KR101881573B1 - Sensor for measuring of electric power - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 측정센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력선을 통하여 공급되는 전력의 전류를 측정하는 전력 측정센서에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power measurement sensor, and more particularly, to a power measurement sensor that measures a current of power supplied through a power line.
전력 발생기의 경우 전력을 소모하는 부하에 최대 전력을 전달하는 것이 중요할 수 있다. 이를 위해, 전력 발생기와 전력을 소모하는 부하간의 임피던스(impedance) 정합이 중요할 수 있다. 전력을 소모하는 부하가 플라즈마 공정챔버를 포함하는 경우 부하의 조건은 실시간으로 변화하기 때문에 이러한 부하에 최대 전력을 전달하는 것은 간단하지 않을 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 공정챔버에서 실시간으로 변하는 임피던스를 정합시켜줄 수 있는 임피던스 매쳐(matcher)가 필요하다. In the case of a power generator, it may be important to deliver maximum power to a load that consumes power. To this end, impedance matching between the power generator and the load consuming power may be important. When the power consuming load includes the plasma processing chamber, it may not be simple to deliver maximum power to such a load because the conditions of the load change in real time. There is thus a need for an impedance matcher that can match impedances that vary in real time in the plasma processing chamber.
도 1은 입력 전력을 측정하여 임피던스 매칭을 통해 플라즈마 공정챔버로 최대전력을 전송하는 일반적인 플라즈마 시스템을 나타내는 도면이다.Figure 1 is a diagram of a typical plasma system for measuring input power and transferring maximum power to a plasma processing chamber through impedance matching.
도 1을 참조하면, 플라즈마 시스템(101)은 플라즈마 공정챔버(110)와 전원(130) 사이에 플라즈마 공정챔버(110)에서 실시간으로 변하는 임피던스를 정합시켜줄 수 있는 임피던스 매쳐(120)를 포함할 수 있다. 임피던스 매쳐(120)는 도시된 바와 같이 감지부(122), 임피던스 정합부(124), 제어부(126)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, a
전원(130)에서 플라즈마 시스템(101)으로 전력이 인가되면, 인가된 전력은 플라즈마 공정챔버(110)에 도달하기 전에 임피던스 매쳐(120)를 거칠 수 있다.When power is applied from the
먼저, 인가되는 전력의 전압과 전류 각각은 감지부(122)를 통하여 측정될 수 있고, 임피던스 매칭을 위한 제어 신호가 감지부(122)로부터 측정된 전압과 전류를 참조하여 제어부(126)로부터 발생할 수 있다. First, the voltage and current of the applied power can be measured through the
이후, 임피던스 정합부(124)가 제어부(126)로부터 발생된 제어 신호를 입력받아 커패시터와 인덕터 값을 조절하여 임피던스 매칭을 구현할 수 있다. 임피던스 매칭의 구현은 플라즈마 공정챔버(110)로 최대 전력을 공급하는 것일 수 있다.Thereafter, the impedance matching
도 2는 일반적인 동축케이블을 통한 감지부를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a sensing unit through a general coaxial cable.
여기서, 동축 케이블(coaxial cable)은 외측에 구비된 피복(210)과, 원통형 구조의 일정 두께를 가지는 외심(외부 도체)(220) 및 그 중심에 일정 반경a을 가진 내심(내부 도체)(240)을 구비하며, 외심(220)과 내심(240) 사이에 절연물(230)을 구비할 수 있다.Here, the coaxial cable includes a
이러한 동축 케이블은 높은 주파수까지 감쇠가 적으므로 광대역 전송에 적합할 수 있다. 일반적으로 절연물(230)로서 폴리에틸렌이 충전될 수 있으나, 굵기가 굵은 동축 케이블의 경우에는, 원판 모양의 스페이서가 삽입될 수 있다. 또한, 고온의 환경에서 사용되는 동축 케이블의 경우에는 테플론이 충전될 수 있다.These coaxial cables are less attenu- ated to high frequencies and thus may be suitable for broadband transmission. In general, polyethylene may be filled as the
일반적인 동축 케이블에 적용되는 감지부는 동축 케이블의 내심(240)과 외심(220)의 사이에 절연물(230)이 배치되고, 전압 및 전류의 측정을 위해 피복(210), 외심(220) 및 절연물(230)의 일부를 절단하여 형성되는 원형의 금속관(250)과 토로이달 코일(260)을 포함할 수 있다.The sensing part applied to a general coaxial cable is such that an
감지부가 동축케이블의 내심(240)에 흐르는 전력의 전압과 전류를 측정하는 원리는 다음과 같다. 내심(240)에 흐르는 전력의 전압은 내심 주위의 원형의 금속관(250)에 의한 내심(240)과 접지 사이의 전위차를 통하여 측정될 수 있다. 내심(240)에 흐르는 전력의 전류는 내심(240)으로부터 방사된 전자기파에 반응하는 코일(260)을 통하여 측정될 수 있다.The principle of measuring the voltage and current of electric power flowing in the
위와 같은 일반적인 동축케이블에 적용되는 감지부는 전류를 측정하기 위한 코일(260)이 전력을 전달하는 내심(240)의 전압을 측정하기 위한 원형의 금속판(250)과 전기장에 대하여 격리되지 않음으로써, 전압 커플링(voltage coupling)이 발생하는 문제가 있을 수 있다.The sensing part applied to the general coaxial cable as described above is not separated from the electric field by the
본 발명의 목적은 전력선으로부터 전압 및 전류를 각각 측정함에 있어서, 전류를 측정하는 경우, 차폐되지 않고 방사되는 전기장을 통한 전압 커플링의 발생으로, 전류 측정의 정확도가 감소되는 것을 방지하는 전력 측정센서를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a power measuring apparatus and method for measuring a voltage and a current from a power line and a power measuring sensor for preventing a decrease in the accuracy of current measurement due to occurrence of voltage coupling through an electric field, .
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 측정센서는 전력을 공급하는 전력선이 관통하는 홀, 상기 전력선의 외부에 위치하는 복수 겹의 격벽부, 및 상기 복수 겹의 격벽부 외부에 위치하며, 상기 전력선으로부터 방사된 자기장으로 인해 유도된 전류를 외부로 전달하는 코일을 포함하고, 상기 복수 겹의 격벽부 각각은 상기 전력선을 둘러싸는 가상의 폐곡선 상에 단속적으로 위치하며, 상기 전력선의 중심축으로부터 상기 전력선의 원호를 향하는 방향으로 방사되는 전기장을 차폐하는 적어도 두 개 이상의 격벽을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power measurement sensor including: a hole through which a power line for supplying electric power passes; a plurality of partition walls located outside the power line; And a coil which is located outside the partition and transmits a current induced by a magnetic field radiated from the power line to the outside, wherein each of the plurality of partition walls is intermittently located on a virtual closed curve surrounding the power line And at least two partition walls that shield the electric field radiated from the center axis of the power line toward the arc of the power line.
실시 예에 있어서, 상기 전력선은 플라즈마를 활용하는 플라즈마 공정챔버로 전력을 공급할 수 있다.In an embodiment, the power line may provide power to a plasma processing chamber that utilizes plasma.
실시 예에 있어서, 상기 전력선의 외부에 위치하며, 상기 전력선이 산소와 접촉하는 것을 차단하는 절연막을 더 포함할 수 있다.The power line may further include an insulating layer located outside the power line and blocking the power line from being in contact with oxygen.
실시 예에 있어서, 상기 가상의 폐곡선은 원의 형상을 포함할 수 있다.In an embodiment, the hypothetical closed curve may include the shape of a circle.
실시 예에 있어서, 어느 하나의 격벽부가 위치하는 하나의 원은 다른 하나의 격벽부가 위치하는 다른 원과 지름이 서로 다른 동심원의 관계를 이룰 수 있다.In the embodiment, one circle in which one of the partition portions is located may have a concentric circle having a different diameter from another circle in which the other partition portion is located.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 두 개 이상의 격벽 각각은 이웃한 다른 격벽과 이격된 거리가 일정할 수 있다.In an embodiment, each of the at least two barrier ribs may have a constant distance from the adjacent barrier ribs.
실시 예에 있어서, 상기 코일은 상기 전력선을 둘러싸는 토로이달(toroidal) 형태를 포함할 수 있다.In an embodiment, the coil may comprise a toroidal form surrounding the power line.
실시 예에 있어서, 상기 전력선의 전압은 상기 전력선에 연결된 전압감지선을 통하여 측정될 수 있다.In an embodiment, the voltage of the power line may be measured through a voltage sense line connected to the power line.
실시 예에 있어서, 상기 홀을 구비하고, 상기 전력선, 상기 복수 겹의 격벽부 및 상기 코일을 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the apparatus may further include the hole, the support member supporting the power line, the plurality of partition walls, and the coil.
실시 예에 있어서, 상기 코일은 상기 지지부를 여러 번 관통하며, 상기 전력선을 둘러싸는 토로이달(toroidal) 형태를 포함할 수 있다.In an embodiment, the coil may include a toroidal shape that penetrates the support several times and surrounds the power line.
실시 예에 있어서, 상기 복수 겹의 격벽부는 상기 하나의 원 상에 위치하는 세 개의 제1격벽, 및 상기 하나의 원보다 지름이 큰 다른 원 상에 위치하는 세 개의 제2격벽을 포함하고, 상기 세 개의 제2격벽은 상기 세 개의 제1격벽의 연속되지 않은 구간을 통하여, 상기 전력선의 중심축으로부터 상기 전력선의 원호를 향하는 방향으로 방사되는 전기장을 차폐할 수 있다.In an exemplary embodiment, the plurality of partition walls may include three first partition walls located on the one circle, and three second partition walls located on another circle having a larger diameter than the one circle, Three second partitions may shield an electric field radiated from the central axis of the power line in a direction toward the arc of the power line through the non-continuous section of the three first partition walls.
실시 예에 있어서, 상기 전기장의 차폐는 상기 세 개의 제2격벽 중 하나의 제2격벽과 이웃한 다른 제2격벽이 이루는 호의 중심각, 상기 하나의 원과 상기 다른 원의 반지름의 차이 및 상기 제2격벽의 상기 전력선과 평행한 방향으로의 길이에 따라 결정될 수 있다.In an embodiment, the shielding of the electric field may include a central angle of a arc formed by a second partition wall of one of the three second partition walls and another second partition wall adjacent to the first partition, a difference between the radius of the one circle and the radius of the other circle, May be determined according to the length of the barrier rib in a direction parallel to the power line.
실시 예에 있어서, 상기 중심각, 상기 차이 및 상기 길이는 I-V decoupling 비율조사를 통하여 산출될 수 있다.In an embodiment, the central angle, the difference and the length may be calculated through an I-V decoupling ratio investigation.
본 발명에 따른 전력 측정센서의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the power measurement sensor according to the present invention will be described below.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 전력선으로부터 전압 및 전류를 각각 측정함에 있어서, 전류를 측정하는 경우, 전기장을 통한 전압 커플링의 발생으로, 전류 측정의 정확도가 감소되는 것을 방지할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, in measuring the voltage and the current from the power line, it is possible to prevent the accuracy of the current measurement from decreasing due to the occurrence of the voltage coupling through the electric field when measuring the current .
도 1은 입력 전력을 측정하여 임피던스 매칭을 통해 플라즈마 공정챔버로 최대전력을 전송하는 일반적인 플라즈마 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 일반적인 동축케이블을 통한 감지부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 측정센서를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 전력 측정센서를 나타내는 도면이다.Figure 1 is a diagram of a typical plasma system for measuring input power and transferring maximum power to a plasma processing chamber through impedance matching.
2 is a view showing a sensing unit through a general coaxial cable.
3 is a view illustrating a power measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a power measurement sensor according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 측정센서를 나타내는 도면이다.3 is a view illustrating a power measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 전력 측정센서(301)는 전력을 공급하는 전력선(310)이 관통하는 홀, 전력선의 외부에 위치하는 복수 겹의 격벽부(326 내지 328 및 336 내지 338)를 포함할 수 있고, 복수 겹의 격벽부(326 내지 328 및 336 내지 338) 외부에 위치하며, 전력선(310)으로부터 방사된 자기장으로 인해 유도된 전류를 외부로 전달하는 코일(360)을 포함할 수 있다.3, the
구체적으로, 전력선(310)은 플라즈마를 활용하는 플라즈마 공정챔버로 전력을 공급하는 전력선(310)일 수 있다.In particular, the
복수 겹의 격벽부(326 내지 328 및 336 내지 338) 각각에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.A detailed description of each of the multiple-
복수 겹의 격벽부(326 내지 328 및 336 내지 338) 각각은 전력선(310)을 둘러싸는 가상의 폐곡선(322, 332) 상에 단속적으로 위치할 수 있다. 즉, 어느 하나의 격벽부(예를 들어, 326 내지 328)는 어느 하나의 가상의 폐곡선(예를 들어, 322) 상에 적어도 두 개 이상의 단속적인 격벽(예를 들어, 326 내지 328)을 포함할 수 있다.Each of the multiple-
도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 가상의 폐곡선(322, 332)에 포함된 2중 구조의 격벽들(326 내지 328 및 336 내지 338)은 전력선(310)의 중심축으로부터 전력선의 원호를 향하는 방향으로 방사되는 전기장을 차폐할 수 있다.As shown in Figure 3, the dual-structured
전력선(310)을 통하여 공급되는 전력의 전류를 측정함에 있어서, 전력선(310)의 중심축으로부터 전력선의 원호를 향하는 방향으로 방사되는 전기장이 차폐되어야 하는 이유는 다음과 같을 수 있다.The reason why the electric field radiated in the direction from the center axis of the
먼저, 측정하고자 하는 전력선(310)에 흐르는 전류는 전력선(310)의 길이방향으로 흐르는 전류이고, 전력선(310)에 흐르는 전류의 측정은 전자기유도를 통하여 수행될 수 있다.First, the current flowing in the
구체적으로, 전자기유도를 통한 전류의 측정은 전력선(310)을 둘러싸는 토로이달(toroidal) 형태의 코일(360)을 통하여 수행될 수 있다. 이는 렌츠의 법칙(Lenz's law) 및 오른나사의 법칙(right handed screw rule, 앙페르의 법칙, Ampere's law)을 통하여 설명될 수 있다.Specifically, the measurement of the current through electromagnetic induction can be performed through a
렌츠의 법칙은 1834년 독일의 과학자 렌츠(Heinrich Friedrich Emil Lenz, 1804~1865)에 의해 발표된 전자기유도의 방향에 관한 법칙이다. 전자기유도에 의해 발생되는 전류는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐를 수 있다. 여기서 자속이란 '어떤 면을 지나는 자기력선의 수'일 수 있다. 이러한 렌츠의 법칙은, '자연은 급격한 변화를 싫어한다.'는, 전자기학에서 나타나는 관성의 법칙이라고 할 수 있다.Lenz's law is the law of electromagnetic induction issued by the German scientist Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865) in 1834. The current generated by the electromagnetic induction can flow in a direction that hinders the change of the magnetic flux. Here, the magnetic flux can be 'the number of lines of magnetic force passing through a certain plane'. This Lentz law can be said to be the law of inertia that appears in electromagnetic science, 'Nature hates sudden change.'
구체적으로, 코일(360) 주변의 도체(전력선)(310)에서 흐르는 전류가 코일(360)을 향하는 방향으로 가까워지면 코일(360)의 단면(앞선 설명의 "어떤 면")을 지나는 자속은 증가할 수 있다. 이때, 코일(360)에 유도되는 전류는 코일(360)의 단면을 지나는 자속의 증가를 방해하는 방향으로 흐를 수 있다. 이와 반대로, 코일(360) 주변의 도체(전력선)(310)에서 흐르는 전류가 코일(360)로부터 멀어지면 코일(360)의 단면을 지나는 자속은 감소할 수 있다. 이때, 전자와 마찬가지로 코일(360)에 유도되는 전류는 코일(360)의 단면을 지나는 자속의 감소를 방해하는 방향으로 흐를 수 있다.Concretely, when the current flowing in the conductor (power line) 310 around the
오른나사의 법칙은 프랑스의 물리학자 앙페르(혹은 암페어, Andre-Marie Ampere, 1775~1836)에 의해 발표된 전류와 전류에 대응하는 자기장의 방향에 관한 법칙이다.The right-hand rule is the law of the direction of the magnetic field corresponding to the current and current published by the French physicist Andre-Marie Ampere (1775-1836).
전류가 흐르는 도선(코일)(360) 주위에 해당 전류에 대응되는 자기장의 방향과 이때의 전류 방향은 서로 평행한 방향을 가리킬 수 없다. 만일 전류가 직선으로 흐르면 자기장은 그 주변에 원형으로 위치할 수 있다. 이 두 방향 사이에는 오른나사의 회전방향과 진행방향 사이의 관계와 동일한 관계가 있을 수 있다.The direction of the magnetic field corresponding to the current and the current direction at that time around the conductor (coil) 360 through which the current flows can not point in a direction parallel to each other. If the current flows in a straight line, the magnetic field can be placed in a circle around it. Between these two directions, there can be the same relationship as the relationship between the direction of rotation of the right-hand screw and the direction of travel.
흐르는 직선 전류의 방향을 오른나사의 진행방향에 대응시켰을 때, 해당 전류에 대응되는 자기장의 방향은 이때의 오른나사의 회전방향에 대응될 수 있다. 이러한 대응 관계를 오른나사의 법칙이라고 할 수 있다.When the direction of the flowing linear current is made to correspond to the traveling direction of the right screw, the direction of the magnetic field corresponding to the current can correspond to the rotating direction of the right screw at this time. This correspondence is the right-hand rule.
또는, 이를 오른손 법칙이라고 할 수도 있다. 오른손 법칙에 따르면, 오른손 엄지가 전류의 방향을 가리키도록 하면 나머지 손가락으로 도선(코일)(360)을 감싸듯이 쥐는 것처럼 돌아가는 방향의 원형 자기장이 위치할 수 있다. 즉, 엄지손가락의 방향은 오른나사의 진행방향에, 나머지 감싼 손가락의 방향은 오른나사의 회전방향에 대응될 수 있다.Or, this can be called the right-hand rule. According to the right-hand rule, when the right-hand thumb points to the direction of the current, a circular magnetic field in the direction of holding the wire (coil) 360 as the other finger can be positioned. That is, the direction of the thumb can correspond to the advancing direction of the right screw, and the direction of the restrained finger can correspond to the direction of rotation of the right screw.
또한, 전류가 직선으로 흐르지 않고 임의의 폐곡선(코일)(360)을 따라 흐를 때에도 폐곡선 상의 작은 도선 요소(element)에 대해서 오른손법칙을 적용할 수 있다.In addition, even when a current flows along an arbitrary closed curve (coil) 360 without flowing through a straight line, the right-hand rule can be applied to a small conductive element on the closed curve.
예를 들어, 원형 도선(코일)(360)에 일정한 전류가 흐를 때에 가상적으로 원형도선을 일정한 길이로 잘게 나누는 것을 생각하면, 나누어진 미소한 도선 요소에 대해서는 마치 전류가 직선으로 흐르는 것처럼 볼 수 있다. 이에 따라, 각 미소한 도선 요소에 대해서 오른손 법칙이 적용될 수 있다.For example, when a constant current flows through a circular conductor (coil) 360, and virtually dividing the circular conductor into finer lengths, it can be seen as if a current flows in a straight line with respect to the divided minute conductor elements . Accordingly, the right-hand rule can be applied to each minute conductor element.
임의의 폐곡선(코일)(360)을 따라서 전류가 흐를 때에는 자기장의 방향과 크기를 함께 고려하여 중첩(superposition)하면 모든 점에서의 자기장을 알 수 있다. 이는 비오사바르의 법칙(Biot-Savart's law)으로 정식화될 수 있다.When a current flows along an arbitrary closed curve (coil) 360, the magnetic field at all points can be obtained by superpositioning the direction and size of the magnetic field together. It can be formulated as Biot-Savart's law.
전류가 흐르는 원형도선(코일)(360)의 중심에 대해서는 전류의 방향으로 엄지를 뺀 나머지 손가락을 감을 때, 엄지손가락이 가리키는 방향으로 자기장이 위치할 수 있다. 이를 원형도선에 대한 오른나사의 법칙이라고 할 수 있다.With respect to the center of the circular conductor (coil) 360 through which the current flows, the magnetic field can be positioned in the direction indicated by the thumb when the remaining finger is wound by subtracting the thumb in the direction of the current. This is the right-hand rule for the circular conductor.
본 발명에 따른 전력 측정센서는 전력선에 흐르는 전력의 전류를, 위와 같은 렌츠의 법칙 및 오른나사의 법칙을 통하여 측정하는데, 이때, 측정은 토로이달 형태의 코일(360)을 통하여 구현될 수 있다.The power measurement sensor according to the present invention measures the electric current flowing through the power line through the above-described Lenz's law and the right-hand rule, and the measurement can be implemented through the
그러나, 이때 주의해야 할 점이 있을 수 있다. 맥스웰 방정식(Maxwell's equations)의 결과에 따르면 전기장과 자기장은 항상 직교하며 공존할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전력 측정센서가 전력선(310)을 통하여 공급되는 전력의 전력선(310) 길이방향으로의 전류를 측정하기 위해선, 전력선(310)의 중심축으로부터 전력선의 원호를 향하는 방향으로 방사되는 전기장을 차폐해야 할 수 있다.However, there may be some cautions. According to the results of Maxwell's equations, the electric field and the magnetic field are always orthogonal and coexist. Therefore, in order to measure the current in the longitudinal direction of the
이에 따라, 본 발명에 따른 전력 측정센서는 복수 겹의 격벽부(326 내지 328 및 336 내지 338)에 해당하는 구체적인 예로서 2중구조의 격벽들을 포함할 수 있고, 이러한 2중구조의 격벽들은 전력선(310)의 중심축으로부터 전력선의 원호를 향하는 방향으로 방사되는 전기장을 차폐할 수 있기 때문에, 전력선에 흐르는 전류는 정밀하게 측정될 수 있다.Accordingly, the power measurement sensor according to the present invention may include a double-walled partition wall as a specific example corresponding to the multiple-layered
한편, 전력선(310)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag) 및 철(Fe) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 도체를 포함할 수 있다. 도체를 포함하는 전력선(310)이 산소와 만나 산화를 하게 되면 전력선(310)의 전도도(conductivity)가 감소할 수 있다.The
전도도가 감소된 전력선(310)은 전력 측정센서의 효율을 감소시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 전력 측정센서는 전력선(310)의 외부에 위치하며, 전력선(310)이 산소와 접촉하는 것을 차단하는 절연막(312)을 더 포함할 수 있다.The reduced-
여기서, 전력선(310)을 통하여 공급되는 전력의 전압은 전력선(310)에 연결된 전압감지선(340)을 통하여 측정될 수 있다. 이때, 전압감지선(340)은 전력선(310)에 직접 연결될 수 있다. 그리고, 전압감지선(340)은 도 3에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 격벽(338)을 관통하여 외부로 연결될 수 있다.Here, the voltage of the power supplied through the
한편, 본 발명에 따른 전력 측정센서는 홀을 구비하고, 전력선(310), 복수 겹의 격벽부(326 내지 328 및 336 내지 338) 및 코일(360)을 지지하는 지지부(350)를 더 포함할 수 있고, 이러한 경우에, 코일(360)은 지지부(350)를 여러 번 관통하며, 전력선(310)을 둘러싸는 토로이달(toroidal) 형태를 포함할 수 있다.The power measurement sensor according to the present invention may further include a
전력선(310)을 통하여 공급되는 전력의 전압 및 전류는 전압감지선(340) 및 코일(360)을 통하여 제어부(미도시)로 입력될 수 있다. 이후에는 앞서 도 1을 통해 설명한 바와 같이, 입력된 전압과 전류를 참조하여 제어부(미도시)가 임피던스 매칭을 위한 제어 신호를 발생시킬 수 있다. 이후, 임피던스 정합부(미도시)가 제어부(미도시)로부터 발생된 제어 신호를 입력받아 커패시터와 인덕터 값을 조절하여 임피던스 매칭을 구현할 수 있다.The voltage and current of the power supplied through the
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 전력 측정센서를 나타내는 도면이다.4 is a view illustrating a power measurement sensor according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전력 측정센서의 가상의 폐곡선은 원의 형상(422, 432)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 측정센서가 두 개 이상의 격벽부(426 내지 428 및 436 내지 438)를 포함할 수 있는데, 이 경우 각각의 격벽부(426 내지 428 및 436 내지 438)가 위치하는 가상의 폐곡선은 서로 다른 지름의 원의 형상(422, 432)을 포함할 수 있다. 이때, 서로 다른 지름의 두 개의 원(422, 432)은 서로 동심원의 관계를 이룰 수 있다.Referring to FIG. 4, a virtual closed curve of the power measurement sensor according to the present invention may include a
하나의 격벽부(426 내지 428)는 적어도 두 개 이상의 격벽(426 내지 428)을 포함할 수 있다. 적어도 두 개 이상의 격벽 각각(예를 들어, 427)은 이웃한 다른 격벽(예를 들어, 426, 428)과 이격된 거리(d)가 일정할 수 있다. 이 경우, 전압감지선(440)은 외부로 연장되기 위하여 하나의 격벽(예를 들어, 438)을 가로질러 관통할 수 있다.One
구체적으로, 본 발명에 따른 전력 측정센서는 하나의 원(422) 상에 위치하는 세 개의 제1격벽(426 내지 428) 및 하나의 원(422)보다 지름이 큰 다른 원(432) 상에 위치하는 세 개의 제2격벽(436 내지 438)을 구비하는 복수 겹의 격벽부(426 내지 428 및 436 내지 438)를 포함할 수 있다. 이때, 세 개의 제2격벽(436 내지 438)은 세 개의 제1격벽(426 내지 428)의 연속되지 않은 구간을 통하여, 전력선(410)의 중심축으로부터 전력선의 원호를 향하는 방향으로 방사되는 전기장을 차폐할 수 있다.Specifically, the power measurement sensor according to the present invention includes three
이 경우, 전기장의 차폐는 세 개의 제2격벽(436 내지 438) 중 하나의 제2격벽(438)과 이웃한 다른 제2격벽(437)이 이루는 호의 중심각(θ), 하나의 원(422)과 다른 원(432)의 반지름의 차이(D) 및 제1격벽(426) 또는 제2격벽(436)의 전력선(410)과 평행한 방향으로의 길이(H)에 따라 결정될 수 있다.In this case, the shielding of the electric field is caused by the central angle of the arc formed by the
한편, 위의 중심각(θ), 반지름의 차이(D) 및 길이(H)에 대한 최적의 값은 I-V decoupling 비율조사를 통하여 산출될 수 있다.On the other hand, the optimal values for the center angle (?), The difference in radius (D), and the length (H) can be calculated by examining the I-V decoupling ratio.
한편, 일반적인 동축케이블에 적용되는 감지부는 전류를 측정하기 위한 코일이 전력선의 전압을 측정하기 위한 원형의 금속판과 전기장에 대하여 격리되지 않음으로써, 전압 커플링이 발생하는 문제가 있을 수 있다.On the other hand, the sensing part applied to a general coaxial cable may have a problem that a coil for measuring a current is not insulated with respect to an electric field and a circular metal plate for measuring the voltage of the power line, so that voltage coupling occurs.
그러나, 본 발명에 따른 전력 측정센서에 의하면, 전력선으로부터 전압 및 전류를 각각 측정함에 있어서, 전류를 측정하는 경우, 전기장을 통한 전압 커플링의 발생을 방지하여, 전류 측정의 정확도를 증가시킬 수 있다.However, according to the power measurement sensor of the present invention, when measuring the voltage and the current from the power line, it is possible to prevent the occurrence of the voltage coupling through the electric field and to increase the accuracy of the current measurement .
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The foregoing detailed description should not be construed in any way as being restrictive and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (13)
상기 전력선의 외부에 위치하는 복수 겹의 격벽부; 및
상기 복수 겹의 격벽부 외부에 위치하며, 상기 전력선으로부터 방사된 자기장으로 인해 유도된 전류를 외부로 전달하는 코일을 포함하고,
상기 복수 겹의 격벽부 각각은,
상기 전력선을 둘러싸는 가상의 폐곡선 상에 단속적으로 위치하며, 상기 전력선의 중심축으로부터 상기 전력선의 원호를 향하는 방향으로 방사되는 전기장을 차폐하는 적어도 두 개 이상의 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
A hole through which a power line supplying electric power passes;
A plurality of partition walls positioned outside the power line; And
And a coil disposed outside the plurality of partition walls and transmitting a current induced by a magnetic field radiated from the power line to the outside,
Wherein each of the plurality of partition walls comprises:
And at least two partition walls that are intermittently located on a virtual closed curve surrounding the power line and that shield an electric field radiated from a central axis of the power line toward a circular arc of the power line. .
상기 전력선은,
플라즈마를 활용하는 플라즈마 공정챔버로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
The method according to claim 1,
The power line
Wherein the power is supplied to a plasma processing chamber utilizing plasma.
상기 전력선의 외부에 위치하며, 상기 전력선이 산소와 접촉하는 것을 차단하는 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
The method according to claim 1,
Further comprising an insulating layer located outside the power line, the insulating layer interrupting contact of the power line with oxygen.
상기 가상의 폐곡선은,
원의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
The method according to claim 1,
The hypothetical closed curve,
And a shape of a circle.
어느 하나의 격벽부가 위치하는 하나의 원은,
다른 하나의 격벽부가 위치하는 다른 원과 지름이 서로 다른 동심원의 관계를 이루는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
5. The method of claim 4,
One circle in which one of the partition walls is located,
And the other one of the plurality of partition walls is concentric with the other circle having a different diameter from each other.
상기 적어도 두 개 이상의 격벽 각각은,
이웃한 다른 격벽과 이격된 거리가 일정한 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
The method according to claim 1,
Wherein each of the at least two partition walls comprises:
Wherein the distance between the adjacent partition walls is constant.
상기 코일은,
상기 전력선을 둘러싸는 토로이달(toroidal) 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
The method according to claim 1,
Wherein:
And a toroidal form surrounding said power line.
상기 전력선에 연결되어, 상기 전력선의 전압을 상기 외부로 전달하는 전압감지선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
The method according to claim 1,
And a voltage sensing line connected to the power line for transmitting the voltage of the power line to the outside.
상기 홀을 구비하고, 상기 전력선, 상기 복수 겹의 격벽부 및 상기 코일을 지지하는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
The method according to claim 1,
Further comprising: a hole provided in the hole, the power line, the plurality of partition walls, and a support for supporting the coil.
상기 코일은,
상기 지지부를 여러 번 관통하며, 상기 전력선을 둘러싸는 토로이달(toroidal) 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
10. The method of claim 9,
Wherein:
Wherein the power measurement sensor includes a toroidal shape that passes through the support several times and surrounds the power line.
상기 복수 겹의 격벽부는,
상기 하나의 원 상에 위치하는 세 개의 제1격벽; 및
상기 하나의 원보다 지름이 큰 다른 원 상에 위치하는 세 개의 제2격벽을 포함하고,
상기 세 개의 제2격벽은,
상기 세 개의 제1격벽의 연속되지 않은 구간을 통하여, 상기 전력선의 중심축으로부터 상기 전력선의 원호를 향하는 방향으로 방사되는 전기장을 차폐하는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
6. The method of claim 5,
The multi-layered partition wall portion
Three first partition walls located on the one circle; And
And three second partitions located on another circle having a larger diameter than the one circle,
The three second partition walls may be formed in a substantially rectangular shape,
And shields an electric field radiated from a central axis of the power line in a direction toward an arc of the power line through the non-continuous section of the three first partition walls.
상기 전기장의 차폐는,
상기 세 개의 제2격벽 중 하나의 제2격벽과 이웃한 다른 제2격벽이 이루는 호의 중심각,
상기 하나의 원과 상기 다른 원의 반지름의 차이 및
상기 제1격벽 또는 상기 제2격벽의 상기 전력선과 평행한 방향으로의 길이에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.
12. The method of claim 11,
The shielding of the electric field,
A center angle of the arc formed by the second barrier rib of one of the three second barrier ribs and the adjacent second barrier rib,
The difference between the radius of one circle and the radius of the other circle, and
And the length of the first partition or the second partition in a direction parallel to the power line.
상기 중심각, 상기 차이 및 상기 길이는,
I-V decoupling 비율조사를 통하여 산출되는 것을 특징으로 하는 전력 측정센서.13. The method of claim 12,
The center angle, the difference,
IV < / RTI > decoupling ratio.
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