KR20060096858A - 자동역률 제어장치 - Google Patents

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Abstract

역률보상 및 위상 체크를 위해 전원을 입력받는 전원입력부; 무효전력 보상용 캐패시터를 개폐하는 SCR; SCR의 게이트에 인가되는 신호를 제어하여 온 또는 오프시키는 SCR 구동부; 전원입력부로부터 입력되는 전원의 위상 동기에 맞추어 제로 크로싱을 수행하고, 무효전력 컨트롤러로부터 입력되는 캐패시터 투입 접점신호를 인가받아 접점신호에 근거하여 SCR 구동부를 제어하여 SCR이 제로 크로싱 방식으로 온오프 동작하도록 하는 마이크로프로세서를 포함하는 자동역률 제어장치가 개시된다.
SCR, 사이리스터, 무효전력, 역률, power factor

Description

자동역률 제어장치{Automatic Control Device for Controlling Power Factor}
도 1은 본 발명에 따른 자동역률 제어장치의 기능적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 SCR 확인부의 일 예를 보여주는 회로도이다.
본 발명은 자동역률 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 마그네트 방식의 자동역률 제어장치의 무효전력 컨트롤러로부터 출력되는 접점신호를 이용하여 무접점 방식으로 역률을 제어하는 자동역률 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동역률 제어장치는 마이크로컴퓨터를 탑재하여 부하의 변동을 미리 설정한 전류값에 따라 자동으로 캐패시터를 개폐하여 역률을 보상하는 장치이다.
여기에는 마그네트 방식과 무접점 방식이 이용되는데, 마그네트 방식은 개폐전압으로 인한 서지전압이 발생되어 주변기기에 영향을 주어 오동작을 일으키며, 더욱이 사용횟수가 증가함에 따라 접점에 마모가 발생함으로써 유지관리비가 증가한다는 문제점이 있다.
또한, 캐패시터 투입을 위하여 마그네트가 동작할 때 소음이 크게 발생한다는 문제점이 있다.
반면에 무접점 방식은 장치 자체가 고가이라는 문제점이 있고, 무접점 스위칭소자의 불량여부를 확인할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 기존의 무효전력 컨트롤러를 그대로 이용하면서도 개폐에 따른 서지전압의 발생을 최소화하고 무접점 방식으로 동작할 수 있는 저가의 자동역률 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 특징 및 이점은 이하에 서술되는 실시예로부터 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 역률보상 및 위상 체크를 위해 전원을 입력받는 전원입력부; 무효전력 보상용 캐패시터를 개폐하는 SCR; SCR의 게이트에 인가되는 신호를 제어하여 온 또는 오프시키는 SCR 구동부; 전원입력부로부터 입력되는 전원의 위상 동기에 맞추어 제로 크로싱을 수행하고, 무효전력 컨트롤러로부터 입력되는 캐패시터 투입 접점신호를 인가받아 접점신호에 근거하여 SCR 구동부를 제어하여 SCR이 제로 크로싱 방식으로 온오프 동작하도록 하는 마이크로프로세서를 포함하는 자동역률 제어장치가 개시된다.
바람직하게, SCR로부터 출력되는 신호를 이용하여 SCR의 상태를 전압레벨로 감지하는 SCR 확인부; 및 SCR 확인부로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이크로프로세서에 전달하는 A/D 컨버터를 더 포함하며, 마이크로프로세서는 A/D 컨버터로부터 디지털 신호을 인가받아 SCR이 단락 또는 오픈의 불량상태인지 정상상태인지를 판정한다.
또한, 바람직하게, SCR의 온도를 감지하는 온도감지부를 더 포함하며, 마이크로프로세서는 온도감지부로부터의 감지신호에 따라 냉각팬을 구동할 수 있다.
또한, 마이크로프로세서에 연결되어 SCR의 구동상태와 냉각팬의 구동상태를 포함하는 자동역률 제어장치의 동작상태에 관한 디지털 정보를 외부기기에 출력하는 디지털 출력부를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동역률 제어장치의 기능적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 자동역률 제어장치(200)는 무효전력 컨트롤러(100)와 캐패시터 뱅크(300)에 각각 연결되며, 무효전력 컨트롤러(100)로부터 개패시터 투입 접점신호를 인가받고 이에 근거하여 캐패시터 뱅크(300)를 투입하여 입력되는 전원의 역률을 보상하게 된다.
본 고안에 따른 자동역률 제어장치(200)는 마이크로프로세서(210), 전원입력 부(220), 온도감지부(230), 디지털 출력부(240), SCR 구동부(250), SCR(260), SCR 확인부(270) 및 A/D 컨버터(280)로 이루어진다.
전원입력부(220)는 역률보상 및 위상을 체크하기 위한 전원을 입력받는다.
SCR(260)는 온(on)이 되거나 오프(off)됨으로써 캐패시터 뱅크(300)의 무효전력 보상용 캐패시터가 투입되거나 투입되지 않도록 한다.
또한, SCR 구동부(250)는 SCR(260)의 게이트에 인가되는 신호를 제어하여 온 또는 오프시킨다.
마이크로프로세서(210)는 전원입력부(210)로부터 입력되는 전원의 위상 동기에 맞추어 제로 크로싱(zero crossing)을 수행하고, 무효전력 컨트롤러(100)로부터 입력되는 캐패시터 투입 접점신호를 인가받아여 접점신호에 근거하여 SCR 구동부(250)를 제어하여 SCR(260)을 개폐하도록 한다.
선택적으로, SCR 확인부(270)는 SCR(260)로부터 출력되는 신호를 이용하여 SCR(260)의 상태를 전압레벨로 감지한다.
또한, A/D 컨버터(280)는 SCR 확인부(270)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이크로프로세서(210)에 전달하며, 이에 따라 마이크로프로세서(210)는 이 디지털 신호을 인가받아 SCR(260)이 단락 또는 오픈의 불량상태인지 정상상태인지를 판정한다.
도 2는 본 발명에 적용되는 SCR 확인부의 일 예를 보여주는 회로도이다.
게이트에 신호가 인가되어 SCR(260)로부터 출력되는 신호를 포토 커플러(272)를 이용하여 전압레벨로 검출하고 검출된 전압레벨의 값을 마이크로프로세서 (210)에 인가한다.
또한, 선택적으로, 온도감지부(230)는 SCR(260)의 온도를 감지하며, 마이크로프로세서(210)는 온도감지부(230)로부터의 감지신호에 따라 냉각팬을 구동한다.
바람직하게, 디지털 출력부(240)는 마이크로프로세서(210)에 연결되어 SCR(260)의 구동상태와 냉각팬의 구동상태를 포함하는 자동역률 제어장치의 동작상태에 관한 디지털 정보를 외부기기에 출력한다.
이에 따라, 예를 들어, LCD나 PDP와 같은 표시패널에 자동역률 제어장치의 동작상태를 상세하게 나타낼 수 있고, 필요한 경우, 이러한 정보를 네트워크 연결된 원격지의 컴퓨터 시스템 등으로 전송할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 자동역률 제어장치의 동작에 대해 설명한다.
전원이 투입되어 PT(Power Transformer) 입력이 들어오면, 마이크로프로세서(210)는 필요에 따라 무접점 소자인 SCR을 체크함과 동시에 셀프 테스트를 수행하여 결선상태 및 에러상태를 체크한다.
SCR이 불량으로 판정되는 경우는 단락(short)과 개방(open)의 경우이다. 단락의 경우는 게이트에 신호가 인가되지 않아도 애노드와 캐소드가 도통되고, 개방의 경우는 게이트에 신호가 인가되어도 애노드와 캐소드 사이가 도통되지 않는다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 포토 커플러(272)를 이용하여 감지된 전압의 레벨값을 마이크로프로세서(210)에 전달함으로써 마이크로프로세서(210)는 이 전압레벨값에 근거하여 SCR의 불량여부를 판정한다.
이와 함께 선택적으로 SCR(260)의 온도를 확인한다. 즉, 마이크로프로세서(210)는 온도감지부(230)를 제어하여 SCR(260)의 온도를 감지하도록 하며, 감지된 SCR(260)의 온도가, 예를 들어, 50℃ 이상인 경우에는 냉각팬을 구동하여 온도를 저하시킨다.
이와 같은 과정은 항상 수행될 필요는 없으며, 필요시에 수행되도록 설정할 수 있다. 또한, 테스트 버튼을 이용하여 역률보상 과정돠는 별도의 과정으로 수행되도록 하는 것도 가능하다.
이와 같은 과정을 거쳐 SCR(260)이 정상적인 경우라고 판단되는 경우, 마이크로프로세서(210)는 무효전력 컨트롤러(100)로부터 출력되는 캐패시터 투입 접점신호를 입력받는다.
마이크로프로세서(210)는 무효전력 컨트롤러(100)로부터 접점신호를 입력받아 SCR 구동부(250)를 제어하여 무접점 스위치인 SCR(260)를 제로 크로싱으로 개폐시킨다.
즉, SCR(260)의 개폐에 의해 선택적으로 투입되는 캐패시터 뱅크(300)는 캐패시터의 충방전에 의해 스위칭 시간이 지연됨으로, 제로 크로싱으로 SCR(260)을 스위칭함으로써 스위칭 시간을 줄이고 방출열을 줄일 수 있다.
이와 같은 과정을 통하여 전원의 역률을 보상함으로써 무효전력을 보상할 수 있게 된다.
한편, 온도 감지부(230)는 주기적으로 SCR(260)의 온도를 감지하여 감지된 온도값을 마이크로프로세서(210)에 전달하고, 마이크로프로세서(210)는 온도값에 근거하여 기설정된 기준값, 예를 들어, 50℃을 초과하는 경우에는 냉각팬(미도시)을 구동하여 SCR(260)을 냉각시킨다.
또한, 디지털 출력부(240)를 통하여 캐패시터 뱅크(300)의 투입여부, SCR(260)의 구동상태와 냉각팬의 구동상태 등의 정보를 외부기기 또는 네트워크에 전송한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명의 특징을 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경과 변형을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시예에 한정되어 해석되어서는 안되며, 이하에 기재되는 청구범위로부터 판단되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 따라서, 기존의 무효전력 컨트롤러를 그대로 이용하면서도 무접점 스위칭 소자를 이용함으로써 개폐에 따른 서지전압의 발생을 최소화하고 스위칭 시간을 줄일 수 있으며, 특히 마그네트 방식 고유의 소음을 줄일 수 있다.
또한, 자체진단 및 SCR 불량체크에 의해 보다 신뢰성있는 제어동작이 가능하다는 이점이 있다.
또한, 캐패시터 뱅크 투입 및 SCR 동작유무 등을 외부나 원격지에서 감시할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 역률보상 및 위상 체크를 위해 전원을 입력받는 전원입력부;
    무효전력 보상용 캐패시터를 개폐하는 SCR;
    상기 SCR의 게이트에 인가되는 신호를 제어하여 온 또는 오프시키는 SCR 구동부;
    상기 전원입력부로부터 입력되는 전원의 위상 동기에 맞추어 제로 크로싱을 수행하고, 무효전력 컨트롤러로부터 입력되는 캐패시터 투입 접점신호를 인가받아여 상기 접점신호에 근거하여 상기 SCR 구동부를 제어하여 상기 SCR이 제로 크로싱 방식으로 온오프 동작하도록 하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동역률 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 SCR로부터 출력되는 신호를 이용하여 상기 SCR의 상태를 전압레벨로 감지하는 SCR 확인부; 및
    상기 SCR 확인부로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 마이크로프로세서에 전달하는 A/D 컨버터를 더 포함하며,
    상기 마이크로프로세서는 상기 A/D 컨버터로부터 디지털 신호을 인가받아 상기 SCR이 단락 또는 오픈의 불량상태인지 정상상태인지를 판정하는 것을 특징으로 하는 자동역률 제어장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 SCR의 온도를 감지하는 온도감지부를 더 포함하며, 상기 마이크로프로세서는 상기 온도감지부로부터의 감지신호에 따라 냉각팬을 구동하는 것을 특징으로 하는 자동역률 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서에 연결되어 상기 SCR의 구동상태와 냉각팬의 구동상태를 포함하는 상기 자동역률 제어장치의 동작상태에 관한 디지털 정보를 외부기기에 출력하는 디지털 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동역률 제어장치.
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