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KR20170025269A - 불평형 3상 전원의 전력변환기 및 전력변환방법 - Google Patents

불평형 3상 전원의 전력변환기 및 전력변환방법 Download PDF

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KR20170025269A
KR20170025269A KR1020150121495A KR20150121495A KR20170025269A KR 20170025269 A KR20170025269 A KR 20170025269A KR 1020150121495 A KR1020150121495 A KR 1020150121495A KR 20150121495 A KR20150121495 A KR 20150121495A KR 20170025269 A KR20170025269 A KR 20170025269A
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KR
South Korea
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phase
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current
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power
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Application number
KR1020150121495A
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English (en)
Inventor
전지용
채현병
Original Assignee
아주자동차대학 산학협력단
씨티아이코리아 주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M2001/0006—

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Abstract

본 발명은 불평형 3상 전원의 전력변환기 및 전력변환방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 각 상의 리액턴스가 다른 조건의 불평형 3상 전원을 전류의 정상성분과 역상분을 분해하고 각각에 대하여 제어루프를 갖는 제어방법을 이용하여 전류의 평형을 유지하면서 3상 전원을 직류전원으로 변환하여 마치 평형 3상 전원을 직류로 변환하는 것과 같게 하여 보다 효율적으로 3상 전원을 직류로 변환하고, 각 상의 누설 리액턴스가 다른 누설 승압용 변압기의 사용도 가능하게 하여 기기의 외형과 제작비용을 감소시키게 하는 불평형 3상 전원의 전력변환기 및 전력변환방법에 관한 것이다.

Description

불평형 3상 전원의 전력변환기 및 전력변환방법{Power Converter and Power Conversion Method of Unbalanced Three-phase Power}
본 발명은 불평형 3상 전원의 전력변환기 및 전력변환방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 불평형 3상 전원을 직류전원으로 변환하는 데 있어서, 입력측 3상 리액터의 리액턴스가 다를 경우까지 불평형을 보상하도록 제어 하여 각 상의 리액턴스가 다른 불평형 3상 전원의 경우에도 전류의 평형을 유지하면서 직류전원으로 변환하는 전력변환기 및 전력변환방법에 관한 것이다.
일반적으로, 불평형 3상 전력변환기라 하면 불평형 3상 교류전원을 직류전원으로 변경하는 것을 말한다.
종래의 불평형 3상 전력변환기는 불평형을 보상하기 위한 방법으로 전압의 크기를 판단하여 각상의 듀티를 제어하는 buck 컨버터 제어 기법과 압력 전압을 정상성분과 역상성분으로 나누어 각각의 전류를 제어하는 기법이 있다.
하지만 기존의 압력 전압을 정상성분과 역상성분으로 나누어 각각의 전류를 제어하는 기법은 입력측 3상 리액터의 리액턴스가 다를 경우, 각상에 흐르는 전류가 불평형 상태가 되는 데, 이를 보상하는 적절한 방법은 없었다.
공개특허 10-2008-0050997 공개특허 10-2008-0106452
본 발명이 해결하려는 과제는, 상기 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 각 상의 리액턴스가 다른 조건의 불평형 상태에 대하여 전류의 정상성분과 역상분을 분해하고 각각에 대하여 제어루프를 갖는 제어방법을 통해 전류의 평형을 유지하여 각 상의 리액턴스가 다른 불평형 3상 전원을 마치 평형 3상 전원을 직류로 변환하는 것과 같게 하여 보다 효과적으로 3상 전원을 직류로 변환할 수 있게 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 각 상의 누설 리액턴스가 다른 누설 승압용 변압기의 사용도 가능하게 하여 기기의 외형과 제작비용의 감소하게 할 수 있게 하는 것이다.
본 발명은 불평형 3상 전원의 전력변환기에 관한 것으로서, 전력변환기에 있어서, 컨버터부(1200)가 직류전원을 안정적으로 출력하기 위해 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전원과 3상 전원을 입력받아 상기 3상 전원의 불평형을 평형상태로 만들기 위해 상기 컨버터부(1200)로 보상전원을 출력하는 보상제어부(1100); 및 불평형 3상 전원을 안정된 직류전원으로 변환하기 위해 상기 보상제어부(1100)가 출력하는 상기 보상전원을 통해 상기 불평형 3상 전원을 평형상태로 만들고, 평형화된 3상 전원을 직류전원으로 변환하고, 상기 직류전원을 출력하는 컨버터부(1200);를 포함한다.
이때, 상기 보상제어부(1100)는 상기 3상 전원의 전압벡터와 전압과 전류의 위상차를 검출하고, 상기 3상 전원의 상기 전압벡터와 상기 위상차를 전류제어부(1140)로 출력하고, 상기 위상차는 전류검출부(1120)와 전압제어부(1130)로 출력하는 전압검출부(1110); 상기 3상 전원을 상기 전압검출부(1110)로 부터 입력받은 상기 위상차를 이용해서 상기 3상 전원의 정지좌표 전류를 검출하고 전류제어부(1140)로 출력하는 전류검출부(1120); 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전압과 사용자에 의해 설정된 직류전압과 상기 위상차를 이용해 상기 3상 전원이 평형이고 상기 컨버터부(1200)를 통해 상기 설정된 직류전압을 출력하는 경우의 평형 3상 전원에 대한 정지좌표 전류를 전류제어부(1140)로 출력하는 전압제어부(1130); 상기 전류검출부(1120)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차 및 상기 위상차를 이용해 불평형 3상 전원의 전류를 보상하기 위한 보상정보를 보상전원부(1150)로 출력하는 전류제어부(1140); 상기 전류제어부(1140)로부터 입력받은 상기 보상정보를 이용해 상기 컨버터부(1200)에 입력되는 상기 불평형 3상 전원을 보상하여 평형 3상 전원과 같이 만들기 위해 보상전원을 상기 컨버터부(1200)에 출력하는 보상전원부(1150);를 포함한다.
아울러, 상기 전류제어부(1140)는 상기 전류검출부(1120)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류의 차이 계산하여 정지좌표 전류의 오차를 검출하고 분해부(1142)로 출력하는 오차검출부(1141); 상기 오차검출부(1141)를 통해 입력 받은 상기 정지좌표 전류의 오차를 상기 위상차를 이용해서 정상분과 역상분으로 분해하고, 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분과 역상분을 보상정보출력부(1145)로 출력하고, 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분은 정상분처리부(1143)로 출력하고, 상기 정지좌표 전류의 오차의 역상분은 역상분처리부(1143)로 출력하는 분해부(1142); 상기 분해부(1142)로 부터 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 정상분을 생성하고, 보상정보출력부(1145)로 출력하는 정상분처리부(1143); 상기 분해부(1142)로 부터 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차의 역상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 역상분을 생성하고, 보상정보출력부(1145)로 출력하는 역상분처리부(1144); 및 상기 정상분처리부(1143)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 상기 역상분처리부(1144)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전압의 오차의 역상분과 상기 오차검출부(1141)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차를 합산하고, 상기 전압검출부(1110)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 전압벡터와 상기 합산결과의 차이 계산을 통해 보상정보를 생성하고, 보상전원부(1150)로 출력하는 보상정보출력부(1145);를 포함한다.
이때, 상기 컨버터부(1200)는 상기 3상 전원과 상기 보상전원부(1150)를 통해 출력되는 상기 보상전원이 입력되는 입력부(1210); 부하(10)와 상기 보상제어부(1100)로 직류전원을 출력하는 출력부(1220); 및 상기 3상 전원을 상기 보상전원을 이용해서 평형화 후 평형화된 3상 전원을 상기 직류전원으로 변환하는 변환부(1230);를 포함한다.
아울러, 상기 입력부(1210)는 상기 3상 전원을 입력받는 전원입력부(1211); 및 상기 보상전원부(1150)를 통해 출력되는 상기 보상전원을 입력받는 보상전원입력부(1212);를 포함한다.
또한 아울러, 상기 출력부(1220)는 상기 평형화된 3상 전원에서 변환된 상기 직류전원을 상기 부하(10)에 출력하는 직류전원출력부(1221); 및 상기 3상 전원의 보상전원 생성을 위해 상기 직류전원출력부(1221)의 상기 직류전원을 상기 보상제어부(1100)로 출력하는 보상제어출력부(1222);를 포함한다.
또한 본 발명은 불평형 3상 전원의 전력변환방법에 관한 것으로서, 불평형 3상 전원을 직류전원으로 변환하는 전력변환방법에 있어서, (A) 상기 입력부(1210)를 통해 입력된 상기 3상 전원을 상기 출력부(1220)를 통해 상기 보상제어부(1100)에 출력하는 단계; (B) 상기 변환부(1230)를 통해 변환된 상기 직류전원을 상기 출력부(1220)를 통해 상기 보상제어부(1100)에 출력하는 단계; (C) 상기 보상제어부(1100)를 통해 상기 3상 전원과 상기 직류전원을 이용해서 상기 3상 전원을 평형화하기 위한 상기 보상전원을 생성하고, 상기 컨버터부(1200)로 상기 보상전원을 출력하는 단계; 및 (D) 상기 변환부(1230)를 통해 상기 3상 전원을 평형화된 3상 전원으로 보상하고, 상기 직류전원으로 변환하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 (C) 단계는 (C-1) 상기 전압검출부(1110)를 통해 상기 3상 전원의 상기 전압벡터와 전압과 전류의 상기 위상차를 검출하는 단계; (C-2) 상기 전류검출부(1120)를 통해 상기 3상 전원의 전압을 상기 위상차를 이용해서 상기 3상 전원의 정지좌표 전류로 검출하는 단계; (C-3) 상기 전압제어부(1130)를 통해 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전압과 상기 사용자에 의해 설정된 직류전압과 상기 위상차를 이용해 상기 3상 전원이 평형인 경우 상기 컨버터부(1200)를 통해 상기 설정된 직류 전압을 출력하는 경우의 평형 3상 전원에 대한 상기 정지좌표 전류를 생성하는 단계; (C-4) 상기 전류제어부(1140)를 통해 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)의 상기 정지좌표 전류의 오차 및 상기 위상차를 이용해 불평형 3상 전원의 전류를 보상하기 위한 보상정보를 생성하는 단계; 및 (C-5) 상기 보상전원부(1150)를 통해 상기 보상정보를 이용해 상기 컨버터부(1200)에 입력되는 상기 3상 전원을 보상하여 평형화하기 위해 보상전원을 생성하는 단계;를 포함한다.
아울러, (C-4) 단계는 (C-4-a) 상기 오차검출부(1141)를 통해 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)의 상기 정지좌표 전류의 차이 계산하여 정지좌표 전류의 오차를 검출하는 단계; (C-4-b) 분상기 분해부(1142)를 통해 상기 정지좌표 전류의 오차를 상기 위상차를 이용해서 정상분과 역상으로 분해하는 단계; (C-4-c) 상기 정상분처리부(1143)를 통해 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 정상분을 생성하는 단계; (C-4-d) 상기 역상분처리부(1144)를 통해 상기 정지좌표 전류의 오차의 역상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 역상분을 생성하는 단계; 및 (C-4-e) 상기 보상정보출력부(1145)를 통해 상기 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 상기 정지좌표 전압의 오차의 역상분과 상기 정지좌표 전류의 오차를 합산하고, 상기 3상 전원의 전압벡터와 상기 합산결과의 차이 계산을 통해 보상정보를 생성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 각 상의 리액턴스가 다른 조건의 불평형 3상 전원을 전류의 정상성분과 역상분을 분해하고 각각에 대하여 제어루프를 갖는 제어방법을 이용하여 전류의 평형을 유지하면서 3상 전원을 직류전원으로 변환하여 마치 평형 3상 전원을 직류로 변환하는 것과 같게 하여 보다 효율적으로 3상 전원을 직류로 변환하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 각 상의 누설 리액턴스가 다른 누설 승압용 변압기의 사용도 가능하게 하여 기기의 외형과 제작비용의 감소 효과가 있다.
도 1은 종래 전력변환기를 나타내기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환기의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환기의 컨버터부와 보상제어부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환기의 보상제어부의 전류제어부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환방법 중 보상전원을 생성하는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환방법 중 보상정보를 생성하는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환기에 관해 도 1 내지 4를 참고하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래 전력변환기를 나타내기 위한 블록도이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 종래 전력변환기는 불평형을 보상하기 위한 구성이 없이 단순히 입력받은 3상 전원을 직류 전원으로 변환하는 구성으로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환기의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환기는 컨버터부(1200)가 직류전원을 안정적으로 출력하기 위해 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전원과 3상 전원을 입력받아 상기 3상 전원의 불평형을 평형상태로 만들기 위해 상기 컨버터부(1200)로 보상전원을 출력하는 보상제어부(1100), 불평형 3상 전원을 안정된 직류전원으로 변환하기 위해 상기 보상제어부(1100)가 출력하는 상기 보상전원을 통해 상기 불평형 3상 전원을 평형상태로 만들고, 평형화된 3상 전원을 직류전원으로 변환하고, 상기 직류전원을 출력하는 컨버터부(1200)로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환기의 컨버터부와 보상제어부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
이때, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력변환기의 상기 보상제어부(1100)는 상기 3상 전원의 전압벡터와 전압과 전류의 위상차를 검출하고, 상기 3상 전원의 상기 전압벡터와 상기 위상차를 전류제어부(1140)로 출력하고, 상기 위상차는 전류검출부(1120)와 전압제어부(1130)로 출력하는 전압검출부(1110), 상기 3상 전원을 상기 전압검출부(1110)로 부터 입력받은 상기 위상차를 이용해서 상기 3상 전원의 정지좌표 전류를 검출하고 전류제어부(1140)로 출력하는 전류검출부(1120), 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전압과 사용자에 의해 설정된 직류전압과 상기 위상차를 이용해 상기 3상 전원이 평형이고 상기 컨버터부(1200)를 통해 상기 설정된 직류전압을 출력하는 경우의 평형 3상 전원에 대한 정지좌표 전류를 전류제어부(1140)로 출력하는 전압제어부(1130), 상기 전류검출부(1120)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차 및 상기 위상차를 이용해 불평형 3상 전원의 전류를 보상하기 위한 보상정보를 보상전원부(1150)로 출력하는 전류제어부(1140), 상기 전류제어부(1140)로부터 입력받은 상기 보상정보를 이용해 상기 컨버터부(1200)에 입력되는 상기 불평형 3상 전원을 보상하여 평형 3상 전원과 같이 만들기 위해 보상전원을 상기 컨버터부(1200)에 출력하는 보상전원부(1150)로 이루어진다.
또한 아울러, 전류검출부(1120)를 통해 상기 3상 전원의 정지좌표 전류를 검출하는 바람직한 실시예는 상기 3상 전원의 전류는 회전좌표이므로 회전좌표와 정지좌표의 한 축을 일치시킨 후 정지좌표를 검출하는 것이다.
또한 아울러, 전압제어부(1130)를 통해 상기 3상 전원이 평형이고 상기 컨버터부(1200)를 통해 상기 설정된 직류전압을 출력하는 경우의 평형 3상 전원에 대한 정지좌표 전류를 출력하는 바람직한 실시예는 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전압과 사용자에 의해 설정된 직류전압의 차이를 비례적분 후 상기 위상차를 이용해서 회전좌표를 정지좌표로 변환하는 것이다.
이때, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력변환기의 상기 컨버터부(1200)는 상기 3상 전원과 상기 보상전원부(1150)를 통해 출력되는 상기 보상전원이 입력되는 입력부(1210), 부하(10)와 상기 보상제어부(1100)로 직류전원을 출력하는 출력부(1220) 및 상기 3상 전원을 상기 보상전원을 이용해서 평형화 후 평형화된 3상 전원을 상기 직류전원으로 변환하는 변환부(1230)로 이루어진다.
이때, 상기 입력부(1210)는 상기 3상 전원을 입력받는 전원입력부(1211) 및 상기 보상전원부(1150)를 통해 출력되는 상기 보상전원을 입력받는 보상전원입력부(1212)로 이루어진다.
이때, 상기 출력부(1220)는 상기 평형화된 3상 전원에서 변환된 상기 직류전원을 상기 부하(10)에 출력하는 직류전원출력부(1221) 및 상기 3상 전원의 보상전원 생성을 위해 상기 직류전원출력부(1221)의 상기 직류전원을 상기 보상제어부(1100)로 출력하는 보상제어출력부(1222)로 이루어진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환기의 보상제어부의 전류제어부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
이때, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력변환기의 상기 전류제어부(1140)는 상기 전류검출부(1120)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류의 차이 계산하여 정지좌표 전류의 오차를 검출하고 분해부(1142)로 출력하는 오차검출부(1141), 상기 오차검출부(1141)를 통해 입력 받은 상기 정지좌표 전류의 오차를 상기 위상차를 이용해서 정상분과 역상분으로 분해하고, 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분과 역상분을 보상정보출력부(1145)로 출력하고, 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분은 정상분처리부(1143)로 출력하고, 상기 정지좌표 전류의 오차의 역상분은 역상분처리부(1143)로 출력하는 분해부(1142), 상기 분해부(1142)로 부터 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 정상분을 생성하고, 보상정보출력부(1145)로 출력하는 정상분처리부(1143), 상기 분해부(1142)로 부터 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차의 역상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 역상분을 생성하고, 보상정보출력부(1145)로 출력하는 역상분처리부(1144) 및 상기 정상분처리부(1143)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 상기 역상분처리부(1144)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전압의 오차의 역상분과 상기 오차검출부(1141)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차를 합산하고, 상기 전압검출부(1110)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 전압벡터와 상기 합산결과의 차이 계산을 통해 보상정보를 생성하고, 보상전원부(1150)로 출력하는 보상정보출력부(1145)로 이루어진다.
아울러, 오차검출부(1141)를 통해 정지좌표 전류의 오차를 검출하는 바람직한 실시예는 상기 전류검출부(1120)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 정지좌표 전류를 입력전류라 하고 상기 전압제어부(1130)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류를 설정전류라 하면
Figure pat00001
과 같다.
또한, 아울러, 분해부(1142)를 통해 상기 오차검출부(1141)로 부터 입력 받은 상기 정지좌표 전류의 오차를 상기 위상차를 이용해서 정상분과 역상분으로 분해하는 바람직한 실시예는
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
를 통해 분해하는 것이다.
또한, 아울러, 정상분처리부(1143)와 역상분처리부(1144)를 통해 상기 분해부(1142)로부터 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분과 역상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 역상분을 생성하는 바람직한 실시예는 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분과 역상분을 회전좌표로 변환 후 적분한 다음 다시 회전좌표를 정지좌표로 변환하여 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 역상분을 생성하는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환방법에 관해 도 5 내지 7를 참고하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 입력부(1210)를 통해 입력된 상기 3상 전원을 상기 출력부(1220)를 통해 상기 보상제어부(1100)에 출력한다(S501).
다음으로, 상기 변환부(1230)를 통해 변환된 상기 직류전원을 상기 출력부(1220)를 통해 상기 보상제어부(1100)에 출력한다(S502).
다음으로, 상기 보상제어부(1100)를 통해 상기 3상 전원과 상기 직류전원을 이용해서 상기 3상 전원을 평형화하기 위한 상기 보상전원을 생성하고, 상기 컨버터부(1200)로 상기 보상전원을 출력한다(S503).
다음으로, 상기 변환부(1230)를 통해 상기 3상 전원을 평형화된 3상 전원으로 보상하고, 상기 직류전원으로 변환한다(S504).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환방법 중 보상전원을 생성하는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 전압검출부(1110)를 통해 상기 3상 전원의 상기 전압벡터와 전압과 전류의 상기 위상차를 검출한다(S601).
다음으로, 상기 전류검출부(1120)를 통해 상기 3상 전원의 전압을 상기 위상차를 이용해서 상기 3상 전원의 정지좌표 전류로 검출한다(S602).
다음으로, 상기 전압제어부(1130)를 통해 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전압과 상기 사용자에 의해 설정된 직류전압과 상기 위상차를 이용해 상기 3상 전원이 평형인 경우 상기 컨버터부(1200)를 통해 상기 설정된 직류 전압을 출력하는 경우의 평형 3상 전원에 대한 상기 정지좌표 전류를 생성한다(S603).
다음으로, 상기 전류제어부(1140)를 통해 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)의 상기 정지좌표 전류의 오차 및 상기 위상차를 이용해 불평형 3상 전원의 전류를 보상하기 위한 보상정보를 생성한다(S604).
다음으로, 상기 보상전원부(1150)를 통해 상기 보상정보를 이용해 상기 컨버터부(1200)에 입력되는 상기 3상 전원을 보상하여 평형화하기 위해 보상전원을 생성한다(S605).
아울러, (S602) 단계인 전류검출부(1120)를 통해 상기 3상 전원의 정지좌표 전류를 검출하는 바람직한 실시예는 상기 3상 전원의 전류는 회전좌표이므로 회전좌표와 정지좌표의 한 축을 일치시킨 후 정지좌표를 검출하는 것이다.
또한 아울러, (S603) 단계인 전압제어부(1130)를 통해 상기 3상 전원이 평형이고 상기 컨버터부(1200)를 통해 상기 설정된 직류전압을 출력하는 경우의 평형 3상 전원에 대한 정지좌표 전류를 출력하는 바람직한 실시예는 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전압과 사용자에 의해 설정된 직류전압과 설정된 직류전압의 차이를 비례적분 후 상기 위상차를 이용해서 회전좌표를 정지좌표로 변환하는 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형 3상 전원의 전력변환방법 중 보상정보를 생성하는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 오차검출부(1141)를 통해 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)의 상기 정지좌표 전류의 차이 계산하여 정지좌표 전류의 오차를 검출한다(S701).
다음으로, 상기 분해부(1142)를 통해 상기 정지좌표 전류의 오차를 상기 위상차를 이용해서 정상분과 역상으로 분해한다(S702).
다음으로, 상기 정상분처리부(1143)를 통해 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 정상분을 생성한다(S703).
다음으로, 상기 역상분처리부(1144)를 통해 상기 정지좌표 전류의 오차의 역상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 역상분을 생성한다(S704).
다음으로, 상기 보상정보출력부(1145)를 통해 상기 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 상기 정지좌표 전압의 오차의 역상분과 상기 정지좌표 전류의 오차를 합산하고, 상기 3상 전원의 전압벡터와 상기 합산결과의 차이 계산을 통해 보상정보를 생성한다(S705).
아울러, 상기 (S701) 단계인 오차검출부(1141)를 통해 정지좌표 전류의 오차를 검출하는 바람직한 실시예는 상기 전류검출부(1120)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 정지좌표 전류를 입력전류라 하고 상기 전압제어부(1130)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류를 설정전류라 하면
Figure pat00006
과 같다.
또한, 아울러, 상기 (S702) 단계인 분해부(1142)를 통해 상기 오차검출부(1141)로 부터 입력 받은 상기 정지좌표 전류의 오차를 상기 위상차를 이용해서 정상분과 역상분으로 분해하는 바람직한 실시예는
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
를 통해 분해하는 것이다.
또한, 아울러, 상기 (S703) 단계 및 상기 (S704) 단계인 정상분처리부(1143)와 역상분처리부(1144)를 통해 상기 분해부(1142)로부터 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분과 역상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 역상분을 생성하는 바람직한 실시예는 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분과 역상분을 회전좌표로 변환 후 적분한 다음 다시 회전좌표를 정지좌표로 변환하여 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 역상분을 생성하는 것이다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다.
10 : 부하
1000 : 전력변환기
1100 : 보상제어부
1110 : 전압검출부
1120 : 전류검출부
1130 : 전압제어부
1140 : 전류제어부
1150 : 보상전원부
1200 : 컨버터부
1210 : 입력부
1211 : 전원입력부
1212 : 보상전원입력부
1220 : 출력부
1221 : 직류전원출력부
1222 : 보상제어출력부
1230 : 변환부

Claims (9)

  1. 전력변환기에 있어서,
    컨버터부(1200)가 직류전원을 안정적으로 출력하기 위해 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전원과 3상 전원을 입력받아 상기 3상 전원의 불평형을 평형상태로 만들기 위해 상기 컨버터부(1200)로 보상전원을 출력하는 보상제어부(1100); 및
    불평형 3상 전원을 안정된 직류전원으로 변환하기 위해 상기 보상제어부(1100)가 출력하는 상기 보상전원을 통해 상기 불평형 3상 전원을 평형상태로 만들고, 평형화된 3상 전원을 직류전원으로 변환하고, 상기 직류전원을 출력하는 컨버터부(1200);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보상제어부(1100)는
    상기 3상 전원의 전압벡터와 전압과 전류의 위상차를 검출하고, 상기 3상 전원의 상기 전압벡터와 상기 위상차를 전류제어부(1140)로 출력하고, 상기 위상차는 전류검출부(1120)와 전압제어부(1130)로 출력하는 전압검출부(1110);
    상기 3상 전원을 상기 전압검출부(1110)로 부터 입력받은 상기 위상차를 이용해서 상기 3상 전원의 정지좌표 전류를 검출하고 전류제어부(1140)로 출력하는 전류검출부(1120);
    상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전압과 사용자에 의해 설정된 직류전압과 상기 위상차를 이용해 상기 3상 전원이 평형이고 상기 컨버터부(1200)를 통해 상기 설정된 직류전압을 출력하는 경우의 평형 3상 전원에 대한 정지좌표 전류를 전류제어부(1140)로 출력하는 전압제어부(1130);
    상기 전류검출부(1120)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차 및 상기 위상차를 이용해 불평형 3상 전원의 전류를 보상하기 위한 보상정보를 보상전원부(1150)로 출력하는 전류제어부(1140);
    상기 전류제어부(1140)로부터 입력받은 상기 보상정보를 이용해 상기 컨버터부(1200)에 입력되는 상기 불평형 3상 전원을 보상하여 평형 3상 전원과 같이 만들기 위해 보상전원을 상기 컨버터부(1200)에 출력하는 보상전원부(1150);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류제어부(1140)는
    상기 전류검출부(1120)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류의 차이 계산하여 정지좌표 전류의 오차를 검출하고 분해부(1142)로 출력하는 오차검출부(1141);
    상기 오차검출부(1141)를 통해 입력 받은 상기 정지좌표 전류의 오차를 상기 위상차를 이용해서 정상분과 역상분으로 분해하고, 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분과 역상분을 보상정보출력부(1145)로 출력하고, 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분은 정상분처리부(1143)로 출력하고, 상기 정지좌표 전류의 오차의 역상분은 역상분처리부(1143)로 출력하는 분해부(1142);
    상기 분해부(1142)로 부터 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 정상분을 생성하고, 보상정보출력부(1145)로 출력하는 정상분처리부(1143);
    상기 분해부(1142)로 부터 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차의 역상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 역상분을 생성하고, 보상정보출력부(1145)로 출력하는 역상분처리부(1144); 및
    상기 정상분처리부(1143)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 상기 역상분처리부(1144)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전압의 오차의 역상분과 상기 오차검출부(1141)를 통해 입력받은 상기 정지좌표 전류의 오차를 합산하고, 상기 전압검출부(1110)를 통해 입력받은 상기 3상 전원의 전압벡터와 상기 합산결과의 차이 계산을 통해 보상정보를 생성하고, 보상전원부(1150)로 출력하는 보상정보출력부(1145);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부(1200)는
    상기 3상 전원과 상기 보상전원부(1150)를 통해 출력되는 상기 보상전원이 입력되는 입력부(1210);
    부하(10)와 상기 보상제어부(1100)로 직류전원을 출력하는 출력부(1220); 및
    상기 3상 전원을 상기 보상전원을 이용해서 평형화 후 평형화된 3상 전원을 상기 직류전원으로 변환하는 변환부(1230);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입력부(1210)는
    상기 3상 전원을 입력받는 전원입력부(1211); 및
    상기 보상전원부(1150)를 통해 출력되는 상기 보상전원을 입력받는 보상전원입력부(1212);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 출력부(1220)는
    상기 평형화된 3상 전원에서 변환된 상기 직류전원을 상기 부하(10)에 출력하는 직류전원출력부(1221); 및
    상기 3상 전원의 보상전원 생성을 위해 상기 직류전원출력부(1221)의 상기 직류전원을 상기 보상제어부(1100)로 출력하는 보상제어출력부(1222);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환기.
  7. 불평형 3상 전원을 직류전원으로 변환하는 전력변환방법에 있어서,
    (A) 상기 입력부(1210)를 통해 입력된 상기 3상 전원을 상기 출력부(1220)를 통해 상기 보상제어부(1100)에 출력하는 단계;
    (B) 상기 변환부(1230)를 통해 변환된 상기 직류전원을 상기 출력부(1220)를 통해 상기 보상제어부(1100)에 출력하는 단계;
    (C) 상기 보상제어부(1100)를 통해 상기 3상 전원과 상기 직류전원을 이용해서 상기 3상 전원을 평형화하기 위한 상기 보상전원을 생성하고, 상기 컨버터부(1200)로 상기 보상전원을 출력하는 단계; 및
    (D) 상기 변환부(1230)를 통해 상기 3상 전원을 평형화된 3상 전원으로 보상하고, 상기 직류전원으로 변환하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (C) 단계는
    (C-1) 상기 전압검출부(1110)를 통해 상기 3상 전원의 상기 전압벡터와 전압과 전류의 상기 위상차를 검출하는 단계;
    (C-2) 상기 전류검출부(1120)를 통해 상기 3상 전원의 전압을 상기 위상차를 이용해서 상기 3상 전원의 정지좌표 전류로 검출하는 단계;
    (C-3) 상기 전압제어부(1130)를 통해 상기 컨버터부(1200)가 출력하는 상기 직류전압과 상기 사용자에 의해 설정된 직류전압과 상기 위상차를 이용해 상기 3상 전원이 평형인 경우 상기 컨버터부(1200)를 통해 상기 설정된 직류 전압을 출력하는 경우의 평형 3상 전원에 대한 상기 정지좌표 전류를 생성하는 단계;
    (C-4) 상기 전류제어부(1140)를 통해 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)의 상기 정지좌표 전류의 오차 및 상기 위상차를 이용해 불평형 3상 전원의 전류를 보상하기 위한 보상정보를 생성하는 단계; 및
    (C-5) 상기 보상전원부(1150)를 통해 상기 보상정보를 이용해 상기 컨버터부(1200)에 입력되는 상기 3상 전원을 보상하여 평형화하기 위해 보상전원을 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (C-4) 단계는
    (C-4-a) 상기 오차검출부(1141)를 통해 상기 3상 전원의 정지좌표 전류와 상기 전압제어부(1130)의 상기 정지좌표 전류의 차이 계산하여 정지좌표 전류의 오차를 검출하는 단계;
    (C-4-b) 상기 분해부(1142)를 통해 상기 정지좌표 전류의 오차를 상기 위상차를 이용해서 정상분과 역상으로 분해하는 단계;
    (C-4-c) 상기 정상분처리부(1143)를 통해 상기 정지좌표 전류의 오차의 정상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 정상분을 생성하는 단계;
    (C-4-d) 상기 역상분처리부(1144)를 통해 상기 정지좌표 전류의 오차의 역상분을 상기 위상차를 이용해서 정지좌표 전압의 오차의 역상분을 생성하는 단계; 및
    (C-4-e) 상기 보상정보출력부(1145)를 통해 상기 정지좌표 전압의 오차의 정상분과 상기 정지좌표 전압의 오차의 역상분과 상기 정지좌표 전류의 오차를 합산하고, 상기 3상 전원의 전압벡터와 상기 합산결과의 차이 계산을 통해 보상정보를 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환방법.
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