KR101427067B1 - 로드뱅크 및 입력 전압 변동에 따른 로드뱅크 출력 제어방법 - Google Patents

로드뱅크 및 입력 전압 변동에 따른 로드뱅크 출력 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예에 따른 로드뱅크는 상용 전원과 연결되는 전원부; 상기 전원부에 인가되는 전원을 감지하는 전원 감지센서; 적어도 하나 이상의 저항모듈을 포함하는 저항부; 상기 전원부와 저항부의 전압 및 저항 값으로 부하전력을 출력하는 출력부; 상기 출력부에서 출력되는 소모 전력량을 감지하는 출력 감지센서; 및 상기 전원 감지센서에서 감지된 실제 인가된 측정전압을 이용하여 보상전압을 설정하고, 상기 출력 감지센서에서 측정된 소모 전력량을 이용하여 로드뱅크 출력량을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

로드뱅크 및 입력 전압 변동에 따른 로드뱅크 출력 제어방법{Load Bank and Voltage control method according to the input voltage fluctuation thereof}
본 실시예는 로드뱅크 및 로드뱅크 출력 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 부하저항기(Load bank: 이하 로드뱅크)는 발전기나 무정전 전원장치(UPS)와 같은 전기 동력원을 시험하기 위한 전기 부하들을 제공하도록 고안된 장치이다. 로드뱅크는 저항부하 방식(L), 저항-리액터 부하방식(RL) 및 저항-리액터-콘덴서 부하방식(RLC)으로 나눌 수 있으며, 일반적으로 순수한 정격출력을 저항기로만 시험할 경우와 역률부하를 시험할 경우를 각각 대비하여 저항기와 리액터가 조합되어 제작된다.
선박 역시 프로펠러 등과 같은 동력원을 조립하기 전에, 선박 동력원으로 사용하는 발전기 등의 전기 동력원을 시험하기 위하여 육상 시험장치로서 로드뱅크를 사용하는데, 사용자는 이 로드뱅크의 제어부하를 실시간으로 변경하여 사용하고, 이러한 제어부하는 사용자가 수동 또는 자동으로 변경할 수 있다.
그런데, 기존의 로드뱅크는 제어부하를 설정하여 동력원에 연결할 때, 일정한 부하를 제공하지 못하는 문제가 있다. 예컨대, 한전 등에서 인가 받은 전원의 전압이 440V라고 할 때, 이 전압을 기준전압으로 할 수 있다. 이 기준전압은 로드뱅크에 인가되어 부하출력을 발생시킬 수 있는데, 440V 전압이라 하더라도 교류전원이기 때문에, 일정 사이클로 440V을 넘어선 전압이 인가되기도 하고, 440V에 못 미치는 전압이 인가될 때도 있다. 따라서, 로드뱅크의 출력을 제어패널 등에서 100kW로 설정했다 하더라도, 실제 출력은 100kW를 유지하지 못하고, 100kW를 넘기도 하고, 100kW에 못 미치기도 한다.
따라서, 실무적으로는 100kW로 로드뱅크의 출력을 설정했다 하더라도, 로드뱅크가 실제로 출력하는 출력량을 별도의 계측기를 통해 계측한 후, 100kW보다 못 미칠 경우에는 제어 다이얼 등을 돌려 출력량을 110~120kW로 설정하여 사용하여 수동으로 로드뱅크의 출력량을 조절하는 번거로움이 있다. 이 경우, 로드뱅크가 인가 받는 전압이 기준전압보다 커지거나 또다시 변경된다면, 로드뱅크 사용자는 다시 출력량을 재조정해야 하며, 실험 결과 또한 부정확해질 수 있다는 문제가 있다.
한국 등록특허 제10-1202782호(2012년11월13일)
본 실시예는 전압제어를 통해 보다 정확한 부하시험을 수행할 수 있도록 구조가 개선된 로드뱅크를 제공한다.
본 실시예에 따른 로드뱅크는 상용 전원과 연결되는 전원부; 상기 전원부에 인가되는 전원을 감지하는 전원 감지센서; 적어도 하나 이상의 저항모듈을 포함하는 저항부; 상기 전원부와 저항부의 전압 및 저항 값으로 부하전력을 출력하는 출력부; 상기 출력부에서 출력되는 소모 전력량을 감지하는 출력 감지센서; 및 상기 전원 감지센서에서 감지된 실제 인가된 측정전압을 이용하여 보상전압을 설정하고, 상기 출력 감지센서에서 측정된 소모 전력량을 이용하여 로드뱅크 출력량을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 다음의 수식을 이용하여 보상전압과 로드뱅크 출력량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
이고,
여기서, n은 사용자 설정값, 기준전압은 콘센트로 공급되는 전압, 계측전압은 상기 전원 감지센서를 이용하여 실제로 콘센트에서 측정된 전압, 그리고, 소모 전력량은 상기 출력 감지센서에서 측정된 로드 뱅크의 실제 출력량
상기 사용자 설정값은 기준전압에 따라 가변되는 상수 값으로, 기준전압이 220V일 경우 0 내지 10이고, 기준전압이 440V일 경우 0 내지 5일 수 있다.
상기 기준전압은 100 내지 700V 이내의 상용 전압 중 어느 하나일 수도 있다.
상기 제어부와 연결되어 로드뱅크의 출력량을 사용자가 입력하는 제어패널을 더 포함할 수 있다.
콘센트에 인가되는 기준전압을 기준으로 하여, 실제로 공급되는 계측전압의 변동을 실시간으로 파악하여 보상전압을 계산하고, 이 계산된 보상전압으로 로드뱅크의 출력값을 설정할 수 있기 때문에, 제어패널에서 설정된 로드뱅크의 출력값과 실제로 전기 동력원에 부가되는 부하값의 차이를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 로드뱅크의 제어 블록도,
도 2는 본 실시예에 따른 저항부를 개략적으로 도시한 회로도, 그리고,
도 3은 본 실시예에 따른 로드뱅크 제어 흐름도 이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 로드뱅크의 제어 블록도, 도 2는 본 실시예에 따른 저항부를 개략적으로 도시한 회로도, 그리고, 도 3은 본 실시예에 따른 로드뱅크 제어 흐름도 이다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것 이다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 로드뱅크(100)는 전원부(110), 저항부(120), 출력부(130), 제어부(140)를 포함할 수 있다.
전원부(110)는 전원(1)으로부터 상용 전원을 인가 받아, 로드뱅크(100)가 작동할 수 있는 동력을 공급 받을 수 있다. 전원(1)는 한전 등에서 제공하는 상용 전기로서, 본 실시예에 따르면, 220V, 380V, 440V 중 어느 하나일 수 있다. 이해를 돕기 위해, 이하에서는 440V를 사용하는 경우를 일 예로 설명한다. 그러나 인가되는 전압이 440V인 경우로 본 발명의 권리범위가 국한되는 것은 아니며, 장비 설치 장소에서 사용하는 상용 전압에 따라 그 수치는 가변 될 수 있음은 물론이다.
상기 전원부(110)에는 상기 전원(1)으로부터 인가 되는 전원의 실제 값을 측정하기 위한 전압 감지센서(111)가 설치될 수 있다. 전압 감지센서(111)는 전원부(110)에 인가되는 전압을 실시간으로 감지하여 제어부(140)에 통보할 수 있다. 예컨대, 상기 전원(1)이 440V가 인가되는 콘센트일 경우, 이론적으로는 440V의 전압이 일정하게 인가되어야 하지만, 교류전원의 특성상 440V의 전압이 선형적으로 인가되는 것은 아니며, 특정 주파수 성분(통상 60Hz)을 가지는 전압이 파형을 가진 상태로 인가된다. 따라서, 전원부(110)에 인가되는 전압은 440V를 기준으로 특정 주파수 대역으로 증감하는 상태로 인가될 수 있다. 따라서 상기 전압 감지센서(111)는 실시간으로 인가되는 전압의 변화를 측정하여, 제어부(140) 측으로 전송할 수 있다.
저항부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 저항으로 구성된 히터로 구성되며, 출력범위는 0.1kW에서 304.5kW까지 설정될 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 출력범위는 증가될 수도 있다.
상기 히터들을 구성하는 복수 개의 저항모듈들은 도 2에 도시된 바와 같이 0.1 kW, 0.2 kW, 0.4 kW, 1 kW, 2 kW, 4 kW, 8 kW, 16 kW, 32 kW, 60 kW 등 다양한 출력을 가지도록 형성될 수 있다. 히터의 동작 여부는 각각의 저항모듈들마다 설치된 마그네트 스위치를 이용하여 온/오프 제어할 수 있다. 마그네트 스위치를 이용하면, 제어부(140)를 이용한 원격 온/오프 제어를 수행할 수도 있고, 사용자가 직접 스위치 토글 작업을 수행하여 온/오프 제어하는 것도 가능하다.
한편, 상기 히터들에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해, 각각의 히터들에는 냉각유닛(121)이 연결될 수 있다. 냉각유닛(121)은 각각의 저항모듈을 냉각시키기 위한 팬 모듈이 설치되어, 외부의 상대적으로 차가운 공기를 이용하여 상기 히터들을 적절한 온도로 냉각시킬 수 있다. 냉각유닛(121)은 상기한 팬 모듈을 이용하는 공랭식 이외에도 수랭식, 또는 냉각 핀을 이용한 공랭식으로도 구성 가능하다.
출력부(130)는 상기 전원부(110)를 통해 입력된 전압과 상기 저항부(120)의 저항을 이용하여 전력을 생산한다. 이때 생성되는 전력은 전원부(110)의 전압과 저항부(120)의 저항을 이용하여 구할 수 있다. 이때, 출력부(130)에서 출력되는 로드뱅크(100)의 출력값은 제어부(140)의 전압제어를 통해 결정될 수 있으며, 출력 감지센서(131)를 통해 피드백 된다.
제어부(140)는 제어패널(141)에서 입력된 로드뱅크(100)의 출력량(kW)이 상기 출력부(130)에서 실제로 출력되는 출력값과 동일하게 되도록 전원(1)에서 인가되는 전압을 적절히 제어하여 상기 출력부(130) 측에 전달한다.
이를 위해 제어부(140)는 출력값을 계산함에 있어, 기존과 같이 전원에서 제공하는 기준전압을 그대로 수식에 반영하는 것이 아니라, 보상전압을 계산하여 상기 출력부(130) 측에 전달한다.
보상전압은 기준전압에 대하여 실제로 상기 전원부(110)에 인가되는 전압을 측정하여 계산되는 것으로, 다음의 수학식을 만족할 수 있다.
Figure 112014034165097-pat00001
여기서, n은 사용자 설정값, 기준전압은 콘센트를 통해 공급되는 전압, 계측전압은 상기 전원 감지센서(111)를 이용하여 실제로 콘센트에서 측정된 전압이다.
만일, 기준전압이 440V/60Hz 라고 할 때, 계측전압은 실시간으로 상기 전원 감지센서(111)를 이용하여 계측하여 구할 수 있다. 이때, 사용자 설정값 n은 0 내지 5의 값 중 어느 하나를 임의로 설정할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 440V의 기준전압에서는 사용자 설정값(n)은 상수로서 5로 할 수 있다. 다른 실시예로서, 220V/60Hz 또는 380V/60Hz에서는 사용자 설정값(n)은 상수로서 0 내지 10으로 할 수도 있다.
상기한 수학식 1과 같이 440V의 기준전압에서 실제 계측된 전압이 430V라면, 보상전압은 442V로 계산될 수 있다.
따라서 로드뱅크의 실제 출력량(kW)은 다음의 수학식과 같이 구할 수 있다.
Figure 112014034165097-pat00002
여기서, 소모 전력량은 상기 제어패널(141)에서 입력된 로드뱅크가 실제 출력량 이다. 즉, 로드뱅크의 출력량이 제어패널(141)에서 100kW로 입력될 경우, 이 로드뱅크의 실제 출력량은 상기한 수학식 2를 통해 얻어질 수 있다. 앞서 수학식 1에서 계산한 바와 같이 보상전압은 442V이고, 계측전압은 430V이므로, 로드뱅크 출력값은 대략 102.79kW가 출력될 수 있다. 즉, 100kW의 부하를 인가하기 위해서는 실제로 로드뱅크(100)는 102.79kW를 출력해야 실험을 수행하는 전기 동력원(10)에 정상적으로 100kW의 부하를 인가할 수 있다. 이때, 전기 동력원(10)은 선박 등에 사용되는 선박 동력원일 수 있으나, 이를 한정하는 것은 아니며 자동차나 발전소 등에 사용되는 전기 동력원일 수도 있다.
도 3은 상기한 바와 같이 구성된 로드뱅크의 전압 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도 이다.
도시된 바와 같이, 로드뱅크(100)를 전기 동력원(10)(도 1 참조)에 연결하고, 사용자는 로드뱅크의 출력량을 설정한다. 설정된 출력량은 제어패널(141)을 통해 입력되고, 이러한 입력은 수동 또는 별도의 PC 등을 이용하여 자동으로 설정하는 것도 가능하다(S10).
한편, 제어부(140)에서는 로드뱅크(100)가 연결되는 전원(1)의 기준전압이 220V인지, 380V인지 440V인지 설정한다. 이때, 제어부(140)에서는 기타 전압조건에 따라 설정 변경이 가능하다. 설정된 기준전압에 따라 보정전압을 계산할 수 있기 때문이다(S20).
그리고, 상기 전압 감지센서(111)는 실제로 로드뱅크(100)에 인가되는 전압이 몇 볼트(V)인지 측정하여, 이 값을 제어부(140)로 출력할 수 있다(S30).
그러면, 제어부(140)는 S20단계에서 설정된 기준전압과, S30단계에서 측정된 측정전압을 이용하여 보정전압을 계산할 수 있다. 이때, 보정전압을 계산하는 수식은 앞서 언급한 수학식 1을 이용할 수 있다(S40).
보정전압이 계산되면, 상기 제어부(140)는 수학식 2를 이용하여 보정전압 등을 이용하여 로드뱅크 출력값을 설정할 수 있다. 즉, 상기한 수학식 1로 계산된 상기 전압 감지센서(111)에서 실시간으로 계측되는 계측전압으로 나눈 값을 상기 제어패널(141)에서 입력된 소모 전력량과 곱해 결정할 수 있다(S50).
상기한 S50 단계에서 로드뱅크 출력값이 결정되면, 상기 출력부(130)는 전기 동력원(10)에 상기 제어패널(141)이 입력한 설정 부하량만큼 부가할 수 있다(S60).
한편, 상기 출력 감지센서(131)는 상기 로드뱅크(100)에서 실제로 출력되는 부하량을 감지하여, 이를 제어부(140)에 피드백 하여, 정상적으로 부하가 전기 동력원(10) 측으로 전달되는지의 여부를 확인할 수 있다(S70).
한편, 상기한 로드뱅크 및 로드뱅크 전압 제어방법은 선박 등에 사용되는 전기 동력원(10)을 부하 실험하는 것을 일 예로 설명하고 있으나, 이에 국한 된 것은 아니며, 발전기나 무정전 전원장치(UPS) 등 전기 동력원의 부하 실험에는 모두 적용 가능하다.
이상과 같은 본 실시예에 따르면, 실시간으로 측정되는 측정전압에 따라 로드뱅크의 출력값을 실시간으로 조절하여, 제어패널에서 입력된 부하량이 정확하게 선박 동력원 등과 같은 전기 동력원에 부하를 줄 수 있도록 제어할 수 있다.
특히, 종래 상용 전원을 사용하는 로드뱅크의 경우 상용 전원이 기준전압을 중심으로 일정 주파수 대역으로 증가 또는 감소하는 변동이 존재하기 때문에, 일정한 부하 출력값을 유지하기 어려웠다. 그러나, 본 실시예와 같이 제어부(140)가 전압제어를 수행하면, 사용자가 설정한 로드뱅크 출력값으로 시험 대상이 되는 전기 동력원에 일정하게 부하를 부가하는 것이 가능하다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
1; 전원 10; 전기 동력원
100; 로드뱅크 110; 전원부
111; 전압 감지센서 120; 저항부
121; 냉각유닛 130; 출력부
131; 출력 감지센서 140; 제어부
141; 제어패널

Claims (6)

  1. 상용 전원과 연결되는 전원부;
    상기 전원부에 인가되는 전원을 감지하는 전원 감지센서;
    적어도 하나 이상의 저항모듈을 포함하는 저항부;
    상기 전원부와 저항부의 전압 및 저항 값으로 부하전력을 출력하는 출력부;
    상기 출력부에서 출력되는 소모 전력량을 감지하는 출력 감지센서; 및
    상기 전원 감지센서에서 감지된 실제 인가된 측정전압을 이용하여 보상전압을 설정하고, 상기 출력 감지센서에서 측정된 소모 전력량을 이용하여 로드뱅크 출력량을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는 다음의 수식을 이용하여 보상전압과 로드뱅크 출력량을 계산하는 로드뱅크.
    Figure 112014048921610-pat00003

    이고,
    Figure 112014048921610-pat00004

    여기서, n은 사용자 설정값, 기준전압은 콘센트로 공급되는 전압, 계측전압은 상기 전원 감지센서를 이용하여 실제로 콘센트에서 측정된 전압, 그리고, 소모 전력량은 제어패널에서 입력된 로드뱅크의 출력량이고,
    상기 사용자 설정값(n)은 기준전압에 따라 가변되는 상수 값으로, 기준전압이 220V일 경우 0 내지 10이고, 기준전압이 440V일 경우 0 내지 5이다.
  2. 삭제
  3. 상용 전원과 연결되는 전원부;
    상기 전원부에 인가되는 전원을 감지하는 전원 감지센서;
    적어도 하나 이상의 저항모듈을 포함하는 저항부;
    상기 전원부와 저항부의 전압 및 저항 값으로 부하전력을 출력하는 출력부;
    상기 출력부에서 출력되는 소모 전력량을 감지하는 출력 감지센서; 및
    상기 전원 감지센서에서 감지된 실제 인가된 측정전압을 이용하여 보상전압을 설정하고, 상기 출력 감지센서에서 측정된 소모 전력량을 이용하여 로드뱅크 출력량을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는 다음의 수식을 이용하여 보상전압과 로드뱅크 출력량을 계산하는 로드뱅크.
    Figure 112014048921610-pat00010

    이고,
    Figure 112014048921610-pat00011
    여기서, n은 사용자 설정값, 기준전압은 콘센트로 공급되는 전압, 계측전압은 상기 전원 감지센서를 이용하여 실제로 콘센트에서 측정된 전압, 그리고, 소모 전력량은 제어패널에서 입력된 로드뱅크의 출력량이고, 상기 기준전압은 100 내지 700V 중 어느 하나이다.
  4. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부와 연결되어 로드뱅크의 출력량을 사용자가 입력하는 제어패널;을 더 포함하는 로드뱅크.
  5. 제어패널을 이용하여 로드뱅크 출력량을 설정하는 단계;
    기준전압을 설정하는 단계;
    전압 감지센서를 이용하여 실제 전압을 감지하여 측정전압을 감지하는 단계;
    보상전압을 계산하는 단계;
    계산된 보상전압을 이용하여 로드뱅크 부하출력을 수행하고, 실제 출력된 부하를 감지하는 단계;
    로드뱅크 출력값을 계산하는 단계; 및
    전기 동력원에 설정된 로드뱅크 출력량으로 부하출력하는 단계;를 포함하며,
    상기 보상전압 계산단계와 로드뱅크 출력값 계산단계는 각각 다음의 수학식을 만족하는 입력 전압 변동에 따른 로드뱅크 출력 제어방법.
    Figure 112014048921610-pat00005
    이고,
    Figure 112014048921610-pat00006

    여기서, n은 사용자 설정값, 기준전압은 콘센트로 공급되는 전압, 계측전압은 상기 전압 감지센서를 이용하여 실제로 콘센트에서 측정된 전압, 그리고, 소모 전력량은 제어패널에서 입력된 로드뱅크의 출력량이고,
    상기 기준전압은 220, 380, 440V 중 어느 하나이고,
    상기 사용자 설정값(n)은 기준전압에 따라 가변되는 상수 값으로, 기준전압이 220V일 경우 0 내지 10이고, 기준전압이 440V일 경우 0 내지 5이다.
  6. 삭제
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