KR100202515B1 - 조명용 전원의 절전 제어 장치 및 절전 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내의 조명을 위한 전원의 효율 및 역률을 크게 개선하고 출력되는 전압을 입력의 변동에 관계없이 일정하게 출력하여 조명 기구의 수명을 연장시켜 주는 조명용 전원의 절전 제어 장치 및 절전 제어 방법에 관한 것으로, 입력되는 전압을 소정의 전압으로 변동시켜 주는 전압 변동부와; 상기한 전압 변동부의 변동하는 전압을 입력받아 소정의 전압으로 일정하게 출력해 주는 정전압 처리부와; 상기한 정전압 처리부로부터 전압을 입력받아 부하에 공급 또는 차단시켜 주는 출력 제어부와; 상기한 정전압 처리부의 출력단에 과부하가 걸릴 때에 출력을 부하로부터 분리시켜 주는 바이패스 처리부와; 입력 전압과 출력 전압 및 전류의 크기를 감지하는 감지 수단과; 상기한 감지 수단을 통하여 입력되는 전압과 출력되는 전압 및 전류를 파악하여 상기한 전압 변동부의 전압 변동율을 제어하고, 부하에 전기 공급을 제어하는 제어부와; 상기한 제어부에 연결되어 동작 상태를 디스플레이해 주는 디스플레이로 구성된다.

Description

조명용 전원의 절전 제어 장치 및 절전 제어 방법

본 발명은 조명용 전원의 절전 제어 장치 및 절전 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내의 조명을 위한 전원의 효율 및 역률을 크게 개선하고 출력되는 전압을 입력의 변동에 관계없이 일정하게 출력하여 조명 기구의 수명을 연장시켜 주는 조명용 전원의 절전 제어 장치 및 절전 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 실내의 조명용 전원으로 사용되는 전기는 전력 회사로부터 공급되는 상용 전기를 그대로 공급받아 사용하고 있다. 이 상용 전기는 보통 110V 또는 220V의 전압으로써 주파수 50/60Hz(한국의 경우에는 60Hz)로 공급되고 있으며, 이 전압은 전압 변동율이 약 6%의 범위 내에서 변하면서 공급된다. 이 전압 변동율은 그 크기가 작을수록 전기의 품질이 우수하다고 말하며, 전압 변동율이 작은 전기를 사용하는 전기 제품의 수명이 전압 변동율이 큰 전기를 사용하는 제품의 수명보다 훨씬 긴 수명을 갖는다. 따라서, 전력 회사에서는 전압 변동율이 될 수 있으면 작도록 전력을 생산하여 공급하지만, 전력 수용가의 전력 사용량이 일정하지 않고 송전선의 저항에 의한 전압 강하로 인하여, 실제로 공급되는 전기의 전압은 그 전압 변동율이 전기 법규에서 허용하는 전압 변동율 6%보다 크게 변동되어 공급되고 있는 실정이다.

이러한 상용 전기의 심한 전압 변동율을 낮추기 위하여 많은 종류의 전압 조정 장치가 제조되어 사용되고 있으며, 여러 종류의 특허 및 실용이 출원되어 있다.

이 중에서 본 발명과 주요한 관계를 갖고 있는 특허 등록 제 31286호 옥외 밝기 조건에 응동하는 조명구의 절전 장치, 특허 등록 제 32821호 오토트랜스에 의한 조명 전력 자동 제어 시스템, 실용신안등록 제 50010호 무단 접점형 슬라이덕스 등의 주요 내용을 살펴보면, 첫째로 형광등에 공급되는 입력 전압을 강하시켜도 조도 변화를 시각적 감각으로 느끼지 못한다는 형광등의 특성을 이용하였으며, 둘째로 출력되는 전압을 변화시켜 주는 장치로 정역회전이 가능한 DC모터를 이용하여 접점을 변화시켜 출력 전압을 변화시키는 슬라이덕스를 이용하고 있다. 셋째로는, 형광등 초기에 점등시킬 때 입력 전압을 그대로 공급할 수 있도록 이에 필요한 지연 회로가 내장되어 있으며, 넷째 외부로부터 실내에 공급되는 광량의 변화를 감지하여 실내의 조도를 자동으로 조절하는 기능을 갖고 있다.

그러나, 위와 같은 기능을 갖고 있는 종래의 전압 제어 장치들은 다음과 같은 문제점을 안고 있다.

첫째, 단상용의 전기에만 사용할 수 있으며 3상 전기에는 사용할 수 없다. 둘째, 전압 변동을 위한 전압 변동기구로써 슬라이덕스만을 사용하기 때문에 대용량으로 제작하기 어려울 뿐만 아니라, 효율이 낮기 때문에 가격 대 성능비가 높아 비경제적이다. 셋째, 절전을 위하여 형광등의 최소 동작 전압(110V용으로는 98V, 220V용으로는 180V)으로 전압을 강하시켜 공급하므로, 형광등을 소등한 후에 다시 켜고자 하면 점등이 이루어지지 않는다. 넷째, 입력 전압이 변하면 이에 따라서 출력 전압도 같이 변하므로 형광등의 수명이 현저하게 감소한다. 다섯째, 창을 통하여 실내로 들어오는 빛에 감응하여 공급 전압을 변동시키므로 출력 전압이 수시로 변하여 형광등의 수명이 단축된다. 여섯째, 대부분의 절전 겸용 전압 제어장치는 부하에 걸리는 조명 기구를 형광등에만 적용할 수 있다.

이러한 여러 문제점은 소정의 절전 효과를 이룰 수 있는 기능은 제공하지만, 그에 비하여 형광등의 수명 단축, 효율의 저하로 인한 제품의 가격 대 성능비가 높아서 투자비 회수 기간이 길어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 출력되는 전압의 안정화를 통하여 조명 기구의 수명을 연장하고, 조명 기구의 종류를 다양화 할 수 있으며, 단상 및 3상용 절전 장치의 효율과 역률을 개선하여 투자비용을 조기에 회수할 수 있는 조명용 전원의 절전 제어 장치 및 절전 제어 방법을 제공한다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 절전을 위하여 부하에 공급되는 전압을 제어하는 절전 장치에 있어서, 입력되는 전압을 소정의 전압으로 변동시켜 주는 전압 변동부와; 상기한 전압 변동부의 변동하는 전압을 입력받아 소정의 전압으로 일정하게 출력해 주는 정전압 처리부와; 상기한 정전압 처리부로부터 전압을 입력받아 부하에 공급 또는 차단시켜 주는 출력 제어부와; 상기한 정전압 처리부의 출력단에 과부하가 걸릴 때에 출력을 부하로부터 분리시켜 주는 바이패스 처리부와; 입력 전압과 출력 전압 및 전류의 크기를 감지하는 감지 수단과; 상기한 감지 수단을 통하여 입력되는 전압과 출력되는 전압 및 전류를 파악하여 상기한 전압 변동부의 전압 변동율을 제어하고, 부하에 전기 공급을 제어하는 제어부와; 상기한 제어부에 연결되어 동작 상태를 디스플레이해 주는 디스플레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명용 전원의 절전 제어 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명은 조명용 전원의 전압 및 전류의 제어를 위하여 제어 방법을 제공하는데, 그 것은 최대의 절전 효과를 얻기 위하여 조명용 전원을 제어하는 방법에 있어서, 입력되는 전원의 전압과 부하의 크기를 감지하는 단계와; 상기한 단계에서 감지한 전원의 상태를 토대로 하여 부하를 정상적으로 작동시킬 수 있는 최소한의 전압을 유지하여 전원을 공급하다가, 과부하가 걸리면 출력 전압을 차단하는 단계와; 작동 정지 후에 재작동을 시작하면 입력 전압을 변동시켜 출력해 주는 시간을 최소한으로 하여 지연시간을 줄여 주는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명용 전원의 절전 제어 장치의 제어 방법을 제공한다.

이렇게 이루어진 본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 장치 및 절전 제어 방법은 출력되는 전압의 안정화를 통하여 조명 기구의 수명을 연장하고, 조명 기구의 종류를 다양화 할 수 있으며, 장치의 효율 및 역률을 개선하여 투자비용을 조기에 회수할 수 있는 등의 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 장치의 일부를 나타낸 회로도,

도 3은 본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 장치 및 절전 제어 방법의 구성 및 작용을 본 발명의 일 실시예를 통하여 상세하게 설명한다.

첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 장치의 일부를 나타낸 회로도이다. 그리고, 도 3은 본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

먼저, 본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 장치의 구성 및 작용을 설명하면, 그 구성은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 입력되는 전압을 소정의 전압으로 변동시켜 주는 전압 변동부(21),와; 상기한 전압 변동부(21)의 변동하는 전압을 입력받아 소정의 전압으로 일정하게 출력해 주는 정전압 처리부(24)와; 상기한 정전압 처리부(24)로부터 전압을 입력받아 부하에 공급 또는 차단시켜 주는 출력 제어부(25)와; 상기한 정전압 처리부(24)의 출력단에 과부하가 걸릴 때에 출력을 부하(26)로부터 분리시켜 주는 바이패스 처리부(41)와; 입력 전압과 출력 전압 및 전류의 크기를 감지하는 감지 수단(3)과; 상기한 감지 수단(3)을 통하여 입력되는 전압과 출력되는 전압 및 전류를 파악하여 상기한 전압 변동부(21)의 전압 변동율을 제어하고, 부하(26)에 전기 공급을 제어하는 제어부(1)와; 상기한 제어부(1)에 연결되어 동작 상태를 디스플레이해 주는 디스플레이(15)로 이루어진다.

그리고, 상기한 전압 변동부(21)는 슬라이덕스로 이루어지며, 이 슬라이덕스의 접점 변화는 DC 모터(22)를 이용하여 정역회전시켜 전압 변동율을 조정한다. 이 때, DC 모터(22)는 모터 드라이버(23)에 의하여 구동되는데, 이 모터 드라이버는 상기한 제어부(1)의 제어를 받아 동작한다.

상기한 정전압 처리부(24)는 슬라이덕스로 이루어진 전압 변동부(21)의 출력 전압을 입력받아 일정한 전압으로 유지시켜 출력시켜 주는 것으로 보통 트랜스포머를 이용하여 구성한다.

상기한 감지 수단(3)은 다수의 센서들로 이루어지는데, 먼저, 상기한 전압 변동부(21)의 입력단에 연결되어 입력되는 전압을 측정하는 입력 전압 센서(31)와, 상기한 정전압 처리부의 출력단에 연결되어 출력되는 전류의 크기를 측정하는 출력 전류 센서(32)와, 상기한 정전압 처리부(24)의 출력단에 연결되어 출력되는 전압을 측정하는 출력 전압 센서(33)와, 상기한 다수의 센서(31∼33)들의 출력을 증폭해 출력하는 다수의 앰프(34∼36)와, 측정하고자 하는 신호를 선택하여 상기한 제어부로 입력해 주는 셀렉터(37)와, 상기한 셀렉터(37)의 출력을 입력받아 소정의 디지털 신호로 변환시켜 주는 아날로그-디지털 컨버터(ADC, 38) 등으로 이루어진다.

한편, 상기한 바이패스 처리부(41)와 출력 제어부(25)는 제어부(1)의 제어를 받아 작동하는 릴레이드라이버(42, 43)에 의하여 연결 또는 차단되는 제어를 받게 된다.

그리고, 상기한 제어부(1)에는 전압 변동율의 상하한치를 설정할 수 있는 업/다운 스위치가 부가적으로 연결되어 있으며, 제어부(1)의 작동과 각종 데이터를 저장하는 메모리가 연결되어 있다.

전원 공급부(10)는 상기한 구성 요소들의 작동에 필요한 전원을 생산하여 공급해 준다.

이렇게 구성된 본 고안에 따른 조명용 전원의 절전 제어 장치의 작용을 도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 입력 전원(AC 110/220V)이 공급되고, 부하에 조명 기구 등이 연결되어 있는 상태에서 장치를 작동시키면, 제어부(1)는 입력 전압 센서(31), 출력 전압(33) 및 전류 센서(32)와 이들의 신호를 증폭시켜 주는 앰프(34∼35)와 그리고, 측정하고자 하는 신호를 선택해 주는 셀렉터(37)를 이용하여 입출력 상태를 측정한다.

제어부(1)는 입력 전원의 전압을 측정하고, 출력단에 연결된 부하의 양을 측정하여 적정 출력 전압을 산출한 다음, 전압 변동부(21)를 제어하여 전압을 변동시킨다.

변동된 전압을 입력받은 정전압 처리부(24)는 출력되는 전압을 안정적으로 유지하여 부하에 공급한다. 이 때, 정전압 처리부(24)의 출력을 부하에 연결시켜 주는 제어는 출력제어부(25)와 이를 구동시켜 주는 릴레이 및 드라이버(43)에 의하여 이루어진다.

그리고, 상기한 전압 변동부(21)의 전압 변동은 DC 모터(22)에 의하여 이루어지는데, 제어부(1)는 모터 드라이버(23)를 이용하여 전압 변동부(21)의 전압 변동율을 제어하게 된다.

여기서, 상기한 전압 변동부(21)는 슬라이덕스로 이루어지고, DC 모터(23)에 의한 전압 변동율 조정은 슬라이덕스의 접점 변화를 통하여 이루어진다.

그리고, 상기한 정전압 처리부(24)는 소정의 트랜스포머로 이루어져 출력되는 전압을 안정적으로 유지시켜 출력시켜 준다.

한편, 제어부(1)는 출력 전압 및 전류를 항상 감시하며 과부하가 걸리는지를 파악하면서, 과부하가 걸리면 바이패스 처리부를 제어하여 출력을 차단하여 회로를 보호하게 된다.

그리고, 각종 데이터 및 작동 상태를 표시해 주는 디스플레이(15)는 램프 또는 LED 등으로 구현될 수 있으며, 작동 상태를 자세하게 표현하기 위하여 LCD 패널을 채용하여 구현할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 발명인 조명용 전원의 절전 제어 방법에 대하여 상세하게 설명하면, 먼저, 조명용 전원의 절전 제어 방법은 도 3에 도시한 바와 같이,

부하에 공급되는 전원을 안정적으로 공급하고 전력 소모를 줄여 주는 제어를 수행하는 시스템의 제어 방법으로써, 부하의 종류와 전원 차단 이후 재공급을 개시할 때 지연되는 시간을 소정의 값으로 설정하는 단계(S1)와; 입력되는 전원의 상태와 부하량을 측정하는 단계(S2)와; 측정된 입력 전원의 상태와 부하의 양에 따라 적정 출력 전압을 설정하여 출력하는 단계(S3)와; 부하량의 변동을 측정(S4)하여, 변동이 생기면 부하량을 다시 측정하는 단계로 복귀하거나, 부하량의 변동이 없으면 부하를 차단하는지를 판단하는 단계(S5)와; 부하를 차단하지 않으면 상기한 부하량 변동을 판단하는 단계로 복귀하고, 아니면 재작동 여부를 판단하는 단계(S6)와; 재작동이 이루어지면 상기한 입력 전원 및 부하량을 측정하는 단계로 복귀하고, 아니면 제어를 종료하는 단계로 이루어진다.

이를 본 발명의 제 1발명인 조명용 전원의 절전 제어 장치를 인용하여 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 이 시스템을 작동시켜 전원을 공급하기 전에 시스템의 재작동 지연 시간과 부하의 종류 즉, 부하에 걸리는 조명 기구가 형광등인지 백열등인지를 설정한다. 이 때, 부하의 종류가 형광등일 경우에는 재작동 지연 시간을 설정해 주어야 하는데, 왜냐하면 형광등은 초기 점등 시에 방전시킬 수 있는 최소 전압이 필요한데 그 전압은 110V용일 때에는 98V이고, 220V용일 때에는 180V의 전압이 요구된다. 이렇게 형광등을 점등시키기 위해서 필요한 전압을 유지하기 위해서는 절전을 위해서 전압을 최소한의 유지 전압으로 강하하여 공급하는데 이 강하된 전압은 형광등의 경우 최소 방전 전압보다 낮을 수가 있다. 따라서 시스템을 정지시켰다가 다시 동작시키기 위해서는 출력되는 전압을 형광등 방전 최소 전압보다 높게 복귀시켜 놓아야 하는 것이다. 이에 걸리는 시간을 지연 시간이라고 한다.

이렇게 지연 시간 및 부하에 걸리는 조명 기구의 종류를 설정한 다음에는 부하에 걸리는 부하량 즉, 다수의 형광등이 소모하는 소모 전력량을 측정하고, 입력되는 전원의 전압을 측정한다. 이 때 입력되는 전원의 전압을 측정하는 이유는 상용 전기로 공급되는 전기는 일정한 전압으로 공급되는 것이 아니다. 왜냐하면, 전기가 생산될 때에도 법규에서 허용하는 오차인 표준 전압의 ±6%의 범위 내에서 변동되어 공급되고, 송전선으로 구리를 사용하고 있기 때문에 비록 저항이 작더라도 송전선의 길이가 길기 때문에 그 영향을 무시할 수 없어서 부하량의 변동에 따라 전압이 변동하게 되므로 수용가에게 공급되는 전압의 변동 폭은 더욱 커지게 되는 것이다.

이렇게 입력 전원의 전압과 연결된 부하량을 측정하여 부하에 걸린 형광등을 방전 개시시킨 다음, 지속적으로 방전 상태를 유지할 수 있는 최소 전압으로 변동시켜 부하에 공급하게 된다. 이 때 공급되는 전원의 전압은 그 전압 변동율을 최소화하여 공급해주어야 한다. 왜냐하면 형광등에 공급되는 전원의 전압 변동율이 심하면 형광 램프의 수명이 급속하게 줄어들기 때문이다. 따라서, 전력 소모를 줄임으로써 만회한 경제적 이익이 형광 램프 교환에 의한 손실로 인하여 줄어들거나 더욱 심한 낭비가 될 수 있는 것이다.

그리고, 출력 전원에 연결된 부하의 양 즉, 형광등이 소모하는 전력 소모량을 측정하여 그 양이 변동하면 출력 전압을 조정해 준다.

한편, 전원을 공급하는 도중에 모든 부하가 차단되는지를 감시하여 차단되었다가 다시 시스템이 재작동되면 상기한 재작동 지연시간 설정 단계에서 설정한 지연 시간을 토대로 그 지연 시간 이내에 시스템을 작동시킨다.

상기한 바와 같이 구성되어 작용하는 본 발명에 따른 조명용 전원의 절전 제어 장치 및 절전 제어 방법은 실내의 조명을 위한 전원의 효율을 크게 개선하고 출력되는 전압을 입력의 변동에 관계없이 일정하게 출력하여 조명 기구의 수명을 연장시켜 주는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 부하에 공급되는 단상 및 3상 전원을 제어하여 전력 소모를 줄여 주는 절전 장치에 있어서,

   입력되는 전압을 소정의 전압으로 변동시켜 주는 전압 변동부와; 상기한 전압 변동부의 변동하는 전압을 입력받아 소정의 전압으로 일정하게 출력해 주는 정전압 처리부와; 상기한 정전압 처리부로부터 전압을 입력받아 부하에 공급 또는 차단시켜 주는 출력 제어부와; 상기한 정전압 처리부의 출력단에 과부하가 걸릴 때에 출력을 부하로부터 분리시켜 주는 바이패스 처리부와; 입력 전압과 출력 전압 및 전류의 크기를 감지하는 감지 수단과; 상기한 감지 수단을 통하여 입력되는 전압과 출력되는 전압 및 전류를 파악하여 상기한 전압 변동부의 전압 변동율을 제어하고, 부하에 전기 공급을 제어하는 제어부와; 상기한 제어부에 연결되어 동작 상태를 디스플레이해 주는 디스플레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명용 전원의 절전 제어 장치.
2. 최대의 절전 효과를 얻기 위하여 조명용 전원을 제어하는 방법에 있어서,

   입력되는 전원의 전압과 부하의 크기를 감지하는 단계와; 상기한 단계에서 감지한 전원의 상태를 토대로 하여 부하를 정상적으로 작동시킬 수 있는 최소한의 전압을 유지하여 전원을 공급하다가, 과부하가 걸리면 출력 전압을 차단하는 단계와; 작동 정지 후에 재작동을 시작하면 입력 전압을 변동시켜 출력해 주는 시간을 최소한으로 하여 지연시간을 줄여 주는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명용 전원의 절전 제어 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기한 전압 변동부(21)는 접점의 위치 변동을 입력되는 전원의 전압을 승압 또는 강하시켜 출력해 주는 슬라이덕스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명용 전원의 절전 제어 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기한 정전압 처리부(24)는 소정의 입출력 비율을 갖는 트랜스포머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명용 전원의 절전 제어 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기한 바이패스 처리부(41) 및 출력 제어부(25)는 릴레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명용 전원의 절전 제어 장치.