KR100581261B1 - 삼상 계측기의 전원공급방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
삼상 계측기에 전원을 공급할 수 있는 삼상 계측기의 전원공급방법 및 장치에 관한 것으로, 배전선로의 각상에 접속되는 단자의 각각에 접속되어 입력된 각 상의 전압의 유무 및 크기를 감지하여 분압하는 다수개의 전압 감지분압부, 다수개의 전압 감지분압부에 각각 대응하여 마련되고, 전압 감지분압부의 출력중 하나의 출력만을 선택하는 논리회로부, 커패시터를 구비하고 논리회로부에 접속되어 논리회로부의 출력 전압을 감압하는 감압부, 감압부의 출력에 접속되어 부하단의 크기에 따라서 발진주파수를 변경하는 인버터부, 인버터부에서 생성된 교류전압에 따라 고주파를 생성하는 고주파 감압부, 고주파 감압부의 2차측 전압을 정류하는 정류회로부 및 정류회로부에 접속되어 상기 삼상 계측기의 각각의 회로에 필요한 전원을 생성하는 정전압회로부를 포함한다.
상기와 같은 삼상 계측기의 전원공급방법 및 장치를 이용하는 것에 의해, 별도의 전원공급수단을 마련하지 않아 장치의 소형화 및 경량화를 달성할 수 있다.
삼상전압, 커패시터, 페라이트, 정류, 컨버터
Description
도 1은 전원회로를 구비한 종래의 계측기의 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 삼상 계측기의 전원공급장치의 블록도,
도 3은 도 2에 도시된 삼상 계측기의 전원공급장치의 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 전압 감지분압부 20 : 논리 회로부
30 : 감압부 40 : 1차 정류/정전압부
50 : 인버터부 60 : 고주파 감압부
70 : 2차 정류/정전압부
본 발명은 산업용 배전 선로의 전압관리에 사용되는 삼상 계측기의 전원공급방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 삼상 계측기에 있어서 어느 특정상에 의존하지 않고 각각의 상이 동시에 전원을 공급하므로 삼상이 동시에 결상이 되지 않는 한 어느 1상만 공급되면 삼상 계측기에 전원을 공급할 수 있는 삼상 계측기의 전원공 급방법 및 장치에 관한 것이다.
산업현장에는 전기를 동력원으로 하는 수많은 기기들이 설치되어 있고, 이들 기기들이 산업발전에 기여하는 바도 그 수만큼이나 막대하나, 이 기기들은 주변시스템 또는 기기 자체의 이상에 의하여 과전류에 쉽게 노출되며, 이는 주변시스템은 물론 심할 경우 인적 피해까지 유발하는 경우가 종종 있어 왔다.
이러한 피해를 예방하기 위해, 전력설비의 전기적 특성을 계측할 수 있는 휴대용 계측기가 개발되고 있다.
즉, 검전기의 기능을 구비한 다중 전압 절연 저항 계측장치, 멀티미터, 오실로스코프, 주파수카운터, 주파수 발생기 및 로직아날라이저의 기능을 통합한 다기능 계측장치, 변압기 및 변성기의 특성 파라미터를 계측하는 휴대용 변압기 계측장치 등이 개발되고 있다.
상기와 같은 계측장치의 1예에 대해 도 1에 따라 설명한다.
도 1은 대한민국 등록특허 공보 10-0314243호에 개시된 계측기의 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 계측기는 건전지로 구동되며 직류전압을 공급하는 전원회로(100), 전원회로(100)에서 공급된 직류전압의 +극쪽과 연결되며 발진소자를 사용하여 교류전압으로 변환하는 주발진회로(110), 주발진회로(110)에서 생성된 교류전압을 1차측 전압으로 하는 변압기(T1)을 사용하여 2차측 전압에 고압의 교류전압을 생성하는 전압증폭회로(120), 전압증폭회로(120)에서 생성된 고압의 교류전압을 사용자가 원하는 범위의 전압에 따라 겸용으로 사용할 수 있도록 설정된 저항(136, 138)의 하나와 연결되게 하는 스위치(134)와 설정전압에서 동작하는 제너 다이오드(132)에 의해 제어하는 전압제어회로(130), 증폭된 교류전압을 다이오드를 사용하여 직류전압으로 정류하는 정류 배전압회로(140), 정류 배전압회로(140)의 출력값의 접지부분에 연결되어 물체의 절연저항을 측정할 때 접지시키는 접지부(150), 사용자가 원하는 측정범위에 따라 겸용으로 사용할 수 있도록 전압제어회로(130)의 스위치(134)와 동시에 작동하고, 전압등분회로(170)와의 임피던스가 항상 같도록 설정된 저항(164, 166)의 하나와 연결되며 측정하고자 하는 물체와 접속되는 검지회로(160), 검지회로(160)에서 입력된 전압값을 입력받아 고영역과 중간영역과 저영역의 전압값을 정밀하게 측정하여 출력하는 전압등분회로(170), 전압등분회로(170)에서 만들어진 신호를 미터기(190)가 동작할 수 있을 정도의 신호로 증폭하는 연산증폭기를 갖춘 미터증폭회로(180), 미터증폭회로(180)에서 출력된 신호에 따라 절연 저항값을 표시하는 미터회로(190)를 구비하고 있다.
즉, 상기와 같은 계측기에 있어서도 계측기 내의 각각의 회로의 동작 전원을 위해 건전지로 구동되는 전원회로를 마련하고 있어 계측기 자체의 무게가 증가 하고 부피가 증가하게 된다는 문제점이 있었다.
또, 전력선의 부하관리를 위해서 사용되는 계측기에는 전류 전압 측정기, 멀티메타, 누설전류측정기 등 다양한 종류의 계측기나 기록기기들이 사용되고 있으나 이들 계측기기 대부분은 측정선로에서 공급되는 입력전압을 이용하여 계측기의 동작전원으로 사용되고 있다. 이러한 조건에서는 계측기의 단순기능밖에 사용할 수 가 없는데 특히 삼상선로에서의 결상에서는 단순 순시 값 지시여부로 판단해야 되기 때문에 제한적인 측정밖에 할 수 없다는 문제가 발생한다.
또한, 삼상계측기는 용도에 따라서 일반기기처럼 한상이 결상 되었을 때 측정 동작을 멈추지 않고 계측이나 기록에 필요한 작동을 계속 수행할 필요가 있다.
예를 들면, 삼상 전원에서 한 개나 두개의 상이 결상이 되었다고 하여도 이 결상에 대한 삼상계측기의 공급전원에 결함이 발생하지 않도록 하기 위해서는 정상적인 나머지 한 개의 상만으로도 계측기에서 필요로 하는 전원을 취하여 정전사고 발생시각 및 복구시각, 복구 후 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 온도 등의 측정 및 기록을 위해 정상적인 전원이 공급되었을 경우와 동일하게 측정조건에 적합한 상태를 유지하고 측정 및 동작 진행상태를 시각적으로도 일정시간 이상 확인할 수 있어야 한다.
그러나, 지금까지는 상이 결상되었을 때는 계측기의 전원이 중단되어 동작이 멈추기 때문에 내부 보조전원(건전지나 충전기) 등을 이용하여 삼상계측기의 작동이 일부 또는 일시적으로 측정 상태를 유지하였으나 계측기의 특성상 장시간 지속적으로 계측기를 정상적으로 동작시키지 못하며 대부분의 기능은 중지하고 최소한의 동작 상태만을 유지하는 단순 슬립모드 기능밖에 수행하지 못하는 단점이 있었다.
또한, 각 상별 전압을 일일이 검출한다고 하여도 다수의 변압기를 사용하거나 단일 변압기를 사용해야 하는데 크기와 중량이 커지는 문제점으로 인하여 소형 휴대용으로 적합한 제품을 제작하기가 난해한 실정이었다.
그러나, 위와 같은 삼상전원이 결상 상황에서도 측정자가 별도의 조작 없이 계측기의 동작상태 및 기능을 파악할 수 있도록 표시부 및 제반 계측기의 기능이 정상적인 전원일 경우와 동일하게 동작하게 하는 것은 매우 중요한 부분으로서 어떠한 임의의 하나 또는 두개의 상이 결상된다 하여도 계측기의 정상동작 및 기록 등을 위해서는 임의의 한상에서 공급되는 전원만 이용하여 이와 같은 정상적인 동작상태를 유지하고 소형 경량화로 이동성에 적합한 제품이 요구되고 있다.
즉, 어느 특정의 상(R상)에다 회로전원 공급용 변압기의 입력을 연결하고, 나머지 상(S상, T상)에 연결하여야 할 변압기는 사용하지 않게 삼상전압계를 제작하면, 그 자체의 무게와 부피를 감소시킬 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 어느 특정의 상(R상)에다 회로전원 공급용 변압기의 입력을 연결하고 나머지 상(S상, T상)에 연결하여야 할 변압기를 사용하지 않으면, 측정 상에서 R상의 결상이 되면 모든 상이 결상으로 처리되어 버린다.
또, 다른 경우에도 S상 또는 T상 각각의 결상은 결상으로 처리된다는 문제점이 생긴다.
또한, 계측을 위한 입력전압이 180∼300Ｖ 범위 내에서 변압기를 사용하는 경우, 계측기 내의 2차 전압이 리니어하지 못하고, 전력 소모도 과다하게 된다는 문제점도 있었다.
또한, 상술한 문제점을 해결하기 위한 방법으로서 각 상에 접속되는 변환장치를 구비해야 하지만, 무게와 부피가 커져 이동이 불편하고 휴대용으로 제작하기 가 어려우며, 계측기기 내부에 전원장치를 내장하여 측정할 수도 있으나 기록장치가 포함된 계측기기에서는 장시간 측정상태를 유지하고 기록하는 데는 내부 건전지나 충전된 전원만으로는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 삼상 계측기에 있어서 계측을 위한 별도의 전원공급수단을 마련하지 않는 것에 의해 소형화 및 경량화를 달성할 수 있는 삼상 계측기의 전원공급방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배전선로의 측정시 계측기 내에 공급되는 전압을 선형적으로 제어할 수 있는 삼상 계측기의 전원공급방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 삼상 배전선로에서 결상에 구애받지 않고 정확한 측정 및 기록상태를 장시간동안 측정기능을 유지할 수 있는 삼상 계측기의 전원공급 방법 및 장치를 제공하는 것이다
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 삼상 계측기의 전원공급장치는 배전선로에서 삼상전압을 관리하기 위해 전원단과 부하단에 마련된 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서, 상기 배전선로의 각상에 접속되는 단자의 각각에 접속되어 입력된 각 상의 전압의 유무 및 크기를 감지하여 분압하는 다수개의 전압 감지분압부, 상기 다수개의 전압 감지분압부에 각각 대응하여 마련되고, 상기 전압 감지분압부의 출력신호를 기초로 하여 상을 선택하고 상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압을 출력하는 논리회로부, 커패시터를 구비하고 상기 논리회로부에 접속되어 상기 논리회로부의 출력 전압을 감압하는 감압부, 상기 감압부의 출력에 접속되어 교류전압을 직류전압으로 변환하고 정전압으로 유지시키는 정류 및 정전압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 삼상 계측기의 전원공급장치는 배전선로에서 삼상전압을 관리하기 위해 전원단과 부하단에 마련된 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서, 상기 배전선로의 각상에 접속되는 단자의 각각에 접속되어 입력된 각 상의 전압의 유무 및 크기를 감지하여 분압하는 다수개의 전압 감지분압부, 상기 다수개의 전압 감지분압부에 각각 대응하여 마련되고, 상기 전압 감지분압부의 출력신호를 기초로 하여 상을 선택하고 상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압을 출력하는 논리회로부, 커패시터를 구비하고 상기 논리회로부에 접속되어 상기 논리회로부의 출력 전압을 감압하는 감압부, 상기 감압부의 출력에 접속되어 상기 부하단의 크기에 따라서 발진주파수를 변경하는 인버터부, 상기 인버터부에서 생성된 교류전압에 따라 고주파를 생성하는 고주파 감압부, 상기 고주파 감압부의 2차측 전압을 정류하는 정류회로부 및 상기 정류회로부에 접속되어 상기 삼상 계측기의 각각의 회로에 필요한 전원을 생성하는 정전압회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 삼상 계측기의 전원공급장치는 배전선로에서 삼상전압을 관리하기 위해 전원단과 부하단에 마련된 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서, 상기 배전선로의 각상에 접속되는 단자의 각각에 접속되어 입력된 각 상의 전압의 유무 및 크기를 감지하여 분압하는 다수개의 전압 감지분압부, 상기 다수개의 전압 감지분압부에 각각 대응하여 마련되고, 상기 전압 감지분압부의 출력신호를 기초로 하여 상을 선택하고 상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압을 출력하는 논리회로부, 커패시터를 구비하고 상기 논리회로부에 접속되어 상기 논리회로부의 출력 전압을 감압하는 감압부, 상기 감압부의 출력에 접속되어 상기 부하단의 크기에 따라서 발진주파수를 변경하는 인버터부, 상기 인버터부에서 생성된 교류전압에 따라 고주파를 생성하는 고주파 감압부, 상기 고주파 감압부의 2차측 전압을 정류하는 정류회로부 및 상기 정류회로부에 접속되어 상기 삼상 계측기의 각각의 회로에 필요한 전원을 생성하는 정전압회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서, 상기 인버터는 2개의 트랜지스터가 온/오프 상태를 교대로 반복하는 무안정 멀티바이브레이터 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서, 상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압의 출력은 릴레이 또는 스위칭 회로에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서, 상기 고주파 감압부는 페라이트 코어를 사용한 변압기이고, 상기 변압기의 1차측과 2차측의 그라운드는 분리되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서, 상기 전원공급장치와 상기 삼상 계측기는 상기 삼상 전원단을 공통으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서, 상기 전원단의 접지와 상기 전원공급장치의 접지는 절연되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 삼상 계측기의 전원공급방법은 배전선로에서 삼상전압을 관리하기 위해 전원단과 부하단에 마련되고, 배전선로의 각상에 접속되는 다수개의 전압 감지분압부, 상기 다수개의 전압 감지분압부에 각각 대응하여 마련된 논리회로부, 상기 논리회로부에 접속된 감압부, 상기 감압부의 출력에 접속된 인버터부, 상기 인버터부에서 생성된 교류전압에 따라 고주파를 생성하는 변압기를 포함하는 전원공급장치를 이용한 삼상 계측기의 전원공급방법에 있어서, 상기 다수개의 전압 감지분압부에 의해 입력된 각 상의 전압의 유무 및 크기를 감지하여 분압하는 단계, 상기 논리 회로부에 의해 상기 전압 감지분압부의 출력신호를 기초로 하여 상을 선택하고 상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압을 출력하는 단계, 상기 감압부로 상기 논리회로부의 출력 전압을 감압하는 단계, 상기 인버터부로 상기 부하단의 크기에 따라서 발진주파수를 변경하는 단계, 상기 변압기의 1차측과 2차측의 그라운드를 분리시키고, 상기 변압기로 고주파를 생성하는 단계 및 상기 전원단의 접지와 상기 전원공급장치의 접지를 절연시키는 단계를 포함하며, 상기 전원공급장치는 적어도 상기 배전선로의 어느 한 상으로만 공급되는 전원에 의해 상기 삼상 계측기의 각각의 회로에 필요한 전원을 생성하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명의 구성을 설명하기에 앞서 본 발명의 개요에 관해 설명한다.
일반적으로 측정 장치의 회로전원은 보통 감압 변압기를 이용한 정류방식을 주로 사용하였다.
그러나, 측정선로의 임의의 상이 결상이 되었을 때는 측정기기의 동작이 멈추기 때문에 내부 건전지 등 보조전원을 이용하여 계측기의 작동 일부 또는 일시적으로 측정 상태를 유지하였으나 측정기기의 특성상 장시간 지속적으로 계측기를 정 상적으로 동작시키지 못하고 소모전류가 많은 표시부 및 CPU등에서 대부분의 기능은 멈추고 최소한의 동작상태만을 유지하는 단순 슬립모드 기능밖에 수행하지 못하는 단점이 있었다.
또한, 각 상별 전압을 일일이 검출한다고 하여도 다수의 변압기를 사용하거나 단일 변압기를 사용해야 하는데 크기와 중량이 커지는 문제점으로 인하여 소형 휴대용으로 적합한 제품을 제작하기가 난해한 실정이었다.
본 발명은 변압기 대신 콘덴서를 이용하여 전압을 감압시킨 후 컨버터(DC TO DC)를 통해 측정 장치의 회로 전원을 얻는 방법이다 이런 방법은 특히 삼상전원을 사용하는 계측기에서는 계측기의 크기나 무게를 줄이는데 유용하며 결상이 발생하였을 경우에도 변압기나 보조전원장치 등이 필요하지 않아 소비전력을 극소화 하는 장점이 있다.
따라서, 본 발명에 있어서는 변압기나 보조전원장치 등의 내부 전원을 사용하지 않고도 임의의 한개 이상의 결상에서도 표시부 및 전체 기능이 정상적인 동작이 가능하도록 한 전원공급장치를 마련한다.
또, 삼상계측기의 부하전류가 변화함으로써 이에 따른 문제점을 방지하기위해 부하전류와 발진주파수간 상관관계를 이용한 자려식 멀티바이브레이터(Self Vibration) 발진회로를 구성하는 장치를 마련한다.
또한, 전원 또는 입력측에서 발생할 수 있는 순간 과전압 등 임펄스 성분으로 인한 회로의 부품파손이나 오작동을 방지하기 위해 전원부와 측정부를 전기적으로 절연시키기 위해 입력회로와 출력회로 간 분리장치로 주파수 특성을 이용한 주 파수감압기 장치를 마련하여 절연 조건을 충족시킬 수 있도록 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
또한, 도면에 있어서 동일 부분은 동일 부호를 부여하고 그 반복 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예에 따른 삼상 계측기의 전원공급방법 및 장치의 구성에 대해 도 2 및 도 3에 따라 설명한다.
도 2는 본 발명의 삼상 4선식 배전선로에서 계측기 동작에 필요한 전원공급 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2에 있어서, P1(10-1), P2(10-2), P3(10-3)은 계측기 입력부와 배전 선로의 각 상(R상, S상, T상)에 접속되는 단자를 구비하고 각상의 전압을 감지하여 분압하는 전압 감지분압부이고, (20)은 각각의 전압 감지부P1(10-1), P2(10-20) 및 P3(10-3)에 대응하여 마련된 스위치부(20-1), (20-2), (20-3)을 구비한 전원감시용 논리회로부이다.
이 논리 회로부(20)에서 각각의 전압 감지분압부P1(10-1), P2(10-2) 및 P3(10-3)의 입력 전압이 모두 검출될 때는 전압 감지분압부P1(10-1)의 전압만을 감압부(30)로 보내며 전압 감지분압부P2(10-2), P3(10-3)의 입력전압은 차단하여 출력하지 않는다. 또한, 동일 조건으로 전압 감지분압부P1(10-1)이 결상이었을 때는 전압 감지분압부P2(10-2)에 걸리는 전압을 감압부(30)로 보내며 전압 감지분압부P3(10-3)에 입력되는 전압은 차단한다.
이와 같이, 입력전원중 하나의 상이 결상이거나 삼상(R상, S상, T상)의 전원 이 모두 정상적으로 공급된다 하여도 논리회로부(20)에서는 1개의 상만을 출력하여 감압부(30)로 보내고 나머지 2개, 또는 1개의 입력전압은 차단하여 감압부(30)에 공급되는 전원은 항상 삼상 입력전원 중 1개의 상 전압만을 선택하여 보낸다.
삼상 전원 중 1개의 상 전압만을 선택하는 것은 입력전압의 변화에 대응하는 1차 정류/정전압부(40)에서 정 전압의 범위를 작게 하여 발열작용 및 소비전력을 줄이기 위한 방법이다.
감압부(30)는 논리 회로부(20)에 대응하여 접속되고 콘덴서를 이용하여 입력전압을 1차 정류/정전압부(40)에 필요한 일정수준 이하의 전압으로 감압한다.
1차 정류/정전압부(40)는 AC 입력전압을 DC 출력전압으로 변환하여 정 전압으로 유지시킨 후 DC TO DC 인버터부(50)에 공급한다.
이 인버터부(50)은 1차 정류/정전압부(40)에 대응하여 접속되고, 인버터부(50)는 부하의 크기에 따라서 발진 주파수가 변하도록 구성하여 부하와 주파수의 크기가 비례되도록 구성한다. 이와 같이 부하의 증가가 주파수의 상승으로 이어지도록 하면 부하가 증가할 때 리플(Ripple)이 커지는 것을 방지할 수가 있어 안정된 전압을 고주파 감압부(60)의 1차측 전원으로 전달할 수가 있다.
고주파 감압부(60)는 회로의 전기적 안정이 필요한 절연을 위해 소형으로 제작이 가능하면서 주파수 효율이 좋은 페라이트코어를 이용한 감압부이다.
이 고주파 감압부(60)에서 1차와 2차의 그라운드를 분리하여 전기적으로 1차와 2차를 완전히 절연시키고, 전원회로에서 고주파 감압부(60)를 통해 출력되는 전압은 전원 입력단의 순간 과전압 등 노이즈 성분으로부터 받는 영향을 피할 수 있 다.
2차 정류/정전압부(70)는 고주파 감압부(60)에 접속되어 고주파 감압부(60)의 출력전압을 정류하고, 계측기에서 필요한 회로 구동용 전원을 일정하게 하여 출력한다.
다음에 도 2에 도시된 삼상 계측기의 전원공급장치의 구체적인 회로의 동작에 대해 도 3에 따라 설명한다. 도 3은 도 2에 도시된 삼상 계측기의 전원공급장치의 회로도이다.
본 발명에 있어서는 각상의 전압을 감지하고, 논리적으로 판단하여 각상 중 어느 상을 선택 할 것인가는 미리 정해진 논리회로 규정에 따른다.이러한 논리규정에 따라 선택되어진 임의의 상의 전압을 정류한 후에 입력 전압의 변동 값을 고려하여 충분한 직류의 정전압 회로를 구성한다.
또한, 직류의 정전압을 입력으로 무안정 멀티바이브레이터 회로와 변압기를 조합한 인버터를 구동하여 변압기의 2차 측에 필요한 크기의 교류전압을 유기시키고, 유기된 전압을 정류하여 변압기 2차 측의 정류된 직류 전압으로 필요한 정전압을 만든다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전원단과 부하단 사이의 전압을 측정하기 위해 전압 감지분압부(10)에서는 입력단에 입력된 전압이 크기 때문에 2개의 저항에 의해 일정한 비율로 분압하여 각 상의 전압을 감지한다. 즉, 전압 감지분압부(10)에서는 R상에 접속된 V1, S상에 접속된 V2, T상에 접속된 V3의 위치가 교류전압을 저항 등으로 필요한 신호의 크기로 분압하며 분압된 전압크기는 논리회로부(20)의 입력 신호의 크기와 같도록 한다. 분압된 전압의 크기가 너무 작거나 크면 논리회로부(20)가 오동작할 경우가 발생하므로 적정한 전압으로 분압한다.
또, 도 3에 있어서 전압 감지분압부(10)의 V1, V2, V3에 각각 대응하여 마련된 제너 다이오드(ZD1, ZD2, ZD3)의 각상의 전압이 일정 전압 이하인 경우에는 결상으로 간주하며, 논리회로부(20)에서는 해당 상 전압이 없는 것으로 판단한다. 이 전압 감지분압부(10)의 제너 다이오드(ZD1, ZD2, ZD3)는 입력된 각 상의 전압이 일정 전압 이하인 경우에는 제너 다이오드 특성에 의해 입력 전압이 전달되지 않도록 하여 논리신호의 "하이(H)" 또는 "로우(L)" 가 불분명한 영역을 해소하기 위해 마련된다.
즉, 각상의 전압이 기준 전압에 일정 비율(1차 정전압 입력전압 범위)의 전압으로 낮아질 경우에는 계측기의 회로 전압에 영향이 발생할 수가 있는 경우이다. 이런 경우에는 다른 상의 전압을 선택하게 구성한다.
따라서, 각 상의 전압을 감지하는 전압 감지분압부(10)는 각상의 전압의 유무와 상 전압의 크기를 분석하여 논리 회로부(20)로 전달한다.
또한, 도 3에 도시한 논리 회로부(20)에서의 동작은 전압 감지감압부(10)의 제너 다이오드(ZD1, ZD2, ZD3)의 각각에서 정전압 신호를 받아서 논리적으로 처리하는 과정은 다음 진리표로 대신한다.
| 진리표 | ||||||
| NO | ZD1 | ZD2 | ZD3 | 출력R | 출력S | 출력T |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 3 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 4 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 5 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 6 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 7 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 8 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
(주) "0" ⇒ 신호 없음 "1" ⇒ 신호 있음
또, 도 3에 도시된 논리 회로부(20)에 있어서 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)은 각각의 논리 회로에 대응하여 마련되며 이 논리 회로의 결과를 받아서 각 상 중에 해당하는 릴레이 또는 스위칭 회로(S1, S2, S3)를 동작시켜주는 역할을 한다.
또한, 해당하는 릴레이 또는 스위칭 회로(S1, S2, S3)를 통하여 각각에 해당되는 상의 전압은 도 3에 도시한 감압부(30)의 콘덴서에 공급된다. 그리고, 중성선(N)은 도 3에 도시한 바와 같이, 1차 정류/정전압부(40)의 정류 및 2차 정류/정전압부(70)의 경우에만 필요하며, 해당하는 릴레이 또는 스위칭 회로(S1, S2, S3)와는 관계가 없다.
도 3에 도시한 인버터부(50)는 1차 정류/정전압부(40)의 출력 전압을 입력으로 하여 2개의 트랜지스터(Q4, Q5)가 온/오프 상태를 교대로 반복하는 무안정 멀티바이브레이터 회로로 구성된다.
도 3에 도시한 인버터부(50)에 있어서 저항(R1)은 1차 정류/정전압부(40)의 출력전압에 의해서 콘덴서(C1)에 충전을 하고, 저항(R2)는 1차 정류/정전압부(40)의 출력 전압(DC)에 의해서 콘덴서(C2)에 충전하는 저항값의 시정수에 의해서 기본 주파수가 정해진다. 여기에서 고주파 감압부(60)의 변압기는 1차 측의 임피던스 의 증감(즉, 2차 측 부하의 변동)이 결국에는 콘덴서(C1)과 (C2)의 충전의 속도에 영향을 준다.
즉, 고주파 감압부(60)의 변압기의 1차 측 "A" 쪽의 임피던스가 낮아지면, 콘덴서C2의 전위가 상승하므로 콘덴서C2의 충전이 빨리 이루어져서 전류의 흐름이 빨리 정지되며, 콘덴서C1이 충전되어 충전주기가 빨라져 주파수가 높아진다.
또한, 고주파 감압부(60)의 변압기는 1차 측 "B" 쪽의 임피던스가 낮아지면 상기의 동작이 반대의 순으로 이루어진다.
물론, 고주파 감압부(60)의 변압기의 임피던스가 높아지면 상기의 모든 경우가 반대로 충전의 주기가 느려져서 주파수가 낮아지는 경우로 된다.
그러므로, 부하의 증감은 고주파 감압부(60)의 변압기의 임피던스 증감으로 이어져서 결국에는 인버터부(50)의 무안정 멀티바이브레이터의 주파수의 증감이 이루어진다. 결론적으로 부하의 증가는 무안정 멀티바이브레이터의 주파수의 증가로 이어지며 전력원이 향상되어 진다.
고주파 감압부(60)의 변압기의 경우에는 인버터부(50)의 특성상 상용 주파수로는 효율 면에서 낮기 때문에 고주파를 발생시켜야 한다. 따라서 고주파용 코아를 사용하여 변압기의 효율을 고려한다. 또한, 고주파 감압부(60)의 변압기의 2차 측은 1차 측과 그라운드의 분리가 이루어진다.
2차 정류/정전압부(70)는 고주파 감압부(60)의 변압기의 2차측 교류 전압을 정류하여, 계측기 회로전원, 기타 필요한 직류 전압의 안정된 전압으로 출력한다.
또한, 도 3에 도시된 회로도에 있어서 그 구체적인 설명을 생략한 일부 구성 소자는 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.
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 삼상 계측기의 전원공급장치에 대해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 개념을 활용하여 다른 용도의 계측기에 있어서의 전원공급장치에 적용할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 삼상 계측기의 전원공급방법 및 장치에 의하면, 배전선로와 접속되는 계측기 입력측에 각각의 상에 대응하는 변압기를 사용할 필요가 없으며, 각 상의 입력전압을 논리회로부를 통해 임의의 1개 상 전압만을 선택하여 감압부를 거쳐 정전압을 시킬 때 정전압의 범위가 작아지므로 계측장치에서 중요한 소비전류가 낮아지고 제어부품에서의 발열현상을 감소시키는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명의 삼상 계측기의 전원공급장치에 따르면, 삼상 전원을 이용하여 측정할 때 결상 유무에 관계없이 계측기 회로 동작에 필요한 전원을 얻을 수 있어 추가 보조전원 등을 장치할 필요가 없으므로, 계측기 설계비용을 줄일 수 있는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명의 삼상 계측기의 전원공급장치에 따르면, 배전선로의 접속되는 단자로부터 측정 계측기로 유기될 수 있는 과전압 및 순간 임펄스(IMPULSE) 등 으로부터 측정 계측기를 보호할 수 있어 계측기 수명의 연장 및 성능을 개선시킬 수 있는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명의 삼상 계측기의 전원공급장치에 따르면, 감압부를 포함한 전원회로구성을 간단히 할 수가 있어 전원부 설계면적을 줄일 수 있으며 부품의 전기적 피로도 및 중량을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 삼상 계측기의 전원공급장치에 따르면, 인버터부의 발진주파수가 부하에 따라 변경됨에 따라 부하가 증가하여도 2차 정류/정전압부에서 출력되는 전압의 리플전압을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
Claims (9)
- 배전선로에서 삼상전압을 관리하기 위해 전원단과 부하단에 마련된 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서,상기 배전선로의 각상에 접속되는 단자의 각각에 접속되어 입력된 각 상의 전압의 유무 및 크기를 감지하여 분압하는 다수개의 전압 감지분압부,상기 다수개의 전압 감지분압부에 각각 대응하여 마련되고, 상기 전압 감지분압부의 출력신호를 기초로 하여 상을 선택하고 상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압을 출력하는 논리회로부,커패시터를 구비하고 상기 논리회로부에 접속되어 상기 논리회로부의 출력 전압을 감압하는 감압부,상기 감압부의 출력에 접속되어 상기 부하단의 크기에 따라서 발진주파수를 변경하는 인버터부,상기 인버터부에서 생성된 교류전압에 따라 고주파를 생성하는 고주파 감압부,상기 고주파 감압부의 2차측 전압을 정류하는 정류회로부 및상기 정류회로부에 접속되어 상기 삼상 계측기의 각각의 회로에 필요한 전원을 생성하는 정전압회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 계측기의 전원공급장치.
- 제 1항에 있어서,상기 인버터는 2개의 트랜지스터가 온/오프 상태를 교대로 반복하는 무안정 멀티바이브레이터 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 삼상 계측기의 전원공급장치.
- 제 1항에 있어서,상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압의 출력은 릴레이 또는 스위칭 회로에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼상 계측기의 전원공급장치.
- 제 2항에 있어서,상기 고주파 감압부는 페라이트 코어를 사용한 변압기이고, 상기 변압기의 1차측과 2차측의 그라운드는 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 삼상 계측기의 전원공급장치.
- 제 3항에 있어서,상기 전원공급장치와 상기 삼상 계측기는 상기 삼상 전원단을 공통으로 사용하는 것을 특징으로 하는 삼상 계측기의 전원공급장치.
- 제 3항에 있어서,상기 전원단의 접지와 상기 전원공급장치의 접지는 절연되는 것을 특징으로 하는 삼상 계측기의 전원공급장치.
- 배전선로에서 삼상전압을 관리하기 위해 전원단과 부하단에 마련되고, 배전선로의 각상에 접속되는 다수개의 전압 감지분압부, 상기 다수개의 전압 감지분압부에 각각 대응하여 마련된 논리회로부, 상기 논리회로부에 접속된 감압부, 상기 감압부의 출력에 접속된 인버터부, 상기 인버터부에서 생성된 교류전압에 따라 고주파를 생성하는 변압기를 포함하는 전원공급장치를 이용한 삼상 계측기의 전원공급방법에 있어서,상기 다수개의 전압 감지분압부에 의해 입력된 각 상의 전압의 유무 및 크기를 감지하여 분압하는 단계,상기 논리 회로부에 의해 상기 전압 감지분압부의 출력신호를 기초로 하여 상을 선택하고 상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압을 출력하는 단계,상기 감압부로 상기 논리회로부의 출력 전압을 감압하는 단계,상기 인버터부로 상기 부하단의 크기에 따라서 발진주파수를 변경하는 단계,상기 변압기의 1차측과 2차측의 그라운드를 분리시키고, 상기 변압기로 고주파를 생성하는 단계 및상기 전원단의 접지와 상기 전원공급장치의 접지를 절연시키는 단계를 포함하며,상기 전원공급장치는 적어도 상기 배전선로의 어느 한 상으로만 공급되는 전원에 의해 상기 삼상 계측기의 각각의 회로에 필요한 전원을 생성하는 것을 특징으로 하는 삼상 계측기의 전원공급방법.
- 배전선로에서 삼상전압을 관리하기 위해 전원단과 부하단에 마련된 삼상 계측기의 전원공급장치에 있어서,상기 배전선로의 각상에 접속되는 단자의 각각에 접속되어 입력된 각 상의 전압의 유무 및 크기를 감지하여 분압하는 다수개의 전압 감지분압부,상기 다수개의 전압 감지분압부에 각각 대응하여 마련되고, 상기 전압 감지분압부의 출력신호를 기초로 하여 상을 선택하고 상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압을 출력하는 논리회로부,커패시터를 구비하고 상기 논리회로부에 접속되어 상기 논리회로부의 출력 전압을 감압하는 감압부,상기 감압부의 출력에 접속되어 교류전압을 직류전압으로 변환하고 정전압으로 유지시키는 정류 및 정전압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 계측기의 전원공급장치.
- 제 8항에 있어서,상기 배전선로에서 상기 선택된 상의 전압의 출력은 릴레이 또는 스위칭 회로에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼상 계측기의 전원공급장치.
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