KR200456352Y1

KR200456352Y1 - 무철심형 전류센서의 전류검출회로 및 이를 이용한 전류검출 시스템

Info

Publication number: KR200456352Y1
Application number: KR2020080016033U
Authority: KR
Inventors: 이재규
Original assignee: 대덕대학산학협력단
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2011-10-26
Also published as: KR20100005932U

Abstract

본 고안은 전류센서의 전류검출회로 및 이를 이용한 보호계전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로고스키 코일을 이용한 전류센서에 있어서 신뢰성과 정확성이 향상된 전류검출회로와 이를 이용한 보호계전기에 관한 것이다. 이를 위해, 로고스키 코일을 이용한 무철심형 전류센서의 전류량을 검출하는 회로로서, 로고스키 코일로부터 전기적 신호를 소정의 크기로 증폭시키는 증폭부; 증폭부의 출력을 입력받아 DC 오프셋을 제거하는 제1필터부; 제1필터부의 출력을 입력받아 노이즈를 제거하는 제2필터부; 및 제2필터부의 출력신호를 적분하여 출력하는 적분기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무철심형 전류센서의 전류검출회로와 이를 이용한 전류검출 시스템을 제공한다.

로고스키 코일, 전류센서, 보호계전기

Description

무철심형 전류센서의 전류검출회로 및 이를 이용한 전류검출 시스템{Circuit for detecting current of ionless current sensor and system using therewith}

본 고안은 무철심형 전류센서의 전류검출회로 및 이를 이용한 전류검출 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로고스키 코일을 이용하는 무철심형 전류센서에 있어서 신뢰성과 정확성이 향상된 전류검출회로와 이를 이용한 전류검출 시스템에 관한 것이다.

반도체, 통신기기, 컴퓨터 등의 정밀전자기기에 있어 전력부하가 증대됨에 따라, 전력 품질관리, 배전 자동화, 전력 설비의 고성능화 등의 전력기술분야에서 다양한 기술이 요구되고 있다. 그리고, 이러한 기술은 전류, 전압, 이들의 위상, 전력 등의 전기량에 대한 정확한 측정이 선행되어야 함은 물론이다.

그 중, 대전류의 측정에 있어 변류기, 홀센서, 광 분류기 등의 기술이 일반적으로 사용되고 있으며, 그 중 강자성체의 코어를 이용한 변류기가 널리 사용된다. 그러나, 강자성체의 코어를 사용한 자성체의 경우 포화현상이 일어나 전류의 측정 범위가 제한되는 문제가 있다. 또한, 그 크기가 대형으로 중량이 크다는 문제와 변류기의 2차 개방으로 인한 고전압 및 제품파손의 문제도 있었다.

그리고, 전자식 차단기나 계전기(relay)는 정격전류의 수십~수백배에 해당하는 단락 사고전류까지 측정하여 사고전류에 적합한 차단시간을 결정하고, 넓은 범위의 전류를 소정의 오차범위 이내로 측정하여야 한다. 이러한 전자식 차단기나 계전기에 종래의 강자성체의 코어를 사용한 자성체의 변류기를 사용하면 전범위의 전류를 다시 세분화 하여 다수개의 변류기를 사용하여야 하므로, 제작비용이 많이 소모되는 문제가 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 고안의 목적은 노이즈의 영향을 최소화하고 전류량의 검출의 정확성을 더욱 증대시킨 전류검출회로 및 이를 이용한 전류검출 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 고안의 목적은, 로고스키 코일을 이용한 무철심형 전류센서의 전류량을 검출하는 회로로서,

로고스키 코일로부터 전기적 신호를 소정의 크기로 증폭시키는 증폭부;

증폭부의 출력을 입력받아 DC 오프셋을 제거하는 제1필터부;

제1필터부의 출력을 입력받아 노이즈를 제거하는 제2필터부; 및

제2필터부의 출력신호를 적분하여 출력하는 적분기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무철심형 전류센서의 전류검출회로에 의하여 달성된다.

그리고, 제1필터부는 고주파대역 필터이고, 제2필터부는 저주파대역 필터를 사용한다.

또한, 적분기의 출력을 증폭시키는 부스터회로부;가 더 포함될 수 있다.

상기와 같은 본 고안의 목적은, 대전류를 측정하는 로고스키 코일을 이용한 무철심형 전류센서와 무철심형 전류센서의 전류검출회로를 구비하고,

전류검출회로의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부;

A/D변환부에서 변환된 신호를 집적시키는 DSP회로부;

무철심형 전류센서에서 측정되는 전류량을 화면으로 출력하는 디스플레이부;

무철심형 전류센서에서 측정되는 전류량을 원거리의 사용자에게 송출하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류검출 시스템에 의하여 달성된다.

따라서, 상기와 같은 본 고안의 일실시예에 의하면, 노이즈의 영향을 최소화한 무철심형 전류센서의 전류량을 검출할 수 있는 장점이 있다.

또한, 일반적으로 출력전압이 매우 작은 로고스키 코일의 경우와는 달리 노이즈가 최소화되면서 출력량을 최대화하여 정확한 전류량을 검출할 수 있다는 장점이 있다.

그리고, 이를 이용한 전류검출 시스템을 사용함으로써 전류량을 검출함과 동시에 전류량을 측정하는 산업현장에서 즉각적인 모니터링과 원격제어가 가능하다는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 고안을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

<전류검출회로>

도 1은 본 고안에 따른 무철심형 전류센서의 전류검출회로의 구성도이다. 본 고안에 따른 전류검출회로는 증폭부(10), 제1,2필터부(20, 30), 적분기(40), 부스 터회로부(50) 등이 있다.

무철심형 전류센서(1)는 로고스키 코일을 사용하는 것이다. 로고스키 코일은 암페어의 주회법칙에 따라 피측정 전류에 의하여 발생된 자속쇄교량이 변화되고, 자속쇄교량의 변화에 따라 유도되는 기전력을 측정하여 전류를 간접적으로 측정하는 방식이다. 이러한 무철심형 전류센서의 로고스키 코일은 기존의 강자성체 코어의 변류기와는 달리 공심형이거나 비자성체의 재료(μ=1)를 사용한다. 따라서, 자기적으로 포화되지 않고 넓은 전류의 영역에 걸쳐 측정전류와 유기전압이 선형적인 관계를 갖는다.

증폭부(10)는 무철심형 전류센서(1)에서 출력되는 전류의 신호를 입력받아 소정의 크기로 증폭시킨다. 로고스키 코일을 사용하는 무철심형 전류센서(1)는 전류의 크기가 작은 영역에서 로고스키 코일의 출력전압이 낮기 때문에, 이를 검출함에 있어서 필요한 크기만큼 증폭시켜야 한다.

제1필터부(20)는 증폭부(10)의 출력을 입력으로 하여, 소정의 크기만큼 증폭된 로고스키 코일의 출력전압에 포함된 DC 오프셋을 제거한다. 이때 제1필터부(20)는 고주파수대역 필터(HPF)를 사용함이 바람직하다.

제2필터부(30)는 제1필터부(20)의 출력을 입력으로 하여, 제1필터부(20)를 통과한 출력전압에 포함된 노이즈, 특히 고조파 성분의 노이즈를 제거한다. 로고스키 코일의 경우 외부 노이즈의 영향을 많이 받아 전류를 검출하는데 있어 정확도를 떨어뜨리는 단점이 있는바, 제2필터부(30)를 이용하여 노이즈를 제거함이 좋다. 이러한 제2필터부(30)로는 저주파수대역 필터(LPF)를 사용함이 바람직하다.

제1필터부(20)와 제2필터부(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1필터부(20)의 출력전압이 제2필터부(30)의 입력이 되도록 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 제2필터부(30)의 출력전압이 제1필터부(20)의 입력이 되도록 그 순서를 바꾸어 구성할 수도 있다.

제2필터부(30)의 출력 신호은 전류의 미분형태이므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 적분기(40)를 구비하여 제2필터부(30)의 출력 신호를 적분함이 바람직하다. 적분기(40)를 통과한 출력신호는 부스터회로부(50)를 통과하여 소정의 주파수 대역에 대하여 증폭될 수 있다.

<전류검출 시스템>

도 2는 본 고안에 따른 전류검출회로를 이용한 전류검출 시스템의 개략적인 구성블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 전류검출 시스템(1000)은 전류센서(1), 전류검출회로(100), A/D변환부(200), DSP회로부(300), 디스플레이부(400), 통신부(500) 등을 포함한다.

로고스키 코일을 이용한 전류센서(1)와 전류검출회로(100)는 앞서 언급한 바와 동일하므로 앞선 기재로 갈음하고, 이하에서는 나머지 구성을 중심으로 설명한다.

전류검출 시스템(1000)은 로고스키 코일을 이용한 전류센서(1)가 여러개 구비되어 다양한 전류신호뿐만 아니라, 전압센서(1')로부터 신호를 인가받을 수 있다. 전류센서(1)로부터 발생한 신호는 앞서 설명한 전류검출회로(100)를 통과하면 서 노이즈가 제거되고 신호도 증폭된 상태이다. 전압센서(1')로부터 발생한 신호도 전압검출회로(100')를 통과하면서 전류센서(1)와 마찬가지로 노이즈가 제거되고 신호도 증폭된 상태로 출력될 수 있다. 또한 전류센서(1)가 복수개 구비될 수 있음은 물론이다.

이러한 전압센서(1')와 전류센서(1)의 신호는 멀티플렉서(150)로 인가되어, 멀티플렉서(150)는 다수개의 전류신호와 전압신호를 선택적으로 A/D변환부(200)로 인가한다.

A/D변환부(200)는 전류검출회로(100)의 출력신호를 인가받아 디지털 신호로 변환시킨다. 전류검출회로(100)의 출력신호는 아날로그 신호로, A/D변환부(200)에 의하여 디지털 신호로 변환되어, DSP회로부(300)로 인가된다.

DSP회로부(300)는 A/D변환부(200)로부터 인가된 신호를 집적시키고, 본 고안에 따른 전류검출 시스템(1000)이 사용되는 경우에 따라 알고리즘을 수행한다. 보다 구체적으로, 본 고안에 따른 전류검출 시스템(1000)이 모터 보호계전기로 사용되는 경우, DSP회로부(300)에는 전류계측 또는 모터보호를 위한 알고리즘이 저장되어 그 저장된 알고리즘에 기초하여 전류계측이나 모터보호를 위한 차단기(미도시) 등의 작동이 이루어진다.

디스플레이부(400)는 무철심형 전류센서(1)에서 측정되는 전류량을 사용자에게 화면으로 출력한다. 디스플레이부(400)의 구비로 본 고안에 따른 전류검출 시스템이 사용되는 산업현장에서 사용자가 시각적으로 전류량을 즉각 확인할 수 있는 장점이 있다. 이러한 디스플레이부(400)는 LCD, 유기 LED 등으로 구성할 수 있다.

통신부(500)는 무철심형 전류센서(1)에서 측정되는 전류량에 해당하는 데이터를 원거리의 사용자의 컴퓨터 단말기 등으로 송출한다. 디스플레이부(400)가 본 고안에 따른 전류검출 시스템(1000)이 사용되는 산업현장의 사용자를 위한 것이라면 통신부(500)는 원거리의 사용자를 위한 구성이다. 통신부(500)에는 원거리의 사용자의 원격제어신호를 수신받는 수신기(미도시)가 구비되어 있음이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같은 구성을 갖는 전류검출 시스템(1000)은 모터보호계전기 뿐만 아니라 전류를 검출하여 그 값을 사용하는 모든 산업분야에 적용가능함은 물론이다.

비록 본 고안이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되어 졌지만, 고안의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 고안의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 명세서의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 고안의 상세한 설명과 함께 본 고안의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 고안은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 고안에 따른 무철심형 전류센서의 전류검출회로의 구성도,

도 2는 본 고안에 따른 무철심형 전류센서의 전류검출회로를 이용한 전류검출 시스템의 개략적인 블럭도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 무철심형 전류센서

10: 증폭부

20: 제1필터부

30: 제2필터부

40: 적분기

50: 부스터회로부

100: 전류검출회로

150: 멀티플렉서

200: A/D변환부

300: DSP회로부

400: 디스플레이부

500: 통신부

1000: 전류검출 시스템

Claims

로고스키 코일을 이용한 무철심형 전류센서의 전류량을 검출하는 회로로서,

상기 로고스키 코일로부터 전기적 신호를 소정의 크기로 증폭시키는 증폭부;

상기 증폭부의 출력을 입력받아 DC 오프셋을 제거하는 고주파대역 필터인 제1필터부;

상기 제1필터부의 출력을 입력받아 노이즈를 제거하는 저주파대역 필터인 제2필터부;

상기 제2필터부의 출력신호를 적분하여 출력하는 적분기; 및

상기 적분기의 출력을 증폭시키는 부스터회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무철심형 전류센서의 전류검출회로.
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대전류를 측정하는 로고스키 코일을 이용한 무철심형 전류센서와 제 1 항에 따른 무철심형 전류센서의 전류검출회로를 구비하고,

상기 전류검출회로의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부;

상기 A/D변환부에서 변환된 신호를 집적시키는 DSP회로부;

상기 무철심형 전류센서에서 측정되는 전류량을 화면으로 출력하는 디스플레이부;

상기 무철심형 전류센서에서 측정되는 전류량을 원거리의 사용자에게 송출하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류검출 시스템.