KR101523674B1

KR101523674B1 - 전원 변환 장치

Info

Publication number: KR101523674B1
Application number: KR1020140009724A
Authority: KR
Inventors: 박헌욱; 화 정; 김성환; 이향도; 양상희
Original assignee: 에이피시스템 주식회사
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-05-28
Also published as: TW201530994A; TWI665853B; CN104811051A; CN104811051B

Abstract

본 발명은 전원 변환 장치로서, 전원 변환 동작 중에 화재의 위험성을 최소화하는 전원 변환 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 1차측에 유입된 전력을 입력받아 코일의 전자 유도작용에 의해서 전력 크기를 변환하여 2차측에 공급하는 전원 변환 장치에 있어서, 상기 코일의 온도를 측정하여 측정 제1온도로서 생성하는 제1온도 센서; 1차측에 유입되는 외부 전력이 상기 코일에 전달되도록 하거나 또는 상기 코일에 전달되지 않도록 차단하는 전력 차단 스위치; 상기 측정 제1온도가 미리 설정한 기준 제1온도보다 크거나 같은 경우, 상기 전력 차단 스위치를 제어하여 상기 1차측에 유입되는 전력이 상기 코일에 전달되지 않도록 차단하는 전력선 제어부;를 포함한다.

Description

전원 변환 장치{Apparatus for changing power supply}

본 발명은 전원 변환 장치로서, 전원 변환 동작 중에 화재의 위험성을 최소화하는 전원 변환 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전원 변환 장치(transformer)는 전자기 유도 현상을 이용하여 교류의 전압 또는 전류의 값을 변화시키는 장치로 송배전 계통에 직렬로 연결하여 사용한다. 전원 변환 장치(transformer)는 1차측에 유입된 교류 전력을 받아 전자 유도작용에 의해서 전압 또는 전류를 변환하여 2차측에 공급하는 전기기기이다. 산업의 발전과 수요의 급격한 증가는 대용량 전기시설을 요구하고 있으며 전원 변환 장치(10) 역시 고압화, 대용량화 및 전력설비의 소형, 경량화가 이루어지고 있다.

한편, 전원 변환 장치의 고장 등이 발생할 경우, 전력의 손실 때문에 값비싼 대가를 치를 수 있거나 심지어는 치명적일 수 있는 임무 수행에 필수적인 환경에서 전기 설비가 흔히 사용된다. 예를 들어, AMOLED(Active Matrix Organic Light-Emitting Diode) 제조 장비, LCD(Liquid Crystal Display) 제조 장비, 반도체 제조 장비 등에 전력을 공급하는 전원 변환 장치가 고장날 경우, 생산 중단은 물론 설비 자체 및 주변의 설비에 많은 손상을 유발하고, 이에 따라 비싼 설비의 교체를 필요로 한다. 더 나아가, 이러한 고장은 감전, 화재, 또는 폭발로 인하여 직원들에게 부상을 일으킬 수 있다.

따라서, 전원 변환 장치의 상태를 모니터링하여 잠재적인 고장을 예측하고 전원 변환 장치의 작동 조건의 조정을 통해 대비책을 강구하는 것이 바람직하다. 그러나, 기존의 전원 변환 장치의 경우, 이러한 모니터링 기능의 부실로 인하여 전원 변환 장치의 안정성이 담보되지 않는 실정이다.

한국공개특허 2013-0047978

본 발명의 기술적 과제는 전원 변환 장치의 상태를 모니터링하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 모니터링된 결과를 바탕으로 전원 변환 장치의 안전성을 도모하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 전원 변환 장치의 고장을 예방하는 신뢰성을 확보하는데 있다.

본 발명의 실시 형태는 1차측에 유입된 전력을 입력받아 코일의 전자 유도작용에 의해서 전력 크기를 변환하여 2차측에 공급하는 전원 변환 장치에 있어서, 상기 코일의 온도를 측정하여 측정 제1온도로서 생성하는 제1온도 센서; 1차측에 유입되는 외부 전력이 상기 코일에 전달되도록 하거나 또는 상기 코일에 전달되지 않도록 차단하는 전력 차단 스위치; 상기 측정 제1온도가 미리 설정한 기준 제1온도보다 크거나 같은 경우, 상기 전력 차단 스위치를 제어하여 상기 1차측에 유입되는 전력이 상기 코일에 전달되지 않도록 차단하는 전력선 제어부;를 포함한다.

상기 전원 변환 장치의 내부의 온도를 측정하여 측정 제2온도로서 생성하는 제2온도 센서;를 포함하며, 상기 전력선 제어부는, 상기 측정 제2온도가 미리 설정한 기준 제2온도보다 크거나 같은 경우, 상기 전력 차단 스위치를 제어하여 상기 1차측에 유입되는 전력이 상기 코일에 전달되지 않도록 차단한다.

상기 기준 제1온도는 50℃이며, 상기 기준 제2온도는 144℃임을 특징으로 한다.

상기 전원 변환 장치의 내부의 기류를 외부로 배출하는 팬; 을 포함하며, 상기 전력선 제어부는, 상기 팬의 회전수가 미리 설정한 기준 팬 회전수보다 작은 경우, 상기 전력 차단 스위치를 제어하여 상기 1차측에 유입된 전력이 상기 코일에 전달되지 않도록 차단한다.

상기 기준 팬 회전수는 기준 제1온도 및 기준 제2온도에 따라 다르게 설정됨을 특징으로 한다.

상기 측정 제1온도가 상기 기준 제1온도 이상이고 상기 측정 제2온도가 상기 기준 제2온도 미만인 경우, 상기 기준 팬 회전수를 제1기준 팬 회전수로 설정되며, 상기 측정 제1온도가 상기 기준 제1온도 미만이고 상기 측정 제2온도가 상기 기준 제2온도 이상인 경우, 상기 기준 팬 회전수를 상기 제1기준 팬 회전수보다 더 낮은 제2기준 팬 회전수로 설정되며, 상기 측정 제1온도가 상기 기준 제1온도 이상이고 상기 측정 제2온도가 상기 기준 제2온도 이상인 경우, 상기 기준 팬 회전수를 상기 제2기준 팬 회전수보다 더 낮은 제3기준 팬 회전수로 설정된다.

상기 측정 제1온도 및 측정 제2온도를 표시하는 온도 표시부; 상기 측정 제1온도가 기준 제1온도 이상이거나, 상기 측정 제2온도가 기준 제2온도 이상인 경우, 알람 경고를 발생하는 경고 발생부;를 포함한다.

상기 제1온도 센서는, 3상 코일에 의해 3상 변환하는 전원 변환 장치의 경우, 상기 3상 코일마다 각각 마련되어 각 3상 코일의 온도를 개별적으로 측정한다.

상기 측정 제1온도는, 각 3상 코일에서 측정되는 온도의 평균값을 측정 제1온도로 결정함을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 전원 변환 장치 내의 코일 온도 또는 내부 온도를 측정하여 측정 결과에 따라 코일에 공급되는 전력을 차단함으로써, 전원 변환 장치의 화재를 예방할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 전원 변환 장치의 내부 또는 코일의 온도를 실시간으로 모니터링하여 표시함으로써, 관리자가 전원 변환 장치의 상태를 용이하게 파악할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원 변환 장치의 블록도이다.
도 2는 전원 변환 장치의 동작 설명을 위한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 전력선 제어부를 내부에 구비한 전원 변환 장치의 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원 변환 장치의 블록도이며, 도 2는 전원 변환 장치의 동작 설명을 위한 그림이다.

일명 트랜스포머(transformer)라 불리는 전원 변환 장치(10)는, 1차측에 유입된 전력을 입력받아 코일의 전자 유도작용에 의해서 전력 크기를 변환하여 2차측에 공급한다.

전원 변환 장치의 동작 원리를 간단히 설명하기 위하여 트랜스포머를 도 2에 도시하였다. 도 2를 참조하면, 철심의 양쪽에 각각 코일을 감은 후, 한쪽의 1차 코일에는 전원을 연결하고 다른 한쪽의 2차 코일에는 검류계를 연결한다. 전원을 연결한 1차 코일에 전류가 흐르면 코일과 철심에 자기장이 형성된다. 전원에서 공급되는 전류가 시간에 따라 변한다면 자기장의 크기 또한 같이 변한다. 그리고 철심을 통해 자기장이 전달되어 반대편 코일인 2차 코일을 통과하는 자기장의 세기도 시간에 따라 변한다. 반대편 코일인 2차 코일에는 전자기 유도로 유도기전력이 생기고 유도전류가 흘러 검류계의 바늘이 움직인다. 만약 교류전원이라면 반대편 코일인 2차 코일에도 교류전류가 유도된다.

전원이 연결된 쪽의 코일을 1차코일이라고 하고, 코일의 감은 수를 N₁, 걸린 전압을 일차전압 V₁이라고 한다. 그리고 반대편 코일을 2차코일이라고 하고, 코일의 감은 수를 N₂, 일차전압에 의해 유도된 전압을 이차전압 V₂라고 한다. 이때 이차전압 V₂의 크기는 패러데이의 법칙에 따라 코일의 감은 수의 상대적인 비율에 의해 정해진다.

따라서 전원 변환 장치는, 1차 코일에 교류 전압이 걸리면 교류 전류에 의하여 자속의 변화가 나타나고, 이것은 다시 2차 코일에 유도기 전력을 일으킨다. 2차 코일에 유도되는 기전력의 크기와 두 코일의 감긴 횟수는 다음과 같은 관계가 있다.

따라서 전압을 올리고자 할 때에는 2차 코일의 감은 수를 1차 코일보다 많게 하면 된다. 즉, 감은 횟수의 비가 N1:N2 =1:2이면 2차 코일 유도 기전력은 1차 코일 공급 전압의 2배가 된다.

따라서 도 1에 도시된 전원 변환 장치(10)의 코일 모듈(200)은, 1차 코일(201)과 2차 코일(202)을 내부에 마련하고 있다. 따라서 전원 변환 장치는, 1차 코일(201)로 외부 전원의 전력이 제공되며, 1차 코일(201) 및 2차 코일(202)의 전자 유도작용에 의해서 전력 크기가 변환되어 2차측으로 출력된다.

제1온도 센서(300)는 코일의 온도를 측정하여 측정 제1온도로서 생성한다. 여기서 코일의 온도를 측정하는 것은, 1차 코일(201) 및 2차 코일(202)의 온도를 직접 측정할 수 있지만, 본 발명의 실시예는 1차 코일(201)과 2차 코일(202)이 함께 모듈화된 코일 모듈(200)의 내부의 온도를 측정하는 것을 말한다.

일반적으로 전원 변환 장치(10)의 1차 코일(201) 및 2차 코일(202)은 격납 용기에 밀봉되어 위치하며, 이러한 격납 용기를 유체로 채운다. 유체는 1차 코일(201) 및 2차 코일(202)에 의해 발생된 열을 용이하게 소산시키며 1차 코일(201) 및 2차 코일(202)의 작동 온도를 효율적으로 낮추기 위하여 열교환기를 통해 순환될 수 있다. 또한 유체는 1차 코일(201) 및 2차 코일(202) 사이에서 전기 절연재로서 역할을 하거나 또는 셀룰로오스 종이나 다른 절연 재료와 같이, 코일 둘레에 배치된 다른 형태의 절연재를 보완하는 역할을 한다. 원하는 전기적 및 열적 특성을 갖는 임의의 유체가 사용될 수 있다. 통상적으로, 유체로는 피마자 오일, 미네랄 오일, 또는 식물성 오일과 같은 오일, 또는 염화 디페닐이나 실리콘 같은 합성 "오일"이 사용될 수 있다. 따라서 제1온도 센서(300)는 코일 모듈(200)의 내부의 유체의 온도를 측정하여 측정 제1온도로서 생성할 수 있다.

전력 차단 스위치(100)는 1차측에 유입되는 외부 전력이 코일에 전달되도록 하거나 또는 1차측에 유입되는 외부 전력이 코일에 전달되지 않도록 차단하는 스위칭 기능을 수행한다. 이러한 전력 차단 스위치(100)는 다양한 구현 방식으로 구현할 수 있는데, 예컨대, 전기를 온/오프 시킬 수 있는 마그네틱 코일(M/C, Magnetic Coil)을 사용하여 1차측에 유입되는 외부 전력이 1차 코일(201)에 전달되지 않도록 차단한다.

제2온도 센서(400)는 전원 변환 장치(10)의 내부의 온도를 측정하여 측정 제2온도로서 생성한다. 전원 변환 장치(10)는 하우징 내에 코일 모듈(200), 제1온도 센서(300), 제2온도 센서(400), 전력 차단 스위치(100), 전력선 제어부(500)를 위치시켜 구비하고 있는데, 이러한 하우징 내부의 대기 온도를 측정 제2온도로서 측정하는 것이다.

이밖에 전원 변환 장치(10)는, 온도 표시부(600)와 경고 발생부(700)를 더 포함한다. 온도 표시부(600)는 측정 제1온도 및 측정 제2온도를 표시하여, 관리자로 하여금 전원 변환 장치(10) 내부의 온도 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다. 또한 경고 발생부(700)는 측정되는 전원 변환 장치(10)의 내부 온도가 높은 경우 알람 경고를 발생한다. 예를 들어, 측정 제1온도가 기준 제1온도 이상이거나, 측정 제2온도가 기준 제2온도 이상인 경우, 알람 경고를 발생하여 관리자가 인지할 수 있도록 한다. 참고로, 경고 알람은, LED 경고등, 스피커 경고음 등 다양한 형태로 발생될 수 있다.

전력선 제어부(500)는 측정 제1온도가 미리 설정한 기준 제1온도보다 크거나 같은 경우, 전력 차단 스위치(100)를 제어하여 1차측에 유입되는 전력이 1차 코일에 전달되지 않도록 차단한다. 코일(즉, 코일 모듈(200) 내부)의 온도가 미리 설정한 기준 제1온도보다 높은 고온인 경우 전력 변환 에러, 나아가 열로 인한 화재가 발생할 우려가 있다. 따라서 코일 모듈(200) 내부의 온도가 기준 제1온도 이상인 경우, 1차측에 유입되는 전력, 즉, 1차 코일에 유입되는 전력을 차단하여 화재 발생 가능성을 원천적으로 차단할 수 있다.

또한 전력선 제어부(500)는 측정 제2온도가 미리 설정한 기준 제2온도보다 크거나 같은 경우, 전력 차단 스위치(100)를 제어하여 1차측에 유입되는 전력이 1차 코일에 전달되지 않도록 차단한다. 마찬가지로, 코일 모듈(200) 내부의 온도가 기준 제2온도 이상인 경우 1차측에 유입되는 전력, 즉, 1차 코일(201)에 유입되는 전력을 차단하여 화재 발생 가능성을 원천적으로 차단할 수 있다.

상기에서 기준 제1온도는 50℃이며, 기준 제2온도는 144℃로 설정됨을 특징으로 한다. 따라서 측정 제1온도가 50℃ 이상이거나, 측정 제2온도가 144℃ 이상인 경우, 1차 코일(201)에 유입되는 외부 전력을 차단하여 화재 발생 가능성을 원천적으로 차단한다.

한편, 전원 변환 장치(10)에는, 전원 변환 장치(10)의 내부의 기류를 외부로 배출하는 팬(800;fan)을 포함한다. 팬(800)은 날개나 프로펠러를 회전시켜서 내부의 공기를 외부로 배출하는 역할을 한다. 전원 변환 장치(10)는 하우징 내부에 코일 모듈(200), 제1온도 센서(300), 제2온도 센서(400), 전력 차단 스위치(100), 전력선 제어부(500)를 마련하고 있는데, 하우징 내부의 온도 상승을 방지하기 위하여 하우징의 벽체에 송풍팬, 냉각팬 등의 팬(800;fan)을 구비한다. 이러한 팬(800)이 구비된 경우, 전력선 제어부(500)는 팬(800)의 움직임을 모니터링한다. 팬(800)의 회전수가 적은 경우 전원 변환 장치(10) 내부의 공기 배출이 원활하지 않게 되기 때문에, 1차 코일(201)에 유입되는 외부 전력을 차단하여 전원 변환 장치(10)의 온도 상승을 차단한다. 이를 위해 전력선 제어부(500)는 팬(800)의 회전수가 미리 설정한 기준 팬(800) 회전수보다 작은 경우, 전력 차단 스위치(100)를 제어하여 1차측에 유입된 전력이 1차 코일(201)에 전달되지 않도록 차단한다.

이러한 기준 팬(800) 회전수는 기준 제1온도 및 기준 제2온도에 따라 다르게 설정된다. 기준 제1온도 및 기준 제2온도가 낮다면 외부로 배기하는 송풍 효율을 낮게 하여도 되기 때문에, 전력 차단의 기준이 되는 기준 팬(800) 회전수를 작게 설정한다. 반면에, 기준 제1온도 및 기준 제2온도가 높다면 외부로 배기하는 송풍 효율을 높아야 하기 때문에, 전력 차단의 기준이 되는 기준 팬(800) 회전수를 크게 설정한다.

좀 더 상술하면, 측정 제1온도가 기준 제1온도 이상이고 측정 제2온도가 상기 기준 제2온도 미만인 경우 기준 팬(800) 회전수를 제1기준 팬(800) 회전수로 설정한다. 또한, 측정 제1온도가 기준 제1온도 미만이고 측정 제2온도가 기준 제2온도 이상인 경우 상기 기준 팬(800) 회전수를 제1기준 팬(800) 회전수보다 더 낮은 제2기준 팬(800) 회전수로 설정한다. 또한 측정 제1온도가 기준 제1온도 이상이고 측정 제2온도가 기준 제2온도 이상인 경우, 기준 팬(800) 회전수를 제2기준 팬(800) 회전수보다 더 낮은 제3기준 팬(800) 회전수로 설정한다.

한편, 전원 변환 장치(10)는 3개의 코일 모듈(200)을 이용하여 전원을 변환하는 3상 전원 변환 장치(10)로 구현될 수 있다. 3상 전원 변환 장치(10)는 3상 R,S,T 가 120도의 위상차를 가진다. 이럴 경우, 각 3상 코일마다 제1온도 센서(300)가 개별적으로 마련되어, 각각의 3상 코일의 온도를 측정할 수 있다. 이렇게 측정되는 3개의 3상 코일의 온도 중에서 어느 하나를 측정 제1온도로 하여 사용할 수 있다. 또는 측정되는 3개의 3상 코일의 온도의 평균값을 측정 제1온도로 하여 사용할 수 있다.

참고로, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 전력선 제어부(500)를 내부에 구비한 전원 변환 장치(10)의 사진이다. 도 3을 참조하면 전력선 제어부(500)가 전원 변환 장치(10) 내부에 마련되어, 실시간으로 지속적으로 전원 변환 장치(10)의 온도를 모니터링하여 전력 차단 등의 제어를 수행할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100:전력 차단 스위치 200:코일 모듈
201:제1코일 202:제2코일
300:제1온도 센서 400:제2온도 센서
500:전력선 제어부 600:온도표시부
700:경고 발생부 800:팬

Claims

1차측에 유입된 전력을 입력받아 코일의 전자 유도작용에 의해서 전력 크기를 변환하여 2차측에 공급하는 전원 변환 장치에 있어서,
상기 코일의 온도를 측정하여 측정 제1온도로서 생성하는 제1온도 센서;
1차측에 유입되는 외부 전력이 상기 코일에 전달되도록 하거나 또는 상기 코일에 전달되지 않도록 차단하는 전력 차단 스위치;
상기 측정 제1온도가 미리 설정한 기준 제1온도보다 크거나 같은 경우, 상기 전력 차단 스위치를 제어하여 상기 1차측에 유입되는 전력이 상기 코일에 전달되지 않도록 차단하는 전력선 제어부;
상기 전원 변환 장치의 내부의 온도를 측정하여 측정 제2온도로서 생성하는 제2온도 센서;를 포함하며,
상기 전력선 제어부는, 상기 측정 제2온도가 미리 설정한 기준 제2온도보다 크거나 같은 경우, 상기 전력 차단 스위치를 제어하여 상기 1차측에 유입되는 전력이 상기 코일에 전달되지 않도록 차단하는 전원 변환 장치.

삭제

청구항 1에 있어서,
상기 기준 제1온도는 50℃이며, 상기 기준 제2온도는 144℃임을 특징으로 하는 전원 변환 장치.

청구항 1에 있어서,
상기 전원 변환 장치의 내부의 기류를 외부로 배출하는 팬;
을 포함하며, 상기 전력선 제어부는, 상기 팬의 회전수가 미리 설정한 기준 팬 회전수보다 작은 경우, 상기 전력 차단 스위치를 제어하여 상기 1차측에 유입된 전력이 상기 코일에 전달되지 않도록 차단하는 전원 변환 장치.

청구항 4에 있어서, 상기 기준 팬 회전수는 기준 제1온도 및 기준 제2온도에 따라 다르게 설정됨을 특징으로 하는 전원 변환 장치.

청구항 5에 있어서,
상기 측정 제1온도가 상기 기준 제1온도 이상이고 상기 측정 제2온도가 상기 기준 제2온도 미만인 경우, 상기 기준 팬 회전수를 제1기준 팬 회전수로 설정되며,
상기 측정 제1온도가 상기 기준 제1온도 미만이고 상기 측정 제2온도가 상기 기준 제2온도 이상인 경우, 상기 기준 팬 회전수를 상기 제1기준 팬 회전수보다 더 낮은 제2기준 팬 회전수로 설정되며,
상기 측정 제1온도가 상기 기준 제1온도 이상이고 상기 측정 제2온도가 상기 기준 제2온도 이상인 경우, 상기 기준 팬 회전수를 상기 제2기준 팬 회전수보다 더 낮은 제3기준 팬 회전수로 설정되는 전원 변환 장치.

청구항 1에 있어서,
상기 측정 제1온도 및 측정 제2온도를 표시하는 온도 표시부;
상기 측정 제1온도가 기준 제1온도 이상이거나, 상기 측정 제2온도가 기준 제2온도 이상인 경우, 알람 경고를 발생하는 경고 발생부;
를 포함하는 전원 변환 장치.

청구항 1에 있어서, 상기 제1온도 센서는,
3상 코일에 의해 3상 변환하는 전원 변환 장치의 경우, 상기 3상 코일마다 각각 마련되어 각 3상 코일의 온도를 개별적으로 측정하는 전원 변환 장치.

청구항 8에 있어서, 상기 측정 제1온도는,
각 3상 코일에서 측정되는 온도의 평균값을 측정 제1온도로 결정함을 특징으로 하는 전원 변환 장치.