KR100264681B1 - 전원절체기의 동작제어방법 및 그 회로구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 A전원 및 전원의 교류전원절체에 있어서, 전원절체시의 아크발생을 방지하여 최적의 절체작동을 수행할 수 있는 동작제어방법 및 이 방법을 수행하기 위한 회로구조에 관한 것이다.
본 발명은 한 전원공급원으로의 절체를 전원절체의 동작 제어에 있어서, 한 전원공급원으로부터의 위상 순시값이 특정값에 도달한 시각을 감지하는 단계; 타 전원공급원으로부터의 위상 순시값이 특정값에 도달한 시각을 감지하는 단계; 그리고, 상기 양 단계에서의 시간간격을 판단하는 단계를 포함하여 구성되어, 양 전원의 위상차가 소정범위 이내에서 전원절체가 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원절체기의 동작 제어방법을 제공함으로써, 양 전원의 제로 크로스점(전압 0점)간의 시간간격을 측정하는 것에 의하여 양 전원의 위상차를 검출할 수 있으므로, 위상차 검출부의 회로구성이 간단해지므로, 제품의 원가를 절감할 수 있으며, 작동신뢰성을 향상시키는 기술적 효과를 제공한다.
또한 본 발명에 따른 전원절체방법은 전원절체기의 접점부에서의 아킹에 의한 절체기의 손상 및 관련회로소자의 손상을 방지하는 기술적 효과를 제공함과 동시에, 교류전원 공급원간의 무정전 절체기에도 적용될 수 있다.

Description

전원절체기의 동작제어방법 및 그 회로구조
본 발명은 A전원 및 B전원의 교류전원절체에 있어서, 전원절체시의 아크발생을 방지하여 최적의 절체작동을 수행할 수 있는 전원절체동작의 제어방법 및 이 방법을 수행하기 위한 회로구조에 관한 것이다.
전원의 절체란 전기설비에 공급되는 전원소스를 변경하는 것을 말한다. 예를 들어, 주전원으로 전원공급을 받고 있다가 주전원이 정전되면, 자가발전설비를 가동하고 이로부터 전원공급을 받도록 그 전원공급원을 절환하는 것을 말한다.
이때에 예비전원으로서는 별도의 발전설비를 가동하는 방식이 있을 수 있으며, 또는 송전선로를 별개로 구성하여 상시 대기하고 있는 타 전원을 사용하는 방식도 있을 수 있다.
이러한 전원절체장치에 있어서는 그 작동의 신뢰성, 신속성 및 안정성이 요구된다.
즉, 전원절체장치 및 그 시스템은 유사시 예비전원이 신속히 공급될 수 있어야 하며, 전원절체시의 아크발생으로 인한 서지전압 발생을 가급적 줄여야 하며, 이러한 전원절체 과정을 반복하여 사용하여도 그 정확한 동작이 보장되어야 한다.
한편, 교류전원은 시간에 따라 그 전압이 변화한다. 주파수 60Hz의 교류전원인 경우 그 전압값의 변화는 1초의 기간 동안에 60회의 변화율로 변화한다.
이러한 교류전원의 특성에 따라, 하나의 교류전원 공급원에서 다른 공급원으로 그 공급원을 절체하는 경우에는 양 전원의 전압, 주파수외에 양 전원의 위상변화를 고려하여야 한다.
그러나 종래기술의 전원절체장치는 주전원의 정전시 이를 감지하여, 예비전원으로 전환시키는 작동을 자동으로 수행해도록 한 것뿐으로서, 양 전원의 위상변화를 고려하는 절체방식을 채용하지 않고 있다.
따라서, 종래의 전원절체장치를 교류전원간의 전원절체에 사용하는 경우, 양 전원의 위상 중첩에 의하여 전원절체기의 절체접점에 아킹이 발생한다는 문제점이 발생한다.
이러한 아킹에 의하여, 통상의 전원전압의 2배 이상의 순간전압 파형이 회로에 인가될 수 있으므로, 회로소자의 내압을 넘어서서 전압이 인가되는 결과가 되어 전원절체기의 고장발생 또는 관련 회로소자의 열화 내지는 손상을 유발하기도 한다.
본 발명은 상술한 종래의 전원절체장치의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 양 전원의 위상을 감지하고 이를 비교하여 전원의 절체를 행할 수 있는 전원절체의 동작제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 동작제어방법을 적용하여 전원 절체를 수행할 수 있는 전원절체기의 제어회로구조를 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 전원절체 제어부의 회로구성의 일례를 나타낸 회로도.
제2도는 본 발명에 따른 전원절체 제어부의 동작흐름을 보인 동작흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
D1,D2 : 정류용 다이오드 R1,R2,R3,R4 : 전압분배용 저항기
ST1,ST2 : 연산증폭기
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하나의 전원공급원으로부터 다른 전원공급원으로의 절체를 행하는 절원절체수단으로 전원절체기의 동작을 제어하는 방법에 있어서, 하나의 전원공급원으로부터 위상 순시값이 제로 크로스점에 도달한 시각을 감지하는 단계; 다른 한 전원공급원으로부터의 위상 순시값이 제로 크로스점에 도달한 시각을 감지하는 단계; 상기 양 단계에서의 감지순간의 시간 간격을 판단하는 단계; 및 양전원의 제로 크로스점(전압 0점) 간의 시간간격을 측정함에 의거한 두 위상의 차이가 소정범위 이하인 일정 시간 간격 내에서 전원을 절체하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전원절체기의 동작 제어방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 하나의 전원공급원으로부터 다른 전원공급원으로의 절체를 행하는 전원절체수단에 의해 동작이 제어되는 전원절체기의 제어회로구조에 있어서, 하나의 전원공급원으로부터 위상 순시값이 제로 크로스점에 도달한 시각을 감지하기 위한 제1 슈미트 트리거 수단; 다른 한 전원공급원으로부터의 위상 순시값이 제로 크로스점에 도달한 시각을 감지하기 위한 제2 슈미트 트리거 수단; 상기 두 개의 슈미트 트리거 수단으로부터의 위상신호를 입력받고, 양 슈미트 트리거 수단에서의 감지순간의 시간 간격을 판단하는 마이크로프로세서를 포함하며, 상기 마이크로프로세서는, 양전원의 제로 크로스점(전압 0점) 간의 시간간격을 측정함에 의거한 두 위상의 차이가 소정 범위 이하인 일정 시간 간격 내에서 전원 절체가 이루어지도록 전원절체제어신호를 전원절체수단에 출력함을 특징으로 하는 전원절체기의 회로구조를 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기술적 작용 및 그 효과를 설명한다.
먼저 제1도를 참조하여 본 발명에 따른 전원절체기의 제어회로구조의 일 실시예를 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 제어회로는 하나의 전원공급원(이하 주전원이라 한다) 및 다른 전원공급원(이하 예비전원이라 한다)으로부터의 전원위상을 각각 감지한다.
이 회로는 주전원으로부터 입력되는 교류전압을 정류하기 위한 다이오드(D1), 예비전원으로부터 입력되는 교류전압을 정류하기 위한 다이오드(D2), 정류된 직류전압을 분압하여 연산증폭기의 정단자(+)에 입력하기 위한 전압분배저항기(R1, R2, R3, R4), 연산증폭기의 부단자(-)에 기준전압 신호를 입력하기 위한 전압분배 저항기(R13), 그리고 슈미트 트리거 특성을 갖는 연산증폭기(ST1, ST2)를 포함하여 구성된다.
슈미트 트리거 연산증폭기(ST1, ST2)의 부단자(-)는 전압분배저항기(R13)를 통하여, 기준전압을 공통으로 입력받는다. 따라서, 공통의 기준전압 바탕하에서, 정단자(+)를 통해 입력되는 주전원의 전압값 또는 예비전원의 전압값에 따라서, 각각의 연산증폭기(ST1, ST2)가 작동한다.
연산증폭기(ST1)의 정단자(+)에는 주전원으로부터 정류된 맥류전압이 입력된다. 이때의 전압파형은 반파정류파이다. 이와 같이 변화하는 맥류전압은 전압분배 저항기(R1, R2)를 거쳐 연산증폭기(ST1)에 입력된다. 이때 연산증폭기(ST1)의 부단자(-)에는 동작전원(Vcc)을 분압한 일정한 기준값이 입력된다. 따라서, 정단자의 전압값이 부단자의 전압값보다 상승하여 기준값을 초과하는 순간, 연산증폭기(ST1)는 동작하여 하이(HIGH) 출력을 마이크로 프로세서(도면 미도시)에 입력한다. 또한 정단자의 전압값이 기준값보다 작아지는 순간, 로우(LOW)의 출력이 마이크로 프로세서에 입력된다.
반면, 연산증폭기(ST2)의 정단자(+)에는 예비전원으로부터 정류된 맥류전압이 입력된다. 이때의 정류파형은 반파정류파이다. 이와 같이 변화하는 직류전압은 전압분배저항기(R3, R4)를 거쳐 연산증폭기(ST2)에 입력된다. 이때, 연산증폭기(ST2)의 부단자(-)에는 동작전원을 분압한 일정한 기준값이 입력된다. 따라서, 정단자의 전압값이 부단자의 전압값보다 상승하여 기준값을 초과하는 순간, 연산증폭기(ST2)는 동작하여 하이(HIGH) 출력을 마이크로 프로세서에 입력한다. 또한 정단자의 전압값이 기준값보다 작아지는 순간, 로우(LOW)의 출력이 마이크로 프로세서에 입력된다.
따라서, 입력전원의 주파수가 60Hz인 경우, 1/60초 즉 16,67ms의 주기로 주전원의 위상신호가 하이(HIGH)로서 마이크로 프로세서에 입력되고, 주파수가 50Hz인 경우에는 1/50초 즉 20ms의 주기로 주전원의 위상신호가 입력된다. 또한 주파수 60Hz에서, 마찬가지로 1/60초 즉 16,67ms의 주기로 예비전원의 위상신호가 하이(HIGH)로서 마이크로 프로세서에 입력되고, 주파수 50Hz에서는 1/50초 즉 20ms의 주기로 예비전원의 위상신호가 입력된다.
마이크로 프로세서는 상기 양 위상신호 입력의 시간차를 측정하여 양 전원의 동기성을 판단한다. 예를 들어, 주전원으로부터의 위상신호가 입력되고 나서, 16.67/2ms 즉, 8.335ms 후에 예비전원으로부터 위상신호가 입력되면, 양 전원은 180°의 위상차를 갖고 있음을 판단할 수 있다. 따라서, 마이크로 프로세서는 양 전원입력으로부터의 위상신호 간격이 0에 접근할수록, 양 위상이 근접하다고 판별하며, 양 전원입력으로부터의 위상신호 간격이 8.335ms에 접근할수록, 양 위상은 정반대의 위상이라고 판별할 수 있다.
한편, 주전원은 통상 한국전력측으로부터 공급받는바, 그 주파수는 비교적 안정되지만, 자가 발전시설로부터 예비전원을 공급받는 경우에는 그 주파수는 변동폭이 크다. 따라서 예컨대, 주전원의 주파수가 60Hz로 고정되어 있고, 예비전원의 주파수가 50Hz라면, 양전원은 20/16.67=1.2초를 주기로 위상의 동기 및 비동기를 반복한다. 즉, 1.2초를 주기로 제로 크로스점(전압 0점)이 일치한다. 그리고 이러한 제로 크로스의 주기는 양 전원의 주파수차가 클수록 그 주기는 짧고, 양 전원의 주파수차가 작을수록 그 주기는 길다.
따라서, 주전원과 예비전원간의 절체를 수행하는 데 있어서, 양 전원의 위상이 동기되는 순간 전원절체를 수행한다면, 절체기의 접점 양단간의 아킹발생이 감소될 수 있다.
제2도는 본 발명에 따른 동작제어방법의 동작흐름을 보인 동작흐름도이다.
이 동작흐름도는 마이크로 프로세서에서의 위상비교제어 프로그램 서브루틴에 대한 것이다.
상술한 바와 같이, 마이크로 프로세서는 연산증폭기(ST1)를 통하여 A전원의 위상신호를 입력받는다(S102단계). 그 후, B전원의 위상신호의 입력을 대기한다. 이를 위하여 A전원의 위상신호입력이 있으면, 타이밍 카운트 수단(도면 미도시)을 리세트하여 B전원으로부터의 위상신호입력이 있을 때까지 카운트를 계속하도록 할 수 있다.
B전원으로부터는 연산증폭기(ST2)를 통하여 위상신호가 입력된다(S104단계). 이때에는 상기 카운트 수단의 카운트를 중지시키고 카운트값 즉 양 입력간의 시간차를 계산할 수 있다.
그 후, 양 신호의 시간차를 소정의 설정범위(X)와 비교하는 위상차 비교단계(S106)가 수행된다. 여기서의 설정범위는 사용자에 의하여 그 값이 설정될 수 있다. 예를 들어, 위상차의 범위를 10%로 설정하였다면, 상기 양 신호가 1.67ms(16.67/100×10)의 시간간격안에서 입력된 경우에 비교결과를 예(Y)로 출력한다.
반면, 상기 비교단계(S106)에서의 비교결과가 아니오(N)이면, 다시 A전원의 위상신호 입력단계(S102)로 되돌아가며 이러한 사이클내를 순환한다.
상기 비교단계(S106)에서의 비교결과가 예(Y)이면, 절체제어신호가 출력된다(S108). 따라서, 전원절체수단이 동작하여 A전원 및 B전원간의 전원절체가 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 위상비교방법은 양 전원의 제로 크로스점(전압 0)간의 시간간격을 측정하는 것에 의하여 양 전원의 위상차를 검출할 수 있으므로, 위상차 검출부의 회로구성이 간단해지므로, 제품의 원가를 절감할 수 있으며, 작동신뢰성을 향상시키는 기술적 효과를 달성한다.
또한 본 발명의 전원절체제어 회로는 전원의 절체시 양 전원의 위상의 차를 감지하여, 최적의 절체시간에 절체작동을 이룰 수 있게 하므로, 전원절체기의 접점부에서의 아킹에 의한 절체기의 손상 및 관련회로소자의 손상을 방지하여 제품의 수명을 연장하고 고장을 방지하는 기술적 효과를 달성한다.
또한 본 발명에 따른 전원절체방법은 교류전원간의 무정전 절체기에 적용될 수 있다.
본 발명은 특정한 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명되고 있지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신 또는 원리는 전원변환 시스템에서 다양한 형태로 구현될 수 있음은 당분야의 업자에게 명백할 것이다.

Claims (2)

  1. 하나의 전원공급원으로부터 다른 전원공급원으로의 절체를 행하는 절원절체수단으로 전원절체기의 동작을 제어하는 방법에 있어서, 하나의 전원공급원으로부터 위상 순시값이 제로 크로스점에 도달한 시각을 감지하는 단계; 다른 한 전원공급원으로부터의 위상 순시값이 제로 크로스점에 도달한 시각을 감지하는 단계; 상기 양 단계에서의 감지순간의 시간 간격을 판단하는 단계; 및 양전원의 제로 크로스점(전압 0점) 간의 시간간격을 측정함에 의거한 두 위상의 차이가 소정범위 이하인 일정 시간 간격 내에서 전원을 절체하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전원절체기의 동작 제어방법.
  2. 하나의 전원공급원으로부터 다른 전원공급원으로의 절체를 행하는 전원절체수단에 의해 동작이 제어되는 전원절체기의 제어회로구조에 있어서, 하나의 전원공급원으로부터 위상 순시값이 제로 크로스점에 도달한 시각을 감지하기 위한 제1 슈미트 트리거 수단; 다른 한 전원공급원으로부터의 위상 순시값이 제로 크로스점에 도달한 시각을 감지하기 위한 제2 슈미트 트리거 수단; 상기 두 개의 슈미트 트리거 수단으로부터의 위상신호를 입력받고, 양 슈미트 트리거 수단에서의 감지순간의 시간 간격을 판단하는 마이크로 프로세서를 포함하며, 상기 마이크로 프로세서는, 양전원의 제로 크로스점(전압 0점) 간의 시간간격을 측정함에 의거한 두 위상의 차이가 소정 범위 이하인 일정 시간 간격 내에서 전원 절체가 이루어지도록 전원절체제어신호를 전원절체수단에 출력함을 특징으로 하는 전원절체기의 회로구조.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR890005952A (ko) * 1987-09-30 1989-05-17 서주인 브러시레스모우터 및 그 구동회로
KR970055350A (ko) * 1995-12-20 1997-07-31 양승택 동기원 입력 자동 절체 장치

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