KR101132921B1 - 코일 권선식 자동 전압 조절기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1차코일을 2차코일보다 더 가늘고 단면적이 작은 것을 사용하여, 원하는 단면적이 큰 용량의 전압 생산이 가능하면서도 제품의 크기를 획기적으로 줄여 제품 제조원가와 재료비 및 생산비용을 절감할 수 있도록 한 코일 권선식 자동 전압 조절기에 관한 것이다.
이를 위해, 1차코일의 단면적보다 더 넓은 단면적을 갖는 2차코일을 상기 1차코일 위에 감고, 상기 2차코일에 복수의 전압감압탭과 복수의 전압승압탭을 연결 구비한 코일권선부와; 부하측에서 사용하는 설정전압을 입력하는 전압설정부와; 전압설정부에서 설정된 설정전압에 따라 코일권선부에 설정된 탭들 중 어느 하나의 탭을 스위칭하여 감압 또는 승압된 전압을 부하측에 공급하는 탭스위칭부와; 탭스위칭부에서의 스위칭을 제어하는 제어회로부와; 제어회로부에서 생성된 값을 모니터에 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따라, 1차코일의 단면적을 2차코일의 단면적보다 매우 작은 것을 사용하여 코일권선부를 제조함으로써, 코일권선부 제조에 필요한 1차코일과 2차코일의 사용을 크게 줄여 재료비 및 생산비용과 함께 제품의 제조단가를 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있고, 아울러 제품의 크기와 무게를 줄여 가정용 및 산업용 소형장비에 적용 가능한 효과도 있다.

Description

코일 권선식 자동 전압 조절기{WINDING A COIL TYPE AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR}
본 발명은 자동 전압 조절기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코어에 감겨지는 코일 중 1차코일을 2차코일보다 더 가늘고 단면적이 작은 것을 사용하여, 원하는 단면적이 큰 용량의 전압 생산이 가능하면서도 제품의 크기를 획기적으로 줄여 제품 제조원가와 재료비 및 생산비용을 절감할 수 있도록 한 코일 권선식 자동 전압 조절기에 관한 것이다.
일반적으로, 전기를 생산하기 위한 대규모 발전에서는 발전기를 회전시켜 전자기유도에 의해 원래의 에너지를 전기에너지로 변환시키는 방식이 주로 사용된다.
이처럼, 발전을 하려면 다른 형태의 에너지를 소비해야 하는데, 이 에너지의 근원이 되는 자원을 발전 자원이라고 하고, 이용하는 발전 자원에 따라 수력발전 ?화력발전 ?원자력발전 ?조력발전 ?풍력발전 ?지열발전 ?태양열발전 등으로 구별된다.
이와 같은 방식들을 통해 생산되는 전기에너지는 송전선로를 따라 발전소, 전력소, 각 지역의 변전소 등으로 이동되어, 공장, 사무실 등의 업무용 건물과 일반 가정 등의 최종 소비자 또는 수용가에 공급된다.
현재 국내에서 이루어지는 전력의 공급은 "전기 공급규정"에 따라 110[V]±5.5%(104[V] 내지 117[V]), 220[V]±6％(207[V] 내지 233[V]) 및 380[V]±10％(342[V] 내지 418[V])의 전압범위 내에서 공급되고 있다.
그러나, 전력을 공급하는 공급자(한국전력) 측에서는 상기 규정전압 중에서도 높은 규정전압으로 전력을 공급해야만 수용가에서 정상적으로 전력을 사용할 수 있는 실정에 있어, 이같은 전력의 공급이 비효율적이고, 비경제적임에도 불구하고 어쩔 수 없이 규정전압 중에서도 높은 규정전압으로 전력을 공급할 수 밖에 없는 문제점이 있었다. 또한, 전력 공급사정이 좋지 않은 지역은 규정전압보다 높은 전압(234[V]이상 및 419[V]이상) 혹은 규정전압보다 낮은 전압(206[V]이하 및 341[V]이하)으로 수용가에 공급되는 문제점이 있었다.
이에 상기한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 자동 전압 조절기를 통해 "전기 공급규정"에 따라 220[V]±6％(207[V] 내지 233[V]) 및 380[V]±10％(342[V] 내지 418[V])의 전압범위 내에서 공급되고 있는 전압을 210[V]±1~2％(207[V] 내지 214[V]) 및 350[V]±2~3％(340[V] 내지 361[V])으로 규정전압 범위내에서 자동 조절하여 공급함으로써, 전력을 사용하는 수용가 측에서 233[V]로 공급되었을 때보다 21[V] 정도 전기가 절약되는 상태로 전력을 공급하여 사용할 수 있도록 하였다.
즉, 상기 자동 전압 조절기를 사용하여 전압을 규정전압 범위를 벗어나지 않는 범위인 210[V] 강하 세팅하여 공급하게 되면, 한국전력(전력공급원)에서 들어오는 입력전압이 233[V]인 경우에는 210[V]로 전압이 공급되게 되며, 입력전압이 190[V]인 경우에는 자동으로 210[V]로 전압이 공급되게 되는데, 전자의 경우에는 23[V]의 절전효과를 발휘할 수 있고, 후자의 경우에는 부하의 정상작동 전압범위로 전압을 자동으로 높여 공급하므로, 제품에 피해를 줄 수 있는 문제점을 해결하게 되었다.
그러나, 상기한 종래의 자동 전압 조절기는 코어에 감겨지는 코일의 두께에 따라 유도 및 출력되는 전압의 크기가 비례하여 증감됨으로써, 출력하고자 하는 전압 용량의 크기가 커질수록 코일의 단면적 크기가 함께 커지게 됨은 물론, 코일의 단면적 크기에 따라 코어와 자동 전압 조절기 역시 필연적으로 대형화될 수 밖에 없게 된다.
따라서, 자동 전압 조절기 제품의 중량 및 크기가 커져 제품의 원가 및 제조단가가 상승하는 문제가 있고, 제품의 대형화와 함께 가격이 상승하여 가정용 및 상업용, 산업용, 기타용도로 사용하기에 부적합한 문제점도 있다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제1998-0010686호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제0926968호
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 코어에 감겨지는 코일 중 1차코일을 2차코일보다 더 가늘고 단면적이 작은 것을 사용하여, 원하는 2차코일 단면적 크기 용량의 전압 생산이 가능하면서도 제품의 크기를 획기적으로 줄여 제품 제조원가와 재료비 및 생산비용을 절감할 수 있도록 한 코일 권선식 자동 전압 조절기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 전력공급원(한국전력)으로부터 입력되는 전압을 정해진 전압으로 자동 조절하여 공급하는 전압 조절기에 있어서, 전력공급원으로부터 입력되는 교류전압을 유도할 수 있도록 코어에 1차코일을 감고, 상기 1차코일에서 유도되는 전압을 출력할 수 있도록 1차코일의 단면적보다 더 넓은 단면적을 갖는 2차코일을 상기 1차코일 위에 감되, 출력되는 전압을 감압 또는 승압하도록 상기 2차코일에 복수의 전압감압탭과 복수의 전압승압탭을 연결 구비한 코일권선부와; 부하측에서 사용하기 원하는 설정전압을 입력하는 전압설정부와; 상기 전압설정부에서 설정된 설정전압에 따라 코일권선부에 설정된 복수의 탭들 중 어느 하나의 탭을 스위칭하여 감압 또는 승압된 전압을 부하측에 공급하는 탭스위칭부와; 상기 탭스위칭부와 전압설정부를 제어하는 제어회로부와; 상기 제어회로부에서 생성된 값을 연산하여 모니터에 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 1차코일의 단면적은 2차코일의 단면적보다 2~30배(적절하게는 약 20배) 더 작은 것을 사용한다.
그리고, 상기 코일권선부와 탭스위칭부에는 발열되는 열을 실시간 측정하도록 온도감지센서부를 각각 설치하고, 상기 코일권선부 또는 탭스위칭부 중 어느 하나에서 발열되는 열이 일정온도 이상 상승하는 경우 2차코일에서 출력되는 전압을 전력공급원으로 바이패스시켜 기기를 보호할 수 있도록 코일권선부와 전력공급원 사이 및, 탭스위칭부와 전력공급원 사이에 각각 바이패스라인을 설치한다.
또한, 상기 코어는 중앙을 중공되게 형성하되, 평면 형상을 원형, 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성하고, 단면을 원형, 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성한다.
또, 상기 코어는 평면 형상을 막대(바) 형태로 형성하고, 단면을 원형, 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성한다.
또, 상기 2차코일은 단면이 원형, 다각형, 복수의 가는 코일을 꼬아서 만든 밧줄 형상 중 어느 하나의 형상으로 이루어져 코어에 감겨지는 코일타입으로 형성된다.
그리고, 상기 2차코일은 단면이 원형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 이루어져 코어에 감겨진 클램프타입으로 형성된다.
여기서, 상기 클램프타입은 2차코일의 양 단부를 서로 마주하게 형성하되, 상기 2차코일의 양 단부는 체결수단에 의해 체결하고, 상기 2차코일 양 단부 사이에는 탭단자와 클램프체결구를 결합하여 이웃하는 다른 2차코일과 전기적으로 연결한다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 1차코일의 단면적을 2차코일의 단면적보다 매우 작은 것을 사용하여 코일권선부를 제조함으로써, 코일권선부 제조에 필요한 1차코일과 2차코일의 사용을 크게 줄여 제품 재료비 및 생산비용과 함께 제품의 제조단가를 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있고, 아울러 기존 제품보다 제품의 크기와 무게를 줄였기 때문에 기존의 전압조절기가 사용되는 개개의 장치 및 기계에 설치하여 사용할 수 있음은 물론, 아파트 등 가정용 및 공장 등 산업용, 음식점 및 편의점 등 상업용, 기타 건물 전체에 사용되고 있는 전기기계설비의 수명연장 용도로 설치 적용할 수 있는 효과도 있다.
더욱이, 입력되는 전압이 고전압인 경우에 미리 세팅된 전압으로 사용할 수 있도록 초과 공급되는 잉여전력을 낮추게 됨으로써 전기 사용량을 크게 절약할 수 있는 효과가 있고, 입력되는 전압이 저전압인 경우에는 미리 세팅된 전압값으로 전압을 끌어 올려 보상해 줌으로써, 정상적인 부하 동작이 이루어질 수 있도록 하여 부하측 사용기기들의 수명을 연장할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 코어 권선식 자동 전압 조절기의 전체적인 구조를 나타낸 개략 회로도,
도 2는 본 발명에 의한 코어의 여러 가지 실시예를 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명에 의한 중공형의 원형코어의 예시 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 클램프타입 2차코일의 정면도 및 측면도.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 코일 권선식 자동 전압 조절기에 대한 것으로, 크게 코일권선부(10)와, 전압설정부(20)와, 탭스위칭부(30)와, 제어회로부(40)와, 디스플레이부(50)와, 온도감지센서부(16)(31)를 포함하여 구성된다.
도 1을 통해 구체적으로 살펴보면, 먼저 코일권선부(10)는 코어(11)와, 1차코일(12)과, 2차코일(13)로 구성되는 것으로, 전력공급원(60)으로부터 입력되는 교류전압을 유도할 수 있도록 코어(11)에 1차코일(12)을 감고, 상기 1차코일(12)에서 유도되는 전압을 출력할 수 있도록 상기 1차코일(12) 위에 2차코일(13)을 감는다.
여기서, 상기 2차코일(13)은 그 단면적이 1차코일(12)의 단면적보다 약 2~30배 정도 더 넓은 것을 사용하여 1차코일(12)의 단면적 넓이를 크게 줄이게 되는데, 적절하게는 1차코일(12)의 단면적이 2차코일(13)의 단면적보다 약 20배 정도 더 작은 것이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 코어(11)는 규소강판 또는 페라이트, 기타 합당한 재질로 제조한 것으로, 도 2에 도시한 바와 같이 링 형태 또는 막대(바) 형태로 형성할 수 있는데, 링 형태의 경우 중앙이 중공되도록 형성되고 평면 형상이 원형으로 형성된 도우넛형의 코어(11)이거나, 또는 중앙이 중공되도록 형성되고 평면 형상이 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형의 형태로 형성된 코어(11)가 사용될 수 있다.
이때, 상기한 링 형태의 코어(11)는 단면을 원형 또는 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형 형태로 형성할 수 있다.
또한, 막대(바) 형태의 경우 평면 형상을 막대 형상으로 형성한 것으로, 단면을 원형으로 형성한 원기둥 형태의 코어(11)이거나, 또는 단면을 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형으로 형성한 다각기둥 형태의 코어(11)가 사용될 수 있다.
아울러, 2차코일(13)은 단면이 원형 또는 사각, 오각, 육각과 같은 다각의 형태 또는, 가느다란 코일을 여러 가닥 꼬아서 만든 밧줄 형태의 단면 중 어느 하나의 형상으로 이루어진 코일타입으로 코어에 감아 사용될 수 있다. 또한, 2차코일(13)은 단면이 원형 또는 사각, 오각, 육각과 같은 다각의 형태 중 어느 하나의 형상으로 이루어진 클램프타입(고리형)으로 코어에 감아 사용될 수 있다.
여기서, 상기 클램프타입(고리형)의 2차코일(13) 구성에 대해 도 4를 통해 살펴보면, 2차코일(13)의 양 단부를 서로 마주하게 형성하되, 상기 2차코일(13)의 양 단부는 볼트 및 너트 등의 체결수단을 통해 체결 결합한다.
이때, 상기 2차코일(13)의 양 단부 사이에는 탭단자(14)를 결합하여 전압감압탭(도시 생략)과 전압승압탭(도시 생략)을 구비한다. 이와 함께, 상기 2차코일(13)의 양 단부 사이에는 이웃하는 클램프타입의 2차코일(13)과 서로 전기적으로 연결할 수 있도록 클램프체결구(15)를 결합한다.
그리고, 상기와 같이 2차코일(13)에는 출력되는 전압을 감압하여 출력할 수 있도록 감극성 방향으로 복수의 전압감압탭을 전기적으로 연결 구비하고, 또한 출력되는 전압을 승압하여 출력할 수 있도록 가극성 방향으로 복수의 전압승압탭을 전기적으로 연결 구비한다. 이때, 상기 전압감압탭과 전압승압탭은 감압 또는 승압의 범위에 따라 그 개수를 자유롭게 가감하여 구비할 수 있다.
여기서, 상기한 감극성 방향이란, 1차코일(12)에서 나온 자기장의 방향과 2차코일(13)에서 발생한 자기장의 방향이 서로 반대 방향을 말하는 것으로, 감극성 방향에 연결된 전압감압탭에 스위칭될 때에 스위칭되는 전압감압탭의 위치에 따라 정해진 단위만큼 전압이 감압되어 출력이 된다.
반면, 가극성 방향이란, 1차코일(12)에서 나온 자기장의 방향과 2차코일(13)에서 발생한 자기장의 방향이 서로 같은 방향을 말하는 것으로, 가극성 방향에 연결된 전압승압탭에 스위칭될 때에 스위칭되는 전압승압탭의 위치에 따라 정해진 단위만큼 전압이 승압되어 출력이 된다.
본 발명의 경우에는 1차코일(12)의 양 끝부분을 서로 바꾸어 결선하는 것을 통해 극성이 서로 바뀌도록 설계가 된다.
이처럼 구성되는 코일권선부(10)를 통해 10KVA와 100KVA 용량의 전압 출력이 요구되는 경우를 도 3에 도시한 코어(11)를 예로 들어 살펴보기로 한다.
1. 10KVA 용량이 요구되는 경우
1) 코어 형태: 중공식 원형(도우너츠형)
2) 코어 내경(d):70㎜
3) 코어 외경(D):174㎜
4) 코어 감는 부분 넓이(a): 52㎜
5) 코어 감는 부분두께 (t): 30㎜
6) 코어 감는 부분 단면 :(a)×(t): 52㎜×30㎜
7) 코어 감는 부분 단면 길이(L) :｛(a)+(t)｝×2= (52㎜+30㎜)×2=164㎜
8) 코어 1회전 당 코일선 길이 = L+(코일선의 직경 또는 두께)×4
9) 직경 ø1.1㎜ 1차코일의 코어 1회전당 길이 = 164㎜+(1.1×4)=168.4㎜
1-1. 1차코일이 직경 ø1.1㎜일 때 코일의 단면적 계산
πr2 = π×반지름×반지름
= 3.14×0.55×0.55
= 0.95㎟
1-2. 2차코일이 직사각형 단면 4㎜×5㎜, 즉 단면적 20㎟ 일 때 원형의 코일직경 계산
πr2 = π×반지름×반지름
= 3.14×(반지름)2=20㎟
반지름=√20÷3.14 = 2.52
∴직경 ø= 2.52×2 = 5.05mm
결론적으로, 직경이 ø1.1㎜(코일 단면적 0.95㎟)의 1차코일(12)을 코어(11)에 330회 감으면 220V의 전압이 유도되는데, 직경이 ø5.05㎜(코일 단면적 20㎟)의 2차코일(13)을 1차코일(12) 위에 60회 감아, 예를 들어 3회전마다 2V씩 전압을 유도시킬 수 있게 된다.
즉, 2차코일(13)은 감극성 방향으로 30회 감고 가극성 방향으로 30회 감으면 되며, 2차코일(13)을 감을 때 감극성 방향 및 가극성 방향으로 각각 3바퀴 감을 때 마다 1개씩의 탭(탭의 수는 더 적게 낼 수도 있고 더 많이 낼 수 있음)을 낸다. 이때, 감극성 방향의 탭에 스위칭될 때에는 2V씩 전압이 내려가도록 하고, 가극성 방향의 탭에 스위칭될 때에는 2V씩 전압이 올라가도록 하여 전압을 자동 조절하게 된다.
특히, 1차코일(12)의 단면적과 2차코일(13)의 단면적 차이가
20㎟ ÷ 0.95㎟ = 21.05배
의 차이를 보이게 됨으로써, 전압의 유도 및 출력작용은 기존의 코일 권선식 자동 전압 조절기와 실질적으로 동일한 성능을 보이면서도 1차코일(12)의 두께를 크게 줄일 수 있게 된다.
2. 100KVA 용량이 요구되는 경우
1) 코어 형태: 중공식 원형(도우너츠형)
2) 코어 내경(d): 100㎜
3) 코어 외경(D): 220㎜
4) 코어 감는 부분 넓이(a): 60㎜
5) 코어 감는 부분두께 (t): 100㎜
6) 코어 감는 부분 단면 :(a)×(t): 60㎜×100㎜
7) 코어 감는 부분 단면 길이(L) :｛(a)+(t)｝×2= (60㎜+100㎜)×2=320㎜
8) 코어 1회전 당 코일선 길이 = L+(코일선의 직경 또는 두께)×4
9) 직경 ø3.4㎜ 1차코일의 코어 1회전당 길이 = 320㎜+(3.4×4)=333.6㎜
2-1. 1차코일이 직경 ø3.4㎜일 때 코일의 단면적 계산
πr2 = π×반지름×반지름
= 3.14×1.7×1.7
= 9.07㎟
2-2. 2차코일이 직사각형 단면 18㎜×10㎜, 즉 단면적 180㎟ 일 때 원형의 코일직경 계산
πr2 = π×반지름×반지름
= 3.14×(반지름)2=180㎟
반지름=√180÷3.14 = 7.57
∴직경 ø= 7.57×2 = 15.14㎜
결론적으로, 직경이 ø3.4㎜(코일 단면적 9.07㎟)의 1차코일(12)을 코어(11)에 110회 감으면 220V의 전압이 유도되는데, 직경이 ø15.14㎜(코일 단면적 180㎟)의 2차코일(13)을 1차코일(12) 위에 20회 감아, 예를 들어 1회전마다 2V씩 전압을 유도시킬 수 있게 된다.
즉, 2차코일(13)은 감극성 방향으로 10회 감고 가극성 방향으로 10회 감으면 되며, 2차코일(13)을 감을 때 감극성 방향 및 가극성 방향으로 각각 1바퀴 감을 때 마다 1개씩의 탭(탭의 수는 더 적게 낼 수도 있고 더 많이 낼 수도 있음)을 낸다. 이때, 감극성 방향의 탭에 스위칭될 때에는 탭마다 2V씩 전압이 내려가도록 하고, 가극성 방향의 탭에 스위칭될 때에는 탭마다 2V씩 전압이 올라가도록 하여 전압을 자동 조절하게 된다.
특히, 1차코일(12)의 단면적과 2차코일(13)의 단면적 차이가
180㎟ ÷ 9.07㎟ = 19.85배
의 차이를 보이게 됨으로써, 전압의 유도 및 출력작용은 기존의 코일 권선식 자동 전압 조절기와 실질적으로 동일한 성능을 보이면서도 1차코일(12)의 크기를 크게 줄일 수 있게 된다.
또한, 용량이 크면 클수록 2차코일(13)의 경우 사각의 단면 형태를 갖는 클램프타입의 2차코일(13)을 사용하는 것이 적절하다.
아래의 표 1은 여러 용량의 전압 출력이 요구될 때의 1차코일(12) 단면적 및 2차코일(13) 단면적을 나타낸 것이다. 여기서, 코어(11)의 크기는 용량이 커질수록 커지고, 코어(11)의 평면 형태는 동일한 중공형의 원형(도우넛츠형) 코어(11)를 사용하였다.
용량(kVA) 1차코일 단면적(㎟) 2차코일 단면적(㎟)
1 0.09 1.8
2 0.18 3.6
3 0.27 5.4
4 0.36 7.2
5 0.45 9.0
6 0.54 10.8
7 0.63 12.6
8 0.72 14.4
9 0.81 16.2
10 0.90 18
20 1.80 36
30 2.70 54
40 3.6 72
50 4.5 90
60 5.4 108
70 6.3 126
80 7.2 144
90 8.1 162
100 9.0 180
110 9.9 198
120 10.8 216
130 11.7 234
150 13.5 270
170 15.30 306
200 18.00 360
250 22.50 450
300 27 540
400 36 720
500 45 900
상기한 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명은 동일 코어(11)에 2차코일(13)의 단면적보다 단면적이 약 18~23배 작은 1차코일(12)을 감아 전압을 유도하고, 상대적으로 1차코일(12)보다 단면적이 약 18~23배 정도 큰 2차코일(13)에 여러 개의 감극성 방향 및 가극성 방향의 전압감압탭 및 전압승압탭만을 내어 소비자(사용자)가 원하는 전압을 자동으로 제어할 수 있도록 하게 된다. 즉, 1차코일(12)은 전기만을 유도하고, 사용되는 전기는 2차코일(13)의 용량으로 출력하여 사용함으로써, 작은 단면적의 1차코일(12)로 큰 단면적의 2차코일(13) 용량의 고용량 전기를 출력하여 사용할 수 있게 된다.
계속해서, 전압설정부(20)는 부하(70)에서 사용하기 위한 설정전압을 입력하기 위한 것으로, 제어회로부(40)에 전자기적으로 연결된다.
그리고, 탭스위칭부(30)는 상기 전압설정부(20)에서 설정된 설정전압에 따라 코일권선부(10)에 설치된 복수의 탭들 중 어느 하나의 탭의 스위칭을 통해 감압 또는 승압된 전압을 부하(70)측에 공급한다.
여기서, 상기한 탭스위칭부(30)는 트라이악 반도체스위치 소자를 사용하여 제어할 수 있고, 또한 마그네틱스위치를 이용하여 제어할 수도 있으며, 이 외에도 본 발명에 적합하게 구성된 여러 가지의 기구학적으로 발명된 스위치들을 아날로그 스위치방식 및 디지털스위치 방식 등으로 제어할 수 있다.
다만, 상기 코일권선부(10)와 탭스위칭부(30)에서 발산되는 열이 안전 기준온도(일례로 60℃)로 설정된 일정온도 이상 상승하는 경우에는 화재예방 및 기기안전을 위하여 코일권선부(10)에서 출력되는 전압을 전력공급원(60)으로 바이패스시킨다.
즉, 코일권선부(10) 또는 탭스위칭부(30)에서 발열되는 열을 실시간 측정하도록 코일권선부(10)와 탭스위칭부(30)에 온도감지센서부(16)(31)를 각각 설치하고, 상기 코일권선부(10) 또는 탭스위칭부(30)에서 발열되는 열이 일정온도 이상 상승하는 경우 제어회로부(40)의 제어에 의해 2차코일(13)에서 출력되는 전압을 전력공급원(60)으로 바이패스시켜 기기를 보호할 수 있도록 코일권선부(10)과 전력공급원(60) 사이 및, 탭스위칭부(30)와 전력공급원(60) 사이에 바이패스라인(L)을 각각 설치한다.
그리고, 상기 코일권선부(10)와 탭스위칭부(30)에 설치된 온도감지센서부(16)(31)를 제어할 수 있도록 상기 온도감지센서부(16)(31)를 제어회로부(40)에 전기적으로 연결한다. 즉, 코일권선부(10) 또는 탭스위칭부(30)에서 감지되는 온도가 위험온도 이상 상승하여 제어회로부(40)의 제어에 의해 바이패스되어 넘어오게 되면, 본 발명의 코일 권선식 자동 전압 조절기는 제어회로부(40)의 제어에 의해 작동이 멈추게 되고, 온도가 위험온도 이하로 하강하여 작동 적정온도가 되면 제어회로부(40)의 제어에 의해 자동으로 켜져 작동을 시작한다.
다음으로, 제어회로부(40)는 전압설정부(20) 및 탭스위칭부(30) 전자기적으로 연결되어 전압설정부(20)에서 설정된 설정전압으로 전압이 출력될 수 있도록 탭스위칭부(30)의 스위칭을 제어하는 역할을 하고, 또한 상기와 같이 온도감지센서부(16)(31)와 전자기적으로 연결되어 실시간 측정되는 온도에 따라 자동 전압 조절기의 작동을 온/오프 제어하는 역할을 한다.
그리고, 디스플레이부(50)는 상기 제어회로부(40)에서 연산하여 생성되는 값과, 전압설정부(20)에서 설정된 설정전압의 값을 LCD 모니터에 표시하는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 코일 권선식 자동 전압 조절기를 이용하여 전력공급원(60)을 통해 공급되는 전압을 감압 또는 승압하여 수용가에 공급하기 위해서는 먼저, 단면적이 서로 다른 1차코일(12)과 2차코일(13)이 감겨진 코일권선부(10)를 제조하여야 한다.
이때, 상기한 코일권선부(10)는 출력하고자 하는 전압 용량에 따라 코어(11)의 크기, 1차코일(12)과 2차코일(13)의 단면적, 코일의 권선비 등을 결정하여 제조한다.
일례로써, 5KVA 용량의 전압 조절이 필요한 경우, 단면적이 0.8㎟인 1차코일(12)을 외경 120mm, 내경 40mm의 중공된 원형(도우넛형) 코어(11)에 330바퀴를 감아 220V의 전압을 유도하고, 상기 1차코일(12) 위에 단면적이 9㎟인 2차코일(13)을 1~100바퀴를 감는다. 이때, 상기 2차코일(13)에는 감극성방향으로 1~20개의 전압감압탭을 내고, 가극성방향으로 1~20개의 전압승압탭을 내어 1차코일(12)에서 유도된 220V의 전압을 그대로 2차코일(13)에서 자동 전압 조정되도록 프로그래밍한다.
즉, 상기한 방식으로 코어(11)에 1차코일(12)을 감고 그 위에 2차코일(13)을 감으면, 2차코일(13)에서 유도되는 전압은 1차코일(12)과 거의 동일한 전압출력이 나오게 되면서 2차코일(13) 측에 그대로 유도됨으로써, 실제 2차코일(13) 측에 유도되는 전압은 2차코일(13) 굵기만큼의 용량을 갖는 전압이 인가되어 사용될 수 있는 것이다.
따라서, 가느다란 굵기와 단면적을 갖는 1차코일(12)을 통해 2차코일(13) 굵기에 해당하는 용량의 출력을 낼 수 있으므로, 동일 용량 및 출력을 발휘하면서도 코일권선부(10) 제조에 필요한 1,2차코일(12)(13)을 적게 소모하고, 코일권선부(10)의 크기 및 중량도 현저하게 줄일 수 있게 된다.
한편, 상기한 코일권선부(10)를 갖는 자동 전압 조절기를 사용함에 있어, 전력공급원(60)을 통해 상기 코일권선부(10)의 1차코일(12)에 전원이 인가되면, 상기 전력공급원(60)으로부터 클럭신호를 받아 1차코일(12)의 출력전압을 검출한다. 이처럼, 검출된 1차코일(12)의 출력전압과 전압설정부(20)에 설정된 설정전압을 서로 비교하여 1차코일(12)의 출력전압이 상기한 설정전압에 맞추어 실시간 공급될 수 있도록 제어회로부(40)에서는 탭스위칭부(30)에 소정의 제어신호를 발생시키게 된다.
이에, 상기 제어회로부(40)에서 인가되는 제어신호에 따라 탭스위칭부(30)에서는 1차코일(12)의 출력전압을 2차코일(13)에 설정된 전압감압탭 및 전압승압탭을 통해 가극성 또는 감극성으로 자동으로 조절하여 감압 또는 승압된 전압을 부하(70)에 안정적으로 공급하게 된다.
즉, 미리 세팅된 전압값(예:210V)보다 전력공급원(60)으로부터 입력되는 전압이 저전압(예:194V)으로 입력되는 경우, 가극성 방향의 2차코일(13)의 전압승압탭은 각 탭들에 스위칭시 각 탭마다 소정 전압만큼 전압이 올라가도록 설정되어 있으므로, 가극성방향에 설정된 전압승압탭 중 세팅전압값과 입력전압값과의 차이(16V)만큼 전압을 올릴 수 있는 전압승압탭에 스위칭되어 입력 전압을 자동으로 승압 조절하여 부하(70)에 공급하게 된다.
또한, 미리 세팅된 전압값(예:210V)보다 전력공급원(60)으로부터 입력되는 전압이 고전압(예:230V)으로 입력되는 경우, 감극성 방향의 2차코일(13)의 전압감압탭은 각 탭들에 스위칭시 각 탭마다 소정 전압만큼 전압이 내려가도록 설정되어 있으므로, 감극성방향에 설정된 전압감압탭 중 세팅전압값과 입력전압값과의 차이(20V)만큼 전압을 내릴 수 있는 전압감압탭에 스위칭되어 입력 전압을 자동으로 감압 조절하여 부하(70)에 공급하게 된다.
이와 같은, 본 발명의 코일 권선식 자동 전압 조절기는 단상 및 삼상에 모두 적용 가능한 것으로, 입력되는 전압이 고전압인 경우에 미리 세팅된 전압으로 사용할 수 있도록 초과 공급되는 잉여전력을 낮추게 됨으로써 전기 사용량을 크게 절약할 수 있고, 또한 입력되는 전압이 저전압인 경우에는 미리 세팅된 전압값으로 전압을 끌어 올려 보상해 줌으로써, 정상적인 부하(70) 동작이 이루어질 수 있도록 하여 부하(70)측 사용기기들의 수명을 연장할 수 있게 된다.
따라서, 전력공급원(60)으로부터 수용가 측으로 공급되는 전기를 보다 효율적이고 경제적으로 사용할 수 있고, 각종 전자 및 전기 제품에는 안정적으로 전원을 공급하여 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 것이다.
특히, 본 발명의 코일 권선식 자동 전압 조절기는 1차코일(12)의 단면적을 2차코일(13)의 단면적보다 약 2~30배 정도 더 작은 것을 사용하여 코일권선부(10)를 제조함에도 불구하고, 코일권선부(10)를 통한 전압의 유도 및 출력작용은 2차코일(13)의 굵기 용량만큼의 출력을 그대로 발휘하면서도 1차코일(12)의 크기는 단면적 차이의 배율만큼 현저하게 줄일 수 있게 된다.
따라서, 코일권선부(10) 제조에 필요한 1차코일(12)과 2차코일(13)의 사용을 크게 줄여 제품 재료비 및 생산비용과 함께 제품의 제조단가를 획기적으로 절감할 수 있고, 제품의 크기와 무게를 줄여 다루기 쉬우며, 아파트 등 가정 내의 전기시설, 공장 내의 전기기계시설, 음식점, 편의점 등 전기시설 등에 해당 용량별로 설치하여 가정용 및 산업용, 상업용 등의 모든 전기시설의 수명을 연장하고, 불필요한 전기소모를 줄여 줌으로써, 전기절감을 할 수 있어 전기를 사용하는 기계 및 장비, 시설아파트, 공장, 빌딩 등 어디든지 설치 적용 가능한 것이다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 코일권선부 11 : 코어
12 : 1차코일 13 : 2차코일
14 : 탭단자 15 : 클램프체결구
16 : 온도감지센서부 20 : 전압설정부
30 : 탭스위칭부 31 : 온도감지센서부
40 : 제어회로부 50 : 디스플레이부
60 : 전력공급원 70 : 부하
L : 바이패스라인

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 전력공급원으로부터 입력되는 교류전압을 유도할 수 있도록 코어에 1차코일을 감고, 상기 1차코일에서 유도되는 전압을 출력할 수 있도록 1차코일의 단면적보다 2~30배 더 넓은 단면적을 갖는 2차코일을 상기 1차코일 위에 감되, 출력되는 전압을 감압 또는 승압하도록 상기 2차코일에 복수의 전압감압탭과 복수의 전압승압탭을 연결 구비한 코일권선부와, 부하측에서 사용하기 원하는 설정전압을 입력하는 전압설정부와, 상기 전압설정부에서 설정된 설정전압에 따라 코일권선부에 설정된 복수의 탭들 중 어느 하나의 탭을 스위칭하여 감압 또는 승압된 전압을 부하측에 공급하는 탭스위칭부와, 상기 탭스위칭부에서의 스위칭을 제어하는 제어회로부와,상기 제어회로부(40)에서 생성된 값을 연산하여 모니터에 표시하는 디스플레이부를 포함하는 코일 권선식 자동 전압 조절기에 있어서 ,
    상기 코일권선부(10)와 탭스위칭부(30)에는 발열되는 열을 실시간 측정하도록 온도감지센서부(16)(31)를 각각 설치하고, 상기 코일권선부(10) 또는 탭스위칭부(30) 중 어느 하나에서 발열되는 열이 일정온도 이상 상승하는 경우 2차코일(13)에서 출력되는 전압을 전력공급원(60)으로 바이패스시켜 기기를 보호할 수 있도록 코일권선부(10)와 전력공급원(60) 사이 및, 탭스위칭부(30)와 전력공급원(60) 사이에 바이패스라인(L)을 각각 설치한 것과;
    상기 코어(11)는 중앙을 중공되게 형성하되 평면 형상을 원형, 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성하여 단면을 원형, 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성하거나, 평면 형상을 막대(바) 형태로 형성하여 단면을 원형, 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성한 것과;
    상기 2차코일(13)은 단면이 원형, 다각형, 복수의 가는 코일이 꼬여진 형상 중 어느 하나의 형상으로 이루어져 코어에 감겨지는 코일타입이거나, 단면이 원형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 이루어져 코어에 감겨진 클램프타입인 것을 특징으로 하는 코일 권선식 자동 전압 조절기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 3항에 있어서, 상기 클램프타입은 2차코일(13)의 양 단부를 서로 마주하게 형성하되, 상기 2차코일(13)의 양 단부는 체결수단에 의해 체결하고, 상기 2차코일(13) 양 단부 사이에는 탭단자(14)와 클램프체결구(15)를 결합하여 이웃하는 다른 2차코일(13)과 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 코일 권선식 자동 전압 조절기.
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