KR20090052376A - 파워그리드에 전기에너지를 공급하는 장치 및 이런 장치용 ｄｃ 전압컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 한쪽에서는 상기 저장초크(16)는 양쪽에 배치된 2개 스위치(S3,S4)와 함께 저장초크 충전용의 제1 전기회로를 구성하고, 스위치(S3,S4)를 닫으면 제1 전기회로가 DC 발전기(1)에 연결되는 한편 다이오드(D3,D4)를 차단하면 저장초크(16)가 인버터(3)에서 분리되며, 다른 한쪽에서는 상기 저장초크(16)가 2개의 다이오드(D3,D4) 및 2개의 커패시터(C1,C2)와 함께 제2 전기회로를 구성하는데, 제2 전기회로는 커패시터(C1,C2) 및 다이오드(D3,D4)를 통해 저장초크(16)를 동시에 방전시키는 역할을 하고 스위치(S3,S4)를 열어 동작하여, 저장초크(16)가 방전될 때 DC 발전기(1)는 접지단자(E3)에 연결된 접지선(19,20,21) 중의 하나를 통해 인버터(3)에 갈바닉 연결되는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.

Description

파워그리드에 전기에너지를 공급하는 장치 및 이런 장치용 ＤＣ 전압컨버터{APPARATUS FOR FEEDING ELECTRICAL ENERGY INTO A POWER GRID AND DC VOLTAGE CONVERTER FOR SUCH AN APPARATUS}

본 발명은 청구항 제1항의 서문에 기재된 종류의 장치와 이 장치에 사용되는 DC 전압컨버터에 관한 것이다.

태양광 발전기나 연료전지와 같은 DC 발전기에서 생산된 전기에너지를 AC 그리드에, 구체적으로는 유틸리티 그리드(50/60 Hz)에 공급하는데 다양한 인버터들이 이용된다. DC 발전기와 인버터 사이에는 대부분 DC 전압컨버터(DC-DC 초퍼)를 배치하는데, 이 컨버터는 DC 발전기에서 공급된 DC전압을 인버터에 필요한 DC 전압으로 바꾸는 역할을 한다.

여러가지 이유로, DC 발전기의 출력단을 접지할 필요가 있다. 접지를 하는 이유는 한편으로는 이런 접지를 법으로 규제하는 나라가 있기 때문이다. 다른 한편으로는, 접지를 빠트렸을 때 동작중에 여러가지 문제가 일어나기 때문이다. 그중의 한가지 문제는 고주파 누설전류이다. DC 발전기와 대지 사이에서 생기는 피할 수 없는 기생용량 때문에, 전위의 변동이 있을 때 안전문제를 일으키는 상당한 등화전류가 생겨, EMC(electromagnetic compatibility)를 설정하거나 접지보호를 위해 정 전센서 등을 이용한 복잡한 감시수단이 필요하고, 이런 등화전류는 접지에 의해서만 확실히 피할 수 있다. 또, 태양광 발전기의 제조기술에 따라서는 태양광 발전기가 열화에 대해 아주 다르게 거동한다고 알려져 있다. 결정과 다결정 전지나 박막모듈이 달린 발전기는 음극단자를 접지하는 것이 좋지만, 배면접속 전지는 양극단자를 접지하는 것이 좋다.

전술한 종류의 문제점을 피할 수 있는 이런 종류의 접지는 DC 전압측을 AC 전압측에서 갈바닉 분리시키는 변압기가 달린 DC 전압컨버터를 사용해 쉽게 이룰 수 있다. 그리드 변압기나 고주파 변압기를 어떤 것을 사용하든, 변압기를 사용하면 효율이 저하하고, 중량과 크기가 상당히 커지며, 제어 비용이 추가로 들기 때문에, 변압기 없는 전압컨버터가 원칙적으로 바람직하다. 그러나, 무변압기형 DC 전압변환기는 원하는 접지를 할 수가 없는데, 이는 접지를 하면 필요한 스위치나 커패시턴스의 단락을 일으켜, 회로 비용을 증가시키고 다른 문제를 일으킨다.

따라서, 이런 문제를 다르게 해결하려는 수많은 시도가 있어왔다. 특히, 원치않는 누설전류를 줄이기 위한 회로가 알려졌다(예; DE 10 2004 037466A1, DE102 21 592A1, DE 10 2004 030 912B3). 이런 회로에서는 태양발전기가 어떤 위상에서 그리드와는 독립적으로 작동된다. 발전기를 그리드에 주기적으로 연결하면, 기생용량이 아주 약간만 재변환되어 발전기의 전위가 그리드의 주파수로 변해 사인파 형으로 변하고, 그 전압 진폭은 그리드전압의 절반에 이른다. 고주파 전류는 2개 스위칭 사이클 사이에서 태양발전기의 낮은 전압차를 형성하고 스위칭 동안에 비대칭을 형성한다. 따라서, 용량성 누설전류가 최소화되기는 해도 완전히 없앨 수는 없 다.

접지되는 중앙탭을 중심으로 태양발전기를 분할한 회로도 있다(DE 102 25 020 A1). 그 결과, 태양발전기의 모든 부분이 전위가 고정되고 용량성 누설전류는 원칙적으로 흐르지 못한다. 2개의 직류전류원의 수율이 다르기 때문에, 전력차와 전압을 보상화는 회로가 더 필요하다. 이런 회로에서는 태양발전기와 스위치에 높은 전압차가 단점이고, 고주파 펄스 스위치가 4개 이상 필요하다.

또, 변압기 없이도 태양발전기를 접지할 수 있는 회로가 알려졌다. 그 결과, 용량성 누설전류가 원칙적으로 방지되는 회로가 있지만(예; DE 196 42 522 C1), 능동 스위치가 5개 필요하고, 그중 한두개의 스위치는 동시에 고주파로 스위칭하여 평균 출력전류를 공급해야만 한다. 이런 회로를 "플라잉 인덕터"라 하는데, 동시에 직렬로 전류 흐름에 관여하는 부품의 수가 많아 그 효율에 악영향을 미친다. 다른 문제는, 블연속적인 전류펄스가 그리드에 영향을 주어 용량성 간선필터를 필요로 하고, 이는 전력율을 악화시킬 뿐만 아니라 회로의 효율에도 영향을 미치는데, 자체적으로 아이들 전력이 필요하기 때문이다. 이런 용량성 간선필터를 없애는 회로도 있지만(예; DE 197 32 218 C1), 능동스위치가 9개 필요하고, 그중 2개 이상이 동시에 고주파로 스위칭되어야 하므로, 비용이 증가함은 물론 전체 장치의 내구성과 효율에도 악영향을 미친다. 플라잉 인덕터의 다른 문제점은, 스위치의 전압부하가 그리드 전압에 좌우되고 간선의 정전에 민감하며, 3개의 인버터를 이용한 3상 모드에서만 동작한다는 것이다. 그럼에도 불구하고, 전류원이 달린 인버터가 필요하고, 이는 많은 경우 바람직하지 못하다.

끝으로, 접지단자에서 2개의 커패시터들이 직렬연결된 쌍극 전압중간회로가 달린 인버터를 의도로 하는 장치가 있다(예; US2007/0047277A1). 이런 종류의 인버터는 본 발명의 관심의 대상이 되는 회로로서, 3단 회로 구성의 하프브리지 인버터이고 단상이나 3상 그리드 공급용 인버터이다. 어느 경우에도, 2개 커패시터 사이의 연결노드가 접지단자를 이루고, 이 접지단자는 그리드의 중립단자에 연결된다.

이런 장치의 DC 전압컨버터는 하나의 초크, 2개의 다이오드 및 하나의 스위치를 포함한다. 이 경우, 인버터의 접지단자가 DC 전압컨버터의 음극출력단에 연결될 수 있다. 이런 연결은 2개의 자기결합 코일로 이루어진 저장초크를 사용해 가능하다. 저장초크의 2개 코일은 서로 갈바닉 연결되어, 한편으로는 스위치가 닫혔을 때 한쪽 코일이 DC발전기로 충전되고 다른 코일은 자기결합에 의해 충전되며, 다른 한편으로는 스위치가 열렸을 때 2개 코일이 커패시터와 다이오드를 통해 방전된다.

이런 장치의 장점은, DC 발전기를 간단하게, 구체적으로는 변압기 없이 하나의 스위치만으로 접지할 수 있다는 것이고, DC 전압컨버터의 음극 출력단에만 접지단자를 연결한다는 단점을 상쇄할 수 있다. 또, 이런 장치에서는 접지단자에서 DC 발전기로 이어지는 접지선을 정전시 감시할 수 없는데, 이는 접지선에 작동전류가 흐르기 때문이다.

저장초크 하나와 스위치 2개를 직렬로 연결한 회로가 JP 11 235024A1에 소개되었다. 출력 전압측에는 입력단과 출력단을 분리하기 위해 2개의 다이오드를 배치한다. 음극/양극 입력단과 3상 AC 출력단이 달린 DC-AC 컨버터를 사용한다. DC-AC 컨버터의 입력단이나 출력단 어느 것도 접지를 하지 않는다. 이런 DC-AC 컨버터는 무변압기 방식인지 여부도 언급되지 않았다. DC-DC 회로의 출력단에 커패시터 하나만 배치한다. 이런 회로를 통해, DC-DC 컨버터의 양방향 동작이 이루어진다.

종래의 이런 문제점을 감안하여,본 발명의 목적은 이상 설명한 종류의 장치, 특히 DC 전압컨버터를 구성함에 있어, 어떤 단자에서도 DC 발전기를 접지할 수 있고, 이를 비교적 간단하게 이룰 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 이런 문제의 해결은 청구항 1항 내지 16항의 특징에 의해 달성된다.

본 발명에서는, 저장초크 하나, 다이오드 2개, 스위치 2개만 필요한 간단한 구조의 DC 전압컨버터를 이용해 DC 발전기의 접지를 달성할 수 있다. 그 결과, 비용은 약간 증가하지만, DC 발전기를 거의 모든 곳에서 접지할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 특징들은 종속항으로부터 알 수 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1~3은 DC 발전기를 3군데서 접지할 수 있고, 에너지 공급장치에 전기에너지를 공급하기 위한 본 발명의 장치의 첫번째 예의 회로도;

도 4는 도 1~3의 회로도의 2개 스위치를 조절하는 전류곡선을 보이는 그래프;

도 5는 도 1~3과 비슷하지만, DC 전압컨버터가 약간 변형된 장치의 회로도;

도 6~7은 DC 발전기를 2군데서 접지하는 본 발명의 장치의 두번째 예의 회로도;

도 8~10은 플러그 접속을 위해 선택된 구조를 갖는 요소부로서의 도 6~7의 DC 전압컨버터의 회로도;

도 11~13은 도 1~3에 도시된 인버터 대신 본 발명의 DC 전압컨버터로 동작되는 다른 종류의 인버터들의 회로도.

도 1에 의하면 전기에너지 발전장치는 DC 발전기(1), DC 전압컨버터(2) 및 인버터(3)를 포함한다. DC 발전기(1)로는 태양광 발전기나 연료전지 등이 있고 출력단 4(+)와 5(-)가 커패시터(C)에 병렬로 연결된다.

본 발명의 인버터(3)의 2개 출력단(6,7)은 그리드(8)에 단상의 전기에너지를 공급하고, 그리드의 L상은 출력단(6)에 연결되고 중립도체(N)는 출력단(7)에 연결된다. 인버터(3)에는 3개의 입력단(E1~3)도 있다. 입력단 E1과 E2 사이에 2개의 커패시터(C1~2)가 직렬로 연결되고, 이들 커패시터의 연결노드는 입력단(E3)에 놓인다. 커패시터(C1~2)는 인버터(3)의 양극 전압 중간회로를 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인버터(3)는 하프브리지형 인버터로서, 이를 위해 2개 스위치(S1~2)를 갖고 있는데, 스위치의 한쪽 단자는 입력단(E1~2)에 각각 연결되고 다른쪽 단자는 공통 연결노드(9)로 이어지고, 공통 연결노드는 초크(L1)를 거쳐 출력단(6)에 연결된다. 2개 스위치(S1~2) 각각에 다이오드(D1~2)가 병렬로 연결되어; 다이오드(D1)는 연결노드(9)로부터 입력단(E1) 방향으로 도전되고, 다이오드(D2)는 입력단(E3) 으로부터 연결노드(9) 방향으로 도전된다. 끝으로, 입력단(E3)은 출력단(7)에 직결되어, 다른 쪽에서 접지되어 접지단자 역할을 하도록 구성된다.

인버터(3)는 다음과 같이 동작한다: 스위치(S1~2)가 교대로 온/오프되면, 커패시터(C1)의 E3에 대해 양극측 입력단(E1)이 (예컨대 S1이 닫히고 S2가 열린) 스위치신호의 양극 반파 동안 연결노드(9)와 그리드초크(L1)를 통해 L상에 연결된다. 이어서 S1이 열리면, 그리드초크(L1)와 커패시터(C2)와 다이오드(D2)에 전류가 흐른다. (S1이 열리고 S2가 닫혀) 그리드(8)의 음극 반파동안, E3에 대해 음극측인 커패시터(C2)의 입력단(E2)이 연결노드(9)와 초크(L1)를 통해 L상에 연결되어, 스위치 S2가 닫힌 뒤 다이오드(D1)와 커패시터(C1)에 계속 전류가 흐른다. 그 결과 2개의 커패시터(C1~2)가 교대로 방전되고, 또한 DC 전압컨버터의 도움으로 공지의 방식으로 재충전된다.

미국특허출원 2007/47277A1에 소개된 종류의 장치가 이상 설명한 장치로서 더이상의 자세한 설명은 생략한다.

도 1에서, 본 발명의 DC 전압컨버터(2)의 2개 입력단(10,11)은 DC 발전기의 2개 출력단(4,5)에 연결되고, 3개 출력단(12~14)은 인버터(3)의 입력단(E1~3)에 각각 연결된다. 입력단(10)에 연결된 스위치(S3)는 연결노드(15)로 이어진다. 저장초크(16)의 한쪽 단자가 이 연결노드(15)에 연결되고, 초크의 다른쪽 단자는 연결노드(17)에 이어지며, 이 연결노드는 스위치(S4)를 통해 입력단(11)에 연결된다. 연결노드(17)는 제1 다이오드(D3)를 통해 출력단(12)에 연결되고, 출력단(13)은 제2 다이오드(D4)를 통해 연결노드(15)에 연결된다. 다이오드(D3)는 출력단(12) 방향으 로 도전되고, 다이오드(D4)는 연결노드(15) 방향으로 도전되지만, 이들 다이오드 모두 서로 반대 방향으로 닫힌다. 그 결과, DC 전압컨버터(2)의 기능원리는 아래와 같다:

스위치 S3와 S4를 동시에 닫으면, 저장초크(16)가 DC 발전기(1)나 커패시터(C)에 의해 재충전된다. 스위치(S3)와 저장초크(16)와 스위치(S4)는 제1 직렬회로를 형성하고, 이 회로는 저장초크(16)에 전기에너지를 저장하는 역할을 한다. 이때, 다이오드(D3~4)는 커패시터(C1~2)에 전류가 흐르는 것을 방해한다. 반면에, 2개 스위치(S3~4)가 동시에 열리면, 저장초크(16)가 다이오드(D3)와 직렬 커패시터(C1~2)와 다이오드(D4)를 통해 방전한다. 이 상태에서, 저장초크(16)는 D3, C1, C2, D4와 함께 제2 직렬회로를 구성하고, 이 회로는 저장초크(16)를 방전시켜 커패시터(C1~2)를 재충전시키기 위한 것이다. 2개 커패시터(C1~2)의 용량이 같으면, 이들 커패시터가 동일한 전압 UC1=UC2로 충전된다.

스위치(S3~4)가 열린 상태에서 스위치에 걸린 전압은 비교적 작다. 다이오드(D3~4)가 도전상태에 있으면, S3의 전압은 최대 US3=UC+UC2이고, 이때 UC는 DC 발전기(1)의 출력 전압이다. 반면에 S4의 전압은 최대 US4=UC1이다.

이상 설명한 DC 전압컨버터(2)의 장점은, DC 발전기(1)가 비교적 큰 출력전압 범위에서 동작한다는 것이다. DC 전압컨버터(2)가 빠지면, 그리드 진폭(약 ±325V)보다 큰 전압으로 커패시터(C1~2)를 충전하는 높은 출력전압을 어떤 상태에서도 항상 DC 발전기(1)에 공급해야만 한다. 반면에, DC 전압컨버터(2)가 있으면, DC 발전기(1)의 출력전압이 인버터(3)나 그리드(8)에 필요한 전압보다 낮은 경우에도 스위치(S3~4)가 동작하는 펄스점유율(pulse-duty factor)을 선택해 커패시터(C1~2)의 전압을 원하는 크기로 정할 수 있다.

또, 이상 설명한 장치는 용도가 아주 다양하다. S3~4의 펄스점유율에 따라 C1~2의 전압이 모두 커패시터(C)의 입력전압보다 높고 낮을 수 있기 때문에 그렇다. DC 전압컨버터(2)는 펄스점유율이 0.5보다 크면 승압모드로 동작하고 0.5보다 작으면 강압모드로 동작한다. 펄스점유율이 0.5이면 DC 발전기(1)의 출력단에 걸린 전압이 직접 공급된다. 스위치 S1~2의 최대 전압은 2·UC1인데, 여기서 UC1은 커패시터(C1)의 최대전압이다. 가장 간단한 경우에, 항상 하나의 스위치만 고주파로 스위칭하고 나머지 스위치는 오프 상태로 둘 수 있다. 또, 인버터측에서 그리드(8)에 연속으로 전류가 흐를 수 있다.

본 발명의 가장 큰 장점은 다음과 같다. 접지점 E3를 DC 발전기(2)의 입력단(11)에 연결해 결국 음극 출력단(5) 및 DC 전압컨버터(2)의 입력단(10)에 연결함으로써, 도 2의 양극출력단(5)이나 도 3의 DC 발전기(1)의 다른 단자(18)에 연결할 수 있으며, 이는 그리드(8)의 중립도체(N)에도 적용된다. 정상적인 동작중에 도 1의 19나 도 2의 20이나 도 3의 21과 같은 접지선에 전류가 흐르지 않는데, 이들 접지선을 도면에는 파단선으로 표시하였고 이를 통해 접지점(E3)가 DC 전압컨버터(2)의 해당 입력단이나 DC 발전기(1)의 해당 출력단에 연결된다. E3, C1, C2, D4와 함께 저장초크(16)가 전기회로를 형성하는데, 이 회로는 자체적으로는 닫혀있고 접지선(19,20,21)을 구비하지 않는다. 그 결과, 접지선(19,20,21)에 전류가 흐르면 공장이 정전되게 된다. 본 발명에 의하면, 차단기와 같은 감시요소를 접지 선(19,20,21)에 설치해, 피크전류가 허용한계를 넘으면 자동으로 전기를 끊도록 하는 것이 바람직하다. 이 기능은 접지단자(E3)가 DC 전압컨버터(2)의 입력단에 연결되는지 또는 DC 발전기(1)의 출력단에 연결되는지에 따라 좌우된다.

스위치들(S1~4)로는 반도체스위치를 사용하고, 이들 스위치는 도시되지 않은 컨트롤러(마이크로컨트롤러, PWM 컨트롤러 등)에 의해 주기적으로 온/오프될 수 있으며, 그 스위칭 주파수는 대략 16kHz 이상이다.

스위치(S3~4)와 저장초크(16)의 전류경로를 작동시키는 신호가 도 4에 도시되었다. 2개의 스위치(S3~4)는 항상 동시에 온/오프됨을 도면에서 알 수 있다.

도 5는 도 1~3의 변형례로서, 저장초크(16)가 중앙 단자인 코일탭(23)을 중심으로 2개의 코일(W11,W12)로 나누어진다. 이 경우, 코일탭(23)에 연결노드(15)가 연결됨으로써, 저장초크(16) 중에서 코일탭(23)에 의해 고정된 코일(W11)만이 저장초크(16)를 충전시키는 기능을 하는 제1 전기회로에 놓이고, 제2 전기회로는 다이오드 D4와 D3 사이에 있는 저장초크(16) 전체인 W11+W12를 포함한다. 그 결과, 입력전압과 출력전압, 스위치(S3)와 다이오드(D3,D4)의 부하 사이의 관계를 고려해 본 발명의 다른 최적화 구성을 개발할 수 있다. 전송율이 높으면, S3와 S4의 펄스점유율 외에도 (W12+W11):W11의 관계로부터 부품들의 유효 전류와 전압 부하에 영향을 미칠 수 있다. 원칙적으로, 탭(23)의 위치는 임의로 선택할 수 있다. 탭(23)의 장점은, 개방상태의 스위치(S3)의 최대 전압부하가 전압 US3=UC+[-n/(n+1)]·UC1+UC2에 의해서만 결정된다는 것이다. 여기서 n=W12/W11이고 W11과 W12는 모두 코일(W11,W12)의 권선수이다. 스위치 S4의 전압은 US4=UC1이다. 한편, 탭(23)을 스 위치(S4)에 아날로그 방식으로 연결할 수도 있다. 도 5의 장치의 나머지는 도 1~3의 장치와 동일한데, 이것이 DC 전압컨버터(2)의 출력단(14)을 DC 발전기(1)의 출력단(4 또는 5)이나 다른 출력단에 선택적으로 연결할 수 있는 이유이다.

도 6~7은 본 발명의 다른 예의 회로도로서, 도 1~5에 도시된 것과는 달리 결합 저장초크(24)를 특징으로 한다. 저장초크(24)의 제1 코일(W1)과 제2 코일(W2)은 서로 자기결합되고, 이를 위해 양쪽 코일 모두 공통의 코어(25)에 감긴다.

도 1의 초크(16)와 마찬가지로, 2개 스위치(S3~4) 사이에나 2개 연결노드(15,17) 사이에 제1 코일(W1)을 배치한다. 또, 도 1과 마찬가지로 연결노드(17)는 다이오드(D3)를 거쳐 출력단(12)에 연결한다. 반면에, DC 전압컨버터(2)의 입력단(13)은 다이오드(D5)를 거쳐 코일(W1)의 한쪽 단자에 연결하고, 코일의 다른 단자는 연결노드(26)와 다이오드(D6)를 거쳐 연결노드(15)에 연결된다. 또, 연결노드(26)는 출력단(14)에 연결된다. 이런 구조에서 아래와 같이 기능한다:

저장초크(24)의 제1 코일(W1)는 2개 스위치(S3~4)와 함께 제1 직렬회로를 형성하고, 이 회로는 DC 발전기(1)의 출력단(4,5)과 병렬로 연결되며 S3와 S4가 닫혔을 때 코일(W1)을 충전하는 역할을 한다. 2개 코일(W1~2)이 자기결합되어 있으므로, 코일(W2)도 이 상태에서 코일(W1)을 거쳐 충전된다. 2개 코일(W1~2)의 권선 방향은 도 6에 점선으로 표시된 단자들의 전압 극성이 같도록 선택한다.

스위치 S3~4를 연 상태에서, 2개 코일(W1~2)은 제2 직렬회로에 놓이고, 이 회로는 코일(W1)의 한쪽 단자인 연결노드(17)와 다이오드(D3)와 직렬 커패시터(C1~2)와 다이오드(D5)와 코일(W2)과 연결노드(26)와 다이오드(D6)를거쳐 코 일(W1)의 다른쪽 단자인 연결노드(15)로 이어진다. 도 1과 마찬가지로, 제2 전기회로는 자체적으로 폐쇄된 회로이고 코일 W1과 W2를같이 방전하거나 커패시터 C1과 C2를 같이 충전하는 기능을 한다. 또, 2개의 코일(W1~2) 모두 이런 전기회로를 통해 서로간에 갈바닉 연결된다.

이런 구성에서는, DC 전압컨버터(2)의 출력단(14)이나 인버터(3)의 출력단(E3)을 도 6의 접지선(19)이나 도 7의 접지선(20)을 통해 DC 전압컨버터(2)의 입력단(11 또는 10)에 선택적으로 연결할 수 있고, 그 결과 DC 발전기(1)의 출력단(5 또는 4)에도 선택적으로 연결할 수 있으므로, 도 6의 음극출력단(5)이나 도 7의 양극출력단(4)에서 접지를 할 수 있다. 또, 입력단(E3)을 도 3의 회로와 비슷하게 DC 발전기(1)의 중앙 출력단에 연결할 수 있다. 이상 설명한 모든 경우에서, 접지선 19와 20은 물론 가능하다면 21도 정상 작동상태에서는 사용되지 않는데, 이는 저장초크(16)의 충전은 물론 방전 동안에도 이들 접지선에 전류가 흐를 수 없기 때문이다. 그 결과, 도 1~5의 경우와 마찬가지로, 이들 접지선(19~21)에나 접지점(E3)과 단자(4,5,18) 중의 하나 사이에 전류가 흐르면 공장이나 DC 전압컨버터(2)를 중단시키라는 표시이므로, 스위치를 끈다.

도 6의 장치가 도 1~3의 장치에 비해 우수한 점은 스위치(S3)의 전압이 낮은데서 기인한다. 다이오드(D6)가 스위치(S3~4)의 차단 상태에 도전되므로, 스위치(S3)에 걸리는 최대전압은 UC이고 S4에는 UC1이걸리는데, 이는 다이오드(D3)도 도전되기 때문이다. 반면에, 도 7의 장치에서는 S3에 걸리는 전압은 0이고 S4에는 UC+UC1의 전압이 걸린다.

별도로 도시되지 않은 본 발명의 다른 실시에에서는, 도 5와 비슷하게 초크(16)의 코일(W1)을 탭을 중심으로 2 부분으로 나눌 수 있다. 도 5와 마찬가지로, 연결노드(15,17) 중의 하나에 탭을 연결하고 2개의 코일부분을 제2 전기회로에 배치할 수 있다. 만약의 경우, 이렇게 하면 도 6~7에 도시된 실시예의 스위치(S3)의 전압이 더 낮아진다.

도 6~7의 코일(W1~2)의 자기결합은 이들 2개 코일을 공통의 코일에 필요에 따라 아래위로 겹쳐 감아서 이루어진다. 이들 코일의 권선수는 동일하고 코어(25)에 서로 반대 방향으로 감는 것이 바람직한데, 이는 충방전동안에 전류에 직각 방향으로 힘을 얻기 위해서이다(도 6~7 참조).

도 8~10은 도 6~7의 DC 전압컨버터(2)를 플러그 접속등을 하도록 다수의 단자가 달린 요소부(27)로 구성하는 방법을 보여준다. 도 8에서 보듯이, DC 전압컨버터(2)는 도 6~7과는 달리 입력단(10,11)과 출력단(12,13) 외에도 4개의 추가 출력단(28,29,30,31)을 갖지만 출력단(14)은 없다. 단자(28)는 입력단(10)에, 단자(31)는 입력단(11)에 각각 직결된다. 또, 단자(29)는 다이오드(D5)에서 떨어진 코일(W2)의 단자에 연결되고, 단자(30)는 연결노드(26)에 연결된다. 적절한 연결을 통해, DC 발전기(1)를 도 9의 음극단자(5)나 도 10의 양극단자(4)에서 선택적으로 접지할 수 있다.

음극단자(5)에서 접지를 하려면, 도 9와 같이 단자(31)를 접지하고 인버터(3)의 입력단(E3)에 연결해, 결국 모니터(32)를 거쳐 그리드(8)의 중립도체(N)에 연결한다. 또, 단자 29와 30을 서로 연결한다. 이렇게 하면, 요소부(27)를 활용하 기 위해 DC 발전기(1)의 출력단(4,5)을 요소부의 입력단(10,11)에 연결하고 요소부의 출력단(12,13)을 인버터(3)의 입력단(E1,E2)에 연결하며 단자(29,30)를 모두 인버터(3)의 입력단(E3)에 연결하면 도 6과 같은 구성을 얻을 수 있다.

반면에, DC 발전기(1)의 양극 출력단에서 접지코자 하면, 단자(28)를 도 10과 같이 접지하고 모니터(32)를 거쳐 인버터(3)의 입력단(E3)에 연결한다. 나머지 연결은 도 9와 같이 일어난다. 요소부(27)나 DC 전압컨버터(2)의 단자(28,31)를 재접속하기만 해도 양극이나 음극 출력단(4,5)에서 DC 발전기(1)를 접지하는 선택을 할 수도 있다. 요소부(27)의 나머지 출력단은 DC 발전기(1)의 중앙 단자들을 접지하는 역할을 한다.

도 1~5에 도시된 DC 전압컨버터를 사용할 때도 같은 과정이 일어난다.

이상의 설명은 하프브리지 구성의 인버터(3)를 예로 들어 설명했지만, 당업자라면 알 수 있듯이 쌍극 전압 중간회로를 갖는 다른 인버터를 본 발명의 DC 전압컨버터(2)에 연결해도 된다. 이런 관계가 도 11~13에 개략적으로 도시되었다. 도 11은 3단 회로 구성의 하프브리지 인버터를, 도 12는 센터포인트를 갖는 (각각 단상으로 구현되는) 3단 회로의 다른 인버터를, 그리고 도 13은 3상 그리드(8)용의 인버터를 보여준다. 이들 3가지 인버터 모두 쌍극전압 중간회로, 입력단(E1~3) 및 출력단(6,7)을 갖는다. 이런 종류의 인버터들은 잘 알려져 있으므로, 더이상의 설명은 불필요할 것이다.

본 발명은 이상의 설명에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다. 인버터(3)와 DC 전압컨버터(2)를 도면과 같은 구조로 제작해 판매할 수도 있지만, 이들 을 별도의 부품 형태로 제작판매할 수도 있다. 따라서, 도 8~10에서 설명한 실시예가 특히 적절한데, 이는 특수한 경우에 맞는 DC 전압컨버터(2)의 접지 종류에 무관한 범용 DC 전압컨버터를 대량생산할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명은 DC 전압컨버터(2)와 인버터(3)의 결합은 물론 DC 전압컨버터(2) 단독에 관한 것이기도 하다.

Claims (18)

1. DC 전압컨버터(2)를 DC 발전기(1)에 연결하고, 인버터(3)를 DC 전압컨버터와 파워그리드(8)에 연결하며, 2개의 커패시터(C1,C2)가 직렬연결된채 DC 발전기(1)의 단자에 연결된 접지단자(E3)에도 연결되어 있는 쌍극전압 중간회로가 상기 인버터에 포함되어 있고, 상기 DC 전압컨버터(2)에 다이오드(D3,D4), 스위치 및 저장초크(16)가 있는데, 전압초크는 스위치를 닫았을 때 DC 발전기(1)에 의해 충전되고 스위치를 열었을 때 커패시터(C1,C2)와 다이오드(D3,D4)를 통해 방전되는, 파워그리드(8)에 전기에너지를 공급하는 장치에 있어서:

   한쪽에서는 상기 저장초크(16)는 양쪽에 배치된 2개 스위치(S3,S4)와 함께 저장초크 충전용의 제1 전기회로를 구성하고, 스위치(S3,S4)를 닫으면 제1 전기회로가 DC 발전기(1)에 연결되는 한편 다이오드(D3,D4)를 차단하면 저장초크(16)가 인버터(3)에서 분리되며, 다른 한쪽에서는 상기 저장초크(16)가 2개의 다이오드(D3,D4) 및 2개의 커패시터(C1,C2)와 함께 제2 전기회로를 구성하는데, 제2 전기회로는 커패시터(C1,C2) 및 다이오드(D3,D4)를 통해 저장초크(16)를 동시에 방전시키는 역할을 하고 스위치(S3,S4)를 열어 동작하여, 저장초크(16)가 방전될 때 DC 발전기(1)는 접지단자(E3)에 연결된 접지선(19,20,21) 중의 하나를 통해 인버터(3)에 갈바닉 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 제1 전기회로가 직렬회로이고, 이 회로에서 2개의 스위 치(S3,S4) 사이에 저장초크(16)가 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 전기회로가 직렬회로로서 저장초크(16)의 제1 단자로부터 제1 다이오드(D3), 2개의 커패시터(C1,C2) 및 제2 다이오드(D4)를거쳐 저장초크(16)의 제2 단자로 이어지는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나에 있어서, 저장초크(16)가 코일탭(23)을 중심으로 분할되고, 코일탭(23)은 스위치(S3,S4) 중의 하나에 연결되며, 저장초크(16) 중에서 상기 코일탭에 의해 고정된 제1 부위(W11)는 제1 전기회로에 배열되고, 저장초크(16)의 제2 부위(W11+W12)는 제2 전기회로에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 저장코일(16)이 제1 코일(W1)과 제2 코일(W2)을 포함하며, 이들 2개 코일(W1,W2)은 서로 자기결합된채 갈바닉 연결되고, 제1 코일(W1)은 2개 스위치(S3,S4)와 함께 제1 전기회로를 구성하며, 2개 코일(W1,W2) 모두 제2 전기회로에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 제2 전기회로가 직렬회로로서 제1 코일(W1)의 제1 단자에서 시작해 제1 다이오드(D3), 2개 커패시터(C1,C2), 제2 다이오드(D5), 제2 코일(W2) 및 제3 다이오드(D6)를 거쳐 제1 코일(W1)의 제2 단자로 이어지는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 코일(W1)이 코일탭을 중심으로 분할되고, 코일탭은 스위치(S3,S4) 중의 하나에 연결되며, 제1 코일 중에서 상기 코일탭에 의해 고정된 제1 부위만 제1 전기회로에 배열되고, 제1 코일의 제2 부위는 제2 전기회로에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제5항 내지 제7항 중의 어느 하나에 있어서, 2개 코일(W1,W2)이 하나의 공통 코어(25)에 감기는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 2개의 코일(W1,W2)이 서로 반대 방향으로 코어(25)에 감기는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제5항 내지 제9항 중의 어느 하나에 있어서, 2개의 코일(W1,W2)의 권선수가 같은 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 하나에 있어서, DC 전압컨버터(2)가 요소부(27) 구성을 갖고, 요소부는 플러그 접속되는 다수의 단자(12,13,28~31)를 가져, DC 발전기(1)에 필요한 접지조건에 따라 인버터(3)의 관련 입력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 하나에 있어서, DC 전압컨버터(2)에 접지선(19,20,21)이 있고, 이들 접지선은 DC 발전기(1)에 연결될 입력단(10,11)을 인버터(3)의 접지단자(E3)에 연결될 출력단(14)에 연결하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 잘못된 전류 흐름을 감지하는 모니터(32)를 접지선(19~21)에 연결하는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, 인버터(3)가 하프브리지 구성을 취하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제1항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, 인버터(3)가 3단 회로의 하프브리지 구성을 취하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제1항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, 인버터(3)가 중심점을 갖는 3단 회로의 하프브리지 구성을 취하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제1항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, 인버터(3)가 파워그리드(8)에 단상이나 3상의 전기에너지를 공급하는 구성을 취하는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제1항 내지 제17항 중의 어느 하나에 있어서, DC 전압컨버터(2)가 인버터(3)와 결합해 일체로 되는 것을 특징으로 하는 장치.

Images