KR20140116591A - 3상 입력 전원의 결상 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3상 입력 전원의 결상을 검출하는 장치에 관한 것으로서, 3상 입력 전원의 각 상 전압을 반파 정류하는 3상 반파정류부, 3상 반파정류부에서 정류된 전압을 충전하는 충전부, 충전부에 충전된 전압과 기준전압을 비교하는 비교부, 및 비교부의 비교 결과에 따라 동작하여 결상발생여부를 알리는 신호를 출력하는 포토 커플러를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따르면, 산업용 인버터 등 3상 교류 전원을 사용하는 장치의 동작 상태에 관계없이 입력 결상을 정확하게 검출할 수 있으며, 비교기와 포토 커플러 등의 구동에 필요한 전류를 낮추어 열 스트레스도 감소시킬 수 있다.

Description

3상 입력 전원의 결상 검출 장치{ Apparatus for Detecting Open Circuit of 3 Phase Input Power }

본 발명은 3상 입력 전원의 결상을 검출하는 장치에 관한 것으로서, 특히 3상 교류 전원 중 1상 또는 그 이상의 전원이 결상되었는지의 여부를 정확하게 검출할 수 있도록 한다.

산업용 인버터 등 3상 교류 전원을 입력 받는 다양한 장치가 사용되고 있으며, 일반적으로 3상 교류 전원은 직류로 변환되어 사용된다.

그런데 사고나 고장 등으로 3상 교류 전원 중 1상 또는 그 이상의 전원이 결상되면, 직류 전원의 크기가 감소하고 리플이 커져 출력이 불안정해지며, 결상되지 않은 나머지 상의 입력 전류가 증가하여 과전류로 인해 3상 전파 정류기가 소손되는 등의 문제가 발생할 수 있다.

도 1은 3상 교류 전원의 결상을 검출하는 종래의 회로를 보인 것으로서, 입력단(R,S,T)으로 입력되는 3상 교류 전원은 저항 소자(11)을 통해 3상 전파정류기(12)에 인가되어 전파 정류되고, 전압분배기(13)에서 션트 레귤레이터(14)의 기준 전압으로 분압된다.

포토 커플러(15)는 션트 레귤레이터(14)에 의해 구동되어 결상이 발생하였는지의 여부를 출력한다.

즉, 전압분배기(13)에서 분압된 전압이 션트 레귤레이터(14)의 기준 전압(예: 2.5V) 이하가 되는 구간이 발생하면, 션트 레귤레이터(14)가 동작하여 포토 커플러(15)의 출력이 차단되어 결상 검출 신호가 출력된다.

그러면, 인버터의 CPU(Central Processing Unit) 등은 이 신호에 따라 인버터의 구동을 정지시키는 등 적절한 조치를 취하게 된다.

도 2a는 3상 입력 전원이 정상일 때 션트 레귤레이터(14)의 기준전압 파형을 보인 것이고, 도 2b는 3상 중 1상이 결상일 때 션트 레귤레이터(14)의 기준전압 파형을 보인 것으로서, 3상 입력 전원이 정상일 때는 전파 정류된 파형이 2.5V 이상이지만 3상 중 1상이 결상되면 전파 정류된 파형 중 2.5V 미만으로 떨어지는 구간이 발생하면서 결상 검출 신호가 발생된다.

한편, 도 1에 보인 바와 같은 종래의 결상 검출 회로에서는 3상 입력 전원을 전파 정류하고 이를 분압하여 측정하기 때문에 결상 여부를 정확하게 판별하기 위해서는 상용 전원과 동일한 주파수의 3상 정현파가 입력되어야 한다.

그러나, 션트 레귤레이터(14)를 구동하기 위하여 결상 검출 회로의 일부분을 인버터 등 주회로의 접지단(B)에 접지시킨 결과, 입력 전압의 형태가 왜곡되면서 전압의 최소값도 정현파의 음의 최대값이 아닌 0이 된다.

도 3은 3상 입력 전원이 모두 정상일 때 3상 전파정류기(12)의 입력단(A)에서 측정한 R상 전압을 보인 것으로서, 결상이 발생하지 않았음에도 불구하고 입력 전압이 왜곡됨을 알 수 있다.

즉, 종래의 결상 검출 방식은 입력 전압이 왜곡되면서 션트 레귤레이터의 기준 전압도 왜곡되므로 그 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산업용 인버터 등 각종 장치로 입력되는 3상 교류 전원의 결상 발생 여부를 더욱 정확하게 검출할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3상 입력 전원의 결상 검출 장치는, 3상 입력 전원의 각 상 전압을 반파 정류하는 3상 반파정류부; 상기 3상 반파정류부에서 정류된 전압을 충전하는 충전부; 상기 충전부에 충전된 전압과 기준전압을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교 결과에 따라 동작하여 결상발생여부를 알리는 신호를 출력하는 포토 커플러를 포함하여 이루어진다.

상기 충전부는 상기 3상 반파정류부의 출력단 공통 접점과 접지 사이에 병렬 연결되는 저항 소자와 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 비교부는 비반전 입력단과 반전 입력단에 각각 상기 충전부에 충전된 전압과 상기 기준전압을 입력 받는 비교기를 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 상기 포토 커플러의 입력단이 상기 비교기의 출력단에 연결된다.

상기 기준전압은 상기 3상 입력 전원의 전압이 모두 정상일 때 상기 충전부에 충전되는 전압의 70%~80% 사이의 값을 갖도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 산업용 인버터 등 3상 교류 전원을 사용하는 장치의 동작 상태에 관계없이 입력 결상을 정확하게 검출할 수 있다.

입력 전압의 크기와 파형의 형태로 결상을 검출하는 종래의 입력 결상 검출 회로와는 달리 본 발명은 입력 전압의 크기만으로 입력 결상을 검출할 수 있기 때문에 신뢰성이 높다.

또한, 비교기와 포토 커플러 구동 전원을 별도로 사용하면 필요한 전류를 낮추어 설계할 수 있으며, 이에 따라 결상 검출 장치의 전력소모가 감소하여 열 스트레스도 감소시킬 수 있다.

도 1은 종래 입력 결상 검출 회로의 예,
도 2는 결상이 발생했을 때 션트 레귤레이터 기준전압 파형의 예,
도 3은 정상 상태에서 왜곡된 상 전압의 예,
도 4는 본 발명에 따른 3상 입력 전원의 결상 검출 장치에 관한 일 실시예,
도 5는 본 발명에 따른 3상 입력 전원의 결상 검출 장치에 관한 구체적인 실시예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 3상 입력 전원의 결상 검출 장치(40)에 관한 일 실시예를 보인 것으로서, 3상 반파정류부(41), 충전부(45), 비교부(43), 및 포토 커플러(44)를 포함하여 이루어진다.

3상 반파정류부(41)는 3상 입력 전원의 각 상 전압을 반파 정류하여 직류로 변환하고, 충전부(42)는 3상 반파정류부(41)에서 정류된 전압을 충전하는 역할을 수행한다.

비교부(43)는 충전부(42)에 충전된 전압과 기준전압(45)을 비교한다.

비교부(43)의 비교 대상이 되는 기준전압이란 입력 결상의 발생 여부를 판단하기 위한 전압이며, 필요에 따라 다양한 값을 가지도록 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 기준전압은 3상 입력 전원의 전압이 모두 정상일 때 충전부(42)에 충전되는 전압의 70%~80% 사이의 값을 갖도록 구성될 수 있다.

포토 커플러(44)는 비교부(43)의 비교 결과에 따라 동작하여 결상발생여부를 알리는 신호를 출력한다.

즉, 3상 입력 전원의 1상 이상에서 결상이 발생하면, 충전부(42)에 충전된 전압이 기준전압 이하로 떨어지고, 이러한 상황이 발생하면 포토 커플러(44)가 동작하여, 산업용 인버터의 CPU(Central Processing Unit,18) 등에 결상이 발생하였음을 알리게 된다.

도 5를 참조하여, 3상 입력 전원의 결상 검출 장치(40)에 관한 구체적인 실시예를 설명하기로 한다.

3상 반파정류부(41)는 3상 입력 전원의 각 상에 연결되어 입력 전압의 크기를 조정하는 저항 소자(R1,R2,R3)와 각 상의 교류 전압을 직류로 변환하는 다이오드(D1,D2,D3)를 이용하여 구성될 수 있다. 3상 입력 전원은 입력 저항(R1,R2,R3)을 통해 알맞은 전압 크기로 변환되고, 다이오드(D1,D2,D3)를 통해 반파 정류되며, 각 다이오드(D1,D2,D3)의 출력단은 공통 접점에 연결되어 있다.

충전부(42)는 3상 반파정류부(41)의 출력단 공통 접점과 접지 사이에 병렬 연결되는 저항 소자(R4)와 캐패시터(C1)를 이용하여 구성될 수 있다.

3상 반파정류부(41)에서 반파 정류된 전압은 충전부(42)의 캐패시터(C1)에 직류 형태로 충전된다. 이때 충전부(42)의 캐패시터 값과 저항 값을 통해 캐패시터(C1)의 충방전 시정수를 조정할 수 있는데, 캐패시터(C1)의 전압 리플을 최소화하면서 입력 결상을 신속하게 검출할 수 있도록 충방전 시정수를 설정한다. 예컨대 시정수는 수십 μs 단위로 설정할 수 있다.

비교부(43)는 비반전 입력단과 반전 입력단에 각각 충전부(42)에 충전된 전압과 기준전압(45)을 입력 받는 비교기(43-1)를 이용하여 구성될 수 있으며, 이때 포토 커플러(44)의 입력단은 비교기(43-1)의 출력단에 연결된다.

비교부(43)의 기준전압 크기는 다양하게 설정할 수 있는 것으로서, 예컨대 3상 입력 전원이 모두 정상일 때 충전부(42)의 캐패시터(C1)에 충전되는 전압의 70%~80% 사이의 값을 갖도록 구성될 수 있다.

3상 입력 전원이 정상 상태일 경우, 충전부(42)의 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 비교기(43-1)의 반전 입력단에 인가되는 기준전압보다 크게 되므로, 포토 커플러(44)의 1차 측은 오프(Off) 상태가 된다.

만일 1상 이상의 입력 전원이 결상되면, 충전부(42)의 캐패시터(C1)에 충전된 전압은 비교기(43-1)의 반전 입력단에 인가되는 기준전압의 크기보다 작아지므로 포토 커플러(44)의 1차 측이 온(On) 상태로 된다.

그러면, 포토 커플러(44)의 2차 측을 통해 결상이 발생하였음을 알리는 신호가 출력되고, 포토 커플러(44)의 출력단 신호를 입력 받는 CPU(18)는 인버터의 출력을 차단시키는 등 필요한 조치를 취하게 된다.

입력 결상이 발생하였을 때 'Active High'로 동작하도록 할 것인지 아니면 'Active Low'로 동작하도록 할 것인지는 포토 커플러(44)의 2차 측 회로 구성을 통해 얼마든지 선택할 수 있다.

상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.

18: CPU 40: 3상 입력 전원의 결상 검출 장치
41: 3상 반파정류부 42: 충전부
43: 비교부 43-1: 비교기
44: 포토 커플러 R1~R3,R4: 저항소자
C1: 캐패시터 D1~D3: 다이오드

Claims (4)

1. 3상 입력 전원의 각 상 전압을 반파 정류하는 3상 반파정류부;
   상기 3상 반파정류부에서 정류된 전압을 충전하는 충전부;
   상기 충전부에 충전된 전압과 기준전압을 비교하는 비교부; 및
   상기 비교부의 비교 결과에 따라 동작하여 결상발생여부를 알리는 신호를 출력하는 포토 커플러를 포함하는 3상 입력 전원의 결상 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 충전부는 상기 3상 반파정류부의 출력단 공통 접점과 접지 사이에 병렬 연결되는 저항 소자와 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 입력 전원의 결상 검출 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 비교부는 비반전 입력단과 반전 입력단에 각각 상기 충전부에 충전된 전압과 상기 기준전압을 입력 받는 비교기를 포함하고,
   상기 포토 커플러의 입력단이 상기 비교기의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 3상 입력 전원의 결상 검출 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 기준전압은 상기 3상 입력 전원의 전압이 모두 정상일 때 상기 충전부에 충전되는 전압의 70%와 80% 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 3상 입력 전원의 결상 검출 장치.

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