KR101481061B1 - 전자접촉기용 순간정전 보상장치 - Google Patents

전자접촉기용 순간정전 보상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 순간정전 또는 순간 전압강하시 전해콘덴서에 저장된 에너지를 통해 전자접촉기의 동작을 유지시키는 전자접촉기용 순간정전 보상장치에 관한 것으로, 본 발명의 전자접촉기용 순간정전 보상장치는 네 개의 FET가 두 개씩 스위칭 동작을 함으로써 사인파를 출력시키고 순간정전 또는 순간전압 강하시 전자접촉기가 동작되도록 전해콘덴서를 구비한 FET부와, 60Hz 구형파 및 120Hz 구형파, PWM 파형의 발생과 출력을 통해 FET부를 구동시키는 FET 구동부; 및 순간정전 또는 순간전압 강하시 FET 구동부가 동작되도록 전해콘덴서를 구비한 보상장치 전원공급부를 포함한다.

Description

전자접촉기용 순간정전 보상장치{Device for compensating voltage-dip for electromagnetic contactor}
본 발명은 순간정전 보상장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 순간정전 또는 순간 전압강하시 전해콘덴서에 저장된 에너지를 통해 전자접촉기의 동작을 유지시키는 전자접촉기용 순간정전 보상장치에 관한 것이다.
기존의 순간정전 재기동 릴레이는 전자접촉기 조작코일의 전원이 순간정전 또는 순간 전압강하 되었을 때 순간정전 재기동릴레이 접점이 동작하여 전자접촉기를 다시 작동시켜 주었다.
이러한 방식은 전자접촉기가 순간적으로 개폐 동작을 하면서 전자접촉기 접점에서 아크를 발생시켜 화재위험을 야기할 수 있다.
또한, 여러 전자접촉기가 개폐동작을 함으로써 노이즈가 발생되며 이러한 노이즈가 전자설비에 영향을 주어 2차적인 문제를 발생시킬 수 있다.
UPS를 이용한 정전압 제어 전원장치가 매우 안정적이고 좋지만 전자설비가 한 장소에 있지 않고 여러 곳에 분산설치되어 있어 UPS를 설비마다 설치하거나 배터리 교환 및 유지관리시 많은 비용이 들기 때문에 많은 설비에 설치하는 것은 힘들다는 문제점이 있었다.
한국등록실용신안공보 제0267050호(출원일 : 2001.12.17)
본 발명의 목적은 순간정전 또는 순간 전압강하시 전자접촉기가 정상적으로 작동되도록 사인파 출력을 발생시키는 전자접촉기용 순간정전 보상장치를 제공하는 것이다.
또한, 순간정전 또는 순간 전압강하시 전해콘덴서에 저장된 에너지를 통해 1초동안 전자접촉기의 코일을 동작시키는 전자접촉기용 순간정전 보상장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 네 개의 FET(Field Effect Transistor)가 두 개씩 스위칭 동작을 함으로써 사인파를 출력시키고 순간정전 또는 순간전압 강하시 전자접촉기가 동작되도록 전해콘덴서를 구비한 FET부와, 60Hz 구형파 및 120Hz 구형파, PWM 파형의 발생과 출력을 통해 FET부를 구동시키는 FET 구동부; 및 순간정전 또는 순간전압 강하시 FET 구동부가 동작되도록 전해콘덴서를 구비한 보상장치 전원공급부를 포함하는 전자접촉기용 순간정전 보상장치를 제공할 수 있다.
여기서, FET부는 스위칭 동작을 통해 DC전압을 AC전압으로 변환시키고 PWM 교류 파형을 생성하는 PWM 교류 파형 생성부와, AC전압의 PWM 교류 파형을 TRANS 입력단자에 공급해 사인파를 출력시키는 트랜스부와, 순간 정전 또는 순간전압 강하시 전자접촉기의 동작을 유지시키기 위한 에너지를 저장하는 전해콘덴서를 구비한 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
FET부의 스위칭 동작은 네 개의 FET의 동작에 따라 전류가 서로 반대 방향으로 흐르는 동작을 60Hz 주기로 반복하는 것을 특징으로 한다.
또한, FET 구동부는, 네 개의 FET 중 상위 FET를 동작시키기 위한 구동전원을 발생시키는 상위 FET 구동전원 발생부; 네 개의 FET의 동작을 파형을 통해 제어하기 위한 60Hz 및 120Hz 구형파 발생부; 및 120Hz 구형파를 통한 콘덴서의 충·방전으로 5KHz 삼각파형과 120Hz 삼각파형을 발생시키고 5KHz 삼각파형과 120Hz 삼각파형의 비교를 통해 120Hz PWM 파형을 발생시키는 PWM 파형 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 60Hz 구형파 발생부는 전자접촉기에 공급되는 교류전압과 동일한 60Hz 교류전압의 발생시키기 위한 것을 특징으로 한다.
또한, 보상장치 전원공급부는 순간 정전 또는 순간전압 강하시 보상장치에 정상적인 전압 공급이 이루어지지 않을 경우 전해콘덴서에 저장되어 있는 에너지를 이용해 보상장치의 전원 차단을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자접촉기용 순간정전 보상장치에 따르면, 순간정전 또는 순간 전압강하시 사인파 출력을 발생시켜 전자접촉기의 부하가 정지되는 것을 방지할 수 있고, 전자접촉기의 코일을 동작시키는 에너지 저장장치로 소형 전해콘덴서를 사용하여 장치의 단가를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자접촉기용 순간정전 보상장치를 나타내는 개략도;
도 2는 전자접촉기용 순간정전 보상장치의 회로도;
도 3은 상위 FET 구동전원 발생부의 회로도;
도 4는 60Hz 및 120Hz 구형파 발생부의 회로도;
도 5는 PWM 파형 발생부의 회로도;
도 6은 FET 구동부의 회로도;
도 7은 FET부의 회로도;
도 8은 순간정전보상장치와 전자접촉기의 결선도;
도 9는 60Hz 및 120Hz의 펄스 파형 그래프;
도 10은 120Hz 삼각파의 파형 그래프;
도 11은 120Hz PWM의 파형 그래프;
도 12는 FET부의 출력 파형 그래프; 및
도 13은 트랜스부의 출력 파형 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자접촉기용 순간정전 보상장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전자접촉기용 순간정전 보상장치(100)는 FET 구동부(110), FET부(120), 보상장치 전원공급부(130)를 포함한다.
FET 구동부(110)는 FET부를 동작시키기 위한 것으로, 상위 FET 구동전원 발생부와 60Hz 구형파 및 120Hz 구형파를 발생시키는 60Hz 및 120Hz 구형파 발생부와 PWM 파형을 발생시키기 위한 PWM 파형 발생부를 포함한다.
상위 FET 구동전원 발생부는 상위 FET를 동작시키기 위한 구동전원을 발생시킨다.
도 3에 도시한 바와 같이, G1A의 입력전압이 LOW이면, 반전게이트(NOT gate) G1A의 출력은 HIGH가 되고 이 HIGH출력은 반전게이트 G1B-G1C를 거쳐 콘덴서(condenser) C3에 HIGH를 공급한다. 또한, G1C의 HIGH출력은 C2를 거쳐 트랜지스터(transistor) Q9의 베이스(base)에도 전달되어 Q9가 도통된다. Q9이 도통되면 Vcc1-TR1-Q9-GND를 통해 전류가 흘러 트랜스포머(transformer;변압기) TR1의 2차측에 전압이 발생한다. TR1의 출력은 다이오드(diode) D1를 거쳐 C5에 충전된다. 따라서, C5에 충전된 전압은 상위 FET를 동작시키기 위한 구동전원이 된다.
다시 G1A의 HIGH출력은 저항 R2를 거쳐 C7에 충전된다. 일정시간이 지난 후, C7의 충전전압이 HIGH가 되면 C7의 HIGH전압이 G1A의 입력에 전달되어 G1A입력이 HIGH가 되고, 반전게이트를 거친 G1A의 출력은 LOW가 된다. G1A의 LOW출력이 G1B-G1C를 거쳐 C3에 LOW출력이 인가되고 또한, G1C의 LOW출력은 C2를 거쳐 트랜지스터 Q9의 베이스에도 공급되어 Q9가 차단된다. Q9가 차단되면 Vcc1-TR1-Q9-GND를 통해 흐르던 전류가 차단되어 트랜스포머 TR1의 1차측에 전류가 흐르지 않는다.
또다시 G1A의 LOW출력은 C7에 충전되어 있던 HIGH전압을 R2-G1A출력을 통해 방전시킨다. C7가 충분히 방전되어 LOW가 되면 C7의 LOW전압이 R1를 통해 G1A입력에 공급되어 G1A입력이 다시 LOW가 되면 G1B-G1C-C2를 통해 트랜스포머 TR1에 다시 전류가 흐른다.
이처럼, R2-C7에 의한 충전 또는 방전에 의해 트랜지스터 Q9가 ON-OFF를 반복함에 따라 트랜스포머 TR1의 1차 측에 전류가 흘러 2차 측에 전압을 발생시키고, 이러한 전압은 FET부(120)의 FET Q1을 구동시킬 수 있도록 C5에 충전된다.
마찬가지로, R2-C7에 의한 충전 또는 방전에 의해 트랜지스터 Q10이 ON-OFF를 반복함에 따라 트랜스포머 TR2의 측에도 전류가 흘러 2차 측에 전압을 발생시키고, 이러한 전압은 FET부(120)의 FET Q2를 구동시킬 수 있도록 C6에 충전된다.
60Hz 및 120Hz 구형파 발생부는 도 4 내지 도 9에 도시한 바와 같이, MCU(Micro Controller Unit)에서 60Hz 구형파가 출력되면 반전게이트 G2A를 통해 HIGH신호와 LOW신호가 반전된 60Hz 구형파가 출력되고, 이 반전된 출력신호가 반전게이트 G2B의 입력에도 공급되어 G2B의 출력은 MCU의 출력파형과 동일하게 60Hz 구형파가 출력된다. 여기서 60Hz 구형파는 전자접촉기에 공급되는 교류전압과 동일한 60Hz 교류전압의 발생시키고 FET를 동작시켜 주기 위한 파형이다.
또한, 도 4 내지 도 9에 도시한 바와 같이, MCU에서 120Hz 구형파가 출력되면 반전게이트 G2C를 거쳐 HIGH신호와 LOW신호가 반전된 120Hz 구형파가 출력된다. 여기서 120Hz 구형파는 PWM 파형을 발생시키기 위한 것이다.
PWM 파형 발생부는 120Hz 삼각파형 발생부와 5KHz 삼각파형 발생부와 120Hz 삼각파형과 5KHz 삼각파형을 비교하여 PWM 파형을 발생시키는 비교부를 포함한다.
120Hz 삼각파형 발생부는 도 5 내지 도 10에 도시한 바와 같이, G2C의 120Hz 구형파가 R7를 거쳐 C4에 충전과 방전을 반복하면서 120Hz 삼각파형을 발생시킨다.
또한, R9와 C9의 충·방전에 의해 발생한 5KHz 펄스파형은 R11를 거쳐 C8에 충전과 방전을 반복하면서 5KHz 삼각파형을 발생시킨다.
PWM 파형을 발생시키는 비교부는 이러한 120Hz 삼각파형과 5KHz 삼각파형을 OP-AMP(operational amplifier) G4A의 입력단자에 공급해, + 입력단자에 공급하는 120Hz 삼각파형을 기준으로 - 입력단자에 공급하는 5KHz 삼각파형 크기를 비교하여 + 입력단자의 120Hz 삼각파형의 전압이- 입력단자의 5KHz 삼각파형의 전압보다 높으면 G4A의 출력이 HIGH가 되고 + 입력단자의 120Hz 삼각파형의 전압이 - 입력단자의 5KHz 삼각파형의 전압보다 낮으면 G4A의 출력이 LOW가 되어 G4A의 출력은 도 11에 도시한 바와 같이, 120Hz PWM 파형을 발생시킨다.
60Hz 및 120Hz 구형파 발생부에서 발생된 반전된 60Hz 구형파에 의해 FET 동작을 선택하여 동작시킨다.
60Hz 및 120Hz 구형파 발생부에서 반전게이트 G2A를 거쳐 반전된 60Hz 구형파의 출력이 HIGH가 되면 포토커플러(Photo Coupler) Q21_LED에 불이 켜져 포토커플러 Q21_TR이 ON되고 G2에 HIGH신호가 출력된다. 또한 G2A의 HIGH신호가 R4를 거쳐 AND게이트 G5A의 입력에 공급되고 G5A의 다른 입력단자는 PWM파형을 공급받고 있어 G5A의 출력은 PWM파형이 출력되고 이 PWM 파형은 R15를 거쳐 G3에 PWM 파형을 출력시킨다.
또한, G2A의 HIGH신호가 반전게이트 G2B를 거쳐 LOW신호가 되면 포토커플러 Q11_LED를 OFF시키고 AND게이트 G5B의 한쪽 입력에 LOW신호를 공급해서 G5B의 출력도 LOW가 된다. 포토 커플러 Q11-LED가 OFF되면 포토커플러 Q11_TR도 OFF되어 G1에도 LOW신호가 출력된다.
이러한 G2의 HIGH신호와 G3의 PWM신호는 FET Q2와 FET Q3에 각각 공급되고, G1의 LOW신호와 G4의 LOW신호는 FET Q1과 FET Q4에 각각 공급된다.
다시, 반전된 60Hz 구형파의 출력이 LOW가 되면 포토커플러 Q21_LED에 불이 꺼지고 포토커플러 Q21_TR이 OFF되어 G2에 LOW신호가 출력된다. 또한 G2A의 LOW신호는 R4를 거쳐 AND 게이트 G5A의 입력에 공급되고 이 LOW신호는 R15를 거쳐 G3에 LOW신호를 출력시킨다.
또한, G2A의 LOW 신호가 반전게이트 G2B를 거쳐 HIGH신호로 되면 포토커플러 Q11_LED를 ON시키고 AND게이트 G5B의 한쪽 입력에 HIGH신호를 공급해서 G5B의 출력은 PWM파형이 된다. 포토 커플러 Q11-LED가 ON되면 포토커플러 Q11_TR도 ON되어 G1에도 HIGH신호가 출력된다.
이러한 G2의 LOW신호와 G3의 LOW 신호는 FET Q2와 FET Q3에 각각 공급되고, G1의 HIGH신호와 G4의 PWM신호는 FET Q1과 FET Q4에 각각 공급된다.
FET부(120)는 스위칭 동작을 통해 PWM 교류 파형을 생성하는 PWM 교류 파형 생성부와 PWM 교류 파형을 사인파로 변환시키는 트랜스부와 정전시 전자접촉기의 동작을 유지시키기 위한 에너지를 저장하는 전원공급부를 포함한다.
PWM 교류 파형 생성부는 도 7 내지 도 12에 도시한 바와 같이, FET Q1과 FET Q4가 ON되어 전해콘덴서 C1에 충전된 전하가 Q1-TRANS-Q4를 거쳐 전류 I1방향으로 흐르고 FET Q2와 FET Q3이 ON되어 전해콘덴서 C1에 충전된 전하가 Q2-TRANS-Q3를 거쳐 전류 I2방향으로 흐르는 동작을 60Hz 주기로 반복하는 스위칭 동작을 통해 DC전압을 AC 전압으로 변환시키고 PWM 교류 파형을 생성한다.
트랜스부는 PWM AC 전압이 TRANS 입력단자에 공급되면 TRANS를 통해 사인파를 출력시킨다.
전원공급부는 순간 정전 또는 순간전압 강하시 전자접촉기의 동작을 유지시키기 위한 에너지를 저장하는 전해콘덴서 C1으로 이루어진다.
보상장치 전원공급부(130)는 순간 정전 또는 순간전압 강하시 L1, L2에 정상적인 전압 공급이 이루어지지 않을 경우, 전해콘덴서 C10과 C11의 에너지를 이용해 보상장치가 OFF되는 것을 방지한다.
정상 전압 공급시, 도 8에 도시한 결선도 및 스위치 제어회로에서 ON 버튼을 누르면 전자접촉기 코일에 전류가 흘러 전자접촉기가 동작하고 전자접촉기의 접점 MC가 ON 버튼 양단을 단락시킨다. 단락상태가 되면 ON 버튼을 놓아도 전자접촉기 접점에 의해 전자접촉기의 코일에 계속 전류가 흘러 전자접촉기의 동작상태가 유지된다.
만약 전자접촉기로 입력되는 전압이 감소되거나 없으면 코일의 자기력이 약해져 전자접촉기의 접점이 개방되고 다시 전압이 정상적으로 공급되어도 전자접촉기의 코일에는 전류가 흐르지 못해 전자접촉기는 OFF 상태가 된다.
그러나 전자접촉기로 입력되는 전압이 순간정전에도 감소되지 않으면 전자접촉기의 접점이 개방되지 않는다.
즉, 순간정전 보상장치의 전원이 순간정전되거나 순간 전압강하가 발생해도 전해콘덴서의 에너지를 통해 순간정전 보상장치의 출력에 일정 시간(1초)동안 전압이 출력되므로 전자접촉기는 계속 ON 상태를 유지할 수 있다.
상술한 장치를 통해 순간정전 또는 순간 전압강하시 사인파 출력을 발생시켜 전자접촉기의 부하가 정지되는 것을 방지할 수 있고, 전자접촉기의 코일을 동작시키는 에너지 저장장치로 소형 전해콘덴서를 사용하여 장치의 단가를 낮출 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 본 발명의 전자접촉기용 순간정전 보상장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
100 : 순간정전 보상장치
110 : FET 구동부
120 : FET부
130 :보상장치 전원공급부

Claims (6)

  1. 네 개의 FET(Field Effect Transistor)가 두 개씩 스위칭 동작을 함으로써 전자 접촉기로 사인파를 생성하여 출력하는 FET부; 60Hz 구형파 및 120Hz 구형파, PWM 파형의 발생과 출력을 통해 상기 FET부를 구동시키는 FET 구동부; 및 상기 FET부 및 상기 FET 구동부를 구동하기 위한 구동전원을 공급하는 보상장치 전원공급부를 포함하며,
    상기 보상장치 전원공급부는 순간정전 또는 순간 전압 강하시 상기 FET 구동부를 구동하기 위해 전해콘덴서를 구비하고, 상기 FET부는 상기 네 개의 FET로 항상 전원을 공급하는 전해콘덴서를 포함하고,
    상기 FET부는,
    스위칭 동작을 통해 DC전압을 AC전압으로 변환시키고 PWM 교류 파형을 생성하는 PWM 교류 파형 생성부;
    상기 AC전압의 PWM 교류 파형을 TRANS 입력단자에 공급해 사인파를 출력시키는 트랜스부; 및
    순간 정전 또는 순간전압 강하시 전자접촉기의 동작을 유지시키기 위한 에너지를 저장하는 전해콘덴서를 구비한 전원공급부를 포함하며,
    상기 스위칭 동작은 상기 네 개의 FET의 동작에 따라 전류가 서로 반대 방향으로 흐르는 동작을 60Hz 주기로 반복하는 것을 특징으로 하는 전자접촉기용 순간정전 보상장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 네 개의 FET(Field Effect Transistor)가 두 개씩 스위칭 동작을 함으로써 전자 접촉기로 사인파를 생성하여 출력하는 FET부; 60Hz 구형파 및 120Hz 구형파, PWM 파형의 발생과 출력을 통해 상기 FET부를 구동시키는 FET 구동부; 및 상기 FET부 및 상기 FET 구동부를 구동하기 위한 구동전원을 공급하는 보상장치 전원공급부를 포함하며,
    상기 보상장치 전원공급부는 순간정전 또는 순간 전압 강하시 상기 FET 구동부를 구동하기 위해 전해콘덴서를 구비하고, 상기 FET부는 상기 네 개의 FET로 항상 전원을 공급하는 전해콘덴서를 포함하고,
    상기 FET 구동부는,
    상기 네 개의 FET 중 상위 FET를 동작시키기 위한 구동전원을 발생시키는 상위 FET 구동전원 발생부;
    상기 네 개의 FET의 동작을 파형을 통해 제어하기 위해 60Hz 및 120Hz 구형파를 발생시키는 60Hz 및 120Hz 구형파 발생부; 및
    상기 120Hz 구형파를 통한 콘덴서의 충·방전으로 5KHz 삼각파형과 120Hz 삼각파형을 발생시키고 5KHz 삼각파형과 120Hz 삼각파형의 비교를 통해 120Hz PWM 파형을 발생시키는 PWM 파형 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자접촉기용 순간정전 보상장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 60Hz 구형파 발생부는 전자접촉기에 공급되는 교류전압과 동일한 60Hz 교류전압의 발생시키기 위한 것을 특징으로 하는 전자접촉기용 순간정전 보상장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 보상장치 전원공급부는 순간 정전 또는 순간전압 강하시 보상장치에 정상적인 전압 공급이 이루어지지 않을 경우 전해콘덴서에 저장되어 있는 에너지를 이용해 보상장치의 전원 차단을 방지하는 것을 특징으로 하는 전자접촉기용 순간정전 보상장치.

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