KR100501486B1 - 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기 - Google Patents

순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기 Download PDF

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Abstract

이 발명은, 자동 전압 조절기에서 비례 변압기 탭 전환부를 종래 트라이액과 저항의 직렬 조합으로 구성하고 순차적인 탭 전환 방식으로 제어하던 것을 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module) 단독으로 구성하고 순시적인 탭 전환 방식으로 제어하여, 역 전압 특성과 동작 서지 전류 등 전기적 특성을 강화하여 고장 발생을 방지하는 한편, 비례 변압기 탭 전환부의 순시 제어로 즉각적으로 출력 전압을 안정화시키며, 동시 동작 상태(단락 상태)를 방지하여 비례 변압기 탭 전환부의 소손을 방지하여 유지 보수의 비용을 절감하는 한편, 고가의 저항 제거에 의한 생산 원가 절감과 전력 손실(정격 용량의 4%)도 제거하는 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 이 발명은, 주 변압기 1차측의 전압을 보상 조정하여 출력 전압을 규정치 이내로 안정화시키는 자동 전압 조절기에 있어서, 양측의 비례 변압기 탭 전환부는, 전력 반도체 스위칭 소자인 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module)이고, 제어부는, 상기 비례 변압기 탭 전환부에 동작 신호를 인가할 때 이미 동작 중인 다른 비례 변압기 탭 전환부의 정지 동작을 확인한 후에 인가하여 동시 동작 상태(단락 상태)를 방지하게 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기{Instantaneous tap conversion type automatic voltage regulator}
이 발명은 자동 전압 조절기(Automatic voltage regulator)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비례 변압기 탭 전환부에 전기적 특성이 좋은 반도체 스위치 소자인 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module)을 적용하고 순시적인 탭 전환 방식의 제어를 통해 신속한 출력 전압 안정화를 실현하고 동시 동작 상태(단락 상태)를 방지하여 유지 보수의 비용을 절감하는 한편 생산 원가 절감과 전력 손실도 제거하는 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기에 관한 것이다.
일반적으로 자동 전압 조절기는, 입력 전압이나 부하 변동에 의해 변동되는 출력 전압을 출력 전압 검출단에서 검출하여 검출된 출력 전압이 자동 전압 조절기의 출력 전압 규정 허용치를 벗어나게 되면 제어부의 제어 신호에 의하여 비례 변압기의 일 탭 전환부의 일 탭과 타 탭 전환부의 일 탭이 공동 연결부에 의하여 적절하게 조합 연결되면서 통전되어 비례 변압기 탭의 권선에 의하여 정해진 전압이 보상 변압기의 2차 측에 유도되고, 다시 보상 변압기의 1차 측과 2차 측의 권선비에 의하여 1차 측으로의 보상 전압에 의하여 주 변압기의 1차측 전압을 보상 조정함으로써 출력 전압을 규정치 전압 이내로 안정화시키는 장치이다.이러한 일반적인 자동 전압 조절기에 대해 종래 기술에 따른 자동 전압 조절기의 회로도인 도 1을 참조하면서 설명하면 다음과 같다.종래 자동 전압 조절기는, 입력단(H1, N1), 보상 변압기(10), 비례 변압기(20), 비례 변압기 탭 전환부(40a, 40b), 주 변압기(30), 보조 스위치(MG1), 비상 스위치(50a), 제어부(60a)와 출력단(H2, N2)으로 구성되며, 도시하지 않았지만 자동 전압 조절기의 작동 또는 정지 구동을 위해 입력단(H1) 이전에 직렬로 메인 스위치(NO-FUSE BREAKER)가 연결되어 있고, 다음의 모든 구성 요소들은 입력단(H1) 이후부터 구성된다.보다 구체적으로 설명하면, 배선용 차단기(커버 나이프 스위치 또는 노 퓨즈 브레이커 사용)를 사용한 비상스위치(50a)가 입력단(H1)의 일단(BY-PASS)과 주 변압기(30) 1차 측의 일단인 14 간에 직렬 연결되어 자동 전압 조절기의 고장 발생시 한전 전원을 주 변압기(30)로 비상 연결(수동 작동)하여 출력단(H2, N2)으로 전원을 공급한다.그리고, 비상 스위치(50a)의 일단과 연결된 상기 입력단(H1)과 보상 변압기(10) 1차 측의 일단 12 간에 자동 전압 조절기의 회로별(3상 입력 전원시 상 회로별 설치) 작동 또는 정지 구동을 위한 보조 스위치로서 마그네틱 스위치(MG1)가 연결된다.또한, 보상 변압기(10)의 1차 측 타단 13 은 비상 스위치(50a)의 일단과 주 변압기(30) 1차 측의 일단 14 과 공동 연결되어 주 변압기 1차 측 14 으로 보상 전압(V12-13 = N1 ÷ N2 × V9-11)을 공급한다.그리고, 보상 변압기(10)의 2차 측 9, 11 은 비례 변압기(20)의 탭(①, ⑥)과 각각 연결되어 비례 변압기(20)의 탭 전압의 조합에 의하여 조합 유도 전압이 발생된다.또한, 주 변압기(30)의 1차 측 중간 탭 15 와 일단 16 은 비례 변압기(20)의 탭(⑨, ⑧)과 입력단(N1)에 연결되어 비례 변압기(20)에 일정한 전압(110V)을 공급함으로써 비례 변압기(20) 탭의 권선에 의하여 정해진 탭 전압을 유기 발생시킨다.그리고, 순간 전류 제한용 및 트라이액 보호용 저항(Ra, Rb)과 트라이액(TRCa, TRCb) 일단 T2 의 직렬 연결로 구성된 일체가 각각 4개씩(X4) 구성된 비례 변압기 탭 전환부(40a)는, 비례 변압기(20)의 탭(①, ②, ③, ④)과 공동 연결부(70)의 일 측단(ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ) 간에, 그리고 변압기 탭 전환부(40b)는 비례 변압기(20)의 탭(⑤, ⑥, ⑦, ⑧)과 공동 연결부(70)의 타 측단(ⓔ, ⓕ, ⓖ, ⓗ) 간에 일대일 연결되어 제어부(60a)의 동작 신호(G40a, G40b)에 의하여 일 탭 전환부(40a)의 일 탭과 타 탭 전환부(40b)의 일 탭이 공동 연결부(70)로 통전되어 비례 변압기(20)에 의한 보상 변압기(10)로의 조합 유도 전압을 유기시킨다.또한, 주 변압기(30)의 2차 측 17, 18 은 출력단(H2, N2)과 제어부(60a)의 출력 전압 검출단(⑩, ⑪)에 연결되고, 연결된 제어부(60a)의 출력 전압 검출단(⑩, ⑪)은 출력 전압의 변동을 검출하여 검출된 출력 전압이 예를 들면 ±2％의 범위로서 규정 전압 허용치를 벗어나면 탭 전환부(40a, 40b) 트라이액에 게이트 동작(ON) 신호(G40a, G40b)를 인가하여 트라이액이 동작함으로써 통전되어 비례 변압기(20) 탭의 권선에 의하여 정해진 탭 전압의 조합 연결로 보상 변압기(10)의 2차 측에 전압(V9-11)이 유도되고, 보상 변압기(10)의 1차 측과 2차 측의 권선비에 의하여 1차 측으로의 보상 전압(V12-13 = N1 ÷ N2 × V9-11)으로서 주 변압기(30)의 1차 측 전압(V14-16 = Vin - V12-13)을 보상 조절한다.상기에서 보상 조절된 주 변압기(30)의 1차 측 전압(V14-16)에 의하여 출력 전압(Vout = V17-18 = N4 ÷ N3 × V14-16)을 조절한 후 다시 제어부(60a)의 출력 전압 검출단(⑩, ⑪)에 의하여 보상 조절된 출력 전압을 다시 검출하여 규정 전압 허용치를 벗어나면 재 보상 조절된 출력 전압이 규정 전압 허용치의 요구 조건을 만족할 때까지 순차적으로 변압기 탭 전환부(40a, 40b)의 트라이액을 동작시켜 출력 전압(Vout = V17-18 = N4 ÷ N3 × V14-16)을 조절하게 된다.그러나, 이와 같은 종래 기술의 자동 전압 조절기는 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다.첫째, 입력 전압의 변동이나 부하 변동에 의하여 변동되는 출력 전압을 규정 전압 허용치 내로 안정화시키기 위해 순차적으로 변압기 탭 전환부(40a, 40b)의 트라이액을 동작시켜야 하기 때문에 출력 전압 안정화 응답 속도가 지연되는 문제점과,둘째, 변압기 탭 전환부(40a, 40b)의 보호, 트라이액의 순간 전류 제한용 및 트라이액 보호용 저항 때문에 저항에서의 커다란 전력 손실(정격 용량의 4%)과 그에 따른 자동 전압 조절기의 내부 온도가 상승하게 되는 문제점과,셋째, 특히 입력 전압이나 부하의 커다란 변동 발생시 순차적인 트라이액의 탭 전환으로 인한 동시 동작 상태의 트라이액 발생(예를 들면, ⑤와 ⓔ 간 탭 전환 트라이액과 ⑥과 ⓕ 간 탭 전환 트라이액의 동시 동작 상태로 인한 단락 회로 발생)으로 순간 단락 전류에 의한 트라이액과 순간 전류 제한용 및 트라이액 보호용 저항의 빈번한 소손이 발생되는 문제점이 있게된다.
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상기의 문제점을 해결하기 위해 이 발명은, 자동 전압 조절기에서 비례 변압기 탭 전환부를 종래 트라이액과 저항의 직렬 조합으로 구성하고 순차적인 탭 전환 방식으로 제어하던 것을 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module) 단독으로 구성하고 순시적인 탭 전환 방식으로 제어하여, 역 전압 특성과 동작 서지 전류 등 전기적 특성을 강화하여 고장 발생을 방지하는 한편, 비례 변압기 탭 전환부의 순시 제어로 즉각적으로 출력 전압을 안정화시키며, 동시 동작 상태(단락 상태)를 방지하여 비례 변압기 탭 전환부의 소손을 방지하여 유지 보수의 비용을 절감하는 한편, 고가의 저항 제거에 의한 생산 원가 절감과 전력 손실(정격 용량의 4%)도 제거하는 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 이 발명은, 입력단에 인가되는 전원을 변압하여 출력단에 공급하는 주 변압기와; 상기 주 변압기의 1차 측 중간 일 탭에 연결되어 상기 주 변압기로부터 일정 전압을 공급받아 양측 탭의 권선 조합에 의하여 정해진 탭 전압을 유기 발생시키는 비례 변압기와; 상기 출력단에서 검출된 출력 전압이 규정 허용치를 유지하도록 하는 제어 신호를 발생하는 제어부와; 상기 비례 변압기의 일측 탭과 공동 연결부의 일 측단간, 그리고 상기 비례 변압기의 타측 탭과 공동 연결부의 타 측단간에 다수 개가 일대일로 각각 연결되어, 상기 제어부에서 발생된 제어 신호에 의해 상기 일측 탭과 타측 탭의 조합에 의해 정해진 상기 공동 연결부와 일대일로 연결된 탭에 의한 유도 전압이 상기 비례 변압기에서 유기되게 하는 양측의 비례 변압기 탭 전환부와; 상기 주 변압기 1차 측의 일단에 연결되어, 상기 비례 변압기에서 유기 발생시킨 유도 전압을 공급받아 상기 주 변압기 1차 측으로 보상 전압을 공급하는 보상 변압기;로 이루어져, 상기 주 변압기 1차측의 전압을 보상 조정하여 출력 전압을 규정치 이내로 안정화시키는 자동 전압 조절기에 있어서, 상기 양측의 비례 변압기 탭 전환부는, 전력 반도체 스위칭 소자인 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module)이고, 상기 제어부는, 상기 비례 변압기 탭 전환부에 동작 신호를 인가할 때 이미 동작 중인 다른 비례 변압기 탭 전환부의 정지 동작을 확인한 후에 인가하여 동시 동작 상태(단락 상태)를 방지하게 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기를 제공하는 것을 특징으로 한다.이하에서는, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부하는 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 이 발명의 실시 예에 따른 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기는, 상기 비례 변압기(20)가 입력단(H1, N1)에 인가되는 전원을 변압하여 출력단(H2, N2)에 공급하는 주 변압기(30)의 1차 측 중간 일 탭 15 와 일 단 16 에 연결되어 상기 주 변압기(30)로부터 일정 전압(예를 들면, 110V)을 공급받아 양측 탭의 권선 조합에 의하여 정해진 탭 전압을 유기 발생시킨다.상기 양측의 비례 변압기 탭 전환부(40c, 40d)는, 전력 반도체 스위칭 소자인 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module)로 이루어져, 상기 제어부(60b)에서 출력단에서 검출된 출력 전압이 규정 허용치를 유지하도록 하는 발생하는 제어 신호에 의해, 상기 비례 변압기(20)의 일측 탭과 공동 연결부(70)의 일 측단간, 그리고 상기 비례 변압기(20)의 타측 탭과 공동 연결부(70)의 타 측단간에 다수 개가 일대일로 각각 연결된 상태에서, 상기 일측 탭과 타측 탭의 조합에 의해 정해진 상기 공동 연결부(70)와 일대일로 연결된 탭에 의한 유도 전압이 상기 비례 변압기(20)에서 유기되게 통전한다.구체적으로, 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module) 각각 4개씩(X4) 구성된 비례 변압기 탭 전환부(40c)는, 비례 변압기 탭(①, ②, ③, ④)과 공동 연결부(70)의 측단(ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ)간에, 그리고 변압기 탭 전환부(40d)는 비례 변압기 탭(⑤, ⑥, ⑦, ⑧)과 공동 연결부(70)의 타 측단(ⓔ, ⓕ, ⓖ, ⓗ) 간에 일대일 연결되어 제어부(60b)의 순시 동작 신호(G40c, G40d)에 의하여 일 탭 전환부(40c)의 일 탭과 타 탭 전환부(40d)의 일 탭이 공동 연결부(70)로 통전되어 비례 변압기(20)에 의한 보상 변압기(10)로의 조합 유도 전압을 유기시킨다.이 경우, 제어부(60b)에서는, 상기 비례 변압기 탭 전환부(40c, 40d)에 동작 신호를 인가할 때 이미 동작 중인 다른 비례 변압기 탭 전환부의 정지 동작을 확인한 후에 인가하여 동시 동작 상태(단락 상태)를 방지하게 제어 신호를 발생한다.특히, 비례 변압기 탭 전환부(40c, 40d)의 구성을 트라이액보다 역 전압 특성(VRRM)과 동작서지전류(I2t)등 전기적 특성이 우수한 사이리스터로 대체 적용함으로써(예를 들면, 실효치 전류 70A용 트라이액의 경우 VRRM=600V, I2t=4160A2s 이고, 실효치 전류 70A용 사이리스터의 경우 VRRM=1600V, I2t=10660A2s 이다) 동시 동작 상태시(단락 회로 발생시) 전기적 특성을 강화하고, 또한 마이크로 프로세서(CPU)에 의한 탭 전환부의 순시 제어로 출력 전압 안정화 속도를 향상시킬 수 있으며, 출력 전압 변동으로 인한 요구되어지는 탭 전환부의 동작(ON) 신호 인가시 이미 동작 중인 탭 전환부의 정지 동작 확인후 인가하기 때문에 동시 동작 상태(단락 상태)를 방지하여 탭 전환부 구성 요소(사이리스터 등)의 소손을 방지할 수 있게된다.또한, 주 변압기(30)의 2차 측 17, 18 은, 출력단(H2, N2)과 제어부(60b)의 출력 전압 검출단(⑩, ⑪)에 연결되고, 연결된 제어부(60b)의 출력 전압 검출단(⑩, ⑪)은 출력 전압의 변동을 검출하여 검출된 출력 전압이 규정 전압 허용치를 벗어나면, 마이크로 프로세서(CPU)의 출력 전압을 안정화시키기 위한 프로그램에 의하여 이미 정해지고 요구되어지는 탭 전환부(40c, 40d)의 역병렬 구성 사이리스터 모듈에 게이트 동작(ON)신호(G40c, G40d)를 순시적으로 인가하여 역병렬 구성 사이리스터 모듈이 동작함으로써 통전되어 비례 변압기(20) 탭의 권선에 의하여 정해진 탭 전압의 조합으로 보상 변압기(10)의 2차 측에 전압(V9-11)이 유도되고, 보상 변압기(10)의 1차 측과 2차 측의 권선비에 의하여 1차 측으로의 보상 전압 (V12-13 = N1 ÷ N2 × V9-11)으로서 주 변압기(30)의 1차측 전압(V14-16 = Vin - V12-13)을 보상 조절하고, 보상 조절된 주 변압기(30) 1차 측 전압(V14-16)에 의하여 출력 전압(Vout = V17-18 = N4 ÷ N3 × V14-16)을 순시적으로 조절하여 출력 전압 안정화 속도를 증가시킬 수 있다.상기 보상 변압기(10)는, 상기 주 변압기(30) 1차 측의 일단 14 에 연결되어, 상기 비례 변압기(20)에서 유기 발생시킨 유도 전압을 공급받아 상기 주 변압기(30) 1차 측으로 보상 전압을 공급하여 상기 주 변압기(30) 1차측의 전압을 보상 조정하여 출력 전압을 규정치 이내로 안정화시킨다.이 발명은 상기의 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재되는 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형도 이 발명의 범위 내에 포함된다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 이 발명의 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기에 의하면, 상기 비례 변압기 탭 전환부에 종래 트라이액과 순간 전류 제한 및 트라이액 보호용 저항을 직렬 조합으로 구성하고 순차적인 탭 전환 방식으로 출력 전압을 제어함으로써 고가의 저항 제거에 의한 생산 원가 절감과 커다란 전력 손실(정격 용량의 4% 손실)을 가져오고, 전압 조절시 순차적으로 진행하여 동시 동작 상태(단락 상태)로 인한 비례 변압기탭 전환부의 소손이 빈번하게 발생되던 것을, 전기적 특성이 우수한 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module)을 단독으로 적용하고 상기 비례 변압기 탭 전환부의 전력 반도체 스위칭 소자인 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module)에 동작 신호를 인가할 때 이미 동작 중인 다른 비례 변압기 탭 전환부의 정지 동작을 확인한 후에 인가하게 하는 순시적인 탭 전환 방식으로 출력 전압을 제어함으로써, 역 전압 특성과 동작 서지 전류 등 전기적 특성을 강화하여 고장 발생을 방지하는 한편, 즉각적인 출력 전압 안정화가 가능하며, 동시 동작 상태(단락 상태)를 방지하여 비례 변압기 탭 전환부의 소손을 방지하여 유지 보수의 비용을 절감하고, 고가의 저항 제거에 의한 생산 원가 절감과 전력 손실(정격 용량의 4% 손실)을 제거하는 효과가 있게된다.
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도 1은 종래 기술의 자동 전압 조절기의 회로도이고,도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기의 회로도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
10 : 보상 변압기(TR1)20 : 비례 변압기(TR2)30 : 주 변압기(TR3)MG1 : 보조 스위치50 : 비상 스위치70 : 공동 연결부40a, 40b : 종래 비례 변압기탭 전환부60a : 종래 제어부40c, 40d : 이 발명의 실시 예에 따른 비례 변압기탭 전환부60b : 이 발명의 실시 예에 따른 제어부
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Claims (5)

  1. 입력단에 인가되는 전원을 변압하여 출력단에 공급하는 주 변압기와;
    상기 주 변압기의 1차 측 중간 일 탭에 연결되어 상기 주 변압기로부터 일정 전압을 공급받아 양측 탭의 권선 조합에 의하여 정해진 탭 전압을 유기 발생시키는 비례 변압기와;
    상기 출력단에서 검출된 출력 전압이 규정 허용치를 유지하도록 하는 제어 신호를 발생하는 제어부와;
    상기 비례 변압기의 일측 탭과 공동 연결부의 일 측단간, 그리고 상기 비례 변압기의 타측 탭과 공동 연결부의 타 측단간에 다수 개가 일대일로 각각 연결되어, 상기 제어부에서 발생된 제어 신호에 의해 상기 일측 탭과 타측 탭의 조합에 의해 정해진 상기 공동 연결부와 일대일로 연결된 탭에 의한 유도 전압이 상기 비례 변압기에서 유기되게 하는 양측의 비례 변압기 탭 전환부와;
    상기 주 변압기 1차 측의 일단에 연결되어, 상기 비례 변압기에서 유기 발생시킨 유도 전압을 공급받아 상기 주 변압기 1차 측으로 보상 전압을 공급하는 보상 변압기;로 이루어져, 상기 주 변압기 1차측의 전압을 보상 조정하여 출력 전압을 규정치 이내로 안정화시키는 자동 전압 조절기에 있어서,
    상기 양측의 비례 변압기 탭 전환부는, 전력 반도체 스위칭 소자인 역병렬 구성 사이리스터 모듈(SCR Module)이고,
    상기 제어부는, 상기 비례 변압기 탭 전환부에 동작 신호를 인가할 때 이미 동작 중인 다른 비례 변압기 탭 전환부의 정지 동작을 확인한 후에 인가하여 동시 동작 상태(단락 상태)를 방지하게 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 순시 탭 전환 방식의 자동 전압 조절기.
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