KR101492474B1 - 3상 전원 판별 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3상 전원 판별 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 3상 전원의 역상 및 결상을 판단하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 3상 전원 판별 장치는 3상 전원 판별 장치에 있어서, 상기 3상 전원의 R상,T상,S상 중에서 T상을 기준으로 R상의 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 전압 파형을 펄스파로 변환하는 제1 위상 검출부; 상기 T상을 기준으로 S상의 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 전압 파형을 펄스파로 변환하는 제2 위상 검출부; 상기 제1 위상 검출부 및 제2 위상 검출부로부터 출력된 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse)를 출력하는 파형 합성부; 상기 파형 합성부로부터 출력된 쿼드러처 펄스를 입력받고 상기 쿼드러처 펄스를 비교하여 역상의 경우의 로직"0"를 출력하고, 정상인 경우 로직"1"을 출력하는 역상 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 3상 전원 판별 장치에 의하면, 판별할 수 있는 3상 교류 전원 범위(120V~500V)가 넓어 다양한 시스템에 적용할 수 있다는 효과를 가진다.

Description

3상 전원 판별 장치{3 phase electric source determination apparatus}
본 발명은 3상 전원 판별 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 3상 전원의 역상 및 결상을 판단하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3상 전원을 이용한 전동기 등에 있어서 전원을 판정하는 경우에 상기 전동기를 포함한 시스템에 과대한 영향을 부여한다는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하는 기술로서 3상 전원의 결선 상태를 판정하는 기술이 제안된다.
이러한 기술은 삼상 전원의 RS 상간과 ST 상간의 파형을 포토커플러를 이용하여 전압을 검출하고 결상 및 역상을 판정하도록 하고 있다.
상기 결상 및 역상을 판정하는 기술은 일본 공개특허공보 제 2010-268587(3상 전원의 결선 판정 장치)에 개시된다.
상기 3상 전원의 결선 판정 장치는 미리 정해진 R,T,S 단자에 접속된 3상 교류 전원의 R-S 단자 간의 전압 파형을 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 방형파를 변환하는 제1 파형 정형 회로와, 상기 S-T 단자 간의 전압 파형을 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 방형파를 변환하는 제2 파형 정형 회로와, 상기 제2 파형 정형 회로로부터 출력된 방형파의 하강 시각과 상기 제1 파형 정형 회로로부터 출력된 방형파의 하강 시각과의 시간차를 미리 결정된 시간의 범위 안에 있는 경우에 각각의 시간에 대응한 R,S,T 단자에의 삼상 교류 전원의 범위 안에 있는 경우에 각각의 시간에 대응한 R,S,T 단자에의 삼상 교류 전원의 역상 접속, R단자의 결상, S단자의 결상 및 T단자의 결상 중 적어도 어느 하나를 판단하는 제어부를 포함하는 구성을 제시한다.
그러나 상술한 기술은 제어부가 마이콤으로 이루어져 클럭 펄스에 의한 입/출력의 응답 속도가 늦다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로써 마이콤을 사용하는 대신에 범용 IC로 이루어진 역상 판단부와 결상 판단부를 이용하여 3상 전원의 역상과 결상을 빠른 응답 속도로 판단하는 3상 전원 판별 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 3상 전원 판별 장치는 3상 전원 판별 장치에 있어서, 상기 3상 전원의 R상, T상, S상 중에서 T상을 기준으로 R상의 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 전압 파형을 펄스파로 변환하는 제1 위상 검출부; 상기 T상을 기준으로 S상의 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 전압 파형을 펄스파로 변환하는 제2 위상 검출부; 상기 제1 위상 검출부 및 제2 위상 검출부로부터 출력된 비 안정화 쿼드러처 펄스(Quadrature pulse)를 입력받아 안정화시킨 인버팅된 쿼드러처 펄스를 출력하는 파형 합성부; 상기 파형 합성부로부터 출력된 쿼드러처 펄스를 입력받고 상기 쿼드러처 펄스를 비교하여 역상의 경우의 S상, T상 생성 쿼드러처 펄스가 R상, T상 생성 쿼드러처 펄스보다 위상이 늦은 경우 출력을 OFF 하는 역상 판단부를 포함한다.
또한, 상기 역상 판단부는 결상 판단부를 더 포함하며, 상기 결상 판단부는 상기 파형 합성부로부터 출력된 쿼드러처 펄스를 입력받고 상기 쿼드러처 펄스를 비교하여 정상인 경우에 출력을 ON 하고, R상, T상 및 S상 중 적어도 어느 하나가 결상인 경우에 출력을 OFF 시킨다.
또한, 상기 제1 위상 검출부 및 제2 위상 검출부는 포토 커플러를 포함하여 구성되며 (+)방향의 전원 파형을 입력받아 포토 커플러를 ON 시킨다.
본 발명의 3상 전원 판별 장치에 의하면, 판별할 수 있는 3상 교류 전원 범위(120V~500V)가 넓어 다양한 시스템에 적용할 수 있다는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 3상 전원 판별 장치에 의하면, 종래의 아날로그 회로 대비 디지털 출력을 이용함으로 회로 소자에 따른 오차 발생을 제거할 수 있다는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 3상 전원 판별 장치에 의하면, 종래의 판별 장치는 입력 전원의 +상한 또는 -상한을 이용하여 시스템을 구성하였기에 외부의 잡음에 취약한 부분이 있지만 제로 크로스 기법을 사용함으로 잡음에 강한 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 3상 전원 판별 장치에 의하면, 마이콤을 사용하지 않음으로 장치의 응답 속도를 빠르게하고 제작 코스트를 낮출 수 있다는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 3상 전원 판별 장치의 전체 구성도;
도 2는 도 1에 따른 3상 전원 판별 장치의 교류 전원 접속도;
도 3은 도 1에 따른 3상 전원 판별 장치의 구성 불록도;
도 4는 도 3에 따른 3상 전원 판별 장치의 내부 회로도;
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 아래에서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 3상 전원 판별 장치의 전체 구성도이고, 도 2는 도 1에 따른 3상 전원 판별 장치의 3상 교류 전원 접속도이고, 도 3은 도 1에 따른 3상 전원 판별 장치의 구성 블록도이고, 도 4는 도 3에 따른 3상 전원 판별 장치의 내부 회로도이다.
도면 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 3상 전원 판별 장치의 전체 구성도는 도 1에 도시된 바와 같이, 상 판별 장치(100)와 전원부(100a)를 포함하여 구성되며, 상기 전원부(100a)는 상 판별 장치(100)의 회로 동작에 필요한 각각의 구성 블록에 필요한 전원을 공급한다.
도 2를 참조하면, 3상 전원 판별 장치(100)의 3상 교류 전원(210) 접속도로 3상 교류 전원(210)은 직접 또는 인버터 장치(미도시)를 통하여 부하(전동기)에 접속되며, T상을 기준으로 R상은 120°위상이 빠르게 S상은 120°위상이 느리게 제로크로스(Zero-cross)한다.
제1 위상 검출부(110)는 3상 교류 전원(210)의 R-T 단자에 접속되며, 제2 위상 검출부(120)는 S-T 단자에 접속된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 3상 전원 판별 장치(100)는 제1 위상 검출부(110), 제2 위상 검출부(120), 파형 합성부(130), 역상 판단부(140) 및 결상 판단부(150)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 위상 검출부(110)는 정해진 R,S,T 단자에 접속된 3상 교류 전원(210)의 R-T 단자 간의 전압 파형을 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 전압 파형(정현파:Sinusoidal wave)을 펄스파로 변환한다.
상기 제2 위상 검출부(120)는 3상 교류 전원(210)의 S-T 단자 간의 전압 파형을 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 전압 파형(정현파:Sinusoidal wave)을 펄스파로 변환하여 파형 합성부(130)로 출력한다.
상기 파형 합성부(130)는 상기 제1 위상 검출부(110) 및 제2 위상 검출부(120)로부터 출력된 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse:A,B node)를 입력받아 인버팅(Inverting)된 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse:C,D node)를 역상 판단부(140)와 결상 판단부(150)로 출력한다.
상기 역상 판단부(140)는 파형 합성부(130)로부터 출력된 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse:C,D node)를 비교하여 동일 주기에서 역상인 경우에 정상의 경우보다 1/2 작은(Down count) 갯수의 펄스를 출력한다.
상기 역상 판단부(140)는 결상 판단부(150)를 더 포함하며, 상기 결상 판단부(150)는 파형 합성부(130)로부터 출력된 쿼드러처 펄스(C,D)를 입력받고 상기 쿼드러처 펄스(C,D)를 비교하여 정상인 경우에 업 카운트(Up-count)의 펄스를 출력하고, 결상인 경우에 펄스를 출력하지 않는다(오프시킨다).
상기 제1 위상 검출부(110)는 입력 저항(R40,R41), 제너 다이오드(D17), 반파 정류 다이오드(D15,D18) 및 포토커플러(ISO9)를 포함하여 구성되며 R-T의 (+)방향의 전원 파형을 입력받아 포토커플러(ISO9)를 온 시킴으로 IC 7414의 입력단(2A)에 로직"0"을 출력한다.
상기 역상 판단부(140)는 IC 7479를 포함하여 구성되며 파형 합성부(130)로부터 출력된 R-T 펄스와 T-S 펄스를 IC 7479의 각각 신호 입력 단자(D)와 클럭 입력 단자(CK)에 입력 및 비교하고 그에 따른 펄스를 다이오드(D16)을 통하여 출력한다.
역상 판단의 경우에 있어서, T상을 기준으로 R,S 파형은 120°씩 차이가 있는데 정상 파형은 C파형(R-T)이 D파형(S-T)보다 빠른 경우이며, 역상 파형은 D파형(S-T)이 C파형(R-T)보다 빠른 경우이다.
본 발명의 설명의 편의상 T상을 기준으로 하나 S상 또는 R상이 기준이 되어도 관계없고 위상도 S상이 R상 보다 빨라도 관계없다.
역상이 아닌 정상인 경우에 역상 판단부(140)는 다이오드(D16)와 접속된 출력단(Q)에 로직"1"(ON)을 출력하며, 역상인 경우에 로직"0"(OFF)를 출력한다.
상기 결상 판단부(150)는 IC 74123을 포함하여 구성되며 파형 합성부(130)로부터 출력된 R-T 펄스와 S-T 펄스를 각각 #A 및 B에 입력 및 비교하고 그에 따른 펄스를 출력한다.
또한, 결상 판단의 경우에 있어서, R상(T상 및 S상은 정상)이 결상인 경우에 C파형(R-T)은 출력되지 않고 D파형(S-T)이 출력되어 결상 판단부(150)는 다이오드(D24)와 접속된 출력단(Q)에 로직 "0"의 출력 파형을 출력한다(오프시킨다).
S상(R상 및 T상은 정상)이 결상인 경우에 D파형(S-T)은 출력되며, C파형(R-T)은 출력되지 않으므로 결상 판단부(150)는 출력단(Q)에 로직"0"의 출력 파형을 출력한다.
T상(R상 및 S상은 정상)이 결상인 경우에 C파형(R-T)과 D파형(S-T) 모두 출력되지 않으므로 결상 판단부(150)는 출력단(Q)에 로직"0"의 출력 파형을 출력한다.
즉, 상기 결상 판단부(150)는 상기 파형 합성부(130)로부터 출력된 쿼드러처 펄스를 입력받고 상기 쿼드러처 펄스를 비교하여 정상인 경우에 로직"1"을 출력하고, R상, T상 및 S상 중 적어도 어느 하나(어느 하나 이상)가 결상인 경우에 다이오드(D24)에 접속된 출력(Q)에 로직"0"를 출력한다.
본 발명은 제로크로스를 이용한 상 판별 장치로 T상을 기준으로 R상과 S상이 120°위상차를 가지고 제로크로스(Zero-cross)하면서 입력되며, 마이콤을 사용하지 않음에 따라 동기용 클럭 주파수가 필요없어 응답 속도가 약 1msec~18msec 범위로 빠르다는 장점을 가진다.
상 판별 장치(100)의 제1 위상 검출부(110) 및 제2 위상 검출부(120)는 입력 저항(R40,R41)과 (R50,R51) 및 전류 구동 저항(R36,R37)과 (R58,R59)를 사용하여 3상 교류 전원(210)의 입력 전압 범위를 100V~600V 범위의 바람직하게는 120V~500V 교류 전원으로 입력(센싱) 전압 범위가 넓어 다양한 기기에 적용할 수 있다.
또한, 디지털 IC를 사용하여 종래의 아날로그 IC의 사용에 의한 회로 소자에 따른 오차 발생을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상 판별 장치(100)의 구체적인 동작은 도 4에 도시된 내부 회로도를 참조하고, 각각의 수동 소자 및 능동 소자값은 최적의 회로 동작을 위하여 조정될 수 있다.
상기 역상 판단부(140)는 D flip-flop 기능을 가진 일반적인 IC 7479를 포함하여 구성되며, 상기 결상 판단부(150)는 Monostable multivibrator 기능을 가진 일반적인 IC 74123을 포함하여 구성된다.
본 발명의 가장 큰 특징은 마이콤을 이용하지 않고도 범용의 디지털 IC 7479(역상 판단부)와 IC 74123(결상 판단부) 및 IC7414(파형 합성부)를 이용하여 간단하고 저렴하게 또한 오차없이 정밀하고 빠르게 역상 검출 및 결상 검출을 할 수 있다는 것이다.
110 : 제1 위상 검출부
120 : 제2 위상 검출부
130 : 파형 합성부
140 : 역상 판단부
150 : 결상 판단부

Claims (6)

  1. 3상 전원 판별 장치에 있어서,
    상기 3상 전원의 R상,T상,S상 중에서 T상을 기준으로 R상의 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 전압 파형을 펄스파로 변환하는 제1 위상 검출부;
    상기 T상을 기준으로 S상의 제로크로스 지점에서 상승/하강하는 주기적인 전압 파형을 펄스파로 변환하는 제2 위상 검출부;
    상기 제1 위상 검출부 및 제2 위상 검출부로부터 출력된 파형을 합성하고 R상측의 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse)와 S상측의 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse)를 출력하는 파형 합성부;
    상기 파형 합성부로부터 출력된 쿼드러처 펄스를 비교하여 역상의 경우에 로직"0"를 출력하고, 정상인 경우 로직"1"을 출력하는 역상 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전원 판별 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 3상 전원 판별 장치는 결상 판단부를 더 포함하며, 상기 결상 판단부는 상기 파형 합성부로부터 출력된 쿼드러처 펄스를 비교하여 상기 3상 전원이 정상인 경우에 로직"1"을 출력하고, 상기 3상 전원 중 적어도 어느 한 상이 결상인 경우에 로직"0"를 출력하는 것을 특징으로 하는 3상 전원 판별 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 파형 합성부는 3상 전원이 정상일 경우 R상측의 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse)가 S상측의 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse)보다 빠르고, 3상 전원이 역상일 경우 R상측의 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse)가 S상측의 쿼드러처 펄스(Qudrature pulse)보다 늦는 것을 특징으로 하는 3상 전원 판별 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 파형 합성부는 상기 R상 또는 상기 S상이 결상인 경우 해당하는 상(R 또는 S)의 로직 출력 "0" 인 것을 특징으로 하는 3상 전원 판별 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 위상 검출부 및 제2 위상 검출부는 포토커플러를 포함하여 구성되며 (+)방향의 전원 파형만을 입력받아 포토커플러를 온 시키는 것을 특징으로 하는 3상 전원 판별 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 역상 판단부는 D flip-flop 을 포함하여 구성되며, 상기 결상 판단부는 Monostable multivibrator 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3상 전원 판별 장치.
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