KR101699404B1 - 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치 - Google Patents

복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전자의 흐름으로 전류가 흐르는 전류원의 주위에 설치되어 상기 전류원에 흐르는 전류 및 자기장을 측정할 수 있는 복수의 홀센서 및 상기 복수의 홀센서가 측정한 전류의 크기를 이용하여 상기 전류원에 흐르는 전류의 크기를 계산하는 제어부를 포함하되, 상기 복수의 홀센서는, 각각의 홀센서가 측정한 전류와 홀센서 사이의 거리를 이용하여 전류원에 흐르는 전류를 계산함으로써, 전류원과 홀센서 사이의 거리가 고정되지 않더라도 전류원에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에 따르면, 전류원에 흐르는 전류 및 자기장을 측정할 수 있는 복수의 홀센서를 전류원 주위에 설치하고, 각각의 홀센서가 측정한 전류원의 전류와 복수의 홀센서 사이의 거리를 이용하여 전류원에 흐르는 전류를 계산함으로써, 전류원과 홀센서 사이의 거리가 고정되지 않더라도 전류원에 흐르는 전류를 정확하게 측정할 수 있으며, 복수의 홀센서를 정렬 배치하여 다수의 전류원으로 이루어진 전기 설비의 전류 측정이 가능하다.

Description

복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치{CURRENT MEASUREMENT DEVICE OF ELECTRIC POWER SUPPLY USING THE PLURAL OF HALL SENSOR}
본 발명은 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수의 홀센서를 이용하여 홀센서와 전류원 사이의 이격 거리에 관계없이 전류를 측정할 수 있는 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전류를 측정하기 위하여 사용되는 홀센서는, 부스바 또는 전선 등의 전류원에 흐르는 전류는 측정할 수 있고, 전류 측정의 범위는 홀센서와 전류원 사이의 거리에 의해서 결정된다. 따라서, 전류원에 흐르는 전류의 크기를 정확하게 측정하기 위해서는 홀센서와 전류원 사이의 이격 거리가 고정되어야 한다.
그러나 전류원은 그 형태 또는 재질이 다양하고, 많은 종류의 전기 설비에 적용될 수 있으므로, 전류원과 홀센서 사이의 이격 거리를 고정하기 어려운 경우가 종종 발생한다. 또한, 전류원과 홀센서 사이의 이격 거리를 고정한다고 하더라도, 여러 가지 원인으로 그 이격 거리에 변동이 생길 수 있으며, 그로 인해 정확한 전류 측정이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전류원에 흐르는 전류 및 자기장을 측정할 수 있는 복수의 홀센서를 전류원 주위에 설치하고, 각각의 홀센서가 측정한 전류원의 전류와 복수의 홀센서 사이의 거리를 이용하여 전류원에 흐르는 전류를 계산함으로써, 전류원과 홀센서 사이의 거리가 고정되지 않더라도 전류원에 흐르는 전류를 정확하게 측정할 수 있으며, 복수의 홀센서를 정렬 배치하여 다수의 전류원으로 이루어진 전기 설비의 전류 측정이 가능한 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치는,
전류 측정 장치로서,
전자의 흐름으로 전류가 흐르는 전류원의 주위에 설치되어 상기 전류원에 흐르는 전류 및 자기장을 측정할 수 있는 복수의 홀센서; 및
상기 복수의 홀센서가 측정한 전류의 크기를 이용하여 상기 전류원에 흐르는 전류의 크기를 계산하는 제어부를 포함하되,
상기 복수의 홀센서는,
각각의 홀센서가 측정한 전류와 홀센서 사이의 거리를 이용하여 전류원에 흐르는 전류를 계산함으로써, 전류원과 홀센서 사이의 거리가 고정되지 않더라도 전류원에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 복수의 홀센서는,
상기 전류원에 평행하게 설치되어, 상기 전류원을 중심으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 복수의 홀센서는,
홀센서 사이의 거리는 고정적이고, 홀센서와 전류원 사이의 거리는 가변적인 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 복수의 홀센서는,
직교 형태로 배치하고 각각의 홀센서가 측정하는 자기장의 방향 벡터의 합을 구함으로써, 자기장 측정 방향을 3차원으로 확장할 수 있는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 전류원이 2개일 경우에는, 3개 또는 4개의 홀센서를 회전시키면서 상기 전류원에 흐르는 전류가 최대가 될 때, 상기 홀센서의 위치를 고정시켜 전류를 측정할 수 있는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
더 바람직하게는,
상기 전류원이 2개 이상일 경우, 각각의 전류원 주위에 복수의 홀센서를 정렬 배치함으로써, 전류 측정이 가능한 전류원의 숫자를 확장할 수 있는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제어부가 계산한 상기 전류원의 전류의 크기를 보여주는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 전류원의 누설 전류를 확인할 수 있는 영상 변류기 및 상기 전류원에 흐르는 전류의 크기를 측정이 용이한 크기로 조절할 수 있는 변류기 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에 따르면, 전류원에 흐르는 전류 및 자기장을 측정할 수 있는 복수의 홀센서를 전류원 주위에 설치하고, 각각의 홀센서가 측정한 전류원의 전류와 복수의 홀센서 사이의 거리를 이용하여 전류원에 흐르는 전류를 계산함으로써, 전류원과 홀센서 사이의 거리가 고정되지 않더라도 전류원에 흐르는 전류를 정확하게 측정할 수 있으며, 복수의 홀센서를 정렬 배치하여 다수의 전류원으로 이루어진 전기 설비의 전류 측정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치의 전류원으로 사용될 수 있는 부스바를 예를 들어 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에서 3개의 홀센서를 사용하여 전류를 측정하는 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에서 4개의 홀센서를 사용하여 전류를 측정하는 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치의 디스플레이부를 예를 들어 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에서 홀센서가 자기장을 측정하는 모습을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치의 영상 변류기를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에서 영상 변류기 및 변류기가 설치된 모습을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치(10)의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치(10)는, 전류원(100)에 흐르는 전류를 측정하기 위한 장치로서, 복수의 홀센서(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있고, 실시예에 따라서는 디스플레이부(400), 영상 변류기(500) 및 변류기(600)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치(10)를 구성하는 각 구성요소에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
전류원(100)은 전자의 흐름으로 전류가 흐를 수 있는 것을 의미하고, 특정 형태나 재질에 국한되지 않으며, 대표적으로는 피복으로 둘러싸인 전선 또는 부스바(bus bar) 등이 있다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치의 전류원으로 사용될 수 있는 부스바를 예를 들어 도시한 도면이다.
복수의 홀센서(200)는 전류원(100) 주위에 설치되어 전류원(100)에 흐르는 전류 및 자기장을 측정할 수 있다. 이때, 복수의 홀센서(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전류원(100)에 평행하게 설치되며, x, y, z축으로 이루어지는 3차원의 어느 한 축에서 전류 또는 자기장 측정이 가능하다. 여기서 복수의 홀센서(200)는 전류원(100) 주위에 고정되지만, 전류원(100)은 고정되지 않을 수 있으므로 홀센서(200)와 전류원(100) 사이의 거리는 가변적일 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치는, 홀센서(200)를 회전시키는 기구를 포함할 수 있으며, 이를 통해 홀센서(200)는 전류원(100)을 중심으로 회전할 수 있다.
도 1에 도시된 전류원(100)에 흐르는 전류의 크기가 I, 홀센서(200) M이 측정한 전류의 크기가 IM, 홀센서(200) N이 측정한 전류의 크기가 IN, 전류원(100)에서부터 홀센서(200) M까지의 거리를 D1, 홀센서(200) M에서부터 홀센서(200) N까지의 거리를 D2, 홀센서(200) M에 적용되는 계수를 λM, 홀센서(200) N에 적용되는 계수를 λN라고 할 때, IM은 다음 수학식 1, IN은 다음 수학식 2에 의하여 각각 표현될 수 있다.
Figure 112015094121636-pat00001
Figure 112015094121636-pat00002
여기서, 홀센서(200) M과 홀센서(200) N은 고정된 위치에 설치되므로 홀센서(200) M과 홀센서(200) N 사이의 거리인 D2는 고정값이고, 전류원(100)은 고정되지 않을 수 있으므로 D1은 독립변수이며, λM, λN은 매질에 따라 정해지는 값이고, 홀센서(200) M과 홀센서(200) N은 동일한 매질이므로 서로 같은 값이며, 특정 계수 λ로 표현할 수 있다. 따라서, I는 다음 수학식 3에 의하여 구할 수 있다.
Figure 112015094121636-pat00003
본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치(10)의 전류원(100)은, 2개 또는 그 이상의 전선으로 이루어질 수 있다. 전선이 2개로 이루어진 전류원(100)의 경우에는, 3개 또는 4개의 홀센서(200)를 사용하여 전류원(100)의 전류를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에서 3개의 홀센서를 사용하여 전류를 측정하는 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 전류원(100)에 흐르는 전류의 크기가 I, 홀센서(200) M이 측정한 전류의 크기가 IM, 홀센서(200) N이 측정한 전류의 크기가 IN, 홀센서(200) O가 측정한 전류의 크기가 IO, 2개의 전류원(100) 사이의 거리를 D0, 전류원(100)에서부터 홀센서(200) M까지의 거리를 D1, 홀센서(200) M에서부터 홀센서(200) N까지의 거리를 D2, 홀센서(200) N에서부터 홀센서(200) O까지의 거리를 D3, 홀센서(200) M에 적용되는 계수를 λM, 홀센서(200) N에 적용되는 계수를 λN, 홀센서(200) O에 적용되는 계수를 λO라고 할 때, IM은 다음 수학식 4, IN은 다음 수학식 5, IO는 다음 수학식 6에 의하여 각각 표현될 수 있다.
Figure 112015094121636-pat00004
Figure 112015094121636-pat00005
Figure 112015094121636-pat00006
여기서, 홀센서(200) M, 홀센서(200) N 및 홀센서(200) O는 고정된 위치에 설치되므로 D2, D3은 고정값이고, 전류원(100)은 고정되지 않을 수 있으므로 D0, D1은 독립변수이며, λM, λN, λO는 매질에 따라 정해지는 물리학적인 상수로서 모두 같은 값이다. 따라서, I는 수학식 4 내지 수학식 6을 연립하여 구할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에서 4개의 홀센서를 사용하여 전류를 측정하는 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 전선으로 된 전류원(100)의 전류는 홀센서(200) 4개를 배치하여 전류원(100)의 전류를 구할 수 있고, 그 원리는 도 1 및 도 3에서 본 바와 같다.
다만, 도 3 또는 도 4에서 홀센서(200)와 2개의 전류원(100)이 일직선상에 놓이지 않는 경우에는, 전류원(100)과 홀센서(200)가 평행을 이루지 않으므로, 수학식 4 내지 수학식 6을 통해 계산된 전류가 실제보다 작을 수 있다. 이러한 경우에는, 홀센서(200)를 회전시키면서 측정된 전류가 최대가 되는 시점에서 홀센서(200)의 위치를 고정시켜 정확한 전류를 측정할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치(10)는, 각각의 홀센서(200)가 측정한 전류와 홀센서(200) 사이의 거리를 이용하여 전류원(100)에 흐르는 전류를 계산함으로써, 전류원(100)과 홀센서(200) 사이의 거리가 고정되지 않더라도 전류원(100)에 흐르는 전류를 측정할 수 있고, 그 역할을 하는 것이 도 1에 도시된 제어부(300)이다.
본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치(10)는, 제어부(300)가 계산한 전류원(100)의 전류의 크기를 보여주는 디스플레이부(400)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치의 디스플레이부를 예를 들어 도시한 도면이다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치(10)는, 홀센서(200)를 이용하여 전류원(100)에서 발생하는 자기장을 측정할 수 있다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에서 홀센서가 자기장을 측정하는 모습을 도시한 도면이다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 홀센서(200)는 전류원(100)에서 발생되는 자기장의 방향을 측정할 수 있다. 또한, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 홀센서(200)를 직교 형태로 배치하고, 각각의 홀센서(200)가 측정하는 자기장의 방향 벡터의 합을 구함으로써, 2차원 또는 3차원의 자기장의 방향 측정이 가능하다.
전류원(100)에 흐르는 전류는, 이론적으로는 전기 벡터의 합이 0이지만, 누설 전류가 있는 경우에는 전기 벡터의 합이 0이 되지 않을 수 있다. 이러한 누설 전류를 검출하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치(10)는 영상 변류기(500)를 더 포함할 수 있고, 영상 변류기(500)를 이용하여 누설 전류를 검출할 수 있다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치의 영상 변류기(500)를 도시한 도면이다.
전류원(100)은 다양한 전기 설비에 사용될 수 있고, 그 전기 설비에 들어오는 전류의 크기 역시 다양할 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치(10)는, 전기 설비에 들어오는 전류를 측정이 용이한 크기의 전류로 변환하기 위해 변류기(600)를 더 포함할 수 있다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치에서 영상 변류기(500) 및 변류기(600)가 설치된 모습을 도시한 도면이다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치
100: 전류원 200: 홀센서
300: 제어부 400: 디스플레이부
500: 영상변류기 600: 변류기

Claims (8)

  1. 전류 측정 장치(10)로서,
    전자의 흐름으로 전류가 흐르는 전류원(100)의 주위에 설치되어 상기 전류원(100)에 흐르는 전류 및 자기장을 측정할 수 있는 복수의 홀센서(200); 및
    상기 복수의 홀센서(200)가 측정한 전류의 크기를 이용하여 상기 전류원(100)에 흐르는 전류의 크기를 계산하는 제어부(300)를 포함하되,
    상기 제어부(300)는,
    각각의 홀센서(200)가 측정한 전류와 홀센서(200) 사이의 거리를 이용하여 전류원(100)에 흐르는 전류를 계산함으로써, 전류원(100)과 홀센서(200) 사이의 거리가 고정되지 않더라도 전류원(100)에 흐르는 전류를 측정할 수 있고,
    상기 복수의 홀센서(200)는,
    상기 전류원(100)에 평행하게 설치되어, 상기 전류원(100)을 중심으로 회전할 수 있으며,
    상기 복수의 홀센서(200)는,
    홀센서(200) 사이의 거리는 고정적이고, 홀센서(200)와 전류원(100) 사이의 거리는 가변적인 것을 특징으로 하는, 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 홀센서(200)는,
    직교 형태로 배치하고 각각의 홀센서(200)가 측정하는 자기장의 방향 벡터의 합을 구함으로써, 자기장 측정 방향을 3차원으로 확장할 수 있는 것을 특징으로 하는, 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류원(100)이 2개일 경우에는, 3개 또는 4개의 홀센서(200)를 회전시키면서 상기 전류원(100)에 흐르는 전류가 최대가 될 때, 상기 홀센서(200)의 위치를 고정시켜 전류를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는, 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전류원(100)이 2개 이상일 경우, 각각의 전류원(100) 주위에 복수의 홀센서(200)를 정렬 배치함으로써, 전류 측정이 가능한 전류원(100)의 숫자를 확장할 수 있는 것을 특징으로 하는, 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(300)가 계산한 상기 전류원(100)의 전류의 크기를 보여주는 디스플레이부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전류원(100)의 누설 전류를 확인할 수 있는 영상 변류기(500) 및 상기 전류원(100)에 흐르는 전류의 크기를 측정이 용이한 크기로 조절할 수 있는 변류기(600) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 홀센서를 이용한 전류 측정 장치.
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