KR0177988B1

KR0177988B1 - 변류기를 이용한 직류전류감지회로

Info

Publication number: KR0177988B1
Application number: KR1019950061334A
Authority: KR
Inventors: 성환호
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1999-04-01
Also published as: KR970048496A

Abstract

본 발명은 개시된 직류전류 감지회로는 변류기를 이용하여 직류전류는 물론 고주파 전류를 빠른 응답속도로 감지하고, 저주파 및 직류전류에 고주파 전류가 함께 포함되어 있는 전류를 감지하는 것이다.

본 발명은 변류기의 2차 코일에 센싱 소자로 저항을 구비하여 변류기의 2차 코일로 유도되는 직류 전류와 교류 전류가 혼합된 전류를 검출하고, 센싱소자에 충전 소자인 콘덴서를 직렬로 접속하여 변류기의 2차 코일에 흐르는 교류전류를 충전하며, 충전소자에는 전류원을 병렬로 구비하여 변류기의 2차 코일에 걸리는 전압의 증감상태를 제어하며, 변류기의 2차 코일에 걸리는 전압을 적분기가 적분하여 상기 전류원으로 흐르는 전류 값을 제어함으로써 직류 전류를 감지할 수 있음은 물론 고주파 성분이 충전 소자 및 센싱 소자를 통해 빠른 응답속도로 동작하므로 저주파 및 직류 전류에 고주파 전류가 포함되어 있을 경우에도 전류를 정확히 감지할 수 있다.

Description

변류기를 이용한 직류전류 감지회로

본 발명은 직류전류 감지회로에 관한 것으로 특히 도선을 통해 부하 등으로 공급되는 직류전류를 변류기(Current Transformer)를 이용하여 정확하게 감지하는 직류전류에 관한 것이다.

일반적으로 변류기는 교류전류(Aiternating Current)를 감지하는 데 폭 넓게 이용되는 전류 검출소자의 하나로서 전력량을 축적하는 적산 전력계 및 부하로 과전류가 흐를 경우에 이를 차단하는 과전류 차단회로 등에 널리 사용되고 있다.

이러한 변류기는 변압기의 일종이므로 변류기의 2차 코일의 양단으로 유도되는 평균 전압은 항상 0V로 된다.

상기 변류기의 2차코일로 직류 전류가 유도되면, 변류기가 포화되어 유도된 직류 전류를 제거시키는 방향으로 자화 인덕턴스 전류가 증가하게 된다.

그러므로 정상 상태에서는 교류 전류만이 변류기의 2차 코일로 유도되어 검출되고, 직류전류는 검출하지 못하게 된다.

이러한 변류기의 동작 특성으로 인하여 종래에는 변류기의 2차 코일로 유도되는 모든 전류를 검출할 수 없는 것으로서 변류기를 이용하여 직류 전류를 감지할 수 없었다.

도선을 통해 부하 등으로 공급되는 직류 전류를 감지하기 위하여 종래에는 별도의 저항을 사용하거나 홀 효과를 이용한 홀 센서를 사용하였다.

그러나 상기 저항을 사용하여 직류전류를 감지하는 것은 저항에서의 에너지 손실이 크고, 또한 전기적 절연 문제가 발생하는 문제점이 있었다.

그리고 상기 홀 센서를 사용하는 것은 홀 센서의 가격이 고가로서 제품의 생산 원가가 상승하고, 응답속도가 느려 고주파 전류의 감지에는 많은 어려움이 따르는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 변류기를 이용하여 직류전류는 물론 고주파 전류를 빠른 응답 속도로 감지하는 변류기를 이용한 직류전류 감지회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 저주파 및 직류 전류에 고주파 전류가 함께 포함되어 전류를 감지할 수 있는 변류기를 이용한 직류전류 감지회로를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변류기를 이용한 직류 전류 감지회로에 따르면, 변류기의 2차 코일에 센싱 소자로 저항을 구비하여 변류기의 2차 코일로 유도되는 직류 전류와 교류 전류가 혼합된 전류를 검출하고, 센싱소자에 충전 소자인 콘덴서를 직렬로 접속하여 변류기의 2차 코일에 흐르는 교류전류를 충전하며, 충전소자에는 전류원을 병렬로 구비하여 변류기의 2차 코일에 걸리는 전압의 증감상태를 제어하며, 변류기의 2차 코일에 걸리는 전압을 적분기가 적분하여 상기 전류원으로 흐르는 전류 값을 제어한다.

제1도는 본 발명에 따른 변류기를 이용한 직류전류 감지회로의 상세 회로도.

제2도 (a) 및 (b)는 제1도에 도시된 변류기의 1차 코일 및 2차 코일로 흐르는 전류 성분의 관계를 보인 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

CT : 변류기 C_s: 콘덴서(충전소자)

Ic : 전류원 R_s: 저항(센싱 소자)

100 : 적분기 101 : 전압/전류 변환기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 변류기를 이용한 직류 전류 감지회로를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 변류기를 이용한 직류전류 감지회로를 보인 상세 회로도이다.

여기서, 부호 CT는 1차 코일이 1 : n의 권선비로 권선되어 1차 코일로 흐르는 전류가 1 : n의 비율로 2차 코일에 유도되는 변류기이다.

상기 변류기(CT)의 2차 코일의 양단에는 충전소자인 콘덴서(C_S)와, 상기 변류기(CT)의 1차 코일에서 2차 코일로 유도된 전체 전류를 검출하기 위한 센싱 소자인 검출 저항(R_S)이 직렬로 연결되고, 상기 콘덴서(C_S)에는 전류원(I_S)이 병렬로 연결된다.

부호 100은 상기 병류기(CT)의 2차 코일의 양단 전압(V_TR)을 적분하는 적분기(100)이고, 부호 101은 상기 적분기(100)의 출력전압(V_C)을 전류 값으로 변환하여 전류원(I_C)의 전류를 제어하는 전압/전류 변환기이다.

이와같이 구성된 본 발명의 변류기를 이용한 직류전류 감지회로는 1차 코일 및 2차코일의 권선비가 1 : n인 변류기(CT)의 1차 코일로 제2도 (a)에 도시된 바와 같이 직류전류(I_DC) 및 교류전류(I_AC)의 합성전류(I_DC+ I_AC)가 흐르면, 변류기(CT)의 2차 코일에는 1차 코일 및 2차 코일의 권선비 1 : n에 따라 합성전류(1/n(I_DC+ I_AC))가 유도되어 흐르게 된다.

여기서, 변류기(CT)의 2차 코일 측에 전류원(I_C)이 없다고 가정하면, 변류기(CT)의 2차 코일로 유도된 합성 전류(1/n(I_DC+ I_AC)중에서 직류 전류(1/n(I_DC))가 콘덴서(C_S)에 충전된다.

그러면, 변류기(CT)의 2차 코일의 양단 전압(V_TR)은 직류 전압으로 되고, 이로 인하여 변류기(CT)는 포화되어 결국 직류 전압이 없어지는 쪽으로 동작하게 된다.

그러나 콘덴서(C_S)에 병렬로 전류원(I_C)을 구비하고, 전류원(I_C)으로 직류 전류(1/n(IDC))가 흐르도록 제어하면, 콘덴서(C_S)의 충전 전압(V_CS)은 증감을 멈추고 일정한 전압을 유지하게 된다.

본 발명은 이러한 관계를 이용하여 직류 전류를 감지하는 것으로서, 변류기(CT)의 2차 코일로 직류 전류가 유도되어 양단 전압(V_TR)이 증가하고, 플러스 직류 전압으로 될 경우에, 변류기(CT)의 2차 코일의 양단 전압(V_TR)을 적분하는 적분기(100)의 연산 증폭기(OPA)의 비반전 입력단자(+) 및 반전 입력단자(-)에 인가되는 평균 전압이 0V가 아니므로 연산 증폭기(OPA)의 출력 전압(V_C)은 콘덴서(Cf) 및 저항(R_f)을 통해 접지로 흐르면서 콘덴서(Cf)에 충전되어 연산 증폭기(OPA)의 출력 전압(V_C)이 증가하기 시작한다.

이와같이 증가하는 연산 증폭기(OPA)의 출력 전압(V_C)은 전압/전류 변환기(101)를 통해 전류 값으로 변환되어 전류원(I_C)에 인가되는 것으로 연산 증폭기(OPA)의 출력 전압(V_C)의 증가에 따라 전류원(I_C)으로 흐르는 전류가 증가하여 콘덴서(C_S)의 충전 전압(V_CS)과 저항(R_S)의 양단 전압(V_IS)을 증가시키고, 변류기(CT)의 2차 코일의 양단 전압(V_TR)을 감소시키게 된다.

여기서, 상기 전압/전류 변환기(101)는 다음의 수학식 1과 같이 적분기(100)의 출력전압(V_C)을 변환하여 전류원(I_C)으로 전류를 제어한다.

그리고 상기와는 반대로 변류기(CT)의 2차 코일의 양단 전압(V_TR)이 감소되면, 연산 증폭기(OPA)의 출력 전압(V_C)이 감소되고, 전류원(I_C)의 전류가 감소된다.

그러므로 콘덴서(C_S)의 충전 전압(V_CS)과 저항(R_S)의 양단 전압(V_IS)이 감소되고, 변류기(CT)의 2차 코일의 양단 전압(V_TR)이 상대적으로 증가하게 된다.

이와같은 콘덴서(C_S)의 충전 전압(V_CS)과 저항(R_S)의 양단 전압(V_IS)및 변류기(CT)의 2차 코일의 양단 전압(V_TR)의 관계는 정상 상태일 경우에 변류기(CT)의 2차 코일의 양단 전압(V_TR)의 평균값이 0V로 되고, 전류원(I_C)은 변류기(CT)의 1차 코일로 흐르는 직류 전류(I_DC)와 비례 상태가 되며, V_CS= ( R_S/ n) IDC가 된다.

즉, 직류전류(I_DC)가 천천히 가변되고, 콘덴서(C_S)의 용량이 충분히 크다고 가정하면, 합성전류(I_AC)는 콘덴서(C_S)를 통해 흐르게 된다.

여기서, 콘덴서(C_S)의 용량이 충분히 클 경우에 다음의 수학식 2로 표현되는 콘덴서(C_S)의 충전 전압(V_CS)의 교류 성분은 거의 0V로 된다.

따라서, 전류원(I_C)으로는 직류 전류(I_DC)의 성분만이 흐르게 된다.

이와 같이 콘덴서(CS)로 흐르는 교류 성분과 전류원(I_C)으로 흐르는 직류성분은 저항(R_S)에는 1차 코일로 흐르는 합성 전류(I_AC+I_DC)에 비례하는 전류가 흐르게 되므로 저항(R_S)의 양단 전압(V_IS)은 1차 코일로 흐르는 전류에 비례한다.

따라서 제2도에 도시된 바와 같이 변류기(CT)의 2차 코일의 양단 전압(V_TR)은 평균전압이 0V인 상태의 교류전압을 갖게 되나 저항(R_S)의 양단 전압(V_IS)은 평균 전압(R_S/n)I_DC)에 교류전압이 실린 전압이 되는 것으로 저항(R_S)을 통해 1차 코일로 흐르는 모든 전류를 감지할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 변류기의 2차 코일에 전류원(I_C)을 구비하여 2차 코일에 인가된 직류 전류가 전류원(I_C)으로 흐르도록 제어함으로써 직류 전류를 감지할 수 있음은 물론 고주파 성분이 콘덴서(C_S) 및 저항(R_S)을 통해 빠른 응답속도로 동작하여 낮은 주파수에 고주파가 실린 전류도 정확히 감지할 수 있다.

Claims

직류 전류와 교류 전류가 혼합된 전류가 1차 코일에서 2차 코일로 유도되는 변류기(CT); 상기 변류기(CT)의 2차 코일에 접속되어 상기 1차 코일에 흐르는 전류와 비례하는 전압값을 검출할 수 있는 센싱소자; 상기 센싱소자에 직렬로 접속되어 상기 변류기(CT)의 2차 코일에 흐르는 교류전류를 충전하는 충전소자; 상기 충전소자와 병렬로 구성되어 상기 변류기(CT)의 2차 코일에 걸리는 전압의 증감상태를 제어하기 위한 전류원(I_C); 및 상기 변류기(CT)의 2차 코일에 걸리는 전압을 적분하여 상기 전류원(I_C)으로 흐르는 전류 값을 제어하는 적분기(100)로 구성됨을 특징으로 하는 변류기를 이용한 직류전류 감지회로.
제 1항에 있어서, 상기 직류 전류 감지회로는; 상기 센싱소자의 양단 전압으로 상기 변류기(CT)의 1차 코일로 흐르는 직류 전류를 감지하는 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 직류전류 감지회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센싱소자는; 저항(R_S)인 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 직류전류감지회로.
제1항에 있어서, 상기 직류전류 감지회로는; 상기 적분기(100)에서 출력되는 신호를 전류 값으로 변환하여 상기 전류원(I_C)으로 흐르는 전류를 제어하는 전압/전류 변환기(101)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 직류전류 감지회로.
제1항에 있어서, 상기 충전소자는; 상기 변류기(CT)의 2차 코일로 유도된 교류전류를 통과시키는 콘덴서(C_S)인 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 직류전류 감지회로.