KR20100019182A

KR20100019182A - 3상 전원의 단상 제어 회로

Info

Publication number: KR20100019182A
Application number: KR1020080078082A
Authority: KR
Inventors: 김효석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-18
Also published as: KR101479241B1

Abstract

본 발명은 3상 전원의 각 상 전원을 이용하여 단상 부하를 구동하는 회로에 단상 전원의 상을 선택할 수 있는 스위치를 마련하여 3상 4선식 전원 단자대의 각 상간의 전원 확인 후 단상 부하에 공급되는 단상 전원의 상을 선택함으로서 3상 오결선에 의한 단상 회로 파손과 부하 집중에 의한 상 전압 불균형을 방지할 수 있는 3상 전원의 단상 제어 회로를 제시한다.

Description

3상 전원의 단상 제어 회로{Single-phase control circuit of three phase power supply}

본 발명은 3상 전원의 각 상 전원을 이용하여 단상 부하를 구동하기 위해서 단상 전원의 상을 선택할 수 있도록 한 3상 전원의 단상 제어 회로에 관한 것이다.

최근, 아날로그와 디지털 기술의 비약적인 발전에 따라 첨단기능이 구비된 전기제품이 각 가정과 업무현장에 급속하게 보급되고 있다.

이러한 전기제품의 증가는 전력의 사용을 증가시키는데, 특히 학교나 회사, 그리고 병원과 같이 분리된 공간이 다수 개 존재하는 대형 건물에서 실내 공조를 위해 설치되는 시스템 에어컨의 경우 하나 또는 하나 이상의 실외기에 다양한 형태와 용량을 갖는 복수의 실내기를 연결하므로 전력소비량이 크다.

이러한 시스템 에어컨과 같이 전력소비량이 큰 전기제품의 전력 공급을 위해서 3상 전원을 이용하는데, 이는 단상 전원에 비해 3상 전원의 맥동이 적고 더 많은 전력을 공급할 수 있기 때문이다.

3상 전원은 진폭과 주파수가 같은 3개의 정현파 전압이 각각 120°의 위상차를 가지고 3상(R, S, T)에 흐르는 것으로, 3상(R, S, T)의 각 중간 지점을 모아놓 은 N상이 접지선이 되는 3상 4선식 결선방식을 도 1에 도시한 바와 같이, 일반적으로 사용하고 있다.

도 1에 도시한 3상 4선식 전원의 경우, 접지선(N상)을 제외한 R-S, S-T, T-R 상간의 전압은 380V이고, 접지선(N상)을 기준으로 R, S, T 3상 중 한 상과 N상 사이 즉, N-R, N-S, N-T 상간의 전압은 220V이며, 부하도 단상과 3상 부하에 공용으로 사용할 수 있는 결선방식이다.

이러한 3상 4선식 전원을 전기제품 즉, 시스템 에어컨의 실외기에 연결하여 사용할 경우 R, S, T 3상은 압축기를 구동하기 위한 전력을 공급하는데 사용하고, N상과 R, S, T 3상 중 한 상은 단상 팬 모터와 팬 모터 제어기를 구동하기 위한 전력을 공급하는데 사용한다.

이러한 시스템 에어컨의 경우 실외기는 전력을 공급하는 분전반으로부터 설치현장까지 전원선을 가설하여 전원을 인가하게 되나, 설치비용을 절감하기 위해 실외기에는 보통 전원차단기를 설치하지 않고 시스템 에어컨의 전원 단자대(10)에 바로 결선하여 시운전 점검 후 사용하고 있다.

그러나, 분전반이 실외기와 거리가 먼 관계로 배선 확인없이 전원을 온 하는 경우 3상 전원 오결선(N상이 바뀐 상태에서 220V 정격의 단상 부하에 380V 전압이 공급되는 경우)에 의한 단상 부하(팬 모터 제어기 및 팬 모터)의 파손이 발생할 수 있으며, 실외기가 복수 개인 경우 단상 부하가 한 상에 집중되어 배전반의 과전류 차단기가 동작하고 전압 불균형을 초래하여 소음 또는 베어링 마모의 원인이 된다.

본 발명은 3상 전원의 각 상 전원을 이용하여 단상 부하를 구동하는 회로에 단상 전원의 상을 선택할 수 있는 스위치를 마련하여 각 상간의 전원 확인 후 단상 전원의 상을 선택할 수 있도록 하는 3상 전원의 단상 제어 회로를 제시하고자 한다.

이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 단상 제어 회로는 3상 전원의 각 상 전원을 공급받아 구동하는 부하; 상기 부하에 공급되는 단상 전원의 상을 선택하는 스위치; 상기 단상 전원의 상 전원을 검출하여 상기 부하를 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 스위치는 접지선(N상)을 기준으로 R, S, T 3상 중 한 상의 전원을 선택하는 로터리 스위치로, 노멀 오프(Normal OFF)인 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 단상 전원의 사용 전원을 검출하여 네트워크 제어기에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 네트워크 제어기는 상기 단상 전원의 사용 전원을 모니터링하여 상기 3상 전원의 상 평형을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 3상 전원의 단상 제어 회로는 3상 4선식 전원에 3상 및 단상 부하를 연결하여 구동하는 시스템에 마련된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 단상 제어 회로도로서, 3상 및 단상 전원을 공급하는 3상 4선식 전원 단자대(10)와, 3상 4선식 전원 단자대(10)에 연결되어 구동하는 3상 부하(20; 구체적으로, 압축기) 및 단상 부하(30; 구체적으로, 팬 모터)와, 3상 및 단상 전원을 검출하여 3상 부하(20; 이하 제1부하라 한다)및 단상 부하(30; 이하 제2부하라 한다)의 구동을 제어하는 시스템 제어부(40)와, 시스템 제어부(40)와의 네트워크 통신을 통해 3상 4선식 전원을 모니터링하는 네트워크 제어기(50)를 포함한다.

또한, 3상 4선식 전원 단자대(10)와 제1부하(20) 사이에는 시스템 제어부(40)의 제어에 따라 온/오프되는 제1마그넷 스위치(22)가 마련되고, 3상 4선식 전원 단자대(10)와 제2부하(30) 사이에는 시스템 제어부(40)의 제어에 따라 온/오프되는 제2마그넷 스위치(32)와 제2부하(30)의 구동을 제어하는 서브 제어기(34)가 마련된다.

시스템 제어부(40)는 접지선(N상)을 제외한 R, S, T 3상의 전원을 검출하는 3상 전원 검출부(41)와, 접지선(N상)을 기준으로 R, S, T 3상 중 한 상과 N상 사이의 전원을 검출하는 단상 전원 검출부(42)와, 3상 및 단상 전원 검출부(41, 42)에 의해 검출된 3상 및 단상 전원 상태에 따라 제1 및 제2부하(20, 30)의 구동을 제어하는 메인 제어기(43)와, 메인 제어기(43)의 제어에 따라 제1부하(20)를 구동시키도록 제1마그넷 스위치(22)를 온/오프 동작시키는 제1부하구동부(44)와, 메인 제어기(43)의 제어에 따라 제2부하(30)를 구동시키도록 제2마그넷 스위치(32)를 온/오프 동작시킴과 동시에 서브 제어기(34)를 동작시키는 제2부하구동부(45)와, 3상 및 단상 전원에 의한 제1 및 제2부하(20, 30)의 운전 상태와 단상 전원의 사용 전원을 네트워크 통신을 통해 네트워크 제어기(50)에 전달하는 통신부(46)를 포함한다.

또한, 3상 4선식 전원 단자대(10)와 단상 전원 검출부(42) 사이에는 접지선(N상)을 기준으로 R, S, T 3상 중 한 상을 선택하는 단상 전원 선택용 로터리 스위치(60; 이하 단상 전원 선택스위치라 한다)가 마련되어 사용자(설치자)가 3상 전원의 확인 후 단상 전원의 상을 선택하도록 되어 있으며, 노멀 오프(Normal OFF) 상태로 출하된다.

이하, 상기와 같이 구성된 3상 전원의 단상 제어 회로의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

본 발명의 일실시예에는 3상 4선식 전원을 이용하는 시스템(구체적으로, 시스템 에어컨의 실외기)에서 단상 부하를 구동하는 제어 회로에 관한 것이다.

시스템 설치 초기에 전원을 공급하는 분전반으로부터 설치 현장까지 전원선을 가설하여 3상 4선식 전원 단자대(10)에 연결하는 배선공사를 한다. 접지선(N상)을 기준으로 R, S, T 3상 중 한 상을 선택하도록 3상 4선식 전원 단자대(10)에 마련된 단상 전원 선택스위치(60)는 시스템 출하 시 오프 상태로 되어 있다.

분전반과 시스템의 배선공사가 완료된 후 분전반의 스위치(도시되지 않음)를 온 하면, 분전반으로부터 전원이 공급되므로 시스템의 3상 4선식 전원 단자대(10)에서 일반적인 회로 테스터를 이용하여 각 상간의 전압을 확인한다. 3상 4선식에서 접지선(N상)을 제외한 R-S, S-T, T-R 상간의 전압은 380V이고, 접지선(N상)을 기준으로 R, S, T 3상 중 한 상과 N상 사이 즉, N-R, N-S, N-T 상간의 전압은 220V이 다.

전원 확인 결과, 이상이 있으면 배선을 수정하는데 N상이 바뀌어 220V 정격의 단상 부하인 제2부하(30)에 3상이 오결선되어 있더라도 3상 4선식 전원 단자대(10)에 마련된 단상 전원 선택스위치(60)가 오프 상태에 있으므로 단상 전원을 사용하는 회로부의 파손을 방지할 수 있게 된다.

전원 확인 결과, 이상이 없으면 단상 전원 선택스위치(60)를 오프 상태에서 R, S, T 3상 중 한 상으로 선택하여 제2부하(30)에 단상 전원이 공급되도록 한다.

3상 4선식 전원은 접지선(N상)을 기준으로 한 R, S, T 3상의 각 상 전압과, 접지선(N상)을 제외한 R-S, S-T, T-R 상간의 전압이 도 3에 도시한 바와 같이, 위상차를 가지고 정현파 형태로 입력된다.

따라서, 시스템 제어부(40)는 도 3과 같은 위상차를 가지고 공급되는 3상 전원의 상 회전 방향을 3상 전원 검출부(41)를 통해 검출한 후 제1부하구동부(44)를 제어하여 제1마그넷 스위치(22)를 동작시킴으로서 제1부하(20)를 구동한다. 만약 3상 전원의 상 회전 방향이 역상인 경우 제1부하(20)의 역회전에 따라 불량이 발생하므로 에러를 보내고 제1부하(20)가 구동되지 않게 한다.

또한, 시스템 제어부(40)는 시간이나 기타 제어를 위해 단상 전원 검출부(42)를 통해 단상 전원의 전원을 검출하는데, 이와 같이 3상 전원과 단상 전원의 전압 정/부 변화를 3상 전원 검출부(41)와 단상 전원 검출부(42)를 통해 검출하게 되면 도 4 내지 도 7에 도시한 파형을 얻게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 정상상태에서 단상 전원 R상 을 연결했을 때의 전원 검출 파형도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 정상상태에서 단상 전원 S상을 연결했을 때의 전원 검출 파형도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 정상상태에서 단상 전원 T상을 연결했을 때의 전원 검출 파형도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 오결선과 단상 전원 R상을 연결했을 때의 전원 검출 파형도이다.

따라서, 시스템 제어부(40)는 도 4 내지 도 7에 도시한 파형의 시간적인 순서를 확인하여 3상 역상과 단상 전원이 R, S, T 중 어느 상을 사용하는지 알 수 있게 되고, 각 상의 전원이 확인되고 이상이 없으면 각 시스템의 제2부하(30)가 각 상에 고르게 걸리도록 단상 전원 선택스위치(60)를 이용하여 단상 전원의 상을 선택한다.

이와 같이, 전체 전원이 연결되고 제1 및 제2부하(20, 30)가 정상적으로 동작하게 되면 시스템 제어부(40)에 마련된 통신부(46)를 통해 네트워크 제어기(50)는 3상 전원을 모니터링할 수 있으며, 단상 전원의 사용 전원을 알게 되어 필요 시 상 평형 작업을 추가적으로 하여 부하 집중에 의한 상 전압 불균형을 방지함으로서 시스템이 안정되게 운전할 수 있도록 한다.

도 1은 일반적인 3상 4선식 전원의 각 상간 전압을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 단상 제어 회로도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 전압 파형도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 정상상태에서 단상 전원 R상을 연결했을 때의 전원 검출 파형도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 정상상태에서 단상 전원 S상을 연결했을 때의 전원 검출 파형도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 정상상태에서 단상 전원 T상을 연결했을 때의 전원 검출 파형도이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 3상 전원의 오결선과 단상 전원 R상을 연결했을 때의 전원 검출 파형도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 3상 4선식 전원 단자대 20, 30 : 제1 및 제2부하

40 : 시스템 제어부 41 : 3상 전원 검출부

42 : 단상 전원 검출부 43 : 메인 제어기

44, 45 : 제1 및 제2부하 구동부 46 : 통신부

50 : 네트워크 제어기 60 : 단상 전원 선택스위치

Claims

3상 전원의 각 상 전원을 공급받아 구동하는 부하;

상기 부하에 공급되는 단상 전원의 상을 선택하는 스위치;

상기 단상 전원의 상 전원을 검출하여 상기 부하를 제어하는 제어부를 포함하는 3상 전원의 단상 제어 회로.
제1항에 있어서,

상기 스위치는 접지선(N상)을 기준으로 R, S, T 3상 중 한 상의 전원을 선택하는 로터리 스위치인 3상 전원의 단상 제어 회로.
제1항에 있어서,

상기 스위치는 노멀 오프(Normal OFF)인 3상 전원의 단상 제어 회로.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 단상 전원의 사용 전원을 검출하여 네트워크 제어기에 전달하는 3상 전원의 단상 제어 회로.
제4항에 있어서,

상기 네트워크 제어기는 상기 단상 전원의 사용 전원을 모니터링하여 상기 3 상 전원의 상 평형을 제어하는 3상 전원의 단상 제어 회로.
제1항에 있어서,

상기 3상 전원의 단상 제어 회로는 3상 4선식 전원에 3상 및 단상 부하를 연결하여 구동하는 시스템에 마련된 3상 전원의 단상 제어 회로.