KR200402731Y1

KR200402731Y1 - 전기 온열매트 제어장치

Info

Publication number: KR200402731Y1
Application number: KR20-2005-0026395U
Authority: KR
Inventors: 김동현
Original assignee: 김동현
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2005-12-06

Abstract

본 고안은 전기 온열매트의 제어장치로, 부하측(unit 2)의 스파크/아크등의 고장을 감지하기 쉽도록, 교류전원을 다이오드(D1∼D4)로 정류하고 써미스터(TH1)를 통하여 콘덴서(C1)로 평활하는 돌입전류가 완충되는 직류로 변환하여 연산 유니트(unit 3)에 의하여 제어되는 사이리스터(SCR1, SCR2)를 이용하여 직류 출력전류를 ON/OFF시키며, 열선(heating wire)측으로 흐르는 직류전류가 교류용 변류기를 통하게 하여 급변하는 교류성분에 의한 고속차단이 가능한 전기 온열매트(heating mat)의 제어장치에 관한 것이다.

Description

전기 온열매트 제어장치{Control device of electrical heating mat}

일반적으로 전기를 사용하는 온열매트는 대다수 반파 또는 전파의 교류전류를 열선에 흘려 열을 발산하고 온도 센서와 제어회로에 의하여 온도가 일정하게 유지되는 것이며, 열선과 인접한 절연물 및 가연성 보온재에 싸여 있는 구조이다.

또한 전기매트의 특성상 물리적으로 유연한 구조가 요구됨으로 열선의 손상 역시 크다. 따라서 열선의 손상은 스파크/아크, 과전류에 의하여 화재로 이를 수도 있는 것이다.

더욱이 근간의 요구사항으로 고온이며 급가열되는 것을 선호하는 추세이므로 초기가열 순간의 소비전력이 클 수밖에 없는 것이며 따라서 온도제어 계통에 고장이 있을 경우에는 심각한 상황으로 번지게된다.

또한 열선으로 흐르는 전류에 의하여 방사되는 고주파성분의 전자파를 포함한 교류자계의 방사 방지목적으로 무자계(無磁界) 열선을 사용하거나 교류를 직류로 변환하여, 열선을 통하여 직류가 흐르도록 하는 추세이다.

그러나 직류 가열방식에도 전기안전에 관련된 접촉(접속)불량, 절연불량, 순간 단락 등의 원인으로 스파크/아크 및 과전류가 발생할 경우 매우 위험하나 그냥 지나치는 것이 대다수이다.

220V 교류를 예를 들면 최대치 300V와 최소치 0V가 교번되는 평균치가 220V 이지만, 직류에서는 최소치가 없는 최대치 및 평균치가 300V인 관계로 아크가 발생되면 매우 심각한 상황이 되는 것으로 릴레이 접점의 규격에도 직류 50V 또는 교류250V로 표시하고 있다. 더욱이 AC 220V를 정류, 평활하면 1.4배 높은 약 DC300V의 콘덴서에 충전된 전압이므로 무접점이 아닌 기계적 접점에서는 접촉 아크 관계로 취급상 매우 위험하고 까다로운 것이다.

따라서 직류 300V가 공급되는 열선계통의 사고를 대비하여 고속차단의 특별한 안전구조가 요구되는 것임에도 불구하고 기존의 사고예방으로 사용되는 방식에는 교류 전원측에 휴즈의 사용이 고작이며

또한 열선에 직류를 공급하는 방식은 교류방식보다 평활 콘덴서에 충전되는 돌입전류 관계로 정격보다 매우 큰 규격의 휴즈를 사용해야 하므로 더욱 위험한 결과로 정류용 다이오드 또는 평활용 콘덴서가 손상되어야 휴즈가 용단되는 문제점이 있다.

특히 카본열선(carbon wire)을 사용할 경우 단락이 아닌 단선, 접촉 불량인 경우에는, 직류 300V에서 발생하는 스파크/아크로 화재 또는 화상을 입을 수 있으며, 전류는 정격전류보다 현저히 감소되므로 기존의 차단형식으로는 불가능한 무방비 상태인 심각한 위험에 노출된 것이다.

또한 교류에서 출력을 제어한 후 정류과정을 거치는 방식에서는 열선계통의 단선시 평활 콘덴서에 충전된 전압이 남아 있는 관계로 감전, 단락 등의 위험이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하면서 사용자의 안전을 도모할 뿐만 아니라 전자파를 포함한 교류자계의 방사방지를 위하여 교류를 직류로 변환하여 공급하며, 직류공급의 문제점인 스파크/아크 및 과전류로 방생할 수 있는 사고를 방지하기 위하여 열선으로 흐르는 이상전류를 감지하여 고속차단하는 기능의 제어유니트(unit 1)와 매트(unit 2)로 접속되는 연결코드 분리시 감전사고의 방지를 위한 고속차단 안전장치 및 최소 적정용량의 FUSE 사용이 가능하도록 돌입전류의 최소화가 과제인 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는

1. 온열용 열선에 공급되는 교류전원을 다이오드(D1∼D4)로 정류하여, 돌입전류 제어용 써미스터(TH1)을 통하여 평활용 콘덴서에 충전 및 `+`전류는 이상전류 감지용 변류기(CT)를 통하여 열선단자(H+)에 공급된다.

2. 또한 `-`전류는 열선공급 전류이 turn-on된 경우 열선단자(H-)에 공급된다.

3. 열선공급 전류의 ON/OFF는 SCR1의 Gate에 공급되는 펄스에 의하여 점호되는데 ON단자에 `H`가 입력되면 콘덴서(C5)의 충전전류에 의하여 turn-on되고 방전저항(R5)에 의하여 C5가 방전되는 것으로, 즉 ON단자가 `H`로 변하는 순간에만 turn-on펄스가 발생 하는 것이다.

또한 SCR1의 turn-on에 의하여 R3을 통한 전압이 C4에 충전되는데 SC2측이 `+`, SC1측이 `-`로 충전된다.

4. SCR2는 열선공급 전류제어용 SCR1의 turn-off용으로, OFF단자에 `H`가 입력되는 순간 SCR1의 경우와 같이 SCR2가 turn-on되는데 C4에 충전된 전압 `+`측이 직류전원 `-`전위에 해당하는 전위에 접속되는 결과로 C4의 충전전압은 SCR1의 `A,K`간에 역전압으로 인가되는 것으로, SCR1은 turn-off되는 것이다.

또한 SCR1의 turn-off는 SCR의 특성상 부하측( H+, H-")의 단선의 경우도 turn-off되는 것으로 제어유니트((Unit 1)와 매트(Unit 2)로 접속되는 연결코드가 분리된 경우도 turn-off되어 출력을 차단하는 것이다.

5. 이상전류에 대한 긴급 차단기능으로 콘덴서 C2에 충전된 전이 트랜지스터(TR)를 통과하여 SCR2를 turn-on시키는 것으로, C2는 R1에 의하여 제너다이오드(Z1) 규격전압으로 충전되는 것이다.

6. 트랜지스터(TR)은 교류용 변류기(CT)에서 발생하는 전압으로 SCR2의 점호전류를 흘리는데, CT를 통과하는 전류는 직류이므로 정상적인 부하전류에서는 SCR2가 turn-on되지 않는다.

그러나 흐르는 전류가 급변하는 경우에는 변화부분이 교류성분이므로 유도되어 트랜지스터(TR)의 베이스 전류가 되어 SCR2를 turn-on시켜 출력을 차단하는 것이다.

7. 기타 unit 2와 unit 3은 본 고안(unit 1)의 주변회로를 설명을 위한 것이며 또한 일반적인 공개기술 사항이므로 동작설명은 생략한다.

본 고안은 종래 온열매트 제어장치의 문제점을 해결하며 사용자의 안전을 도모할 뿐만 아니라 교류를 직류로 변환하여 공급하는 방식으로 전자파를 포함한 교류자계의 방사를 방지하고, 직류공급의 문제점인 스파크/아크 및 과전류에 인한 사고방지를 위하여 열선으로 흐르는 이상전류를 감지하여 고속차단 기능 및 제어 유니트(unit 1)와 매트(unit 2)로 접속되는 연결코드 분리 시 감전사고의 방지를 위한 SCR을 이용한 고속차단기능의 안전장치와 전원용 NTC를 적용 돌입전류의 완충효과로 교류 전원측에 접속하는 FUSE를 안전한 적정규격의 사용이 가능.

도 1은 본 고안의 회로도이고,

도 2는 본 고안의 설명을 위한 주변회로를 포함한 회로도이다.

AC input : 교류전원 입력 플러그

H+, H- : 매트 가열용 열선 접속단자

ON, OFF, COM : 연산 유니트(Uhit3)와 접속단자

unit 1 : 본 고안의 제어유니트

unit 2 : 온도센서(TH2)를 포함한 Heating mat

unit 3 : 온도조절기능 연산유니트

D1∼D4 : 교류전원 정류용 다이오드

SCR1 : 직류출력 ON/OFF 사이리스터

SCR2 : 출력제어 SC 1의 소호 사이리스터

Z1 : C2의 정전압 다이오드

TH1 : 콘덴서 C1의 돌입전류 제어용 NTC

TH2 : 온도센서 NTC

CT : 이상전류 감지용 변류기

TR : SC2 긴급점호(SC1 OFF) 트랜지스터

C1 : 정류된 맥류의 평활 콘덴서

C2 : SC2 긴급점호(SC1 OFF) 콘덴서

C3 : SC2 점호(SC1 OFF) 콘덴서

C4 : SC1 소호(OFF) 콘덴서

C5 : SC1 점호 결합콘덴서

R1 : C2 충전 저항

R2 : C3 방전 저항

R3 : C4 충전 저항

R4 : C4 방전 저항

R5 : C5 방전 저항

Claims

교류전원을 다이오드(D1∼D4)로 정류하고 써미스터(TH1)을 통하여 콘덴서(C1)를 접속하는 돌입전류가 완충된 직류전원으로 변환하여, 열선측으로 흐르는 직류전류를 사이리스터(SCR1, SCR2)로 ON/OFF하는 전기 온열매트 제어장치.
제 1항에 있어서 열선측으로 흐르는 직류전류를 교류용 변류기(CT)로 통과하게 하여, 급변하는 교류성분의 전류를 감지하여 사이리스터(SCR1, SCR2)로 하여금 직류출력을 차단하도록 하는 전기 온열매트 제어장치.