KR200216181Y1

KR200216181Y1 - 자동전력 절감장치

Info

Publication number: KR200216181Y1
Application number: KR2020000028435U
Authority: KR
Inventors: 오장록; 윤규원; 김기수
Original assignee: 오장록; 윤규원; 김기수
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2001-03-15

Abstract

본 고안은 자동전력절감장치에 관한 것으로, 특히 3상전류를 노이즈필터부 (100)에서 필터링하여 승압시키는 트랜스부(110)와, 이 트랜스부(110)에서 승압된 전류의 전압 주파수를 변환시키는 전압/주파수변환제어부(120)와, 이 전압/주파수변환제어부(120)에서 제어되어 산출된 전압을 검출하는 전압/전류검출부(130)로 구성된 자동전력절감장치에 있어서, 상기 전압/주파수변환제어부(120)는 R상과 T상에서 각각 PWM제어신호에 따라 구동되는 스위칭소자를 이미터커먼방식으로 연결하여 상기 트랜스부의 2차전압을 광대역고주파를 감소시키는 주제어회로(122,122')와, 이 주제어회로(122,122')와 서로 교반하여 펄스를 제어하며 역시 PWM제어신호에 따른 구동되는 스위칭소자를 이미터커먼방식으로 연결하는 보조제어회로(124)로 이루어지는 것을 특징으로 하므로, 입력전압의 상승과 하강에 관계없이 잉여전력을 유효전력으로 보상하고 자동으로 일정한 전압을 부하측에 공급함으로써 부하기기의 효율을 증대시키고 그 수명을 연장시켜주며 큰 전력절감효과를 기대하고 또 조명용전력과 동력용전력에 모두 적용이 가능하며, 아울러 제조원가를 대폭 줄임으로써 경제적으로 유리한 효과를 가지고 있다.

Description

자동전력 절감장치{A device of saving a eletro-power automatically}

본 고안은 자동전력절감장치에 관한 것으로, 특히 3상중 2상만을 제어하여 2상의 전압변환 데이터를 비교 감지하고 전압의 상승하강비를 자동적으로 제어하여 일정한 전압으로 부하에 공급하도록 한 자동전력절감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 한국전력공사로부터 공급받는 전압은 송전거리에 따른 선로손실 및 각종의 사용부하에 따라 전국 각각의 지역별로 사용시간대에 일정한 전력을 공급받는다는 것은 현실적으로 불가능하다.

따라서, 많은 전력제어 및 절전장치가 개발된 바 있는 데, 도1은 특허등록 제127090호의 ‘상호유도리액터식 절전장치’를 도시한 것이다.

이 상호유도 리액터식 절전장치는 상호유도리액터의 전압강하효과 및 역률개선 효과를 이용한 절전장치를 실용화한 것으로, 상호유도리액터(4)의 부하회로 구성에 있어 1차측 전압코일(2)의 중간탭(12)을 인출하고 1차측전압코일(2)의 권선시작점사이의 1차측전압을 검출비교제어하는 1차측전압검출제어수단(6)을 구비하고 있다.

그리고, 2차측 전류코일(3)의 전류전압(Vz)을 검출비교 제어하는 2차측 전류코일전압검출제어수단(7)을 구비하고 각 제어장치의 출력을 OR게이트(21)로 처리하고 OR게이트 (21)출력으로 부하(5) 입력단자(29)가 입력전원(1)에 접점단자(27)로 직접연결되거나 2차측 전류코일(3)과 접점단자(28)로 직렬연결될 수 있는 스위치 절환수단을 구비한 것이다.

이와 같은 종래기술은 상호유도 리액터의 절전특성을 실용화 할 수 있게 하고 입력전원 변동과 부하변동에 따른 전력공급을 원활히 하는 효과는 기대할 수 있으나 도2에서와 같이 소비전력을 커트하지 못하는 부분(V1)이 발생하므로 부하측 공급전압(V2)이 일정치 못하다는 문제점을 가지고 있고, 절전효과가 감소되며 또 제품원가가 높다는 문제점도 가지고 있다.

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 본 고안의 목적은 3상중 2상만을 제어하여 2상 즉 R상과 T상의 전압변환 데이터를 비교 감지하고 전압의 상승하강비를 자동적으로 제어하여 일정한 전압으로 부하에 공급되게 하므로서 절전효율을 높이고 일정한 출력전압을 발생시키는 자동전력절감장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 3상전류를 노이즈필터부에서 필터링하여 승압시키는 트랜스부와, 이 트랜스부에서 승압된 전류의 전압 주파수를 변환시키는 전압/주파수변환제어부와, 이 전압/주파수변환제어부에서 제어되어 산출된 전압을 검출하는 전압/전류검출부로 구성된 자동전력절감장치에 있어서, 상기 트랜스부는 아몰퍼스코어를 사용하여 R상과 T상에서 각각 연결되고, 상기 전압/주파수변환제어부는 R상과 T상에서 각각 PWM제어신호에 따라 구동되는 스위칭소자를 이미터 커먼방식으로 CPU콘트롤보드에 연결되어 상기 트랜스부의 2차전압측 광대역고주파를 감소시키는 주제어회로와, 이 주제어회로와 서로 교반하여 펄스를 제어면서 역시 PWM제어신호에 따라 구동되는 스위칭소자를 이미터커먼방식으로 CPU콘트롤보드에 연결되는 보조제어회로로 이루어지며, 상기 전압/전류검출부는 R상과 T상에서 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 자동전력절감장치이다.

도1은 선행기술에 따른 자동전력 절감장치의 회로도이고,

도2는 도1의 선행기술에 의한 전력공급 상태를 보인 도면이다.

도3은 본 고안의 일실시예에 따른 자동전력 절감장치의 회로도를 도시한 도면이며,

도4는 도3의 본 고안에 의한 전력공급 상태를 보인 도면이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 노이즈필터부 110 : 트랜스부

120 : 전압/주파수변환제어부 122,122' : 주제어회로

124,124' : 보조제어회로 125 : CPU콘트롤보드

130 : 전압/전류검출부

이하, 본 고안의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 본 고안의 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도3은 본 고안의 일실시예에 따른 자동전력절감장치의 회로도를 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와같이 본 고안의 자동전력절감장치는, 노이즈필터부(100), 트랜스부(110), 전압/주파수변환제어부(120), 전압/전류검출부(130)으로 구성된다.

상기 노이즈필터부(100)는 전원입력단 R.S.T와 부하측으로부터 전원을 공급하는 부하단 U.V.W 로부터 입력되는 3상 교류 전원을 필터링하는 데, 상기 트랜스부(110)는 이 필터링된 전원을 S상은 오픈 델타하고 R상과 T상에 아몰퍼스(Amorphous,고주파 비정질)코어 재질을 사용하여 설계한 변압기 즉 아몰퍼스직렬변압기(T1,T2)를 V결선하여 교류전압을 2.4배로 승압시키게 되며, 상기 전압/전류검출부(130)는 R상과 T상에 변류기(CT1,CT2)를 연결하여 과전류를 검출하는 것이다.

상기 트랜스부(110)의 변압기(T1,T2)를 이루는 아몰퍼스코어는 기존의 규소강판코어보다 약 1/10정도로 더욱 얇게 형성될 수 있고 경도 또한 뛰어나며 전력소실절감의 효과가 뛰어나다는 장점을 가지고 있다.

상기 전압/주파수변환제어부(120)는 AC의 전압과 주파수를 변환하는 것으로 R상과 T상에서 각각 PWM제어신호에 따라 구동되는 스위칭소자(Q3,Q4,Q7,Q8)를 이미터커먼방식으로 연결하여 상기 트랜스부의 2차전압측 광대역고주파를 감소시키는 주제어회로(122,122')와, 이 주제어회로(122,122')와 서로 교반하여 펄스를 제어하며 역시 PWM제어신호에 따라 구동되는 스위칭소자(Q1,Q2,Q5,Q6)를 이미터커먼방식으로 연결하는 보조제어회로(124,124')로 이루어진다.

상기 스위칭소자(Q1,Q2,Q3,Q4)는 전력반도체 I.G.B.T를 사용하여 게이트단자를 P.W.M스위칭회로를 구성하는 CPU콘트롤보드(125)와 연결하고 있으며, 이 CPU콘트롤보드(125)는 PWM제어신호에 의한 펄스를 생성하는 M80C196KC로서 그 상세도는 생략하였다.

상기 주제어회로(122,122')는 R상과 연결된 부분을 예로 하여 설명하면 각 스위칭소자(Q3,Q4)에 각각 적분회로(C3,R3,C4,R4)를 형성하고 다시 하나의 적분회로(SC2,SR2)를 형성한다.

또한 보조제어회로(124,124')는 R상과 연결된 부분을 예로 하여 설명하면 각 스위칭소자(Q1,Q2)에 각각 적분회로(C1,R1,C2,R2)를 형성하고 다시 하나의 적분회로(SC1,SR1)를 형성하여 상기 주제어회로(122,122')와 교번적으로 작동되게 하므로서 펄스의 비교를 충분히하여 R상과 S상을 제어하도록 한다.

그러므로, 상기 S상에서 트랜스부(110)의 아몰퍼스직렬변압기(T1)에서 승압된 교류전원 R상은 주제어회로(122)와 보조제어회로(124)의 스위칭소자(Q4,Q2,Q3)에 접속하고, 스위칭소자(Q1)을 S상에 접속하여 R상과 S상의 전압변동율 및 불평형상태를 검출하고 한 주기를 P.W.M제어프로그램을 적용하여 100㎲ 를 5회적분하여 출력부 아몰퍼스직렬변압기(T1)의 출력부인 U상으로 출력하게 된다.

이와 같이 상기 T상에서 상기 S상과 마찬가지로 주제어회로(122')와 보조제어회로(124')의 스위칭소자(Q5,Q6,Q7)에 접속하고 스위칭소자(Q8)를 S상에 접속하여 R상과 S상에 전압변동율 및 불평형상태를 검출하고 한 주기를 P.W.M제어프로그램을 적용하여 100㎲ 를 5회적분하여 출력부 아몰퍼스직렬변압기(T2)의 출력부인 W상으로 출력하게 된다.

상기한 P.W.M제어프로그램은 위에서 위상을 합성한 다음 전압이 220V이상이면 220V로, 207V이상이면 220V로 맞추어 주며, 207V 미만이면 바이패스시키도록 되어 있다.

한편, 상기 S상에서 스위칭소자의 구동순서는 도통 중인 주제어회로의 스위칭소자(Q4)가 오프직전 또 다른 스위칭소자(Q3)에 게이트 구동신호를 인가하면 스위칭소자(Q3)는 V(C1-C2)전압에 의해 브로킹 상태이나 스위칭소자(Q4)가 오프되면 즉시 스위칭소자(Q3)로 전류(I1+I2)는 환원된다. 물론 T상의 경우도 마찬가지이므로 그 설명은 생략한다.

그런데, 상기 CPU콘트롤보드(125)는 상기 스위칭소자를 발진하여 동작되도록 한 것으로, 상기 S상, T상의 전압검출을 위하여 저전압변압기(T3,T4)를 사용하여 분압하고 OP AMP아날로그소자를 통하여 전압제어신호 피드백을 기준신호로하여 입력전압변동율과 전압불평형검출을 하면서 이상시에 경고부저가 동작하도록 하였다.

이와 같은 경고부저가 동작하면 자동으로 바이패스컨덕터가 작동하여 부하측을 보호하고 오작동 발생시에도 자동으로 바이패스하도록 설계되어 있다.

한편, 상기 스위칭소자를 순차작인 제어신호를 보내주기 위하여 복잡한 D 플립-플롭 조합회로를 간단히하여 원칩(one-chip)화 하기 위하여 입력된 신호를 비교검출하도록 하였고, 또 입력전압 R상,T상을 인가할 때에 순간적인 서어지로 인한 전기제품의 파손을 보호하기 위해 입력전압 인가시간을 몇초동안 지연한 후 구동하도록 하였다.

그리고, 과전류 발생시에는 도3에서 도시된 S상의 전압/전류검출부(130)의 변류기(CT1,CT2)로 부터 검출된 전류의 전류검출 데이터를 비교하여 과전류 현상을 판단하고 또 자동으로 바이패스 컨택터를 작동하고 부하측의 전원공급 위험경고를 하게 하였으며, 3상교류전원의 2상 즉 R상과 T상을 승압하여 일정전압으로 출력하고 위상 상실시의 보상을 하도록 하였다.

도4는 본 고안의 일 실시예에 관한 자동전력절감장치의 효과를 나타낸 도면으로서, 도2와 비교해볼 때에 소비전력을 완전히 커트(cut)하여 유효전력의 범위(V4)로 변환하며 절전율을 높이고 또 부하측의 공급전압(V5)을 일정하게 하여 전기기기의 허용전압범위 여유분을 줄여주어 수명연장과 기기의 효율을 증대시켜 준다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 자동전력절감장치는, 입력전압의 상승과 하강에 관계없이 잉여전력을 유효전력으로 보상하고 자동으로 일정한 전압을 부하측에 공급함으로써 부하기기의 효율을 증대시키고 그 수명을 연장시켜주며 큰 전력절감효과를 기대하고 또 조명용전력과 동력용전력에 모두 적용이 가능하며, 아울러 제조원가를 대폭 줄임으로써 경제적으로 유리한 효과를 가지고 있다.

이상에서 서술된 것은 모든 점에서 단순한 예시에 불과한 것이기 때문에, 이를 바탕으로 본 고안을 한정적으로 해석해서는 안될 것이다. 그러므로, 본 고안의 진정한 기술적 사상 및 범위 내에 존재하는 변형예 및 균등한 실시예는 모두 본 고안의 청구 범위에 속하는 것이다.

Claims

3상전류를 노이즈필터부(100)에서 필터링하여 승압시키는 트랜스부(110)와, 이 트랜스부(110)에서 승압된 전류를 전압 주파수를 변환시키는 전압/주파수변환제어부(120)와, 이 전압/주파수변환제어부(120)에서 제어되어 산출된 전압을 검출하는 전압/전류검출부(130)로 구성된 자동전력절감장치에 있어서,

상기 트랜스부(110)는 아몰퍼스코어를 사용하여 설계된 변압기(T1,T2)를 R상과 T상에서 각각 연결되고,

상기 전압/주파수변환제어부(120)는 R상과 T상에서 각각 PWM제어신호에 따라 구동되는 스위칭소자를 이미터커먼방식으로 CPU콘트롤보드(125)에 연결되어 상기 트랜스부의 2차전압을 광대역고주파를 감소시키는 주제어회로(122,122')와, 이 주제어회로(122,122')와 서로 교반하여 펄스를 제어하며 역시 PWM제어신호에 따른 구동되는 스위칭소자를 이미터커먼방식으로 CPU콘트롤보드(125)에 연결되는 보조제어회로 (124)로 이루어지며,

상기 전압/전류검출부(130)는 변류기(CT1,CT2)를 R상과 T상에서 각각 연결되어 고전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 자동전력절감장치.
제1항에 있어서, 상기 전압/주파수변환제어부(120)의 주제어회로(122,122')와 보조제어회로(124,124')는 서로 교번적으로 작동하면서 펄스를 비교하여 R상과 S상을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동전력절감장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주제어회로 (122,122')는 R상과 T상에 각 스위칭소자(Q3,Q4,Q7,Q8)를 이미터커먼방식으로 장착하고 각각 적분회로 (C3,R3,C4,R4,C7,R7,C8,R8)를 형성하면서 다시 하나의 적분회로 (SC2,SR2,SC4,SR4)를 형성하며,

상기 보조제어회로(124,124')는 R상과 T상에 각 스위칭소자(Q1,Q2 ,Q5,Q6)를 이미터커먼방식으로 연결하고 각각 적분회로(C1, R1,C2,R2,C5,R5,C6,R6)를 형성하면서 다시 하나의 적분회로(SC1,SR1, SC3,SR3)를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동전력절감장치.