KR20150048435A

KR20150048435A - 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법

Info

Publication number: KR20150048435A
Application number: KR1020130128505A
Authority: KR
Inventors: 양태권
Original assignee: 동방전기공업(주)
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-05-07

Abstract

본 발명은 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치는 배전선로에서 공급되는 전압을 수용가에 공급 가능한 전압으로 변환하는 변압기와; 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되어, 상기 1차측 권선에 인가되는 전류의 흐름을 기준전압에 대응하는 기준경로와, 상기 기준전압보다 낮은 제1전압에 대응하는 제1경로와, 상기 기준전압보다 높은 제2전압에 대응하는 제2경로 중 어느 하나로 스위칭하는 스위칭제어부와; 상기 변압기에 공급되는 전원의 전압강하 또는 전압상승을 감지하고, 전압강하가 감지되는 경우 상기 제1경로로 전류를 인가하고, 전압상승이 감지되는 경우 상기 제2경로로 전류가 인가되도록 상기 스위칭제어부를 제어하는 중앙제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 배전전압의 크기에 따라 자동으로 변압기의 탭을 조정하여 수용가에 안정적으로 전원을 공급할 수 있으며, 수배전반의 공간을 획기적으로 줄일 수 있고, 별도의 전원장치의 구성을 생략하여 손실을 줄임으로써 고효율을 가질 수 있다.

Description

자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법 { AUTO VOLTAGE POWER SUPPLY APPARATUS AND POWER SUPPLY METHOD THEREOF }

본 발명은 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 불규칙적인 전압변동을 가지는 전원을 배전선로에서 수용가로 안정적으로 공급하는 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법에 관한 것이다.

변전소에서 수용가로 전원이 공급되는 과정에서 양단의 거리에 따라 전압강하는 필연적으로 발생한다. 이와 함께, 최근 개발되고 있는 풍력이나 태양열 등을 이용한 발전방식에 의해 공급되는 분산전원이 인입되어 배전선로에는 22.9kV에서 오차를 가지는 불규칙적인 배전전압이 자주 발생한다.

이를 위한 종래의 전원공급장치는 변압기에 복수 개의 탭을 구비하여 전압의 변동에 따라 변압기의 탭을 조정하여 전압을 조정한다. 구체적으로, 종래의 전원공급장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 변압기의 1차측 권선에 탭을 구비하여 ②와 같이 코일이 연결되도록 탭을 조정하는 경우 전압의 크기가 13,200V가 되도록 하고, ①과 같이 코일이 연결되도록 탭을 조정하는 경우 전압의 크기가 13,900V가 되도록 하고, ③과 같이 코일이 연결되도록 탭을 조정하는 경우 전압의 크기가 13,200V가 인가되도록 한다. 이로써, 배전전압의 크기에 따라 탭을 조정하여 2차측 권선에 230V의 전압이 발생되도록 조정할 수 있다.

그런데 이러한 종래의 전원공급장치는 사고의 위험을 방지하기 위해 탭의 조정시 무정전 작업을 수행하여야 하므로 많은 관리비용이 발생되며, 변압기에 수분이 침투하는 경우 등과 같은 비상상황에 위험이 발생하는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 배전전압의 크기에 따라 자동으로 변압기의 탭을 조정하여 수용가에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 수배전반의 공간을 획기적으로 줄일 수 있는 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 별도의 전원장치의 구성을 생략하여 손실을 줄임으로써 고효율을 가지는 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은, 배전선로에서 공급되는 전압을 수용가에 공급 가능한 전압으로 변환하는 변압기와; 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되어, 상기 1차측 권선에 인가되는 전류의 흐름을 기준전압에 대응하는 기준경로와, 상기 기준전압보다 낮은 제1전압에 대응하는 제1경로와, 상기 기준전압보다 높은 제2전압에 대응하는 제2경로 중 어느 하나로 스위칭하는 스위칭제어부와; 상기 변압기에 공급되는 전원의 전압강하 또는 전압상승을 감지하고, 전압강하가 감지되는 경우 상기 제1경로로 전류를 인가하고, 전압상승이 감지되는 경우 상기 제2경로로 전류가 인가되도록 상기 스위칭제어부를 제어하는 중앙제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압 전원공급장치에 의해 달성된다.

상기 스위칭제어부는, 상기 1차측 권선으로의 전압의 인가에 의해 접점을 결합 및 유지시키는 래치릴레이(Latch Relay)를 포함할 수 있다.

상기 스위칭 제어부는, 상기 인가되는 전류가 영점인 경우 동작하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)를 포함할 수 있다.

상기 절연 게이트 양극성 트랜지스터는 교류전류의 인가를 위해 한 쌍이 구비될 수 있다.

상기 기준전압은 13,200V이고, 상기 제1전압은 12,600V이고, 상기 제2전압은 13,900V인 것이 바람직하다.

한편, 중앙제어부가 감지부에 의해 변압기에 공급되는 전원의 전압강하 또는 전압상승을 감지하는 단계; 전압강하가 감지되는 경우 상기 중앙제어부가 기준전압보다 낮은 제1전압에 대응하는 제1경로로 전류를 인가하도록 스위칭 제어부를 제어하는 단계; 및 전압상승이 감지되는 경우 상기 중앙제어부가 상기 기준전압보다 높은 제2전압에 대응하는 제2경로로 전류를 인가하도록 상기 스위칭 제어부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압 전원공급장치의 전원공급방법에 의해서도 상기 목적은 달성된다.

상기 전류를 인가하는 단계는, 상기 변압기의 1차측 권선으로의 전압의 인가에 의해 접점을 결합 및 유지시키는 래치릴레이와, 인가되는 전류가 영점인 경우 동작하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터에 의해 전류의 인가를 스위칭할 수 있다.

본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법에 의하면, 배전전압의 크기에 따라 자동으로 변압기의 탭을 조정하여 수용가에 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법에 의하면, 수배전반의 공간을 획기적으로 줄일 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법에 의하면, 별도의 전원장치의 구성을 생략하여 손실을 줄임으로써 고효율을 가질 수 있다.

도 1은 종래의 전원공급장치에 포함되는 변압기의 구성을 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치의 구성을 도시한 블록도이며,
도 3은 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치에 포함되는 변압기의 구성을 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치의 구성을 도시한 세부블록도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치에 포함되는 스위칭 제어부의 구성을 도시한 회로도이며,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치에 포함되는 스위칭 제어부 내의 출력부 구성을 도시한 회로도이며,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치에 포함되는 스위칭 제어부 내의 IGBT 제어부의 구성을 도시한 회로도이며,
도 8은 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치의 전원공급방법을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치 및 그 전원공급방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치는 변압기(10)에 연결되며, 정류부(20)와, 전원부(30)와, 스위칭 제어부(40)와, 중앙제어부(50)를 포함한다.

정류부(20)는 변압기(10)의 1차측 권선에 인가되는 교류전원을 직류전원으로 정류한다.

전원부(30)는 정류부(20)에 의해 정류된 전원을 공급받아 스위칭 제어부(40)와, 중앙제어부(50)로 공급한다.

스위칭 제어부(40)는 변압기(10)의 1차측 권선에 연결되어, 1차측 권선에 인가되는 전류의 흐름을 기준전압에 대응하는 기준경로와, 기준전압보다 낮은 제1전압에 대응하는 제1경로와, 기준전압보다 높은 제2전압에 대응하는 제2경로 중 어느 하나로 스위칭한다.

여기서, 본 발명에 따른 스위칭 제어부(40)는 제1경로에의 전류의 흐름을 스위칭하는 제1스위칭 제어부와, 기준경로에의 전류의 흐름을 스위칭하는 제2스위칭 제어부와, 제2경로에의 전류의 흐름을 스위칭하는 제3스위칭 제어부를 포함할 수 있다.

이 때, 각 스위칭 제어부는 전류의 흐름을 스위칭하기 위해 전류가 흐르는 각각의 경로에 릴레이 및 트랜지스터를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 래치릴레이(Latch Relay) 및 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated-Gate Bipolar Transistor; IGBT)를 포함할 수 있다.

래치릴레이는 변압기(10)의 1차측 권선을 구성하는 코일에 전압이 인가되면 코일이 여자되면서 접점이 결합되는 특성을 이용함으로써, 기준경로와, 제1경로와, 제2경로 중 어느 하나에 전류가 인가된 이후에도 접점상태가 계속 유지되도록 할 수 있다.

절연 게이트 양극성 트랜지스터는 입력신호에 의해 온오프되며, 전류가 영점일 때 동작하여 대전력의 고속 스위칭이 가능하고, 교류전원이 인가될 수 있도록 양방향으로 한 쌍이 구비되는 것이 바람직하다.

중앙제어부(50)는 변압기(10)에 공급되는 전원의 전압강하 또는 전압상승을 감지하고, 전압강하가 감지되는 경우 제1경로로 전류를 인가하고, 전압상승이 감지되는 경우 제2경로로 전류가 인가되도록 스위칭제어부(40)를 제어한다.

본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치의 구체적인 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 중앙제어부(50)는 변압기(10) 내의 1차측 권선의 어느 일단에서 다른 일단까지의 전압을 감지하는 센서(60)에 의해 변압기(10)에 공급되는 전원의 전압강하 또는 전압상승을 감지한다.

만일, 변압기(10)의 1차측 권선에 인가되는 배전선로의 전압이 기준전압의 크기대로 흐르고 있는 상태에서 전압강하가 감지되는 경우, 변압기(10)의 2차측 권선에도 전압강하가 발생한다.

이 때, 제1스위칭 제어부 내의 제1래칭릴레이(LR1)와 제1 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT1)가 턴온되면, 중앙제어부(50)는 기준경로의 스위칭을 제어하는 제2스위칭 제어부 내의 제5래칭릴레이(LR5)와 제2래칭릴레이(LR2)를 차례로 턴오프시킨다. 그리고 중앙제어부(50)는 제4래칭릴레이(LR4)를 턴온시켜 제1경로로 전류를 흐르게 하여 전압이 자동적으로 제1전압으로 조정될 수 있다.

마찬가지로, 변압기(10)의 1차측 권선에 인가되는 배전선로의 전압이 기준전압의 크기대로 흐르고 있는 상태에서 전압상승이 감지되는 경우, 변압기(10)의 2차측 권선에도 전압상승이 발생한다.

이 때, 제3스위칭 제어부 내의 제3래칭릴레이(LR3)와 제3 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT3)가 턴온되면, 중앙제어부(50)는 기준경로의 스위칭을 제어하는 제2스위칭 제어부 내의 제5래칭릴레이(LR5)와 제2래칭릴레이(LR2)를 차례로 턴오프시킨다. 그리고 중앙제어부(50)는 제6래칭릴레이(LR6)를 턴온시켜 제3경로로 전류를 흐르게 하여 전압이 자동적으로 제2전압으로 조정될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치에 포함되는 변압기의 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치에 포함되는 변압기(10)는 경제성과 전압 안정성을 고려하여 3개의 탭을 가지는 것이 바람직하다.

여기서, 배전선로의 상간전압인 13,200V를 기준전압으로 설정하는 경우 제1경로를 통해 인가되는 제1전압은 12,600V가 되고, 제2경로를 통해 인가되는 제2전압은 13,900V가 된다. 이 때, 변압기(10)의 1차측 권선에 기준전압이 인가되는 경우 2차측 권선에 인가되는 전압은 220V가 되고, 1차측 권선에 제1전압이 인가되는 경우 2차측 권선에 인가되는 전압은 210V가 되며, 1차측 권선에 제2전압이 인가되는 경우 2차측 권선에 인가되는 전압은 230V가 된다.

이렇게 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치는 배전선로로부터 공급되는 상간전압의 크기를 감지하여 변압기(10) 내의 1차측 권선의 전압을 자동적으로 조정함으로써, 2차측 권선에는 항상 안정된 전압이 공급되도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치의 구성을 도시한 세부블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치는 변압기(10)의 1차측 권선으로부터 이상전압이 인가되는 것을 방지하기 위해 서지보호회로가 정류부(20)의 일측과, 각 스위칭 제어부의 일측에 마련될 수 있다. 특히, 각 스위칭 제어부에 연결되어 있는 서지보호회로는 접지와 연결되어 있다.

정류부(20)에 의해 정류되어 공급되는 직류전원은 중앙제어부(50)와, 스위칭 제어부에 각각 공급될 수 있으며, 중앙제어부(50)는 스위칭 제어부(40)를 제어하기 위한 제어신호를 각각의 경로에 따라 생성하여 각 스위칭 제어부로 전송한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치에 포함되는 스위칭 제어부(40)의 구성을 도시한 회로도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치에 포함되는 스위칭 제어부(40) 내의 출력부 구성을 도시한 회로도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치에 포함되는 스위칭 제어부(40) 내의 IGBT 제어부의 구성을 도시한 회로도이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자동전압 전원공급장치는 변압기(10)에 마련된 각 탭으로부터 전류가 인가되는 경로당 한 쌍의 래치릴레이와, 하나의 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 포함한다. 중앙제어부(50)는 감지부(60)에 의해 감지된 전압에 기초하여 전류가 기준경로와, 제1경로와, 제2경로 중 어느 하나로 흐르도록 스위칭 제어부(40)를 제어한다. 이 때, 래치릴레이 제어부는 코일에 전압이 인가됨에 의해 접점이 결합되어 각 경로에서 전류가 인가여부를 제어할 수 있고, 절연 게이트 양극성 트랜지스터는 턴온에 의해 기준경로 상에 위치하는 제5래칭릴레이(LR5)와 제2래칭릴레이(LR2)를 차례로 턴오프시켜 전류의 경로를 감지된 전압의 크기에 대응하는 경로로 변경할 수 있다.

이하, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 자동전압 전원공급장치의 전원공급방법에 대해 설명한다.

먼저, 중앙제어부(50)가 감지부(60)에 의해 변압기(10)에 공급되는 전원의 전압강하 또는 전압상승을 감지한다(S810).

그리하여, 단계 S810에서 전압강하가 감지되는지 여부를 판단하여(S820), 전압강하가 감지되는 경우 중앙제어부(50)는 기준전압보다 낮은 제1전압에 대응하는 제1경로로 전류가 인가되도록 스위칭 제어부(40)를 제어한다(S830).

만일 단계 S810에서 변압기(10)에 공급되는 전원의 전압강하가 감지되지 않는 경우, 중앙제어부(50)는 전압상승이 감지되는지 여부를 판단하여(S840) 전압상승이 감지되면 기준전압보다 높은 제2전압에 대응하는 제2경로로 전류가 인가되도록 스위칭 제어부(40)를 제어한다(S850).

여기서, 단계 S830과 단계 S850은 변압기(10)의 1차측 권선으로의 전압의 인가에 의해 접점을 결합 및 유지시키는 래치릴레이와, 인가되는 전류가 영점인 경우 동작하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터에 의해 전류의 인가를 스위칭하는 것이 바람직하다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

10 : 변압기 20 : 정류부
30 : 전원부 40 : 스위칭 제어부
50 : 중앙제어부 60 : 감지부
LR : 래치릴레이 IGBT : 절연 게이트 양극성 트랜지스터

Claims

배전선로에서 공급되는 전압을 수용가에 공급 가능한 전압으로 변환하는 변압기와;
상기 변압기의 1차측 권선에 연결되어, 상기 1차측 권선에 인가되는 전류의 흐름을 기준전압에 대응하는 기준경로와, 상기 기준전압보다 낮은 제1전압에 대응하는 제1경로와, 상기 기준전압보다 높은 제2전압에 대응하는 제2경로 중 어느 하나로 스위칭하는 스위칭제어부와;
상기 변압기에 공급되는 전원의 전압강하 또는 전압상승을 감지하고, 전압강하가 감지되는 경우 상기 제1경로로 전류를 인가하고, 전압상승이 감지되는 경우 상기 제2경로로 전류가 인가되도록 상기 스위칭제어부를 제어하는 중앙제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압 전원공급장치.
제1항에 있어서,
상기 스위칭제어부는,
상기 1차측 권선으로의 전압의 인가에 의해 접점을 결합 및 유지시키는 래치릴레이(Latch Relay)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압 전원공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스위칭 제어부는,
상기 인가되는 전류가 영점인 경우 동작하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압 전원공급장치.
제3항에 있어서,
상기 절연 게이트 양극성 트랜지스터는 교류전류의 인가를 위해 한 쌍이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동전압 전원공급장치.
제1항에 있어서,
상기 기준전압은 13,200V이고, 상기 제1전압은 12,600V이고, 상기 제2전압은 13,900V인 것을 특징으로 하는 자동전압 전원공급장치.
중앙제어부가 감지부에 의해 변압기에 공급되는 전원의 전압강하 또는 전압상승을 감지하는 단계;
전압강하가 감지되는 경우 상기 중앙제어부가 기준전압보다 낮은 제1전압에 대응하는 제1경로로 전류를 인가하도록 스위칭 제어부를 제어하는 단계; 및
전압상승이 감지되는 경우 상기 중앙제어부가 상기 기준전압보다 높은 제2전압에 대응하는 제2경로로 전류를 인가하도록 상기 스위칭 제어부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압 전원공급장치의 전원공급방법.
제6항에 있어서,
상기 전류를 인가하는 단계는,
상기 변압기의 1차측 권선으로의 전압의 인가에 의해 접점을 결합 및 유지시키는 래치릴레이와, 인가되는 전류가 영점인 경우 동작하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터에 의해 전류의 인가를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 자동전압 전원공급장치의 전원공급방법.