜스(14), 출력 스위치(15), 콘덴서(16)와 동기 회로(17)를 구비한다. 부하 트랜스(4)는 부하(3)에 병렬로 마련된다.
컨버터(11)는, 입력 전원(2)으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 컨버터(11)로부터의 직류 전력은 배터리(12) 및 인버터(13)에 공급된다. 컨버터(11)의 동작시에는, 배터리(12)는 컨버터(11)로부터의 직류 전력을 축적한다. 컨버터(11)의 정지시에는, 배터리(12)는 인버터(13)에 직류 전력을 공급한다. 콘덴서(16)는, 인버터(13)에 입력되는 직류 전력을 평활화한다.
인버터(13)는, 직류 전력을 교류 전력(예를 들면 3상 교류)으로 변환한다. 출력 스위치(15)는, 인버터(13)로부터의 교류 전력을 부하(3)에 출력하는지의 여부를 전환한다. 예를 들면 출력 스위치(15)는 기계 스위치(예를 들면 접촉기)에 의해 실현된다. 출력 스위치(15)가 온 상태인 경우, 인버터(13)로부터의 교류 전력은 절연 트랜스(14)를 통하여 부하(3) 및 부하 트랜스(4)로 공급된다. 이 경우, 사이리스터 스위치(6)는 오프 상태이다.
동기 회로(17)는, 전압(Vinv)의 위상을 전압(Vbyp)의 위상과 동기시킨다. 전압(Vinv)은 절연 트랜스(14)를 통하여 인버터(13)로부터 출력되는 전압이다. 전압(Vbyp)은 바이패스 전원(1)의 출력 전압이다. 예를 들면 동기 회로(17)는 PLL(Phase Lock Loop) 회로에 의해 실현된다. 출력 스위치(15)가 온 상태인 경우, 부하(3) 및 부하 트랜스(4)에 입력되는 전압(Vo)은 Vinv와 동등하다.
전환 회로(7)는, 전압(Vinv)을 모니터한다. 예를 들면, 인버터(13)의 고장에 의해 전압(Vinv)의 공급이 정지된 경우, 전환 회로(7)는, 사이리스터 스위치(6)를 온 한다. 또한, 출력 스위치(15)가 오프 된다. 예를 들면 전환 회로(7)가 출력 스위치(15)를 오프 한다. 다른 회로가 출력 스위치(15)를 오프 하여도 좋다.
사이리스터 스위치(6)가 온 하면, 바이패스 전원(1)이 부하(3) 및 부하 트랜스(4)에 접속된다. 따라서 바이패스 전원(1)으로부터의 전력이 부하(3) 및 부하 트랜스(4)에 공급된다. 이 경우에는, 전압(Vo)은 Vbyp와 동등하다.
본 발명의 한 실시 형태에 의하면, 전환 회로(7)는, UPS(5)가 부하(3)에의 전력의 공급을 정지한 때의 전압(Vinv)의 위상을 기억한다. 또한 전환 회로(7)는, 전압(Vbyp)을 모니터한다. 전환 회로(7)는, 전압(Vbyp)의 위상이 전압(Vinv)이 기억된 위상과 일치할 때에 사이리스터 스위치(6)를 온 한다.
이 실시 형태에 의하면, 부하(3)에의 전력의 공급이 정지되는 기간의 길이를 교류의 1사이클(예를 들면 1/50초 또는 1/60초) 이내로 할 수 있다. 즉 이 실시의 형태에 의하면 부하(3)에의 전력 공급이 정지하는 기간을 단축할 수 있다.
또한, 이 실시의 형태에 의하면, 전압(Vo)이 전압(Vinv)으로부터 전압(Vbyp)으로 전환될 때에 전압(Vo)의 위상을 유지할 수 있다. 따라서 전압(Vo)이 전압(Vinv)으로부터 전압(Vbyp)으로 전환되는 전후에 있어서, 전압(Vo)의 위상이 연속적으로 변화한다. 이에 의해 부하(3) 및 부하 트랜스(4)에 흐르는 여자 돌입 전류를 억제할 수 있다.
도 2는, 도 1에 도시한 전환 회로의 기능 블록도이다. 도 2를 참조하면, 전환 회로(7)는, 위상 검출부(21, 23)와, 기억부(22)와, 스위치 제어부(24)를 포함한다.
위상 검출부(21)는, UPS(5)의 전압(Vinv)의 위상을 검출한다. 예를 들면 위상 검출부(21)는, 전압(Vinv)의 값을 측정함에 의해 전압(Vinv)의 위상을 검출한다. 구체적으로는, 전압(Vinv)의 진폭 및 주기를 취득함에 의해, 전압(Vinv)의 전압치에 의거하여 전압(Vinv)의 위상을 결정할 수 있다. 전압(Vinv)의 진폭 및 주기는 위상 검출부(21)에 미리 주어져도 좋고, UPS(5)의 동작시에 위상 검출부(21)가 취득하여도 좋다.
기억부(22)는, UPS(5)의 정지시에 있어서의 전압(Vinv)의 위상을 기억한다. 예를 들면 위상 검출부(21)는, 전압(Vinv)의 위상이 변화하지 않는 경우에, 그 위상의 값을 기억부(22)에 격납한다. 대신에, 위상 검출부(21)는, 기억부(22)에 기억된 값을, 전압(Vinv)의 위상의 검출치로 갱신하여도 좋다. 전압(Vinv)의 위상이 변화하지 않는 경우에는, 기억부(22)에 기억된 값은 변화하지 않는다. 따라서 기억부(22)는, UPS(5)의 정지시에 있어서의 전압(Vinv)의 위상을 기억할 수 있다.
위상 검출부(23)는, 바이패스 전원(1)의 전압(Vbyp)의 위상을 검출한다. 위상 검출부(23)는, 예를 들면 위상 검출부(21)에 의한 검출 방식과 같은 방식을 이용하여, 전압(Vbyp)의 위상을 검출한다.
스위치 제어부(24)는, 기억부(22)에 기억된 전압(Vinv)의 위상과, 전압(Vbyp)의 위상을 비교한다. 전압(Vbyp)의 위상이 전압(Vinv)의 위상에 일치한 경우에, 스위치 제어부(24)는 사이리스터 스위치(6)를 온 한다.
UPS(5)가 복구된 경우, 사이리스터 스위치(6)가 오프 된다. 사이리스터 스위치(6)를 오프 하기 위한 제어 방법은 특히 한정되지 않는다. 한 형태로는, 위상 검출부(21)에서 검출된 Vinv의 위상이 시간적으로 변화하고, 또한, 그 위상이 전압(Vbyp)의 위상과 일치하는 경우에, 스위치 제어부(24)는 사이리스터 스위치(6)를 오프 한다. 스위치 제어부(24)는 또한 출력 스위치(15)를 온 하여도 좋다. 이와 같은 제어에 의해, 부하(3) 및 부하 트랜스(4)에 공급되는 전압(Vo)의 위상을 연속으로 할 수 있다.
스위치 제어부(24)는, 기억부(22)에 기억된 값을 정기적으로 취득함에 의해, UPS(5)가 동작 또는 정지하고 있는지를 판단할 수 있다. 상기한 바와 같이 위상 검출부(21)가, 전압(Vinv)의 위상의 검출치를 이용하여, 기억부(22)에 기억된 값을 갱신한다. 기억부(22)에 기억된 값이 변화하지 않음에 의해, 스위치 제어부(24)는, UPS(5)가 정지하고 있다고 판단할 수 있다.
한편, 기억부(22)에 기억된 값이 변화함에 의해, 스위치 제어부(24)는, UPS(5)가 동작하고 있다고 판단할 수 있다. 이 경우에는, 스위치 제어부(24)는 사이리스터 스위치(6)를 온 하지 않는다. 사이리스터 스위치(6)를 오프 하기 위한 제어도 상기한 방식에 따라 실현할 수 있다. 한 형태로는, 전압(Vinv)의 위상이 전압(Vbyp)의 위상과 일치하는 경우에, 스위치 제어부(24)는 사이리스터 스위치(6)를 오프 한다.
도 3은, 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전원 시스템의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 시각(t1)에서 인버터(13)가 정지한다. 시각(t1)에서의 전압(Vinv)의 위상 및 전압(Vo)의 위상은 모두 a이다. 한편, 시각(t1)에서의 전압(Vbyp)의 위상은 c이다. 위상(c)은 위상(a)과 다르다.
시각(t2)에서 전압(Vbyp)의 위상이 a와 동등하게 된다. 따라서 전환 회로(7)는 사이리스터 스위치(6)를 온 한다. 시각(t2)부터 부하(3) 및 부하 트랜스(4)에의 급전이 재개된다. 시각(t1)부터 시각(t2)까지의 기간은 1주기(T) 이내의 기간이다. 시각(t1)부터 어느 정도의 시간(예를 들면 50㎳)이 경과한 후에 출력 스위치(15)가 완전히 오프 한다(시각(t3)). 그러나, 본 실시의 형태에 의하면, 시각(t3) 이전에 부하에의 전력의 공급이 복귀한다.
도 4는, 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전원 시스템의 다른 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 4를 참조하면, 시각(t1, t3)은, 도 3에 도시한 시각(t1, t3)에 각각 대응한다. 도 4에 도시한 형태에서는, 전압(Vbyp)과 전압(Vinv)이 동기하고 있다. 즉, 전압(Vbyp)의 위상과 전압(Vinv)의 위상이 서로 동등하다.
도 4에 의하면, 인버터(13)가 정지한 타이밍과 실질적으로 같은 타이밍에서 사이리스터 스위치(6)를 온 할 수 있다. 따라서 부하(3)(및 부하 트랜스(4))에의 전력의 공급이 정지되는 기간을 보다 한층 단축할 수 있다.
도 5는, 본 실시의 형태에 관한 전원 시스템의 비교예의 구성을 도시한 도면이다. 도 1 및 도 5를 참조하면, 전원 시스템(101)은, 전환 회로(7)에 대신하여 전환 회로(7A)를 포함하는 점에서 전원 시스템(100)과 다르다. 전원 시스템(101)의 다른 부분의 구성은 전원 시스템(100)의 대응하는 부분의 구성과 마찬가지이기 때문에 이후의 설명은 반복하지 않는다.
UPS(5)가 정지한 경우에, 전환 회로(7A)는 사이리스터 스위치(6)를 온 한다. 구체적으로는, 전환 회로(7A)는, 출력 스위치(15)가 완전히 오프하고 나서 소정의 시간이 경과한 후에 사이리스터 스위치(6)를 온 한다.
바이패스 전원(1)의 주파수가 변동한 경우, 전압(Vinv)은 전압(Vbyp)에 곧바로는 동기할 수가 없다. 전압(Vinv)이 전압(Vbyp)에 동기할 수가 없는 경우에는, 인버터(113)는, 고정된 자주(自走) 주파수로 동작한다.
도 6은, 도 5에 도시한 전원 시스템의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 전압(Vinv)의 위상과 전압(Vbyp)의 위상은 서로 어긋나 있다. 이 상태에서 UPS(5)가 정지한 경우에는, 입력 전원(2)으로부터 바이패스 전원(1)으로 전원을 전환할 필요가 있을 뿐만 아니라, 절연 트랜스(114)에의 여자 돌입 전류를 억제할 필요도 있다. 이 때문에, 도 5에 도시된 구성에 의하면, 출력 스위치(15)가 오프 한 후에 사이리스터 스위치(6)가 온 된다.
시각(t11)에서 인버터(13)가 정지한다. 상기한 바와 같이, 인버터(13)가 정지하고 나서 출력 스위치(15)가 완전히 오프할 때까지는, 어느 정도의 시간을 필요로 한다. 시각(t12)에서 출력 스위치(15)가 완전히 오프 한다.
사이리스터 스위치(6)는, 출력 스위치(15)가 완전히 오프하고 나서, 고정된 지연 시간이 경과한 후에 온 한다(시각(t13)). 시각(t11)부터 시각(t13)까지의 사이에는, 부하(3)에의 전력의 공급이 끊어진다(Vo=0). 이 때문에 부하(3)의 동작이 정지할 가능성이 있다.
시각(t11)에서의 전압(Vo)의 위상은, 전압(Vinv)의 위상(a)과 동등하다. 한편, 시각(t13)에서의 전압(Vo)의 위상은, 전압(Vbyp)의 위상(b)과 동등하다. 위상(b)은 위상(a)과 다르다. 위상이 불연속으로 변화하기 때문에, 큰 여자 돌입 전류가 부하 트랜스(4)에 흐르는 문제가 발생한다.
이에 대해, 도 3 및 도 4에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태에 의하면, 부하에의 전력의 공급이 정지되는 기간은, 교류의 1주기 이내의 기간이다. 따라서 부하가 정지할 가능성이 작아진다.
또한 본 실시의 형태에 의하면, 부하(3)에의 전력의 공급이 정지한 때의 위상 상태를 유지하면서 부하(3)에의 전력의 공급을 재개할 수 있다. 이에 의해, 부하(3) 및 부하 트랜스(4)에의 여자 돌입 전류를 억제할 수 있다.
본 발명은, UPS의 정지시에 바이패스 전원이 부하에 전력을 공급하는 구성에 적용할 수 있다. 따라서 UPS가 정지되는 이유는, UPS의 고장으로 한정되지 않고, 예를 들면 UPS의 보수를 포함할 수 있다.
금회 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시의 형태의 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 바이패스 전원 2 : 입력 전원
3 : 부하 4 : 부하 트랜스
5 : 무정전 전원 장치 6 : 사이리스터 스위치
7, 7A : 전환 회로 11 : 컨버터
12 : 배터리 13 : 인버터
14 : 절연 트랜스 15 : 출력 스위치
16 : 콘덴서 17 : 동기 회로
21, 23 : 위상 검출부 22 : 기억부
24 : 스위치 제어부 100, 101 : 전원 시스템

Claims (3)

  1. 부하에 전력을 공급하는 무정전 전원 장치(5)와,
    상기 부하에 바이패스 전원(1)을 접속하는 제1의 스위치(6)와,
    상기 무정전 전원 장치(5)의 정지시에, 상기 제1의 스위치(6)를 온 하는 전환 회로(7)를 구비하고,
    상기 전환 회로(7)는,
    상기 무정전 전원 장치(5)의 출력 전압의 위상을 검출하는 제1의 위상 검출부(21)와,
    상기 제1의 위상 검출부에 의해 검출된 상기 무정전 전원 장치의 출력 전압의 위상을 기억하는 기억부(22)와,
    상기 바이패스 전원의 출력 전압의 위상을 검출하는 제2의 위상 검출부(23)와,
    상기 기억부(22)에 기억된 위상을 정기적으로 취득하여, 상기 무정전 전원 장치가 동작하고 있는지 아닌지를 판단하고, 무정전 전원 장치의 출력과 바이패스 전원의 전압과의 사이에 위상차가 있는 상태에서 상기 무정전 전원 장치가 정지하였다고 판단한 경우에, 상기 기억부(22)에 기억된 상기 무정전 전원 장치의 출력 전압의 위상과, 제2의 위상 검출부(23)에 의해 검출된 상기 바이패스 전원의 출력 전압의 위상을 비교하여, 상기 바이패스 전원(1)의 출력 전압의 위상이 상기 무정전 전원 장치(5)의 정지시의 출력 전압의 위상과 동등한 때에 상기 제1의 스위치(6)를 온 하는 스위치 제어부(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무정전 전원 장치(5)는,
    상기 무정전 전원 장치(5)의 출력 전압을 상기 바이패스 전원(1)의 출력 전압에 동기시키기 위한 동기 회로(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 무정전 전원 장치(5)는,
    상기 무정전 전원 장치(5)의 정지시에 상기 무정전 전원 장치(5)를 상기 부하로부터 분리하는 제2의 스위치(15)를 더 포함하고,
    상기 무정전 전원 장치(5)의 복귀 후, 상기 무정전 전원 장치(5)의 출력 전압의 위상이 상기 바이패스 전원(1)의 전압의 위상에 동기한 때에, 상기 전환 회로(7)는 상기 제1의 스위치(6)를 오프 함과 함께 상기 제2의 스위치(15)를 온 하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
KR1020157033277A 2011-09-13 2011-09-13 전원 시스템 Ceased KR20150136621A (ko)

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