KR100870206B1 - 무순단 자동 절체기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무순단 자동 절체기에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 상용전원의 위상을 검출하는 제 1 위상검출기와, 비상전원의 위상을 검출하는 제 2 위상검출기와, 상기 검출된 상용전원의 위상 및 비상전원의 위상을 비교하여 신호를 출력하는 위상비교기와, 상기 상용전원 또는 비상전원으로부터 공급된 전원에 따라 정전시 정전신호를 출력하는 정전인식기와, 상기 위상비교기로부터 출력된 신호와 상기 정전인식기로부터 출력된 정전신호에 따라 상용전원 또는 비상전원의 절체를 판단하는 절체조건판단기와, 상기 절체조건판단기로부터 출력된 신호에 따라 상용전원 또는 비상전원 중 어느 하나만 출력되도록 제어하는 SCR구동부를 포함하여 이루어지는 무순단 자동 절체기에 관한 것이다.
Figure R1020070019069
비상전원, 예비전원, 무정전 전원공급, 순간정전 보상, ATS

Description

무순단 자동 절체기{Constant Automatic Transfer Switches}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 무순단 자동 절체기의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 무순단 자동 절체기의 위상검출기의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 무순단 자동 절체기의 정전인식기의 회로도이다.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
100: 제 1 위상검출기 200: 제 2 위상검출기
300: 위상비교기 400: 정전인식기
500: 절체조건판단기 600: SCR구동부
700: 제 1 SCR 800: 제 2 SCR
R1~R6: 저항 C1~C10: 콘덴서
PC1,PC2,PC3: 포토커플러 IV1: 제 1 인버터
IV2: 제 2 인버터 VR1, VR2: 가변저항기
AND1: 제 1 AND 게이트 AND2: 제 2 AND 게이트
DB1: 다이오드브릿지
본 발명은 무순단 자동 절체기에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 예기치 못한 정전 사고시 비상전원으로 대체하여 무정전 전원 공급을 통하여 부하에 안정적으로 전원을 공급하는 무순단 자동 절체기에 관한 것이다.
최근 산업현장에서 전력의 신뢰성은 매우 높지만, 그럼에도 불구하고 순시전압저하 및 순간정전이 종종 발생되고 있는 것이 현실이다. 이러한 순간적인 불안정 상태는 전력 계통상의 단락사고, 낙뢰 및 대용량 부하의 스위칭 등으로 인하여 발생된다. 대부분의 산업용장비는 그 기계적 속성과 전기적 관성으로 인하여 이러한 순간정전을 견딜 수 있다.
그러나 공장의 생산설비 자동 제어시스템을 구성하는 PLC, 전자개폐기, 릴레이, 스타터, 마이크로 컨트롤러 등은 수 사이클의 극히 짧은 순간에 발생하는 제어전원의 전압저하에 의해 망실되고 이는 결국 공장 생산설비의 가동을 정지시켜 막대한 경제적 피해를 야기시키는 원인이 된다. 이와같이 종래에는 순간정전으로 인하여 산업체에서 운용중인 다양한 분야의 수많은 설비들이 일시에 정지되어, 공정상 작업중인 제품의 불량, 재가동에 따르는 작업지연 등으로 막대한 피해를 초래하 는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 고안된 종래의 무순단 자동 절체기는 무정전 전원 공급장치(UPS)가 대표적인데, 이같은 종래의 무순단 자동 절체기는 실제 필요한 용량에 비해 부피가 크고, 복잡한 회로로 구성되어 고가의 장치로서 일반적으로 보급되기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
비교적 적은 용량의 전압을 제어하고, 간단한 회로를 구성하여 정전시 비상전원을 공급하는 무순단 자동 절체기를 제공하는 데 목적이 있다.
다른 목적으로는, 간단한 회로로 구성되어 비교적 처리단계가 짧아 신속하게 처리하며, 저가로 보급형 무순단 자동 절체기를 제공하는데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무순단 자동 절체기는 상용전원의 위상을 검출하는 제 1 위상검출기와, 비상전원의 위상을 검출하는 제 2 위상검출기와, 상기 검출된 상용전원의 위상 및 비상전원의 위상을 비교하여 신호를 출력하는 위상비교기와, 상기 상용전원 또는 비상전원으로부터 공급된 전원에 따라 정전시 정전신호를 출력하는 정전인식기와, 상기 위상비교기로부터 출력된 신호와 상기 정전인식기로부터 출력된 정전신호에 따라 상용전원 또는 비상전원의 절체를 판단하는 절체조건판단기와, 상기 절체조건판단기로부터 출력된 신호에 따라 상용전원 또는 비상전원 중 어느 하나만 출력되도록 제어하는 SCR구동부를 포함하여 이루어지는 무순단 자동 절체기를 제공함으로써 달성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 무순단 자동 절체기의 전체 구성도이다.
도 1을 참조하여 상세하게 설명하면,
무순단 자동 절체기는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 위상검출기(100), 제 2 위상검출기(200), 위상비교기(300), 정전인식기(400), 절체조건판단기(500), SCR구동부(600), 제 1 SCR(700), 제 2 SCR(800)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 위상검출기(100)는 상용전원으로부터 공급되는 전원전압의 위상을 검출한다.
상기 제 2 위상검출기(200)는 비상전원으로부터 공급되는 전원전압의 위상을 검출한다.
상기 위상비교기(300)는 상기 제 1 위상검출기(100) 및 상기 제 2 위상검출기(200)로부터 검출된 위상을 비교하여 위상 일치 여부를 판단한다.
상기 정전인식기(400)는 상용전원 전압을 강압시킨 다음 정류 및 평활하여 정전여부를 판단한다.
상기 절체조건판단기(500)는 상기 위상비교기(300)와 상기 정전인식기(400) 로부터 출력된 신호에 따라 상용전원 또는 비상전원의 절체조건을 판단한다.
상기 SCR구동부(600)는 상기 절체조건판단기(500)로부터 절체 조건 판단에 따라 SCR(실리콘 제어 정류기, 이하 SCR)을 제어하여 상용전원 또는 비상전원중 어느 하나만 부하에 공급되도록 한다.
상기 제 1 SCR(700)은 상기 SCR구동부(600)와 상용전원에 연결되어, 상기 SCR 구동부로부터 신호를 입력받으면, 구동되어 상용전원을 부하에 공급하고 신호가 입력되지 않으면 구동되지않아 상용전원을 차단한다.
상기 제 2 SCR(800)은 상기 SCR구동부(600)와 비상전원에 연결되어, 상기 SCR 구동부로부터 신호를 입력받으면, 구동되어 비상전원을 부하에 공급하고 신호가 입력되지 않으면 구동되지않아 비상전원을 차단한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 무순단 자동 절체기의 위상검출기의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 무순단 자동 절체기의 정전인식기의 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면,
상기 제 1 위상검출기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 저항(R1) 및 콘덴서(C1)에 접속되는 포토커플러(PC1)와 포토커플러(PC1)의 출력단에 접속된 저항(R3), 제 1 인버터(IV1), 제 1 AND 게이트(AND1), 제 1 시정수 회로(VR1, C5)를 포함하여 구성된다.
제 1 위상검출기(100) 입력단에 공급되는 상용전원은 회로 안정을 위해 소전압으로 강압된 전압이다.
상기 강압된 상용전원 전압은 저항(R1)과 콘덴서(C1)에 연결하여 안정시킨다. 안정된 전압은 포토커플러(PC1) 입력단의 발광다이오드를 동작시키고, 그로 인해 포토커플러(PC1) 출력단의 수광트랜지스터(VCC 공급시)가 동작하도록 한다.
상기 수광트랜지스터를 거쳐 제 1 인버터(IV1)와 제 1 AND 게이트(AND1)에 연결된다.
제 1 인버터(IV1)를 거쳐 파형을 반전시키고, 콘덴서(C5) 및 가변저항기(VR1)로 구성된 제 1 시정수 회로를 이용하여 펄스파형을 생성시키고, 타이밍을 조정한다.
제 1 AND 게이트(AND1)는 상기 수광트랜지스터와 상기 제 1 인버터(IV1)로부터 입력신호를 받아, 두 입력신호가 동시에 들어오면 출력신호를 상기 위상비교기(300)에 공급한다.(VCC 공급시)
상기 제 2 위상검출기(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 저항(R2) 및 콘덴서(C2)에 접속되는 포토커플러(PC2)와 포토커플러(PC2) 출력단에 접속된 저항(R4), 제 2 인버터(IV2), 제 2 AND 게이트(AND2), 제 2 시정수 회로(VR2, C6)를 포함하여 제 1 위상검출기(100)와 동일한 구성을 포함한다.
다만 상기 제 2 위상검출기(200)는 입력단에 강압된 비상전원 전압이 공급되어 공급된 전압의 위상을 검출하는 회로를 구성하여 상기 제 1 위상검출기(100)와 동일한 동작을 거쳐 위상비교기(300)에 출력신호를 공급한다.
상기 위상비교기(300)는 상기 제 1 위상검출기(100)와 상기 제 2 위상검출기(200)의 출력신호(위상 신호)를 입력신호로 공급받는 제 3 AND게이트로 구성된다.
두 입력신호가 동시에 들어오면 상기 제 3 AND 게이트는 동작하고, 출력신호를 생성하여 상기 절체조건판단기(500)에 공급한다.
상기 정전인식기(400)는 도 3에 도시된 바와 같이, 다이오드브릿지(DB1), 저항(R5, R6), 콘덴서(C9, C10), 포토커플러(PC3)를 포함하여 구성된다.
상기 정전인식기(400)의 입력단에 공급되는 상용전원 전압은 회로 안정을 위해 강압된 전압이다.
상기 강압된 전압이 입력단에 연결된 다이오드브릿지(DB1)에 공급되면, 정류 및 평활되어 직류전압으로 변환되고, 변환된 직류전압은 접속된 저항(R5) 및 콘덴 서(C10)를 통과하여 2차 평활되어 포토커플러(PC3)에 공급된다. 공급된 전압을 통하여 포토커플러(PC3)가 동작되어 포토커플러(PC3) 출력단에 접속된 저항(R6)을 거쳐 상기 절체조건판단기(500)에 입력신호를 제공한다.
상기 절체조건판단기(500)는 상기 위상비교기(300)와 상기 정전인식기(400)로부터 공급된 신호를 입력신호로 하는 D 플립플롭으로 구성될 수 있다.
플립플롭(Flip-Flop)이란 하나의 입력에 대하여 항상 그에 대응하는 출력을 발생시키고, 다음에 새로운 입력이 주어질 때까지 그 상태를 유지하는 회로로서 기억소자로 이용된다.
상기 D 플립플롭은 정전시 상기 정전인식기(400)로부터 공급된 신호에 따라 출력신호를 생성하여 상기 SCR구동부(600)에 공급한다.
또한 다시 상용전원이 복구되어 공급될 경우 상기 위상비교기(300)로부터 공급된 신호에 따라 출력신호를 리셋하여 공급되지 않도록 한다.
상기 SCR구동부(600)는 상기 절체조건판단기(500)의 출력신호에 따라 상기 제 1 SCR(700)과 제 2 SCR(800)을 제어한다.
출력신호가 공급되면 상기 SCR구동부(600)는 제 2 SCR(800)에 게이트 전압을 공급하여 제 2 SCR(800)을 동작시키고, 비상전원을 부하에 공급하도록 한다.
반면에 제 1 SCR(700)은 게이트 전압이 공급되지 않아 동작하지 않으므로 상 용전원이 차단된다.
또한 상기 절체조건판단기(500)로부터 출력신호가 리셋되면(상용전원 복구시)
상기 SCR구동부(600)는 제 1 SCR(700)에 공급된 게이트 전압을 차단하고, 제 2 SCR(800)에 게이트 전압을 공급한다.
공급된 게이트 전압을 통하여 제 2 SCR(800)이 동작하여 상용전원을 다시 공급하고, 비상전원은 동작 되지 않은 제 1 SCR(700)로 인해 차단된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 무순단 자동 절체기에 따르면,
소전압 제어 및 간단한 회로망으로 구성된 무순단 자동 절체기를 통하여 신속하고 정확하게 상용전원 또는 비상전원을 공급/차단하는 효과가 있고, 제작단가가 비교적 저렴해서 상용화가 쉬운 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 입력된 상용전원의 파형을 반전시키는 제 1 인버터와, 상기 반전된 파형을 이용하여 시정수만큼의 펄스파형을 생성시키는 제 1 시정수회로와, 상기 입력된 상용전원과 상기 펄스파형을 비교하여 신호를 출력함으로써 상용전원의 위상을 검출하는 제 1 AND 게이트를 포함하는 제 1 위상검출기;
    비상전원의 위상을 검출하는 제 2 위상검출기;
    상기 검출된 상용전원의 위상 및 비상전원의 위상을 비교하여 신호를 출력하는 위상비교기;
    상기 상용전원 또는 비상전원으로부터 공급된 전원에 따라 정전시 정전신호를 출력하는 정전인식기;
    상기 위상비교기로부터 출력된 신호와 상기 정전인식기로부터 출력된 정전신호에 따라 상용전원 또는 비상전원의 절체를 판단하는 절체조건판단기; 및
    상기 절체조건판단기로부터 출력된 신호에 따라 상용전원 또는 비상전원 중 어느 하나만 출력되도록 제어하는 SCR구동부;를 포함하여 이루어지는 무순단 자동 절체기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 위상검출기는
    입력된 비상전원의 파형을 반전시키는 제 2 인버터;
    상기 반전된 파형을 이용하여 시정수만큼의 펄스파형을 생성시키는 제 2 시정수 회로; 및
    상기 입력된 비상전원과 상기 펄스파형을 비교하여 신호를 출력하는 제 2 AND 게이트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무순단 자동 절체기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 위상비교기는
    상기 제 1 위상검출기와 상기 제 2 위상검출기로부터 검출된 위상신호를 입력받아 위상 일치 여부를 판단하는 제 3 AND 게이트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무순단 자동 절체기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 정전인식기는
    입력되는 전압을 정류 및 평활하여 직류전압을 발생시키는 다이오드브릿지; 및
    상기 정류 및 평활된 직류전압을 2차 평활하여 정전판단시간을 최대한 짧게 하는 제 3 시정수 회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무순단 자동 절체기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 절체조건판단기는
    위상비교기 또는 정전인식기로부터 출력된 신호를 수신하면, 수신된 신호에 따라 SCR구동부를 제어하는 D 플립플롭;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무순단 자동 절체기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 SCR구동부는
    절체판단기로부터 출력된 신호에 따라 상용전원을 공급하도록 제어하는 제 1 SCR; 및
    절체판단기로부터 출력된 신호에 따라 비상전원을 공급하도록 제어하는 제 2 SCR;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무순단 자동 절체기.
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