KR101135861B1 - 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치 및 보상방법 - Google Patents

과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치 및 보상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무효전력 보상장치 및 보상방법에 관한 것으로서, 특히 쿨링팬과 온도센서를 이용하여 사이리스터 스위칭 모듈과 리엑터의 과열로 인한 부품 고장을 방지하는 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치 및 보상방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 가변저항 타입의 온도센서, PCB 쿨링팬 및 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬이 설치되는 사이리스터 스위칭 모듈; 및 상기 가변저항 타입의 온도센서에서 측정된 온도가 T1℃ 이상인 경우 PCB 쿨링팬과 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬을 작동시키는 무효전력 제어부를 포함하여 구성되는 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 사이리스터 스위칭 모듈의 온도를 측정하는 단계; 상기 단계에서 측정된 온도가 T1℃ 이상인 경우 PCB와 사이리스터 스위칭 모듈의 온도를 각각 냉각시키는 단계; 및 상기 단계에서 측정된 온도가 T2℃ 이상인 경우 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지시키는 단계를 포함하여 구성되는 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상방법을 제공한다.

Description

과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치 및 보상방법{Power Factor Compensator having capability of Temperature Sensing and Operating Shutdown Function and the Method thereof}
본 발명은 무효전력 보상장치 및 보상방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 쿨링팬을 온도에 따라 선택적으로 작동시키고 다양한 온도센서를 설치해서 사이리스터 스위칭 모듈과 리엑터의 과열로 인한 부품 고장을 방지하는 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치 및 보상방법에 관한 것이다.
일반적으로 사이리스터 스위칭 모듈(Thyristor Switching Module)은 콘덴서를 개폐하는 소자로서 가장 진보된 전력부품이고, 전압의 위상이 제로가 되는 시점에서 개폐(Zero Crossing)를 하게 되면, 전압 개폐로 인한 돌입전류가 발생되지 않아 시스템적으로 안정된 보상장치를 구현할 수 있다.
도 5는 사이리스터 스위칭 모듈(n1)을 사용한 종래 기술에 따른 무효전력 보상장치를 나타내는 구성도로서, 동작원리는 부하 측에서 유동성 부하가 가동되어 무효전력이 증가하면, 무효전력 제어부(01)에서 실시간으로 그 크기를 검출하면서 사이리스터 스위칭 모듈(n1)을 제어하여 콘덴서를 전력선에 연결이 되도록 개폐시켜 용량성 무효전력을 발생시키고, 결과적으로 부하 측에서 발생된 무효전력이 감쇄되도록 하는 것이다.
이러한 종래 기술의 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 구조에서는 쿨링팬이 방열판에 1개만 설치되어 있고, 무효전력 보상장치에 전원이 인가되면 쿨링팬이 회전을 시작하고 전원이 인가되어 있는 동안에는 온도에 관계없이 계속 회전을 하므로, 냉각팬의 기대수명이 단축될 수 있으며, 사이리스터 스위칭 모듈에 설치된 쿨링팬은 방열판만을 냉각하도록 설치되어 있기 때문에 사이리스터 스위칭 모듈에 대하여 개폐를 제어하고 과열에 민감한 반도체 부품의 조합으로 만들어진 PCB 회로는 직접 냉각을 할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 사이리스터 스위칭 모듈(11)과 콘덴서의 중간에는 부하 측에서 발생되는 고조파 전류를 억제하고 콘덴서에 충전과 방전 전류를 완화하기 위하여 리엑터를 설치하는데, 이 리엑터를 통하여 콘덴서에 충전과 방전이 반복이 되므로 충전 회수가 빈번하거나 부하에서 발생되는 고조파 전류가 클 경우에는 리엑터에 과열이 발생하게 된다.
보통 현장에 설치하여 동작중인 리엑터의 외부표면에 대한 온도를 측정하면 80~90℃가 되는 경우가 있고, 이럴 경우 리엑터의 실제로 발열이 발생하는 리엑터의 내부 권선에서의 온도는 외부표면보다 더 높을 것이므로 이로 인하여 권선의 절연이 저하되어 리엑터의 성능도 저하될 수 있는 문제점이 있다.
즉, 도 6에 도시된 종래 기술에 따른 무효전력 보상장치와 같이, 방열판에 1개의 냉각팬만 설치하여 사이리스터 스위칭 모듈에 대한 발열을 냉각하기 때문에 PCB를 직접 냉각할 수 없으므로, 과열 발생으로 인하여 PCB에서 고장발생이 가능성이 있고, 리엑터에 온도센서를 내장하지 않아서 과열 발생시에도 이를 측정할 수 없기 때문에 리엑터에서 과열이 발생시 이를 감지, 차단할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일정온도 이상시에만 쿨링팬을 작동시켜 절전 및 쿨링팬의 사용수명을 연장시키고 사이리스터 스위칭 모듈과 리엑터에 설치된 온도센서에 의해 고온 내지 한계 온도시 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지시켜 과열로 인한 부품고장을 방지하는 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치 및 보상방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치는 3상 전원계통에서 부하 측으로부터 발생되는 무효전력을 실시간 보상하는 무효전력 보상장치에 있어서, 가변저항 타입의 온도센서, PCB 쿨링팬 및 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬이 설치되는 사이리스터 스위칭 모듈; 및 상기 가변저항 타입의 온도센서에서 측정된 온도가 T1℃ 이상인 경우 PCB 쿨링팬과 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬을 작동시키는 무효전력 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무효전력 제어부는 상기 가변저항 타입의 온도센서에서 측정된 온도가 T2℃ 이상인 경우 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 온/오프 타입의 온도센서가 설치되고 정상 작동시 클로즈된 접점이 상기 사이리스터 스위칭 모듈에 구비된 트립 접점과 연결되는 리엑터가 더 구성되며, 상기 온/오프 타입의 온도센서에서 측정된 온도가 T3℃ 이상인 경우 상기 접점을 오픈시켜 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상방법은 3상 전원계통에서 부하 측으로부터 발생되는 무효전력을 실시간 보상하는 무효전력 보상방법에 있어서, 사이리스터 스위칭 모듈의 온도를 측정하는 단계; 상기 단계에서 측정된 온도가 T1℃ 이상인 경우 PCB와 사이리스터 스위칭 모듈의 온도를 각각 냉각시키는 단계; 및 상기 단계에서 측정된 온도가 T2℃ 이상인 경우 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 사이리스터 스위칭 모듈의 온도를 측정하는 단계에서 측정된 온도가 T1℃ 미만인 경우, 리엑터의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 단계에서 측정된 온도가 T3℃ 이상인 경우 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치 및 보상방법는 첫째, PCB와 사이리스터 스위칭 모듈에 각각 설치된 쿨링팬을 일정 온도 이상시에만 작동시켜 절전 및 쿨링팬의 사용수명을 연장시키고, 둘째 사이리스터 스위칭 모듈과 리엑터에에서 측정된 온도가 고온 내지 한계 온도인 경우 사이리스터 스위칭 모듈의 작동을 정지시켜 과열로 인한 부품 고장을 방지하는 유용한 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명에 따른 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치를 나타내는 구성도;
도 2는 본 발명에 따른 무효전력 보상장치의 사이리스터 스위칭 모듈을 나타내는 외형도;
도 3은 본 발명에 따른 무효전력 보상장치의 리엑터를 나타내는 실물 사진;
도 4는 본 발명에 따른 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치의 동작 순서도(무효전력 보상방법);
도 5는 종래 기술에 따른 무효전력 보상장치를 나타내는 구성도;
도 6은 종래 기술에 따른 무효전력 보상장치의 실물 사진이다.
이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무효전력 보상장치의 사이리스터 스위칭 모듈을 나타내는 외형도이며, 도 3은 본 발명에 따른 무효전력 보상장치의 리엑터를 나타내는 실물 사진이다.
본 발명의 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 3상 전원계통에서 부하 측으로부터 발생되는 무효전력을 실시간 보상하는 것으로서, 사이리스터 스위칭 모듈(n1) 및 무효전력 제어부(01)를 포함하여 구성된다.
사이리스터 스위칭 모듈(Thyristor Switching Module)(n1)은 콘덴서(16)를 개폐하는 소자로서, 가변저항 타입의 온도센서(13), PCB 쿨링팬(13-1), 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬(13-2), 전력휴즈(Power fuse)(12) 및 트립 접점(15-1)을 포함하여 구성된다.
상기 가변저항 타입의 온도센서(13)는 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 방열판에 설치되어 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 온도를 측정하고, PCB 쿨링팬(13-1)과 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬(13-2)은 PCB 회로와 사이리스터 스위칭 모듈(n1)을 각각 냉각시킨다.
무효전력 제어부(Power Factor Controller)(01)는 상기 PCB 쿨링팬(13-1)과 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬(13-2)을 작동 내지 정지시키는 것으로, 전압 변환기(Voltage Transformer)(02), 전류 변환기(Current Transformer)(03)와 연결된다.
여기서, 무효전력 제어부(01)는 상기 가변저항 타입의 온도센서(13)에서 측정된 온도가 T1℃(예를 들어 30~40℃) 이상인 경우 PCB 쿨링팬(13-1)과 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬(13-2)을 작동시켜 PCB 회로와 사이리스터 스위칭 모듈(n1)을 각각 냉각시킨다.
즉, 무효전력 제어부(01)는 상기 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 온도가 낮은 경우 PCB 쿨링팬(13-1)과 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬(13-2)이 동작하지 않도록 하고 일정 온도(T1℃) 이상 과열될 때에만 가동되도록 하여 절전 및 쿨링팬들(13-1,13-2)의 사용수명을 연장시킨다.
그리고, 무효전력 제어부(01)는 상기 가변저항 타입의 온도센서(13)에서 측정된 온도가 T2℃(예를 들어 80~90℃) 이상인 경우 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 동작을 정지시켜 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 과열 지속으로 인한 부품 손상을 방지한다.
또한, 본 발명은 상기 사이리스터 스위칭 모듈(n1)과 콘덴서(16)의 사이에 부하 측에서 발생되는 고조파를 억제하고 콘덴서(16)에서의 충전과 방전 전류를 완화하기 위해 리엑터(Reactor)(14)를 더 포함하여 구성된다.
상기 리엑터(14)는 자체 온도를 측정하기 위해 온/오프 타입의 온도센서(15)가 설치되고, 온/오프 온도센서(15)는 정상 작동시 클로즈된(normal close) 접점이 상기 사이리스터 스위칭 모듈(n1)에 구비된 트립 접점(15-1)과 연결된다.
여기서, 리엑터(14)에 구비된 온/오프 타입의 온도센서(15)에서 측정된 온도가 T3℃(예를 들어 130℃) 이상인 경우 전류가 흐르지 않도록 평소 클로즈된(normal close) 상기 접점을 오픈(open)하여 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 동작을 정지시켜서 리엑터(14)를 과열로부터 보호한다.
즉, 사이리스터 스위칭 모듈(n1)에 트립 접점(15-1)을 만들고 리엑터(14)에 설치한 온/오프 타입의 온도센서(15)를 연결시켜 평소 클로즈(normal close)가 되도록 두면 정상 온도에서는 사이리스터 스위칭 모듈(n1)이 무효전력 제어부(10)의 제어에 따라 동작(정상적으로 개폐)한다.
다만, 리엑터(14)에 설치한 온/오프 타입의 온도센서(15)에서 T3℃ 이상으로 측정시 접점이 오픈(open)되면서 사이리스터 스위칭 모듈(n1)은 무효전력 제어부(01)의 제어에 따라 동작하지 않고 차단이 되므로 리엑터(14)에서의 과열로 인한 고장이 발생하지 않게 된다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치의 동작 순서도(무효전력 보상방법)로서, 3상 전원계통에서 부하 측으로부터 발생되는 무효전력을 실시간 보상하는 본 발명의 무효전력 보상방법을 구체적으로 살펴보면, 먼저 무효전력 제어부(01)와 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 동작이 시작된다.
다음으로, 사이리스터 스위칭 모듈의 온도를 측정하는 단계(S50), 상기 단계(S100)에서 측정된 온도가 T1℃(예를 들어 30~40℃) 이상인 경우 PCB와 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 온도를 각각 냉각시키는 단계(S100); 및 상기 단계(S100)에서 측정된 온도가 T2℃(예를 들어 80~90℃) 이상인 경우 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 동작을 정지시켜 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 과열로 인한 부품 손상을 방지하는 단계(S200)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 발명은 상기 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 온도를 측정하는 단계(S50)에서 측정된 온도가 T1℃ 미만인 경우, 리엑터(14)의 온도를 측정하는 단계(250); 및 상기 단계(S250)에서 측정된 온도가 T3℃(예를 들어 130℃) 이상인 경우 상기 온/오프 타입의 온도센서(15)의 평소 클로즈된(normal close) 접점을 오픈(open)시킴으로써 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 동작을 정지시켜 리엑터(14)를 과열로부터 보호하는 단계(S300)를 더 포함하여 구성된다.
본 발명에서 PCB 쿨링팬(13-1)과 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬(13-2)을 작동시키는 T1 온도 및 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 동작을 정지시키는 T2 및 T3 온도는 각종 부품 사양 내지 무효전력 보상장치가 설치되는 환경 등에 따라 당업자가 다양하게 채택, 설정할 수 있음은 물론이다.
또한, 리엑터(14) 내부 온/오프 타입의 온도센서(15)의 평소 클로즈(normal close)된 접점 오픈(open) 및 이와 연결된 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 트립 접점(15-14) 오픈(open)에 의해 사이리스터 스위칭 모듈(n1)의 동작이 차단되도록 구성하는 것은 당업자에게 자명한 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.
01: 무효전력 제어부 02: 전압 변환기
03: 전류 변환기 11,n1: 사이리스터 스위칭 모듈
13: 가변 저항 타입의 온도센서 13-1: PCB 쿨링팬
13-2: 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬 14: 리엑터
15: 온/오프 타입의 온도센서 15-1 트립 접점
16: 콘덴서

Claims (5)

  1. 3상 전원계통에서 부하 측으로부터 발생되는 무효전력을 실시간 보상하는 무효전력 보상장치에 있어서,
    가변저항 타입의 온도센서, PCB 쿨링팬 및 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬이 설치되는 사이리스터 스위칭 모듈; 및
    상기 가변저항 타입의 온도센서에서 측정된 온도가 T1℃ 이상인 경우 PCB 쿨링팬과 사이리스터 스위칭 모듈 쿨링팬을 작동시키는 무효전력 제어부를 포함하여 구성되며,
    온/오프 타입의 온도센서가 설치되고 정상 작동시 클로즈된 접점이 상기 사이리스터 스위칭 모듈에 구비된 트립 접점과 연결되는 리엑터가 더 구성되며, 상기 온/오프 타입의 온도센서에서 측정된 온도가 T3℃ 이상인 경우 상기 접점을 오픈시켜 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무효전력 제어부는 상기 가변저항 타입의 온도센서에서 측정된 온도가 T2℃ 이상인 경우 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상장치.
  3. 삭제
  4. 3상 전원계통에서 부하 측으로부터 발생되는 무효전력을 실시간 보상하는 무효전력 보상방법에 있어서,
    사이리스터 스위칭 모듈의 온도를 측정하는 단계;
    상기 단계에서 측정된 온도가 T1℃ 이상인 경우 PCB와 사이리스터 스위칭 모듈의 온도를 각각 냉각시키는 단계; 및
    상기 단계에서 측정된 온도가 T2℃ 이상인 경우 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지시키는 단계를 포함하여 구성되며,
    상기 사이리스터 스위칭 모듈의 온도를 측정하는 단계에서 측정된 온도가 T1℃ 미만인 경우,
    리엑터의 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 단계에서 측정된 온도가 T3℃ 이상인 경우 사이리스터 스위칭 모듈의 동작을 정지하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 과열감시 차단기능이 있는 무효전력 보상방법.
  5. 삭제
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