KR20010062103A - 전력제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도형 모우터의 교류전력을 절감하는 자동제어장치로서 입력 변화에 따른 출력 변화율을 사용자에 의하여 설정된 설정치와 비교하고 그 차이만큼 출력구동부의 위상각을 제어하여 항상 설정된 효율의 전력을 유지시켜 줄 수 있게 한 전력제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것으로, 입력단자에 인가되는 전력에 대하여 그 주파수를 감지하기 위하여 제로 크로싱 방식을 사용하여 감지하는 주기 검출수단과, 입력단자에 인가되는 전력에 대하여 전력량을 감지하기 위하여 모우터 구동시 흐르는 전력량을 광량을 사용하여 감지하는 전력량 감지수단과, 모우터로 출력되는 전력에 대하여 모우터의 기종에 따라 설정된 효율을 선택할수 있게 구성된 효율 설정수단과, 상기 주기검출수단 및 전력량 감지수단의 값을 비교연산 하고, 상기 효율 설정수단의 값을 비교연산하는 마이콤 유니트와, 상기 마이콤 유니트의 출력을 받아 SCR 구동부들의 게이트의 도통각을 제어하는 게이트 트리거수단으로 구성된 것이다.

Description

전력제어장치 및 그 제어방법{A power control device and a control method thereof}

본 발명은 가정 및 산업용으로 사용할 수 있는 전력제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 가정용 또는 산업용으로 사용되는 유도형 모우터에 공급되는 전력을 효율적으로 제어하여 불필요하게 전력이 소비되는 것을 방지할 수 있는 전력제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

전력산업은 전력을 생성하는 발전(發電)과 전력을 사용하는 수요로 구성되는데 일반적으로 발전은 수요에 부응하여 이루어지고 있다. 한편, 전력수요는 가정의 전등과 가전기기를 사용하는 가정용 수요와 제품생산을 위한 원동력 및 열로서 공장가동에 사용되는 공장가동용 수요로 대별할 수 있다. 이러한 전력은 국가의 경제발전과 국민의 복지생활에 필수 불가결한 것이라 할 수 있으며, 따라서, 전력수요량은 국민생활수준과 국가경제의 지표로도 볼 수 있다.

그러나, 이와 같이 국민경제의 성장과 밀접한 관계를 갖고 있으며, 또한 경제발전에 따라 증대하는 전력수요를 충당하기 위해서는 천문학적 숫자의 자금이 요구되는 발전시설을 계속적으로 설비하여야 하는 문제점이 있다.

따라서, 이와 같이 많은 자금이 소요되는 발전설비를 하지 않고도 전력수급문제를 해결하려면 소비전력을 줄이는 절전시설이 절실하게 요구된다고 하겠다.

특히 전력수요의 80%를 차지하는 산업체에서는 대부분 상용전원을 사용하는 유도형 모우터를 사용하고 있으며, 80%를 차지하는 산업용 전력수요를 절약하기 위하여 각 산업체에서 절전설비를 이용하는 것이 바람직하다.

그러나 일반적인 전원공급장치는 대개 부하측에 대한 고려가 없기 때문에 필요없는 소비전력이 증대되는 단점을 갖고 있다.

또한 역율을 개선하기 위하여 부하의 유도 리액턴스의 성분을 콘덴서의 용량 리액턴스로 서로 상쇄되게 하여 임피던스 성분을 제거하여 역율을 개선하는 방식이 알려져 있으며, 출원인도 이와 같은 방식을 사용하여 후단의 모우터의 리액턴스 성분을 자동으로 감소시킬수 있는 방법을 제안한 바 있었다(대한민국 특허 1995년제 3870호).

그러나 이와 같은 방식보다 더욱 효율을 높이기 위해서는 유도형 모우터에 대한 고찰과 그 동작원리를 보다 더 상세히 살펴볼 필요가 있다.

유도형 모우터의 경우에는 공급되는 전력에 의하여 모우터 고정자의 자속밀도를 변화시키고 회전자가 그 자장에 의하여 회전하는 방식을 사용하고 있고, 초기에 고정자가 자화되기 위하여 높은 고전력이 필요하지만, 일단 회전자가 회전하고 있는 동안(운동에너지로 변환상태)에는 적은 전력으로도 모우터의 회전을 유지할 수가 있다. 이때 효율만 고려하여 전력을 다운시키는 경우에는 부하 변동이 생기므로 바람직하지 않다.

따라서 초기에는 고전력이 그대로 인가되게 한 후 모우터가 구동되면, 부하의 변동을 미치지 아니하는 범위에서 다운된 전력을 공급하는 경우에 보다 고효율로 모우터를 동작시킬 수가 있다.

이는 기존의 유도형 모우터의 경우에 항상 고전력의 전원이 인가되기 때문에 모우터의 구동 후에는 불필요한 소비전력을 열로 발산시키기 때문에 소비전력이 증대되는 점을 보아도 알 수 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유도형 모우터의 교류전력을 절감하는 자동제어장치로서 입력 변화에 따른 출력 변화율을 모우터의 각각에 대하여 설정된 전력값과 비교하여 그 차이만큼 출력구동부의 위상각을 제어하여 항상 설정된 효율의 전력을 유지시켜 줄 수 있게 한 전력제어장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 전력제어장치와 모우터에 인가되는 전력이 서로 전기적으로 절연상태가 유지되게 하여 누전 및 고장에 의하여 후단의 모우터에 미치는 악영향을 제거할 수 있는 전력제어장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 전력제어장치를 소규모 및 경량화 시키기 위하여 A/D 콘버터가 내장된 마이콤 유니트를 사용하여 인가되는 전력의 주기 및 전력량을 보다 간단히 인식하여 제어할 수 있는 전력제어장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적에서 본 발명의 전력제어장치는, 입력단자에 인가되는 전력에 대하여 그 주파수를 감지하기 위하여 제로 크로싱 방식을 사용하여 감지하는 주기 검출수단과, 입력단자에 인가되는 전력에 대하여 전력량을 감지하기 위하여 모우터 구동시 흐르는 전력량을 광량으로 감지하는 전력량 감지수단과, 모우터로 출력되는 전력에 대하여 모우터의 기종에 따라 설정된 효율을 선택할수 있게 구성된 효율 설정수단과, 상기 주기검출수단 및 전력량 감지수단의 값을 비교연산 하고, 상기 효율 설정수단의 값을 비교연산하는 마이콤 유니트와, 상기 마이콤 유니트의 출력을 받아 SCR 구동부들의 게이트의 도통각을 제어하는 게이트 트리거수단으로 구성시켜 달성할 수 있다.

이 때 SCR 구동부들을 제어하는 게이트 트리거 수단에는 광제어수단인 포토 트라이악을 사용하고, 입력단자로 인가되는 전력량을 감지하는 전력량 감지수단에는 광제어수단인 포토 트랜지스터를 사용하여 전기적으로 서로 절연되게 구성하고, 상기 효율설정수단은 다수개의 딥스위치로 구성되어 유도형 모우터에 고정된 전력효율을 선택하는 딥스위치 설정부와, 사용자가 전력효율을 조절하는 볼륨조정부로 구성할 수 있다.

또한 본 발명의 전력제어방법은 인가되는 전력의 주파수를 감지하기 위하여 제로 크로싱 방식을 사용하여 주기를 감지하는 주기 읽기단계와, 인가되는 전력량을 감지하기 위하여 모우터 구동시 흐르는 전력량을 광센서를 사용하여 감지하는 전력량 읽기단계와, 원하는 전력효율로 설정된 값을 읽어 들이는 단계와, 상기 주기 읽기단계 및 전력량 읽기단계의 값과, 설정된 전력 효율값을 비교 연산하는 비교 연산단계와, 상기 비교 연산단계에서 얻어진 값에 따라 후단의 출력을 제어하는단계를 포함한다.

도 1 은 본 발명의 전력제어장치의 블록 다이어그램,

도 2 는 본 발명의 전력제어장치의 일실시예의 상세실시회로도,

도 3 는 본 발명의 전력제어장치의 마이콤 유니트의 동작상태를 나타낸 플로우챠트,

도 4 는 본 발명의 전력제어장치의 주요부분의 구동상태를 나타내는 파형도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 입력측 2 : 출력측

3 : 딥스위치조정부 4 : 볼륨조정부

5 : 전원강하부 6 : 온/오프스위치

7 : 정전원공급부 8 : 주기검출부

9, 19, 29 : 게이트 트리거부 10 : 마이콤 유니트

11, 12, 13 : 전력량 감지부 15, 16, 17 : SCR 구동부

L1, L2, L3 : 입력단자 M1, M2, M3 : 출력단자

C1, C2, C3, ...: 콘덴서 R1, R2, R3, ... : 저항

DS1, DS2 : 딥스위치 VR1, VR2 : 가변저항

D1, D2, D3, ... : 다이오드 PTR1 : 포토 트라이악

PT1 : 포토 트랜지스터 LED : 발광다이오드

ZD1 ; 제너다이오드

본 발명의 기본원리는 3상으로 인가되는 전력량을 파악하고, 부하로 걸리는 유도형 모우터의 기종에 따라 최대의 효율을 낼 수 있는 값을 비교 연산하여 마이콤 유니트에서 각 기종에 따라 최대효율의 전력으로써 모우터를 구동할 수 있게 하는 것이다.

물론 초기에 고정자의 자속밀도가 증가되는 시기에는 인가되는 전력이 그대로 공급되게 구성하고 자화된 상태에서 회전자가 회동한 후 그 잉여전력을 제거할 수 있게 하여 불필요한 전력이 열로 소모되는 것을 방지하여 전력효율을 높일 수 있다.

유도형 모우터의 기동후 부하의 변동을 주지 아니하는 범위에서 최대효율을 낼 수 있는 값은 각각의 모우터에 따라 상이하므로 실험치로서 구하여 딥스위치로 설정할 수 있게 하여 사용자가 원하는 효율을 선택할 수 있게 한다.

그리고 입력단자로 인가되는 3상전력의 값을 알기 위하여 공급되는 전력의 주기(또는 주파수)와 그 전력량을 알아야만 상기 설정된 최대효율과 비교하여 출력전력을 제어할 수 있다.

본 발명에서는 인가되는 전력의 주파수를 감지하기 위하여 제로 크로싱 방식을 사용하여 주기(또는 주파수)를 감지한다 (주기 읽기단계).

또한 인가되는 전력량을 감지하기 위하여 모우터 구동시 흐르는 전력량을 광센서를 사용하여 감지한다(전력량 읽기단계).

그리고 상술한 딥스위치로 원하는 효율이 설정된 값을 알아야 한다 (설정된 효율값 셋팅단계).

여기서 3상전력의 주파수는 거의 일정한 주파수대로 인가되므로 주기(또는 주파수) 감지수단은 1개로 구성시킬 수가 있으나, 3상의 공급전력은 각상마다의 공급량을 알기 위하여 각각 광센서(예를 들어, 포토 트랜지스터)를 사용하여 별도로 읽어 들인 후 연산하여 그 값을 알아낸다.

그 후 마이콤 유니트에서 상기 주기 읽기단계 및 전력량 읽기단계의 값과, 효율이 설정된 값을 비교 연산하는 동작을 수행하여 (비교연산단계) 후단의 제어출력을 조절하며, 상기 비교 연산된 값에 의하여 SCR 구동부의 SCR 게이트의 위상각을 제어하여 모우터에 인가되는 전력의 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

특히 전력량 읽기단계와, 마이콤 유니트의 출력을 광센서를 사용하여 본 발명의 전력제어장치와 모우터 사이에 전기적으로 절연이 되도록 하여 서로의 영향이 배제되게 한 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같은 전력 제어방법을 사용하는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

단상 3상식 교류입력 전원(AC)은 기본적으로 각각의 입력단자(L1-L3)에 인가되고, 출력단자(M1-M3)로 이 교류전원이 출력되어 후단에 연결되는 모우터에 구동전원으로 공급한다.

본 발명의 전력제어장치는 상기 입력단자(L1-L3)와 출력단자(M1-M3)사이에 병렬로 구성되는 것으로 이를 도 1에 의하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 전력제어장치의 블록 다이어 그램으로서 상기 입력단자(L1-L3)는 입력측(1)에 설치되고, 상기 출력단자(M1-M3)는 출력측(2)에 설치된다.

이 입력측(1)에 인가되는 전원은 전원강하부(5)를 통하여 온/오프 스위치(6)에 인가되며, 온/오프스위치(6)에서는 일측으로 정전원공급부(7)로 인가되며, 동시에 타측으로, 게이트 트리거수단으로 사용되는, 게이트 트리거부(9)에 공급된다. 여기서 게이트 트리거부(9)를 1개로 도시하고 있으나, 이는 도 2와 같이 게이트 트리거부(19,29)를 더 포함하고 있음을 인식하여야 한다.

상기 온/오프스위치(6)는 본 발명의 전력제어장치를 구동시키기 위한 스위치로서 온상태가 되면 상기와 같이 전원을 공급하고 오프상태가 되면 전원을 차단시켜 전력제어장치의 구동을 중지시킨다.

이와 같이 온/오프스위치(6)를 오프시켜 전력제어장치에 인가되는 전원을 차단하여도 입력측(1)에 3상전원이 인가되고, 출력측(2)에 모우터가 연결되어 있는 상태에서는 전력량 감지부(11,12,13)(전력량 감지수단으로 사용됨) 및 SCR 구동부(15,16,17)을 통하여 직접 인가되는 전원에 의하여 모우터가 구동하게 되고, 이때에는 일반적인 전원회로와 동일한 효율로서 동작된다. 이러한 동작상태가 상세회로도를 참고하여 설명된다.

정전원 공급부(7)의 전원은 마이콤 유니트(10)에 일정한 정전원을 공급하여 마이콤 유니트(10)의 동작전원의 역할을 한다.

마이콤 유니트(10)의 정상 가동 시에는 입력측(1)을 통하여 인가되는 주기검출부(8)의 신호와 전력량 감지부(11,12,13)를 통하여 인가되는 신호를 감지하여 입력측(1)의 3상전력량을 감지하고, 이 입력측에서 인가되는 신호와, 딥스위치 조정부(3)를 통하여 인가되는 설정값을 비교하여 게이트 트리거부(9)의 출력을 제어한다. 딥스위치 조정부(3)에는 다수개의 딥스위치가 내장되어 각각의 딥스위치의 전환상태에 따라 전력 효율(90%, 80%, 70% 등)을 설정하도록 되어 있다.

또한 볼륨조정부(4)는 딥스위치 조정부(3)의 설정된 값을 사용하지 않고, 사용자가 임의로 조절할 때 사용한다. 본 발명에서 상기 딥스위치 조정부(3)와 볼륨조정부(4)는 효율설정수단으로 사용된다.

이와 같이 본 발명의 전력제어장치는 딥스위치 조정부(3)나 볼륨조정부(4)에 의하여 설정된 값과 입력측의 3상전원의 주기 및 전력량을 마이콤 유니트(10)에서 감지하고 2개의 값을 비교하여 게이트 트리거부(9)를 구동시켜 SCR 구동부(15,16,17)의 도통각을 제어하여 출력측(2)의 출력전원을 제어하여 모우터에 인가되는 전력량을 조절할 수 있게 한 것이다.

여기서 발광다이오드(LED1)는 전력제어장치의 정상구동 및 이상여부를 나타낸다.

이를 도 2의 회로에 의하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 전력제어장치를 상세히 나타낸 실시회로도이다.

상술한 바와 같이 입력단자 (L1-L3)는 3상 교류전원이 인가되는 입력측 단자이고, 출력단자 (M1-M3)는 모우터가 연결되는 출력측 단자이다.

이 입력측과 출력측의 사이에는 SCR 구동부(15-17)가 연결되어 있고, 각각의SCR 구동부(15-17)는 서로 동일한 구성을 하고 있다.

즉, SCR 구동부(15)는 전력공급용 SCR(SCR1, SCR2), 저항(R12,R13) 및, 다이오드(D1,D2) 등으로 구성되어 있으며, SCR의 게이트에 인가되는 게이트 신호에 따라 전력전원을 공급하도록 되어 있는 것으로 저항(R12,R13)은 전압분배용이고, 다이오드(D1,D2)는 일방향 패스용이다.

또한 입력단자(L1)에 연결된 전원강하부(5)는 제너다이오드(ZD1), 다이오드(D11, D12), 저항(R13) 및 콘덴서(C7, C8)로 구성하여 전압을 강하하는 것으로 제너다이오드(ZD1)로 일정전압 이상은 인가되지 않게 하고, 다이오드(D11, D12)로 양파 정류하고, 콘덴서로 평활된 직류전원을 온/오프 스위치부(6)에 인가되게 구성되어 있다. 그리고 이 온/오프 스위치부(6)를 통하여 상기 직류전원이 각각 정전원공급부(7) 및 게이트 트리거부(9, 19, 29)에 인가되도록 구성되어 있다.

정전원 공급부(7)는 IC칩으로 구성되어 일정한 정전원(+5V)을 마이콤 유니트(10)에 공급전원으로 인가하고, 온/오프 스위치(6)를 통하여 직접 공급되는 전원은 게이트 트리거부(9, 19, 29)에 구동전원으로 인가되게 구성되어 있다.

이 게이트 트리거부(9)는 SCR 구동부(15)의 출력을 제어 하는 것으로 저항 (R24, R25) 및 포토 트라이악(PTR1)으로 구성되어 마이콤 유니트(10)의 출력에 따라 포토 트라이악(PTR1)를 통하여 SCR 게이트의 도통각을 제어하도록 구성되어 있다.

결국 이 포토 트라이악(PTR1)은 발광부 및 수광부로 구성하여 광량에 의하여 트락이악을 통하여 흐르는 전류량이 제어되는 것으로 전기적으로 SCR 구동부와 서로 절연되어 고전류에 의한 영향이 배제되도록 구성되어 있다.

도시하지 아니한 게이트 트리거부(19, 29)도 게이트 트리거부(9)와 동일한 구성을 갖고 있어 게이트 트리거부(9, 19, 29)에서 각각의 SCR 구동부 (15, 16, 17)의 도통각을 제어하게 된다.

마이콤 유니트(10)는 도 3과 같은 플로우에 의하여 순차적으로 구동하며, 입력포트로는 주기검출부(8) 및 전력량 감지부(11,12,13)의 출력을 감지하도록 구성되어 있다.

여기서 전력량 감지부(11, 12, 13)는 3상 전류을 감지하기 위하여 단상수 만큼 설치되어 있으나, 대개 주파수의 주기는 각상이 거의 일정한 주파수로 공급되므로 1개로 구성하여 감지하여도 충분하다.

주기검출부(8)는 전압강하용 저항(R20, R21), 다이오드(D21, D22) 및 전압분배용 저항(R7, R8)으로 구성되고, 상기 다이오드(D21, D22)에 의하여 각각 제로 크로싱 점을 검출하여 주기를 알 수 있게 구성되어 있다.

또한 전력량 감지부(11)는 포토 트랜지스터(PT1), 저항(R14, R15) 및 다이오드(D15)로 구성되어 있는 것으로 SCR 구동부(15)가 구동시 발광부의 다이오드의 값을 수광부의 트랜지스터의 전류값으로 변환되어 마이콤 유니트(10)에 인가 되도록 구성되어 있다. 여기서 다이오드(D15)는 병렬로 연결된 바이패스용이다.

도시하지 아니한 전력량 감지부(12, 13)도 전력량 감지부(11)와 동일하게 구성되어 있다.

마이콤 유니트(10)는 A/D 콘버터가 내장되어 있어 입력포트(P4),(P6)로 입력되는 아날로그 신호를 디지탈 신호 값으로 변환시켜 인식한다.

마이콤 유니트(10)에 연결된 수정발진기(XL), 콘덴서(C1, C2)는 일반적으로 연결되는 소자로서 이 발진주파수에 따라 내부 마이콤이 동작된다.

또한 마이콤 유니트(10)에는 딥스위치조절부(3) 및 볼륨조절부(4)가 연결되어 사용자가 설정하는 셋팅값(전력효율 조절값)이 입력되게 구성한 것으로 볼륨조절부(4)는 저항(R4, R5) 및 가변저항(VR1, VR2)으로 구성되어 있고, 딥스위치 조정부(3)는 다수개의 딥스위치(도면에는 2개)가 분배저항(R1, R2)을 통하여 연결되도록 구성되어 있다.

마이콤 유니트 (10)에서는 이 딥스위치의 절환상태에 따라 2진수의 신호로 인식한다.

여기서 발광다이오드(LED)는 마이콤에서 정상상태 등을 표시하기 위한 소자이다.

따라서 초기 전력 제어장치내에 전원이 공급되면 수초간 점멸되어 전원의 투입중임을 인식시키고 있으며, 정상 구동시에는 발광다이오드(LED)가 점등되어 사용자에게 인식시키도록 되어있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 전력제어장치는 유도형 모우터의 전단에 전원이 공급되는 입력단 앞에 부착되며, 다수개의 유도형 모우터를 사용하는 경우에는 개개의 유도형 모우터의 입력단의 전단에 각각 설치된다(유도형 모우터 당 전력제어장치가 각각 설치됨).

결국 교류 3상의 입력전원은 전력공급장치를 통하여 유도형 모우터에 인가되고, 초기에는 도시하지 아니한 모우터의 전원스위치에 의하여 유도형 모우터가 구동된다.

즉, 유도형 모우터가 본 발명의 전력제어장치와 연결된 상태에서 전원 온/오프스위치(6)가 오프된 상태에서는 본 발명의 전력제어장치는 동작하지 않는 상태를 유지하나, 이상태에서도 입력단자(L1-L3)로 인가된 전원은 출력단자(M1-L3)를 통하여 유도형 모우터에 인가되므로 본 발명의 전력제어장치가 동작하지 않는 상태 즉, 전기적으로 절연된 상태를 유지하면서(포토 트라이악 PTR1의 차단상태) SCR 구동부(15,16,17)는 작동하여 출력단자로 3상 전원을 공급한다.

이 과정을 살펴보면, 입력단자(L1)에 인가된 전원은 저항(R14, R15) 및 전력량 감지부(11)의 다이오드(D15)를 통하여 SCR 구동부(15)에 인가된다. 즉, 다이오드(D15)를 통한 전류는 SCR의 애노우드 측에 인가되는 동시에 저항(R12)을 통하여 SCR의 게이트 측에 인가되므로 SCR(SCR1)이 턴온되는 동시에 이 전원이 또한 저항 (R13)을 통하여 SCR(SCR2)의 게이트에 인가되어 SCR(SCR2)를 턴온시키어 출력단자 (M1)을 통하여 전원을 모우터에 인가시킨다.

이와 동일하게 SCR 구동부(16, 17)도 전력량 감지부(12, 13)를 통하여 인가되는 전원이 공급되므로 모우터에는 3상 전원이 인가되어 회전동작을 하게 된다. 이와같이 모우터가 회전된 상태에서 즉, 고정자의 자속밀도가 증대되어 회전자가 회전하는 정상상태에서 온/오프스위치(6)를 온상태로 접속시키면, 전력제어장치가 구동하여 전력의 효율을 높일 수가 있게 된다.

이때의 전력제어장치의 동작과정을 살펴보면, 온/오프 스위치(6)가 온에 접속된 상태에서 입력단자(L1)에 인가된 전원은 전원강하부(5)에 의하여 일정한 직류전압으로 강하시킨 후 이 직류전압이 게이트 트리거부(9)에 인가되어 포토 트라이악(PTR1)이 동작할 수 있는 전원의 역할을 하게된다. 또한 이 전원강하부(5)의 직류전원은 정전원공급부(7)에 인가되어 안정된 직류전압을 마이콤 유니트(10)에 인가시켜 마이콤 유니트(10)가 정상동작을 할수 있는 상태가 된다.

마이콤 유니트의 동작은 도 3과 같은 순서로 동작을 하게된다.

즉, 도 3과 같이 전원이 인가 후 스타트 스텝(S1)에서 시스템을 초기화 시킨 후(시스템이 안정화 유지된 후) 스텝(S2)으로 진행되어 입력전원의 주기(주파수)를 읽고, 스텝(S3)에서 입력전원의 전력량을 읽어 들이고, 스텝(S4)으로 넘어가 딥스위치 읽기 모드로 진행된다.

주기읽기 스텝에서는 입력단자(L1)로 인가되는 교류전원을 주기검출부(8)의 저항(R20, R21)에 의하여 강하시킨 후 다이오드(D21, D22)로서 제로 크로싱 검출을 하여 마이콤 유니트(10)의 입력포트(P4)에 입력되는 신호를 감지한다.

이때 다이오드(D21)는 +전원을 검출하고, 다이오드(D22)는 -전원을 검출하게 되므로 도 4의 (a)와 같이 교류전원이 인가될 때 입력포트(P4)에는 도 4의 (b)와 같은 출력이 인가되어 이 출력을 마이콤 유니트(10)에서 감지하여 주기를 계산하게 된다. 또한 전력량 읽기모드에서는 모우터가 구동시 입력단자(L1)에 인가되는 전원은 전력량감지부(11)를 통하여 SCR 구동부(15)를 거쳐 모우터가 구동하게 되고, 이때 전력량감지부(11)의 저항(R14, R15)을 통하여 인가된 전원이 병렬로 다이오드(D15)를 통하여 출력하는 동시에 포토트랜지스터(PT1)의 발광부을 발광시키게 된다. 이때 수광부의 트랜지스터에서 이 발광부의 광량에 따라 흐르는 전류의 값이 변하게 되고, 이 값을 마이콤 유니트(10)의 입력포트(P6)에서 감지하여 흐르는 전류값을 감지하게 된다. 이 마이콤 유니트(10)는 A/D 콘버터가 내장된 마이콤으로 이 아날로그 값을 디지탈 값으로 인식하게 된다.

그리고 딥스위치 읽기 모드에서는 현재 여기에서는 2개의 딥스위치를 사용하고 있으나, 이는 사용상태에 따라 다수 개 사용할 수 있다. 2 개의 경우 딥스위치가 모두 오프상태인 경우에는 즉, '00'일 때 사용자 설정 모드로서 볼륨조정부(4)의 가변저항(VR1, VR2)의 값을 읽어 들이고, '01'인 경우에는 효율 90%, '10'인 경우에는 효율 80%, '11'인 경우에는 효율 70% 순으로 설정되어 있다.

이 설정된 값은 통상 많이 사용되고 있는 유도형 모우터 중에서 실험에 의하여 구한 실험치로 설정되어 있으며, 사용자가 사용하는 유도형 모우터의 종류에 따라 이를 설정하면 된다.

이와 같이 스텝 (S5)에서 딥스위치가 '00'인가 여부를 판단하여 '00'인 경우에는 스텝(S6)에서 가변저항값 읽기 모드로 진행하고, '00'이 아닌 경우에는 해당 딥스위치의 값을 읽어 들여 그 딥스위치에 해당하는 효율 모드를 마이콤 유니트(10)에서 인식하게된다.

사용자 설정모드의 경우에는 볼륨조정부(4)의 가변저항(VR1, VR2)의 저항값과, 저항(R4, R6)값으로 분배된 전압의 값이 입력포트(P1, P2)를 통하여 인가되고, 딥스위치의 설정된 값은 입력포트 (P11, P12)로 인가하게된다.

이와 같이 기변저항값 읽기스텝(S6)이나 해당 딥스위치 값 넣기스텝(S7)이 진행된 후 마이콤에서는 비교 및 연산스텝(S8)을 진행하게 된다.

즉, 이 모드에서는 3상 전력에서 인가되는 3상의 주기는 거의 일정한 주파수로 인가되므로 3상중 1상만을 가지고 인가되는 주기를 감지 할 수 있으며(예를들어 50/60Hz 또는 전력사정상 60Hz 전후의 주파수 등), 3상에 인가되는 전력량의 세기는 3개의 전력량감지부(11,12,13)에서 감지하여 연산하게 된다. 이 값과 딥스위치를 통하여 설정된 비교값을 판단하여 설정된 효율로 구동하고자 할 때에는 도 4의 (d)와 같이 게이트 트리거부(9,19,29)의 게이트에 인가되는 트리거량을 조절하므로써, 예를들면 게이트 트리거부 (9)의 저항(R24, R25)를 통하여 인가되는 포토 트라이악(PTR1)의 발광부에 흐르는 전류량을 조절하여 수광부의 트라이악에 흐르는 전류량이 제어되므로, 결국 SCR 구동부(15-17)의 출력이 조절된다.

이를 도 4에 의하여 살펴보면, 도 4의 (d)와 같은 트리거 펄스신호를 보내면 SCR 구동부(15-17)는 도 4의 (c)와 같이 빗금 친 부분의 출력을 내보내게 되고, 나머지 부분만큼은 전력량을 감소시키게 되며, 이와 같은 게이트 트리거스텝(S9)을 완료 후 다시 주기 읽기스텝(S2)으로 넘어가 반복 수행을 함으로써 인가되는 전력에 다른 주파수나, 전력량을 감지하여 원하는 효율만큼 전력량을 감소시켜 모우터에 인가시키고 모우터는 이 전력을 받아 정상적으로 동작을 기할 수가 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 입력되는 전력량과, 셋팅된 모우터의 출력값을 비교하여 SCR 구동부의 게이트 위상각을 조절하여 출력효율을 높일 수가 있는 동시에 전력제어장치와 모우터 사이에 전기적으로 절연이 되기 때문에 오동작과 고장에 의하여 부하에 미치는 영향을 제거할 수가 있다.

유도형 모우터의 경우에는 처음에는 기동전류가 100% 필요하나 계속 운전이 되면 모우터는 돌고자 하는 관성 운동에너지가 생기며 모우터 코일의 자력이 포화가 되는 현상이 발생되고 불필요한 에너지는 열로서 발산을 하게 되나, 본 발명은 처음 가동후 자속밀도가 포화되는 시점에서 필요한 전력만을 공급하여 열로서 발산되는 불필요한 에너지를 제거할 수가 있다.

즉, 공급되는 전력의 입력 변화에 따른 출력 변화율을 설정된 전력값과 비교하여 그 차이만큼 출력 구동부의 위상각을 제어하여 항상 설정된 효율의 전력을 유지시켜 줄 수 있다.

또한 본 발명의 전력제어장치와 모우터에 인가되는 전력이 서로 전기적으로 절연상태가 유지되게 하여 누전 및 고장에 의하여 후단의 모우터에 미치는 영향도 제거할 수 있다.

또한 본 발명은 A/D 콘버터가 내장된 마이콤 유니트를 사용하여 인가되는 전력의 주기 및 전력량을 보다 간단히 인식하여 제어할 수가 있어 제품의 소규모 및 경량화를 기할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 도 2의 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 이탈하지 아니하는 한 이 분야의 종사자들에 의하여 여러 가지의 변경 실시가 가능하다는 것을 알 수 있다.

즉, 주파수 주기를 파악하는 방식으로 제로크로싱 방식을 사용하고 있으나, 이는 다른 방식으로도 충분히 대체할 수가 있으며, 전력량을 감지하는 방식도 포토 트랜지스터가 다른 광센서로도 충분히 대체할 수 있다. 또한 출력측의 SCR 구동부의 경우에도 트라이악, 파워트랜지스터 등의 소자로도 충분히 대체할 수 있는 것은 물론이다.

이와 같이 본 발명은 부하측에 공급되는 전력의 위상각을 제어함으로써 역율을 개선시키고, 입력 전력의 변동이 생겨도 부하에 따라 자동적으로 안정된 전력을 공급함과 동시에 불필요한 소비전력을 감소시킬 수가 있는 것으로 국가적인 전략차원으로 볼 때 새로운 발전소의 건설보다 이와 같이 소비전력을 줄임으로써 대체효과를 얻는 것이 더욱 바람직하다.

Claims (4)

1. 입력단자에 인가되는 전력에 대하여 그 주파수를 감지하기 위하여 제로 크로싱 방식을 사용하여 감지하는 주기 검출수단과,

   입력단자에 인가되는 전력에 대하여 전력량을 감지하기 위하여 모우터 구동시 흐르는 전력량을 광량을 사용하여 감지하는 전력량 감지수단과,

   모우터로 출력되는 전력에 대하여 모우터의 기종에 따라 설정된 효율을 선택할 수 있게 구성된 효율 설정수단과,

   상기 주기검출수단 및 전력량 감지수단의 값을 비교연산 하고, 상기 효율 설정수단의 값을 비교 연산하는 마이콤 유니트와,

   상기 마이콤 유니트의 출력을 받아 SCR 구동부들의 게이트의 도통각을 제어하는 게이트 트리거수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 SCR 구동부들을 제어하는 게이트 트리거 수단에 광제어수단인 포토 트라이악을 사용하고, 입력단자로 인가되는 전력량을 감지하는 전력량 감지수단에 광제어수단인 포토 트랜지스터를 사용하여 전기적으로 절연되게 구성한 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 효율설정수단은, 다수개의 딥스위치로 구성되어 유도형 모우터에 고정된 전력효율을 선택하는 딥스위치 설정부와, 사용자가 전력효율을조절하는 볼륨조정부로 구성된 것을 특징으로 하는 전력제어장치.
4. 인가되는 전력의 주파수를 감지하기 위하여 제로 크로싱 방식을 사용하여 주파수 주기를 감지하는 주기 읽기단계와,

   인가되는 전력량을 감지하기 위하여 모우터 구동시 흐르는 전력량을 광센서를 사용하여 감지하는 전력량 읽기단계와,

   원하는 효율이 설정된 값을 읽어 들이는 단계와,

   상기 주기 읽기단계 및 전력량 읽기단계의 값과, 효율이 설정된 값을 비교 연산하는 비교연산단계와,

   상기 비교 연산된 값에 의하여 후단의 출력을 제어하는 단계를 포함하는 전력제어방법.