KR0167826B1 - 광 전력용 변성기를 이용한 광전자식 전력량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 전력용 변성기를 이용한 광전자식 전력량계에 관한 것으로, 광 전력용 변성기에 광섬유를 통하여 광을 보내는 발광자 구동 회로; 광 전력용 변성기에서의 전압과 전류에 대한 신호를 변조광으로 받아들여 전기적인 신호로 변환하는 수광자 구동회로; 상기 전압과 전류 신호에 대하여 제로점을 조정하는 제로점 조정회로; 전압과 전류신호를 승산하여 전력 신호를 만드는 승산회로; 유효전력 신호 성분과 무효전력 신호 성분을 분리하는 유효/무효전력 분리회고; 전력 합산회로; 전력의 절대치를 실효치로 변환시키는 실효치 변환회로; 상기 실효치에 응하는 주파수를 발생시키는 전압/주파수 변환회로; 및 전원회로로 구성되는 것을 특징하여, 별도의 절연장치를 필요로 하지 않으며, 전력량에 대한 신회성있는 연산과 적산을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

광 전력용 변성기를 이용한 광전자식 전력량계

제1도는 본 발명에 의한 광전자식 전력량계의 블록도.

제2도는 발광자 구동회로를 도시하는 도면.

제3도는 수광자 구동회로를 도시하는 도면.

제4도는 제로점 자동 조정회로를 도시하는 도면.

제5도는 전압과 전류의 승산하는 회로를 도시하는 도면.

제6도는 유효전력과 뮤효전력을 분리하는 회로를 도시하는 도면.

제7도는 각 상별 유효전력과 무효전력을 합산하는 회로를 도시하는 도면.

제8도는 절대치를 실효치로 변환하는 회로를 도시하는 도면.

제9도는 전압을 주파수로 변환하는 회로를 도시하는 도면.

제10도는 전원회로를 도시하는 도면.

본 발명은 광 전력용 변성기(Metering Outfit : 이하, MOF)를 이용한 광전자식 전력량계(Demand Meter : 이하, DM)에 관한 것으로 특히, 광 변류기(Current Transformer : 이하, CT)와 광 전위변성기(Potential Meter : 이하, PT)를 채용하여 별도의 절연장치가 없고 노이즈 및 각종 서지의 영향을 전혀 받지 않는 광 전력용 변성기를 이용하여 신뢰성있는 연산, 적산 및 운용이 편리한 광전자식 전력량계에 관한 것이다.

전류와 전압을 측정하기 위해 현재 사용되고 있는 방식의 계기용 변성기는 시스템 전압의 크기에 따라 절연을 위하여 별도의 절연 비용이 필요하게 되고, 부게가 무거워지며, 특히 외부로부터의 노이즈 및 서지가 침입하였을 경우 면역 기능이 없었다.

또한 기존의 계기용 변성기의 경우 철심을 이용하므로 자기포화 현상에 의하여 파형이 왜곡되고 고조파 공진 현상에 의하여 측정 오차가 발생하는 문제를 가지고 있었다.

따라서, 1차측과 2차측이 완전히 분리된 광 변류기와 공 전위변성기를 채용하여 별도의 절연장치가 필요없고, 노이즈 및 각종 서지의 영향을 전혀 받지 않는 광 전력용 변성기를 이용하여 신뢰성있는 연산과 적산을 하며, 운용이 편리한 광전자식 전력량계를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이미 개발된 광 전력용 변성기(Optic Metering Outfit)에 광섬유를 통하여 광을 보내는 발광자를 구동하는 발광자 구동회로; 상기 광 전력용 변성기에서의 전압과 전류에 대한 신호를 광섬유를 통해 변조광으로 받아들여 전기적인 신호로 변환하는 수광자 구동회로; 상기 변환된 전압과 전류 신호에 대하여 제로점을 조정하는 제로점 조정 회로; 상기 제로점 조정 회로로부터의 전압과 전류 신호를 승산하여 전력 신호를 만드는 승산회로; 승산회로로부터의 전력신호에 대하여 유효전력신호 성분과 무효전력 신호 성분을 분리하는 유효/무효전력 분리회로; 상기 유효/무효전력 분리회로로부터의 유효전력과 무효전력을 각 상별로 합산하는 전력 합산회로; 상기 전력 합산회로로부터의 유효전력과 무효 전력의 절대치를 실효치로 변환시키는 실효치 변환회로; 상기 실효치 변환회로로부터의 출력에 상응하는 주파수의 펄스를 발생시키는 전압/주파수 변환회로; 및 상기 각 회로에 전원을 공급하고 정전시에 자료 저장을 위한 동작 시간을 확보하기 위한 보조전지 충전회로를 포함하는 전원회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 광전자식 전력량계의 구성을 나타내는 블록도이다.

우선 광 CT와 PT가 내장되어 있는 광 MOF 와 DM 사이를 광 MOF 1 세트당 광섬유 4심을 연결하고 DM 의 광원에서 출발한 광이 광MOF의 CT와 PT에 각각 도달된 후, 광 CT와 PT에서 변조과정을 거쳐 다시 각각의 광섬유를 통해 DM의 수광자로 변조된 광이 도달되도록 구성되어진다.

3상을 취급하므로 광원은 전압에 대해 3개, 전류에 대해 3개가 되어 총 6개의 광원으로 구성되며, 수광자 역시 전압에 대해 3개, 전류에 대해 3개가 되어 총 6개로 구성되어진다.

발광자는 정전류로서 구동되며 일정한 광량을 발생할 수 있도록 되어 있으며 동일회로가 6조로 구성되어 있다.

수광자의 구동은 광 MOF에서 변조된 광이 수광자에 입사되면 입사된 광량에 따라 전기의 세기로 다시금 변조를 행하게 되는데 회로의 구성은 입력 저항을 높이고 저잡음 차동증폭과 온도 변화에 영향이 적도록 하기 위하여 FET 두 개가 한 팩키지에 수용된 듀얼 FET를 사용하고 있으며 오피앰프(OP Amp)를 통해 차동증폭되어 광량에 비례한 전기적 신호를 출력하게 되며 동일한 회로가 6조로 구성되어 있다.

DM 에서 제로점 조정이라함은 교류의 사인파가 제로점을 기준으로 (+)측과 (-)측으로 교번하여 변화가 되어야 하지만 케이블이 구부러짐 등에 의하여 (+)측 혹은 (-)측으로 사인파가 편중되는 현상에 대하여 항상 자동으로 제로점에 위치시킬수 있도록 함을 말한다.

이 회로는 오피앰프를 사용하여 일단 초단 증폭을 거친 후, 신호에서 직류분과 교류분을 따로 추출하여 이 두 신호를 연산용 IC에 공급하므로서 연산을 통하여 항상 신호파의 중심점을 전기적인 제로점에 위치시킨 신호를 얻어내도록 구성되어 있다.

이 신호는 다시 오피앰프를 통하여 배율 증폭되며 최대출력의 크기가 조정되어 있다.

(전압×전류)의 연산회로는 연산용 전용IC에 의해서 연산되는데 전압과 전류의 파형 즉, 사인파인 상태에서 신호파의 연산을 하여 출력에는 전압과 전류가 승산된 신호파의 형태 그대로 출력된다. 전압과 전류를 신호파 상태로 연산을 하고 연산한 결과를 직류가 아닌 신호파 형태로 얻어낼 경우 전압과 전류 파형의 위상차에 의해서 신호파의 제로점이 (+)측 혹은 (-)측으로 치우치게 되는데 전압과 전류의 위상 차이가 0˚일 경우 즉, 동상일 경우 (+)측으로만 신호파가 형성되고 전압에 비해 전류의 위상이 앞서거나 뒤설 때에는 위상차에 비례한 만큼 (-)방향으로 신호파의 위치가 치우치게 된다.

이에 대하여 0을 중심으로 (+)측으로 치우치게 된 부분은 유효전력에 해당하며, 0을 중심으로 (-)측으로 치우치게 된 부분은 뮤효전력에 해당하기 때문에 이를 분리해서 각각 0전위를 중심으로 교번되는 신호파를 출력하는 회로가 3조로 구성되어 있다.

유효전력과 무효전력의 신호는 각상별로 얻어지므로 유효전력의 R.S.T 상에 대한 신호를 합산하고 무효전력 역시 R.S.T 상의 신호를 합산하는 회로로 구성되어 있다.

실효값 변환회로는 유효전력과 무효전력의 신호인 각각의 신호파에 대하여 그 파형에 해당된 실효값 만큼의 직류신호로 변환하기 위한 회로이다.

유효전력과 무효전력이 같은 회로로 구성되어 있어서 같은 회로 2조로 구성되어 있다.

전압/주파수 변환회로는 실효치로 변환된 직류신호를 적산하기 위하여 직류전압에 상응한 펄스열로 변환하기 위한 부분이며 일단 높은 주파수로 변환을 하고 이를 다시 분주하여 적당한 펄스의 수를 얻을 수 있도록 되어 있다.

이 회로 내에서 펄스를 전달할 때 절연을 하기 위하여 포토 커플러(Photo Coupler)를 사용하여 펄스 전달 과정을 광으로 절연하는 과정이 포함되어 있다.

유효와 무효를 처리하기 위하여 2조의 회로로 구성되어 있다.

전원회로는 트랜스를 사용하여 공급전원을 강압한 후, 정류와 평활 과정을 통해 양 전원의 직류전원을 얻고 정전압 IC를 사용하여 정전압을 실현하고 디지탈 부분인 적산회로와 아날로그 부분인 각종 연산회로 사이의 전원을 독립시키고 전산회로에 공급되는 전원을 보다더 절연 내력이 높게 하기 위하여 직류/직류 변환기(DC/DC Converter)를 통하여 전원을 공급하며, 정전시에 자료를 순간 저장하기 위한 동작 전원을 유지시키기 위하여 작은 축전지와 함께 충방전 회로가 구성되어 있다.

적산 및 표시는 4조의 LCD와 CPU에 의해서 제어되는데 전용 CPU를 사용하여 프로그램에 의해서 펄스의 갯수와 적산 그리고 키입력에 의한 각종 시간대의 설정이 가능하도록 되어 있다.

또한 자료의 저장은 EEPROM에 의하여 기록된 자료는 별도의 전원이 인가되지 않더라도 영구적으로 보존되도록 구성되어 있다.

제2도는 본 발명에 의한 광전자식 DM 중에서 광 MOF에 광을 송출하기 위한 발광자 구동회로를 도시하는 도면이다.

+12V 의 전원이 R1을 통해 인가되고 제너다이오드(ZD1)에 의해서 안정된 기준전압이 마련되면 이 안정된 전압은 오피앰프(U1)의 비반전단자에 공급된다.

U1의 출력은 광원구동용 트랜지스터(Q1)의 베이스에 전달되고 +12V 의 전위는 VR1과 R2를 통해 Q1의 에미터를 통해 콜렉터를 거쳐 광원의 에노우드에 전달되고 광원의 캐소우드는 0 전위에 연결되어 있으므로 광원에서는 광을 촐력하게 된다.

이때 Q1의 에미터에서 검출되는 전류에 비례한 전압신호가 U1의 반전단자에 연결되어 이를 통한 정전류회로가 성립되어 광원에 흐르는 전류는 일정하게 되며, 이에 따라 광원에서 발생되는 광은 일정한 량의 광이 출력되게 된다.

여기서 VR1의 저항값을 조정하면 광원에 흐르는 전류가 변화되어 또한 C1 과 C2 가 U1의 전원 단자에 접속되어 있어 전원이 안정화와 전원 잡음을 막고 있다.

제3도는 본 발명에 의한 광전자식 DM 중에서 광 MOF로부터 변조광을 수광하기 위한 수광자 구동회로를 도시하는 도면이다. +12V 로부터 수광자의 에노우드 측에 전원이 공급되고 수광자의 케소우드 측으로부터 R1을 거쳐 R2, VR1, VR3를 통해 접지점에 연결되어 수광자에 입사된 광량에 대하여 수광자를 통해 흐르는 전류는 +12V에서 출발하여 수광자, R1, R2, VR1, R3의 순서에 의해서 전류가 흐르게 된다.

여기서 VR1을 조정함으로써 흐르는 전류의 변화를 줄 수 있으며 이는 회로상에서 바이러스를 조정하는 것과 흡사하다.

수광자를 통해 흐르는 전류에 대해 그 전류에 비례한 전압값이 R1과 R2의 접속점에서 발생하며 이 전위는 듀얼 FET의 한쪽 부분인 Q1의 게이트에 접속된다.

Q1의 드레인은 +12V 에 접속되어 있으며, 소오스 측은 R4를 통해 접지점에 연결되어 있다.

여기서 게이트에 인가된 전위의 세기에 따라 Q1의 드레인으로부터 소오스를 거쳐 R2를 통해 접지점으로 전류가 흐르게 되며 R4와 드레인 사이에는 흐르는 전류에 대응하는 전위가 존재하게 된다. 이 전위는 U1의 반전입력 측에 연결되어 있으며, Q2는 드레인이 +12V 에 접속되어 있고 소오스는 R5를 통해 접지점에 연결되어 있다.

하지만 Q2의 게이트는 접지점에 연결되어 있으므로 Q2의 드레인과 소오스 사이에는 전류가 흐르지 않겠지만 온도변화 등에 의해 미약한 전류가 흐르게 된다.

이 전류에 상응한 전위 역시 Q2의 소오스와 R5의 접속점에서 나타나며 이 전위는 U1의 비반전입력단에 연결되어 있다. 이로써 U1은 차동증폭 동작을하여 수광자에 입사된 광량에 따라 출력 전압을 나타내게 된다.

또한 U1의 출력 단자와 수광자의 전류흐름 통로인 R3과 VR1의 접속점 사이가 R6를 통해 연결되어 있어서 출력 측의 신호가 피드백되어 입력측에 소량 공급된다.

R1과 R2의 접속점 그리고 VR1과 R3의 접속점 사이에는 C1이 접속되어 있는데, C1을 통하여 신호 성분이 흐르게 되고 잡음의 감쇄 효과도 있게 된다.

C2와 C3는 U1의 전원공급 단자에 접속되어 전원 잡음을 흡수하고 전원 전압의 안정을 꾀하게 된다.

제4도는 본 발명에 의한 광전자식 DM 중에서 신호 레벨의 (+)측 혹은 (-)측으로 스윙하는 것을 보정하기 위한 제로점 자동 조절회로를 도시하는 도면이다.

R1을 통해 신호를 공급받아 U1의 반전 단자에 공급하고 출력 측으로부터 R2를 통해 반전입력 단자에 연결시키고 비반전 단자는 접지점에 연결함으로써 U1은 반전증폭기로 작용되며 R1과 R2의 비에 의하여 증폭도가 달라지게 된다.

C1과 C2는 U1의 전원단자에 연결됨으로써 전원잡음을 흡수하고 전원전압의 안정화를 꾀하고 있다.

이로써 초단 반전증폭이 이루어진다.

반전증폭된 신호는 R3통해 출력되며 C3과 함께 신호의 안정화와 고조파 잡음을 제거하는 필터로서의 역할도 하게 된다.

필터링된 신호는 R4와 C4의 조합을 통과하면서 신호원은 접지점으로 흐르고 직류성분만이 나타나며, 다른 경로인 C5와 R5의 조합에 의해서는 직류분은 접지점으로 흐르고 신호 성분만이 남게 된다.

이로써 직류신호분과 교류신호분은 분리되어 직류신호분은 U2(AD534)의 X1단자에 공급되고 교류성분은 U2의 Z2 단자에 공급된다.

U2의 X2, Z1, Y1은 접지점에 연결되고 Y2 와 OUT 단자가 함께 접속된 단자에서는 연산된 결과가 얻어지는데 U2내부의 연산은 Vont = Z2(교류분)/X1(직류분)이라는 공식에 준한 연산을 하게 된다.

이에 따라 얻어지는 결과는 신호의 파형이 직류분의 크기에 관계없이 항상 0 전위에는 교번하는 교류신호가 얻어지게 된다.

C6과 C7은 역시 전원잡음과 전원의 안정화를 위해 연산 IC 의 전원단자에 접속되어 있다.

연산된 신호는 U3의 비반전 입력 단자에 공급되며 U3의 반전 입력단은 R6을 통해 접지점에 접속되고 U3의 출력 측으로부터 R7과 R8을 통해 반전 단자에 연결함으로써 비반전 증폭기로 동작을 하게 된다.

R6과 R7 + R8 의 비에 의해 증폭도가 달라진다.

여기서 R7은 고정하고 R8을 변화시킴으로써 증폭도를 조절하며 출력되는 신호는 R9을 통해 출력되고 C10에 의해 필터링되어 안정화와 고조파 필터링 작용이 이루어진다.

전원단자에 연결되어 있는 C8과 C9는 전원잡음의 흡수와 전원의 안정화를 위해 접속되어 있다.

제5도는 본 발명에 의한 광전자식 DM 중에서 전력량을 산출하기 위한 전압과 전류의 승산회로를 도시하는 도면이다.

전압신호는 U1(ICL 8013)의 X 단자에 R1을 통하여 공급되며 전류신호는 R2와 R3를 통해 접지점에 연결된 회로에 의해 분압되며 R3의 조정으로 분압비가 조절되어 조절된 신호를 U1의 Y 단자에 공급되도록 되어 있다.

U1의 출력은 Z 단자와 연결되어진 상태로 출력을 발생하는데 출력 결과는 (X 전압) × (Y 전류)로 나타난다.

R4, R5, R6의 조합으로 얻어지는 R5에 의해 조정된 신호는 U1의 R_X단자에 공급되어 X 단자로 공급되는 신호의 안정화를 조정하도록 되어 있다.

R7, R8, R9의 조합으로 얻어지는 R8에 의해 조정된 신호는 U1의 R_X단자에 공급되어 X 단자로 공급되는 신호의 안정화를 조정하도록 되어 있다.

R10, R11, R12의 조합으로 얻어지는 R11에 의해 조정된 신호는 U1의 R_Z단자에 공급되어 무신호시의 제로 전위를 조정하도록 되어 있다.

CT과 C8은 전원잡음의 흡수와 전원의 안정화를 위해 U1의 전원 공급단자에 접속되어 있다.

출력의 결과는 사인파 형태로 직접 연산은 하고 결과 또한 사인파 형태로 얻어지기 때문에 입력되는 두 신호의 위상차에 대하여 위상이 동상일 경우 (+)측으로 위상차가 커질수록 (-)측으로 편향된 신호가 얻어진다.

제6도는 본 발명에 의한 광전자식 DM 중에서 전력량의 신호에 대하여 유효전력과 무효전력을 분리하기 위한 유효전력과 뮤효전력 분리하는 회로를 도시하는 도면이다.

이 회로는 유효전력과 무효전력을 공급하는 회로로서 0 전위를 중심으로 (+)측과 (-)측으로 각각 편향되는 신호에 대하여 (+)측으로 치우치는 신호와 (-)측으로 치우치는 신호를 각각 분리해내어 (+)측으로 편향되는 유효전력과 (-)측으로 편향되는 무효전력을 분리해내는 것이다.

우선 유효전력을 얻어내는 U1의 동작의 원리를 보면 다음과 같다.

오피앰프의 귀환루프에 다이오드(D1)을 삽입하고 비직선성을 피드백에 의해 개선하려는 것으로 교류특성은 오피앰프(U1)의 루프이득의 주파수 특성에 의존한다.

U1의 반전입력단과 비반전입력단은 항상 전위가 동등하다는 전제가 있으므로 입력전압이 0일 때에는 반번단자도 0이 아니면 안되므로 U1의 출력은 D1의 순방향전입이 되어 전체의 밸런스가 잡히게 된다.

만약 비반전단자에 +1V 가 입력되었을 경우는 반전입력 단자에도 +1V 가 되지 않으면 않되므로 D1을 통한 출력은 +1V 가 된다. 이와같이 항상 (+)전압이 입력되었을 경우, 입력전압과 동등한 전압이 출력되게 된다.

하지만 (-)입력전압에 대해서는 D1이 역바이러스되어 D1을 통한 출력은 0 전위가 되고 실제 U1이 출력단자는 (-)공급전압까지 내려가게 된다.

이로써 (+)입력에 대해서는 동등 전압의 출력을 (-)입력에 대해서는 스위치의 동작을 하므로서 (+)로 편향된 유효전력 성분만이 출력되게 된다.

여기서 C2는 교류특성 개선을 위해 사용되고, R3는 안정화를 위해 사용되며 C1과 C2는 전원잡음의 흡수와 전원의 안정화를 위해 사용된다.

U2의 동작을 살펴보면 입력신호는 R2를 통하여 U2의 반전입력단에 공급되고 비반전 입력단은 접지점에 접속되어 있으며 출력으로부터 반전입력단 측으로 피드백을 받고 있는 반전증폭기로 구성되어 있다. 그러므로 입력측에 대해 위상이 반전된 출력을 얻게 된다.

여기서 D3는 일반적인 다이오드의 정류 작용을 하게 되고 D2는 U2가 (-)방향으로 포화되지 않도록 0.6V 정도를 클램프하기 위함인데 이로써 U2 는 포화 영역에 들어가지 않게 되어 응답 속도를 빠르게 하고 있다.

이러한 구성으로 (-)입력은 (+)로 반전되어 출력되고 (+)입력은 (-)로 반전되어 출력되지 않게 된다.

이러한 동작으로 (-)측으로 편향된 무효전력을 분리해낼 수 있게 된다.

제7도는 본 발명에 의한 광전자식 DM 중에서 각 상별 유효전력과 무효전력을 합산하기 위한 전력 합산회로를 도시하는 도면이다.

R. S. T의 각각 3 종류의 유효신호는 각각 R1, R2, R3를 통하여 U1의 비반전단자에 공급되고, U1의 출력단자와 U1의 반전입력단자 사이를 R7로 연결하므로서 반전 가산기로 동작하게 된다.

비반전 입력단자는 R8을 통해 접지점에 연결되므로서 회로를 안정화 시키고 있다.

이로써 U1의 출력단자에는 R1, R2, R3로부터 각각 입력된 3상의 유효전력이 합산 및 반전되어 출력된다. 이 신호는 R11을 통하여 U2의 비반전 단자에 공급되고 U2의 비반전 단자는 R15를 통해 접지점에 접속되므로 회로의 안정화를 꾀하며, U2의 출력단자로부터 R13과 R14를 통해 U2의 반전단자에 귀환루프를 형성하므로서 반전 증폭기로 작용하며 R13+E14와 R11의 비에 의해 증폭도가 달라지는데 여기서는 R14를 변화시킴으로써 증폭도를 조절하고 있다.

출력된 신호는 R16과 R17에 분압되어 C7을 통과하면서 순수한 교류분의 신호만이 출력된다.

이 신호는 결국 R, S, T상의 유효전력이 합산된 신호이며 U1과 U2를 통하여 반전증폭단을 2회 통과하게 됨으로써 위상은 입력과 동상이 되게된다.

R, S, T의 각각 3 종류의 무효신호는 각각 R4, R5, R6를 통하여 U3의 비반전단자에 공급되고 U3의 출력단자와 U3의 반전입력단자 사이를 R9로 연결하므로서 반전 가산기로 동작하게 된다.

비반전 입력단자는 R10을 통해 접지점에 연결되므로서 회로를 안정화 시키고 있다.

이로써 U3의 출력단자는 R4, R5, R6 로부터 각각 입력된 3상의 이 신호는 R12을 통하여 U4의 비반전 단자에 공급되고,U4의 비반전 단자는 R120을 통해 접지점에 접속되므로 회로의 안정화를 꾀하며 U4의 출력단자로부터 R18과 R19를 통해 U4의 반전단자에 귀환루프를 형성하므로서 반전 증폭기로 작용하며 R18+R19 와 R12 의 비에 의해 증폭도가 달라지는데 여기서는 R19를 변화시킴으로써 증폭도를 조절하고 있다.

출력된 신호는 R12과 R22에 분압되어 C10을 통과하면서 순수한 교류분의 신호만이 출력된다.

이 신호는 결국 R, S, T상의 무효전력이 합산된 신호이며 U3과 U4를 통하여 반전증폭단을 2회 통과하게 됨으로써 위상은 입력과 동상이 되게 한다.

제8도는 본 발명에 의한 광전자식 DM 중에서 절대치의 값을 가지는 신호에 대하여 절대치를 실효치로 변환하는 실효치 변환회로를 도시하는 도면이다.

입력전압 즉, 유효전력 또는 무효전력의 사인파에 대하여 실효값을 얻기 위한 회로이다.

U1(AD 536)의 Vin 단자에 신호를 공급하고 +12V 와 Cav 단자에 C1을 접속한다.

RL 단자에는 R3, R4, R5, R1에 의해 분압되고 R4에 의해 조절되도록 전압이 가해지므로서 무신호시 출력이 0 전위가 되도록 조절할 수 있다.

BUFin 단자와 Iout 단자는 서로 접속을 한다.

이와 같은 접속을 통하여 입력된 전압은 U1의 내부에서 먼저 절대값을 취하고 그것을 제곱해서 귀환출력으로 나누고 그 결과에 필터를 사용하여 평균화 하므로서 실효값을 얻도록 되어 있다.

여기서 C1은 필터링 콘덴서로 작용하며 C1의 용량에 따라 평균화비가 달라진다.

C2와 C3는 전원잡음의 흡수와 전원의 안정화를 목적으로 U1의 전원단자에 각각 접속되어 있으며 C4와 C5는 제로점 조정을 위한 전압의 분압된 전위를 안정화 시키기 위한 접속이다.

제9도는 본 발명에 의한 광전자식 DM 중에서 전압에 대응하는 주파수의 펄스를 발생하기 위한 회로를 도시하는 도면이다.

R1과 C1에 의해 적분되어 U1(LM 331)의 Vin 단자에 공급된다.

U1의 내부에서는 Vin 단자에 공급된 (+)전압과 R4, R5, R6, R7, R8에 의해 분압되고 C4, C5, C6에 의해 안정화 되며 R5에 의해 조절되어 U1의 Vth 단자에 입력된 전압과 비교하여 Vin쪽의 전압이 높으면 내부의 전압비교기는 원쇼트 동작을 시킨다.

원쇼트의 출력은 로직 출력부와 전류원에 접속되어 있으며 원쇼트의 주기 T 동안 로직출력은 로우(Low)가 되고 동시에 전류원으로부터 전류가 흘러나온다.

원쇼트의 주기 T 가 지나면 로직 출력은 하이(High)가 되고 전류원으로부터 전류는 흐르지 않게된다.

이 시점에서 전류원으로부터 병렬로 연결된 R8과 C6에 전하 Q 의 공급이 끝나고 이 전하 Q가 Vth Vin 이 되도록 Vth를 증가시키지 않으면 비교기는 다시 원쇼트를 하고 전류원은 R8과 C6에 다시 전하 Q 를 공급한다.

이러한 공급은 Vth Vin 이 되기까지 계속되며 Vth Vin 이 되면 전류원은 OFF 되고 Vth 는 Vth = Vin 이 될 때까지 감소한다.

또한 전류원은 Vth Vin을 유지할 수 있도록 빠른 속도로 C6에 전하를 공급하므로 C6의 방전 속도는 Vth/R8 에 비례하고 회로가 동작하고 있는 주파수는 입력전압에 비례하게 된다.

여기서 시정수의 산출은 fo는

fo = 0.486 × (R9+R10/R8×R2×C2) ×Vin (Khz/V)가 된다.

이렇게 해서 얻은 주파수는 R3과 ZD1에 의해 펄스의 높이가 5V로 만들어지며 U2(7490), U3(7490), U4(7490), U5(7490)를 거치면서 각각 1/10로 분주되어 U5의 QA 단자를 통해 최종 펄스의 출력이 얻어진다.

이 펄스는 적산장치와 전기적으로 절연을 하기 위하여 R11과 R12를 통해 분압되어 Q1의 베이스에 공급되며 +15V의 전위가 R13을 통해 PC1(PC 817)의 LED에 노우드 단자를 통해 케소우드를 거쳐 Q1의 콜렉터를 통해 에미터를 지나 접지점에 도달함으로써 펄스에 맞추어 PC1 내부의 LED가 점멸하게 된다.

이로써 PC1 내부의 포토 트랜지스터를 자극함으로써 절연된 PULSE 출력을 내보내게 된다.

여기서 C3과 C7, C8, C9, C10은 전원 잡음의 흡수와 전원의 안정화를 위해 각각 U1, U2, U3, U4, U5의 전원 단자에 접속되어 있다.

제10도는 본 발명에 의한 광전자식 DM 중에서 각 회로에 전원을 공급하는 전원회로를 도시하는 도면이다.

제10도에 도시된 바와 같이, 전원회로는 각 부분에 전원을 공급하고 정전시에 수 초 동안 전원을 공급하기 위한 축전지와 축전지를 관리하기 위한 충방전 보조회로로 구성되어 있다.

전원이 공급되면 전원단자에 직렬로 접속되고 중간점이 접지된 C12와 C13에 의해 고조파가 제거된다.

이후 V1에 의해 과전압 또는 스파이크 노이즈가 차단되며 그러한 전원은 노이즈 필터를 통과하면서 각종 전원잡읍이 차단되며 C14, C15, V2에 의해 C12, C13, V1과 같은 작용을 다시 하게 된다.

필터링된 전원은 T1을 통하여 13V 양파와 6V로 강압된다.

강압된 전원은 BD1와 BD2에 의해 전파정류되며 C1, C2, C7에 의해 평활되어 직류에 가까운 맥류가 된다.

이어 U1과 U2, U3에 의해 각각 +12V, -12V, +5V로 안정화 직류전원이 된다.

안정화전원은 C3, C4, C5, C6, C8, C9에 의하여 재차 평활 동작과 U1, U2, U3의 기생 발진을 방지한다.

이러한 전원은 각각 안정화 전원을 필요로 하는 회로의 부분에 +12V, -12V, +5V 를 각각 공급하게 된다.

또한 적산회로는 전원을 절연하고 외부의 간섭으로부터 한충더 보호 될 수 있도록 +5V 로부터 D2를 통해 정원을 공급받아 DC/DC 환기를 통하여 절연 및 안정화된 전원을 C11을 통하여 필터링하여 적산회로에 +5V를 공급받아 R1을 통해 C10에 충전하고 정전이 되면 C10에 충전된 전하가 R2를 통하여 Q1의 베이스에 전위를 공급하고 축전지로부터 계전기(K1)접점을 통해 D3을 거쳐 K1의 코일을 지나 Q1의 콜렉터로부터 에미터의 접지전위를 만나 K1를 계속 유지시킴으로써 정전시에도 DC/DC 변환기는 축전지를 통해 K1 접점과 D3의 경로를 통해 약 7.2V를 공급받아 적산회로에 +5V를 수초간 공급하게 된다.

축전지는 평소 R3을 통하여 전류가 제한되면서 충전된다.

상기한 본 발명에 의하여 별도의 절연장치를 필요로 하지 않으며, 전력량에 대한 신뢰성있는 연산과 적산을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 광 전력용 변성기에 광섬유를 통하여 광을 보내는 발광자를 구동하는 발광자 구동 회로; 상기 광 전력용 변성기에서의 전압과 전류에 대한 신호를 광섬유를 통해 변조광으로 받아들여 전기적인 신호로 변환하는 수광자 구동회로; 상기 변환된 전압과 전류 신호에 대하여 제로점을 조정하는 제로점 조정회로; 상기 제로점 조정 회로로부터의 전압과 전류 신호를 승산하여 전력 신호를 만드는 승산회로; 승산회로로부터의 전력신호에 대하여 유효전력 신호 성분과 무효 전력 신호 성분을 분리하는 유효/무효전력 분리회로; 상기 유효/무효전력 분리회로로부터의 유효전력과 무효전력을 각상별로 합산하는 전력 합산회로; 상기 전력 합산회로로부터의 유효전력과 무효전력의 절대치를 실효치로 변환시키는 실효치 변환회로; 상기 실효치 변환회로로부터의 출력에 상응하는 주파수의 펄스를 발생시키는 전압/주파수 변환회로; 및 상기 각 회로에 전원을 공급하고 정전시에 자료 저장을 위한 동작 시간을 확보하기 위한 보조전지 충전회로를 포함하는 전원회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 전력용 변성기를 이용한 광전자식 전력량계.