KR20080098171A - 순간정전 및 역률보상 장치와 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순간정전 및 역률 보상 장치와 그 방법에 관한 것으로서, 공급전력의 이상유무를 검출하는 입력전압 검출부; 상기 입력전압 검출부에서 공급전력의 이상 유무를 검출하여 정상전원이 공급되고 있을 때 릴레이 모드를 동작시키는 라인전환부; 상기 라인전환부에서 공급된 전력을 역률보상부로 공급하는 바이패스 라인부; 상기 바이패스 라인부에서 공급받은 전력의 역률을 보상하는 역률보상부; 상기 역률보상부에서 공급된 전력과 사용기기에서 발생하는 노이즈를 차단 및 제거하는 필터부; 상기 필터부를 통과한 전력을 부하에 공급하고 상기 사용기기의 부하가 일정한지 검출하는 부하 감시부; 상기 부하 감시부에서 부하에 전력을 공급하면 배터리 전압을 검출 및 충전 제어와 장비 동작을 제어하는 중앙제어부; 상기 입력전압 검출부에서 이상 발생시 전력을 공급하는 배터리; 상기 배터리를 일정 전압 이상으로 충전시키는 전원제어부; 상기 입력전압 검출부에서 이상 발생시 상기 중앙제어부에 의해 배터리 전원을 인버터 회로로 공급하도록 배터리 모드로 전환시키는 동기 절체부; 상기 동기 절체부를 통해 공급된 DC전압을 AC전압으로 변환하여 사용기기에 공급하는 인버터 회로부; 및 상기 부하 감시부에 직접 연결되어 사용기기의 부하량이 일정값 이상 상승하면 바이패스 라인부로 입력전원을 절체시키는 절전모드 라인부로 이루어져 소 용량 전기기기의 부하에 적합한 UPS 기능 외에 고조파 및 노이즈 차단 장치를 구비하여 외부에서 유입되는 노이즈를 방지하고 부하자체에서 발생되어 배전선로로 유입되는 고조파 및 전기노이즈 성분을 억제할 수 있다.

순간정전, 역률, 고조파, 동기절체, 인버터, 과도현상

Description

순간정전 및 역률보상 장치와 그 방법{Apparatus and method of momentary power failure and power factor correction}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 순간정전 및 역률 보상 장치의 동작개요도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 순간정전 및 역률 보상 장치의 상세블록도이다.

도 3은 도 2에서 역률보상부에서 구현되는 L 및 C 회로를 나타낸 회로도이다.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 의한 순간정전 및 역률 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 입력전압 검출부 20 : 라인전환부

30 : 바이패스 라인부 40 : 역률보상부

50 : 필터부 60 : 부하 감시부

70 : 중앙제어부 80 : 배터리

90 : 전원제어부 100 : 동기 절체부

110 : 인버터 회로부 120 : 절전모드 라인부

현재 각종기기를 동작시키는 동력원에 전기를 사용하는 제품은 날로 증가하는 추세에 있으며 이는 다른 동력원에 비해서 간편하고 경제적일 뿐만 아니라 환경에도 적합하기 때문에 근래에 들어 비약적인 사용증가를 보이고 있다. 이와 같은 전기를 이용한 전기기기는 시대에 따라서 사용하는 양과 범위가 계속 증가하는 추세에 있고 사회가 다변화하고 복잡할수록 필요에 의한 다양한 종류의 전기기기가 생산, 공급되고 있다. 그러나 사용하는 전기의 양에 비해서 공급되는 전력의 품질이 떨어져 PC나 제어 기기처럼 일부 마이크로프로세스를 내장한 장비들은 전원 변동에 민감하게 반응하여 동작하기 때문에 때론 심각한 영향이 발생하는 문제가 생겼다.

이는 제품의 생산자가 제품을 설계할 때 정전 또는 순간전압 변동과 같은 미소외란 등이 발생하여 전력품질이 떨어지는 것을 고려하지 않고 설계하는 경우와 의료기기나 제어 기기처럼 제품사용의 특성상 전력품질에 영향을 받아서는 곤란한 환경에서 사용되는 기기에서는 공급되는 전력의 품질저하에 따라 상당한 경제적인 손실 및 불의의 사고를 초래 할 수가 있다. 또한 이와는 다르게 제품설계에 있어 사용자 편의성에만 치중한 나머지 전력공급자 측면에서 불리한 기능은 배제하고 저비용의 설계가 이루어져 역률, 고주파 문제 등을 발생시키고 있으며, 특히 PC의 경우 저가 경쟁으로 인한 조립품의 난립으로 역률 문제는 전혀 고려되지 않고 생산. 판매되고 있는 실정이다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 근본적으로 공급되는 전력이 규정된 범위의 전력으로 일정하게 공급되어야 하나 변전소에서 수용가까지 선로의 거리와, 수용가 상호간의 간섭, 계약용량 초과사용, 피크타임의 전압강하, 수용가 자체의 Noise 발생 등으로 인하여 각 수용가에 공급되는 전력의 품질은 전력공급자의 통제를 벗어나는 것이 보통이다. 이와 같은 현실에서 전기기기를 사용하는 사용자가 자구책으로 설치하여 운영하는 AVR, UPS 등 전력품질 보상장치는 대부분 1 KVA 이상의 용량으로 구입비용이 크고, 설치의 번거로움과, 관련 지식에 대한 이해 폭이 좁아 일정 규모이상의 사업장에서 설치운용하고 있는 것이 대부분이며 사회 전체로 확산되지 못하고 있어 이로 인한 전력수용가 측의 피해 및 민원이 날로 증가하고 있으며 사용자가 사용하는 PC 또는 제어기기 대부분이 비선형 부하로 역률이 낮고 자체노이즈 발생에 대한 대책이 없어 전력설비 이용율 감소와 주변기기에까지 그 영향을 파급시키고 있는 현실이다.

또한, 현재 전력공급자가 배전하는 전기는 발전된 전력을 변전소를 통해 일정전압 이하로 감압하여 공급되는 것으로서 최종 수용자까지는 차단기, 개폐기, 변압기 등 각종 전력설비를 통과하여 공급되고 있다. 이러한 전기는 각종 설비의 불시고장이나 수용가 자체에서 발생되는 노이즈로 인하여 정전 및 순간적인 전압파동 현상이 발생하게 되는 경우가 있다. 특히 여름철과 같은 순간부하급증으로 인한 설비용량초과나 냉방기와 같은 설비에서 기동모터에 의한 순간적인 서지(Surge)가 발생했을 때 차단기의 오동작이나 과도현상(Flicker, Sag, Swell)이 발생하는 문제점 이 생겼다.

이러한 현상은 짧게는 수 ㎳ 에서 수초 간 지속되는데 대부분 사람이 느끼기에는 아주 짧은 시간동안 발생되는 현상이라 증상을 파악하기가 어렵다. 그러나 공급되는 전력품질에 민감하게 반응하는 제어기기 등에서는 경우에 따라서 심각한 영향을 받는 경우가 많다. 제어기기는 사용자요구에 의한 인위적 프로그램(CPU 등)으로 운영되는 장치로서 센서에서 검출하는 전압의 크기나 주파수 등에 따라 프로그램 된 순서에 의해 연산하고 결과 값을 도출해 내는 경우가 대부분으로 사전 프로그램에서 경우 수에 없던 입력이 가해질 때 프로그램 오류를 일으킬 확률이 다른 기기보다 높을 수밖에 없다.

이것은 과도현상 뿐 아니라 같은 배전선로에서 동작하는 타 장치에서 발생되는 노이즈(고조파 등)의 영향을 받는 경우도 많은데 대부분 원인불명으로 치부하거나 증상이 반복될 때 해당 전기공급자로 민원이 발생하게 되는데 이는 주로 홀수 고조파에 의한 주파수의 왜곡현상이 원인이다. 예로 한국전력공사의 정전통계에서 보면 수초미만의 정전이 전체 정전건수의 85% 이상을 차지할 만큼 대부분의 정전이 순간적으로 발생되는 순시정전이다. 이는 배전망의 고장원인도 있으나 고객의 설비에서 발생되는 각종 전기적인 노이즈가 배전계통에 유입되어 차단기의 오동작, 순간전압 변동과 같은 왜란현상이 발생되는 것이 원인이다.

이와 같은 현상이 발생할 때 이를 방지하기 위한 방법으로 전력공급자 측에서는 수시 수용가의 설비를 진단하고 열화나 절연사고가 의심되는 부분을 검출하여 고객스스로 수리보완토록 홍보하고 있으나 고객스스로 수전설비를 교체 또는 수리 한다는 것은 비용문제 때문에 꺼려하고 있는 것이 현실이다.

또한, 전력공급자도 이를 규제할 마땅한 법제화가 미흡하고 경제적 현실 때문에 제대로 지켜지지 않고 있으며, 수용가 자체에서는 자체설비 보호용으로 수초이상의 장시간 정전에 대비한 대용량의 무정전 전원장치 또는 정전압(AVR)장치를 설치하여 운영할 뿐 내부에서 발생되는 노이즈의 파급에는 무관심한 상황이었다.

이러한 상황에서 동일 배전선로에서 운영되는 타 기기에서의 피해건수가 늘어나고 있으며, 더욱이 전력품질 저하에 따라 심각한 영향을 받고 있는 제어기기, PC 등에서는 그 피해규모가 더욱 커지고 있는 것이 현실이다.

대부분 데스크 탑 종류의 PC, POS 시스템 또는 제어기기는 역률이 낮고(예로 0.5~0.6) 고조파와 같은 노이즈의 영향에 민감하며, 기기의 대부분이 비선형 부하로 이루어져 자체에서도 고조파 및 노이즈를 발생하는 것이 특징이다.

하지만, 이러한 부하특징은 개별로 보았을 때는 미미한 수준이지만 짧은 배전라인에 밀집될 경우 상호작용에 의한 노이즈의 증폭으로 인하여 기기 오동작이 빈번하고 과다전류로 인한 순간적인 전압강하로 자체의 배전라인에서 플리커(Flicker), 또는 새그(Sag)현상을 일으키고 있다.

이러한 전압변동은 전력공급자의 의도와는 다르게 수전고객 스스로 발생시키는 문제이기 때문에 자체설비를 보호하기 위해서도 부하기기에 적합한 보호 장치를 구비하여 역률을 높이고 전기적 노이즈와 같은 원인에 의한 전압변동현상에 대비해야 된다.

현재 PC, 제어장치, POS 시스템 등 입력전압에 민감하게 동작되는 장치에서 는 그 사용 중요도를 감안하여 무정전 전원공급 장치(UPS) 및 자동전압조정 장치(AVR) 등을 별도로 설치하여 정전 또는 전압변동과 같은 만약의 경우에 대비하여 사용하고 있다. 그러나 이와 같은 장비는 대용량의 부하에 적합하게 만들어져 가격이 높고 설치규모가 커 많은 설치공간이 필요하며 기기의 특성상 온ㆍ습도 등을 일정하게 유지하기 위한 별도의 제어기기가 필요로 하는 등 일반적인 용도에서는 사용하기가 어려워 반도체, 섬유, 정유시설과 같은 특수설비를 운영하는 곳에서 제한적으로 활용하고 있는 실정이다. 이러한 공장에서는 설비의 규모가 크고 정전사고 발생 시 경제적 피해가 막대하여 그에 합당한 대용량의 정전보상장치나 정전압 제어기기를 설치하여 운영하고 있다.

그러나, 이는 정전 및 전압변동에 대한 자구책일 뿐 자체 시설에서 발생되는 전기적 노이즈에 대한 대책이 미흡하여 전력공급자 측면에서는 배전선로로 유입되는 고조파 및 노이즈로 인한 대책이 시급한 문제로 대두되고 있는 실정이다. 또한 최근 들어 전기품질에 민감하게 영향 받는 정밀제어 기기나 PC의 활용도 및 의존도가 커지고 PC 안에 저장되는 데이터의 경제적인 가치가 높아지는 추세에 있어 배전선로로 유입된 노이즈 및 고조파로 인한 기기의 오작동이나 기능정지로 계산오류, 작업사고, 데이터 손실 등 경제, 사회적 문제로까지 피해 범위가 넓어져 가고 있다. 이와 같은 순간정전 및 노이즈와 같은 외란에 대하여 제어기기 및 PC 등을 외부 전원 변동, 외란에 관계없이 보호할 수 있는 장치의 필요성은 커지고 있으나 소 용량 부하에 적합한 UPS와 같은 장치에서는 순간정전에 대한 감응속도가 제조사마다 일정하지가 않으며 전기적 노이즈 및 고조파에 대한 문제는 배제되어 생산된 제 품으로서, 외란에 대한 보호가 미미하고 역률저하 및 고조파 발생 등으로 전기공급자의 경제적인 사항은 전혀 고려하지 않은 방법이었다.

또한, 일반적인 정전보상장치는 일상적으로 상시 전원이 공급되는 관계로 내부 배터리 충전 시 소모되는 전력뿐만 아니라 평상시에 부하기기의 전원도 정전보상장치의 전원 스위치를 꺼놓지 않으면 정전보상장치의 내부회로에서 일정한 양(예로 10W 이상)의 전력이 소모됨으로 PC방과 같은 다수의 컴퓨터를 운영하는 곳에서는 경제적인 부담이 될 수 있으며 사용하지 않을 때 일일이 전원을 끄고 켜는 번거로운 점이 문제가 되었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 소 용량 전기기기의 부하에 적합한 UPS 기능 외에 고조파 및 노이즈 차단 장치를 구비하여 외부에서 유입되는 노이즈를 방지하고 부하자체에서 발생되어 배전선로로 유입되는 고조파 및 전기노이즈 성분을 억제하기 위한 순간정전 및 역률 보상 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 자동 역률감응장치를 구성하여 기기에서 사용되는 부하를 분석하여 역률 량을 검출하고 진상(Lead)과 지상(Lag)의 비율에 합당한 L 값과 C 값을 보정하여 자동으로 역률을 개선시킬 수 있는 순간정전 및 역률 보상 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 동기절체부 및 배터리 채용에 대한 내부회로 구성을 단순화시켜 소형의 크기로 동작이 가능하게 하여 설치공간이 협소한 장소에서 손쉬운 설치와 공급되는 전기품질에 대해 일정시간 이상 사용기기를 보호할 수 있는 순간정전 및 역률 보상 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 사용부하를 감시하여 부하가 일정이하로 떨어지면 내부회로에서 불필요하게 소모되는 전력을 차단함으로써 부하전원의 동작유무에 따라 내부회로를 동작시키는 구성으로 부하전원이 없을 때는 절전모드로 자동 진행하여 공급전원을 끊고 내부 배터리를 이용하여 부하전원을 감시하고 다시 PC 또는 제어기기가 동작하면 공급전원 모드로 진행할 수 있도록 하는 순간정전 및 역률 보상 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 순간정전 및 역률보상 장치는, 공급전력의 이상유무를 검출하는 입력전압 검출부; 상기 입력전압 검출부에서 공급전력의 이상 유무를 검출하여 정상전원이 공급되고 있을 때 릴레이 모드를 동작시키는 라인전환부; 상기 라인전환부에서 공급된 전력을 역률보상부로 공급하는 바이패스 라인부; 상기 바이패스 라인부에서 공급받은 전력의 역률을 보상하는 역률보상부; 상기 역률보상부에서 공급된 전력과 사용기기에서 발생하는 노이즈를 차단 및 제거하는 필터부; 상기 필터부를 통과한 전력을 부하에 공급하고 상기 사용기기의 부하가 일정한지 검출하는 부하 감시부; 부하 감시부; 상기 부하 감시부에서 부하에 전력을 공급하면 배터리 전압을 검출 및 충전 제어와 장비 동작을 제어하는 중앙제어부; 상기 입력전압 검출부에서 이상 발생시 전력을 공급하는 배터리; 상기 배터리를 일정 전압 이상으로 충전시키는 전원제어부; 상기 입력전압 검출부에서 이상 발생시 상 기 중앙제어부에 의해 배터리 전원을 인버터 회로로 공급하도록 배터리 모드로 전환시키는 동기 절체부; 상기 동기 절체부를 통해 공급된 DC전압을 AC전압으로 변환하여 사용기기에 공급하는 인버터 회로부; 및 상기 부하 감시부에 직접 연결되어 사용기기의 부하량이 일정값 이상 상승하면 바이패스 라인부로 입력전원을 절체시키는 절전모드 라인부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 순간정전 및 역률보상 방법은, 입력전압검출부에서 공급전력의 이상유무를 검출하여 정상인지 아닌지 판별하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계 후 공급전력이 정상이라면 중앙제어부에서 배터리 전압을 검출하여 일정값 이하인지 판별하여 이하라면 전원제어부를 통하여 배터리를 충전시키고 일정값보다 크다면 배터리를 충정안시키는 제 2 단계; 상기 제 1 단계 후 공급전력이 정상이라면 라인전환부의 릴레이 모드를 동작시켜 절전모드에서 바이패스 라인부로 선로를 절체하여 배전라인에서 공급되는 전력을 바이패스 라인부를 통해 사용기기에 공급하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계 후 부하전력의 위상하에 의한 역률값을 계산하여 위상차에 합당하게 보정된 값의 L 또는 C 회로를 통해 공급전력이 통과하도록 역률보상부에서 역률을 보상하는 제 4 단계; 상기 제 4 단계 후 역률보상부에서 공급된 전력은 필터부에서 통과대역 주파수를 기본주파수로 제한시켜 배전라인에서 발생된 노이즈를 제거하고 반대로 사용기기에서 발생된 노이즈가 배전선로로 전파되는 것을 차단하는 제 5 단계; 상기 제 5 단계 후 전류변성기(CT)로 구성된 부하감시부에서 부하기기의 부하를 측정하고 전력을 공급하는 제 6 단계; 상기 제 6 단계에서 측정된 부하값이 일정값 이하면 라인전환부에서 릴레이 스위치 를 동작하여 바이패스 라인을 통하여 공급되던 전력을 절전모드 라인부로 절체하고 보상장치의 동작을 OFF시키는 제 7 단계; 상기 제 6 단계 후 사용기기가 비 정상적으로 종료될 때 평상 시 사용부하의 정상적인 기동 또는 종료순서에 의한 전력변화를 검출하여 중앙제어부에서 분석하고 있으며 분석된 값과 상이할 때는 부하전류가 일정 값 이상이어도 장치의 동작은 절전모드 상태를 유지시키는 제 8 단계 및; 상기 제 1 단계 후 공급전력이 배전라인의 이상에 의해 정전 또는 전압변동으로 인해 이상이 생겼다면 입력전압 검출부는 검출된 신호를 중앙제어부로 보내고 중앙제어부는 동기절체부에 전원절체 명령을 내린 다음에, 전원절체 명령을 수신한 상기 동기절체부는 배전라인에 연결된 회로를 차단하고 배터리 전원을 인버터 회로부로 공급하도록 배터리 모드로 변환하며, 인버터 회로부에 공급된 배터리 전압은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor:IGBT) 소자를 이용해 AC 전압으로 변환되여 부하기기에 공급되는 제 9 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 순간정전 및 역률 보상 장치의 동작개요도이다.

본 발명에 의한 순간정전 및 역률 보상장치는 PC를 비롯한 제어기기 입력 전단에 설치하여 공급되는 전력을 감시하고 공급전력의 품질에 문제가 발생할 때 대체 전력을 생성하여 부하에 공급하는 장치이다.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 배전라인의 입력전압은 입력전압 검출부(10)에서 정전 및 전압변동 유무를 검출하여 정상전원이 공급될 때에는 바이패스 라인부(30)를 통해 역률보상부(40)에서 역률을 적정 값 이상으로 개선시켜 부하로 공급하게 된다.

이때 배터리(80)의 전원이 일정전압 이하로 떨어졌을 때에는 전원제어부(90)에서 일정전압 이상까지 배터리(80)를 충전하게 된다. 그러나 이와는 다르게 입력전압 검출부(10)에서 검출하는 전압이 정전 또는 전압변동(정전, Flicker, Sag, Swell)이 발생하여 입력전압이 설정된 전압범위(200V 이하 또는 240V 이상)를 벗어났을 때는 입력전원과 연결된 바이패스 라인부(30)를 끊고 장치에 설치된 배터리(80)를 이용한 대체전력을 생성하여 사용기기의 부하전력으로 공급한다.

도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 정전 또는 전압변동이 일어났을 때에는 평상시 배터리(80)에 충전된 전압을 인버터 회로부(110)를 통하여 AC 전력으로 변환 증폭하여 일정전압(예로 AC 220V)으로 부하에 대체전력을 공급하게 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 순간정전 및 역률 보상 장치의 상세블록도이며, 도 3은 도 2에서 역률보상부에서 구현되는 L 및 C 회로를 나타낸 회로도이다.

도시된 바와 같이, 입력전압 검출부(10)에서 공급전력의 이상유무를 검출하며 정상전원이 공급되고 있을 때 부하감시부(60)에서 사용기기의 부하전력이 일정 값 이상으로 증가하는 것을 검출하면 라인 전환부(20)에서 릴레이 스위치를 동작시켜 절전모드 라인부(120)에서 바이패스 라인부(30)로 선로를 절체하여 공급전력 그 대로 역률 보상부(40)로 공급된다.

또한, 상기 역률 보상부(40)는 사용부하기기의 역률 특성에 따른 역률을 보상하며, 필터부(50)는 공급된 전력과 사용기기에서 발생하는 노이즈를 차단 및 제거한다. 이렇게 상기 필터부(50)를 통과한 전력은 부하 감시부(60)를 통해서 부하에 공급된다.

부하에 공급되는 전력의 크기는 상기 부하 감시부(60)에 의해 검출되며 그 결과 값에 따라 절전 모드부(120)나 바이패스 라인부(30)로 입력전원을 절체 시킨다.

또한, 상기 부하 감시부(60)에서 부하에 전력을 공급하면 중앙제어부(70)는 배터리(80) 전압을 검출하여 그 결과(일정값 이하일 경우)에 따라 전원제어부(90)를 통해 배터리(80)를 충전하고 장치의 전체적인 동작을 제어한다.

또한, 상기 입력전압 검출부(10)에서 공급 전력의 이상 발생을 감지하였을 경우에 상기 중앙제어부(70)에 의해 배터리(80) 전압을 인버터 회로로 공급하도록 동기 절체부(100)에 의해서 배터리 모드로 전환되며 이때 공급된 DC전압은 인버터 회로부(110)에 의해 AC전압으로 변환되어 사용기기에 공급된다.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 의한 순간정전 및 역률 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4에 도 2를 대비하여 설명하면, 순간정전 및 역률보상장치의 입력전압 검출부(10)에서 공급전력의 이상 유무를 검출하여 정상전원인지 아닌지를 판별한다(ST1∼ST2).

상기 입력전압 검출부(10)에서 검출된 전원이 정상전원(예로 220V ±10V)이라면 이 때 중앙제어부(70)에서 배터리(80)의 전압을 검출하여 충전전압이 일정값 이하로 떨어졌을 경우에 전원제어부(90)를 통하여 일정전압 이상으로 배터리(80)를 충전시키며 충전전압이 일정값보다 크다면 배터리를 충전시키지 않는다(ST3∼ST5).

상기 입력전압 검출부(10)에서 검출된 전원이 정상전원이라면 중앙제어부에서는 라인전환부(20)의 릴레이를 동작하여 절전모드에서 바이패스 라인(30)으로 선로를 절체하게 된다. 이때 절체된 선로를 따라 절전모드에서 바이패스 라인으로 입력전압이 공급되어 역률보상부(40)로 전달하며, 상기 역률 보상부(40)에서는 내부타이머 동기에 의하여 부하전력의 전압위상과 전류위상을 비교하여 진상 및 지상구분을 하고 위상차에 의한 역률 값을 계산하여 위상차에 합당한 보정된 값의 L 또는 C 회로로 공급전력이 통과되도록 하여 역률을 보상하게 된다(ST6∼ST7).

또한, 상기 역률보상부(40)에서 공급된 전력은 필터부(50)에서 부하기기에서 발생되는 노이즈를 방지하도록 하여 통과 대역 주파수를 기본주파수(예로 60㎐)로 제한시켜 배전라인에서 발생된 노이즈를 제거하고 반대로 사용기기에서 발생된 노이즈가 배전선로로 전파되는 것을 차단하도록 하였으며, 전류변성기(CT)로 구성된 부하감시부(60)는 부하기기의 부하량을 측정하고 부하기기에 상기 필터부(50)를 통과한 전력을 공급하게 된다(ST8∼ST10).

또한, 정상전원이 바이패스 라인부(30)을 통해 공급되는 상태일 때에 부하감시부(60)에서 측정한 사용기기의 부하값이 일정값 이하(예로 0.1A)로 떨어지면 라인전환부(20)에서 릴레이 스위치(도시하지 않음)를 동작하여 바이패스 라인부(30) 를 통하여 공급되던 전력을 절전모드 라인부(120)로 절체하고 보상장치의 동작을 OFF 시킨다(ST11∼ST12).

이때 사용부하기기의 부하감시는 내장된 배터리(80)의 전원을 사용할 수 있게 함으로써, 사용자가 PC, 또는 제어기기의 전원을 OFF하여 일정 값 이하로 부하전류가 떨어지면 자동으로 보상장치의 전원도 꺼지도록 한다. 이는 대다수 사용자가 전원을 끄는 행위를 잊어버리거나 습관적으로 사용기기의 전원만 OFF하는 상태에서 불필요한 소모 전력을 방지하기 위함이다.

또한, 이때 입력전원라인은 절전모드 라인부(120)를 통하여 사용기기와 직접 연결되어 있어 다시 사용자가 사용기기의 전원을 켜면 절전모드를 통하여 입력전원이 사용기기로 직접 공급되어 사용기기가 동작하고 동작되는 부하량이 일정 이상(예로 0.1A 이상)으로 상승 될 때 부하 감시부(60)에서 부하량을 검출하여 중앙제어부(70)로 보내면 중앙제에부(70)에서 라인 전환부(20)의 릴레이 스위치를 동작시켜 절전모드 라인부(120)에서 바이패스 라인부(30)로 입력전원을 절체시킨다.

그러나 이와 다르게 사용자가 PC 등을 종료할 때 시스템의 정상적인 종료 순서(Sequence)를 거치지 않고 스위치를 꺼 버리거나 정전이 발생된 후 재 동작을 시키지 않으면 모니터(예로 CRT 모니터)의 FBT(Flight Back Trans) 회로를 종료하지 못하기 때문에 정상으로 종료하였을 때 흐르는 전류의 수배에서 수십배 이상 높게 흘러 PC 사용 중과 혼동을 일으킬 수 있으므로 평상 시 사용부하의 정상적인 기동 또는 종료순서에 의한 전력변화를 검출하여 중앙제어부에서 분석하고 있으며 분석된 값과 상이할 때는 부하전류가 일정 값 이상이어도 장치의 동작은 절전모드 상태 를 유지시킨다(ST13).

이와 같이 전원라인을 절전모드 라인부(120)로 절체 시키는 것은 사용기기가 동작하지 않을 때 보상장치에서 소모되는 외부 공급전력을 제로상태로 가져가기 위함이다.

반면에, 배전라인의 이상에 의해 정전 또는 전압변동이 발생하였을 경우에는 입력전압 검출부(10)에서 이와 같은 증상을 검출하여 중앙제어부(70)로 보내며 중앙제어부는 동기 절체부(100)에 전원절체 명령을 내리게 된다(ST2, ST14).

이러한 동기절체 명령을 수신한 동기 절체부(100)는 배전라인에 연결된 회로를 차단하고 배터리전원을 인버터 회로부(110)로 공급하도록 배터리 모드로 전환시키며, 상기 인버터 회로부(100)에 공급된 배터리의 DC 전압은 IGBT 소자를 이용한 고속 스위칭 동작에 의해 AC 전압으로 변환하여 부하 감시부(60)를 통하여 부하기기에 공급한다(ST15∼ST16).

이와 같이 배터리모드로 부하기기에 전력을 공급할 때 역률보상부(40)는 동작하지 않으며 입력전압 검출부(10)에서 정상전원이 복구되어 바이패스 라인부(30)를 통하여 전원이 공급될 때에만 동작한다.

이상에서와 같이 본 발명은 상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 소용량의 제어기기 또는 PC 부하에 대한 정전보상 및 순간전압 변동에 대한 기기의 동작을 안정적으로 유지시킬 수 있어 데이터 손실을 방지하고 업무효율을 높일 수 있는 효과가 얻을 수 있다.

또한, 정상적으로 전력이 공급되는 상태에서는 비선형 기기에서 발생되어 배전계통에 파급되는 고조파 등 노이즈를 방지할 수 있어 배전설비의 오동작 및 고장을 방지하는 효과를 얻을 수 있으며, 제어기기 또는 PC 등에서 발생되는 역률을 개선함으로서 전력설비 이용률을 높일 수 있고 소비전류 감소로 인한 전압강하를 방지하여 기기동작을 안정시키는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 무 부하 상태에서 장치의 전원을 차단하고 내부 배터리를 이용하여 입력전원을 감시하므로 불필요한 전력소비를 방지하고 전원을 일일이 끄고 켜는 번거로움을 해소할 수 있으며, 보상장치의 크기가 적고 가벼워 다수의 컴퓨터가 밀집된 협소한 공간에서도 설치가 가능할 뿐 아니라 경제적으로 부담이 적어 소형 전기기기에서 사용되는 안정된 대체전력을 확보하기가 쉬운 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 공급전력의 이상유무를 검출하는 입력전압 검출부; 상기 입력전압 검출부에서 공급전력의 이상 유무를 검출하여 정상전원이 공급되고 있을 때 릴레이 모드를 동작시키는 라인전환부; 상기 라인전환부에서 공급된 전력을 역률보상부로 공급하는 바이패스 라인부; 상기 바이패스 라인부에서 공급받은 전력의 역률을 보상하는 역률보상부; 상기 역률보상부에서 공급된 전력과 사용기기에서 발생하는 노이즈를 차단 및 제거하는 필터부; 상기 필터부를 통과한 전력을 부하에 공급하고 상기 사용기기의 부하가 일정한지 검출하는 부하 감시부; 부하 감시부; 상기 부하 감시부에서 부하에 전력을 공급하면 배터리 전압을 검출 및 충전 제어와 장비 동작을 제어하는 중앙제어부; 상기 입력전압 검출부에서 이상 발생시 전력을 공급하는 배터리; 상기 배터리를 일정 전압 이상으로 충전시키는 전원제어부; 상기 입력전압 검출부에서 이상 발생시 상기 중앙제어부에 의해 배터리 전원을 인버터 회로로 공급하도록 배터리 모드로 전환시키는 동기 절체부; 상기 동기 절체부를 통해 공급된 DC전압을 AC전압으로 변환하여 사용기기에 공급하는 인버터 회로부; 및 상기 부하 감시부에 직접 연결되어 사용기기의 부하량이 일정값 이상 상승하면 바이패스 라인부로 입력전원을 절체시키는 절전모드 라인부로 이루어진 것을 특징으로 하는 순간정전 및 역률 보상 장치.
2. 입력전압검출부에서 공급전력의 이상유무를 검출하여 정상인지 아닌지 판별 하는 제 1 단계(ST1∼ST2); 상기 제 1 단계 후 공급전력이 정상이라면 중앙제어부에서 배터리 전압을 검출하여 일정값 이하인지 판별하여 이하라면 전원제어부를 통하여 배터리를 충전시키고 일정값보다 크다면 배터리를 충정안시키는 제 2 단계(ST3∼ST5); 상기 제 1 단계 후 공급전력이 정상이라면 라인전환부의 릴레이 모드를 동작시켜 절전모드에서 바이패스 라인부로 선로를 절체하여 배전라인에서 공급되는 전력을 바이패스 라인부를 통해 사용기기에 공급하는 제 3 단계(ST6); 상기 제 3 단계 후 부하전력의 위상하에 의한 역률값을 계산하여 위상차에 합당하게 보정된 값의 L 또는 C 회로를 통해 공급전력이 통과하도록 역률보상부에서 역률을 보상하는 제 4 단계(ST7); 상기 제 4 단계 후 역률보상부에서 공급된 전력은 필터부에서 통과대역 주파수를 기본주파수로 제한시켜 배전라인에서 발생된 노이즈를 제거하고 반대로 사용기기에서 발생된 노이즈가 배전선로로 전파되는 것을 차단하는 제 5 단계(ST8); 상기 제 5 단계 후 전류변성기(CT)로 구성된 부하감시부에서 부하기기의 부하를 측정하고 전력을 공급하는 제 6 단계(ST9∼ST10); 상기 제 6 단계에서 측정된 부하값이 일정값 이하면 라인전환부에서 릴레이 스위치를 동작하여 바이패스 라인을 통하여 공급되던 전력을 절전모드 라인부로 절체하고 보상장치의 동작을 OFF시키는 제 7 단계(ST11∼ST12); 상기 제 6 단계 후 사용기기가 비 정상적으로 종료될 때 평상 시 사용부하의 정상적인 기동 또는 종료순서에 의한 전력변화를 검출하여 중앙제어부에서 분석하고 있으며 분석된 값과 상이할 때는 부하전류가 일정 값 이상이어도 장치의 동작은 절전모드 상태를 유지시키는 제 8 단계(ST13,ST12) 및; 상기 제 1 단계 후 공급전력이 배전라인의 이상에 의해 정전 또 는 전압변동으로 인해 이상이 생겼다면 입력전압 검출부는 검출된 신호를 중앙제어부로 보내고 중앙제어부는 동기절체부에 전원절체 명령을 내린 다음에, 전원절체 명령을 수신한 상기 동기절체부는 배전라인에 연결된 회로를 차단하고 배터리 전원을 인버터 회로부로 공급하도록 배터리 모드로 변환하며, 인버터 회로부에 공급된 배터리 전압은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor:IGBT) 소자를 이용해 AC 전압으로 변환되여 부하기기에 공급되는 제 9 단계(ST14∼ST16);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 순간정전 및 역률 보상 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 7 단계는 OFF된 사용기기의 전원을 다시 ON 하면 사용기기가 동작하고 이 동작되는 사용기기의 부하량이 일정값 이상으로 상승 될 때 부하감시부에서 부하량을 검출하여 중앙제어부로 보내 라인전환부의 릴레이 스위치를 동작시켜 절전모드 라인부에서 바이패스 라인부로 입력전원을 절체시키는 것을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 순간정전 및 역률 보상 방법.

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