KR100981264B1 - 비대칭제어에 따른 부하불균형을 해소한 교통신호제어기 - Google Patents

비대칭제어에 따른 부하불균형을 해소한 교통신호제어기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비대칭제어에 따른 부하불균형을 해소한 교통신호 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 야간 조광제어모드에서 다수의 신호등을 교번적으로 점등하여 부하 불균형을 해소함으로써 종래 비대칭 제어에 의한 부하 불균형으로 인해 발생하던 고조파 발생을 방지하고 전력을 절감할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 이를 위해, 신호등에 전력을 공급하는 등기구동장치들을 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분류하고, 조광제어모드가 개시되면 제 1 그룹에 속하는 등기구동장치들이 전원 신호의 (+) 부분의 반파 신호를 출력하고, 제 2 그룹에 속하는 등기구동장치들은 전원 신호의 (-) 부분의 반파 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 LED 신호등 신호 구동방법을 제공한다.

Description

비대칭제어에 따른 부하불균형을 해소한 교통신호제어기{Traffic Signal Controller For Removing Load Unbalance By Nonsymetric Control}
본 발명은 LED 신호등 구동용 교통신호제어기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 야간 조광제어모드에서 다수의 신호등을 교번적으로 점등하여 부하 불균형을 해소함으로써 종래 비대칭 제어에 의한 부하 불균형으로 인해 발생하던 고조파 발생을 방지하고 전력을 절감할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode) 신호등은 백열 신호등에 비하여 소비 전력이 8분의 1 수준인 15W 미만인 고효율 제품으로서, 동일 광도에서 80 내지 90% 정도의 에너지 절감 효과를 갖는 특징이 있다. 또한, 이러한 LED 신호등은 종래의 백열 신호등에 비하여 수명이 10배 이상으로 거의 반영구적이며, 발열에 의한 열손실이 매우 적으며 특정 단색광을 발광함으로써 무색 렌즈 사용에 따른 빛 손실이 적은 장점이 있다.
이러한 특징과 장점을 갖는 LED 신호등은 현재, 에너지 절감이라는 국가적 시책에 의거 점차적으로 백열 신호등을 대체하고 있다.
대부분의 LED 신호등은 야간시 광도를 적정하게 낮추어 운전자의 눈부심 등에 의한 교통 사고를 미연에 방지할 수 있도록 설계되어 있다.
도 1은 종래 교통신호기에 따른 LED 신호등 구동방법을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 교통신호기는 주제어장치(1)와 신호 구동장치(2)를 포함하여 구성된다.
주제어장치(1)는 교통신호기의 중추적 역할을 하는 장치로서, 검지기 자료 등 교통상황정보 처리, 제어알고리즘 처리, 관제센터 중앙장치와의 통신, 운영자 입력장치 접속 등의 기능을 수행한다.
신호 구동장치(2)는 주제어장치(1)의 명령에 따라 신호등의 점등과 소등을 전담하고, 주제어장치(1)의 장애 발생시 기본 신호출력제어를 수행하는 안전제어(Fall-Safe Control)기능을 통해 시스템의 안정성을 제고한다.
신호 구동장치(2)는 크게 주제어장치(1)의 신호구동 데이터를 근거로 시간 진행에 따라 등기구동장치(20)를 제어하는 컨트롤러(10), 신호등을 구동하기 위한 출력을 제어하고 감시하는 등기구동장치(20) 및 유사시 점멸 제어를 수행하는 점멸기(30)가 하나의 시스템 버스로 연결되어 있는 장치이다.
컨트롤러(10)는 주간에는 주제어장치(1)에서 공급되는 전원신호가 그대로 LED 신호등(3)으로 공급되도록 하고, 야간시 조광제어모드에서는 전원신호의 (+) 부분의 반파만을 LED 신호등(3)으로 공급하여 광도를 적정하게 낮추어 운전자의 눈부심 등에 의한 교통 사고를 미연에 방지할 수 있도록 설계되어 있다.
조광제어모드에서는 220V 정현파 형태로 공급되는 전원신호중에 (+) 반파만을 이용하므로 공급된 전력의 1/2만을 이용하므로 전력 효율이 낮고, 파형이 정현파가 아니므로 부하 불균형이 발생하여 신호 구동장치(2)의 출력단에 다량의 고조파 및 전자파가 발생하여 주변 전자기기에 악영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 야간 조광제어모드에서 다수의 신호등을 교번적으로 점등하여 부하 불균형을 해소함으로써 종래 비대칭 제어에 의한 부하 불균형으로 인해 발생하던 고조파 발생을 방지하고 전력을 절감할 수 있도록 하는 것이다.
삭제
삭제
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 신호등에 전원을 공급하는 것으로서 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분류되는 등기구동장치, 상기 전원의 제로 크로스 포인트를 검출하는 점멸기 및 조광제어모드가 개시되는 경우, 상기 점멸기에서 검출되는 제로 크로스 포인트를 계수하여, 제로 크로스 포인트의 계수값에 따라 제 1 그룹 또는 제 2 그룹의 등기구동장치로 조광제어신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 등기구동장치는 상기 주제어장치 또는 컨트롤러로부터 제어신호가 입력되고, 신호등의 동작상태 정보를 상기 주제어장치 또는 컨트롤러로 전송하는 신호 입출력부, 상기 신호 입출력부를 통해 조광제어신호가 수신되는 경우 자신이 속한 그룹에 따라 전원신호의 (+) 부분 또는 (-) 부분의 반파신호를 정류하여 신호등으로 출력하는 전력 제어부, 상기 신호등의 점등 상태를 피드백 받아 동작 상태를 검지하여 검지된 정보를 상기 신호 입출력부로 전송하는 검지부 및 상기 검지부의 출력 신호에 따라 점등되어 상기 신호등의 동작상태를 표시하는 상태표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭제어에 따른 부하불균형을 해소한 교통신호 제어기가 제공된다.
여기서, 교차로 내에 설치된 n개의 등기구동장치 중 홀수 번째 등기구동장치를 제 1 그룹으로, 짝수 번째 등기구동장치를 제 2 그룹으로 분류한다.
삭제
상기와 같은 본 발명에 따르면, 조광제어시의 부하 불균형이 해소되어 고조파 발생을 방지할 수 있음과 아울러, 전원신호의 파형 전체를 사용함으로써 전력절감 효과가 극대화된다.
도 1은 종래 교통신호기에 따른 LED 신호등 구동방법을 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명에서 일반모드에서의 LED 신호등 구동방법을, 도 2b는 조광제어모드에서의 LED 신호등 구동방법을 도시한 것이다.
도 3은 등기구동장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 LED 신호등 신호 구동방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명에서 일반모드에서의 LED 신호등 구동방법을, 도 2b는 조광제어모드에서의 LED 신호등 구동방법을 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b에서, 컨트롤러(10)와 점멸기(20)는 교차로마다 1개씩 설치되고, 등기구동장치(30)는 교차로 내의 신호등의 개수만큼 설치된다. 즉, 교차로가 네거리인 경우 4개의 등기구동장치(30-1 ~ 30-4)가 설치되며, 등기구동장치들(30-1 ~ 30-4)은 각각 해당 방향의 차량 신호등과 보행자 신호등의 점멸을 제어하게 된다.
본 발명에서는 등기구동장치들(30-1 ~ 30-4)이 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분류되어 조광제어시 교번적으로 동작하는 것이 핵심적인 특징이다.
예를 들면, 교차로 내에 설치된 n개의 등기구동장치 중 홀수 번째 등기구동장치(30-1, 30-3)를 제 1 그룹으로, 짝수 번째 등기구동장치(30-2, 30-4)를 제 2 그룹으로 분류할 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 일반모드에서는 주제어장치(1)로부터 공급된 전원신호가 그대로 LED 신호등(3)으로 공급되나, 조광제어모드가 개시되면, 컨트롤러(10)가 등기구동장치들(30-1 ~ 30-4)을 제어하여 홀수 번째 등기구동장치(30-1, 30-3)는 전원신호의 (+) 반파 신호만을 출력하고, 짝수 번째 등기구동장치(30-2, 30-4)는 전원신호의 (-) 반파 신호만을 출력하도록 제어한다.
즉, 홀수 번째 신호등(3-1, 3-3)은 전원신호의 (+) 반파 신호에 의해 구동되어 광도를 적정하게 낮추어진 빛을 출력하고, 짝수 번째 신호등(3-2, 3-4)은 전원신호의 (-) 반파 신호에 의해 구동되어 광도를 적정하게 낮추어진 빛을 출력하게 된다.
도 3은 등기구동장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 등기구동장치(30)는 신호 입출력부(31), 전력 제어부(33), 검지부(35) 및 상태표시부(37)를 포함하여 구성된다.
신호 입출력부(31)는 주제어장치(1) 또는 컨트롤러(10)로부터 제어신호가 입력되고, LED 신호등(3)의 동작상태 정보를 주제어장치(1) 또는 컨트롤러(10)로 전송하는 입출력포트이다.
전력 제어부(33)는 신호 입출력부(31)를 통해 조광제어신호가 수신되는 경우 자신이 속한 그룹에 따라 전원신호의 (+) 부분 또는 (-) 부분의 반파신호를 정류하여 LED 신호등(3)으로 출력하는 것으로서, 홀수 번째 등기구동장치인 경우 전원신호에서 (+) 반파 신호만을 정류하여 해당 LED 신호등(3)으로 공급하고, 짝수 번째 등기구동장치인 경우 전원신호에서 (-) 반파 신호만을 정류하여 해당 LED 신호등(3)으로 공급하도록 설계되어 있다.
검지부(35)는 LED 신호등(3)의 점등 상태를 피드백 받아 동작 상태를 검지하여 검지된 정보를 신호 입출력부(31)를 통해 주제어장치(1) 또는 컨트롤러(10)로 전송하는 것이다.
상태표시부(37)는 검지부(35)의 출력 신호에 따라 점등되어 LED 신호등(3)의 동작상태를 표시하는 것으로서, 적색등, 황색등, 방향등, 녹색등의 4개의 차량신호와 적색등, 녹색등의 2개의 보행자 신호를 포함하는 6개의 LED로 구성되어 6개의 신호등의 점등 상태를 육안으로 확인할 수 있도록 되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 LED 신호등 신호 구동방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 도 4를 참조하면, 컨트롤러(10)는 주제어장치(1)의 시각제어인 조광제어나 조도센서로부터 수신된 조도값을 분석하여 주위의 조도가 어두워진 것으로 판단되면, 조광제어모드로 진입하게 된다(S400).
조광제어모드로 진입하면, 컨트롤러(10)는 점멸기(20)로부터 수신되는 AC 전원의 제로 크로스 포인트(Zero Cross Point)를 계수한다(S410). 점멸기(20)는 AC전원의 Zero-Cross 시점에 대한 출력을 발생하는 회로를 내장하고 있으므로 컨트롤러(10)는 점멸기(20)로부터 제로 크로스 포인트에 대한 출력신호를 수신하여 이를 계수함으로써 AC 전원이 0인 경우 (+) 반파 신호의 시작인지 (-) 반파 신호의 시작인지를 인지하게 된다.
만일 계수값이 홀수인 경우에는 AC 전원이 (+) 반파 신호인 것으로 인식하여 제 1 그룹에 속하는 등기구동장치(30-1, 30-3)들을 제어하여 등기구동장치(30)들이 (+) 반파 신호를 해당 신호등(3)에 공급하게 한다(S420).
만일 계수값이 짝수인 경우에는 AC 전원이 (-) 반파 신호인 것으로 인식하여 제 2 그룹에 속하는 등기구동장치(30-2, 30-4)들을 제어하여 등기구동장치(30-2, 30-4)들이 (-) 반파 신호를 해당 신호등(3)에 공급하게 한다(S430).
이하의 표 1은 조광제어모드에서 AC 전원의 (+) 반파신호 또는 (-) 반파신호만을 출력하는 경우 신호 구동장치(2)의 출력단과 AC 전원의 (+) 반파신호와 (-) 반파신호를 교번적으로 출력하는 경우 신호 구동장치(2)의 출력단에서의 실효전력, 역률, 고조파 왜율을 측정한 것이다.
표 1의 실험 결과에서 조광제어모드에서 AC 전원을 교번적으로 출력하는 경우 AC 전원의 반파신호만을 신호등 구동 전원으로 사용하는 경우에 비해 실효 전력이 약 2배 정도 증가하고, 역률이 14% 정도 개선되며, 고조파 왜율이 약 1/3로 감소함을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 의할 경우 종래에 비해 전력 효율이 증가하고 전력 특성이 향상될 뿐 아니라 고조파 성분 감소로 인해 주변 전자기기의 고장 우려가 현저하게 감소함을 알 수 있다.
실시예 실효전력(W) 역률(%) 고조파 왜율(THD)(%)
(+) 반파만 이용 5.95 85.8 60.9
(-) 반파만 이용 5.97 86.13 60.3
교번적으로 인가 11.84 98.1 21.7
본 실시예에서는 AC 신호의 교번적 출력을 위해 등기구동장치(30) 내에 자신이 속한 그룹에 따라 AC 전원의 (+) 또는 (-) 신호를 선택적으로 출력하도록 하는 전력제어부(33)를 구비하도록 하였으나, 그 외에 컨트롤러(10)에서 AC 전원의 제로 크로스 포인트를 계수하여 (+)반파 신호는 제 1 그룹의 등기구동장치(30)로 공급하고 (-)반파 신호는 제 2 그룹의 등기구동장치(30)로 공급하도록 스위칭 제어동작까지 수행하는 것도 가능하다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 : 주제어장치
2 : 신호 구동장치
3 : LED 신호등
10 : 컨트롤러
20 : 점멸기
30 : 등기 구동장치
31 : 신호 입출력부 33 : 전력 제어부
35 : 검지부 37 : 상태표시부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 신호등에 전원을 공급하는 것으로서 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분류되는 등기구동장치;
    상기 전원의 제로 크로스 포인트를 검출하는 점멸기; 및
    조광제어모드가 개시되는 경우, 상기 점멸기에서 검출되는 제로 크로스 포인트를 계수하여, 제로 크로스 포인트의 계수값에 따라 제 1 그룹 또는 제 2 그룹의 등기구동장치로 조광제어신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하되,
    상기 등기구동장치는 주제어장치 또는 컨트롤러로부터 제어신호가 입력되고, 신호등의 동작상태 정보를 상기 주제어장치 또는 컨트롤러로 전송하는 신호 입출력부, 상기 신호 입출력부를 통해 조광제어신호가 수신되는 경우 자신이 속한 그룹에 따라 전원신호의 (+) 부분 또는 (-) 부분의 반파신호를 정류하여 신호등으로 출력하는 전력 제어부, 상기 신호등의 점등 상태를 피드백 받아 동작 상태를 검지하여 검지된 정보를 상기 신호 입출력부로 전송하는 검지부 및 상기 검지부의 출력 신호에 따라 점등되어 상기 신호등의 동작상태를 표시하는 상태표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭제어에 따른 부하불균형을 해소한 교통신호 제어기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    교차로 내에 설치된 n개의 등기구동장치 중 홀수 번째 등기구동장치를 제 1 그룹으로, 짝수 번째 등기구동장치를 제 2 그룹으로 분류하는 것을 특징으로 하는 비대칭제어에 따른 부하불균형을 해소한 교통신호 제어기.
  5. 삭제
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J2X1 Appeal (before the patent court)

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J302 Written judgement (patent court)

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J2X2 Appeal (before the supreme court)

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J303 Written judgement (supreme court)

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