KR100503762B1 - 정전압 전력절감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전압유지 및 고조파필터기능을 가진 전력절감장치로서, 전원과 부하 사이에 직렬로 연결되어 전원전압을 센싱하는 전압감지기와, 전원과 부하 사이에 병렬로 연결되어 전원전류를 센싱하는 전류감지기로 구성된 센싱부와; 상기 전류감지기에 직렬로 연결되어 부하에 의한 고조파 성분을 제거하도록 형성된 디지털 필터와, 상기 전압감지기와 전류감지기의 출력단과 각각 전기적으로 연결되어 상기 전압감지기와 전류감지기에서 센싱된 전압 및 전류의 위상차를 측정하여 전원의 역률을 구하는 역률측정기와, 상기 전압감지기의 출력단과 전기적으로 연결되어 상기 전압감지기에서 출력된 전원전압과 기준전압의 비교 후 오차신호를 발생시키는 비교기로 구성되어, 상기 고조파 성분이 제거된 오차신호를 사용하여 PID제어하는 제어부와; 상기 제어부에서 출력된 고조파 성분이 제거된 오차신호가 입력되어 상기 역률측정기에서 측정된 위상차에 의해 위상이 조절된 오차전압분을 출력하는 전력변환부와; 상기 전력변환부의 출력단과 2차측코일이 연결되고, 1차측코일은 전원과 부하 사이에 직렬로 연결되어, 상기 전력변환부에서 출력된 오차전압분에 의해 부하에 평형정전압이 공급되도록 형성된 유도코일부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전압 전력절감장치를 기술적 요지로 한다. 이에 따라 부하에 관계없이 전원에서 발생되는 불안정한 전압을 일정한 정전압으로 유지시키고 역률 개선과 동시에 부하에서 발생되는 고조파를 제거하여 양질의 전원을 부하에 공급하여 사용할 수 있어 전력이 절감되는 이점이 있다.

Description

정전압 전력절감장치{Power saving equipment for constant voltage}

본 발명은 정전압유지 및 고조파필터기능을 가진 전력절감장치로서, 전원에서 발생되어지는 불안정한 전압을 일정한 정전압으로 유지시키고 역률을 개선시킴과 동시에 부하에서 발생되는 고조파를 제거할 수 있는 필터기능을 가지는 전력절감장치이다.

일반적으로 전력을 절감하는 장치는 여러 종류가 시판되고 있다. 그 종류별로는 순수 콘덴서만을 이용하여 전원의 역률만을 개선한 것이 있고, 출력전압을 한전에서 권장하는 전압 중 가장 낮은 전압으로 강압시켜 전류를 적게 흐르도록 한 장치나 지그재그 권선형을 이용한 장치 등이 있다.

여기에서 지그재그 권선형 단권변압기타입으로 출력전압을 강압시키는 원리로 전압이 내려가면 당연히 전류가 적게 흘러 전력이 감소되는 원리를 이용한다. 그런데 이것의 가장 큰 단점은 용량이 커짐에 따라 부피 또한 커지게 되고 유도성 부하에서 역률이 오히려 떨어지는 단점이 있다.

그리고 출력전압 자체를 강압시켰기 때문에 갑자기 큰 부하를 요구할 때나 전동기 부하에서 토오크 같은 힘을 요구할 때는 자체 강압된 전압으로 인하여 전류가 충분히 흐르지 않게 되어 전력부족으로 인한 전동기의 출력감소를 가져온다. 그 결과 전동기의 역률도 나쁘게 되어 오히려 더 낭비되는 경향을 나타내게 된다.

이러한 종류의 전기절감장치의 공통적인 특징은 출력전압을 낮추어 전류를 제한하여 전력을 적게 흐르게 하는 것이다. 이는 단순히 출력전류를 제한시키는 것으로서 전압이 불안정하였을 때 보상기능이 되지 않을 뿐만 아니라 되더라도 응답속도가 느리다.

그리고 이러한 장치들은 정전압 유지기능이 없으므로 전원에서의 갑작스런 전압변동 및 서지발생으로 인하여 컴퓨터와 정전압을 요구하는 전기, 전자, 제어장치에 치명적인 손상을 입히게 된다.

또한 부하로부터의 노이즈 발생은 전원주파수에 고조파 성분을 만들어 냄으로서 전동기나 변압기 등에 열을 발생시키고 나아가 전기기기의 수명을 단축시키는 요인이 된다. 그리고 각 기기마다 발생되는 고조파 성분은 부하에 따라 다르므로 각 장비의 특성에 맞추어 고조파 필터를 설계를 하여야 하므로 필터링되는 주파수 영역이 제한적인 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전원에서 발생되는 불안정한 전압을 일정한 정전압으로 유지시키고 역률을 개선함과 동시에 고조파를 제거하는 정전압 전력절감장치의 제공을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 전원과 부하 사이에 직렬로 연결되어 전원전압을 센싱하는 전압감지기와, 전원과 부하 사이에 병렬로 연결되어 전원전류를 센싱하는 전류감지기로 구성된 센싱부와; 상기 전류감지기에 직렬로 연결되어 부하에 의한 고조파 성분을 제거하도록 형성된 디지털 필터와, 상기 전압감지기와 전류감지기의 출력단과 각각 전기적으로 연결되어 상기 전압감지기와 전류감지기에서 센싱된 전압 및 전류의 위상차를 측정하여 전원의 역률을 구하는 역률측정기와, 상기 전압감지기의 출력단과 전기적으로 연결되어 상기 전압감지기에서 출력된 전원전압과 기준전압의 비교 후 오차신호를 발생시키는 비교기로 구성되어, 상기 고조파 성분이 제거된 오차신호를 사용하여 PID제어하는 제어부와; 상기 제어부에서 출력된 고조파 성분이 제거된 오차신호가 입력되어 상기 역률측정기에서 측정된 위상차에 의해 위상이 조절된 오차전압분을 출력하는 전력변환부와; 상기 전력변환부의 출력단과 2차측코일이 연결되고, 1차측코일은 전원과 부하 사이에 직렬로 연결되어, 상기 전력변환부에서 출력된 오차전압분에 의해 부하에 평형정전압이 공급되도록 형성된 유도코일부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전압 전력절감장치를 기술적 요지로 한다.

또한 상기 정전압 전력절감장치는, 상기 기준전압을 조절하여, 절전모드 또는 정상모드 운전이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

여기에서 상기 정전압 전력절감장치는, 상기 기준전압의 주파수를 50Hz 또는 60Hz로 선택하여 사용할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라 부하에 관계없이 전원에서 발생되는 불안정한 전압을 일정한 정전압으로 유지시키고 역률 개선과 동시에 부하에서 발생되는 고조파를 제거하여 양질의 전원을 부하에 공급하여 사용할 수 있어 전력이 절감되는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 정전압 전력절감장치의 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 정전압 전력절감장치의 작동블럭도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 정전압 전력절감장치는 크게 센싱부(100)와, 제어부(200), 전력변환부(300), 유도코일부(400)로 구성되어져 있다.

본 발명은, 상기 센싱부(100)에 의해 전원(10)으로부터 공급되는 전원전압과 전원전류가 측정되고, 상기 제어부(200)에서 공급가 측의 역률이 측정되며 고조파의 제거 및 전원전압과 기준전압과의 오차가 측정되어, 이 값은 상기 전력변환부(300)에 입력되어 상기 유도코일부(400)에 출력전압으로 공급되어 보정됨으로써, 각 상에 불평형이 있는 경우에 평형이 되도록 하여 부하(20)에 정전압이 공급되도록 하며, 역률개선에 의해 전력절감이 되도록 하는 것이다.

먼저 상기 센싱부(100)는, 전압감지기(110)와 전류감지기(120)로 형성되어 전원전압과 전원전류를 측정하게 된다. 상기 전압감지기(110)는 전원(10)에 대해 직렬로 연결되며, 전류감지기(120)는 병렬로 연결되게 된다. 여기에서 상기 전원(10)은 3상전원(10)(R, S, T)을 의미하고, 부하(20)는 3상부하(20)를 의미하며, 상기 전압감지기(110)에서 측정된 전원전압은 각 상에 따라 평형이 될 수도 있으나, 부하의 특성에 따라 불평형이 될 수도 있다.

상기 전압감지기(110)에서 측정된 전원전압과, 상기 전류감지기(120)에서 측정된 전원전류는 디지털필터(210), 역률측정기(220), 비교기(230)로 구성된 제어부(200)로 입력되어 일정한 신호 및 값으로 변환되어 전력변환부(300)로 입력되게 된다.

상기 디지털필터(210)는 전류감지기(120)와 직렬로 연결되어 부하(20)에 의한 고조파를 제거할 수 있도록 한다.

일반적으로 부하(20)에 따라 고조파성분 또한 달라지므로 종래의 아날로그 로우패스필터나 하이패스필터로는 넓은 범위의 고조파제거에 한계가 있게 된다.

따라서 본 발명에서는 제어부(200)에 디지털필터(210)를 내장하여 전원(10)주파수(50Hz, 60Hz)에 따라 5차, 7차, 11차, 17차의 고조파 성분을 제거하여 넓은 범위의 고조파를 제거할 수 있게 된다.

그리고 상기 역률측정기(220)는 상기 전압감지기(110)와 전류감지기(120)의 출력단과 각각 전기적으로 연결되어, 상기 전압감지기(110)와 상기 전류감지기(120)에서 센싱된 전원전압 및 전원전류의 위상차를 측정하여 전원(10)의 역률을 구할 수 있도록 한 것이다.

상기 역률 또는 위상차를 이용하여, 상기 전력변환부(300)에서 출력된 고조파 성분이 제거된 오차전압분의 위상을 조절(진상 또는 지상)하여 역률을 개선시키게 된다.

그리고 상기 비교기(230)는 상기 전압감지기(110)의 출력단과 전기적으로 연결되며, 상기 비교기(230)를 통해 상기 전압감지기(110)에서 측정된 전원전압과 기존에 셋팅된 기준전압(reference voltage-50Hz 또는 60Hz)이 비교되며, 그 오차신호가 출력된다.

상기 오차신호는 최종적으로 고조파 성분이 제거되어 있으며, PID제어된 후 공간벡터변조방법(space vector PWM)에 의한 공간전압벡터로 변환된다.

공간전압벡터로 변환된 오차신호는 상기 전력변환부(300)에 입력되게 되며, 상기 전력변환부(300)는 오차전압분을 출력시킨다.

여기에서, 상기 오차전압분의 위상은 상기 역률측정기(220)에 의해 측정된 역률치 또는 위상차를 이용하여 조절(진상 또는 지상)되어, 오차전압분의 역률을 개선시키게 된다.

그리고 상기 전력변환부(300)는 상기 유도코일부(400)와 연결되는데, 상기 전력변환부의 출력단과 유도코일부의 2차측코일이 연결되고, 1차측코일은 전원(10)과 부하(20)사이에 각 직렬로 연결된다.

따라서 상기 전력변환부(300)에서 출력된 오차전압분은 상기 유도코일부(400)의 2차측코일로 공급되어 상기 전원과 부하와 연결된 1차측코일에 전압변화를 일으키게 된다. 이에 의해 각 전원과 부하를 연결하는 상에 불평형이 보정되게 되며 각 상이 평형이 되게 된다.

즉 기준전압(50Hz 또는 60Hz)과 측정된 전원전압의 오차를 보정하여, 전원전압을 기준전압으로 설정된 정격의 상용전원의 전압과 일치시켜 항상 정전압이 부하(20)에 공급되도록 한다.

또한 사용자의 필요에 따라 상기 기준전압을 조절하여, 상기 전력변환부(300)에서 출력되는 오차전압분을 변화시켜, 상기 유도코일부(400)의 출력전압이 조절되도록 하여, 최종적으로 부하에 공급되는 전압이 조절되게 된다.

이는 부하의 종류에 따라 소비되는 전력이 다르므로, 이에 따라 절전모드 또는 정상모드로 설정할 수 있도록 하여, 전력이 더욱 절감되도록 한 것이다. 또한 상기 기준전압의 주파수를 50Hz 또는 60Hz로 선택하여 사용할 수 있도록 한다.

즉 일반적으로 백화점이나 대형상점 등에서는 낮에는 전력소비가 많으나(정상모드), 밤에는 거의 없는 경우가 많으므로, 전력소비가 적은 밤의 경우(절전모드)에는 상기 기준전압을 낮추어 상기 유도코일부(400)의 출력전압을 낮게하여 부하가 정격전압보다 낮게 운전되도록 하여 전류를 적게 흘러 전력을 절감하게 되는 것이며, 각 나라별로 상이한 부하입력 주파수와 전압에 관계없이, 자유로운 주파수 및 전압의 선택이 가능하여 범용적으로 사용할 수 있도록 한 것이다.

상기 구성에 의한 본 발명은, 부하에 관계없이 전원에서 발생되는 불안정한 전압을 일정한 정전압으로 유지시키고 역률 개선과 동시에 부하에서 발생되는 고조파를 제거하여 양질의 전원을 부하에 공급하여 사용할 수 있어 전력을 절감하는 효과가 있다.

도 1 - 본 발명에 따른 정전압 전력절감장치의 구성블럭도

도 2 - 본 발명에 따른 정전압 전력절감장치의 작동블럭도

<도면에 사용된 부호에 대한 설명>

10 : 전원 20 : 부하

100 : 센싱부 110 : 전압감지기

120 : 전류감지기 200 : 제어부

210 : 디지털필터 220 : 역률측정기

230 : 비교기 300 : 전력변환부

400 : 유도코일부

Claims (3)

1. 전원과 부하 사이에 직렬로 연결되어 전원전압을 센싱하는 전압감지기와, 전원과 부하 사이에 병렬로 연결되어 전원전류를 센싱하는 전류감지기로 구성된 센싱부와;

   상기 전류감지기에 직렬로 연결되어 부하에 의한 고조파 성분을 제거하도록 형성된 디지털 필터와, 상기 전압감지기와 전류감지기의 출력단과 각각 전기적으로 연결되어 상기 전압감지기와 전류감지기에서 센싱된 전압 및 전류의 위상차를 측정하여 전원의 역률을 구하는 역률측정기와, 상기 전압감지기의 출력단과 전기적으로 연결되어 상기 전압감지기에서 출력된 전원전압과 기준전압의 비교 후 오차신호를 발생시키는 비교기로 구성되어, 상기 고조파 성분이 제거된 오차신호를 사용하여 PID제어하는 제어부와;

   상기 제어부에서 출력된 고조파 성분이 제거된 오차신호가 입력되어 상기 역률측정기에서 측정된 위상차에 의해 위상이 조절된 오차전압분을 출력하는 전력변환부와;

   상기 전력변환부의 출력단과 2차측코일이 연결되고, 1차측코일은 전원과 부하 사이에 직렬로 연결되어, 상기 전력변환부에서 출력된 오차전압분에 의해 부하에 평형정전압이 공급되도록 형성된 유도코일부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전압 전력절감장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 정전압 전력절감장치는,

   상기 기준전압을 조절하여, 절전모드 또는 정상모드 운전이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 정전압 전력절감장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 정전압 전력절감장치는,

   상기 기준전압의 주파수를 50Hz 또는 60Hz로 선택하여 사용할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 정전압 전력절감장치.