KR100461509B1

KR100461509B1 - 전력절감기

Info

Publication number: KR100461509B1
Application number: KR1020040022150A
Authority: KR
Inventors: 정근광
Original assignee: (주) 에스아이이
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2004-12-13

Abstract

본 발명은 전력절감기에 관한 것으로, 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)와, 입력전원의 전압을 검출하고 검출된 전압에 따라 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)의 작동을 자동으로 제어하는 제어유닛(50), 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)를 보호하면서 출력전원의 고조파를 감쇄시키는 스위칭소자 보호유닛(60)이 구비되어진 구조로 되어, 제어유닛(50)에서 누전차단기(10)를 통해 입력되는 전원의 전압을 검출하여 적절한 강압이 이루어지도록 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)의 작동을 자동으로 제어하므로, 사용이 편리하게 되고, 전력변환시의 전력손실이 효과적으로 억제되며, 스위칭시의 충격과 소음발생이 방지되는 효과가 있다.

Description

전력절감기{Power saving unit}

본 발명은 전력절감기에 관한 것으로, 입력전원의 전압상태에 따라 자동으로 적절히 강압하여, 전력변환시의 전력손실을 효과적으로 억제하고, 스위칭시의 충격과 소음발생을 효과적으로 방지할 수 있도록 된 전력절감기에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 전력절감기는, 주권선과 여자권선을 매개로 입력전원을 전력변환할 때 전압을 적절히 강압하여 전력손실을 줄이는 장치로서, 통상 여자권선의 형태에 따라 병렬형 전력절감기와 직렬형 전력절감기 등으로 구분된다.

종래 병렬형 전력절감기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 단락·접지 등의 고장발생시 입력전원을 차단하는 누전차단기(10)와 ; 누전차단기(10)에 연결되어, 코어를 자화시키는 주권선(20) ; 주권선(20)에 연결되어, 전자기유도로 인한 기전력이 발생되는, 권선 수가 서로 다른 다수의 여자권선(31,32,33,34,35)들이 병렬로 연결되어진 병렬형 여자권선(30) ; 병렬형 여자권선(30)의 각 여자권선(31,32,33,34,35)들에 개별적으로 연결되어, 해당여자권선(31,32,33,34,35)을 선택적으로 출력라인에 연결하는 다수의 릴레이(R1,R2,R3,R4,R5) 및; 릴레이(R1,R2,R3,R4,R5)들의 작동을 제어하는 릴레이선택스위치(SW)로 이루어진다.

이의 작동상태를 개략적으로 설명해 보면, 우선 사용자가 입력전원 상태를 파악한 후에 릴레이선택스위치(SW)를 수조작하여, 다수의 릴레이(R1,R2,R3,R4,R5)들 중에서 적절한 강압을 위한 임의의 통전스위치만을 ON으로 전환한다. 여기서, 상기 병렬형 여자권선(30)의 여자권선(31,32,33,34,35)들은 권선 수가 서로 달리 되어 있어서, 주권선(20)과 제1여자권선(31)이 통전되어 강압될 때 가장 작은 전압차가 발생되고, 주권선(20)과 제5여자권선(35)이 통전되어 강압될 때 가장 큰 전압차가 발생된다.

한편, 종래 직렬형 전력절감기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 여자권선(31',32',33',34',35')들이 상호 직렬로 연결되어진 직렬형 여자권선(30')을 이용하고 있는데, 이의 구조와 작동상태는 상기 병렬형 전력절감기와 유사하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 직렬형 여자권선(30')은, 여자권선(31,32,33,34,35)들이 독립적으로 통전되는 상기 병렬형 여자권선(30)과는 달리, 각각의 여자권선(31',32',33',34',35')들이 어떤 통전스위치(41,42,43,44,45)가 ON상태로 전환되느냐에 따라서 점진적으로 누적되어 통전된다. 따라서, 직렬형 여자권선(30')의 여자권선(31',32',33',34',35')은 권선 수를 반드시 서로 달리할필요는 없다.

그러나, 이러한 종래 전력절감기는 작업자가 통전선택스위치(SW)를 직접 수조작하여 전력 강압을 조절하는 방식을 취하고 있으므로, 사용이 매우 불편하고, 입력전원의 전압에 따른 적절한 강압이 이루어지지 못하여 불필요한 전력손실이 초래되거나, 무리한 강압으로 인해 안정되지 못한 전력공급이 이루어지는 문제가 초래된다.

더욱이, 종래 전력절감기는, 기계적인 접점을 이루는 릴레이(R1,R2,R3,R4,R5)를 매개로 여자권선(31,32,33,34,35 ; 31',32',33',34',35')을 도통시키는 방식을 취하고 있어서, 출력전압이 계단식으로 이루어지게 되어 전력변환시에 전력손실이 크게 발생되고, 스위칭시에 아아크와 소음이 크게 발생하는 문제가 초래되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로, 입력전원의 전압상태에 따라 자동으로 적절히 강압하여, 전력변환시의 전력손실을 효과적으로 억제하고, 스위칭시의 충격과 소음발생을 효과적으로 방지할 수 있도록 된 전력절감기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 병렬형 전력절감기를 도시한 블럭도,

도 2는 종래 기술에 따른 직렬형 전력절감기를 도시한 블럭도,

도 3은 본 발명에 따른 병렬형 전력절감기를 도시한 블럭도,

도 4는 본 발명에 따른 병렬형 전력절감기의 응용예를 도시한 블럭도,

도 5는 본 발명에 따른 병렬형 전력절감기의 또다른 응용예를 도시한 블럭도,

도 6은 본 발명에 따른 직렬형 전력절감기의 일예를 도시한 블럭도이다.

- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어 설명 -

10 ; 누전차단기, 20 ; 주권선,

30 ; 병렬형 여자권선, 30' ; 직렬형 여자권선,

41,42,43,44,45 ; 반도체 스위칭소자, 50 ; 제어유닛,

60 ; 스위칭소자 보호유닛, 61 ; 직렬 리액터,

62 ; 콘덴서, 70 ; 출력유닛,

71 ; 시각신호출력유닛, 72 ; 청각신호출력유닛,

80 ; 노이즈제거유닛, 90 ; 바이패스라인 통전스위치,

100 ; 입력유닛.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단락·접지 등의 고장발생시 입력전원을 차단하는 누전차단기와 ; 누전차단기에 연결되어, 코어를 자화시키는 주권선 ; 주권선에 연결되어, 전자기유도로 인한 기전력이 발생되는 병렬형 또는 직렬형 여자권선 ; 병렬형 또는 직렬형 여자권선의 각 여자권선들에 개별적으로 연결되어, 해당 여자권선을 선택적으로 출력라인에 연결하는 다수의 통전스위치 및; 누전차단기를 통해 입력되는 입력전원의 전압을 검출하고, 검출된 전압에 따라 통전스위치의 작동을 자동으로 제어하는 제어유닛을 갖춘 전력절감기에 있어서, 상기 통전스위치는, 해당 여자권선과 주권선을 제어유닛으로부터의 제어신호 전압값에 상응하게 점진적으로 접속/단락하는 반도체 스위칭소자이고, 반도체 스위칭소자로의 고전압을 흡수하여 반도체 스위칭소자를 보호하면서, 출력전원의 고조파를 감쇄시키는 스위칭소자 보호유닛이 구비되어진 것을 특징으로 하는 구조로 되어 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3에 의하면, 본 발명에 따른 병렬형 전력절감기는, 단락·접지 등의 고장발생시 입력전원을 차단하는 누전차단기(10)와 ; 누전차단기(10)에 연결되어, 코어를 자화시키는 주권선(20) ; 주권선(20)에 연결되어, 전자기유도로 인한 기전력이 발생되는, 권선 수가 서로 다른 다수의 여자권선(31,32,33,34,35)들이 병렬로 연결되어진 병렬형 여자권선(30) ; 병렬형 여자권선(30)의 각 여자권선(31,32,33,34,35)들에 개별적으로 연결되어, 해당 여자권선(31,32,33,34,35)을 선택적으로 출력라인에 연결하는 다수의 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45) ; 누전차단기(10)를 통해 입력되는 입력전원의 전압을 검출하고, 검출된 전압에 따라 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)의 작동을 자동으로 제어하는 제어유닛(50) 및; 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)로의 고전압을 흡수하여 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)를 보호하면서, 출력전원의 고조파를 감쇄시키는 스위칭소자 보호유닛(60)로 이루어진다. 본 실시예의 경우, 상기 스위칭소자 보호유닛(60)으로는, 하이브리더로 구성된 직렬 리액터(61)와, 고조파제거 및 역률개선용 콘덴서(62)가 직렬로 연결되어진 것을 이용하였다.

상기 병렬형 전력절감기는, 제어유닛(50)에서 누전차단기(10)를 통해 입력되는 전원의 전압을 검출하여 적절한 강압이 이루어지도록 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)의 작동을 자동으로 제어한다.

상기 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)는, 기계적인 접점을 이루며 단순하게 ON과 OFF상태로 절환되는 릴레이(R1,R2,R3,R4,R5)와는 달리, 제어유닛(50)으로부터의 제어신호의 전압값(통상 0∼5V)에 상응하게 해당 여자권선(31,32,33,34,35)과 출력라인을 도통시킬 수 있다. 또한, 이러한 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)의 경우, 물리적인 접점으로 인한 소음은 발생되지 않는다.

따라서, 제어유닛(50)에서 제어신호의 전압값을 조절하여 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)가 점진적으로 도통되도록 하면, 출력전압이 계단식으로 되는 것을 방지할 수 있게 되므로, 전력변환과정에서의 전력손실을 크게 줄일 수 있게 된다.

한편, 상기 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)는 반도체 특성으로 인해서 스위칭시에 발생되는 전기적인 충격에 의해 손상될 위험이 있지만, 이는 제어유닛(50)에서 입력전원의 전압파형을 검출하여, 전압파형의 제로 점에서 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)를 도통시키면 손쉽게 해소할 수 있다.

상기 스위칭소자 보호유닛(60)은, 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)로의 고전압을 흡수하여 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)를 보호하는 기능과, 출력전원의 고조파를 감쇄시키는 기능을 수행할 수 있는 공지의 어떤 것이라도 모두 적용가능하다. 본 실시예의 경우, 하이브리더로 구성된 직렬 리액터(61)와, 고조파제거 및 역률개선용 콘덴서(62)가 직렬로 연결되어진 것을 스위칭소자 보호유닛(60)으로 이용하였다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어유닛(50)에 의해 작동 제어되어, 전력절감기의 작동상태를 사용자가 인식할 수 있도록 외부로 출력하는 출력유닛(70)을 보강 설치하면, 사용자가 출력유닛(70)을 통해 전력절감기의 작동상태를 손쉽게 파악할 수 있게 되는 잇점이 있다. 본 실시예의 경우, 디스플레이 등과 같이 입력전원의 전압값 등을 시각적으로 인식가능하게 출력하는 시각신호출력유닛(61)을 출력유닛(60)으로 이용하였다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)로부터 입력되는 전원의 노이즈를 제거한 후, 이를 스위칭소자 보호유닛(60)으로 출력하는 노이즈제거유닛(80)을 보강 설치하면, 전력 품질을 보다 향상시킬 수 있는잇점이 있다. 본 실시예의 경우, 노이즈제거기능을 하는 하이브리더로 구성된 리액터를 상기 노이즈제거유닛(80)으로 이용하였다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어유닛(50)에 의해 작동 제어되어, 누전차단기(10)로부터의 입력전원을 바이패스라인을 통해 출력라인으로 전달하는 바이패스라인 통전스위치(90)를 보강 설치하면, 강압하기에는 입력전원의 전압이 부적절하게 낮은 경우, 입력전원을 강압하지 않고 바이패스라인 통전스위치(90)를 통해서 출력라인으로 직접 출력할 수 있게 되는 잇점이 있다.

또한 필요에 따라서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어유닛(50)에서 출력전원의 전류를 검출하여 출력유닛(70)을 통해 누전의 위험을 경고토록 할 수도 있다. 이러한 경우, 경고방송을 출력하는 스피커 등과 같은 청각신호출력유닛(72)을 출력유닛(60)으로 이용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어유닛(50)의 작동을 제어하기 위한 입력유닛(100)을 보강 설치하여, 입력유닛(100)을 매개로, 누전 경고 기준 전류값을 조정하거나, 제어유닛(100)의 작동 조건을 임의로 조정할 수 있도록 한다.

도 6는 본 발명에 따른 직렬형 전력절감기의 일예를 도시한 블럭도로서, 도 5에 대한 대응도인 바, 다수의 여자권선(31',32',33',34',35')들이 상호 직렬로 연결되어진 직렬형 여자권선(30')을 이용하고 있다는 점 이외에는, 도 5에 도시된 병렬형 전력절감기와 그 구조가 유사하고, 이의 작동도 유사하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도내에서 보다 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

이상 상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)와, 입력전원의 전압을 검출하고 검출된 전압에 따라 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)의 작동을 자동으로 제어하는 제어유닛(50), 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)를 보호하면서 출력전원의 고조파를 감쇄시키는 스위칭소자 보호유닛(60)이 구비되어진 구조로 되어, 제어유닛(50)에서 누전차단기(10)를 통해 입력되는 전원의 전압을 검출하여 적절한 강압이 이루어지도록 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)의 작동을 자동으로 제어하므로, 사용이 편리하게 되고, 전력변환시의 전력손실이 효과적으로 억제되며, 스위칭시의 충격과 소음발생이 방지되는 효과가 있다.

Claims

단락·접지 등의 고장발생시 입력전원을 차단하는 누전차단기(10)와 ; 누전차단기(10)에 연결되어, 코어를 자화시키는 주권선(20) ; 주권선(20)에 연결되어, 전자기유도로 인한 기전력이 발생되는 병렬형 또는 직렬형 여자권선(30 ; 30') ; 병렬형 또는 직렬형 여자권선(30 ; 30')의 각 여자권선(31,32,33,34,35 ; 31',32',33',34',35')들에 개별적으로 연결되어, 해당 여자권선(31,32,33,34,35 ; 31',32',33',34',35')을 선택적으로 출력라인에 연결하는 다수의 통전스위치 및; 누전차단기(10)를 통해 입력되는 입력전원의 전압을 검출하고, 검출된 전압에 따라 통전스위치의 작동을 자동으로 제어하는 제어유닛(50)을 갖춘 전력절감기에 있어서,

상기 통전스위치는, 해당 여자권선(31,32,33,34,35 ; 31',32',33',34',35')과 주권선(20)을 제어유닛(50)으로부터의 제어신호 전압값에 상응하게 점진적으로 접속/단락하는 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)이고, 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)로의 고전압을 흡수하여 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)를 보호하면서, 출력전원의 고조파를 감쇄시키는 스위칭소자 보호유닛(60)이 구비되어진 것을 특징으로 하는 전력절감기.
제 1항에 있어서, 상기 제어유닛(50)에 의해 작동 제어되어, 전력절감기의 작동상태를 사용자가 인식가능하게 외부로 출력하는 출력유닛(60)이 구비되어진 것을 특징으로 하는 전력절감기.
제 2항에 있어서, 상기 제어유닛(50)에서 출력전원의 전류를 검출하여 출력유닛(60)을 통해 누전의 위험을 경고하는 것을 특징으로 하는 전력절감기.
제 3항에 있어서, 제어유닛(50)의 작동을 제어하기 위한 입력유닛(100)이 구비되어진 것을 특징으로 하는 전력절감기.
제 1항에 있어서, 상기 반도체 스위칭소자(41,42,43,44,45)로부터 입력되는 전원의 노이즈를 제거한 후, 이를 스위칭소자 보호유닛(60)으로 출력하는 노이즈제거유닛(80)이 구비되어진 것을 특징으로 하는 전력절감기.
제 1항에 있어서, 상기 제어유닛(50)에 의해 작동 제어되어, 누전차단기(10)로부터의 입력전원을 바이패스라인을 통해 출력라인으로 전달하는 바이패스라인 통전스위치(90)가 구비되어진 것을 특징으로 하는 전력절감기.