KR101472716B1

KR101472716B1 - 스위치부를 포함한 자동역률조정장치

Info

Publication number: KR101472716B1
Application number: KR20140092271A
Authority: KR
Inventors: 임우종; 이혜옥
Original assignee: 임우종; 이혜옥
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2014-12-16

Abstract

본 발명은 스위치부를 포함한 자동역률조정장치에 관한 것으로, 다수개의 진상콘덴서부와, 이 진상콘덴서부마다 각각 연결되는 다수개의 스위치부와, 이 스위치부들을 제어하는 제어부를 포함하여 교류전기를 공급받는 자동역률조정장치에서, 스위치부를 특징으로 하는데, 이 스위치부는 무접점스위치부분과, 유접점스위치부분으로 병렬연결되고, 무접점스위치부분은 무접점스위치와, 이 무접점스위치를 향해 정류하는 정류회로와, 제어부의 신호를 무접점스위치로 전달하는 스위치제어선을 포함하며, 유접점스위치부분은 유접점스위치와, 제어부 신호를 유접점스위치로 전달하는 스위치제어선을 포함하여, 진상콘덴서부를 켤 경우, 무접점스위치가 켜진 후, 유접점스위치가 켜지며, 진상콘덴서부를 끌 경우, 유접점스위치가 꺼진 후, 무접점스위치가 꺼짐으로써, 진상콘덴서부를 켤 때의 무접점스위치 발열이 없고, 진상콘덴서부를 끌 때의 유접점스위치 스파크가 없도록 하며, 직류가 흐르는 다수개의 무접점스위치와 제어부가 바로 연결되도록 한다.
이러한 스위치부가 포함된 자동역률조정장치에서 진상콘덴서부 대신 다양한 로드부가 적용될 수 있으며, 로드부와, 스위치부와, 제어부를 포함한 교류전기장치는 자동역률조정장치와 동일한 특징이 있다.

Description

스위치부를 포함한 자동역률조정장치{automatic control device for controlling power factor comprising the switch unit}

본 발명은 스위치부를 포함한 자동역률조정장치에 관한 것으로, 다수개의 진상콘덴서부와, 이 진상콘덴서부마다 각각 연결되는 다수개의 스위치부를 포함하여 교류전기를 공급받는 자동역률조정장치에서, 스위치부를 특징으로 하는데, 이 스위치부는 무접점스위치부분과, 유접점스위치부분으로 병렬연결되고, 무접점스위치부분은 무접점스위치와, 이 무접점스위치를 향해 정류하는 정류회로를 포함하며, 유접점스위치부분은 유접점스위치를 포함하여, 진상콘덴서부를 켤 경우, 무접점스위치가 켜진 후, 유접점스위치가 켜지며, 진상콘덴서부를 끌 경우, 유접점스위치가 꺼진 후, 무접점스위치가 꺼짐으로써, 진상콘덴서부를 켤 때의 무접점스위치 발열이 없고, 진상콘덴서부를 끌 때의 유접점스위치 스파크가 없도록 하는 특징이 있으며, 이러한 스위치부가 포함된 자동역률조정장치에서 진상콘덴서부 대신 다양한 로드부가 적용될 수 있으며, 로드부와, 스위치부를 포함한 교류전기장치는 자동역률조정장치와 동일한 특징이 있다.

일반적으로 자동역률조정장치는 역률이 낮은 로드(LOAD, 부하)의 역률을 개선하는 다수개의 진상콘덴서를 변경되는 로드에 맞게 일정 개수의 진상콘덴서를 켜거나 꺼서 역률을 높이는 장치이다.

여기서 역률이 낮은 로드는 이 로드로 들어가는 전류가 전원전압보다 위상이 늦어서 역률이 낮으며, 이 낮은 역률을 높이기 위해선 로드로 들어가는 전류를 전원 전압의 위상과 동일 또는 근접하게 해주어야 함으로, 전원 전압의 위상보다 앞서는 진상콘덴서를 이용하고 있다.

그리고 종래 자동역률조정장치는 다수개의 진상콘덴서부와, 이 진상콘덴서부마다 연결된 다수개의 스위치부와, 이 다수개의 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는데, 이 다수개의 스위치부와 제어부의 음극연결을 위해 스위치부와 제어부 사이마다 포토커플러와 단독전원 등의 드라이브가 구성된다.

또한, 종래 자동역률조정장치는 스위치부에서 사이리스터(thyristor)와 같은 무접점스위치를 사용 시, 무접점스위치로 흐르는 전류와, 진상콘덴서부의 충전 시간에 따른 저항으로 인한 발열을 해결하기 위해 방열판과 같은 방열수단이 구성되며, 스위치부에서 마그넷스위치와 같은 유접점스위치를 사용 시, 유접점스위치를 켜거나 끌 때, 유접점스위치의 접점부위에 발생하는 스파크를 해결하기 위해 고암페어용 유접점스위치가 구성된다.

이러한 종래 자동역률조정장치를 개선하여 효율적으로 역률을 높이거나 자동역률조정장치의 비용을 낮추는 기술들이 개발되어 사용되고 있는데, 그 예로, 국내등록특허 제0578491호에서는 전원선로의 기중 차단 접점의 양측 선로에 변성기와, 변류기의 1차측 및 온도검출부를 연결하고, 이들의 2차측에 연결된 인터페이스회로와, 인터페이스회로의 출력과 연결된 A/D 컨버터와, 배전반 내부의 메인스위치 상태등의 데이터 입력부와, 각종 계측 데이터를 표시하기 위한 표시수단과, 표시수단를 구동시키기 위한 디스플레이처리부와, 설정 데이터와 연산 데이터 그리고 프로그램의 저장을 위한 각종 메모리와, 중앙연산처리장치로 구성된 마이크로프로세서와, 전력량 및 정전신호를 출력시키기 위한 펄스신호 처리부를 구비하여서 된 것에 있어서, 주차단기 제어신호출력과 보조차단기 제어신호출력 그리고 다수의 콘덴서로 구성된 보상부의 부하제어신호출력(on)부 및 부하제어 신호출력(off)부의 작동을 위한 출력인터페이스와, 역률 설정 작업을 위한 키패드 및 조작 상태 확인을 위한 표시판으로 구성된 설정부를 구비함을 특징으로 하는 '배전반의 자동 역률 계측 및 제어 시스템'이 게시되어 있다.

그러나 '배전반의 자동 역률 계측 및 제어 시스템'을 포함한 종래의 자동역률조정장치는 변화되는 로드에 따른 지상 값에 따라 다수개의 진상콘덴서부 중 일부를 켜거나 끔으로 역률을 높이는데, 진상콘덴서부마다 연결되어 교류전류가 흐르는 다수개의 스위치는 제어부와 연결되되, 음극연결을 위해 스위치와 제어부 사이에 포토커플러와 단독전원 등의 드라이브가 구성되어야 함으로써, 종래의 자동역률조정장치는 부피가 커지고, 제조비용도 상승 되는 문제점이 있었다.

그리고 이러한 종래의 자동역률조정장치는 스위치부에서 사이리스터와 같은 무접점스위치 및 마그넷스위치와 같은 유접점스위치를 사용하는데, 이 무접점스위치를 사용한 종래 자동역률조정장치는 무접점스위치로 흐르는 전류와, 진상콘덴서부의 충전 시간에 따른 저항으로 인한 발열을 해결하기 위해 방열판과 같은 방열수단이 구성됨으로써, 종래 자동역률조정장치의 부피는 커지며, 방열수단에 따른 비용도 증가되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 유접점스위치를 사용하는 종래 자동역률조정장치는 유접점스위치를 켜거나 끌 때, 유접점스위치의 접점부위에 발생하는 스파크를 해결하기 위해 고암페어용 유접점스위치가 구성됨으로써, 종래 자동역률조정장치의 부피는 더욱 커지며, 비용도 더욱 증대되는 문제점이 있었다.

이에, 별도의 드라이브 없이 다수의 스위치와 제어부가 바로 연결되고, 무접점스위치의 발열과 유접점스위치의 스파크를 해결하여, 소형이면서 제조비용이 낮은 자동역률조정장치의 개발 필요성이 대두 되었다.

따라서 본 발명은, 전술된 문제점을 해결하고자, 다수개의 진상콘덴서부와, 다수개의 스위치부와, 이 다수개의 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하여 교류전기를 공급받는 자동역률조정장치를 구성하되, 다수개의 진상콘덴서부마다 각각 연결된 스위치부는, 무접점스위치와, 이 무접점스위치를 향해 직류가 흐르도록 하는 정류하는 정류회로와, 제어부로부터 온 신호를 무접점스위치로 전달하는 스위치제어선을 포함함으로써, 직류가 흐르는 다수개의 무접점스위치와 제어부가 바로 연결되도록 한다.

그리고, 스위치부는 무접점스위치부분과, 유접점스위치부분으로 나누어져 병렬로 연결되는데, 무접점스위치부분은 무접점스위치와, 정류회로를 포함하며, 유접점스위치부분은 유접점스위치를 포함하여, 진상콘덴서부를 켤 경우, 무접점스위치가 켜진 다음, 유접점스위치가 켜지며, 진상콘덴서부를 끌 경우, 유접점스위치가 꺼진 다음, 무접점스위치가 꺼짐으로써, 진상콘덴서부를 켤 경우, 무접점스위치에 의한 발열이 없으며, 진상콘덴서부를 끌 경우, 유접점스위치에서 스파크가 없거나 작도록 한다.

또한, 무접점스위치부분의 무접점스위치에 과전압보호회로가 병렬로 연결됨으로써, 과전압이 흐르는 것을 방지하도록 하며, 무접점스위치부분의 무접점스위치에 콘덴서충전저항이 직렬로 연결됨으로써, 진상콘덴서부의 충전 속도를 늦추도록 한다.

아울러, 상기 자동역률조정장치에서 진상콘덴서부 대신 다양한 로드부를 적용될 수 있으며 로드부와, 스위치부와, 제어부를 포함한 교류전기장치는 자동역률조정장치와 동일하게 직류가 흐르는 무접점스위치와 제어부가 바로 연결되고, 무접점스위치의 발열과 유접점스위치의 스파크가 없으며, 과전압을 방지하도록 한다.

이와 같이 교류전기장치 및 자동역률조정장치에서 다수개의 로드부 또는 진상콘덴서부마다 연결된 다수개의 스위치부는 제어부에 의해 제어되는데, 스위치부에 속한 무접점스위치로 정류회로에 의해 정류된 직류가 흐름으로써, 다수개의 무접점스위치는 제어부와 바로 연결되며, 이는 교류가 흐르는 다수개의 스위치와 제어부를 연결 시 음극연결을 위해 필요한 포토커플러와 단독전원 등의 드라이브가 필요하지 않음을 뜻하며, 이로 인해 스위치로 교류가 흐르는 종래의 교류전기장치 및 자동역률조정장치보다 제조비용 및 부피와 무게가 적어지는 효과가 있다.

그리고 이 스위치부는 무접점스위치부분과 유접점스위치부분으로 나누어져, 로드부 또는 진상콘덴서부를 켤 경우, 무접점스위치가 켜진 다음, 유접점스위치가 켜짐으로써, 전류는 무접점스위치보다 저항이 적은 유접점스위치로 흘러, 무접점스위치로 전류가 흐를 때 발생하는 발열이 없어, 종래의 교류전기장치나 자동역률조정장치와 달리 방열판이 필요 없으며, 로드부 또는 진상콘덴서부를 끌 경우, 유접점스위치가 꺼진 다음, 무접점스위치가 꺼짐으로써, 유접점스위치의 접점부위에서 주로 발생하는 스파크가 없어, 종래의 교류전기장치나 자동역률조정장치와 달리 고암페어용 유접점스위치를 사용하지 않아도 되어, 종래의 장치보다 제조비용 및 부피와 무게가 적어지는 효과가 있다.

또한, 과전압보호회로가 연결됨으로써, 과전압이 흐르지 않도록 하여 정류회로나 무접점스위치가 손상되는 것을 방지하며, 콘덴서충전저항이 연결됨으로써, 진상콘덴서부의 충전 속도를 늦추어, 진상콘덴서부의 급속충전에 따른 발열을 줄이는 효과가 있다.

아울러, 진상콘덴서부 대신 다양한 로드부를 적용할 수 있는데, 이 스위치부가 포함된 다양한 교류전기장치는 직류가 흐르는 무접점스위치와 제어부가 바로 연결되고, 무접점스위치의 발열과 유접점스위치의 스파크가 없으며, 과전압을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 예시에 따른 스위치부의 무접점스위치제어부분 회로도.
도 2는 본 발명의 예시에 따른 스위치부의 회로도.
도 3은 본 발명의 예시에 따라 과전압보호회로가 추가된 스위치부의 회로도.
도 4는 본 발명의 예시에 따라 콘덴서충전저항이 추가된 스위치부의 회로도.
도 5는 본 발명의 예시에 따른 자동역률조정장치의 회로도.

본 발명의 스위치부는 교류전기가 공급되는 자동역률조정장치뿐만 아니라 진상콘덴서부 대신 다양한 로드부가 적용된 통상의 교류전기장치에도 적용되는 것으로, 교류전기장치의 스위치부를 먼저 설명한 다음, 이 스위치부가 적용된 자동역률조정장치를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에서 도시한 바와 같이, 교류전기가 공급되는 로드부(200)에 연결된 스위치부(100)는 무접점스위치부분(110)과 유접점스위치부분(120)으로 나누어져 병렬로 연결되며, 이 무접점스위치부분(110)으로 이루어진 스위치부(100)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 정류회로(111)와 무접점스위치(112)와 스위치제어선(113)으로 이루어지는데, 정류회로(111)는 로드부(200)와 무접점스위치(112) 사이에 연결되어 로드부(200)를 지나온 교류전기를 정류하여 무접점스위치(112)에 정류된 직류전기가 흐르도록 한다.

여기서 무접점스위치(112)는 사이리스터나 트랜지스터 등이며, 이 무접점스위치(112)와 바로 연결된 스위치제어선(113)에 의해 제어부(300)의 신호를 받아 키고 꺼지는데, 이 무접점스위치(112)로 직류가 흐름으로써, 하나의 제어부(300)로 다수개의 무접점스위치(112)를 제어할 경우, 교류전기가 흐르는 다수개의 스위치와 제어부의 음극연결을 위한 포토커플러와 단독전원 등의 드라이브를 구성하지 않아도 된다.

이때, 정류회로(111)에 의해 직류가 흐르고, 별도의 드라이브 없이 제어부(300)와 바로 연결되는 스위치는 무접점스위치(112)가 아닌 마그넷스위치나 릴레이와 같은 유접점스위치(121)가 구성될 수 있다.

또, 정류회로(111)는 브리지회로로 도 1의 (가)처럼 전원이 교류 3선식의 경우, 6개의 다이오드로 정류하며, 도 1의 (나)처럼 교류 2선식의 경우, 4개의 다이오드로 정류하는 등 전원의 교류 선식에 따라 변경된다.

그리고 유접점스위치부분(120)은 도 2에서 도시한 바와 같이, 로드부(200)와 무접점스위치부분(110)의 정류회로(111) 사이에 무접점스위치부분(110)과 병렬로 연결되는데, 이 유접점스위치부분(120)은 유접점스위치(121)와 드라이브(122)와 스위치연결선(123)으로 이루어지며, 유접점스위치(121)는 마그넷스위치나 릴레이 등으로 로드부(200)와 연결되고, 드라이브(122)는 포토커플러와 단독전원 등으로 유접점스위치(121)와 스위치연결선(123) 사이에 연결되어 교류가 흐르는 다수개의 유접점스위치(121)와 제어부(300)를 음극연결시켜주며, 스위치연결선(123)은 제어부(300)의 신호를 유접점스위치(121)로 전달한다.

이와 같이 스위치부(100)는 무접점스위치부분(110)과 유접점스위치부분(120)으로 나누어져 병렬로 연결되고, 제어부(300)에 의해 키고 꺼지는데, 로드부(200)를 켤 경우, 무접점스위치(112)가 먼저 켜지고, 이 무접점스위치(112)의 양단의 전압이 5V 이하일 때, 유접점스위치(121)가 켜짐으로써, 로드부(200)를 지나온 전류는 무접점스위치(112)보다 저항이 적은 유접점스위치(121)로 흐르게 되며, 이로 인해 유접점스위치(121)가 켜진 이후, 무접점스위치(112)로 전류가 흐를 때 발생하는 발열이 없어진다.

그리고 로드부(200)를 끌 경우, 무접점스위치(112)의 양단의 전압이 5V 이하일 때, 유접점스위치(121)가 먼저 꺼진 다음, 무접점스위치(112)가 꺼짐으로써, 유접점스위치(121)가 단독으로 스위치를 하거나 고 전압이 흐를 경우, 유접점스위치(121)를 켜거나 끌 때 접점부위에서 발생하는 스파크가 없거나 적어진다.

다시, 무접접스위치부분(110)을 설명하면, 도 3에서 도시한 바와 같이, 과전압보호회로(114)가 추가되어 무접점스위치(112)와 병렬로 연결되는데, 이 과전압보호회로(114)는 유입되는 과전압에 의해 정류회로(111)나 무접점스위치(112) 등이 손상되는 것을 방지하는 것으로, 과전압을 흡수하는 콘덴서와, 콘덴서로 과전압을 유도하는 다이오드와, 콘덴서와 병렬로 연결되어 콘덴서를 방전하는 저항이 포함된다.

여기서 과전압은 켜진 로드부(200)에 충전되는 용량성부하가 스위치부(100)가 꺼지는 순간 전원전압과 함께 스위치부(100)로 유입됨으로써, 전원전압과 용량성부하가 합해진 과전압이며, 이러한 과전압을 방치하면 정류회로(111)나 무접점스위치(112) 등이 손상될 수 있다.

아울러, 도 4에서 도시한 바와 같이, 무접점스위치부분(110)에 콘덴서충전저항(115)가 추가되어 무접점스위치(112)와 직렬로 연결되며, 이 콘덴서충전저항(115)은 진상콘덴서부(201)와 같이 콘덴서가 포함된 로드부(200)의 콘덴서 충전 속도를 늦추어 콘덴서 로드부(200)의 급속 충전에 따른 발열을 낮추며, 이는 스위치부(100)가 켜질 경우, 무접점스위치(112)가 켜지고, 유접점스위치(121)가 켜지기 전, 무접점스위치(112)로만 전류가 흐를 때, 무접점스위치(112)에서 발생하는 열을 낮춘다.

이러한 스위치부(100)가 포함된 자동역률조정장치는 로드부(200) 대신 진상콘덴서부(201)가 구성되는데, 이 자동역률조정장치는 도 5에서 도시한 바와 같이, 다수개의 진상콘덴서가 포함된 진상콘덴서부(201)마다 개별의 스위치부(100)가 연결되고, 이 다수개의 스위치부(100)는 하나의 제어부(300)와 연결되는데, 진상콘덴서부(201)와 연결된 스위치부(100)는 진상콘덴서부(201)의 진상콘덴서마다 스위치부(100)의 유접점스위치(121)가 개별로 연결된다.

그리고 제어부(300)에서 필요 콘덴서 용량에 따라 스위치부(100)에 신호를 보내 진상콘덴서부(201)를 키고 끄는데, 구체적으로, 진상콘덴서부(201)를 켤 경우, 제어부(300)는 해당 진상콘덴서부(201)와 연결된 무접점스위치(112)로 먼저 신호를 보내 무접점스위치(112)를 키고, 이 무접점스위치(112)의 양단의 전압을 감지하여, 무접점스위치(112) 양단의 전압이 5V 이하가 되면, 해당 진상콘덴서부(201)와 연결된 유접점스위치(121)로 신호를 보내 유접점스위치(121)를 킨다.

또, 진상콘덴서부(201)를 끌 경우, 해당 진상콘덴서부(201)와 연결된 무접점스위치(112) 양단의 전압을 감지하여, 이 양단의 전압이 5V 이하일 때, 해당 진상콘덴서부(201)와 연결된 유접점스위치(121)로 먼저 신호를 보내 유접점스위치(121)를 끈 다음, 무접점스위치(112)로 신호를 보내 무접점스위치(112)를 끈다.

이처럼 본 발명에 따른 스위치부(100)를 포함한 자동역률조정장치는 직류가 흐르는 다수개의 무접점스위치(112)와 제어부(300)가 바로 연결됨으로써, 종래 자동역률조정장치와 달리 별도의 드라이브가 구성되지 않아 자동역률조정장치의 부피와 비용이 줄어들며, 진상콘덴서부(201)를 켜거나 끌 때, 무접점스위치(112)와 유접점스위치(121)가 순차로 키고 꺼짐으로써, 무접점스위치(112)의 발열이 적어 종래 자동역률조정장치와 달리 방열판이 필요 없을 뿐만 아니라 유접점스위치(121)의 스파크가 없거나 적어 종래 자동역률조정장치와 달리 고암페어용 유접점스위치가 아닌 저암페어용 유접점스위치(121)를 사용할 수 있어, 자동역률조정장치의 부피와 비용을 더욱 줄여, 소형화되고 비용이 저렴한 자동력률조정장치를 구성할 수 있다.

또한, 스위치부(100)는 과전압보호회로(114)가 연결됨으로써, 과전압으로 인한 손상을 방지하며, 콘덴서충전저항(115)이 연결됨으로써, 진상콘덴서부(201)의 급속충전에 따른 발열을 줄이는 특징이 있다.

100: 스위치부 110: 무접점스위치부분 111, 111a: 정류회로
112: 무접점스위치 113, 123: 스위치제어선 114: 과전압보호회로
115: 콘덴서충전저항 120: 유접점스위치부분 121: 유접점스위치
122: 드라이브 200: 로드부 201: 진상콘덴서부
300: 제어부

Claims

다수개의 진상콘덴서부와, 다수개의 스위치부와, 다수개의 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하되,
각 스위치부는, 스위치와, 이 스위치를 향해 직류가 흐르도록 정류하는 정류회로를 포함하며,
다수개의 진상콘덴서부마다 스위치부가 연결되고, 필요 콘덴서 용량에 따라 제어부가 스위치부를 제어하는 것을 특징으로 하는 스위치부를 포함한 자동역률조정장치.
제 1항에 있어서,
각 스위치부는 제어부로부터 온 신호를 스위치로 전달하는 스위치제어선을 포함함으로써,
직류가 흐르는 다수개의 스위치와 제어부가 바로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치부를 포함한 자동역률조정장치.
제 1항에 있어서,
스위치부는 무접점스위치부분과, 유접점스위치부분으로 나누어져 병렬로 연결되며,
무접점스위치부분은 무접점스위치와, 이 무접점스위치를 향해 직류가 흐르도록 하는 정류회로를 포함하며,
유접점스위치부분은 유접점스위치를 포함하여,
진상콘덴서부를 켤 경우, 무접점스위치가 켜진 다음, 유접점스위치가 켜지며,
진상콘덴서부를 끌 경우, 유접점스위치가 꺼진 다음, 무접점스위치가 꺼짐으로써,
진상콘덴서부를 켤 경우, 무접점스위치에 의한 발열이 없으며, 진상콘덴서부를 끌 경우, 유접점스위치에서 스파크가 없거나 작은 것을 특징으로 하는 스위치부를 포함한 자동역률조정장치.
제 3항에 있어서,
무접점스위치부분의 무접점스위치에 과전압보호회로가 병렬로 연결되는데,
이 과전압보호회로는 과전압을 흡수하는 콘덴서와, 콘덴서로 과전압을 유도하는 다이오드와, 콘덴서와 병렬로 연결되어 콘덴서를 방전하는 저항을 포함하여,
과전압으로 인한 파손을 방지하는 것을 특징으로 하는 스위치부를 포함한 자동역률조정장치.
제 3항에 있어서,
무접점스위치부분의 무접점스위치에 콘덴서충전저항이 직렬로 연결됨으로써,
콘덴서를 포함한 로드부의 콘덴서 충전 속도를 늦추는 것을 특징으로 하는 스위치부를 포함한 자동역률조정장치.
삭제