KR100857236B1

KR100857236B1 - 3상 전압용 전압조정장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100857236B1
Application number: KR1020060115753A
Authority: KR
Inventors: 이명환
Original assignee: 한일월드(주)
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-09-05
Also published as: KR20080046378A

Abstract

본 발명은 R,S,T 상으로 구성되는 3상 전압용 전압조정장치에 관한 것으로서, R상, S상 및 T상 입력전압이 각각 입력되는 R상 입력단, S상 입력단 및 T상 입력단; 상기 R상 입력전압, 상기 S상 입력전압 및 상기 T상 입력전압에 각각 대응하는 R상 출력전압, S상 출력전압 및 T상 출력전압을 부하에 각각 출력하기 위한 R상 출력단, S상 출력단 및 T상 출력단; 상기 R상 입력단, 상기 S상 입력단 및 상기 T상 입력단의 입력전압들이 상기 R상 출력단, 상기 S상 출력단 및 상기 T상 출력단에서 출력전압들로 각각 출력되도록 상기 3상별 입력단과 출력단을 각각 연결하는 제1 경로, 제2 경로 및 제3 경로에 마련되어, 각각의 경로들을 각각 스위칭하는 R상 마그네틱 스위치부, S상 마그네틱 스위치부 및 T상 마그네틱 스위치부; 상기 제1 경로의 R상 마그네틱 스위치부, 상기 제2 경로의 S상 마그네틱 스위치부 및 상기 제3 경로의 T상 마그네틱 스위치부 각각에 대한 제1 바이패스 경로, 제2 바이패스 경로 및 상기 제3 바이패스 경로에 각각 위치하는 R상 주권선, S상 주권선 및 T상 주권선; 상기 R상 주권선, 상기 S상 주권선 및 상기 T상 주권선에 각각 유도결합하고, 상기 R상 주권선, 상기 S상 주권선 및 상기 T상 주권선에 인가되는 상기 입력전압들에 각각의 유도전압을 가감하여 상기 출력단들에서 각각 출력되도록 하는 R상 여자권선, S상 여자권선 및 T상 여자권선; 상기 3상에 대한 여자권선들 각각에서의 유도전압 발생 여부를 각각 스위칭하기 위한 R상 유도결합 스위치부, S상 유도결합 스위치부 및 T상 유도결합 스위치부; 상기 R상 입력전압, 상기 S상 입력전 압 및 상기 T상 입력전압 각각을 소정의 허용전압값과 비교하는 전압비교부; 및 상기 R상 입력전압과 상기 허용전압값과의 차이에 기초하여 상기 R상 출력단에서의 상기 R상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 R상 유도결합 스위치부 및 상기 R상 스위치부를 제어하고, 상기 S상 입력전압과 상기 허용전압값과의 차이에 기초하여 상기 S상 출력단에서의 상기 S상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 S상 유도결합 스위치부 및 상기 S상 스위치부를 제어하고, 상기 T상 입력전압과 상기 허용전압값과의 차이에 기초하여 상기 T상 출력단에서의 상기 T상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 T상 유도결합 스위치부 및 상기 T상 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 마그네틱 컨택터에서의 아크 발생을 효과적으로 방지할 수 있어 부품의 빈번한 교체 횟수 및 전압조정장치의 고장 발생율을 감소시킬 수 있다.

전압조정장치, 마그네틱 컨택터

Description

3상 전압용 전압조정장치 및 그 제어방법{Voltage regulator for 3-phase votage and control method thereof}

도1은 종래 3상 전압용 전압조정장치의 개략적인 구성도;

도2는 본 발명의 실시예에 따른 전압조정장치의 개략적인 블록 구성도; 및

도3은 본 발명의 실시예에 따른 3상 전압용 전압조정장치의 제어방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명은 3상 전압용 전압조정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배전계통으로부터 수용가로 공급되는 3상 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 하여 전력을 절감하고 부하의 안정적인 동작을 보장하기 위한 3상 전압용 전압조정장치에 관한 것이다.

도1은 종래 3상 전압용 전압조정장치의 개략적인 구성도이다. 도1을 참조하여, 도시된 전압조정장치에 관한 주지의 동작방법에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.

도1을 참조하면, 종래 3상 전압용 전압조정장치는 입력단(100), 출력단(200), 3상 일체형 마그네틱 컨택터(300), 주권선(400), 여자권선(500), 탭스위치(600), 3상 일체형 유도결합 마그네틱 스위치(700), 평균전압산출부(800) 및 제어부(900)로 구성된다.

입력단(100)을 통해 배전계통으로부터 3상 전압이 입력되며, 출력단(200)을 통해 수용가의 부하에 전원이 공급된다.

입력단(100)과 출력단(200) 사이에는 3상 일체형 마그네틱 컨택터(300)가 마련되어 있다. 3상 일체형 마그네틱 컨택터(300)는 3상에 대응하는 입력단(100)과 출력단(200) 사이의 3개의 경로를 동시에 온/오프하도록 스위칭 동작한다.

주권선(400) 및 여자권선(500)은 상호 유도결합되고, 주지된 바와 같이, 주권선(400) 및 여자권선(500)의 접점으로부터 출력단(200)에 공급되는 3상 전압이 적정 크기를 유지하도록 주권선(400)에 인가되는 3상 입력전압을 조정한다. 특히 여자권선(500)에 마련된 복수의 탭은 입력전압에 가감되는 전압의 레벨을 선택적으로 조정하기 위한 것으로서, 각각의 탭과 중성점(N)을 연결하는 탭스위치(600)의 스위칭 동작에 따라 선택된다.

3상 일체형 유도결합 마그네틱 스위치(700)는 3상 각각에 대한 여자권선(500)에 유도전압이 발생하도록, 여자권선(500)과 중성점(N)간의 접속여부를 스위칭 동작한다. 이 마그네틱 스위치(700) 또한 3상 전압에 대해 일체로 스위칭 되기 때문에, 3상에 대한 여자권선들(500)과 중성점(N)간의 접속이 동시에 온/오프 된다.

평균전압산출부(800)는 3상 입력전압의 크기를 측정하고 이들의 평균치(V_av)를 산출한다. 제어부(900)는 3상 입력전압들의 평균치(V_av)와 소정의 허용전압값을 비교하고, 그 비교결과에 따라 스위치들을 제어함으로써 출력단(200)의 출력전압 레벨이 적정하게 유지하도록 동작한다.

이와 같은, 종래의 3상 전압용 전압조정장치는 몇 가지 문제점을 내포하고 있다.

예를 들어, R상의 전압이 210[V]이고, S상의 전압이 213[V], T상의 전압이 240[V]인 경우, 이들 입력전압의 평균치는 221[V]이다. 허용전압값이 215~222[V]라고 가정하면, 평균치(V_av)가 허용전압값을 만족하기 때문에 3상에 대한 어떠한 전압조정도 발생하지 않게 된다. 그러나 실제로는 3상 입력전압들 모두 허용전압값을 만족시키지 못하고 있기 때문에, 전력절감 및 과잉/부족 공급전압으로부터 부하를 보호하기 위한 원래의 목적을 달성하기 어렵다.

종래의 3상 전압용 전압조정장치가 3상 입력전압의 평균치를 이용하는 것은 3상 일체형 마그네틱 컨택터(300) 또는 스위치를 사용하는 것과도 관계가 깊다. 현재 시판되고 있는 마그네틱 컨택터(300)는 3개의 입력단(100)과 3개의 출력단(200)을 각각 접속시키기 위한 3개의 접점과, 3개의 접점을 동시에 접속시키거나 단절시키도록 스위칭 동작을 하는 전자석을 포함하고 있다. 따라서 3상에 대해 동시에 스위칭하는 마그네틱 컨택터(300)를 효과적으로 이용하기 위해서는 3상의 평균치를 기준으로 제어동작을 수행하는 것이 합리적일 수 있다.

그러나 전술한 바와 같이, 3상 입력전압들의 평균치를 산출하고 이를 기초로 스위칭 제어를 하게 되면, 전력절감 등의 목적을 달성하기 어렵다.

또한, 3상의 입력전압은 상호 120의 위상차를 갖기 때문에, 3상에 대해 마그네틱 컨택터(300)의 접점을 동시에 온/오프하는 경우 아크가 순차적으로 크게 발생하는 문제점이 있었다. 특히, 입력단(100)과 출력단(200) 사이의 직접 경로를 스위칭하기 위한 3상 일체형 마그네틱 컨택터(300)는 부하의 용량이 증가함에 따라 급격히 크기가 커지는 반면, 여자권선(500)에 접속하는 3상 일체형 유도결합 마그네틱 스위치(700)는 상대적으로 크기의 변동이 작다. 이와 같은 부하용량에 따른 크기의 변동 및 그 차이가 극대화 되면서, 일체형 마그네틱 컨택터(300)를 오프하고 3상 일체형 유도결합 마그네틱 스위치(700)를 턴온하거나, 반대로 3상 일체형 유도결합 마그네틱 스위치(700)를 턴오프하고 일체형 마그네틱 컨택터(300)를 턴온시킬 때 아크가 더욱 크게 발생하게 되었다.

이러한 문제점의 원인을 규명하는 가운데, 본 발명자는 아크가 크게 발생하는 것이 스위치 전환을 3상에 대해 동시에 적용하는 것에 기인한 것이라는 점을 발견하였고, 특히 부하용량이 클수록 마그네틱 컨택터들(300,700)간의 크기의 차이가 커져 아크 발생이 심화되는 것을 발견하게 되었다.

이러한 아크 발생이 반복되면서, 결국 마그네틱 컨택터(300,700)의 수명이 단축되고 전압조정장치가 빈번히 고장을 일으키게 되었다.

따라서, 본 발명은 마그네틱 컨택터에서의 아크 발생을 감소시켜 소자를 보호하고 고장율을 감소시킬 수 있는 3상 전압용 전압조정장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 R,S,T 상으로 구성되는 3상 전압용 전압조정장치에 있어서, R상, S상 및 T상 입력전압이 각각 입력되는 R상 입력단, S상 입력단 및 T상 입력단; 상기 R상 입력전압, 상기 S상 입력전압 및 상기 T상 입력전압에 각각 대응하는 R상 출력전압, S상 출력전압 및 T상 출력전압을 부하에 각각 출력하기 위한 R상 출력단, S상 출력단 및 T상 출력단; 상기 R상 입력단, 상기 S상 입력단 및 상기 T상 입력단의 입력전압들이 상기 R상 출력단, 상기 S상 출력단 및 상기 T상 출력단에서 출력전압들로 각각 출력되도록 상기 3상별 입력단과 출력단을 각각 연결하는 제1 경로, 제2 경로 및 제3 경로에 마련되어, 각각의 경로들을 각각 스위칭하는 R상 마그네틱 스위치부, S상 마그네틱 스위치부 및 T상 마그네틱 스위치부; 상기 제1 경로의 R상 마그네틱 스위치부, 상기 제2 경로의 S상 마그네틱 스위치부 및 상기 제3 경로의 T상 마그네틱 스위치부 각각에 대한 제1 바이패스 경로, 제2 바이패스 경로 및 상기 제3 바이패스 경로에 각각 위치하는 R상 주권선, S상 주권선 및 T상 주권선; 상기 R상 주권선, 상기 S상 주권선 및 상기 T상 주권선에 각각 유도결합하고, 상기 R상 주권선, 상기 S상 주권선 및 상기 T상 주권선에 인가되는 상기 입력전압들에 각각의 유도전압을 가감하여 상기 출력단들에서 각각 출력되도록 하는 R상 여자권선, S상 여자권선 및 T상 여자권선; 상기 3상에 대한 여자권선들 각각에서의 유도전압 발생 여부를 각각 스위칭하기 위한 R상 유도결합 스위치부, S상 유도결합 스위치부 및 T상 유도결합 스위치부; 상기 R상 입력전압, 상기 S상 입력전압 및 상기 T상 입력전압 각각을 소정의 허용전압값과 비교하는 전압비교부; 및 상기 R상 입력전압과 상기 허용전압값과의 차이에 기초하여 상기 R상 출력단에서의 상기 R상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 R상 유도결합 스위치부 및 상기 R상 스위치부를 제어하고, 상기 S상 입력전압과 상기 허용전압값과의 차이에 기초하여 상기 S상 출력단에서의 상기 S상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 S상 유도결합 스위치부 및 상기 S상 스위치부를 제어하고, 상기 T상 입력전압과 상기 허용전압값과의 차이에 기초하여 상기 T상 출력단에서의 상기 T상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 T상 유도결합 스위치부 및 상기 T상 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제어부는 상기 R상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴온시키고 상기 R상 여자권선이 유도전압을 발생하지 않도록 R상 유도결합 스위치부를 턴오프 시키며, 상기 R상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴오프시키고 상기 R상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 R상 여자권선의 유도전압이 발생하도록 상기 R상 유도결합 스위치부를 턴온시키고, 상기 제어부는 상기 S상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 제1 경 로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴온시키고 상기 S상 여자권선이 유도전압을 발생하지 않도록 S상 유도결합 스위치부를 턴오프 시키며, 상기 S상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴오프시키고 상기 S상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 S상 여자권선의 유도전압이 발생하도록 상기 S상 유도결합 스위치부를 턴온시키고, 상기 제어부는 상기 T상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴온시키고 상기 T상 여자권선이 유도전압을 발생하지 않도록 T상 유도결합 스위치부를 턴오프 시키며, 상기 T상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴오프시키고 상기 T상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 T상 여자권선의 유도전압이 발생하도록 상기 T상 유도결합 스위치부를 턴온시킨다.

여기서, 상기 3상에 대한 유도결합 스위치부들은 상기 3상 각각에 대한 유도전압의 크기에 따라 선택적으로 스위칭되는 복수의 유도결합 마그네틱 스위치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 3상의 입력전압 및 상기 허용전압값간의 전압차에 따라 상기 복수의 유도결합 마그네틱 스위치를 선택적으로 턴온시켜 상기 출력단에서의 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명은 R,S,T 상으로 구성되는 3상 전압용 전압조정장치에 있어서, 상기 3상 전압이 입력되는 입력단; 상기 3상 입력전압에 대응하는 3상 출력전압이 출력되는 출력단; 상기 3상 입력전압별로 상기 입력단 및 상기 출력단 사이의 접속상태를 상호 독립적으로 스위칭 동작하는 R상 마 그네틱 컨택터, S상 마그네틱 컨택터 및 T상 마그네틱 컨택터; 상기 3상 입력전압의 크기를 조절하여 상기 출력단으로 출력하는 전압조정부; 상기 3상 입력전압의 크기와 소정의 허용전압값을 비교하는 전압비교부; 및 상기 3상 입력전압 중 적어도 어느 하나가 상기 허용전압값에 해당하는 경우, 상기 허용전압값을 만족시키는 상에 대응하는 상기 마그네틱 컨택터를 턴온시키고, 상기 3상 입력전압 중 적어도 어느 하나가 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우, 상기 허용전압값을 만족시키지 않는 상에 대응하는 상기 출력전압이 상기 허용전압값을 만족시키도록 상기 전압조정부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 전압조정부는 유도전압을 발생시키는 주권선 및 여자권선과, 상기 3상에 각각 대응하며 3상별 유도전압의 발생 여부를 스위칭하기 위한 R상, S상 및 T상 유도결합 스위치부를 포함하고; 상기 제어부는 상기 R상, S상 및 T상 유도결합 스위치부를 상호 독립적으로 스위칭 제어하여 상기 전압조정부가 상기 허용전압값을 만족시키는 상기 출력전압을 상기 출력단으로 출력하도록 하는 것으로 할 수 있다. 그리고, 상기 허용전압값은 허용되는 상기 출력전압의 크기 범위를 나타내는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명은 3상 전압용 전압조정장치의 제어방법에 있어서, 계통으로부터 입력되는 R상 전압과 소정의 허용전압값을 비교하는 단계; 상기 R상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 R상 입력전압을 부하로 출력하는 단계; 상기 R상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우, 상기 R상 입력전압의 크기를 상기 허용전압값에 해당하도록 조정하여 상기 부하로 출력하는 단계; 계통으로부터 입력되는 S상 전압과 소정의 허용전압값 을 비교하는 단계; 상기 S상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 S상 입력전압을 부하로 출력하는 단계; 상기 S상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우, 상기 S상 입력전압의 크기를 상기 허용전압값에 해당하도록 조정하여 상기 부하로 출력하는 단계; 계통으로부터 입력되는 T상 전압과 소정의 허용전압값을 비교하는 단계; 상기 T상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 T상 입력전압을 부하로 출력하는 단계; 및 상기 T상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우, 상기 T상 입력전압의 크기를 상기 허용전압값에 해당하도록 조정하여 상기 부하로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 3상에 대응하는 입력전압들 각각을 부하로 출력하는 단계는, 상기 3상별 입력전압의 입력단과 상기 부하와 접속하는 출력단 사이의 마그네틱 컨택터를 개별적으로 스위칭 제어하는 것을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 입력전압을 조정하는 단계는, 상기 입력전압을 주권선에 인가하는 단계; 및 상기 주권선에 결합된 여자권선을 여자시키는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 전압조정장치의 개략적인 블록 구성도이다.

도2를 참조하면, 본 실시예의 전압조정장치는 3상 4선식 입력단(10) 및 출력단(20), 마그네틱 스위치부(30), 전압조정부(40), 전압비교부(50) 및 제어부(60)를 포함한다.

3상 4선식 입력단(10)은 배전계통으로부터 R상, S상, T상으로 구성되는 3상 전압이 각각 인입되는 3선과 중성선(N)이 접속하는 4개의 입력단(10)을 갖는다. 즉, R상 입력전압이 입력되는 R상 입력단(11), S상 입력전압이 입력되는 S상 입력단(12), T상 입력전압이 입력되는 T상 입력단(13) 및 중성선이 접속하는 N 입력단(14)으로 구성된다. 이하, R상 입력단(11), S상 입력단(12) 및 T상 입력단(13)은 3상 입력단(10)으로 통칭하기로 한다.

3상 4선식 출력단(20)은 3상 출력전압을 수용가의 부하로 출력하기 위한 것으로서, 3상 4선식 입력단(10)에 각각 대응하여 R상 출력전압, S상 출력전압 및 T상 출력전압을 각각 출력하기 위한 R상 출력단(21), S상 출력단(22) 및 T상 출력단(23)과, N 출력단(24)을 갖는다. 이하, R상 출력단(21), S상 출력단(22) 및 T상 출력단(23)은 3상 출력단(24)으로 통칭하기로 한다.

마그네틱 스위치부(30)는 3상 입력단(10)에 인가된 3상 입력전압이 3상 출력단(20)에 3상 출력전압으로 출력되도록 하는, 즉 3상 입력전압의 크기를 변동시키지 않고 출력되도록 하는 3상에 대응하는 제1 경로, 제2 경로 및 제3 경로에 마련된다. 또한, 제1-3 경로의 접속 여부를 각각 스위칭하는 R상 마그네틱 스위치부(31), S상 마그네틱 스위치부(32) 및 T상 마그네틱 스위치부(33)를 포함하여 구성된다. 이하, R상 마그네틱 스위치부(31), S상 마그네틱 스위치부(32) 및 T상 마그네틱 스위치부(33)는 3상 마그네틱 스위치부(30)로 통칭하기로 한다. 이러한 3상 마그네틱 스위치부(30)는 상호 독립적으로 스위칭 동작하는 R상 마그네틱 컨택터, S상 마그네틱 컨택터 및 T상 마그네틱 컨택터로 구현되는 것이 바람직하며, 이들 또한 3상 마그네틱 컨택터로 통칭하기로 한다.

전압조정부(40)는 3상 입력전압의 크기를 원하는 전압크기로 조정하기 위한 것이며, 이러한 전압조정부(40)로 복권변압기, 단권변압기, 리액터식 단권변압기 등이 이용될 수 있다는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

도2를 다시 참조하면, 본 실시예에서, 전압조정부(40)는 리액터식 단권변압기의 원리를 이용하여 복수의 주권선(41R,41S,41T), 여자권선(42R,42S,42T), 탭스위치(43R,43S,43T) 및 유도결합 스위치부(44)로 구현된다.

주권선(41)은 제1-3 경로 각각에 대한 제1-3 바이패스 경로에 각각 위치하는 R상 주권선(41R), S상 주권선(41S) 및 T상 주권선(41T)으로서, 이하 이들을 3상 주권선(41)으로 통칭하기로 한다.

여자권선(42)은 3상 주권선(41) 각각에 유도결합하는 R상 여자권선(42R), S상 여자권선(42S) 및 T상 여자권선(42T)으로서, 이하 이들을 3상 여자권선(42)으로 통칭하기로 한다. 3상 여자권선(42) 각각은 대응하는 3상 주권선(41) 각각에 여자되어 소정 레벨의 유도전압을 발생하고, 발생한 유도전압이 주권선(41)에 인가된 입력전압에 가감되어 원하는 크기의 출력전압을 형성하도록 동작한다.

탭스위치(43R,43S,43T)는 여자권선(42R,42S,42T)에 마련된 복수의 탭에 연결되어 있어, 유도전압의 크기를 선택적으로 발생할 수 있도록 조절하기 위한 스위치이다. 상이한 권선수가 형성되는 탭을 선택적으로 스위칭함으로써 유도전압의 크기를 조정할 수 있다. 또한, 유도전압이 주권선(41)에 인가된 입력전압에 더해질 것인지 또는 감해질 것인지의 여부는 여자권선(42)의 턴 방향에 따라 결정된다.

유도결합 스위치(44)는 3상 여자권선(42)에 각각 연결되어, 온 상태에서 연 결된 여자권선(42)에 유도전압을 발생하도록 하고, 오프 상태에서는 유도전압이 발생되지 않도록 한다. 여기서, 3상 여자권선(42)에 각각에 대응하는 유도결합 스위치를 특정하기 위하여 R상 유도결합 스위치부(44R), S상 유도결합 스위치부(44S) 및 T상 유도결합 스위치부(44T)라 하고, 이하 이들을 3상 유도결합 스위치부(44)로 통칭하기로 한다. 이들은 마그네틱 컨택터로 일반적으로 구현되나 다른 스위칭 소자를 이용하여 대체될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전압비교부(50)는 3상 입력전압 각각을 소정의 허용전압값과 비교하기 위한 것이다. 전압비교부(50)는 3상 입력전압을 디지털로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터, 변환된 디지털 데이터와 미리 저장된 허용전압값을 비교하는 비교회로, 전압피크치 검출기, 증폭기로 구성된 전압비교 회로 등을 이용하여 다양한 방식으로 구현될 수 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 여기서, 허용전압값은 수용가 부하에 출력되도록 사용자에 의해 미리 설정된 값으로서, 부하가 동작하기에 적절한 안정적인 전압값으로서 전력을 절감하기에 적절한 값으로 선택되며, 그러한 조건을 만족하는 일정범위의 전압값으로 정해질 수 있다.

제어부(60)는 전압비교부(50)의 비교결과에 따라, 3상 입력전압을 제1-3 경로를 통해 출력단(20)으로 출력되도록 하거나(이하, "한전모드"라 한다), 3상 입력전압을 제1-3 바이패스 경로를 통해 출력단(20)으로 출력되도록 한다(이하, "절전모드"라 한다).

한전모드는 전압비교부(50)의 비교결과가 3상 입력전압이 허용전압값에 해당하는 경우에 제어부(60)에 의해 수행된다. 예컨대, R상 입력전압(220[V])이 허용전 압값(218~222[V])에 해당하는 것으로 판단되는 경우, 제어부(60)는 R상 마그네틱 스위치부(31)를 턴온시키는 한편 R상 유도결합 스위치부(44R)를 턴오프하여, R상 입력단(11)에 유입되는 R상 입력전압이 그대로 R상 출력단(21)을 통해 부하로 전달되도록 한다.

주의할 점은, 3상 입력전압별로 전압의 크기가 허용전압값과 비교되고, 3상 전압들 각각에 대한 모드가 결정되며, 해당 모드에 따라 3상 전압들 각각에 대해 제어부(60)가 제어한다는 점이다.

즉, 전술한 예에서, R상 입력전압이 허용전압값을 만족하여 제어부(60)가 R상 입력전압에 대해 한전모드로 동작한다고 하더라도, 허용전압값(218~222[V])에 해당하지 않는 S상 입력전압(230[V])에 대해서는 절전모드로 동작하도록 제어한다는 것이다.

절전모드에서는, 제어부(60)가 S상 마그네틱 스위치부(32)를 턴오프하여 제2 경로를 차단하고, 전압조정부(40)에서 S상 입력전압을 허용전압값에 해당하도록 조정하여 S상 출력단(22)으로 출력되도록 제어한다. 이를 위해, 제어부(60)는 S상 유도결합 스위치부(44S)를 턴온시키고, 허용전압값과 측정된 S상 입력전압 사이의 전압차에 따라 탭스위치(43S)를 선택적으로 턴온시킴으로써 적절히 S상 입력전압을 조정할 수 있게 된다.

상기 예에서, R상 마그네틱 스위치부(31)는 온 상태이지만 S상 마그네틱 스위치부(32)는 오프 상태이다. 또한, R상 유도결합 스위치부(44R)는 오프 상태이지만, S상 유도결합 스위치부(44S)는 온 상태이다.

이때, R상 입력전압이 허용전압값을 벗어나는 경우, R상 입력전압을 가감하여 출력하기 위해 절전모드가 수행된다. 즉, S상에 대해서는 해당 스위치의 상태가 그대로 유지되지만, R상에 대해서는 독립적으로 절환이 일어난다.

도3을 참조하면, 3상별로 제어방법이 독립적으로 적용되는 것을 알 수 있다.

즉, S10~S13 단계는 R상에 대해서, S20~S23 단계는 S상에 대해서, S30~S33단계는 T상에 대해서 독립적으로 수행된다.

그러나 유사한 절차가 3상 각각에 대해 적용되므로, S10~S13 단계에 대해서만 간략히 살펴보기로 한다.

먼저, 전압비교부(50)는 배전계통으로부터 R상 입력단(1)에 입력되는 R상 입력전압과 허용전압값을 비교한다(S10).

그 비교결과에 따라, 제어부(60)는 두 가지 모드로 동작한다.

R상 입력전압이 허용전압값에 해당하는 경우, 제어부(60)는 한전모드로 동작하여 제1 경로가 형성되도록 R상 마그네틱 스위치부(3)를 턴온시키고 R상 출력단(2)을 통해 R상 입력전압이 그대로 부하로 출력되도록 한다(S11).

반면, R상 입력전압이 허용전압값에 해당하지 않는 경우, 제어부(60)는 절전모드로 동작한다. 즉, 제어부(60)는 제1 경로를 차단하고, 전압조정부(40)를 제어하여 R상 입력전압이 허용전압값을 만족하도록 조정하고 R상 출력단(2)을 통해 부하로 공급되도록 한다. 구체적으로 제어부(60)는, R상 마그네틱 스위치부(3)를 턴 오프하고 R상 유도결합 스위치부(44)를 턴온하고, R상 입력전압과 허용전압값간의 차이에 따라 선택적으로 탭스위치(43)를 턴온시킨다(S12).

이제 R상 출력단(2)에는 허용전압값을 만족시키는 R상 출력전압이 부하로 공급되고 있다. R상 입력전압이 변동되는지를 판단하고(S13), 만약 R상 입력전압이 변동된다면 상기 S10~S12 단계가 다시 실행될 것이다.

도3을 통해 명확히 알 수 있는 것은 3상 각각에 대한 제어가 개별적, 독립적으로 수행된다는 것이다. 그러므로 3상을 동시에 제어함으로써 발생하는 아크 발생을 방지할 수 있고, 3상별 전력절감 효과를 보장할 수 있다.

또한, 3상 별로 스위칭 제어되기 때문에, 3상 마그네틱 스위치부(30)는 종래의 마그네틱 컨택터의 1/3 용량의 컨택터를 이용하여 구현될 수 있다. 그러므로, 부하의 용량이 증가하더라도 3상 마그네틱 컨택터(30)와 3상 유도결합 스위치부(44)에 사용되는 마그네틱 컨택터간의 크기가 크게 차이가 나지 않게 되며, 따라서 높은 부하 용량에서도 아크 발생을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

지금까지 본 발명에 따른 실시예를 구체적으로 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 본 발명의 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해 정해지며, 그 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 사상 내의 다양한 변형예가 가능하지만, 본 발명의 범주에 속하는 것임을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

이상과 같이, 본 발명에 의해 마그네틱 컨택터에서의 아크 발생을 효과적으로 방지할 수 있어 부품의 빈번한 교체 횟수 및 전압조정장치의 고장 발생율을 감소시킬 수 있다.

Claims

R,S,T 상으로 구성되는 3상 전압용 전압조정장치에 있어서,

R상, S상 및 T상 입력전압이 각각 입력되는 R상 입력단, S상 입력단 및 T상 입력단;

상기 R상 입력전압, 상기 S상 입력전압 및 상기 T상 입력전압에 각각 대응하는 R상 출력전압, S상 출력전압 및 T상 출력전압을 부하에 각각 출력하기 위한 R상 출력단, S상 출력단 및 T상 출력단;

상기 R상 입력단, 상기 S상 입력단 및 상기 T상 입력단의 입력전압들이 상기 R상 출력단, 상기 S상 출력단 및 상기 T상 출력단에서 출력전압들로 각각 출력되도록 상기 3상별 입력단과 출력단을 각각 연결하는 제1 경로, 제2 경로 및 제3 경로에 마련되어, 각각의 경로들을 각각 스위칭하는 R상 마그네틱 스위치부, S상 마그네틱 스위치부 및 T상 마그네틱 스위치부;

상기 제1 경로에 대한 제1 바이패스 경로에 위치하는 R상 주권선, 상기 제2 경로에 대한 제2 바이패스 경로에 위치하는 S상 주권선, 및 상기 제3 경로에 대한 바이패스 경로에 위치하는 T상 주권선;

상기 R상 주권선, 상기 S상 주권선 및 상기 T상 주권선에 각각 유도결합하고, 상기 R상 주권선, 상기 S상 주권선 및 상기 T상 주권선에 인가되는 상기 입력전압들에 각각의 유도전압을 가감하여 상기 출력단들에서 각각 출력되도록 하는 R상 여자권선, S상 여자권선 및 T상 여자권선;

단락될 때 상기 R상 여자권선, 상기 S상 여자권선 및 상기 T상 여자권선에 전류가 흘러 유도전압이 발생될 수 있도록 하고 단선될 때에는 전류 공급을 차단해 상기 유도전압이 발생되지 않도록 하는, 상기 R상 여자권선, 상기 S상 여자권선 및 상기 T상 여자권선의 단락 및 단선 여부를 각각 스위칭하기 위한 R상 유도결합 스위치부, S상 유도결합 스위치부 및 T상 유도결합 스위치부;

상기 R상 입력전압, 상기 S상 입력전압 및 상기 T상 입력전압 각각을 소정의 허용전압값과 비교하는 전압비교부; 및

상기 R상 입력전압과 상기 허용전압값과의 차이에 기초하여 상기 R상 출력단에서의 상기 R상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 R상 유도결합 스위치부 및 상기 R상 스위치부를 제어하고, 상기 S상 입력전압과 상기 허용전압값과의 차이에 기초하여 상기 S상 출력단에서의 상기 S상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 S상 유도결합 스위치부 및 상기 S상 스위치부를 제어하고, 상기 T상 입력전압과 상기 허용전압값과의 차이에 기초하여 상기 T상 출력단에서의 상기 T상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 T상 유도결합 스위치부 및 상기 T상 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전압용 전압조정장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 R상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴온시키고 상기 R상 여자권선이 유도전압을 발생하지 않도록 R상 유도결합 스위치부를 턴오프 시키며, 상기 R상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴오프시키고 상기 R상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 R상 여자권선의 유도전압이 발생하도록 상기 R상 유도결합 스위치부를 턴온시키고,

상기 제어부는 상기 S상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴온시키고 상기 S상 여자권선이 유도전압을 발생하지 않도록 S상 유도결합 스위치부를 턴오프 시키며, 상기 S상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴오프시키고 상기 S상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 S상 여자권선의 유도전압이 발생하도록 상기 S상 유도결합 스위치부를 턴온시키고,

상기 제어부는 상기 T상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴온시키고 상기 T상 여자권선이 유도전압을 발생하지 않도록 T상 유도결합 스위치부를 턴오프 시키며, 상기 T상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우 상기 제1 경로의 제1 마그네틱 스위치부를 턴오프시키고 상기 T상 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 상기 T상 여자권선의 유도전압이 발생하도록 상기 T상 유도결합 스위치부를 턴온시키는 것을 특징으로 하는 3상 전압용 전압조정장치.
제2항에 있어서,

상기 3상에 대한 유도결합 스위치부들은 상기 3상 각각에 대한 유도전압의 크기에 따라 선택적으로 스위칭되는 복수의 유도결합 마그네틱 스위치를 포함하고,

상기 제어부는 상기 3상의 입력전압 및 상기 허용전압값간의 전압차에 따라 상기 복수의 유도결합 마그네틱 스위치를 선택적으로 턴온시켜 상기 출력단에서의 출력전압이 상기 허용전압값을 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 3상 전압용 전압조정장치.
R,S,T 상으로 구성되는 3상 전압용 전압조정장치에 있어서,

3상 입력전압이 입력되는 입력단;

상기 3상 입력전압에 대응하는 3상 출력전압이 출력되는 출력단;

상기 3상 입력전압별로 상기 입력단 및 상기 출력단 사이의 접속상태를 상호 독립적으로 스위칭 동작하는 R상 마그네틱 컨택터, S상 마그네틱 컨택터 및 T상 마그네틱 컨택터;

상기 3상 입력전압의 크기를 조절하여 상기 출력단으로 출력하는 전압조정부;

상기 3상 입력전압의 크기와 소정의 허용전압값을 비교하는 전압비교부; 및

상기 3상 입력전압 중 적어도 어느 하나가 상기 허용전압값에 해당하는 경우, 상기 허용전압값을 만족시키는 상에 대응하는 상기 마그네틱 컨택터를 턴온시키고, 상기 3상 입력전압 중 적어도 어느 하나가 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우, 상기 허용전압값을 만족시키지 않는 상에 대응하는 상기 출력전압이 상기 허용전압값을 만족시키도록 상기 전압조정부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전압용 전압조정장치.
제4항에 있어서,

상기 전압조정부는 유도전압을 발생시키는 주권선 및 여자권선과, 상기 3상에 각각 대응하며, 단락 및 단선 상태에 따라 유도전압 발생 여부가 결정되도록 스위칭 동작하는 R상, S상 및 T상 유도결합 스위치부를 포함하고;

상기 제어부는 상기 R상, S상 및 T상 유도결합 스위치부를 상호 독립적으로 스위칭 제어하여 상기 전압조정부가 상기 허용전압값을 만족시키는 상기 출력전압을 상기 출력단으로 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 3상 전압용 전압조정장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 허용전압값은 허용되는 상기 출력전압의 크기로서 허용 범위로 주어지는 것을 특징으로 하는 3상 전압용 전압조정장치.
3상 전압용 전압조정장치의 제어방법에 있어서,

계통으로부터 입력되는 R상 입력전압과 소정의 허용전압값을 비교하는 단계;

상기 R상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 R상 입력전압을 부하로 출력하는 단계;

상기 R상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우, 상기 R상 입력전압의 크기를 상기 허용전압값에 해당하도록 조정하여 상기 부하로 출력하는 단계;

계통으로부터 입력되는 S상 입력전압과 소정의 허용전압값을 비교하는 단계;

상기 S상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 S상 입력전압을 부하로 출력하는 단계;

상기 S상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우, 상기 S상 입력전압의 크기를 상기 허용전압값에 해당하도록 조정하여 상기 부하로 출력하는 단계;

계통으로부터 입력되는 T상 입력전압과 소정의 허용전압값을 비교하는 단계;

상기 T상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하는 경우 상기 T상 입력전압을 부하로 출력하는 단계; 및

상기 T상 입력전압이 상기 허용전압값에 해당하지 않는 경우, 상기 T상 입력전압의 크기를 상기 허용전압값에 해당하도록 조정하여 상기 부하로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전압용 전압조정장치의 제어방법.
제7항에 있어서,

상기 3상에 대응하는 입력전압들 각각을 부하로 출력하는 단계는, 상기 3상별 입력전압의 입력단과 상기 부하와 접속하는 출력단 사이의 마그네틱 컨택터를 개별적으로 스위칭 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전압용 전압조정장치의 제어방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 입력전압을 조정하는 단계는,

상기 입력전압을 주권선에 인가하는 단계; 및

상기 주권선에 결합된 여자권선을 여자시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전압용 전압조정장치의 제어방법.