KR0151250B1 - 입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 제어하는 장치 및 방법 - Google Patents

입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 제어하는 장치 및 방법

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KR0151250B1 KR1019940016534A KR19940016534A KR0151250B1 KR 0151250 B1 KR0151250 B1 KR 0151250B1 KR 1019940016534 A KR1019940016534 A KR 1019940016534A KR 19940016534 A KR19940016534 A KR 19940016534A KR 0151250 B1 KR0151250 B1 KR 0151250B1
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Abstract

본 발명은 수요자의 전력 소비를 효과적으로 감소시키기 위하여, 강압 단권 변압기의 입력 전압을 스위치 제어기에 의해 검출한다. 부가적으로, 스위치 제어기는 검출된 입력 전압을 적어도 한 개 이상의 기준 전압과 비교하여, 적어도 한 개 이상의 비교 결과를 발생한다. 비교 결과에 근거하여, 스위치 제어기는 적어도 한 개 이상의 스위치를 제어하고, 이 스위치는 단권 변압기의 전압 강압비를 변화시킬 수 있도록 단권 변압기의 2차 권선부를 효과적으로 연결한다.

Description

입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 제어하는 장치 및 방법
본 발명은 일반적으로 인가된 입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 효과적으로 조절하는 장치에 관련된 것으로, 특히 단권 변압기가 부하에 불필요한 고전압이 공급되지 않도록 함으로써 사용자가 부담하는 전력 요금을 효과적으로 줄일 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 지구상에 있는 유한 자원의 효과적 사용과 환경 보존의 관점에서 볼 때 상용 전력 소모를 줄이는 것은 매우 바람직한 일이다. 더구나, 이러한 소비 전력을 줄이는 것이 전기 제품류에서 오동작을 일으키지 않는다면 효과적으로 사용 전력 소모를 줄이는 것은 실질적이고도 경제적인 이점이 있다.
슈퍼마켓, 편의점, 사무실 및 일반 가정과 같은 소규모 또는 중간규모의 전력 소비자들은 전력 회사로부터 공급된 교류 전압을 그들의 전기 제품에 직접 인가한다. 그와 같은 경우, 전기 절약은 사용할 필요가 없는 전기 제품들의 전원을 부지런히 차단하는 단순한 방법으로 달성된다.
상용 전기 제품에 공급되는 공칭 전압은 제조사가 보증하는 동작 범위를 넘어서 변할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 전기를 절약하기 위한 대안은 전기 제품에 공급되는 입력 교류 전압을 미리 설정한 값으로 전압 강하시키는 것이다.
하지만, 입력 교류 전압이 비정상적으로 낮은 경우, 비록 그것이 예기치 않은 외란에 의한 일시적인 전압 강하라 할지라도, 그것은 더 이상 전기 기구의 올바른 동작을 보증해 줄 수 없다.
따라서, 전기 절약을 위해 상기에서 언급된 전압 절감 방법을 사용하는 경우, 예기치 않은 저 전압에 의해서 기기의 오동작이 발생되지 않도록 하는 것이 필수적이다.
본 발명의 목적은 입력 전압을 검출하여 검출된 전압에 따라 단권 변압기의 전압 강압비를 자동적으로 제어할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
좀 더 상세하게는, 상용 전력 소비를 효과적으로 감소시키기 위하여 개선된 방법, 즉 단권 변압기의 입력 전압을 스위치 제어기에 의해 검출하는 방법으로 달성된다. 부가적으로, 스위치 제어기는 검출된 입력 전압을 적어도 한 개의 기준 전압과 비교한 후, 적어도 한 개의 비교 결과를 발생한다. 비교 결과에 따라 스위치 제어기는 적어도 한 개의 스위치를 제어하고, 이 스위치는 단권 변압기의 전압 강압비를 변화시킬 수 있도록 단권 변압기의 2차 권선과 효과적으로 연결된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명(장치)은, 입력 전원을 공급받기 위한 1차 권선과 부하 측에 연결되는 2차 권선을 갖는 단권 변압기와; 상기 입력 전압을 검출하여 기준 전압과 비교한 후 그 결과치에 따라 상기 단권 변압기의 동작을 제어하는 제어신호를 발생하는 스위치 제어기와; 상기 스위치 제어기에서 출력되는 단권 변압기의 동작 제어신호에 따라 상기 단권 변압기를 이루는 2차 권선의 동작을 제어하여 상기 단권 변압기의 동작을 콘트롤하는 스위치로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명(방법)은, 인가되어 사용 교류 입력 전압에 따라 강압 단권 변압기의 출력 전압을 제어하는 방법에 있어서, 상기 강압 단권 변압기의 1차 권선에 인가되는 상기 상용 교류 전압을 검출하는 단계와; 상기 검출한 입력 전압과 상기 상용 교류 전압의 레벨을 판단하기 위해서 미리 설정된 기준 전압을 비교하는 단계와; 상기 비교 결과에 따라 상기 강압 단권 변압기의 권선중 소정 위치에 접속된 스위치를 온 또는 오프로 제어하여 상기 강압 단권 변압기의 동작을 제어하여 강압 단권 변압기의 출력 전압을 조절하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
제1도는 단상, 2선식 소비 전원선에 적용되는 본 발명의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 블록도.
제2도는 제1도의 스위치 제어기의 상세 블록도.
제3도는 제1도의 스위치의 상세 구성도.
제4도는 제2도 스위치 제어기의 각부 동작 특성을 도시한 타이밍 차트.
제5도는 본 발명의 제2 실시예를 도시한 블록도.
제6도는 제5도의 스위치 제어기의 상세 블록도.
제7도는 제5도의 스위치의 상세 구성도.
제8도는 본 발명의 제3 실시예를 도시한 블록도.
제9도는 본 발명의 제4 실시예를 개략적으로 도시한 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 단권 변압기 4,6 : 스위치 제어기
10,11 : 정류기 12,13 : 실효치 측정기
14,15 : 전압 분배기 18a : 히스테리시스 비교기
18b,20b : 비교기 22 : 데이터 변환기
24 : 릴레이 제어기 24a : 메모리
24b : 타이머
이하, 본 발명의 기술적 사상에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부 도면에서 동일 소자에는 동일 참조 부호를 붙였다.
본 발명에 따른 장치는 보통 소비자 전력계의 하강에 즉시 대비된다. 즉, 이 장치는 소비자의 전기 제품과 전력계 사이에 설치되는데, 그 이유는 전력 회사가 소비자의 전력계를 검침하거나 전원 공급에 대한 책임이 있기 때문이다.
제1도는 본 발명의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
제1 실시예는 단상, 2선식 전원 분배 시스템에 적용된다.
제1도에서, 단권 변압기(2)는 특별한 경우에 권선점(K2 및 K3)에 접속된 연속 권선(즉, 1차 권선)을 포함하고, 이것은 철 또는 다른 강자성체 물질의 코어(도시되지 않음)에 감겨진다. 2차 권선은 1차측에 공통된 권선부(W2 및 W3)로 구성된다.
본 분야에 널리 공지되어 있는 바와 같이, 권선부(W1)는 직렬 권선이라 하는 반면에 권선부W2 및 W3)는 공통 권선이라 칭한다.
제1도의 구성에서, 권선점(K3)과 중성선(N) 사이에 제1 스위치(SW1)가 연결되고, 중성선(N)은 접지 되어 있다(도면에는 도시하지 않음).
한편, 제2스위치(SW2)는 중성선(N)과 권선부(W3)의 한 단자(K4) 사이에 연결된다. 중성선(N)은 1차(즉, 입력) 단자(Ti2)와 2차(즉, 출력) 단자(To2)사이에 연결되어 있다.
한편, 입력선(R)은 다른 1차 단자(Ti1)에서부터 권선부(W1)의 한 단자(K1)까지 연장된다. 출력단자(To1)는 출력선(r)을 통해 권선점(K2)에 연결된다. 단권 변압기(2)의 출력은 Vrn으로 나타내고, 이것은 출력 단자(To1 및 To2) 사이에 나타난다.
스위치 제어기(4)는 1차 단자(Ti1 및 Ti2)에 나타나는 입력 교류 전압(VRN)을 검출하기 위한 것이다. 스위치 제어기(4)는 입력 교류 전압(VRN)에 응답하여, 후술될 스위치(SW1 및 SW2)의 동작을 제어한다.
본 명세서에서, 전력 회사에서 그 가입자나 소비자에게 100V(실효치)의 교류 전압[(즉, 전압(VRN)]을 공급한다고 가정하면, 100V의 정격 전압을 갖는 각각의 상용전기 제품은 배전반에서 전압 변화가 있는 경우에도 잘 동작하도록 제조되어 있다. 즉, 보통 상용 제품은(예를 들면) 101V±10%의 범위에서 정상적으로 동작할 수 있다. 한편, 전력 회사에서는 보통 소비자에게 100V가 넘는 전압을 공급하는 데 그것은 발전소에서 소비자에의 전력계 사이의 전선에 원하지 않는 전압 강하가 생기는 것을 감안한 것이다.
본 발명은 전력 회사가 보통 계약 전압(이 경우 100V)보다 초과해서 전력을 공급한다는 사실의 이점을 이용하고 있다.
제2도를 참조하면, 스위치 제어기(4)의 구성이 블록도로 자세히 도시되어 있다.
정류기(10)는 입력 전압(VRN)을 받아서 정류된 입력 전압으로 출력하고, 이것은 실효치 측정기(12)에 입력된다. 실효치 측정기(12)에서 출력된 입력 전압의 실효치(Ve로 표기)는 전압 분배기(14)에 인가되고, 이 전압 분배기는 인가된 실효치의(예를 들면)의 100분의 1을 출력으로 내보낸다. 따라서, 입력 전압(VRN)의 실효치가 104V이면 전압 분배기의 출력(Ved로 표기)은 1.04V가 된다. 전압 분배기(14)는 입력 전압(VRN)의 실효치(Ve)를 후단의 IC에서 취급할 수 있는 값으로 비례하게 감소시키도록 제공된다. 전압 분배기(14)의 출력(Ved)은 히스테리시스 비교기(18a)와 비교기(18d)에 인가된다.
제2도에 도시하지 않았지만, 스위치 제어기(4)는 입력 전압(VRN)을 받아서 2개의 직류 기준 전압(RV103과 RV100)을 발생시키는 범용의 정전압원 장치를 갖고 있다. 이들 기준 전압(RV103과 RV100)은 각각 비교기(18a 및 18b)에 인가된다.
기준 전압(RV103 및 RV100)의 값은 상술된 전압 분배기(14)의 배분율(1:100)을 고려하여 결정되어야만 한다. 따라서, 제1 실시 예에서, 기준 전압(RV103 및 RV100)은 각각 1.03V 및 1.00V이다.
히스테리시스 비교기(18a)는 0.01V의 히스테리시스 폭을 가지며, 이것은 입력 전압(VRN)의 실효치를 환산할 때 1V의 전위차에 해당된다. 또한, 기준 전압(RV103 및 RV100)은 입력 전압(VRN)의 실효치(103V 및 100V)에 해당된다. 따라서, 히스테리시스 비교기(108a)의 블록에서는 103V와 102V의 표기를 하고, 비교기(108b)의 블록에서는 100V의 표기를 한 것이다.
서술상의 편의를 위해, 비교기(108a 및 108b)의 동작은 실효 전압(Ve:즉 블록(12)의 출력)과, Ved, RV103(=1.03V)과 RV100(=1.00V)대신에 가상 기준 전압(103 및 100V)을 사용하여 언급하게 될 것이다.
전압 Ve가 103V보다 높았다가 102V 이하로 떨어지면, 히스테리시스 비교기(108a)의 출력(A1)은 Ve 102V이면 논리 레벨은 1이고, Ve≤102V이면 논리 레벨은 0을 출력하는 것으로 가정한다. 반대로, 전압(Ve)이 102V 이하에서 103V이상으로 상승할 경우, 비교기(108a)의 출력(A2)은, Ve100V이면 논리 레빌은 0이고, Ve ≥ 103V이면 논리 레벨은 0으로 가정한다.
한편, 비교기(108b)의 출력(A2)은, Ve 100V이면 논리 레벨은 1이고, Ve ≤ 100V이면 논리 레벨은 0로 가정한다.
비교기(18a 및 18b)의 출력 (A1 및 A2)은 데이터 변환기(22)에 인가된다. 출력(A1 및 A2)에 관하여, 아래 표시된 것처럼, 3가지 가능한 조합 (1) - (3)이 있다는 것을 알 수 있다.
(1) (2) (3)
A1 1 0 0
A2 1 0 0
데이터 변환기(22)는 세 개의 논리 신호(B1,B2,B3)를 발생하고, 이 신호는 각각 타이머(TMa, TMb, TMc)에 인가된다. 데이터 변환기(22)에 상술된 논리 레벨의 조합(1)(즉, A1=1, A2=2)이 입력되면,
B1=1
B2=0
B3=0이 된다.
한편, 데이터 변환기(22)에 논리 레벨의 조합(2)이 입력되면,
B1=0
B2=1
B3=0이 된다.
또한, 데이터 변환기(22)에 논리 레벨의 조합(3)이 입력되면,
B1=0
B2=0
B3=1이 된다.
타이머(TMa)는 신호(B1)가 달성되어 120초 동안(예를 들면) 유지되면 매우 짧은 지속 시간(예를 들면)을 갖는 펄스(Pa)(논리 레벨1)를 발생시킨다. 한편, 타이머(TMb)는 신호(B2)가 달성되어 2초 동안(예를 들면) 논리 레벨 1을 유지하면 펄스(Pb)(논리 레벨1(예를 들면))을 발생한다. 같은 방식으로 타이머(TMc)는 만일 신호(B3)가 달성되어 2초 동안 논리 레벨1을 유지하면 펄스(Pc:논리 레벨 1)를 발생한다.
타이머(TMa - TMc)가 왜 제공되었는지는 다음에 설명한다.
타이머(TMa - TMc) 각각은 콘덴서의 충, 방전을 이용하는 IC 타이머이다. 이들 타이머는 상용화되어 있다(예를 들면, 미쯔비시 전기 회사가 제조한 소자NO. M51848).
제2도에 도시한 바와 같이, 릴레이 제어기(24)는 메모리(24a)와 타이머(24b)를 포함하고 있으며, 여기에 선택적으로 인가된 펄스(Pa - Pc)를 수신할 수 있도록 구성되어 있다. 메모리(24a)는 릴레이 제어기(24)에 입력된 펄스(즉, Pa, Pb 또는 Pc)의 정보를 저장한다. 한번 저장된 정보는 다음 펄스 발생의 정보에 의해 대치된다. 릴레이 제어기(24)는 그것에 연결되는 릴레이들(RX1, RX2, RS1 및 RS2)을 선택적으로 제어한다.
복수의 릴레이(RX1, RX2, RS1 및 RS2) 및 릴레이 제어기(24)에 모두 연결된 릴레이 접점(X3 및 X4)과 함께 릴레이 제어기(24)의 동작에 대해 이후에 상세히 설명한다.
제3도는 단권 변압기(2)와 중성선(N)사이에 설치된 스위치(SW1 및 SW2;제1도 참조)의 상세한 도면이다. 제1도는 스위치 제어기(4)가 제3도에서 생략된 점을 제외하고는 제1도에 대응한다.
제3도에서 나타낸 스위치(SW1 및 SW2) 각각의 구성은 잘 알려진 것으로 따라서 여기서는 간략하게 언급한다.
제3도에 도시한 바와 같이, 스위치(SW1)는 병렬로 연결된 두 개의 SCR(Silic on Controlled Rectifier:70 및 72)를 포함한다. 스위치(SW1)는 저항(76a, 76b 및 76c)과 직렬 연결된 릴레이 접점(S1)을 더 포함하고, SCR(70 ALC 72)의 온/오프 동작을 제어한다. 릴레이 접점(X1)과 저항(78)으로 구성된 직렬 회로는 SCR(70, 72) 및 배리스터(74)와 병렬로 연결된다.
릴레이 접점(X1)은 SCR(70 및 72)가 오프 되기 바로 직전에 그것들을 보호하기 위해 닫힌다. 배리스터(74)는 SCR(70 및 72)가 이것의 양단에 인가될 수 있는 가능한 고전압에 의해 전기적으로 파손되는 것을 방지한다. 접점(X1)과 배리스터(74)는 이같은 보호 회로 방법으로 매우 잘 알려져 있다.
설명을 간략화하기 위해, 제3도에서 도시된 스위치(SW2)의 배치는 스위치(SW2)가 스위치(SW1)와 똑같은 구조를 갖기 때문에 설명을 생략한다. 하지만, 스위치(SW1 및 SW2)의 소자 사이를 구분하기 위해서 각 스위치(SW2) 소자는 접점(S1 및 X1)에 각각 해당하는 릴레이 접점(S2 및 X2)을 제외하고는 표시 숫자에 프라임을 찍어 나타내었다.
권선부(W1)의 권선수는 7이고, 반면에 권선부(W2 및 W3)의 권선수는 각각 117이다. 상술한 조합(1) - (3)의 각 경우에 있어서의 전압 강하를 설명하겠다.
첫째로, 조합(1)인 경우(즉, B1=1, B2=0, B3=0), 스위치(SW1)는 닫히고 반면에 스위치(SW2)는 열려있다. 따라서, 권선부(W1) 양단의 입력 전압(VRN)의 전압 강하는 거의 6V에 이른다(103V(예를 들어) *7/124). 따라서, 단권 변압기(2)의 출력 전압은 약 97V(= 103V - 6V)로 감소한다. 이 전압 감소 모드를 6V 전압 강하 모드라고 한다.
둘째로, 조합(2)인 경우(즉, B1=0, B2=1, B3=0), 스위치(SW1)는 열리고 반면에 스위치(SW2)는 닫힌다. 결과적으로, 권선부(W1) 양단의 입력 전압(VRN)의 전압 강하는 거의 3V에 가깝다(101V(예를 들어) *7/241). 따라서, 단권 변압기(2)의 출력 전압은 약 98V(= 101V - 3V)로 감소한다. 이 전압 감소 모드를 3V 전압 강하 모드라고 한다.
마지막으로, 조합(3)인 경우(즉, B1=0, B2=0, B3=1), 스위치(SW1 및 SW2)가 모두 열린다. 따라서, 단권 변압기(2)는 동작하지 않는다. 이 경우, 권선부(W1)양단의 입력 전압(VRN)의 전압 강하는 미미한 정도로 작다. 따라서, 입력 전압(VRN)이 직접 출력 단자(To1 및 To2)에 나타난다. 즉, 입력 전압(VRN)이 100V이면, 출력 전압은 100V에 매우 근접한다. 이런 제로 전압 절감 모드를 직결 모드라 하겠다.
릴레이 제어기(24)의 동작은 제2도, 제3도, 및 제4도를 참조하여 설명할 것이다. 여기서 제4도는 제1 실시예의 동작 특성을 나타내는 타이밍 차트이다.
단권 변압기(2)가 3V 전압 강하 모드 상태 즉, 스위치(SW1 및 SW2)가 각각 오프 및 온된 상태에 있다고 가정한다. 더욱 세밀히 규정하자면, 릴레이 접점(S2)은 닫혀 있고, 반면에 나머지 모든 릴레이 접점들(S1, X1 및 X2)은 열려있다.
이런 경우, 메모리(24a)는 릴레이 제어기(24)에 가해진 펄스(Pb) 정보를 저장한다. 즉, 메모리(24a)에 저장된 정보는 장치가 3V 전압 강하 모드인 것을 나타낸다.
펄스(Pa:즉, 6V 전압 강하 모드 지령)에 응답하여, 릴레이 제어기(24)는 메모리(24a)에 저장된 정보가 직결합 모드를 나타내는지 알아보기 위해 점검한다.
또한, 펄스(Pc : 즉, 직결합 강하 모드 지령)에 응답하여, 릴레이 제어기(24)는 메모리(24a)에 저장된 정보가 6V 전압 강하 모드인지를 알아보기 위해 점검한다.
3V 전압 강하 모드중, 타이머(TMa)가 시점(Ti)에서 장치 동작 모드를 3V 전압 강하 모드에서 6V 전압 강하 모드로 이동시키기 위해 펄스(Pa)를 발생시키면, 펄스(Pa)에 응답해서 릴레이 제어기(24)는 메모리(24a)에 저장된 정보가 직결합 모드인지를 점검한다. 이 경우, 메모리(24a)의 모드 정보는 직결합 모드를 나타내지 않으므로 릴레이 제어기(24)는 타이머(24b)를 통해 100ms 동안 릴레이 접점(X2)을 닫기 위해 즉시 릴레이(RX2)를 동작시킨다. 릴레이 접점(X2)이 닫히자 마자, 릴레이 접점(X2)과 한 조를 이루는 릴레이 접점(X4)도 함께 닫힌다. 따라서, 릴레이 제어기(24)는 릴레이 접점(X2)이 분명히 닫힌 것을 확인할 수 있다. 계속해서, 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS2)를 구동시켜 릴레이 접점(S2)을 열게 한다. 그 직후, 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS1)를 통하여 접점(S1)을 닫는다. 이같은 방식으로, 본 장치는 3V 전압 강하 모드에서 6V 전압 강하 모드로 바뀐다. 이같은 3V 전압 강하 모드에서 6V 전압 강하 모드로의 모드 변환은 시점(T1) 근처에서 나타나고 있다(제4도 참조).
반대로 타이머(TMc)가 장치 동작 모드를 3V 전압 강하 모드에서 직결합 모드로 전환하기 위해 펄스(Pc)(시점(T3)에서)를 발생한 경우, 릴레이 제어기(24)는 펄스(Pc)에 응답하여, 메모리(24a)에 저장된 정보가 6V 전압 강하 모드인지를 점검한다. 이 경우, 메모리(24a)에 저장된 모드 정보는 6V 전압 강하 모드를 지시하지 않고, 따라서 릴레이 제어기(24)는 즉시 타이머(24b)를 경유하여 100ms 동안 접점(X2)을 닫기 위해 릴레이(RX2)를 동작시킨다. 접점(X2)이 닫히면, 접점(X2)과 한조인 접점(X4)도 함께 닫힌다. 따라서, 릴레이 제어기(24)는 접점(X2)이 분명히 닫힌 것을 확인할 수 있다. 계속해서, 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS2)를 구동하여 접점(S2)을 개방한다. 3V 전압 강하 모드에서는 접점(S1)이 열린 채로 있다는 것에 유의해야 한다. 이같은 방식으로 본 장치의 동작 모드는 스위치(SW1 및 SW2)를 개방함으로써 3V 전압 강하 모드에서 직결합 모드로 변환되었다. 이같은 3V 전압 강하 모드에서 직결합 모드로의 변환은 제4도의 시점(T3) 근처에 도시하였다.
6V 전압 강하 모드 중, 만일 타이머(TMb)가 장치의 동작 모드를 6V 전압 강하 모드에서 3V전압 강하 모드로 변환시키기 위해 시점(T2)에서 펄스(Pb)를 발생하게 되면, 이 경우 릴레이 제어기(24)는 메모리(24a)에 저장된 정보를 점검하지 않는다. 릴레이 제어기(24)는 타이머(24b)를 통하여 100ms 동안 접점(X1)을 닫기 위해 즉시 릴레이(X1)를 동작시킨다. 접점(X1)이 닫히면 접점(X1)과 한 조인 접점(X3)도 함께 닫힌다. 따라서, 릴레이 제어기(24)는 접점(X1)이 확실히 닫힌 것을 보증할 수 있다. 계속해서, 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS1)를 동작시켜 접점(S1)을 개방한다. 그 직후, 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS2)를 통해 접점(S2)을 닫는다. 이와 같은 방식으로, 장치는 6V 전압 강하 모드에서 3V 전압 강하 모드로 전환된다. 이와 같은 6V 전압 강하 모드에서 3V 전압 강하 모드로의 변환은 시점(T2)근처에서 나타난다(제4도 참조).
한편, 타이머(TMc)가 제4도에서 시점(T6)에서 6V 전압 강하 모드에서 직결합 모드로 장치의 동작 모드를 변환하기 위해 펄스(Pc)를 발생하게 되면, 릴레이 제어기(24)는 펄스(Pc)에 응답하여, 메모리(24a)에 저장된 정보가 6V 전압 강하 모드인지를 점검한다. 이 경우, 메모리(24a)에 저장된 모드 정보는 6V 전압 강하 모드임을 나타내고, 따라서 릴레이 제어기(24)는 즉시 타이머(24b)를 통해서 100ms 동안 접점(X1)을 닫기 위해 릴레이(RX1)를 가동시킨다. 접점(X1)이 닫히면, 접점(X1)과 한 조인 접점(X3)도 함께 닫힌다. 따라서, 릴레이 제어기(24)는 접점(X1)이 분명히 닫혔다는 것을 확인할 수 있다. 계속해서, 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS1)를 구동시켜 접점(S1)을 개방한다. 곧바로 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS1)를 구동시켜 접점(S2)을 폐쇄한다. 다음으로 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS2)를 구동시켜 접점(S2)을 닫는다. 따라서, 장치 동작 모드는 3V 전압 강하 모드로 변환된다. 2초(예를 들면) 경과한 후에, 릴레이 제어기(24)는 접점(S2)을 개방한 후에 제어기(24)는 (시점(T7)에서) 릴레이(RX2)를 동작시켜 접점(X2)을 폐쇄한다.
이와 같은 방식으로, 장치는 일시적인 3V 전압 강하 모드를 경유하여 6V 전압 강하 모드에서 직결합 모드로 변환된다.
상기 언급한 바와 같이, 6V 전압 강하 모드는, 3V 전압 강하 모드를 경유하여, 직결합 모드로 변환되는데, 그 이유는 상용 전기 제품에 갑작스런 전압 변동(즉, 이 경우 전압 강하)이 일어나는 것을 방지하기 위해서이다.
게다가, 만일 타이머(TMa)가 장치의 동작 모드를 직결합 모드에서 6V전압 강하 모드로(시점(T4)에서) 변환하기 위해 펄스(Pa)를 발생하는 경우, 릴레이 제어기(24)는 펄스(Pa)에 응답하여, 메모리(24a)에 이미 저장되어 있는 정보가 직결합 모드인지를 점검한다. 이 경우, 메모리(24a)에 저장된 모드 정보는 직결합 모드인 것을 나타내고, 따라서 릴레이 제어기(24)는 접점(S2)을 닫기 위해 즉시 릴레이(RS2)를 동작시킨다. 따라서, 이 장치는 3V 전압 강하 모드로 변환된다.(예를 들면) 2초 경과 후, 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS2)를 동작시켜(시점(T5)에서) 접점(X2)을 폐쇄한다. 접점(X2)이 폐쇄되면, 접점(X2)과 한 조인 접점(X4)도 함께 폐쇄된다. 따라서, 릴레이 제어기(24)는 접점(X2)이 확실히 닫힌 것을 확인할 수 있다. 계속해서 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS2)를 구동시켜 접점(S2)을 개방한다. 이후, 릴레이 제어기(24)는 릴레이(RS1)를 경유하여 접점(S1)을 닫는다. 이같은 방식으로 장치는 일시적으로 3V 전압 강하 모드를 거쳐서 직결합 모드로부터 6V 전압 강하 모드로 변환된다.
상기 언급한 바와 같이, 직결합 모드를 3V 전압 강하 모드를 경유하여, 6V 전압 강하 모드로 변환되는데 그 이유는 전기 제품에 갑작스런 전압 변동(즉, 이 경우 전압 상승)이 일어나는 것을 방지하기 위해서이다.
상기 언급한 바와 같이, 타이머(TMa)는 신호(B1)가 입력되고, 그 신호가 상당히 긴 시간 동안(즉, 120초) 논리 레벨 1을 유지하는 경우, 펄스(Pa)(즉, 6V 전압 강하 모드 지령)를 발생한다.
비록 전기 회사가 보통 소비자에게 계약 전압(본 건에서도 100V)보다 높은 전압을 공급한다고 할지라도, 장치가 직접 6V 전압 강하 모드로 변환되거나, 신호(B1)가 논리 레벨1을 나타낸 직후에 6V 전압 강하 모드로의 변환이 일어나면, 전기 제품은 손상을 입을 수 있다. 따라서, 본 발명의 경우, 장치는 6V 전압 강하 모드로의 변환이 단지 신호(B1)가 논리 레벨1상태로(예를 들면)120초 기간 동안 계속 유지될 때만 가능하도록 한다.
더구나, 상기한 바와 같이, 타이머(TMb)는 신호(B2)가 입력되고 논리 레벨1 상태를 2초간 유지하는 경우에만 펄스(Pb:논리 레벨 1)를 발생한다. 마찬가지로 타이머(TMc)는 신호(B3)가 입력되고 논리 레벨 1 상태를 2초간 유지하는 경우에만 펄스(Pc)를 발생한다. 일반적으로, 입력 전압(VRN)이 102V로 떨어지면 3V 전압 강하 모드로의 순간적인 장치의 동작 모드 변환은 바람직하다. 이와 마찬가지로, 입력 전압(VRN)이 100V로 떨어지는 경우, 장치의 동막 모드를 일시적으로 직결합 모드로 변환시키는 것이 바람직하다. 하지만, 입력 전압(VRN)은 천둥 번개에 의해, 또는 전력 소모가 큰 부하의 전원을 온으로 하는 경우, 일시적으로(예를 들면 20ms - 50ms) 바람직하지 못한 전압 강하가 일어난다. 따라서, 타이머(TMb 및 TMc)는 상기에서 언급한 현상들이 매우 짧은 시간 지속되므로 이것에 응답하여 해당되는 모드로의 변환이 장치에서 일어나지 않도록 한다.
본 발명의 제2 실시예는 제5도 내지 제7도를 참조하여 설명한다.
제5도에서 보는 바와 같이, 제2 실시예는 단상, 3선식 소비 전원선에 적용된다.
표기의 편리를 위해, 제1도에 대응하는 제5도의 구성 부품에는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
하지만, 제2 실시예에서 스위치 제어기는 단상, 3선식 전원선에 적용할 수 있는 구조를 갖추고 있으며, 따라서 제5도의 스위치 제어기는 참조 번호(6)로 표시된다.
제5도의 구성은 제1도의 구성과 다른데 제5도의 경우는 연속 권선(3)과 입력선(T) 및 출력선(t)을 더 포함한다. 연속 권선(3)은 권선점(K5 및 K8)에 연결되어 있고, 직렬로 연결된 3개의 권선부(W4, W5 및 W6)를 포함한다. 권선부(W6)의 한쪽 끝단은 두 개의 단자(K7 및 K8)를 갖는데 단자 (K7 및 K8)는 각각 입력단(Ti3)과 출력단(To3)에 연결되어 있다.
제1 실시예에서와 같이, 권선부(W1)의 권선수는 7이고, 반면에 권선부(W2 및 W3)의 경우는 각각 117이다. 권선부(W4, W5 및 W6)는 각각 권선부(W3, W2 및 W1)에 대응하고, 권선부(W6)의 권선 수는 7인 반면에 권선부(W4 및 W5)의 권선 수는 117이다.
제2 실시예에서, 스위치(SW1)는 권선점(K3 및 K5)사이에 연결되는 반면에, 스위치(SW2)는 권선점(K4)과 권선부(W4)의 한쪽 끝단인 권선점(K6)사이에 연결된다.
제2 실시예에서 중요시되는 원리는 제1 실시예에서 근본적으로 같다.
제1 실시 예에서처럼 제2 실시예에 관한 설명을 위해, 입력 전압(VRN및 VTN)은 각각 100V의 상용 전압(즉, 계약 전압)으로 가정한다. 따라서, 입력단(Ti1 및 Ti3)에 인가되는 상용 전압은 200V이다(= 2≤100V). 전력 수요자들은 그들의 전기 제품들이 정격 전압 100V인 경우, 출력단(To1 - To2 또는 To3 - To2)에 연결하여 사용할 수 있다. 한편, 수요자의 제품의 정격 전압이 200V이면, 출력 단자(To1 - To3)에 연결된다.
제6도는 제5도의 스위치 제어기(6)의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
제6도의 구성은 제2도와 다른데, 그것은 정류기(11), 실효치 측정기(13), 전압 분배기(15), 히스테리시스 비교기(20a)와 비교기(20b)를 더 포함하고 있다.
이외의 것은 제2도의 경우과 근본적으로 같다. 상기에 언급한 블록(11,1315,20a 및 20b)은 상대되는 블록(10,12,14,18a 및 18b)과 똑같은 방식으로 동작한다.
하지만, 아래와 같은 것은 주의해야만 한다. (a) 정류기(11)는 입력 전압(VTN)을 정류하기 위해 설치되고, (b) 실효치 측정기 (12 및 13)의 출력은 각각 참조 부호(Ve1 및 Ve2)로 표시하며, (c) 전압 분배기(14 및 15)의 출력은 각각 (Ved1 및 Ved2)으로 표시하고, (d) 제6도의 데이터 변환기(22)는 제2도와 비교했을 때, 비교기 출력(A1 및 A2)외에도, 비교기(20a 및 20b)의 출력(A3 및 A4)으로 공급받는다.
블록(11, 13, 15, 20a 및 20b)의 기술은 중복된 설명이 되므로 설명의 간략화를 위해 생략한다.
상기한 바와 같이, 출력(A1 및 A2)과 관련하여, 아래 요약한 것처럼 3가지 가능한 조합 (1) - (3)이 있다.
(1) (2) (3)
A1 1 0 0
A2 1 1 0
이와 마찬가지로, 출력(A3 및 A4)에 대해, 아래 요약한 것처럼 3가지 가능한 조합 (4) - (6)가 있다.
(4) (5) (6)
A3 1 0 0
A4 1 1 0
결과적으로, 9가지의 가능한 조합 (a) - (i)가 데이터 제어기(22)에 가해질 4개의 출력(A1 - A4)으로부터 얻어진다. 즉,
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i)
A1 1 1 1 0 0 0 0 0 0
A2 1 1 1 1 1 1 0 0 0
A3 1 0 0 1 0 0 1 0 0
A4 1 1 0 1 1 0 1 1 0
제6도의 데이터 변환기는 3가지 논리 신호(B1, B2, B3)를 발생하여 이 신호를 각각 타이머(TMa, TMb, TMc)에 입력시킨다. 변환기(22)가 상기 논리 조합(a)을 받게 되면,
B1=1
B2=0
B3=0이다.
한편, 변환기(22)가 논리 레벨 조합(b, d 및 e)중의 하나를 받게 되면,
B1=0
B2=1
B3=0이다.
또한, 만일 데이터 변환기(22)가 논리 레벨 조합(c, f, g, h 및 i)중의 하나를 받게 되면,
B1=0
B2=0
B3=1이다.
신호(B1 - B3)를 사용하여 스위치(SW1 및 SW2)를 제어하는 동작은 제1 실시예와 같다. 따라서 스위치 동작에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제7도는 제5도의 스위치(SW1 및 SW2)의 상세도를 도시한 도면이고, 스위치 제어기(6)가 제7도에서 빠진 것을 제외하고는 제5도와 동일하다. 제7도의 스위치(SW1 및 SW2)는 각각 제3도의 스위치(SW1 및 SW2)와 동일하다.
입력 전압(VRN및 VTN)의 소정 조합이 스위치(SW1 및 SW2)를 닫을 것인지, 입력 전압(VRN및 VTN)의 소정 조합이 스위치(SW1 및/또는 SW2)를 열 것인지는 상기의 설명으로부터 알 수 있다.
또한, 출력 전압(VRN및 VTN)의 각각의 출력이 6V만큼 낮아지면, 단자(To1 및 To3)에서 나타나는 출력 전압은 12V만큼 낮아진다(= 6V + 6V). 하나의 예를 더들면, 출력 전압(VRN및 VTN)이 각각 3V와 6 만큼 낮다면, 단다(To1 및 To3)에서 나타나는 출력 전압은 9V만큼 낮아진다(= 3V + 6V).
제8도는 본 발명의 제3 실시예를 도시한 블록도이다. 제8도의 구성은 제1도와 비교하여 스위치(SW1)가 없는 것을 제외하고는 제1도와 같다. 제3 실시예는 단권 변압기를 전선 사이에 설치하든 설치하지 않든 충분히 제어할 수 있을 때 유용하다. 이것은 스위치 제어기(4)가 한 개의 스위치(SW2)만을 제어하도록 변형되어야 한다는 것을 쉽게 알 수 있다. 그같은 변형은 상술한 사항으로부터 아무런 어려움 없이 할 수 있다. 제3 실시예를 단상, 3선식 소비 전력선에 적용할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
제9도는 본 발명의 제4 실시예를 도시한 개략 블록도이다. 제4 실시예는 제2 실시예에 보여주는 권선부(W1 - W6)의 연결에 중점을 두었다.
제9도에서 권선부(W1)는 2개의 부분(W1a 및 W1b)으로 분할할 수 있고, 반면에 권선부(W6)는 2개의 부분(W6a 및 W6b)으로 분할되었다. 권선이 감겨있는 코어는 도시하지 않았다. 또한, 중성선(N)은 점선으로 나타내었다.
입력 전압(VRN및 VTN)이 제5도에 도시한 단권 변압기의 출력단(To1 - To2 및 To3 - To2)에 연결된 부하간의 평형 상태에 기인하여 불평행해질 때, 제9도에 도시한 권선부를 연결하여 실제로 입력 전압(VRN및 VTN)의 균형을 유지시킬 수 있다.
제9도에서, 도트 표시점은 권선의 시작점을 표시한다. 권선부(W1a 및 W1b)는 권선부 (W1a 및 W1b)의 권선 방향이 서로 반대로 즉 다른 방식으로 코어에 잠겨있다. 마찬가지로, 권선부(W6a 및 W6b)는 권선부(W1a 및 W1b)의 권선 방향이 서로 반대인 방식으로 코어에 감겨있다. 이와 유사하게, 권선부(W2 및 W3)는 권선 방향이 서로 반대이고, 권선부(W4 및 W5)는 서로 반대인 권선 방향을 취한다.
제9도에 도시한 구성에 따라, 입력 전압(VRN및 VTN)이 부하의 불평형에 기인하여(예를 들면) 각각 106V와 101V일 때조차도, 각 입력 전압은 짧은 순간에 약 103.5V로 바뀌게 된다. 따라서, 여기서는 입력 전압(VRN및 VTN)이 각각 106V와 101V인 바람직하지 못한 경우에 대하여 고려해보자. 만일 제4 실시예를 사용하지 않는다면, 장치는 이 경우 계속 3V 전압 강하 모드를 유지한다. 하지만, 제4 실시예를 사용하면, 입력 전압(VRN및 VTN)은 각기 103.5V로 접근하게 되고 따라서, 장치는 6V 전압 강하 모드로 변환될 것이다. 이것이 바로 실효 전력의 전압을 의미한다.
단권 변압기의 출력이 4개의 다른 스텝으로 변할 수 있도록 제어되어야 한다면, 3개의 스위치가 제공되어야만 한다. 이 경우 2차 권선은 3부분으로 나누어야만 한다.
본 발명은 단상, 2선식 소비 전원과(제1 및 제3 실시예), 단상, 3선식 소비 전원선(제2 실시예)의 연결에 관하여 논의하였다. 하지만 본 발명은 3상, 4선식 전원선 등에까지 확대 적용할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.
제1 실시예에 권선부(W2 및 W3) 각각의 권선부는 같게 한다. 하지만, 본 발명의 영역 내에서 전압 강하 폭을 바꾸기 위해 권선부(W2 및 W3)의 권선비를 다르게 하는 것도 가능하다. 이 같은 변경은 제2 및 제3 실시예에도 적용할 수 있다.
이제까지는 본 발명에 대한 4가지 종래의 실시예에 관한 설명이었지만, 본 분야에 숙련된 기술자들은 첨부된 특허청구범위에 의해 규정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 여러 가지로 변경 및 변형할 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 효과적으로 자동 조절함으로써 부하에 불필요한 고전압이 공급되는 것을 억제할 수 있어 사용자가 부담하는 전력 요금을 효과적으로 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 상용 교류 입력 전원을 입력받기 위한 3개의 입력단(Ti1,Ti2,Ti3)중 상기 입력단 (Ti1,Ti2)사이에 제1 내지 제6 권선(W1 - W6)을 직렬 접속하여 상기 제1 내지 제6 권선(W1 - W6)을 1차 권선으로 설정하고, 상기 제2 내지 제5권선(W2 - W5)을 2차 권선으로 설정하며, 상기 제1권선(W1)과 제2권선(W2)의 권선점(K2)과 상기 제5권선(W5)과 제6권선(W6)의 권선점(K8) 및 상기 입력단(Ti3)을 부하에 연결되는 출력단으로 하는 단상 3선 단권 변압기(2,3)와; 상기 1차 권선 (W1 - W6)에 인가되는 상기 상용 교류 입력 전원의 레벨에 따라 상기 단상 3선 단권 변압기(2,3)의 강압비를 조절하기 위한 제1 및 제2 스위칭 제어신호를 발생하는 스위치 제어기(6)와; 상기 스위치 제어기(6)에서 발생되는 제1 및 제2 스위칭 제어신호에 따라 선택적으로 동작이 제어되어 상기 단상 3선 단권 변압기(2,3)내 제2 내지 제5권선(W2 - W5)을 선택적으로 상기 제1권선(W1)에 접속시키거나 차단시키는 제1 및 제2 스위치(SW1)(SW2)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 제어하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 권선(W1) 및 제6권선(W6)은 각각 2개로 분할하여 서로 다른 방향으로 변압기 철심에 감고, 상기 제2권선(W2)과 제3권선(W3)의 권선 방향을 서로 다르게 하고, 상기 제4권선(W4)과 제5권서(W5)의 권선 방향을 서로 다르게 한 것을 특징으로 하는 입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 제어하는 장치.
  3. 인가되는 상용 교류 입력 전압에 따라 강압 단권 변압기의 출력 전압을 제어하는 방법에 있어서, 상기 강압 단권 변압기의 1차 권선에 인가되는 상기 상용 교류 전압을 검출하는 단계와; 상기 검출한 입력 전압과 상기 사용 교류전압의 레벨을 판단하기 위해서 미리 설정된 기준 전압을 비교하는 단계와; 상기 비교 결과에 따라 상기 강압 단권 변압기의 권선중 소정 위치에 접속된 스위치를 온 또는 오프로 제어하여 상기 강압 단권 변압기의 동작을 제어하여 강압 단권 변압기의 출력 전압을 조절하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 제어하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단권 변압기는 단상, 2선식 소비 전원선을 갖는 것을 특징으로 하는 입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 제어하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 단권 변압기는 단상, 3선식 소비 전원선을 갖는 것을 특징으로 하는 입력 전압에 따라 단권 변압기의 강압비를 제어하는 방법.
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