KR100931537B1 - 디지털 순시 저전압 고속 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 계통에서의 지락사고 또는 단락사고 등에 기인하여 발생하는 순시저전압 상태를 고속으로 검출하고 나아가서는 순시저전압량을 정확히 계측할 수 있도록 한 디지털 순시 저전압 고속 검출장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 순시 저전압 고속 검출장치는 입력전원전압의 위상에 동기되어 구형파전압을 출력하고 입력전원전압의 제로-크로싱검출에 의해서 리셋신호를 출력하는 동기신호발생부와, 상기 동기신호발생부로부터의 구형파전압으로부터 표준사인파전압을 생성하는 표준사인파생성부와, 상기 표준사인파전압 및 입력 전원전압을 전파정류하는 제1,2전파정류부와, 상기 제1전파정류부로부터의 표준사인파전압을 제2전파정류부로부터의 전원전압으로 나누어 그 결과값을 적분기에 제공하는 나눗셈회로부와, 상기 나눗셈회로부의 출력값을 설정된 리셋주기에 따라 적분하여 비교기로 제공하는 적분기와, 상기 적분기로부터 제공되는 적분값을 사전에 설정된 기준값과 비교해서 상기 기준값보다 적분값이 큰 경우에 순시 저전압 검출신호를 출력하는 비교기와, 상기 비교기에서의 저전압검출신호 출력시 표준사인파생성부의 표준사인파전압과 입력전압과 차를 계산하는 감산기와, 상기 감산기에 의한 차전압을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 A/D변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전력계통, 순시저전압, 디지털, 동기신호, 나눗셈회로, 감산기, 적분기

Description

디지털 순시 저전압 고속 검출장치{Digital instantaneous voltage dip detecting equipment}

도 1은 종래의 저전압 검출장치의 회로구성도이다.

도 2는 본 발명의 저전압 고속 검출장치의 회로구성도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 동기신호발생부 20 : 표준사인파생성부

32 : 제1전파정류부 34 : 제2전파정류부

40 : 나눗셈회로부 50 : 적분기

60 : 비교기 70 : 감산기

80 : A/D변환기

본 발명은 전력 계통에서의 단락 또는 지락 사고로 인해 발생되는 순시저전압 상태를 신속하게 검출하기 위한 검출장치에 관한 것으로, 특히 순간적인 저전압 상태로 인한 각종 전력변환 기기의 정지 피해를 방지하기 위해 순시저전압이 발생 즉시 이를 고속으로 검출하고 나아가서는 순시저전압의 량을 정확히 계측하기 위한 디지털 신호를 발생시키기 위한 디지털 순시 저전압 고속 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 장치나 시스템등의 장비에 동작전압을 공급하는 전력계통 상에서 지락사고나 단락사고가 발생되게 되면 전력계통의 전압이 급격히 떨어져 순간 저전압 상태가 된다.

이러한 저전압상태는 각종 전력변환기기의 동작상태나 수명에 중대한 영향을 미쳐 기기의 동작수명을 단축시키거나 고장을 초래하게 되므로, 전력계통에서의 저전압상태가 발생되면 이를 신속하게 검출하여 각종 전력변환기기의 제어부에 저전압 경고신호를 내보냄으로써, 공급전력의 순시 저전압에 대비하도록 하고 있다.

도 1은 종래의 저전압검출장치의 회로구성도로서, 본 발명에 앞서 10-1997-0028303로 특허출원된 바 있다.

상기 종래의 저전압검출장치는 입력전원전압(Vs)의 위상에 동기시켜서 구형파전압(Vp)을 출력함과 동시에 상기 입력전원전압(Vs)에 대한 제로-크로싱검출방식에 의해서 기 설정된 리셋신호를 출력하는 동기신호발생부(10)와, 상기 동기신호발생부(10)로부터의 구형파전압(Vp)에 기초해서 표준 사인파전압(Vsin)을 생성시키는 표준사인파생성부(20)와, 상기 표준사인파전압(Vsin)을 전파정류하는 제1전파정류부(32)와, 상기 입력되는 전원전압(Vs)을 전파정류하는 제2전파정류부(34)와, 상기 제1전파정류부(32)로부터의 표준사인파전압(Vsin(*))에 옵셋치를 더하고, 상기 제2전파정류부(34)로부터의 전원전압(Vs(*))에 옵셋치를 더한 다음, 상기 옵셋치가 더해진 표준사인파전압(Vsin(*)+옵셋치)을 상기 옵셋치가 더해진 전원전압(Vs(*)+옵셋치)으로 나눈 결과값을 적분기로 제공하는 나눗셈회로부(40)와, 상기 나눗셈회로 부(40)로부터 제공받은 값을 설정된 리셋주기에 따라 적분하여 비교기(60)로 제공하는 적분기(50)와, 상기 적분기(50)로부터 제공되는 적분값을 사전에 설정된 기준값과 비교해서 상기 기준값보다 적분값이 큰 경우에 순시 저전압 검출신호를 출력하는 비교기(60)로 구성되고 있다.

이와 같이 구성된 종래의 검출장치에서, 상기 동기신호발생부(10)는 입력되는 전원전압(Vs)의 위상을 검출하여 구형파전압(Vp)을 발생시켜서 표준사인파생성부(20)로 제공한다.

상기 표준사인파생성부(20)는 상기 동기신호발생부(10)에서 제공되는 구형파전압(Vp)에 근거해서 표준 사인파전압(Vsin)을 출력시킨다.

상기 표준사인파전압(Vsin)은 제1전파정류부(32)에서 전파정류된 다음에 나눗셈회로부(50)로 제공되고, 또한 상기 입력전원전압(Vs)은 제2전파정류부(34)에서 전파정류된 다음 상기 나눗셈회로부(40)로 제공된다.

상기 나눗셈회로부(40)에서는 옵셋치를 설정하는 가변저항에 의해서 설정된 옵셋치를 상기 정류된 전원전압(Vs(*))과 상기 정류된 표준사인파전압(Vsin(*))에 각각 더하고, 상기 옵셋치가 더해진 표준사인파전압(Vsin(*)+옵셋치)을 상기 옵셋치가 더해진 전원전압(Vs(*)+옵셋치)으로 나눈후, 그 결과값을 적분기(50)로 출력한다.

여기서, 나눗셈 이전에 옵셋치를 더하는 것은 상기 전원전압(Vs(*))이 영(zero)이 되어 상기 표준사인파전압(Vsin(*))을 영으로 나누어지게 되는 경우를 방지하기 위함이다.

상기 나눗셈회로부(40)에 의해서 일정한 전압강하폭에 대해서는 오차전압(Verr)이 일정하게 되고, 이에따라 전압강하가 일어나는 시점에 상관없이 적분되는 비율도 일정하게 된다.

상기 적분기(50)에서는 상기 나눗셈회로부(40)로부터 제공받은 값을 상기 동기신호발생부(10)로부터 제공되는 리셋신호에 의해서 리셋되면서 적분을 수행하여 비교기를 통해 순시저전압 상태신호를 출력한다.

즉, 종래 순시저전압검출장치는 기준 사인파를 발생시키고 이 값을 실제 입력되는 전압 값으로 나눈 후 적분을 행하여 비교기를 통과시킨 후 검출 신호를 발생시키는 형태로 구성하여, 적분 주기를 상용 주파수의 1/8, 1/16, 1/32등으로 가변시킬 수 있고 또한 그 검출 속도도 가변시킬 수 있는 특징이 있다.

그러나 종래의 전력계통의 순시저전압 검출기는 저전압 발생시 저전압 이 발생했다는 검출 신호를 출력해주고 실제 디지털 제어기 등에서 이용할 수 있는 순시 저전압 발생량에 대한 정보는 출력하지 않는다.

따라서, 종래의 검출장치는 디지털기기를 포함하는 다양한 전력변환기에 순시저전압 보상을 위한 신뢰성 있는 검출신호와 그때의 저전압 발생량에 대한 필수정보를 얻을 수 없다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 저전압 검출장치에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그의 목적은 전력공급계통에서 순시저전압 발생시 저전압 발생정보를 발생하되, 실제 디지털 제어기 등에서 이용할 수 있는 순시 저전압 발생정보를 고속으로 검출하고 또한 그 발생 량에 대한 정보를 디지털 값으로 변환 출력하여 전력변환기에 대한 저전압 상태를 보상해 주도록 하기 위한 디지털 순시 저전압 고속 검출장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력계통 순시 저전압 고속 검출장치는 입력전원전압의 위상에 동기시켜서 구형파전압을 출력함과 동시에 상기 입력전원전압에 대한 제로-크로싱검출방식에 의해서 기 설정된 리셋신호를 출력하는 동기신호발생부와, 상기 동기신호발생부로부터의 구형파전압에 기초해서 표준 사인파전압을 생성시키는 표준사인파생성부와, 상기 표준사인파전압 및 입력 전원전압을 전파정류하는 제1,2전파정류부와, 상기 제1전파정류부로부터의 표준사인파전압을 상기 제2전파정류부로부터의 전원전압으로 나눈 결과값을 적분기로 제공하는 나눗셈회로부와, 상기 나눗셈회로부로부터 제공받은 값을 설정된 리셋주기에 따라 적분하여 비교기로 제공하는 적분기와, 상기 적분기로부터 제공되는 적분값을 사전에 설정된 기준값과 비교해서 상기 기준값보다 적분값이 큰 경우에 순시 저전압 검출신호를 출력하는 비교기와, 상기 비교기에서의 저전압검출신호 출력시 표준사인파생성부의 표준사인파전압과 입력전압과 차를 계산하는 감산기와, 상기 감산기에 의한 차전압을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 A/D변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 장치의 회로 구성도이다. 여기에서 참고되는 바와 같이, 본 발명의 디지털 순시 저전압 고속 검출 장치는 입력전원전압의 위상에 동기되어 구형파전압을 출력하고 입력전원전압의 제로-크로싱검출을 통하여 기 설정된 리셋신호를 출력하는 동기신호발생부(10)와, 상기 동기신호발생부의 구형파전압에 기초해서 표준 사인파전압을 생성하는 표준사인파생성부(20)와, 상기 표준사인파전압 및 입력 전원전압을 전파 정류하는 제1,2전파정류부(32,34)와, 상기 제1전파정류부의 표준사인파전압을 상기 제2전파정류부의 전원전압으로 나누어 그 결과값을 적분기에 제공하는 나눗셈회로부(40)와, 상기 나눗셈회로부의 출력값을 설정된 리셋주기에 따라 적분하여 비교기로 제공하는 적분기(50)와, 상기 적분기로부터 제공되는 적분값을 사전에 설정된 기준값과 비교해서 상기 기준값보다 적분값이 큰 경우에 순시 저전압 검출신호를 출력하는 비교기(60)와, 상기 비교기에서의 저전압검출신호 출력시 표준사인파생성부의 표준사인파전압과 입력전압과 차를 계산하는 감산기(70)와, 상기 감산기에 의한 차전압을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 A/D변환기(80)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

동기신호발생부(10)는 입력되는 전원전압(Vs)의 위상을 검출한 다음에 검출된 위상을 가지는 구형파전압(Vp)을 발생시킨다.

이러한 구형파전압은 표준사인파생성부(20)에 입력된다.

표준사인파생성부(20)는 상기 동기신호발생부(10)에서 제공되는 구형파전압 (Vp)에 근거해서 표준 사인파전압(Vsin)을 생성하여 출력한다.

상기 표준사인파전압(Vsin)은 제1전파정류부(32)에서 전파정류된 후 나눗셈 회로부(40)로 제공되고, 또한 상기 입력전원전압(Vs)은 제2전파정류부(34)에서 전파정류된 후 상기 나눗셈회로부(40)로 제공된다.

상기 나눗셈회로부(40)에서는 옵셋치를 설정하는 내부의 가변저항(도시생략)에 의해서 설정된 옵셋치를 상기 정류된 전원전압(Vs(*))과 상기 정류된 표준사인파전압(Vsin(*))에 각각 더하고, 상기 옵셋치가 더해진 표준사인파전압(Vsin(*)+옵셋치)을 상기 옵셋치가 더해진 전원전압(Vs(*)+옵셋치)으로 나눈후, 그 결과값을 적분기(50)로 출력한다.

여기서, 나눗셈 이전에 옵셋치를 더하는 것은 상기 전원전압(Vs(*))이 영(zero)이 되어 상기 표준사인파전압(Vsin(*))을 영으로 나누어지게 되는 경우를 방지하기 위한 것이며, 상기 나눗셈에 의한 전압오차(Verr)는 아래 식 1과 같다.

Verr = Vsin+옵셋치/Vs+옵셋치 --------------------- 식 1

상기한 바와같이, 상기 나눗셈회로부(40)에 의해서 일정한 전압강하폭에 대해서는 오차전압(Verr)이 일정하게 되고, 이에따라 전압강하가 일어나는 시점에 상관없이 적분되는 비율이 일정하게 되는 것이다.

상기 적분기(50)에서는 상기 나눗셈회로부(40)로부터 제공받은 값을 상기 동기신호발생부(10)로부터 제공되는 리셋신호에 의해서 리셋되면서 적분을 수행하는데, 이와같이 적분한 결과는 1을 기준으로 오차가 나타나므로 상기 오차전압에서 아래의 식 2과 같이 1을 뺀 다음에 적분한다.

Vd(적분출력값) = ∫(Verr-1) ----------------------- 식 2

이와 같이 적분을 수행하여 나온 값을 비교기에서 검출 레벨과 비교하여 저 전압 검출 신호를 만들어 낸다. 이러한 과정을 거쳐 출력된 저전압 검출 신호는 고속이고 또한 적분 과정을 거치기 때문에 노이즈에 의한 오동작을 방지 할 수 있다.

한편, 감산기(70)에는 표준사인파생성부(20)의 표준사인파전압(Vsin)과 입력전원전압(Vs)이 입력되고 있어, 상기 비교기(60)에서의 출력전압이 저전압 검출 값으로 출력될 때, 위 감산기(70)에서 표준사인파전압과 입력전원전압이 감산처리되어 차전압이 발생된다.

즉, 저전압 발생 시 검출신호가 출력되고 이 검출 신호 발생 시에만 저전압이 발생했다고 인식하고 감산기로 하여금 표준 사인파 전압과 입력 사인파 전압의 차이를 구하게 되는 것이다.

이때 구해진 차 전압은 신뢰성 있는 검출 신호로부터 신호를 받아 구해진 결과이므로 아주 신뢰성 있는 순시 저전압 결과이다.

또한 이때의 순시 아나로그 저전압 값은 A/D변환기(80)를 거치면서 각 전력변환기의 제어부(도시생략)내 마이크로 프로세서 등에서 처리될 수 있는 디지털 값으로 변환 출력된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 전력공급계통에서 순시저전압 발생시 저전압 발생정보를 발생하되, 실제 디지털 제어기 등에서 이용할 수 있는 순시 저전압 발생정보를 고속으로 검출하고 또한 그 발생 량에 대한 정보를 디지털 값으로 변환 출력하여 전력변환기에 대한 저전압 상태를 보상해 줄 수 있게 된다

Claims (1)

1. 입력 전원전압의 위상에 동기되어 구형파전압을 출력하고 입력 전원전압의 제로-크로싱검출을 통하여 리셋(Reset) 신호를 출력하는 동기신호발생부(10);

   상기 동기신호발생부(10)의 구형파전압에 기초해서 표준 사인파전압을 생성하는 표준사인파생성부(20);

   상기 표준 사인파전압 및 상기 입력 전원전압을 전파 정류하는 제1,2전파정류부(32,34);

   상기 제1전파정류부(32)의 표준사인파전압을 상기 제2전파정류부(34)의 전원전압으로 나누어 그 결과값을 적분기에 제공하는 나눗셈회로부(40);

   상기 나눗셈회로부(40)의 출력값을 상기 리셋(Reset) 신호의 리셋주기에 따라 리셋하면서 적분하여 비교기(60)로 제공하는 적분기(50);

   상기 적분기(50)로부터 제공되는 적분값을 사전에 설정된 기준값과 비교해서 상기 기준값보다 적분값이 큰 경우에 순시 저전압 검출신호를 출력하는 비교기(60);

   상기 비교기(60)에서의 저전압검출신호 출력시 표준사인파생성부의 표준사인파전압과 입력전압과 차를 계산하는 감산기(70); 및

   상기 감산기(70)에 의한 차전압을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 A/D변환기(80)

   를 포함하는 디지털 순시 저전압 고속 검출 장치.

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