KR100712793B1

KR100712793B1 - 절전용 전력 조절 장치

Info

Publication number: KR100712793B1
Application number: KR1020040074473A
Authority: KR
Inventors: 손순향
Original assignee: (주)대경일렉
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2007-05-02
Also published as: KR20060025702A

Abstract

단권변압기를 이용한 절전용 전력 조절 장치로서, 코일을 2개로 분할하여 사용하며, 입력단자(R, N)로 교류 전원이 입력되고, 분할된 각 코일의 중간에 설치된 각각의 탭(tap)에 출력단자(R', N')가 각각 연결되어 전압이 출력된다. 입력단자와 출력단자 사이에(R~R', N~N') 사이에는 전류 코일이 형성되는 반면, 출력단자와 각 코일의 말단 사이(R'~X1, N'~X2)에는 전압 코일이 형성된다. 분할된 코일 사이에는, 이들 코일의 직렬 접속을 제어하는 제1 스위치(a)가 설치되고, 출력단자(R', N')와 각 코일의 말단(X1, X2) 사이에는 제2 및 제3 스위치(b1, b2)가 각각 설치된다. 입력 전압이 적정 전압의 범위에 있을 경우에, 상기 스위치를 작동시켜 R, N 유도 회로를 형성시킴으로써, 입력 전압을 적절히 감압시킬 수 있다.

절전 회로, 변압기, 전력 조절, 전류 코일, 전압 코일

Description

절전용 전력 조절 장치{Power control apparatus for saving electricity}

도 1은 본 발명에 따른 절전 가능한 전압의 범위를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 조절 장치의 회로도.

본 발명은 변압기를 이용한 절전 장치에 관한 것으로서, 특히 단권변압기를 이용한 감압 기능을 갖는 교류 전력 조절 장치에 관한 것이다.

현재, 각 가정이나 사업장에 공급되는 전압은, 일반 단상 전기의 경우 233~207V(220±13V)를, 3상 전기의 경우 406~354V(380±26V)를 유지하도록 규정되어 있다. 일반적으로 전기 제품에 필요한 전기를 공급할 때에는 종단에서 최저 전압을 유지할 수 있도록, 주상 변압기에서는 선간 전압의 강하를 고려하여 최고 전압으로 송전을 하고 있다.

이와 같이 공급 규정의 폭이 넓어서 수용가에게 불리한 고전압인 경우도 많아서 수용가에게 유리한 최적 전압 수용 환경을 조성할 필요가 있다.

한편, 통상적인 전기기기의 제작에 있어서 허용 전압의 규정 범위는 ±10%이므로, 상기한 공급 전압의 범위와 전기 기기의 규정 전압 특성을 이용하여, 수용자 에게 공급되는 전압을 최소의 정격 전압으로 낮추어서 공급함으로써, 절전 효과를 얻을 수가 있다.

상기한 바와 같은 절전 효과를 얻기 위하여, 여러 종류의 절전 장치가 개발되어 사용되고 있는데, 대표적인 것으로서 단권변압기를 이용한 것과 복권변압기를 이용한 것이 있다.

단권변압기를 이용한 절전 장치는 전압을 전환시킬 때에 전기 공급이 순간적으로 중단되는 문제점이 있으며, 또한 코일의 탭(tap)을 선택하기 위한 스위치들이 부하 용량에 상응하는 큰 전류를 도통시켜야 하므로, 접점이 개폐되는 순간 스파크 등이 발생하는 문제점이 있다.

한편, 복권변압기를 이용한 절전 장치는 단권변압기를 이용한 장치의 문제점을 많이 해결하고 있으나, 스위치 및 코일의 크기 때문에 절전 장치의 전체 부피가 증가하고, 전기가 절약되는 양에 비하여 제조비용이 너무 과다한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기계적 접점이 없어 보다 안전한 전력을 공급할 수 있으며, 장치의 크기가 작고 제조비용이 저렴한 절전장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 단권변압기를 이용한 절전용 전력 조절 장치는,

2개로 분할된 제1 및 제2 코일; 상기 제1 및 제2 코일의 일단(一端)에 각각 연결되어, 교류 전원을 입력하는 제1 입력단자(R) 및 제2 입력단자(N); 상기 제1 코일의 중간에 설치된 탭(tap)에 연결되어, 상기 제1 입력단자(R)와의 사이에는 전류 코일을 형성하고, 상기 제1 코일의 타단(他端)(X1)과의 사이에는 전압 코일을 형성하는 제1 출력단자(R'); 상기 제2 코일의 중간에 설치된 탭에 연결되어, 상기 제2 입력단자(N)와의 사이에는 전류 코일을 형성하고, 상기 제2 코일의 타단(X2)과의 사이에는 전압 코일을 형성하는 제2 출력단자(N'); 상기 제1 코일의 상기 타단(X1)과 상기 제2 코일의 상기 타단(X2) 사이에 설치되어, 상기 제1 코일과 제2 코일의 직렬 접속을 개폐하는 제1 스위치(a); 상기 제1 출력단자(R')와 상기 제1 코일의 상기 타단(X1) 사이에 상기 제1 코일과 병렬로 설치되어, 상기 제1 코일을 단락 또는 개방시키는 제2 스위치(b1); 상기 제2 출력단자(N')와 상기 제2 코일의 상기 타단(X2) 사이에 상기 제2 코일과 병렬로 설치되어, 상기 제2 코일을 단락 또는 개방시키는 제3 스위치(b2); 상기 제1 출력단자(R')와 상기 제2 스위치(b1) 사이에 직렬로 연결된 제1 저항(r1); 및 상기 제2 출력단자(N')와 상기 제3 스위치(b2) 사이에 직렬로 연결된 제2 저항(r2)을 포함한다.

여기서, 상기 제1 스위치(a)가 오프(OFF) 되고, 상기 제2 및 제3 스위치(b1, b2)가 온(ON) 되면, 상기 제1 입력단자(R) 및 제2 입력단자(N)로 입력되는 공급 전압은 상기 제1 출력단자(R') 및 제2 출력단자(N')로 바이패스(bypass) 되고; 상기 제1 스위치(a)가 온 되고, 상기 제2 및 제3 스위치(b1, b2)가 오프 되면, 상기 제1 입력단자(R) 및 제2 입력단자(N)와, 상기 제1 및 제2 코일과, 상기 제1 출력단자(R') 및 제2 출력단자(N')는 유도 회로를 형성하여, 상기 제1 입력단자(R) 및 제2 입력단자(N)로 입력되는 공급 전압이 감압되어 상기 제1 출력단자(R') 및 제2 출력단자(N')로 출력된다.

상기한 본 발명에 따른 절전용 전력 조절 장치는, 상기 제1 입력단자(R) 및 제2 입력단자(N)로 입력되는 공급 전압을 검출하는 전압 검출기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전압 검출기에서 검출된 전압이 소정값 이상일 경우, 상기 제1 스위치(a)는 온 되고, 상기 제2 및 제3 스위치(b1, b2)는 오프 되도록 제어되고, 상기 전압 검출기에서 검출된 전압이 소정값 미만일 경우, 상기 제1 스위치(a)는 오프 되고 상기 제2 및 제3 스위치(b1, b2)는 온 되도록 제어된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 전력 조절 장치에서의 절전 가능 범위에 대해, 220V의 전압이 공급될 경우를 일례로 하여 설명한다.

도 1에 공급 전압의 규정 범위와 전기기기의 전압 규정 범위에 따른 절전 가능한 범위를 그림으로 나타내었다.

도 1에서와 같이, 통상의 수용 환경에서는 정격 전압의 ±6%인 233V~207V가 공급되므로, 평균 전압인 220V 이상으로 공급될 경우 여유분인 6%에 해당하는 13V를 감압해서 사용할 수 있다. 따라서, 이 경우에 절전 가능한 입력 전압의 범위는 220V~233V(①)가 된다.

한편, 정격 전압의 ±10%를 허용하는 전기기기의 규정 전압을 고려한다면, 최소값인 198V를 기준으로 하여 절전 가능한 전압 범위를 211V~233V(②)로 확대할 수도 있다.

도 2에 본 발명의 실시예에 따른 전력 조절 장치의 회로도를 나타내었다.

도 2에서와 같이, 본 발명의 전력 조절 장치는 단권변압기를 이용한 것으로서, 코일은 2개로 분할하여 사용한다. 제1 입력단자(R) 및 제2 입력단자(N)로 교류 전원이 입력되고, 분할된 각 코일의 중간에 설치된 탭(tap)에 제1 출력단자(R') 및 제2 출력단자(N')가 각각 연결되어 전압이 출력된다.

제1 입력단자(R)와 제1 출력단자(R') 사이(R~R')와, 제2 입력단자(N)와 제2 출력단자(N') 사이(N~N')에는 전류 코일이 형성되는 반면, 제1 출력단자(R')와 제1 코일의 말단(X1) 사이(R'~X1)와, 제2 출력단자(N')와 제2 코일의 말단(X2) 사이(N'~X2)에는 전압 코일이 형성된다.

상기 전류 코일의 실제 전류 용량을 100%라고 하면, 상기 전압 코일의 전류 용량은 6%의 크기로 축소된다. 즉, 상기 전류 코일과 상기 전압 코일의 권선비는 6.5:103.5의 비율을 갖는 것이 바람직하다. 이것은 상기 도 1에서 설명한 바와 같이, 정격 전압인 220의 ±6%인 233V~207V가 입력단자(R, N)에 공급되는 경우, 여유분인 6%에 해당하는 13V를 감압할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 필요에 따라서는 전기기기의 규정 전압의 최소값인 198V를 기준으로 하여, 상기 도 1에서 설명한 211~233V(②) 사이를 선택하여 전압을 제어할 수도 있다.

분할된 제1 코일과 제2 코일 사이에는, 이들 코일의 직렬 접속을 제어하는 제1 스위치(a)가 설치된다. 즉, 제1 스위치(a)의 개폐에 의해 제1 코일과 제2 코일의 직렬 연결이 결정된다.

한편, 제1 출력단자(R')와 제1 코일의 말단(X1) 사이에는, 제1 코일을 단락 또는 개방시키는 제2 스위치(b1)와, 제1 저항(r1)이 제1 코일과 병렬로 연결되어 있다. 또한, 제2 출력단자(N')와 제2 코일의 말단(X2) 사이에는, 제2 코일을 단락 또는 개방시키는 제3 스위치(b2)와, 제2 저항(r2)이 제2 코일과 병렬로 연결되어 있다.

상기 제1 및 제2 저항(r1, r2)은 순간적인 회로의 단락을 방지하여, 스위치 b1, b2에서의 접점을 보호하는 역할을 한다.

다음으로, 상기 본 발명의 전력 조절 회로의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 입력단자(R, N)로 전압이 입력되면, 제1 스위치(a)는 오프(OFF) 되고, 제2 및 제3 스위치(b1, b2)가 온(ON) 상태가 되도록 제어한다. 그러면, 코일에 의한 유도 회로가 형성되지 않게 되므로, 입력단자(R, N)로 입력된 공급 전압은 출력단자(R', N')로 바이패스(bypass) 된다.

다음으로, 적정 시간 경과 후에 입력이 적정 전압의 범위에 있을 때, 제1 스위치(a)는 온 되고, 제2 및 제3 스위치(b1, b2)는 오프 상태로 되도록 제어한다. 그러면, 입력단자(R, N), 제1 및 제2 코일, 및 출력단자(R', N')에 의해 유도 회로가 형성되어, 입력단자(R, N)로 입력되는 공급 전압이 감압되어 출력단자(R', N')로 출력된다.

여기서, 입력단자(R, N)로 입력되는 공급 전압을 검출하는 전압 검출기(도시하지 않음)를 이용하여, 전압 검출기에서 검출된 전압이 소정값 미만일 경우(예를 들어, 220V)에는, 유도 회로를 형성하지 않도록 스위치(a, b1, b2)를 제어할 수 있 다. 이러한 스위치들은 소형 계전기(relay)를 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 상기한 본 발명의 전력 조절 회로에서는, 입력 전압이 적정 전압의 범위에 있을 경우에, 소형 계전기를 작동시켜 R, N 유도 회로를 형성시킴으로써, 입력 전압을 적절히 감압시킬 수 있다. 따라서, 출력단자를 통해 부하에 공급되는 전압을 부하의 최소 정격 전압으로 낮추어 공급할 수 있으므로, 전기를 절약할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 전력 조절 장치에서는, 단권변압기, 2개의 저항(r1, r2) 및 3개의 접점만으로 회로를 구성하여, 입력 전압을 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 코일을 2개로 분할하여 유도 회로를 폐쇄시킴으로써, 바이패스용 전자 개폐기를 사용할 필요가 없다.

또한, 전류 코일과 전압 코일의 크기를 다르게 함으로써 부피를 감소시킬 수 있으며, 접점을 보호하는 저항(r1, r2)을 사용함으로써 순간적인 단락을 방지하여 접점을 보호할 수 있다.

또한, 종래의 단권변압기를 이용한 전력 조절 장치에서와는 달리, 코일에 설치된 탭을 선택하기 위한 기계적 스위칭이 없기 때문에, 부하에 영향을 주는 스파크(spark)와 서지(surge) 전압의 발생을 방지할 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예에서는, 입력되는 전압이 220V±6%의 단상(單相)인 경우에 대해 설명하였지만, 단상 110V와 3상 380V의 공급 전압에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 즉, 단상 110V인 경우에는 110V±6V, 단상 220V의 경우에는 220±13V, 3상 380의 경우에는 380±26V를 입력 받아, 상기 유도 회로에 의해 필요한 크기로 감압하게 된다.

본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예가 구성될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 전력 조절 장치는, 폐회로를 구성하지 않고 기계적 접점이 없으며, 필요한 부품의 수와 장치의 부피를 현저히 감소시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 전력 조절 장치에 의하여, 비용이 저렴하고 안전하며 신뢰성이 높은 절전 장치를 실현할 수가 있다.

Claims

2개로 분할된 제1 및 제2 코일과;

제1 코일의 중간에 설치된 탭(tap)에 연결되어, 제1 입력단자(R) 와의 사이에는 전류 코일을 형성하고, 상기 제1 코일의 타단(X1)과의 사이에는 전압 코일을 형성하는 제1 출력단자(R')와;

제2 코일의 중간에 설치된 탭에 연결되어, 제2 입력단자(N) 와의 사이에는 전류 코일을 형성하고, 상기 제2 코일의 타단(X2)과의 사이에는 전압 코일을 형성하는 제2 출력단자(N')와;

제1 코일의 상기 타단(X1)과 상기 제2 코일의 상기 타단(X2) 사이에 설치되어, 상기 제1 코일과 제2 코일의 직렬 접속을 개폐하는 제1 스위치(a)와;

제1 출력단자(R')와 상기 제1 코일의 상기 타단(X1) 사이에 상기 제1 코일과 병렬로 설치되어, 상기 제1 코일을 단락 또는 개방시키는 제2 스위치(b1)와;

제2 출력단자(N')와 상기 제2 코일의 상기 타단(X2) 사이에 상기 제2 코일과 병렬로 설치되어, 상기 제2 코일을 단락 또는 개방시키는 제3 스위치(b2);로 이루어진 단권변압기를 이용한 절전용 전력 조절 장치에 있어서,

상기 제1 및 제2 코일의 일단에 각각 연결되어, 교류 전원을 입력하는 제1 입력단자(R) 및 제2 입력단자(N)와;

상기 제1 출력단자(R')와 상기 제2 스위치(b1) 사이에 직렬로 연결된 제1 저항(r1); 및 상기 제2 출력단자(N')와 상기 제3 스위치(b2) 사이에 직렬로 연결된 제2 저항(r2)을 포함하여 이루어져;

상기 제1 스위치(a)가 온되고, 상기 제2 및 제3 스위치(b1,b2)가 오프되면, 상기 제1 입력단자(R) 및 제2 입력단자(N)와, 상기 제1 및 제2 코일과, 상기 제1 출력단자(R') 및 제2 출력단자(N')는 유도 회로를 형성하여, 상기 제1 입력단자(R') 및 제2 입력단자(N)로 입력되는 공급 전압이 갑압되어 상기 제1 출력단자(R') 및 제2 출력단자(N')로 출력되는 것을 특징으로 하는 절전용 전력 조절 장치.
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