KR102039272B1 - 직류 전원 전류 감지 회로 - Google Patents

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Abstract

주 저항인 Main_R1과 기준 저항인 Mirror_R1의 전기적 저항 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
주 Coil 권선인 Main_W1의 Coil 권수는 주 첨심 Core인 Main_M1을 1번 혹은 복수 번 감는 것을 특징으로 한다.
주 첨심 Core인 Main_M1의 내부 관통 영역은 전력 공급 전선인 전력선(312)이 관통한다.
기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 Coil 권수는 기준 첨심 Core인 Mirror_M1을 1번 혹은 복수 번 감는 것을 특징으로 한다.
기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 내부 관통 영역은 관통하는 전력선이 없는 것을 특징으로 한다.
주 Coil 권선인 Main_W1과 기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 전기적 권선 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 전기적 Core 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
전력선(312)에 교류 혹은 직류 전류가 흐르면 Node N306 단자와 Node N308 단자 사이에 신호 편차가 발생하여 출력 신호 (310)가 발생한다.
출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 교류 혹은 직류 전류에 비례한다.
또한, 출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 사고 누전 전류인 영상 전류에 비례한다.

Description

직류 전원 전류 감지 회로 {A DC Power Current Detection Circuit}
본 발명은 주 첨심 Core인 Main_M1의 내부 관통 영역은 1개 혹은 복수개의 전력선(312)이 관통하는 것을 특징으로 한다.
기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 내부 관통 영역은 관통하는 전력선이 없는 것을 특징으로 한다.
주 Coil 권선인 Main_W1과 기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 전기적 권선 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 전기적 Core 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
전력선(312)에 교류 혹은 직류 전류가 흐르면 Node N306 단자와 Node N308 단자 사이에 신호 편차가 발생한다.
Node N306 단자와 Node N308 단자 사이에 신호 편차는 쌍방향 Low-pass Filter를 통과하여 출력 신호 (310)에 전달된다.
출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 교류 혹은 직류 전류에 비례한다.
또한, 출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 사고 누전 전류인 영상 전류에 비례한다.
전력 선에 흐르는 직류(Direct Current) 전류를 측정하는 방법으로는, 직류 전류 측정 장치를 그 전력 선에 전기적으로 직접 연결하여 측정하는 직접 직류 전류 측정 방법과 그 전력 선의 전류에 의해 주변에 발생하는 전자기장을 자기장 측정 장치로 검출하여 전력 선의 직류 전류를 측정하는 간접 직류 전류 측정 방법이 있다.
여기서, 직접 직류 전류 측정 방법으로 측정 장치를 전력 선에 직접 연결하기는 실질적으로 어려운 제약조건이 존재 한다.
따라서, 최근에는 이러한 직접 직류 전류 측정 방법을 탈피하기 위한 간접 직류 전류 측정 방법이 대두되고 있다.
간접 직류 전류 측정 방법은 대표적인 예로서 플럭스 게이트(Fluxgate) 방식을 이용하는 방법이 있다. 이러한 플럭스 게이트(Fluxgate) 방식을 이용한 직류 전류 측정방법에 따르면 두개의 코어에 교류 자화 방향이 서로 반대가 되도록 교류 전류를 인가하고, 두개의 코어에 각각 권선한 코일에 발생하는 자기장 파형 왜곡에 기인한 전압 신호 변화를 감지하여 전력 선에 흐르는 직류 전류에 의한 자속(Magnetic Flux)를 검출한다. 전력 선의 전류에 의한 자속은 별도의 코일을 이용하여 검출하고, 검출한 자속에 대응되는 보상 전류를 인가하여 전력 선에 흐르는 전류에 의한 전자기장을 상쇄하게 구성함으로써, 인가한 전류의 검출로 전력 선에 흐르는 직류 전류를 측정한다.
구형파 혹은 정현파로 발진한 전류를 인가하여 서로 반대되는 방향으로 두개의 플럭스 게이트(Fluxgate) 코어를 자화시킨 상태에서 전력 선의 피측정 전류에 의해 두개의 코어에 발생하는 자기장 파형 왜곡을 전압 신호로 감지하여 직류 직류 성분을 검출하고, 교류 성분은 별도의 코어 또는 별도의 회로구성으로 검출한다. 그리고, 검출한 성분에 상응하는 보상 전류로 자속을 가하여 피측정 전류에 의한 자속을 상쇄하도록 보상 전류를 수렴시키고, 그 수렴한 보상 전류를 측정하여 피측정 직류 전류를 측정 한다.
종래기술들은 발진신호에 따른 전류를 양측 코어에 인가하여 반대 극성으로 자화시킴에 있어서, 양측 코어를 반대 극성이 나타나도록 코일을 직렬로 연결한 후에 발진신호를 양 코일의 직렬 접속점에 인가하여 양측 코어를 서로 반대 방향으로 자화시켜 계측 성능에는 큰 편차로 나타나는 문제점이 있다.
플럭스 게이트(Fluxgate) 방식으로 전류를 계측하는 종래기술로서 등록특허 번호 10-1329240 호 등이 있다.
본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 갖는다.
첫째, 주 첨심 Core인 Main_M1의 내부 관통 영역은 1개 혹은 복수개의 전력선(312)이 관통하는 특징을 갖는다.
둘째, 기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 내부 관통 영역은 관통하는 전력선이 없는 특징을 갖는다.
셋째, 주 Coil 권선인 Main_W1과 기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 전기적 권선 특성 값은 서로 동일한 특징을 갖는다.
넷째, 주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 전기적 Core 특성 값은 서로 동일한 특징을 갖는다.
다섯 째, 출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 교류 혹은 직류 전류에 비례한다.
또한, 출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 사고 누전 전류인 영상 전류에 비례함을 특징으로 한다.
교류 신호는 Node N322 단자와 Node N324 단자에 일정한 주파수의 (a) 구형파 신호, (b) 삼각파 신호, 혹은 (c) 정현파 신호를 공급한다.
주 저항인 Main_R1과 기준 저항인 Mirror_R1의 전기적 저항 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
주 Coil 권선인 Main_W1의 Coil 권수는 주 첨심 Core인 Main_M1을 1번 혹은 복수 번 감는 것을 특징으로 한다.
주 첨심 Core인 Main_M1의 내부 관통 영역은 전력 공급 전선인 전력선(312)이 관통한다.
주 첨심 Core인 Main_M1의 내부 관통 영역은 1개 혹은 복수개의 전력선(312)이 관통하는 것을 특징으로 한다.
기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 한쪽 단자는 Node N308에 연결되고, 기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 다른 쪽 단자는 Node N304에 공통으로 연결된다.
기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 Coil 권수는 기준 첨심 Core인 Mirror_M1을 1번 혹은 복수 번 감는 것을 특징으로 한다.
기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 내부 관통 영역은 관통하는 전력선이 없는 것을 특징으로 한다.
주 Coil 권선인 Main_W1과 기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 전기적 권선 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 전기적 Core 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1은 투자율이 높은 Permalloy(Nickel) 강판을 포함한다.
전력선(312)에 교류 혹은 직류 전류가 흐르면 Node N306 단자와 Node N308 단자 사이에 신호 편차가 발생한다.
Node N306 단자와 Node N308 단자 사이에 신호 편차는 쌍방향 Low-pass Filter를 통과하여 출력 신호 (310)에 전달된다.
출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 교류 혹은 직류 전류에 비례한다.
또한, 출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 사고 누전 전류인 영상 전류에 비례한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 주 첨심 Core인 Main_M1의 내부 관통 영역은 1개 혹은 복수개의 전력선(312)이 관통하는 것을 특징으로 하는 효과를 제공한다.
둘째, 기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 내부 관통 영역은 관통하는 전력선이 없는 것을 특징으로 하는 효과를 제공한다.
셋째, 주 Coil 권선인 Main_W1과 기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 전기적 권선 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 효과를 제공한다.
넷째, 주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 전기적 Core 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 효과를 제공한다.
다섯 째, 출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 교류 혹은 직류 전류에 비례한다.
또한, 출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 사고 누전 전류인 영상 전류에 비례함을 하는 것을 특징으로 하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 통상의 플럭스 게이트(Fluxgate) 회로의 구성도.
도 2는 통상의 플럭스 게이트(Fluxgate) 회로의 동작 파형도.
도 3은 본 발명의 직류 전류 감지 회로의 구성도.
도 4는 본 발명의 입력 교류 신호 동작 파형도.
도 5는 본 발명의 출력 신호 동작 파형도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 통상의 플럭스 게이트(Fluxgate) 회로의 구성도이다.
플럭스 게이트(Fluxgate) 방식의 비접촉 전류 측정 장치의 개략 구성도이다.
도선(W0)는 피측정 전류가 흐르는 도선이다.
3개의 코어(M1, M2, M3)에 권선한 코일(W1, W2, W3)은 내부 중공을 관통하게 하여 도선의 둘레를 에워싸게 한다.
코일(W4)는 3개의 코어(M1, M2, M3)에 동시에 권선한다.
2개의 코일(W1,W2)에는 서로 반대되는 극성을 갖는 발진 전류를 인가한다.
발진부(10)는 코어(M1, M2)을 서로 반대되는 방향의 자속으로 여자하도록 발진한다.
보상전류생성부(20)는 나머지 한 개의 코일(W3)에 유도 되는 전류에 대응되는 보상전류를 생성한다.
포화복귀부(30)는 코어가 자기포화할 시에 이를 감지하여 탈자시킨다.
보상전류를 3개의 코어에 동시에 권선한 코일(W4)에 인가하여 검출부(40)는 보상전류에 대응하는 전압을 측정함으로써 피측정 전류를 얻는다.
도 2는 통상의 플럭스 게이트(Fluxgate) 회로의 동작 파형도이다.
상기 도선(W0)에 피측정 전류(1)가 흐르지 않을 때에, 상기한 바와 같이 발진한 전기를 각각 제1 코어(M1)에 권선한 제1 코일(W1)과 제2 코어(M2)에 권선한 제2 코일(W1)에 인가함에 따라 제1 코일(W1)의 전압 신호와 제2 코일(W2)의 전압신호가 서로 180° 위상차를 갖게 된다.
이러한 전압신호를 합산하면 합산한 전압 신호는 '0'이 된다.
그리고, 상기 도선(W0)에 양극의 직류 성분(2)을 갖는 피측정 전류를 흐르게 하면 제1 코일(W1)의 전압 신호와 제2 코일(W2)의 전압신호와 같이 양극에서 왜곡이 발생한다. 이와 같이 왜곡된 전압 신호를 합산하면 왜곡된 부분에서 '0'이 아닌 값이 발생하여, 양극의 직류 성분을 검출할 수 있다.
상기 도선(W0)에 음극의 직류 성분(3)을 갖는 피측정 전류를 흐르게 하면 제1 코일(W1)의 전압 신호와 제2 코일(W2)의 전압신호와 같이 음극에서 왜곡이 발생한다. 이와 같이 왜곡된 전압 신호를 합산하면 왜곡된 부분에서 '0'이 아닌 값이 발생하여, 음극의 직류 성분을 검출할 수 있다.
이와 같이 상기 도선(W0)에 흐르는 피측정 전류에 직류 성분이 포함되면, 그 직류 성분을 극성에 맞게 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 직류 전류 감지 회로의 구성도이다.
비접촉 방식으로 전력선(312)에 흐르는 교류 혹은 직류 전류를 감지하는 회로의 구성도이다.
직류 전원인 DC전원(332)는 Node N328 단자와 Node N330 단자에 연결된다.
Node N328 단자와 Node N330 단자는 교류 신호를 발생할 수 있는 Pulse 신호 발생기인 PG1(326)에 연결된다.
따라서 Pulse 신호 발생기인 PG1(326)의 입력 신호는 DC전원(332)이고 출력 신호는 교류 신호 파형이다.
Pulse 신호 발생기인 PG1(326)의 출력 신호 2 단자는 Coil 변압기인 T1(320)의 1차 Coil의 2 단자인 Node N322 단자와 Node N324 단자에 각각 연결된다.
Coil 변압기인 T1(320)의 2차 Coil의 2 단자는 각각 Node N302 단자와 Node N304 단자에 연결된다.
주 저항인 Main_R1의 한쪽 단자는 Node N302 단자에 연결되고, 주 저항인 Main_R1의 다른 쪽 단자는 Node N306 단자에 연결된다.
기준 저항인 Mirror_R1의 한쪽 단자는 Node N302 단자에 공통으로 연결되고, 기준 저항인 Mirror_R1의 다른 쪽 단자는 Node N308 단자에 연결된다.
주 저항인 Main_R1과 기준 저항인 Mirror_R1의 전기적 저항 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
주 Coil 권선인 Main_W1의 한쪽 단자는 Node N306에 연결되고, 주 Coil 권선인 Main_W1의 다른 쪽 단자는 Node N304에 연결된다.
주 Coil 권선인 Main_W1의 Coil 권수는 주 첨심 Core인 Main_M1을 1번 혹은 복수 번 감는 것을 특징으로 한다.
주 첨심 Core인 Main_M1의 내부 관통 영역은 전력 공급 전선인 전력선(312)이 관통한다.
주 첨심 Core인 Main_M1의 내부 관통 영역은 1개 혹은 복수개의 전력선(312)이 관통하는 것을 특징으로 한다.
기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 한쪽 단자는 Node N308에 연결되고, 기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 다른 쪽 단자는 Node N304에 공통으로 연결된다.
기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 Coil 권수는 기준 첨심 Core인 Mirror_M1을 1번 혹은 복수 번 감는 것을 특징으로 한다.
기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 내부 관통 영역은 관통하는 전력선이 없는 것을 특징으로 한다.
주 Coil 권선인 Main_W1과 기준 Coil 권선인 Mirror_W1의 전기적 권선 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1의 전기적 Core 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1은 투자율이 높은 Permalloy(Nickel) 강판을 포함한다.
전력선(312)에 교류 혹은 직류 전류가 흐르면 Node N306 단자와 Node N308 단자 사이에 신호 편차가 발생한다.
Node N306 단자와 Node N308 단자 사이에 신호 편차는 쌍방향 Low-pass Filter를 통과하여 출력 신호 (310)에 전달된다.
쌍방향 Low-pass Filter는 저항 소자인 R5와 R6 및 Capacitor 소자인 C7로 구성된다.
저항 소자인 R5의 한쪽 단자는 Node N306에 연결되고, 저항 소자인 R5의 다른 쪽 단자는 Node N10에 연결된다.
저항 소자인 R6의 한쪽 단자는 Node N308에 연결되고, 저항 소자인 R6의 다른 쪽 단자는 Node N12에 연결된다.
Capacitor 소자인 C7의 한쪽 단자는 Node N10에 연결되고, Capacitor 소자인 C7의 다는 쪽 단자는 Node N12에 연결된다.
Node N10 과 Node N12 단자는 출력 신호 (310)에 연결된다.
전력선(312) 전류에 의해 주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1에 발생하는 자기장 파형 왜곡 차이를 전압 신호로 변환하여 교류 혹은 직류 전류 성분을 감지한다.
출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 교류 혹은 직류 전류에 비례한다.
또한, 출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 사고 누전 전류인 영상 전류에 비례한다.
도 4은 본 발명의 입력 교류 신호 동작 파형도이다.
전력선(312)의 교류 혹은 직류 전류가 인가될 때, 주 첨심 Core인 Main_M1과 기준 첨심 Core인 Mirror_M1에서 자기장 파형 왜곡 차이를 발생시키기 위해서 교류 신호를 Node N322 단자와 Node N324 단자에 인가한다.
교류 신호는 일정한 주파수의 (a) 구형파 신호, (b) 삼각파 신호, 혹은 (c) 정현파 신호를 포함한다.
도 5는 본 발명의 출력 신호 동작 파형도이다.
출력 신호 (310)의 크기는 전력 공급 전선인 전력선(312)의 직류 전류에 대응되는 신호 파형을 나타낸다.
도면 5의 (a) 동작 파형은 전력 공급 전선인 전력선(312)에 양 방향의 직류 전류를 공급했을 때의 동작 신호 파형이다.
도면 5의 (b) 동작 파형은 전력 공급 전선인 전력선(312)에 음 방향의 직류 전류를 공급했을 때의 동작 신호 파형이다.
도면 5의 (a)와 (b) 신호는 반대 부호 극성의 출력 전압 신호임을 알 수 있다.
10 : 발진부
20 : 보상전류생성부
30 : 포화복귀부
40 : 검출부

Claims (1)

  1. 비접촉 방식으로 교류 혹은 직류 전류를 감지하는 것을 특징으로 하는 전류 감지 장치에서,
    DC전원(332); 및
    PG1(326); 및
    T1(320); 및
    Main_R1; 및
    Mirror_R1; 및
    Main_W1; 및
    Main_M1; 및
    Mirror_W1; 및
    Mirror_M1; 및
    전력선(312); 및
    출력 신호 (310)에서,
    Pulse 신호 발생기인 상기 PG1(326)의 입력 신호는 상기 DC전원(332)이고, Pulse 신호 발생기인 상기 PG1(326)의 출력 신호는 교류 신호 파형이고,
    Pulse 신호 발생기인 상기 PG1(326)의 출력 신호 2 단자는 Coil 변압기인 상기 T1(320)의 1차 Coil의 2 단자인 Node N322 단자와 Node N324 단자에 각각 연결되고,
    Coil 변압기인 상기 T1(320)의 2차 Coil의 2 단자는 각각 Node N302 단자와 Node N304 단자에 연결되고,
    주 저항인 상기 Main_R1의 한쪽 단자는 상기 Node N302 단자에 연결되고, 주 저항인 상기 Main_R1의 다른 쪽 단자는 Node N306 단자에 연결되고,
    기준 저항인 상기 Mirror_R1의 한쪽 단자는 상기 Node N302 단자에 공통으로 연결되고, 기준 저항인 상기 Mirror_R1의 다른 쪽 단자는 Node N308 단자에 연결되고,
    주 저항인 상기 Main_R1과 기준 저항인 상기 Mirror_R1의 전기적 저항 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 하고,
    주 Coil 권선인 상기 Main_W1의 한쪽 단자는 상기 Node N306에 연결되고, 주 Coil 권선인 상기 Main_W1의 다른 쪽 단자는 상기 Node N304에 연결되고,
    주 첨심 Core인 상기 Main_M1의 내부 관통 영역은 전력 공급 전선인 상기 전력선(312)이 관통하고,
    주 첨심 Core인 상기 Main_M1의 내부 관통 영역은 1개 혹은 복수개의 전력선(312)이 관통하는 것을 특징으로 하고,
    기준 Coil 권선인 상기 Mirror_W1의 한쪽 단자는 상기 Node N308에 연결되고, 기준 Coil 권선인 상기 Mirror_W1의 다른 쪽 단자는 상기 Node N304에 공통으로 연결되고,
    기준 첨심 Core인 상기 Mirror_M1의 내부 관통 영역은 관통하는 전력선이 없는 것을 특징으로 하고,
    주 Coil 권선인 상기 Main_W1과 기준 Coil 권선인 상기 Mirror_W1의 전기적 권선 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 하고,
    주 첨심 Core인 상기 Main_M1과 기준 첨심 Core인 상기 Mirror_M1의 전기적 Core 특성 값은 서로 동일한 것을 특징으로 하고,
    상기 전력선(312)에 교류 혹은 직류 전류가 흐르면 상기 Node N306 단자와 상기 Node N308 단자 사이에 신호 편차가 발생하고,
    상기 Node N306 단자와 상기 Node N308 단자 사이에 신호 편차는 쌍방향 Low-pass Filter를 통과하여 상기 출력 신호 (310)에 전달되는 것을 특징으로 하는 전류 감지 장치.
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