KR200289740Y1 - 단권변압기를 이용한 가정용 전력조절 절전 장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 제 1 및 제 2 전원입력단에 병렬 설치된 코일; 상기 코일을 따라 배열되어 입력 및 출력전압을 각각 선택하는 복수의 입력측 및 출력측 탭; 상기 입력측 탭과 출력측 탭에 각각 직렬 설치되어 특정 탭으로 선택 절환하는 제 1 및 제 2 선택스위치; 상기 제 1 및 제 2 전원입력단에 병렬 설치되어 입력전압을 절전모드로 작동시키는 제 1 절전모드스위치; 상기 제 1 절전모드스위치와 직렬 연결되어 제 1 절전모드스위치의 폐쇄시 복수의 릴레이스위치를 오프/온시키는 제 1 릴레이; 상기 제 1 전원입력단과 전원출력단 사이에 직렬 설치되어 제 1 절전모드스위치의 개방시 폐쇄되어 입력전압을 출력단으로 바이패스시키는 제 1 릴레이스위치; 상기 제 1 전원출력단과 코일 끝단에 병렬 설치되어 제 1 절전모드스위치의 개방시 도통되어 코일을 단락시키는 기능으로 작용함과 아울러 제 1 릴레이스위치의 개방시 입력측 탭의 전압강하를 순간적으로 억제하는 보호회로부; 및 상기 제 1 및 제 2 전원출력단에 병렬 설치되어 출력전원의 고조파전류를 제거하는 고조파제거부;를 구비함으로써, 절전모드로 변환할 경우 스위치절환으로 인한 순간적인 정전현상을 방지할 수 있고, 또한 출력단의 보호회로 및 고조파제거부를 통해 절전모드로 순간 절환할 경우 변압기를 통한 급격한 전압강하를 방지하고, 출력전압의 신뢰성을 높일 수 있는 가정용 전력조절 절전 장치를 제공한다.
Description
본 고안은 절전장치(節電裝置)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단권변압기를 이용하여 절전 장치를 구현하여 복권변압기에 비해 사용 코일을 줄일 수 있음과 아울러 출력단의 보호회로 및 고조파제거회로를 통해 절전모드로 순간 절환할 경우 변압기를 통한 급격한 전압강하를 방지하고, 출력 고조파의 제거와 역률을 보상하여 출력전압의 신뢰성을 높일 수 있는 단권변압기를 이용한 가정용 전력조절 절전 장치에 관한 것이다.
각 가정으로 공급되는 전압은 일반적으로 220V 또는 110V이며, 빌딩이나 사업장으로 공급되는 전압은 대략 380V이다.
상기 각 가정이나 사업장으로 공급되는 전압은 전기사업법에 따라 220V의 경우는 표준전압의 ±13V 이내인 207V∼233V를, 380V의 경우에는 표준전압의 ±26V 이내인 354V∼406V를 유지공급하도록 규정되어 있다.
상기 각 가정이나 사업장으로 공급되는 전압은 지역적으로 다소 차이가 있으며, 일반적으로 배선 도중의 전압강하를 고려하여 전압을 높여 송전(주상변압기에서 최고치 230V 기준)하기 때문에 일반적으로 인입전압이 높은 경우가 많다.
또한, 220V와 380V를 사용하는 전기기기의 경우 ±10%인 198V∼242V와, 342V∼418V의 전압범위 내에서는 사용상의 이상이 없어야 하며, 규정된 성능이 나올 수있도록 제작되었기 때문에 규정전압 범위 내에서의 기기의 정상적인 가동에는 별 문제가 없다.
이와 같은 전기사업법에서 정하는 전압공급 범위 및 전기기기의 허용전압 특성을 이용하여 각 가정으로 공급되는 전압을 부하의 최소 정격전압으로 낮추어서 공급하면 절전효과를 가질 수 있다.
이와 같은 이유로 인해 현재 방전등용 절전 장치가 다양하게 개발되어 있으며, 종래의 방전등용 절전 장치는 단권변압기를 응용한 것과 복권변압기를 응용한 것이 있는 데, 단권변압기를 응용한 형태의 것은 방전을 개시한 다음에 인가전압을 낮은 전압으로 절환시킬 때에 전기의 공급이 순간적으로 중단되고, 이때 방전등이 소등되어 재차 점등되지 않는 경우가 빈번하였기 때문에 널리 보급되지 못하였다.
이러한 단권변압기의 결점을 극복하기 위하여 복권변압기가 개발되었으며, 복권변압기를 응용한 절전장치는 인가전압을 낮은 전압으로 절환시키더라도 전기의 공급이 중단되는 일이 없기 때문에 절전장치로서의 기능은 우수하지만, 방전등을 점등시키기 위해 외부 1차전압을 통전시키기 위한 스위치 및 1차코일이 상당히 크기 때문에 절전장치의 전체 부피가 증가하고 제작원가가 상승되는 단점이 있다.
이와 같은 단권변압기 또는 복권변압기를 이용한 종래 절전장치의 구성 및 상세 설명은 후술하고자 한다.
또한, 이와 같은 절전 장치는 사용 전압마다 별도로 제조함으로써, 생산자의 입장에서는 110V용, 220V용 또는 380V용을 각각 별도로 제조하고 관리해야 하는 이중적인 생산 및 관리 부담이 있었고, 구매자의 입장에서는 외부 공급전압에 따라110V용과 220V용 등을 각각 별도로 구입해야 하는 경제적인 부담이 있었다.
따라서, 본 고안의 목적은 종래의 단권변압기의 회로를 개선하여 설계함으로써, 절전모드로 변환할 경우 스위치절환으로 인한 순간적인 정전현상을 방지할 수 있는 단권변압기를 이용한 가정용 전력조절 절전 장치를 제공하는 데 있다.
본 고안의 다른 목적은 단권변압기를 이용하여 절전 장치를 구현하여 복권변압기에 비해 사용 코일을 줄일 수 있음과 아울러 출력단의 보호회로 및 고조파제거회로를 통해 절전모드로 순간 절환할 경우 변압기를 통한 급격한 전압강하를 방지하고, 출력 고조파의 제거와 역률을 보상하여 출력전압의 신뢰성을 높일 수 있는 단권변압기를 이용한 가정용 전력조절 절전 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래기술에 의한 단권변압기를 이용한 절전장치이고,
도 2는 종래기술에 의한 복권변압기를 이용한 절전장치이고,
도 3은 본 고안에 의한 단권변압기를 이용한 절전장치를 나타낸 회로도이고,
도 4 내지 도 7은 본 고안의 일실시예에 의한 입력전압에 따른 전력조절 상태를 간략하게 도시한 예시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 전력조절 절전기 C11: 코일
S11: 제 1 선택스위치 S12: 제 2 선택스위치
S13: 제 1 절전모드스위치 Ry1: 제 1 릴레이
Ry1b1: 제 1 릴레이스위치 Ry1b2: 제 2 릴레이스위치
Ry1a: 제 3 릴레이스위치 S14: 제 2 절전모드스위치
Ry2: 제 2 릴레이 Ry2b: 제 4 릴레이스위치
Ry2a: 제 5 릴레이스위치 11: 보호회로부
15: 고조파제거부 R: 제 1 전원입력단
N: 제 2 전원입력단 Out1: 제 1 전원출력단
Out2: 제 2 전원출력단
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 기술적 수단은, 제 1 및 제 2 전원입력단에 병렬 설치되어 입력전압을 업 또는 다운시키는 단일 코일(C11); 상기 코일의 일측에 길이 방향을 따라 배열되어 제 1 전원입력단을 통해 입력되는 전압레벨을 선택하는 복수의 입력측 탭(T1∼T3); 상기 제 1 전원입력단과 입력측 탭 사이에 직렬 설치되어 제어신호에 의해 특정 탭으로 선택 절환하는 제 1 선택스위치(S11); 상기 코일의 타측에 길이 방향을 따라 배열되어 입력측 탭 및 코일을 통해 출력된 전압을 업 또는 다운시켜 출력하는 복수의 출력측 탭(T4∼T6); 상기 출력측 탭과제 1 전원출력단 사이에 직렬 설치되어 제어신호에 의해 특정 탭으로 선택 절환하는 제 2 선택스위치(S12); 상기 코일의 전단인 제 1 및 제 2 전원입력단에 병렬 설치되어 제어신호에 따라 개폐되어 입력전압을 절전모드로 작동시키는 제 1 절전모드스위치(S13); 상기 제 1 절전모드스위치와 직렬 연결되어 제 1 절전모드스위치의 폐쇄시 복수의 릴레이스위치를 오프 또는 온시키는 제 1 릴레이(Ry1); 상기 제 1 전원입력단과 제 1 전원출력단 사이에 직렬 설치되어 제 1 절전모드스위치의 개방시 폐쇄되어 입력전압을 출력단으로 바이패스시키는 제 1 릴레이스위치(Ry1b1); 상기 제 1 릴레이와 병렬 연결되어 제어신호에 따라 개폐되어 입력전압을 절전모드로 작동시키는 제 2 절전모드스위치(S14); 상기 제 2 절전모드스위치와 직렬 연결되어 제 2 절전모드스위치의 도통시 복수의 릴레이스위치를 오프 또는 온시키는 제 2 릴레이(Ry2); 상기 제 1 전원출력단과 코일 끝단에 병렬 설치되어 제 1 절전모드스위치의 개방시 도통되어 코일을 단락시키는 기능으로 작용함과 아울러 제 1 릴레이스위치의 개방시 입력측 탭의 전압강하를 순간적으로 억제하는 보호회로부(11); 및 상기 제 1 및 제 2 전원출력단에 병렬 설치되어 출력전원의 고조파전류를 제거함과 아울러 역률을 보상하는 고조파제거부(15);를 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안을 보다 상세하게 살펴보고자 하며, 이에 앞서 본 고안의 이해를 돕기 위하여 종래의 절전 장치를 먼저 설명한다.
도 1은 종래기술에 의한 단권변압기를 이용한 절전장치로, 도시된 바와 같이 절전장치는, 1개의 코일(C)을 가지고 있고, 그 코일(C)의 길이방향을 따라서 다수의 탭(T1, T2, T3, T4)이 설치되어 있다.
회로내에는 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)가 설치되어 있고, 제 2 스위치(S2)는 미리 결정된 어느 하나의 탭(도시된 예에 있어서는 탭(T3))에 연결되어 있다. 한쌍의 단자(P1, P2)는 점선으로 도시된 바와 같이 외부 전원(E)에 연결되고, 다른 한쌍의 단자(P3, P4)는 부하(L)에 연결된다. 그리고, 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)는 각각의 타이머(도시하지 않았음)에 연결되어 있다.
이와 같이 구성된 절전장치에 있어서 부하(방전등일 경우)를 작동하려고 하는 최초의 단계에서는 제 1 스위치(S1)가 닫혀져 있고 제 2 스위치(S2)는 열려있다. 따라서, 외부로부터 전원이 인가되면, 폐쇄된 제 1 스위치(S1)를 포함하는 회로를 통하여 부하(L)가 동작하게 된다. 부하(L)가 작동되면, 각각의 타이머(도시하지 않았음)의 작동에 의해 제 1 스위치(S1)가 개방되고 제 2 스위치(S2)는 닫혀진다.
여기에서 코일(C)은 단권변압기로서 기능을 하기 때문에 제 1 스위치(S1)가 개방되고 제 2 스위치(S2)가 닫혀지게 되면, 단권변압기(C)를 통과한 이후의 2차전압은 1차전압(외부로부터 인가된 전압)에 비하여 전압이 낮아지게 된다. 2차전압은 코일(C)에 설치된 다수의 탭(T1, T2, T3, T4) 중에서 제 2 스위치(S2)가 어떤 탭에 연결되는가에 따라 전압의 크기가 달라진다.
그러나, 이러한 절전장치에서 만약에 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)가 동시에 닫혀지게 된다면 코일(C)을 포함하는 가지회로가 단락되어서 절전장치가 소손되기 때문에, 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)의 개폐를 절환할 때에는 항상 제 1 스위치(S1)를 먼저 개방한 후에 제 2 스위치(S2)를 닫아주지 않으면 안된다.
따라서, 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)의 개폐를 절환할 때에 순간적으로 전기의 공급이 중단되고, 이때 방전등이 소등되어서 재차 점등되지 않는 경우가 빈번하였을 뿐만 아니라 탭을 선택하기 위한 스위치들은 부하용량에 상응하는 큰 전류를 도통시켜야 하는 대전류용이므로, 그 접점이 개폐되는 순간에 발생되는 스파크와 서지 전압이 발생하여 부하에 영향을 미칠 수 있으며, 특히 인화성 물질을 취급하는 곳에서는 그 스파크로 인한 화재의 위험도 배제할 수 없는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이 복권변압기를 응용한 절전장치가 개발되었으며, 이와 같은 절전장치는, 권취방향이 상이한 한쌍의 코일(C1, C2)이 있고, 그 중간에는 절연체(INS)가 위치하고 있는 데, 이들 한쌍의 코일(C1, C2)은 감극성(減極性)을 가진 복권변압기로서의 역할을 수행하게 되며, 코일(C1, C2)에는 유도전압이 발생된다. 회로내에는 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)가 있고, 2차코일(C2)에는 다수의 탭(T1, T2, T3, T4)이 설치되어 있는데, 제 2 스위치(S2)가 어느 탭에 연결되는가에 따라 유도전압의 크기가 달라진다.
따라서, 부하(방전등일 경우)를 동작시키려고 하는 최초의 단계에서는 제 1 스위치(S1)가 닫혀있고 제 2 스위치(S2)는 개방되어 있는 데, 이때 외부로부터 인가된 1차전압에 의해 부하(L)가 작동되면 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)와 연결된 타이머에 의해 제 2 스위치(S2)가 다수의 탭(T1, T2, T3, T4) 중에서 어느 하나의 탭과 연결되고 제 1 스위치(S1)는 개방된다. 그 후, 코일(C1, C2)에서 유도된 유도전압을 부하(L)로 전달하여 지속적인 점등을 유지하게 되는 것이다. 코일(C1, C2)에서 유도된 유도전압은 1차전압보다 낮으므로, 절전효과를 얻을 수 있다.
이와 같은 절전장치에서는 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)가 동시에 닫혀지더라도 회로가 단락되지 않기 때문에 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)의 개폐를 절환할 때에 전기의 공급이 중단되는 문제점을 해결할 수 있지만, 부하(L)를 작동시키기 위해 외부 1차전압을 통전시키는 제 1 스위치(S1)가 상당히 크게 될 수밖에 없다는 문제점이 있다. 즉, 제 1 스위치(S1)는 주로 마그네틱스위치(Magnetic switch)로 제작되는데 그 부피가 크기 때문에 절전장치의 전체 크기가 크게 될 뿐만 아니라, 절전장치의 제작단가가 상승하는 요인이 되고 있다.
이와 같은 종래의 도 1 및 도 2의 문제점을 극복하기 위하여 본 고안은 도 3과 같은 가정용 절전장치를 제안한다.
상기 종래기술에 의한 절전 장치와 본 고안에 의한 절전 장치는 동작 과정이 다소 다른 데, 즉 종래기술에 의한 절전 장치는 부하가 방전등에 관한 것으로 부하구동 초기시와 부하구동 이후에 타이머에 의해 제 1 스위치(S1)와 제 2 스위치(S2)의 개폐가 결정되는 것이지만, 본 고안에 의한 절전 장치는 가정용으로 사용자가 적절하게 미리 스위치를 세팅하는 것이며, 물론 전력사용 시간대와 계절에 따라 타이머에 의한 스위치 제어 및 제어부에 의한 스위치제어도 가능하다.
본 고안에 의한 절전 장치는, 도 3에서 보는 바와 같이 회로적으로는 도 1의 단권변압기에 제 1 릴레이(Ry1), 제 2 릴레이(Ry2), 복수의 스위치(S11, S12, S13, S14), 보호회로(11) 및 고조파제거회로(15)를 부가하여 개선한 것이다.
도 3은 본 고안에 의한 절전장치를 나타낸 것이고, 도 4 내지 도 7은 본 고안의 일실시예에 의한 절전장치의 동작 상태를 설명하기 위해 나타낸 것이다.
도 3에 의한 절전 장치(10)는, 제 1 및 제 2 전원입력단(R, N)에 병렬 설치되어 입력전압을 업 또는 다운시키는 코일(C11)과, 상기 코일(C11)의 일측에 길이 방향을 따라 배열되어 제 1 전원입력단(R)을 통해 입력되는 전압레벨을 선택하는 복수의 입력측 탭(T1∼T3)과, 상기 제 1 전원입력단(R)과 입력측 탭(T1∼T3) 사이에 직렬 설치되어 타이머 또는 제어신호(미 도시함)에 의해 특정 탭(T1∼T3)으로 선택 절환하는 제 1 선택스위치(S11)와, 상기 코일(C11)의 타측에 길이 방향을 따라 배열되어 입력측 탭(T1∼T3) 및 코일(C11)을 통해 출력된 전압을 업 또는 다운시켜 출력하는 복수의 출력측 탭(T4∼T6)과, 상기 출력측 탭(T4∼T6)과 제 1 전원출력단(Out1) 사이에 직렬 설치되어 제어신호에 의해 특정 탭(T4∼T6)으로 선택 절환하는 제 2 선택스위치(S12)와, 상기 코일(C11)의 전단인 제 1 및 제 2 전원입력단(R, N)에 병렬 설치되어 제어신호에 따라 개폐되어 입력전압을 절전모드로 작동시키는 제 1 절전모드스위치(S13)와, 상기 제 1 절전모드스위치(S13)와 직렬 연결되어 제 1 절전모드스위치(S13)의 도통시 복수의 릴레이스위치(Ry1b1, Ry1b2, Ry1a)를 오프 또는 온시키는 제 1 릴레이(Ry1)와, 상기 제 1 릴레이(Ry1)와 병렬 연결되어 제어신호에 따라 개폐되어 입력전압을 절전모드로 작동시키는 제 2 절전모드스위치(S14)와, 상기 제 2 절전모드스위치(S14)와 직렬 연결되어 제 2 절전모드스위치(S14)의 도통시 복수의 릴레이스위치(Ry2b, Ry2a)를 오프 또는 온시키는 제 2 릴레이(Ry2)와, 상기 제 1 전원입력단(R)과 제 1 전원출력단(Out1) 사이에 직렬 설치되어 제 1 절전모드스위치(S13)의 개방시 폐쇄되어 입력전압을 출력단으로 바이패스시키는 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)와, 상기 제 1 전원출력단(Out1)과코일(C11) 끝단에 병렬 설치되어 제 1 절전모드스위치(S13)의 개방시 도통되어 코일(C11)을 단락시키는 기능으로 작용함과 아울러 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)의 개방시 입력측 탭(T1∼T3)의 전압강하를 순간적으로 억제하는 보호회로부(11), 및 상기 제 1 및 제 2 전원출력단(Out1, Out2)에 병렬 설치되어 출력전원의 고조파전류를 제거함과 아울러 역률을 보상하는 고조파제거부(15),로 이루어져 있다.
그리고, 절전 장치(10)는, 상기 코일(C11)의 끝단과 제 2 전원단(N, Out2 라인) 사이에 설치되고 제 1 릴레이(Ry1)의 온/오프에 따라 온/오프되어 코일을 전기적으로 결선하는 제 3 릴레이스위치(Ry1a), 상기 제 3 릴레이스위치(Ry1a)와 제 2 전원단(N, Out2 라인) 사이에 설치되고 제 2 릴레이(Ry2)의 온/오프에 따라 오프/온되어 코일을 전기적으로 결선하는 제 4 릴레이스위치(Ry2b), 및 상기 코일(C11)의 소정 탭(T7)과 제 2 전원단(N, Out2 라인) 사이에 설치되어 제 2 릴레이(Ry2)의 온/오프에 따라 온/오프되어 입력전압을 미세하게 조절할 수 있는 제 5 릴레이스위치(Ry2a),를 더 구비하고 있고, 필요에 따라 릴레이스위치를 더 추가할 수도 있다.
상기 고조파제거부(15)는 도 3에 도시된 바와 같이 코일(C11)과 커패시터(C1)가 직렬 연결되어 있고, 보호회로부(11)는 제 1 릴레이(Ry1)의 개방시 폐쇄되며 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)와 연동하는 제 2 릴레이스위치(Ry1b2), 및 상기 제 2 릴레이스위치(Ry1b2)와 직렬 연결된 저항소자(R1)로 이루어져 있다.
그리고, 한쌍의 제 1 및 제 2 전원입력단(R, N)은 점선으로 도시된 바와 같이 외부 전원(E)에 연결되고, 다른 한쌍의 제 1 및 제 2 전원출력단(Out1, Out2)은 가정내 각 전기부하(L)에 연결되어 있다.
여기에서, 코일(C11)은 단권변압기로서 기능을 하기 때문에 제 1 절전모드스위치(S13)가 개방되어 있을 경우에 즉, 구동초기시에 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)가 폐쇄되어 있어 외부로부터 입력된 전원전압은 코일(C11)로 흐르지 않고 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)를 통해 바이패스되어 전압의 변동없이 부하로 공급되게 된다.
이어, 타이머나 제어신호에 의해 제 1 절전모드스위치(S13)가 폐쇄되면 제 1 릴레이(Ry1)로 전원이 공급되어 제 1 릴레이스위치(Ry1b1) 및 제 2 릴레이스위치(Ry1b2)가 개방되며, 입력 전원전압은 제 1 선택스위치(S11)와 미리 선택된 탭(T1, T2 또는 T3), 코일(C11), 미리 선택된 탭(T4, T5 또는 T6) 및 제 2 선택스위치(S12)를 통해 승압 또는 감압되어 부하(L)로 공급되게 된다.
이때, 타이머나 제어신호에 의해 제 2 절전모드스위치(S14)가 폐쇄되면 제 2 릴레이(Ry2)로 전원이 공급되어 제 5 릴레이스위치(Ry2a)가 폐쇄되어 제 2 선택스위치(S12)를 통해 출력되는 전압은 더욱 감압되어 부하(L)로 공급되게 된다.
통상적으로, 가정에는 3상 4선(R, T, S, N) 중 2선(R, N)에 의한 220V 또는 110V 전압이 인가되고 있으며, 각 가정으로 인가되는 전압은 동일한 상용전압이라 할지라도 지역에 따라 다소 다르다.
예를 들어, 220V가 상용전압이라 할지라도 지역에 따라 그 전압이 대략 207V 내지 233V 정도로 서로 다르며, 만약 가정으로 인입되는 전압이 대략 230V 정도로 다소 높을 경우 정격전압이 220V인 전기기기의 경우에는 ±10%인 198V∼242V의 전압범위 내에서는 사용상의 이상이 없도록 설계되어 있기 때문에 가정으로 공급되는 전압을 230V에서 200V로, 대략 30V 정도를 더 낮추어도 전기기기의 동작상에는 전혀 무리가 없다.
도 4 내지 도 7은 본 고안에 의한 입력전압에 따른 전력조절 상태를 간략하게 도시한 예시도로서, 각 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 입력전압이 230V 인입시 출력전압을 210V로, 20V를 강하시킬 경우를 예시하였는데, 각 탭(T1∼T3, T4∼T6)은 10V씩 전압 강하 또는 상승되도록 미리 설정되어 있다.
먼저, 제 1 선택스위치(S11)는 타이머 또는 제어신호에 의해 제 1 탭(T1)에 접속되어 있고, 제 2 선택스위치(S12)는 제 6 탭(T6)에 접속되어 있는 상태에서, 초기에 외부로부터 입력되는 전원이 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)를 통해 바이패스되어 출력단으로 인가된다.
이때, 타이머나 제어신호에 의해 제 1 절전모드스위치(S13)가 온되면 제 1 릴레이(Ry1)로 전원이 공급되고, 이어 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)와 제 2 릴레이스위치(Ry1b2)는 제 1 릴레이(Ry1)의 턴-온에 따라 동시에 오프되며, 230V 입력전원은 제 1 선택스위치(S11)와 제 1 탭(T1), 코일(C11), 제 6 탭(T6) 및 제 2 선택스위치(S12)를 통해 20V의 전압강하가 발생되어 출력단을 통해 210V의 전압이 출력되게 된다.
그리고, 이때 부하(L)로 공급되는 전력을 더욱 절감하고자 할 경우에는 타이머나 제어신호에 의해 제 2 절전모드스위치(S14)를 폐쇄시키면 되는 데, 제 2 절전모드스위치(S14)가 폐쇄되면 제 2 릴레이(Ry2)로 전원이 공급되어 제 5 릴레이스위치(Ry2a)를 도통시킴으로써, 제 2 선택스위치(S12)를 통해 출력되는 전압을 더욱더 감압시켜 부하(L)로 공급할 수 있다.
아울러, 상기 제 2 릴레이(Ry2)의 작동에 따라 제 5 릴레이스위치(Ry2a)가 폐쇄되어 코일(C11)의 탭(T7)이 제 2 전원단과 전기적으로 폐루프를 형성하게 된다.
물론, 제 1 내지 제 4 스위치(S11, S12, S13, S14)를 SSR(Solid State Relay)로 구성하여 소정의 타이머나 제어수단(도시하지 않음)에 의해 코일(C11)의 탭(T1∼T6) 스위칭을 제어하여 시간대별로 또는 계절별로 코일(C11)을 통해 출력되는 전압을 자동 조절할 수도 있다.
예컨데, 가정으로 인입되는 전압이 대략 230V 정도로 다소 높을 경우에 정격전압 220V인 전기기기에서는 ±10%인 198V∼242V의 전압범위 내에서는 사용상의 이상이 없도록 설계되어 있기 때문에 인입되는 전압을 210V로, 대략 20V 정도를 더 낮추어도 전기기기의 동작상에는 전혀 무리가 없다.
도 5는 입력전압이 220V 인입시 출력전압을 210V로, 10V를 강하시킬 경우를 예시하였는데, 각 탭(T1∼T3, T4∼T6)은 10V씩 전압 강하 또는 상승되도록 미리 설정되어 있다.
먼저, 제 1 선택스위치(S11)는 타이머 또는 제어신호에 의해 제 2 탭(T2)에 접속되어 있고, 제 2 선택스위치(S12)는 제 6 탭(T6)에 접속되어 있는 상태에서, 초기에 외부로부터 입력되는 전원이 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)를 통해 바이패스되어 출력단으로 인가된다.
이때, 타이머나 제어신호에 의해 제 1 절전모드스위치(S13)가 온되면 제 1릴레이(Ry1)로 전원이 공급되고, 이어 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)와 제 2 릴레이스위치(Ry1b2)는 제 1 릴레이(Ry1)의 턴-온에 따라 순차적으로 오프되며, 220V 입력 전원은 제 1 선택스위치(S11)와 제 2 탭(T2), 코일(C11), 제 6 탭(T6) 및 제 2 선택스위치(S12)를 통해 10V의 전압강하가 발생되어 출력단을 통해 210V의 전압이 출력되게 된다.
아울러, 상기 제 1 릴레이(Ry1)의 작동에 따라 제 3 릴레이스위치(Ry1a)가 폐쇄되고, 제 2 절전모드스위치(S14)가 오프되어 있을 경우 제 4 릴레이스위치(Ry2b)가 폐쇄되어 코일(C11)이 제 2 전원단과 전기적으로 연결되게 된다.
도 6은 입력전압이 200V 인입시 출력전압을 220V로, 20V를 상승시킬 경우를 예시하였는데, 각 탭(T1∼T3, T4∼T6)은 10V씩 전압 강하 또는 상승되도록 미리 설정되어 있다.
먼저, 제 1 선택스위치(S11)는 타이머 또는 제어신호에 의해 제 3 탭(T3)에 접속되어 있고, 제 2 선택스위치(S12)는 제 4 탭(T4)에 접속되어 있는 상태에서, 초기에 외부로부터 입력되는 전원이 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)를 통해 바이패스되어 출력단으로 인가된다.
이때, 타이머나 제어신호에 의해 제 1 절전모드스위치(S13)가 온되면 제 1 릴레이(Ry1)로 전원이 공급되고, 이어 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)와 제 2 릴레이스위치(Ry1b2)는 제 1 릴레이(Ry1)의 턴-온에 따라 일시에 오프되며, 200V 입력 전원은 제 1 선택스위치(S11)와 제 3 탭(T3), 코일(C11), 제 4 탭(T4) 및 제 2 선택스위치(S12)를 통해 20V의 전압상승이 발생되어 출력단을 통해 220V의 전압이 출력되게 된다.
도 7은 입력전압이 210V 인입시 출력전압을 220V로, 10V를 상승시킬 경우를 예시하였는데, 각 탭(T1∼T3, T4∼T6)은 10V씩 전압 강하 또는 상승되도록 미리 설정되어 있다.
먼저, 제 1 선택스위치(S11)는 타이머 또는 제어신호에 의해 제 2 탭(T2)에 접속되어 있고, 제 2 선택스위치(S12)는 제 4 탭(T4)에 접속되어 있는 상태에서, 초기에 외부로부터 입력되는 전원이 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)를 통해 바이패스되어 출력단으로 인가된다.
이때, 타이머나 제어신호에 의해 제 1 절전모드스위치(S13)가 온되면 제 1 릴레이(Ry1)로 전원이 공급되고, 이어 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)와 제 2 릴레이스위치(Ry1b2)는 제 1 릴레이(Ry1)의 턴-온에 따라 일시에 오프되며, 210V 입력 전원은 제 1 선택스위치(S11)와 제 2 탭(T2), 코일(C11), 제 4 탭(T4) 및 제 2 선택스위치(S12)를 통해 10V의 전압상승이 발생되어 출력단을 통해 220V의 전압이 출력되게 된다.
상기와 같은 방식으로 입력전압을 강하 또는 상승시키게 되며, 스위치별 선택 탭(T1∼T3, T4∼T6)에 따른 그 작동내용을 테이블로 도시하면 다음과 같다.
상기 표 1과 같이 제 1 선택스위치(S11)와 제 2 선택스위치(S12)의 접속 위치에 따라 입력전압을 바이패스, 10V 내지 20V 강하 또는 10V 내지 20V 상승시킬 수 있다.
상기와 같이 제 1 및 제 2 선택스위치(S11, S12)를 입력전압과 사용 희망전압에 맞게 미리 선택하여 세팅해 놓을 수도 있고, 시간대에 따라 타이머 또는 제어신호에 의해 제 1 및 제 2 선택스위치(S11, S12)를 적절한 위치로 절환시킬 수도 있다.
상기 제 1 절전모드스위치(S13)는 제 1 릴레이(Ry1)를 작동시켜 제 1 릴레이(Ry1)가 가지고 있는 릴레이스위치를 사용할 수 있으며, 제 1 릴레이(Ry1)가 도통되면 제 1 및 제 2 릴레이스위치(Ry1b1, Ry1b2)는 개방되며, 상기 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)는 제 1 릴레이(Ry1)의 오프시 입력전압의 변동없이 출력단으로 바이패스하는 기능이 있다.
그리고, 제 2 릴레이스위치(Ry1b2)는 저항(R1)을 사용하여 본 회로가 가지고 있는 리액턴스를 0에 가깝게 하여 전류코일(C11)이라 하는 탭(T1∼T6) 부분의 유도자기 성능을 마비시킨다.
그리고, 제 1 선택스위치(S11)는 탭(T1∼T3)과 접속되는 위치를 입력 전압에 맞도록 선택할 수 있고, 제 2 선택스위치(S12)는 입력전압과 사용희망 전압에 맞도록 사전에 선택할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 고안의 절전기는, 기존의 600V 내지 700V 전압의 트랜스 권선방식에 비해 본 고안의 권선방식은 230V용 트랜스 권선방식이므로 트랜스의 크기가 대략 1/3 정도로 감소되었으며, 또한 단권변압기를 이용하여 절전기를 구성함으로서 복권변압기를 이용할 때 보다 트랜스의 크기를 대폭 줄일 수 있다.
그리고, 코일(C11)의 출력단측에 저항(R1)으로 이루어진 보호회로부(11)를 두어 순간 역기전력의 감쇄와 Zero-Crossing 효과를 선택할 수 있으며, 제 1 릴레이스위치(Ry1b1)가 개방되는 극히 짧은 시간을 제 2 릴레이스위치(Ry1b2)를 통한 저항(R1)이 유도기전력을 상쇄하여 코일(C11)의 전압강하를 방지한다. 또한, 출력단에 고조파제거부(15)를 두어 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 채용하여 적정의 리액턴스와 커패시턴스로 고조파 전류감쇄와 역률 보상 기능을 부가하여 출력전압의 신뢰성을 높일 수 있다.
상기에서 본 고안의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 고안은 필요에 따라 코일의 탭 수를 증감한다든지, 코일의 탭 수에 상응하는 개수의 스위치를 설치한다든지, 탭에 설정된 전압을 달리한다든지 하는 등의 설계 변경은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 고안의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 고안에 첨부된 실용신안등록청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
따라서, 본 고안에서는 종래의 단권변압기의 회로를 개선하여 설계함으로써, 절전모드로 변환할 경우 스위치절환으로 인한 순간적인 정전현상을 방지할 수 있고, 또한 단권변압기를 이용하여 절전 장치를 구현하여 복권변압기에 비해 사용 코일을 줄일 수 있어 생산단가를 낮출 수 있음과 아울러 출력단의 보호회로 및 고조파제거회로를 통해 절전모드로 순간 절환할 경우 변압기를 통한 급격한 전압강하를 방지하고, 출력 고조파의 제거와 역률을 보상하여 출력전압의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.
Claims (4)
- 제 1 및 제 2 전원입력단에 병렬 설치되어 입력전압을 업 또는 다운시키는 단일 코일(C11);상기 코일의 일측에 길이 방향을 따라 배열되어 제 1 전원입력단을 통해 입력되는 전압레벨을 선택하는 복수의 입력측 탭(T1∼T3);상기 제 1 전원입력단과 입력측 탭 사이에 직렬 설치되어 제어신호에 의해 특정 탭으로 선택 절환하는 제 1 선택스위치(S11);상기 코일의 타측에 길이 방향을 따라 배열되어 입력측 탭 및 코일을 통해 출력된 전압을 업 또는 다운시켜 출력하는 복수의 출력측 탭(T4∼T6);상기 출력측 탭과 제 1 전원출력단 사이에 직렬 설치되어 제어신호에 의해 특정 탭으로 선택 절환하는 제 2 선택스위치(S12);상기 코일의 전단인 제 1 및 제 2 전원입력단에 병렬 설치되어 제어신호에 따라 개폐되어 입력전압을 절전모드로 작동시키는 제 1 절전모드스위치(S13);상기 제 1 절전모드스위치와 직렬 연결되어 제 1 절전모드스위치의 폐쇄시 복수의 릴레이스위치를 오프 또는 온시키는 제 1 릴레이(Ry1);상기 제 1 전원입력단과 제 1 전원출력단 사이에 직렬 설치되어 제 1 절전모드스위치의 개방시 폐쇄되어 입력전압을 출력단으로 바이패스시키는 제 1 릴레이스위치(Ry1b1);상기 제 1 릴레이와 병렬 연결되어 제어신호에 따라 개폐되어 입력전압을 절전모드로 작동시키는 제 2 절전모드스위치(S14);상기 제 2 절전모드스위치와 직렬 연결되어 제 2 절전모드스위치의 도통시 복수의 릴레이스위치를 오프 또는 온시키는 제 2 릴레이(Ry2);상기 제 1 전원출력단과 코일 끝단에 병렬 설치되어 제 1 절전모드스위치의 개방시 도통되어 코일을 단락시키는 기능으로 작용함과 아울러 제 1 릴레이스위치의 개방시 입력측 탭의 전압강하를 순간적으로 억제하는 보호회로부(11); 및상기 제 1 및 제 2 전원출력단에 병렬 설치되어 출력전원의 고조파전류를 제거함과 아울러 역률을 보상하는 고조파제거부(15);를 구비한 것을 특징으로 하는 단권변압기를 이용한 가정용 전력조절 절전 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 보호회로부(11)는, 릴레이의 개방시 폐쇄되며 제 1 릴레이스위치와 연동하는 제 2 릴레이스위치(Ry1b2); 및 상기 제 2 릴레이스위치와 직렬 연결된 저항소자(R1);로 이루어진 것을 특징으로 하는 단권변압기를 이용한 가정용 전력조절 절전 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 고조파제거부(15)는, 인덕터(L1)와 커패시터(C1)가 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 단권변압기를 이용한 가정용 전력조절 절전 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 코일의 끝단과 제 2 전원단 사이에 설치되고 제 1 릴레이의 온/오프에 따라 온/오프되어 코일을 전기적으로 결선하는 제 3 릴레이스위치(Ry1a); 상기 제 3 릴레이스위치와 제 2 전원단 사이에 설치되고 제 2 릴레이의 온/오프에 따라 오프/온되어 코일을 전기적으로 결선하는 제 4 릴레이스위치(Ry2b); 및 상기 코일의 소정 탭과 제 2 전원단 사이에 설치되어 제 2 릴레이의 온/오프에 따라 온/오프되어 입력전압을 미세하게 조절할 수 있는 제 5 릴레이스위치(Ry2a);를 더 구비한 것을 특징으로 하는 단권변압기를 이용한 가정용 전력조절 절전 장치.
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|---|---|---|---|---|
| KR100712793B1 (ko) | 2004-09-17 | 2007-05-02 | (주)대경일렉 | 절전용 전력 조절 장치 |
| WO2017188579A1 (ko) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 주식회사 모스트파워 | 위상 오프 제어를 위한 유도성 킥백 전압 제거 장치 |
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- 2002-06-22 KR KR20020018956U patent/KR200289740Y1/ko not_active IP Right Cessation
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| WO2017188579A1 (ko) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 주식회사 모스트파워 | 위상 오프 제어를 위한 유도성 킥백 전압 제거 장치 |
| WO2017188489A1 (ko) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 주식회사 모스트파워 | 위상 오프 제어를 위한 유도성 킥백 전압 제거 장치 |
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