KR102587613B1 - 자동 모선 전환 장치 - Google Patents

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KR102587613B1
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정동욱
곽기영
김윤열
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Koc 전기 주식회사
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Abstract

본 발명의 자동 모선 전환 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 모선 회로, 상기 모선 회로에 정상전원을 공급하는 정상전원 회로, 상기 모선 회로에 대체전원을 공급하는 대체전원 회로, 반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 무접점 방식으로 상기 정상전원 회로와 상기 대체전원 회로를 절체하는 회로 절체부 및 상기 모선 회로와 상기 정상전원 회로 중 적어도 하나에 흐르는 전압에 따라 상기 회로 절체부를 제어하는 전원 회로 제어부를 포함하는 자동 모선 전환 장치에 관한 것이다.

Description

자동 모선 전환 장치 {Automatic Bus Transfer Device}
본 발명은 자동 모선 전환 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 전원을 절제하는 자동 모선 전환 장치에 관한 것이다.
무기 체계(Weapon system)는 특정한 운용 목적을 달성하기 위한 무기를 중심으로 구성된 주요 장비 및 관련된 기재, 시설, 기술, 인원 등의 유기적 조직체를 의미한다. 무기 체계는 유사시 무기가 요구되는 성능을 충분히 발휘할 수 있도록 관리되어야 한다.
특히나, 무기 체계(Weapon system)는 안정적인 전원공급이 상당히 중요하다. 종래에는 무정전 전원공급을 위해서 물리적인 접점이 마그네틱 방식으로 구동함에 따라 기존 회로에서 비상 회로로 전환되는 마그네틱 유접점 기반의 모선 전환 절체기가 구비된다. 다만, 종래 유접점 기반의 모선 전환 절체기는 접점 소손 발생가능성이 높고 절체 시간 지연으로 모선에 정전이 발생하게 되는 큰 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해서 무기 체계에 안정적인 전원 공급이 가능하도록 하는 모선 전환 장치가 본 기술 분야에서 절실히 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2004-0042529호 대한민국 등록특허공보 제 10-2432291호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 접점 소손 발생가능성을 줄여 장치 신뢰성을 높이고 절체 시간 지연으로 모선에 정전이 발생하지 않고 무정전 전원공급이 가능하도록 모선 회로와 정상전원 회로 중 적어도 하나에 흐르는 전압 또는 사고 발생 여부에 따라 반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 무접점 방식으로 정상전원 회로와 대체전원 회로를 절체하는 자동 모선 전원 장치를 얻고자 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 자동 모선 전환 장치는 모선 회로; 상기 모선 회로에 정상전원을 공급하는 정상전원 회로; 상기 모선 회로에 대체전원을 공급하는 대체전원 회로; 반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 무접점 방식으로 상기 정상전원 회로와 상기 대체전원 회로를 절체하는 회로 절체부; 및 상기 모선 회로와 상기 정상전원 회로 중 적어도 하나에 흐르는 전압에 따라 상기 회로 절체부를 제어하는 전원 회로 제어부;를 제공한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 모선 회로와 정상전원 회로 중 적어도 하나에 흐르는 전압 또는 사고 발생 여부에 따라 반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 무접점 방식으로 정상전원 회로와 대체전원 회로를 절체함으로써, 접점 소손 발생가능성을 줄여 기계수명 및 장치 신뢰성을 높이고 신속한 절체동작으로 무정전 전원공급이 가능하도록 한다.
또한, 본 발명은 광커플러(Photocoupler)를 이용하여 사이리스터의 게이트(Gate) 전압의 위상각을 0도로 투입하는 게이트 드라이버 회로를 구비함으로써, 모선 또는 부하를 소손시키는 돌입 전류를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 모선 회로 상에서 과전류를 감지하는 과전류 탐지 회로와 역상 탐지 회로를 구비함으로써, 과전류 및 역상을 포함하는 사고를 신속하게 감지할 수 있고 회로 절체를 통해서 모선 회로를 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 시험 스위치, 수동/자동 선택 스위치 및 수동 시 정상전원/대체전원 선택 스위치를 구비함으로써, 관리자 필요에 따라 시험 모드, 수동 정상전원 공급 모드, 수동 대체전원 공급 모드 및 자동 모드를 포함하는 다양한 모드로 동작할 수 있다.
또한, 본 발명은 팬(FAN)을 이용하여 열을 제거하는 냉각팬과 하우징 내부의 온도를 측정하는 온도 센서를 구비함으로써, 측정된 온도에 따라 냉각팬의 세기를 제어할 수 있고 이에 따라 고온에 민감한 반도체 소자인 사이리스터의 소손을 방지할 수 있고, 고온에 의한 사이리스터에 발생할 수 있는 전류 제한 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 무기 체계(Weapon system)에 활용되어 신뢰성 높은 전원 공급이 가능하도록 한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 상세한 설명 및 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 자동 모선 전환 장치 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 게이트 드라이버 회로의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 상기 게이트 드라이버 회로를 통해서 투입된 대체전원의 위상을 오실로스코프를 통해서 표시한 일반도면(a)과 확대도면(b)이다.
도 4는 종래 모선 전환 장치를 통해서 투입된 대체전원의 위상을 오실로스코프를 통해서 표시한 일반도면(a)과 확대도면(b)이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 과전류 탐지 회로의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 역상 탐지 회로의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 래치 회로, 저전압 비교기 및 복귀전압 비교기의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 시험 모드 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 정상전원 공급 수동 모드 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 대체전원 공급 수동 모드 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 모드 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 자동 모선 전환 장치(100) 회로도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 게이트 드라이버 회로(106)의 회로도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 상기 게이트 드라이버 회로(106)를 통해서 투입된 대체전원의 위상을 오실로스코프를 통해서 표시한 일반도면(a)과 확대도면(b)이다. 도 4는 종래 모선 전환 장치를 통해서 투입된 대체전원의 위상을 오실로스코프를 통해서 표시한 일반도면(a)과 확대도면(b)이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 과전류 탐지 회로(107)의 회로도이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 역상 탐지 회로(108)의 회로도이다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 래치 회로(109), 저전압 비교기(110) 및 복귀전압 비교기(111)의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 시험 모드 흐름도이다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 정상전원 공급 수동 모드 흐름도이다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 대체전원 공급 수동 모드 흐름도이다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 모드 흐름도이다.
도 1을 보면, 본 발명의 자동 모선 전환 장치(100)는 모선 회로(101), 상기 모선 회로(101)에 정상전원을 공급하는 정상전원 회로(102), 상기 모선 회로(101)에 대체전원을 공급하는 대체전원 회로(103), 반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 무접점 방식으로 상기 정상전원 회로(102)와 상기 대체전원 회로(103)를 절체하는 회로 절체부(104) 및 상기 모선 회로(101)와 상기 정상전원 회로(102) 중 적어도 하나에 흐르는 전압에 따라 상기 회로 절체부(104)를 제어하는 전원 회로 제어부(105)를 포함한다.
상기 모선 회로(101)는 말단에 전동기, 회전체 등 부하가 연결될 수 있고, 부하에 상기 정상전원 회로(102)로부터 공급된 정상전원이 공급되거나 상기 대체전원 회로(103)로부터 공급된 대체전원이 공급되어 부하가 구동할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 정상전원 회로(102)는 교류 3상 440V 400A 60Hz의 정상전원이 공급될 수 있고, 상기 대체전원 회로(103)는 마찬가지로 교류 3상 440V 400A 60Hz의 대체전원이 공급될 수 있다.
상기 모선 회로(101)로 정상전원과 대체전원을 동시에 구비하는 것은 무정전 전원공급이 가능하도록 하기 위함이다. 다시 말하면, 정상전원에 문제가 발생하거나, 모선 회로(101)에서 사고 발생 시 정상전원이 차단되면 대체전원이 공급되어 정전 없이 계속적으로 전원공급이 가능하도록 하여 해당 부하가 구동할 수 있도록 하는 현저한 효과가 있다.
이때, 기존에는 마그네틱 유접점 방식으로 정상전원 회로에서 대체전원 회로로 절체하거나 대체전원 회로에서 정상전원 회로로 절체하게 되는데, 이는 기계수명이 낮아 수백에서 수만 번 구동하게 되면 완전한 절체가 되지 않고 회로에 혼선을 발생시키게 된다. 그리고 절체 속도가 느리고, 충격에 취약하여 오작동이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 상기 회로 절체부(104)는 반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 무접점 방식으로 절체할 수 있다. 도 1을 보면, 상기 회로 절체부(104)는 상기 모선 회로(101) 상에 위치되어 반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 상기 정상전원 회로(102)의 공급이 가능하도록 하고 동시에, 상기 회로 절체부(104)는 대체전원 회로(103)의 차단이 가능하도록 한다. 반대로, 상기 회로 절체부(104)는 상기 모선 회로(101) 상에 위치되어 반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 상기 대체전원 회로(103)의 공급이 가능하도록 하고 동시에, 상기 회로 절체부(104)는 정상전원 회로(102)의 차단이 가능하도록 한다.
상기 회로 절체부(104)는 상기 정상전원 회로(102)를 절체하는 부분(104a)과 상기 대체전원 회로(103)를 절체하는 부분(104b)으로 구분할 수 있다.
본 발명에서 언급하는 사이리스터는 실리콘 제어 정류 소자(Silicon Controlled Rectifier; SCR)를 말한다. 전압레벨의 고저를 통해 신호유무를 판단하고 ms 이내로 절체가 가능하므로 응답속도가 빠르다. 대전류를 예컨대 약 0.8V의 낮은 게이트(Gate) 전압으로 제어가능하다. 그리고 반도체로써, 무접점으로 반영구적 수명을 가지고 있다.
다만, 사이리스터는 반도체 소자임으로 열에 취약하다. 사이리스터는 온도 변화에 상당히 민감하므로 고온에 의한 전류 제한 현상이 발생하여 상기 전원 회로 제어부(105)로부터 신호를 전송받았음에도 불구하고 제대로 동작하지 않을 수 있다.
이러한 약점을 보완하기 위해서 본 발명의 자동 모선 전환 장치(100)는 회로를 보호하는 하우징(115), 상기 하우징(115) 내부에 구비되어 팬(Fan)을 이용하여 열을 제거하는 냉각팬(116), 상기 하우징(115) 내부에 구비되어 주변의 온도를 측정하는 온도 센서(117) 및 상기 온도 센서(117)로부터 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(116)의 세기를 제어하는 냉각팬 제어부(118)를 포함함으로써, 고온에 의한 상기 사이리스터의 전류 제한을 방지할 수 있다.
상기 하우징(115)은 상기 자동 모선 전환 장치(100)에 포함되는 모든 회로를 보호할 수 있다. 상기 냉각팬(116)은 다수 개가 병렬연결로 구비되어 임의의 냉각팬이 고장 나더라도 또다른 냉각팬에 영향을 주지 않으므로 계속적으로 상기 회로 절체부(104)의 사이리스터를 고온으로부터 보호할 수 있다. 그리고 상기 냉각팬 제어부(118)는 45도 내지 50도의 기준온도가 기 설정되어 상기 온도 센서(117)로부터 측정된 온도와 비교를 통해서 상기 냉각팬(116)의 동작을 개별적으로 또는 전체적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 회로 제어부(105)는 상기 모선 회로(101)에서 과부하, 단락 및 역상을 포함하는 사고 발생 시 상기 회로 절체부(104)를 제어할 수 있다.
가장 바람직하게, 과부하, 단락 및 역상을 포함하는 사고에 따라 상기 정상전원은 440V에서 70% 감압되어 상기 회로 제어부(105)로부터 305V로 측정될 수 있다. 그러면, 상기 회로 제어부(105)는 정상전원 305V를 기준으로 상기 회로 절체부(104)를 통해서 상기 정상전원 회로(102)를 차단하고, 상기 대체전원 회로(103)를 연결할 수 있다.
그리고 이후에 상기 정상전원은 440V에서 80%로 회복되어 상기 회로 제어부(105)로부터 350V 측정될 수 있다. 그러면, 상기 회로 제어부(105)는 정상전원 350V를 기준으로 상기 회로 절체부(104)를 통해서 상기 대체전원 회로(103)를 차단하고, 상기 정상전원 회로(102)를 연결할 수 있다.
다음으로, 도 2의 일실시예를 보면 본 발명의 자동 모선 전환 장치(100)는 상기 모선 회로(101)에 대체전원 공급 시 돌입 전류를 방지할 수 있도록 광커플러(Photocoupler)를 이용하여 상기 사이리스터의 게이트(Gate) 전압의 위상각을 0도로 투입하는 게이트 드라이버 회로(106)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 언급하는 돌입 전류는 선로 등을 투입했을 때 순간적으로 증가하지만 즉시 정상상태로 복귀되는 과도 전류를 말한다. 상기 돌입 전류는 정상상태로 복귀되지만 선로를 보호하기 위해 돌입 전류를 줄이는 것이 상당히 중요하다.
본 발명은 상기 모선 회로(101)에 상기 정상전원 회로(102)와 상기 대체전원 회로(103)가 절체되면서 연결 및 차단되는 동작이 반복되는데, 그때마다 돌입 전류가 공급될 수 있다. 예컨대, 상기 돌입 전류의 크기가 400A라 가정한다. 그러면 공급되는 전원의 위상에 따라 110V 전압이면 110V*400A를 곱산한 44,000W가 상기 모선 회로(101)에 흐르게 되고, 공급되는 전원의 위상에 따라 220V 전압이면 220V*400A를 곱산한 88,000W가 상기 모선 회로(101)에 흐르게 되고, 공급되는 전원의 위상에 따라 400V 전압이면 400V*400A를 곱산한 160,000W가 상기 모선 회로(101)에 흐르게 된다. 즉, 공급되는 전원의 전압 위상을 제어하지 않는 경우에 돌입 전류로 인해 전력의 크기가 달라질 수 있고 이에 따라 상기 모선 회로(101)가 소손되는 문제가 발생하게 된다.
따라서 본 발명의 상기 게이트 드라이버 회로(106)는 상기 광커플러를 이용하여 상기 모선 회로(101)에 대체전원을 공급하거나 상기 모선 회로(101)에 정상전원을 공급하는 경우 각 전원의 전압 위상을 제어함으로써, 돌입 전류에 따른 상기 모선 회로(101)의 소손을 방지할 수 있는 현저한 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 사이리스터의 게이트(Gate) 전압의 위상각을 0도로 투입함으로써, 사이리스터를 통해서 공급되는 전원의 최초 시점의 전압은 항상 0V일 수 있다. 따라서 400A의 돌입 전류가 흐를지라도 상기 모선 회로(101)에 가해지는 전력은 0W이고, 따라서 전원 절체 시에도 스파크 등을 방지할 수 있고 본 발명의 자동 모선 전환 장치(100)의 제품 신뢰도가 향상될 수 있는 현저한 효과가 있다.
도 3의 일실시예를 보면, 도 3의 (a)는 상기 정상전원의 전압이 100%에서 60%로 강압됨에 따라 본 발명의 게이트 드라이버 회로(106)를 포함하는 자동 모선 전환 장치(100)를 통해서 상기 정상전원 회로(102)에서 상기 대체전원 회로(103)로 절체되는 시점을 표시한 것이다. 도 3의 (b)는 0점을 확대한 도면으로, 전압의 변화를 출력하는 장치인 오실로스코프(Osilloscope)를 통해서 파형의 뒤틀림 없이 영점에 인접하여 절체되는 것을 확인할 수 있다.
반면에, 도 4의 (a)는 상기 정상전원의 전압이 100%에서 60%로 강압됨에 따라 종래 자동 모선 전환 장치(100)를 통해서 정상전원에서 대체전원 회로로 절체되는 시점을 표시한 것이다. 도 4의 (b)는 0점을 확대한 도면으로, 전압의 변화를 출력하는 장치인 오실로스코프(Osilloscope)를 통해서 0점 부근에서 파형이 튀는 형상이 발생되는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 자동 모선 전환 장치(100)는 변류기를 구비하고, 상기 모선 회로(101) 상에서 과전류를 감지하는 과전류 탐지 회로(107) 및 상기 정상전원의 위상의 역상여부를 감지하는 역상 탐지 회로(108)를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 회로 제어부(105)는, 상기 과전류 탐지 회로(107)로부터 과전류가 감지되면, 상기 정상전원 회로(102)에서 상기 대체전원 회로(103)로 절체하여 대체전원이 상기 모선 회로(101) 상에 공급되도록 상기 회로 절체부(104)를 제어하고, 상기 역상 탐지 회로(108)로부터 정상전원의 위상이 역상으로 감지되면, 상기 모선 회로(101)에 연결된 전동기 또는 회전체의 정방향 회전이 가능하도록 상기 정상전원 회로(102)에서 상기 대체전원 회로(103)로 절체하여 대체전원이 상기 모선 회로 상에 공급되도록 상기 회로 절체부(104)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
도 5의 일실시예를 보면, 본 발명의 과전류 탐지 회로(107)는 상기 모선 회로(101)에서 부하로 전원을 공급하는 라인에 구비되어 상기 변류기(Current Transformer; CT)를 통해서 과전류가 감지될 수 있다. 본 발명에서 언급하는 변류기는 상기 모선 회로(101)에 직렬로 접속되어 과전류를 감지할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 변류기(CT)는 관통형 규소강판이 열처리되고, 코어 외경에 절연된 에나멜 전선이 400a/0.1a 비율로 권선되어 4000 턴(Turn)이 형성됨으로써 과전류 감지 정밀도가 높을 수 있다. 그리고 상기 변류기(CT)는 구비된 저항을 병렬로 접속한 후 회로에 전원을 공급할 수 있다.
그러면 상기 전원 회로 제어부(105)는, 상기 과전류 탐지 회로(107)로부터 과전류가 감지되면, 상기 정상전원 회로(102)에서 상기 대체전원 회로(103)로 절체하여 대체전원이 상기 모선 회로(101) 상에 공급되도록 상기 회로 절체부(104)를 제어할 수 있다.
도 6의 일실시예를 보면, 본 발명의 역상 탐지 회로(108)는 역상 제동 시퀀스 회로로, 3상 교류 정상전원 또는 대체전원의 상(Phase) 회전 방향의 역전을 감지할 수 있다. 구체적으로 상기 역상 탐지 회로(108)는 R1, S1, T1에 공급된 전원 3상 440V를 R47, R48을 거쳐 감압하고, PC1, PC2, NE555 NAD GATE를 포함할 수 있다. 그러면, 다수 개의 NAD 중 최종 U7C의 출력(Out signal)은 도 6의 (a)와 같이 HIGH이거나 도 6의 (b)와 같이 LOW일 수 있다.
여기서, 상기 역상 탐지 회로(108)로부터 HIGH가 출력되면, 상기 전원 회로 제어부(105)는 해당 전원에 대해서 정 위상이 출력되는 것으로 판단할 수 있다. 반면에, 상기 역상 탐지 회로(108)로부터 LOW가 출력되면, 상기 전원 회로 제어부(105)는 해당 전원에 대해서 역 위상이 출력되는 것으로 판단할 수 있고, 상기 회로 절체부(104)에 전원 절체를 위한 제어신호를 전송할 수 있다. 그러면, 상기 회로 절체부(104)는, 상기 정상전원 회로(102)에서 상기 대체전원 회로(103)로 절체할 수 있다.
상기 모선 회로(101)에 역상이 발생하게 되면 상기 모선 회로(101)에 연결된 전동기 등의 부하가 역회전되고 이에 따라 큰 사고가 발생할 수 있다. 이에, 본 발명은 상기 역상 탐지 회로(108)를 통해서 신속하게 역상여부를 감지하여 상기 모선 회로(101)에 연결된 전동기 등의 부하를 보호할 수 있는 현저한 효과가 있다.
다음으로, 상기 전원 회로 제어부(105)는, 시험 스위치(112), 수동/자동 선택 스위치(113) 및 수동 시 정상전원/대체전원 선택 스위치(114)와 각각 연결되어 ON/OFF 신호를 제공받을 수 있고, 각 스위치의 ON/OFF 신호에 따라 정상전원이 교체전원으로 전환되는지 확인하는 시험 모드, 정상전원 또는 대체전원이 상기 모선 회로(101)에 공급되는 수동 모드 및 정상전원의 수치에 기초하여 정상전원 또는 대체전원으로 자동 전환되는 자동 모드 중 하나를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
다시 말하면, 본 발명의 상기 과전류 탐지 회로 (107)와 상기 역상 탐지 회로(108)는 상기 모선 회로 (101)에 연결되어 모선의 사고를 탐지하는 회로이고, 상기 전원 회로 제어부(105)는 사고 발생 시 상기 회로 절체부(104)를 제어함으로써 모선을 보호할 수 있는 현저한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전원 회로 제어부(105)는 수동적 또는 전자적 조작으로 상태를 바꾸지 않는 한 입력 상태를 유지하는 래치 회로(109), 저전압 경계의 기준전압과 정상전원의 전압을 비교하는 저전압 비교기(110), 복귀 경계의 복귀 기준전압과 정상전원의 전압을 비교하는 복귀전압 비교기(111)를 포함할 수 있다. 따라서 상기 전원 회로 제어부(105)는 상기 모선 회로(101)에 정상전원 회로(102)가 연결되어 있는 경우 상기 저전압 비교기(110)로부터 상기 모선 회로(101) 내 정상전원의 전압에 따라 상기 회로 절체부(104)를 제어할 수 있다. 그리고 상기 전원 회로 제어부(105)는 상기 모선 회로(101)에 대체전원 회로(103)가 연결되어 있는 경우 상기 복귀전압 비교기(111)로부터 상기 정상전원 회로(102)의 정상전원 전압에 따라 상기 회로 절체부(104)를 제어할 수 있다.
(1) 시험모드
시험모드는, 앞서 언급한 것과 같이 상기 모선 회로(101) 상에 사고 발생여부와 관련 없이 정상전원이 교체전원으로 절체 되는지와, 교체전원이 정상전원으로 다시 되돌아오는지 확인하는 모드이다.
도 8의 일실시예를 보면, 상기 시험 스위치(112)가 관리자의 외력에 의하여 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되고, 동시에 수동/자동 선택 스위치(113)가 관리자의 외력에 의하여 자동 모드로 전환되면, 시험 모드가 ON 동작할 수 있다. 즉, 상기 시험 모드는 자동 모드에서 동작할 수 있다.
시험 모드에서 상기 시험 스위치(112)와 연결된 상기 게이트 드라이버 회로(106)는 전원 회로 제어부(105)에 초기 신호를 제공할 수 있다. 여기서, 상기 게이트 드라이버 회로(106)는 상기 시험 스위치(112)를 통해서 OFF 상태에서 ON 상태로 전환됨에 따라 돌입 전류가 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다.
상기 전원 회로 제어부(105)는 상기 과전류 탐지 회로(107)와 상기 역상 탐지 회로(108) 중 적어도 하나에 초기 신호를 전송할 수 있다. 그러면, 상기 과전류 탐지 회로(107)와 상기 역상 탐지 회로(108) 중 적어도 하나가 임의적으로 사고가 탐지되었다는 탐지신호를 생성할 수 있다.
그러면, 상기 회로 절체부(104)는 탐지 신호에 따라 상기 모선 회로(101)에 연결된 상기 정상전원 회로(102)를 사이리스터를 통해서 차단하고, 동시에 상기 대체전원 회로(103)를 사이리스터를 통해서 연결할 수 있다. 따라서 상기 모선 회로(101)에 대체전원이 공급될 수 있다.
한편, 상기 시험 스위치(112)는 복귀형 선택 스위치 방식임에 따라, 관리자의 외력이 제거되면 자동적으로 대체전원에서 정상전원으로 복귀되도록 할 수 있다. 따라서 본 발명의 자동 모선 전환 장치(100)는 상기 시험 모드를 통해서 본 장치의 전원 절체가 정상적으로 동작 및 회복하는지를 확인할 수 있는 효과가 있다.
(2) 수동모드
- 수동 정상전원 공급
상기 수동 모드는, 절체 되지 않고 정상전원 또는 대체전원 하나만 강제적으로 상기 모선 회로(101)에 공급되는 모드이다.
도 9의 일실시예를 보면, 상기 수동/자동 선택 스위치(113)가 관리자의 외력에 의하여 ‘수동’으로 전환되고 상기 정상전원/대체전원 선택 스위치(114)가 관리자의 외력에 의하여 ‘정상전원’으로 전환되면, 수동 신호와 정상전원 신호가 생성되며 수동 정상전원 모드가 동작할 수 있다.
수동 신호와 정상전원 신호는 각 스위치와 연결된 게이트 드라이버 회로(106)를 통해서 전원 회로 제어부(105)에 전송될 수 있다. 여기서, 상기 게이트 드라이버 회로(106)는 각 스위치를 통해서 OFF 상태에서 ON 상태로 전환됨에 따라 돌입 전류가 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다.
이때, 상기 회로 제어부(105)는 상기 과전류 탐지 회로(107) 또는 역상 탐지 회로(108)로부터 탐지 신호, 즉, 과전류 또는 역상이 탐지되었다는 신호가 전송되지 않는다면, 상기 회로 절체부(104)가 상기 대체전원 회로(103)를 차단하고, 동시에 상기 모선 회로(101)에 상기 정상전원 회로(102)를 연결한다. 즉, 상기 모선 회로(101)에 계속적으로 정상전원이 공급될 수 있도록 한다.
반면에, 과전류 또는 역상이 탐지되었다는 신호가 전송된다면, 상기 회로 절체부(104)가 상기 정상전원 회로(102)를 차단할 수 있다. 즉, 상기 모선 회로(101)에 정상전원 및 대체전원이 모두 차단될 수 있다.
따라서 본 발명의 자동 모선 전환 장치(100)는 상기 정상전원을 공급하는 수동모드를 통해서 사고가 발생하지 않은 경우에 고정적으로 상기 모선 회로(101) 상에 정상전원을 공급할 수 있는 효과가 있다. 사고가 발생하는 경우 부하에 전원이 공급되지 않지만 부하를 보호할 수 있고, 관리자가 조치를 취할 수 있도록 할 수 있다.
- 수동 대체전원 공급
앞서 언급한 것과 같이 상기 수동 모드는, 절체 되지 않고 정상전원 또는 대체전원 하나만 강제적으로 상기 모선 회로(101)에 공급되는 모드이다.
도 10의 일실시예를 보면, 상기 수동/자동 선택 스위치(113)가 관리자의 외력에 의하여 ‘수동’으로 전환되고 상기 정상전원/대체전원 선택 스위치(114)가 관리자의 외력에 의하여 ‘대체전원’으로 전환되면, 수동 신호와 대체전원 신호가 생성되며 수동 대체전원 모드가 동작할 수 있다.
수동 신호와 대체전원 신호는 각 스위치와 연결된 게이트 드라이버 회로(106)를 통해서 전원 회로 제어부(105)에 전송될 수 있다. 여기서, 상기 게이트 드라이버 회로(106)는 각 스위치를 통해서 OFF 상태에서 ON 상태로 전환됨에 따라 돌입 전류가 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다.
이때, 상기 회로 제어부(105)는 상기 과전류 탐지 회로(107) 또는 역상 탐지 회로(108)로부터 탐지 신호, 즉, 과전류 또는 역상이 탐지되었다는 신호가 전송되지 않는다면, 상기 회로 절체부(104)가 상기 모선 회로(101)에 상기 정상전원 회로(102)를 차단하고, 동시에 상기 대체전원 회로(103)를 연결한다. 즉, 상기 모선 회로(101)에 계속적으로 대체전원이 공급될 수 있도록 한다.
반면에, 과전류 또는 역상이 탐지되었다는 신호가 전송된다면, 상기 회로 절체부(104)가 상기 대체전원 회로(103)를 차단할 수 있다. 즉, 상기 모선 회로(101)에 대체전원 및 정상전원이 모두 차단될 수 있다.
따라서 본 발명의 자동 모선 전환 장치(100)는 상기 대체전원을 공급하는 수동모드를 통해서 사고가 발생하지 않은 경우에 고정적으로 상기 모선 회로(101) 상에 대체전원을 공급할 수 있는 효과가 있다. 사고가 발생하는 경우 부하에 전원이 공급되지 않지만 부하를 보호할 수 있고, 관리자가 조치를 취할 수 있도록 할 수 있다.
(3) 자동모드
자동모드는, 앞서 언급한 것과 같이 정상전원의 수치에 기초하여 정상전원 또는 대체전원으로 자동 전환되는 모드이다.
도 11의 일실시예를 보면, 상기 수동/자동 선택 스위치(113)가 관리자의 외력에 의하여 ‘자동’으로 전환되고 동시에, 상기 시험 스위치(112)가 OFF 상태이라면, 상기 수동/자동 선택 스위치(113)로부터 자동 신호가 생성되며 자동 모드가 동작할 수 있다. 상기 수동/저동 선택 스위치(113)와 연결된 상기 전원 회로 제어부(105)는 자동 신호를 획득하면, 정상전원 회로(102)에서 흐르는 정상전원의 전압을 측정할 수 있다.
우선, 상기 자동모드에서 상기 전원 회로 제어부(105)로부터 정상전원의 전압이 100%에서 60%로 감압된 전압 수치가 측정되면 상기 정상전원이 절체되어 대체전원을 자동적으로 공급할 수 있도록 한다.
도 7의 일실시예를 보면, 상기 정상전원 회로(102)는 R1, S1, T1 선에 3상 440V 정상전원이 공급되고 있는 상태이다. 그러면 3상 정상전원을 브릿지 전파정류회로(BD1-BD3)를 이용하여 3상 교류를 직류로 정류할 수 있다. 그리고 직류에 교류성분이 포함된 맥동전류일 수 있으므로 D2, D1을 거쳐 맥류 제거 회로(R1, C1, R2, C2)를 통해서 맥류가 제거될 수 있다. 그리고 맥류가 제거된 직류전압이 상기 저전압 비교기(110)에 전달될 수 있다.
이때, 맥류 제거 및 직류 정류된 정상전원의 전압은 상기 저전압 비교기(110)의 마이너스 핀(Minus Pin)에 걸릴 수 있고, 저전압 경계의 기준전압 예컨대, 305V는 플러스 핀(Plus Pin)에 걸릴 수 있다. 상기 저전압 비교기(110)는 마이너스 핀(Minus Pin)에 걸려진 정상전원의 전압이 플러핀(Plus Pin)에 걸려진 기준전압보다 낮으면 래치 회로(109)의 U2A 1번 핀(Pin 1) VCC 전압이 걸려지면 U3B 출력 4는 VCC 전압이 걸리고, U3C 10을 통해서 정상전원의 전압이 기준전압보다 낮다는 신호를 상기 전원 회로 제어부(105)에 제공할 수 있다. 그러면, 상기 전원 회로 제어부(105)는 상기 게이트 드라이버 회로(106)를 통해서 상기 회로 절체부(104)에 대체전원 공급을 위한 대체전원 신호를 제공할 수 있다. 상기 회로 절체부(104)는 사이리스터를 통해서 무접점 방식으로 상기 모선 회로(101)에 연결된 상기 정상전원 회로(102)를 상기 대체전원 회로(103)로 절체할 수 있다. 따라서 상기 자동 모드는 상기 정상전원의 전압과 기준전압의 비교를 통해서 자동적으로 회로 절체가 가능한 현저한 효과가 있다.
이후에, 상기 자동 모드에서 상기 전원 회로 제어부(105)는 정상전원 회로(102)에서 정상전원의 전압을 재측정할 수 있다. 정상전원의 전압이 60%로 감압된 전압 수치가 80%로 승압되면 상기 회로 절체부(104)로부터 상기 대체전원이 절체되어 정상전원을 자동적으로 공급할 수 있도록 한다.
도 7의 일실시예를 보면, 상기 정상전원의 전압은 상기 복귀전압 비교기(111) 내 U1B LM339의 플러스 핀(Plus Pin)에 연결될 수 있다. 그리고 복귀 기준전압은 U1B LM339의 마이너스 핀(Minus Pin)에 연결될 수 있다. 예컨대, 복귀 기준전압은 정상전압 440V의 80%인 350V일 수 있다. 상기 복귀전압 비교기(111)는 상기 정상전원의 전압이 상기 복귀 기준전압보다 높으면 래치 회로(109)의 U2C 8번 핀(Pin 8) VCC 전압이 걸려지면 U3C 10을 통해서 정상전원의 전압이 복귀 기준전압보다 높다는 신호를 상기 전원 회로 제어부(105)에 제공할 수 있다. 그러면, 상기 전원 회로 제어부(105)는 상기 게이트 드라이버 회로(106)를 통해서 상기 회로 절체부(104)에 정상전원 공급을 위한 정상전원 회복 신호를 제공할 수 있다. 상기 회로 절체부(104)는 사이리스터를 통해서 무접점 방식으로 상기 모선 회로(101)에 연결된 상기 대체전원 회로(103)를 상기 정상전원 회로(102)로 절체할 수 있다. 따라서 상기 자동 모드는 상기 정상전원의 전압과 복귀 기준전압의 비교를 통해서 자동적으로 회로 절체가 가능한 현저한 효과가 있다.
실시예들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어 기술 언어, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로코드로 구현되는 경우, 필요한 작업을 수행하는 프로그램 코드 또는 코드 세그먼트들은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되고 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
그리고 본 명세서에 설명된 주제의 양태들은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈 또는 컴포넌트와 같은 컴퓨터 실행 가능 명령어들의 일반적인 맥락에서 설명될 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈 또는 컴포넌트들은 특정 작업을 수행하거나 특정 데이터 형식을 구현하는 루틴, 프로그램, 객체, 데이터 구조를 포함한다. 본 명세서에 설명된 주제의 양태들은 통신 네트워크를 통해 링크되는 원격 처리 디바이스들에 의해 작업들이 수행되는 분산 컴퓨팅 환경들에서 실시될 수도 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈들은 메모리 저장 디바이스들을 포함하는 로컬 및 원격 컴퓨터 저장 매체에 둘 다에 위치할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 으로 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100.. 자동 모선 전환 장치
101.. 모선 회로
102.. 정상전원 회로
103.. 대체전원 회로
104.. 회로 절체부
105.. 전원 회로 제어부
106.. 게이트 드라이버 회로
107.. 과전류 탐지 회로
108.. 역상 탐지 회로
109.. 래치 회로
110.. 저전압 비교기
111.. 복귀전압 비교기
112.. 시험 스위치
113.. 수동/자동 선택 스위치
114.. 정상전원/대체전원 선택 스위치
115.. 하우징
116.. 냉각팬
117.. 온도 센서
118.. 냉각팬 제어부

Claims (5)

  1. 모선 회로;
    상기 모선 회로에 정상전원을 공급하는 정상전원 회로;
    상기 모선 회로에 대체전원을 공급하는 대체전원 회로;
    반도체 정류 소자인 사이리스터를 이용하여 무접점 방식으로 상기 정상전원 회로와 상기 대체전원 회로를 절체하는 회로 절체부;
    상기 모선 회로와 상기 정상전원 회로 중 적어도 하나에 흐르는 전압에 따라 상기 회로 절체부를 제어하는 전원 회로 제어부;
    돌입 전류를 방지할 수 있도록 광커플러(Photocoupler)를 이용하여 상기 사이리스터의 게이트(Gate) 전압의 위상각을 0도로 투입하는 게이트 드라이버 회로;
    변류기를 구비하고, 상기 모선 회로상에서 과전류를 감지하는 과전류 탐지 회로; 및
    상기 정상전원의 위상의 역상여부를 감지하는 역상 탐지 회로;를 포함하고,
    상기 전원 회로 제어부는,
    상기 정상전원 회로로부터 공급되는 3상 교류의 정상전원을 직류로 정류하는 브릿지 전파정류 회로;
    직류의 정상전원에서 교류 성분이 포함된 맥동전류를 제거하는 맥류 제거 회로;
    맥동전류가 제거된 직류의 정상전원의 전압과 저전압 경계의 기준전압을 비교하는 저전압 비교기;
    맥동전류가 제거된 직류의 정상전원의 전압과 복귀 경계의 복귀 기준전압을 비교하는 복귀전압 비교기; 및
    수동적 또는 전자적 조작으로 상태를 바꾸지 않는 한 상기 저전압 비교기 또는 복귀전압 비교기로부터 입력된 입력 상태를 유지하는 래치(Latch) 회로;를 포함하고,
    상기 전원 회로 제어부는,
    시험 스위치, 수동/자동 선택 스위치 및 수동 시 정상전원/대체전원 선택 스위치와 각각 연결되어 ON/OFF 신호를 제공받고,
    각 스위치의 ON/OFF 신호에 따라 정상전원이 대체전원으로 전환되는지 확인하는 시험 모드, 정상전원 또는 대체전원이 상기 모선 회로에 공급되는 수동 모드 및 정상전원의 전압에 기초하여 정상전원 또는 대체전원으로 자동 전환되는 자동 모드 중 하나를 동작시키고,
    상기 시험 모드는,
    상기 시험 스위치가 관리자의 외력에 의하여 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되고, 동시에 상기 수동/자동 선택 스위치가 관리자의 외력에 의하여 자동 모드로 전환되면 동작되고,
    상기 시험 스위치와 연결된 상기 게이트 드라이버 회로가 상기 전원 회로 제어부에 초기 신호를 제공하고, 상기 전원 회로 제어부가 상기 과전류 탐지 회로와 상기 역상 탐지 회로 중 적어도 하나에 상기 초기 신호를 전송하고, 상기 과전류 탐지 회로와 상기 역상 탐지 회로 중 적어도 하나가 임의적으로 사고가 탐지되었다는 탐지신호를 생성하고,
    상기 회로 절체부가 상기 탐지신호에 따라 상기 모선 회로에 연결된 상기 정상전원 회로를 상기 대체전원 회로로 절체함으로써 대체전원을 공급하고,
    상기 수동 모드는,
    상기 수동/자동 선택 스위치가 관리자의 외력에 의하여 ‘수동’으로 전환되고, 동시에 상기 정상전원/대체전원 선택 스위치가 관리자의 외력에 의하여 ‘정상전원’으로 전환되면 수동 정상전원 모드가 동작되고,
    각 스위치와 연결된 게이트 드라이버 회로가 상기 전원 회로 제어부에 수동 신호와 정상전원 신호를 제공함으로써, 상기 모선 회로에 정상전원 회로가 연결되고,
    상기 과전류 탐지 회로와 상기 역상 탐지 회로 중 적어도 하나로부터 과전류 또는 역상이 탐지된다는 신호가 상기 전원 회로 제어부에 전송되면, 상기 회로 절체부를 통해서 정상전원 및 대체전원이 모두 차단되고,
    상기 수동/자동 선택 스위치가 관리자의 외력에 의하여 ‘수동’으로 전환되고, 동시에 상기 정상전원/대체전원 선택 스위치가 관리자의 외력에 의하여 ‘대체전원’으로 전환되면 수동 대체전원 모드가 동작되고,
    각 스위치와 연결된 게이트 드라이버 회로가 상기 전원 회로 제어부에 수동 신호와 대체전원 신호를 제공함으로써, 상기 모선 회로에 대체전원 회로가 연결되고,
    상기 과전류 탐지 회로와 상기 역상 탐지 회로 중 적어도 하나로부터 과전류 또는 역상이 탐지된다는 신호가 상기 전원 회로 제어부에 전송되면, 상기 회로 절체부를 통해서 정상전원 및 대체전원이 모두 차단되고,
    상기 자동 모드는,
    상기 브릿지 전파정류 회로가 상기 정상전원 회로로부터 공급된 3상 교류의 정상전원을 직류로 정류하고, 상기 맥류 제거 회로가 직류의 정상전원에서 교류 성분이 포함된 맥동전류를 제거하고,
    상기 저전압 비교기가 맥동전류가 제거된 직류의 정상전원의 전압이 저전압 경계의 기준전압보다 낮으면, 상기 래치 회로를 통해서 정상전원의 전압이 기준전압보다 낮다는 신호를 제공함으로써 상기 회로 절체부가 무접점 방식으로 상기 모선 회로에 연결된 상기 정상전원 회로를 상기 대체전원 회로로 절체하고,
    상기 복귀전압 비교기가 맥동전류가 제거된 직류의 정상전원의 전압이 복귀 경계의 복귀 기준전압보다 높으면, 상기 래치 회로를 통해서 정상전원의 전압이 복귀 기준전압보다 높다는 신호를 제공함으로써 상기 회로 절체부가 무접점 방식으로 상기 모선 회로에 연결된 상기 대체전원 회로를 상기 정상전원 회로로 절체하는 것을 특징으로 하는 자동 모선 전환 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    회로를 보호하는 하우징;
    상기 하우징 내부에 구비되어 팬(Fan)을 이용하여 열을 제거하는 냉각팬;
    상기 하우징 내부에 구비되어 주변의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
    상기 온도 센서로부터 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬의 세기를 제어하는 냉각팬 제어부;를 포함함으로써,
    고온에 의한 상기 사이리스터의 전류 제한을 방지하는 것을 특징으로 하는 자동 모선 전환 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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