KR100554263B1 - 역률 개선형 전력절감 시스템 - Google Patents

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Abstract

전력 수용가의 역률을 개선하는 전력절감 시스템에 관한 것으로, 캐패시터 뱅크의 구조만으로서는 역률 개선의 한계에 도달하게 된다는 문제점을 해소하기 위해, 부하에 공급되는 전압을 검출하는 변압부와 부하에 의하여 발생되는 전류를 검출하는 변류부로 이루어진 센서부, 센서부에서 검출된 무효전력의 전압과 전류의 위상차를 비교하여 출력하는 비교수단, 비교수단에서 출력된 위상차가 일치하도록 캐패시턴스를 최적값으로 제어하는 제1의 제어수단, 제1의 제어수단에서 발생되는 고조파를 최소화하기 위해 인덕터를 캐패시턴스 값과 대응하도록 제어하는 제2의 제어수단 및 센서부, 비교수단, 제1 및 제2의 제어수단에 동작 전원을 공급하는 전원부를 포함한다.
상기와 같은 전력절감 시스템을 이용하는 것에 의해, 부하의 역률을 100%로 개선할 수 있고, 절력 절감의 과정에서 발생되는 고조파도 제거할 수 있다.
콘덴서, 인덕터, 고조파, 비교기, 역률

Description

역률 개선형 전력절감 시스템{Electric energy saving system using power-factor correction}
도 1은 종래의 역률개선 전원공급장치의 구성도,
도 2는 종래의 역률조정장치에 사용되는 캐패시터 배열부의 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 전력절감 시스템의 블럭도,
도 4는 도 3에 도시된 비교기의 출력상태를 설명하기 위한 파형도,
도 5는 도 3에 도시된 센서부, 비교기 및 전원부의 상세회로도,
도 6은 도 3에 도시된 콘덴서뱅크와 인덕터뱅크의 상세회로도,
도 7은 도 3에 도시된 콘덴서뱅크와 인덕터뱅크의 다른 실시예의 상세회로도,
도 8은 본 발명에 따라 부하의 역률이 개시된 특성을 나타내는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
31 : 부하 32 : 전원부
33 : 센서부 34 : 비교기
35 : 마이컴1 36 : 콘덴서 드라이버
37 : 콘덴서 뱅크 38 : 마이컴2
39 : 인덕터 드라이버 40, 41 : 인덕터 뱅크
본 발명은 전력 수용가의 역률을 개선하는 전력절감 시스템에 관한 것으로, 특히 전력 수용가의 동적 부하를 분산 제어할 수 있는 역률 개선형 전력절감 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 교류회로에서의 피상전력을 Pa, 유효전력을 P, 무효전력을 Pr, 전압을 V, 전류를 I라 했을 때, 전력 및 역률의 관계는 하기와 같다.
Figure 112002041207190-pat00001
,
Figure 112002041207190-pat00002
Figure 112002041207190-pat00003
,
Figure 112002041207190-pat00004
Figure 112002041207190-pat00005
즉, 교류회로에서 뮤효전력(Reactive Power)은 리액턴스 즉, 유도성성분을 포함하는 부하에 교류전압을 가했을 경우, 어떤 일을 하지 않는 기 에너지가 전원과 부하 사이를 끊임없이 순환하는 전력으로서, 그 크기를 나타내는 것이 무효전력(Pr)이며, 단상 교류인 경우에는 전압이 V, 전류가 I일 경우에 Pr=VIsinθ로 계산되고, 부하에서 실제로 소비되는 전력인 유효전력(Active power, P)은 P=VIcosθ로 계산된다. 또한, 피상전력(Apparent Power)은 교류의 부하 또는 전원의 용량을 나타내는데 일반적으로 사용하는 값(Pa)이며, 단상 교류일 경우에 Pa=VI로 계산되고, 상술한 유효전력과 피상전력과의 비인 cosθ를 역률이라 하고, 역률은 보통 백분율로도 표시하고, 이상적인 경우에 100%가 됨을 알 수 있다.
한편, 교류회로에서 그 부하가 유도성 부하일 경우에는 교류 전원이 유도성 부하를 통과시, 지상(遲相)전류가 발생하여 즉 전압위상보다 전류위상이 뒤지게 되어 상술한 역률이 낮아지게 된다.
그러면, 어떤일도 하지 않으면서 교류전원과 부하 사이를 끊임없이 순환하는 무효전력이 증가하여 전력선이나 주상 변압기의 고부하에 의한 전력 손실이 증가되며, 이에 따라 용량을 증설하는 등의 설비비가 더 추가된다.
현재, 국내의 경우, 역률은 최대 90%를 넘지 않으며 부하의 성질에 따라서는 60%까지 되는 경우도 있다. 이를 전력회사에서 일괄적으로 역률 개선시키는 것은 선로 및 전압 조정의 차원까지 고려하여야 하므로 무리가 있다. 일반적인 역률 개선의 구현방법으로는 무효전력에 의한 동적 제어방식, 전압에 의한 제어방식, 역률 계전기에 의한 제어방식, 전류검출에 의한 제어, 시간에 의한 제어 등으로 나눌 수 있다.
각각에 대한 특징은 다음과 같다.
첫째, 무효전력에 의한 동적제어는 무효전력 검출을 위해 무효전력 계전기를 사용해 정정치보다 커졌을 때 투입하고, 작아졌을 때 개방하는 방식으로 부하에 항상 동적으로 대응하는 방식이다. 이 방식은 역률개선용으로 콘덴서를 설치하는 경우에 가장 적합한 방식이며, 콘덴서의 군 용량을 부하의 성질에 따라 변경하는 방식으로 무효전력 계전기를 2조 또는 수조 사용하여 군제어를 하기도 한다.
둘째, 전압에 의한 제어를 모선전압이 정정치보다 내려갔을 때에 콘덴서를 투입하고 정정치 이상이 되면 차단하는 방법으로 1차 변전소처럼 그 목적이 모선전압 조정에 있는 경우에 사용하며 소규모의 역률 개선용으로는 사용되지 않는다.
셋째, 역률계전기에 의한 제어는 역률계전기를 사용해서 제어하는 방법으로 역률개선폭이 적은 곳에서 적용하는 시스템이다. 소형으로 구현할 수 있는 장점이 있으나, 조정폭이 부하의 감소와 더불어 작아지고 그 폭이 1군의 용량보다 작아지는 곳에서는 헌팅을 일으키게 된다. 때문에, 회로전력이 기준 이하가 되면 자동제어 기능을 정지시켜 헌팅을 방지하도록 하여야 하는 단점이 있다.
넷째, 전류에 의한 제어는 부하상태에 따라 역률이 일정한 경우에 쓰이는 것으로 전류계전기로 검출하여 제어한다. 이 방식은 미리 무효전력과 부하전력의 관계를 조사하여 데이타에 의하여 정정해야 하는 단점이 있다.
다섯째, 시간에 의한 제어는 부하변동이 시간에 의존되는 상점, 백화점 처럼 조업시에는 일정한 부하가 되고 종업시에는 무부하가 되는 경우에 사용된다. 이는 타임 스위치에 의해 제어되므로 동적 부하에 대응하지 못하며, 미리 제어데이타를 준비해야 하는 단점이 있다.
상기와 같은 방법에 따른 역률개선 전원공급장치의 1예를 도 1에 따라 설명한다.
도 1은 종래의 역률개선 전원공급장치의 구성도로서, 교류전원(11)에서 교류파형을 입력받아 맥류 전압으로 변환하여 출력하는 제1차 정류회로(12), 맥류전압의 역률을 개선하기 위한 역률개선회로(13), 역률이 보정된 맥류전압을 원하는 전압으로 변환시키기 위한 변압부(14) 및 변압부를 거친 맥류전압을 완전한 직류전압 으로 변환하기 위한 제2차 정류회로(15)로 구성되어 있다.
제1차정류회로(12)는 교류파형을 전파정류하는 브리지정류회로(12a)와 상기 브리지정류회로(12a)를 거친 전파정류파의 전압을 맥류파형으로 변환시키기 위한 콘덴서(12b)로 이루어져 있다.
또, 역률개선회로(13)은 인덕터로 이루어진 리액터 트랜스로 구성되어 있으며, 교류전원(11)의 전압의 고조파를 감쇠시키는 역할을 한다.
또한, 변압부(14)는 실제의 변압처리를 하기 위한 권선부(14a), 권선부(14a)를 제어하기 위한 제어부(14b), 역률개선회로(13)에 높은 전류가 흘러 많은 열이 발생되는 것을 방지하기 위하여 제1차전압보다 낮은 제2차전압이 입력될 경우, 제어부(14b)가 동작하지 않도록 하기 위한 전압보호기(14c)로 이루어져 있다.
제2차정류회로(15)는 변압부(14)를 거친 맥류파형의 전압을 다시 다이오드(15a), (15c)와 콘덴서(15b), (15d)에 통과시켜 원하는 정전압을 만들어 낸다.
그러나, 상기와 같은 장치에 있어서는 역률개선회로에서 많은 열이 발생되어 실용화하기 곤란하다는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 기술로서는 대한민국 특허등록번호 1995-0014013호, 대한민국 공개특허공보 2001-0109052호, 대한민국 등록특허공보 10-0294274호, 대한민국 등록실용신안공보 20-0260814호, 대한민국 공개특허공보 2002-0060458호 등이 개시되어 있다.
도 2는 상기 공보 10-0294274호에 개시된 캐패시터 배열부의 블럭도이다.
도 2에 있어서, 캐패시터 배열부(10)은 마이크로 프로세서(9)로부터의 스위칭 신호에 의거하여 선택된 캐패시터 뱅크가 유도성부하(3)에 병렬로 연결되어 전력선(2)에 진상용 용량성 부하를 가변시켜서 전력선(2)의 역률을 조정하며, 단상 전력선에 6뱅크, 8뱅크 또는 12뱅크 형태로 동용량 또는 이용량의 캐패시터(C1∼C8)가 병렬구조로 동개수의 스위치(SW1∼SW8)와 조합되어 마이크로프로세서(9)의 I/O포트(0∼7)에 각각 연결되어 있으며, 마이크로 프로세서(9)의 동개수의 2진 스위칭 제어신호에 의거하여 스위치(SW1∼SW8)가 스위칭 온/오프되어 캐패시터(C1∼C8) 전체의 용량값이 가변되는 구조이다.
즉, 마이크로프로세서에서는 입력된 전압과 전류값에 의해 전압, 전류 및 무효전력을 연산하고 그 결과 데이타에 의해 역률을 계산한 후, I/O포트를 통하여 스위칭신호를 캐패시터 배열부(10)의 스위치(SW1∼SW8)에 인가하여 선택된 즉 용량성부하(30)에 병렬로 연결되는 캐패시터(C1∼C8)의 전체용량값을 가변 제어하여 역률을 98%이상이 되도록 용량값을 조절한다.
이러한 기능은 유도성 부하의 증감에 따라 역률이 변동되므로 연속적으로 라인 전압 및 전류를 계측하여 이를 연산하고 용량값을 제어하는 피드백 제어가 가능하게 된다.
그러나, 상기와 같은 시스템의 실제 운전상황에 있어서는 전력 공급의 투입동작과 차단동작에 의해 순간적으로 정격전압, 정격전류보다 더 높은 전압, 전류가 흐르므로 도 2에 도시된 캐패시터 뱅크의 구조만으로서는 역률개선의 한계에 도달 하게 된다.
또한, 도 2에 도시된 캐패시터 뱅크의 용량이 동용량으로 구성되므로, 유도성 부하가 크게 증가하는 경우, 그에 대응하여 캐패시터 뱅크를 증설해야 하고, 무효전력의 보상을 위해 캐패시터 뱅크를 이용할 경우, 유접점 개폐방식에서의 접점의 마모, 불꽃발생, 채터링현상, 동작속도의 저하 등의 문제점도 갖고 있다.
또한, 상술한 종래기술에 있어서는 전원공급장치 자체에서 발생하는 고조파의 영향에 의한 파형왜곡에 따라 최적의 역률을 유지할 수 없다는 문제점을 갖고 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 전원공급장치에서 발생하는 고조파의 영향을 최소화하며 장치를 소형화할 수 있는 역률 개선형 전력절감 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동적 부하에 신속하게 대응할 수 있고 소규모별로의 분산제어가 가능한 역률 개선형 전력절감 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 부하의 역률을 최적의 상태로 유지할 수 있는 역률 개선형 전력절감 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 역률 개선형 전력절감 시스템은 전력수용가의 동적부하를 분산제어할 수 있는 전력절감 시스템에 있어서, 상기 부하에 공급되는 전압을 검출하는 변압부와 상기 부하에 의하여 발생되는 전류를 검출하는 변류부로 이루어진 센서부, 상기 센서부에서 검출된 무효전력의 전압과 전류의 위상차를 비교하여 출력하는 비교수단, 상기 비교수단에서 출력된 위상차가 일치하도록 캐패시턴스를 최적값으로 제어하는 제1의 제어수단, 상기 제1의 제어수단에서 발생되는 고조파를 최소화하기 위해 인덕터를 상기 캐피시턴스와 직렬 공진되는 값에 가장 가까운 인덕턴스가 되도록 제어하는 제2의 제어수단 및 상기 센서부, 비교수단, 제1 및 제2의 제어수단에 동작전원을 공급하는 전원부를 포함한다.
또, 본 발명에 따른 역률 개선형 전력절감 시스템에 있어서, 상기 센서부에서 검출되는 전압과 전류는 적어도 전압과 전류의 위상을 1㎳단위로 검출하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 역률 개선형 전력절감 시스템에 있어서, 상기 제1의 제어수단은 상기 비교기의 출력을 입력하는 제1의 마이컴과 각각의 용량값이 n개(n은 정수)의 콘덴서로 이루어진 콘덴서 뱅크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 역률 개선형 전력절감 시스템에 있어서, 상기 n개의 콘덴서는 서로 병렬로 접속되고, 상기 n개의 콘덴서의 첫번째의 콘덴서의 용량값을 C0로 할 때, 각각의 콘덴서의 용량값은 2n배로 증가되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 역률 개선형 전력절감 시스템에 있어서, 상기 제2의 제어수단은 상기 제1의 마이컴의 출력을 입력으로 하는 제2의 마이컴과 각각의 인덕터값이 다른 m개(m은 정수)의 인덕터로 이루어진 인덕터 뱅크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 역률 개선형 전력절감 시스템에 있어서, 상기 m개의 인 덕터는 상기 n개의 콘덴서에 대응하여 서로 병렬로 접속되고, 상기 m개의 인덕터의 첫번째의 인덕터값을 L0으로 할 때, 각각의 인덕터값은 2m배로 증가되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 역률 개선형 전력절감 시스템에 있어서, 상기 콘덴서 뱅크는 반도체 소자를 사용한 무접점 개폐방식으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 역률 개선형 전력절감 시스템에 있어서, 상기 부하는 모터 등의 유도성 부하 또는 형광등 등의 비유도성 부하인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라서 설명한다.
또한, 도면에 있어서 동일 부분은 동일 부호를 부여하고 그 반복 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 전력절감 시스템의 블럭도이고, 도 4는 도 3에 도시된 비교기의 출력상태를 설명하기 위한 파형도이다.
도 3에 있어서, 전력선(30)에는 교류전원 220V가 백열등, 형광등, 팬 등의 다수개의 부하(31)에 공급된다. 이들 각각의 부하는 전력선에 각각 병렬로 접속된다.
(32)는 전력절감 시스템의 각 구성 요소에 필요한 전원을 공급하는 전원부이고, (33)은 전력선에 공급되는 전압과 전류를 감지하여 검출하는 센서부이다.
이 센서부(33)은 통상 C.T(Current Transformer)라 하는 변류부(33a)와 통상 P.T(Potential Transformer)라 하는 변압부(33b)로 이루어진다. 변류부(33a)는 소정 권선비(변류비의 역수)를 갖는 일차코일과 이차코일로 이루어지고, 전력선(30)을 일차코일에 연결하고 이차코일에 유기된 전류 즉, 무효전력이 포함된 변류전류를 검출하여 도 4(b)에 도시된 바와 같은 전류값을 출력하는 구조이다. 또, 변압부(33b)는 소정 권선비를 갖는 일차코일과 이차코일로 이루어지고, 전력선(30)에 연결된 부하(31)의 양단에 일차코일을 연결하고 이차코일에 유기된 변압전압을 검출하여 도 4(a)에 도시된 바와 같은 전압값을 출력한다.
또, 도 3에 있어서 (34)는 변류부(33a)와 변압부(33b)에서 검출된 신호를 비교하는 비교기이다. 도 4(c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 변류부(33a)와 변압부(33b)에서 검출된 사인파를 구형파로 정형하고, 도 4(e)에 도시된 바와 같이 위상차를 구한다. 이 때, 비교기(34)는 검출된 전압값이 전류값보다 앞선 위상을 갖는 경우, 하이신호(A0)을 출력하고, 검출된 전압값이 전류값보다 늦은 위상을 갖는 경우, 로우신호(A1)을 출력한다.
비교기(34)에서 출력된 신호 A0, A1은 마이컴1(35)을 거쳐 콘덴서 뱅크(37)에 입력됨과 동시에 마이컴2(38)에 입력된다.
즉, 마이컴1(35)에서는 비교기(34)에서 비교된 위상차를 최적값으로 일치시켜, 부하(31)의 효율이 최대로 개선되도록 콘덴서 뱅크(37)에 마련된 다수개의 콘덴서 중에서 원하는 캐패시턴스가 되게 제어하며, 마이컴2(38)은 콘덴서 뱅크(37)에서 발생하는 고조파가 최소화되도록 인덕터 드라이버(39)를 통해 인덕터 뱅크(40)의 인덕터가 마이컴1(35)에 의해 설정된 캐패시턴스값과 대응하게 제어한 다.
상술한 바와 같이, 마이컴1(35)에 의해 설정된 콘덴서뱅크(37)의 콘덴서가 전력선(30)의 A점에 접속되고, 마이컴2(38)에 의해 설정된 인덕터뱅크(40)의 인덕터가 전력선(30)의 B점에 접속되는 것에 의해 센서부(33)에서 검출된 전압과 전류의 위상을 일치시켜 부하(31)의 효율을 최대로 개선할 수 있다.
다음에, 도 3에 도시된 각각의 블럭구성에 대해 도 5 및 도 6에 따라 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 도 3에 도시된 센서부, 비교기 및 전원부의 상세회로도이고, 도 6은 도 3에 도시된 콘덴서뱅크와 인덕터뱅크의 상세회로도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전력선(30)에 흐르는 전류가 C.T(33a)에 의해 감지되고, 감지된 미소전류신호가 OP AMP1에 의해 증폭되어 비교기(34)의 XOR게이트의 한 쪽 단자에 입력된다.
또, 전력선(30)에 흐르는 전압은 P.T(33b)에 의해 감지되며, 감지된 미소전압신호는 OP AMP2에 의해 증폭되어 비교기(34)의 XOR 게이트의 다른 쪽 단자에 입력된다.
비교기(34)내의 XOR 게이트에서는 OP AMP1 및 OP AMP2의 출력신호에서 도 4(e)에 도시된 바와 같이 검출된 전압과 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 있는 경우 A0단자에 하이신호, 위상차가 없는 경우 A0단자에 로우신호를 출력하고, 전류의 위상이 앞선 경우 A1단자에 하이신호, 위상이 뒤진 경우 A1단자에 로우신호를 출 력한다.
이와 같은 도 5의 비교기(34)의 출력신호A0, A1은 도 6의 마이컴1(35)에 입력되고, 이 위상차 신호(A0단자의 신호)와 진·지전류에 대한 신호(A1단자의 신호)는 마이컴1(35)에서 인식된다.
콘덴서 드라이버(36)은 마이컴1(35)의 출력 단자의 수에 대응하여 다수개 마련되며, 이 다수개의 콘덴서 드라이버(36)에 각각 대응하여 콘덴서C0∼Cn-1이 서로 병렬로 접속되어 콘덴서 뱅크(37)을 형성한다.
또, 콘덴서 뱅크(37)의 각각의 콘덴서의 용량값은 예를 들어 C0=0.1㎌일 ??, C1=0.2㎌, C2=0.4㎌, …, Cn-1=C0×2n-1로 형성된다.
마이컴1(35)에서는 A0단자의 신호가 하이이고, A1단자의 신호가 하이이면 현재 콘덴서 뱅크(37)의 캐패시턴스가 감소되도록 콘덴서 드라이버(36)를 스위칭하고, A0단자의 신호가 하이이고, A1단자의 신호가 로우이면 콘덴서 뱅크(37)의 캐패시턴스가 증가되도록 포토커플러와 트라이액으로 이루어진 콘덴서 드라이버(36)를 스위칭하게 된다. A0단자의 신호가 로우인 경우에는 A1단자의 신호가 하이이든 로우이든 마이컴1(35)은 출력단자0∼n-1들의 상태를 변화시키지 않게 된다.
여기서 마이컴1(35)의 연산결과는 예를들어 현재의 캐패시턴스가 0.2㎌를 유지하고 있는 상태(마이컴1(35)의 출력단자1에서만 출력하고 나머지 출력단자들은 출력하지 않고 있는 상태)에서 캐패시턴스를 감소시켜야 하는 경우에는 마이컴1(35)의 출력단자0에서만 신호를 출력하고 나머지 출력단자들은 출력하지 않는 상태로 콘덴서 드라이버(360)만을 온으로 함으로써 콘덴서 뱅크(37)의 용량을 0.1㎌가 되게 한다.
또한, 현재의 캐패시턴스가 0.2㎌를 유지하고 있는 상태에서 캐패시턴스를 증가시켜야 하는 경우에는 마이컴1(35)의 출력단자0과 출력단자1에서 신호를 출력하도록 하여 콘덴서 드라이버(360)와 (361)을 온으로 함으로써 캐패시턴스를 0.3㎌가 되게 콘덴서 드라이버(36)들을 스위칭하게 된다.
이와 같이 하여 A0단자와 A1단자의 신호에 따라 콘덴서 뱅크(36)의 캐패시턴스를 0.1㎌ 단위로 증가 또는 감소시키게 되고, 마이컴1(35)에서는 이러한 동작을 1㎳마다 수행하게 된다. 하지만 이 시간 간격은 1㎳에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 6에 있어서, 마이컴1(35)의 출력 단자 0∼n-1에서 출력된 연산 결과는 마이컴1(35)의 출력 단자에 대응하는 입력 단자를 갖는 마이컴(38)에 각각 입력되고, 콘덴서 드라이버(36)과 동일하게 구성되며 반도체 스위칭기능을 갖는 포토커플러와 트라이액으로 이루어진 인덕터 드라이버(39)로 입력된다.
인덕터 드라이버(39)은 마이컴2(38)의 출력 단자의 수에 대응하여 다수개 마련되며, 이 다수개의 인덕터 드라이버(39)에 각각 대응하여 인덕터 L0∼Lm-1이 서로 병렬로 접속되어 인덕터 뱅크(40)을 형성한다.
인덕터 뱅크(40)내의 m개의 인덕터는 각각 n개의 콘덴서에 대응하여 서로 병 렬로 접속되고, m개의 인덕터의 첫번째의 인덕터값을 L0으로 할 때, 각각의 인덕터값은 2m-1배로 증가되는 값을 갖는다.
또한, 도 6에 있어서, 콘덴서 뱅크(37) 내에 서로 병렬로 접속된 콘덴서C0∼Cn-1은 도 3의 점 A에 접속되고, 인덕터 뱅크(40) 내에 서로 병렬로 접속된 인덕터L0∼Lm-1은 도 3의 점 B에 접속되며, 콘덴서 뱅크(37)와 인덕터 뱅크(40)는 직렬로 접속된 구조로 된다.
이하에서는 인덕터 뱅크의 다른 실시예를 설명한다.
도 7에 있어서, 인덕터 뱅크(41)는 인턱턴스 L00, L01, L02, …, L0m-1 로 이루어지는 인덕터들이 직렬로 연결되어 있다. 여기서 인덕터들은 인덕턴스 값이 동일한 것이고, 이들은 하나의 인덕터에 중간 탭을 마련함으로써 인덕터 뱅크(41)를 구성하게 된다.
이 실시예에 있어서 마이컴2(38)는 마이컴1(35)으로부터 출력되는 신호를 받아 콘덴서 뱅크(37)의 최대 캐패시턴스 값(C0＋C1＋C2＋ … ＋Cn-1 )을 m등분하여 그 캐패시턴스의 값에 대응하도록 인덕터 뱅크(41)의 인덕턴스 값을 갖도록 하는 알고리즘에 의하여 최적의 인덕턴스 값에 해당하는 인덕터 드라이버(39)를 구동시키게 된다.
즉, 인덕터 드라이버(391)가 구동되는 경우 인덕터 뱅크(41)의 인덕턴스는 L00＋L01의 값을 갖게 된다.
상기와 같이 구성된 역률 개선형 전력절감 시스템에 부하(31)로서 형광등을 사용하여 역률 개선 전과 개선 후를 측정하여 도 7에 나타내었다.
도 8은 본 발명에 따라 부하의 역률이 개시된 특성을 나타내는 도면으로서, 도 8(a)는 역률 개선 전의 파형도이고, 도 8(b)는 콘덴서 뱅크(37)을 마련한 결과에 따른 역률 개선 후의 파형도이며, 도 8(c)는 도 3과 같이 인덕터 뱅크(40)을 부가하여 측정한 파형도 이다.
도 8의 파형도에서 에서 알 수 있는 바와 같이, 콘덴서 뱅크(37)을 마련하는 것에 의해 역률 cosθ=1로 개선되었고, 또한 인덕터 뱅크(40)을 부가하는 것에 의해 도 8(b)에서 나타나는 고조파 전류를 억제하게 되어 역률 개선형 전력절감 시스템의 오동작의 원인이 되는 고조파가 현저히 감소되었으며, 역률개선과 고조파 전류의 감소로 전력 손실이 감소되는 것을 알 수 있다.
또, 상술한 바와 같은 본 발명의 역률 개선형 전력절감 시스템을 형광등, 팬, 백열등 및 이들 각각의 조합에 적용하여 실험한 결과를 표로 나타내면 다음과 같다.
역률개선전 역률개선후
Ip[㎃] 전력[W] 역률[%] Ip[㎃] 전력[W] 역률[%]
형광등 40[W] 550 85 82 350 54 100
팬 40[W] 350 54 95 300 46 100
백열등 60[W] 400 62 99 390 60 100
팬, 형광등 800 124 60 600 93 100
백열등, 팬 700 109 95 650 101 100
백열등, 형광등 760 118 80 680 105 100
백열등, 형광등, 팬 1080 168 76 950 147 100
상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 일 예로서 팬40[W]을 사용한 부하 회로에서 전압과 전류의 위상을 검출한 역률 cosθ=0.95에서 본 발명의 전력절감 시스 템을 동작시켜 역률을 개선한 결과 cosθ=1로 개선되었으며, 또한 개선전의 전류값 Ip=350[㎃]도 전류값 Ip=300[㎃]로 현저하게 낮아지므로 전력 손실의 감소를 확인할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉, 상기 실시예에 있어서는 전력 수용가에서 역률을 개선하는 시스템에 관하여 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 좀 더 큰 동적 부하를 갖는 송배전 시스템에 적용할 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 역률 개선형 전력절감 시스템에 의하면, 비유도성 부하 또는 유도성 부하의 역률을 100%로 개선할 수 있고, 절력 절감의 과정에서 발생되는 고조파도 제거할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명의 역률 개선형 전력절감 시스템에 의하면, 반도체 소자를 이용한 무접점 개폐 방식을 사용하므로, 시스템의 동작 속도를 향상시키고 장치 자체를 소형화할 수 있다는 효과도 거둘 수 있다.

Claims (9)

  1. 전력수용가의 동적부하를 분산제어할 수 있는 전력절감 시스템에 있어서,
    상기 부하에 공급되는 전압을 검출하는 변압부와 상기 부하에 의하여 발생되는 전류를 검출하는 변류부로 이루어진 센서부,
    상기 센서부에서 검출된 무효전력의 전압과 전류의 위상차를 비교하여 출력하는 비교수단, 상기 비교수단에서 출력된 위상차가 일치하도록 캐패시턴스를 최적값으로 제어하는 제1의 제어수단,
    상기 제1의 제어수단에서 발생되는 고조파를 최소화하기 위해 인덕터를 상기 캐피시턴스와 직렬 공진되는 값에 가장 가까운 인덕턴스가 되도록 제어하는 제2의 제어수단 및
    상기 센서부, 비교수단, 제1 및 제2의 제어수단에 동작전원을 공급하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 개선형 전력절감 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서부에서 검출되는 전압과 전류는 적어도 전압과 전류의 위상을 1㎳단위로 검출하는 것을 특징으로 하는 역률 개선형 전력절감 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1의 제어수단은 상기 비교기의 출력을 입력하는 하는 제1의 마이컴과 각각의 용량값이 n개(n은 양의 정수)의 콘덴서로 이루어진 콘덴서 뱅크를 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 개선형 전력절감 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 n개의 콘덴서는 서로 병렬로 접속되고, 상기 n개의 콘덴서의 첫번째의 콘덴서의 용량값을 C0로 할 때, 각각의 콘덴서의 용량값은 2n-1배로 증가되는 것을 특징으로 하는 역률 개선형 전력절감 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제2의 제어수단은 상기 제1의 마이컴의 출력을 입력으로 하는 제2의 마이컴과 각각의 인덕턴스 값이 다른 m개(m은 양의 정수)의 인덕터로 이루어진 인덕터 뱅크를 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 개선형 전력절감 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 인덕터 뱅크는 상기 콘덴서 뱅크와 직렬로 접속되고, 상기 인덕터 뱅크내의 상기 m개의 인덕터는 상기 n개의 콘덴서에 대응하여 서로 병렬로 접속되고,
    상기 m개의 인덕터의 첫번째의 인덕터 값을 L0으로 할 때, 각각의 인덕터 값은 2m-1배로 증가되는 것을 특징으로 하는 역률 개선형 전력절감 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 인덕터 뱅크는 상기 콘덴서 뱅크와 직렬로 접속되고, 상기 인덕터 뱅크내의 상기 m개의 인덕터는 상기 n개의 콘덴서의 전체 값을 m으로 나눈 값에 대응하여 서로 직렬로 접속되고,
    상기 m개의 인덕터의 첫번째의 인덕터 값을 L0으로 할 때, 각각의 인덕터 값은 2m-1배로 증가되는 것을 특징으로 하는 역률 개선형 전력절감 시스템.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 콘덴서 뱅크는 반도체 소자를 사용한 무접점 개폐방식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 역률 개선형 전력절감 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 부하는 모터 등의 유도성 부하 또는 형광등 등의 비유도성 부하인 것을 특징으로 하는 역률 개선형 전력절감 시스템.
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