KR20210040763A

KR20210040763A - 고온동작 정지 기능을 갖는 분전반 및 전동기 제어반

Info

Publication number: KR20210040763A
Application number: KR1020200016529A
Authority: KR
Inventors: 오영권
Original assignee: 탑인더스트리(주)
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2021-04-14
Also published as: KR102305558B1

Abstract

고온동작 정지 기능을 갖는 분전반 및 전동기 제어반이 개시된다. 분전반에 구비되는 전자접촉기는, 투입측 코일; 투입측 SCR; 제1 축전부; 개방측 코일; 개방측 코일에의 전하 흐름을 단속하되, 제1 축전부에 충전된 전하에 의해 턴-온되는 개방측 SCR; 제1 축전부 및 개방측 SCR에 연결된 저항과, 베이스가 제2 축전부에 연결되고 콜렉터가 저항 및 개방측 SCR에 연결된 트랜지스터를 포함하는 순간정전 방지 스위칭부; 개방 이벤트 시 충전 전압이 차단되는 것에 의해 방전을 개시하고, 순간정전 방지 스위칭부에 전하를 공급하는 것에 의해 순간정전 방지 스위칭부를 기 설정된 방전 시간 동안 턴-온시키는 것에 의해, 제1 축전부에 축적된 전하에 의해 개방측 SCR이 턴-온되는 것을 지연시키는 제2 축전부; 및 상기 투입측 코일의 입력측 라인에 병렬 연결되고, 온도의 증가에 따라 저항치가 감소하여 상기 투입측 코일에 인가되는 전류를 감소시키는 NTC 서미스터를 포함한다. 이에 따라, 순간 정전시마다 불필요한 온/오프 동작을 방지할 수 있는 순간정전 방지 기능을 갖는 전자접촉기의 회로가 투입 상태라 할지라도 온도가 임계치를 초과하여 과도하게 증가하면 회로를 개방 상태로 전환시켜 과전류가 흐르는 것을 차단하여 전자접촉기가 소손되는 것을 방지할 수 있다.

Description

고온동작 정지 기능을 갖는 분전반 및 전동기 제어반{DISTRIBUTION BOARD AND MOTOR CONTROL PANEL WITH HIGH TEMPERATURE STOP FUNCTION}

본 발명은 고온동작 정지 기능을 갖는 분전반 및 전동기 제어반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과전류 발생에 의해 온도가 임계치를 초과하여 과도하게 증가하면 동작을 정지시키는 고온동작 정지 기능을 갖는 분전반 및 전동기 제어반에 관한 것이다.

통상적으로 기계나 계측기와 같은 동력 기구는 구동 장치에 의해 움직이다. 이러한 구동 장치로서 흔히 전력 계통에 이용되는 예로서는, 전자접촉기, 전자 개폐기, 차단기 등을 들 수 있다.

전자접촉기(MC; Magnetic Contactor 또는 electroMagnetic Contactor)는 모터 등의 구동회로에서 전력 회로를 개폐하는데 사용된다. 이것은 통상적으로는 과부하계전기(Thermal Overload Relay)와 함께 전자개폐기(MS; Magnetic Switch 또는 electroMagnetic Switch)를 구성한다. 또한, 전자접촉기는, 큰 접점 용량과 내압을 가진 전자 계전기의 일종으로 전자력을 이용하여 접점을 열고 닫음으로써 대전류의 개폐나 전동기의 시동, 정지 등의 제어에 사용되며 주로 250V/10A 이상의 전력을 사용하는 부하에 적용된다.

차단기(CB; Circuit Breaker)는 송전선로의 송전단이나 수전단에 설치되어 전력계통에 인가되는 고장전류를 차단하여 부하(전기 기계 또는 전기 설비)를 보호하게 된다. 차단기는, 누전용 차단기와 배선용 차단기로 구분할 수 있다. 통상적으로, 누전 차단기는 누전과 과전류를 모두 차단하고, 배선용 차단기는 누전은 보호되지 않고 과전류만 차단한다.

조작기는 상기와 같은 전자접촉기, 전자 개폐기, 차단기와 같은 전기 기기류, 또는 일정 거리를 주기적 또는 간헐적으로 왕복하는 운동 기구가 필요한 기계 장치에서, 왕복 구간의 어느 한쪽 위치(제1 위치)와 그로부터 반대쪽으로 떨어져 있는 위치(제2 위치)까지 직선 왕복 운동시키기 위한 구동 기구(구동력 생성 기구)로서 활용된다. 예를 들어, 전자접촉기, 전자 개폐기 또는 차단기와 같은 구동 장치에 사용되는 조작기에 있어서, 그의 가동자가 제1 위치로 이동한 때에는 구동 장치의 회로 접점이 투입(접점 ON 또는 CLOSE 상태)되고, 제1 위치의 반대 방향인 제2 위치로 이동한 때에는 구동 장치의 회로 접점이 개방(접점 OFF 또는 OPEN상태)된다.

조작기는 대개 고정 철심에 영구자석을 대향 시키고, 영구자석의 자계 내에 코일을 권회한 가동자 코일을 배치하여, 가동자 코일에 정방향 또는 역방향의 전류를 인가하면 영구자석에 의한 자계와 코일의 전류밀도에 의한 전자 반발력에 의해 가동자 코일이 상방(제1 위치) 또는 하방(제2 위치)으로 직선운동하도록 하는 구성을 갖는다. 이러한 조작기는 플레밍의 왼손법칙을 따르는 전, 자기 반발력을 이용한 것으로서, 영구자석과 코일의 반발력을 이용하므로 이동길이의 제약이 적고 큰 힘을 낼 수 있는 장점이 있어, 큰 힘을 필요로 하는 구동 장치(예; 고압차단기)에 매우 유용하게 활용할 수 있다.

그러나 상기 구성을 갖는 조작기에서 순간정전 발생 및 순간드롭전압(Sag) 발생시에도 구동 장치를 개방시킨 후 정상적으로 전원이 인가될 때 다시 투입상태로 변환 제어함으로써, 불필요한 온/오프에 의해 수명이 저하된다는 문제점이 있다. 특히, 전자기기에 영향을 미치지 않은 수 ms의 순간정전 발생 및 순간드롭전압(Sag)에도 전자접촉기의 온/오프 동작이 진행되는 것에 의해, 전자접촉기의 수명이 저하된다는 문제점이 있었다.

한편, 전자접촉기에 연결된 부하(전기 기계 또는 전기 설비)에 과전류가 흐르면 전자접촉기는 소손되는 문제점이 있고, 상기 전자접촉기가 채용된 분전반이나 전동기 제어반 역시 소손되는 문제점이 있다.

한국공개특허 제10-2011-0094658호(2011. 08. 24)(영구자석과 스프링을 이용한 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치) 한국등록특허 제10-1068155호(2011. 09. 21.)(조작기를 제어하는 구동 디바이스를 구비한 전자 접촉기) 한국등록특허 제10-1472555호(2012. 12. 08.)(순간정전 방지 및 저전압 방지 기능이 내장된 전자 접촉기를 구비한 분전반 및 전동기 제어반) 한국공개특허 제10-2016-0090237호(2016. 07. 29.)(임계온도 소자를 이용하는 과전류 방지용 전자 개폐기)

이에 본 발명의 기술적 과제는 과전류가 흐르면 온도가 상승한다는 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 과전류 발생에 의해 급격히 증가하는 온도에 따라 전자접촉기의 턴-온 동작에서 턴-오프 동작으로 제어할 수 있는 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 구비한 분전반을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 과전류 발생에 의해 급격히 증가하는 온도에 따라 전자접촉기의 턴-온 동작에서 턴-오프 동작으로 제어할 수 있는 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 구비한 전동기 제어반을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따르면, 메인차단기와, 상기 메인차단기에서 부하측으로 분기되는 라인상에 위치하는 전자접촉기를 포함하는 고온동작 정지 기능을 갖는 분전반에서, 상기 전자접촉기는, 상기 전자접촉기의 투입 동작을 수행하는 투입측 코일; 상기 투입측 코일에 연결된 투입측 실리콘 제어 정류소자(Silicon Controlled Rectifier, SCR); 상기 투입측 SCR의 출력측 라인에 연결되어 상기 투입 동작에 사용되는 외부 전원에 의해 충전되는 제1 축전부; 상기 제1 축전부에 충전된 전하를 사용해 상기 전자접촉기의 개방 동작을 수행하는 개방측 코일; 상기 개방측 코일에의 전하 흐름을 단속하되, 상기 제1 축전부에 충전된 전하에 의해 턴-온되는 개방측 SCR; 상기 제1 축전부가 상기 개방측 SCR에 전하를 공급하는 라인에 상기 개방측 SCR과 병렬로 연결되되, 일단이 상기 제1 축전부에 연결되고, 타단이 상기 개방측 SCR의 게이트단에 연결된 저항과, 에미터가 접지되고, 콜렉터가 상기 저항의 타단 및 상기 개방측 SCR의 게이트단에 연결된 트랜지스터를 포함하는 순간정전 방지 스위칭부; 상기 순간정전 방지 스위칭부의 베이스에 연결되고, 개방 이벤트가 발생하면 충전 전압이 차단되는 것에 의해 방전을 개시하고, 기 설정된 방전 시간 동안 상기 순간정전 방지 스위칭부에 전하를 공급하는 것에 의해 상기 순간정전 방지 스위칭부를 상기 기 설정된 방전 시간 동안 턴-온시키는 것에 의해, 상기 제1 축전부에 축적된 전하에 의해 상기 개방측 SCR이 턴-온되는 것을 지연시키는 제2 축전부; 및 상기 투입측 코일의 입력측 라인에 병렬 연결되고, 온도의 증가에 따라 저항치가 감소하여 상기 투입측 코일에 인가되는 전류를 감소시키는 NTC 서미스터를 포함한다.

일실시예에서, 상기 NTC 서미스터는, 일단이 브릿지 정류부의 출력단과 상기 투입측 코일의 입력단 간의 접점에 연결되고, 타단이 접지단에 연결될 수 있다.

일실시예에서, 상기 NTC 서미스터는, 일단이 상기 순간정전 방지 스위칭부의 입력단에 연결되고, 타단이 접지단에 연결될 수 있다.

일실시예에서, 상기 전자접촉기는, 상기 충전 전압을 공급하는 라인과 상기 제2 축전부 사이에 위치하고, 상기 외부 전원이 기 설정된 전압 이하가 되면 저항값이 증가하는 것에 의해 상기 제2 축전부에 상기 충전 전압이 공급되는 것을 저지시키는 배리스터를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따르면, 메인차단기와, 상기 메인차단기에서 전동기측으로 분기되는 라인상에 위치하는 전자접촉기를 포함하는 고온동작 정지 기능을 갖는 전동기 제어반에서, 상기 전자접촉기는, 상기 전자접촉기의 투입 동작을 수행하는 투입측 코일; 상기 투입측 코일에 연결된 투입측 SCR; 상기 투입측 SCR의 출력측 라인에 연결되어 상기 투입 동작에 사용되는 외부 전원에 의해 충전되는 제1 축전부; 상기 제1 축전부에 충전된 전하를 사용해 상기 전자접촉기의 개방 동작을 수행하는 개방측 코일; 상기 개방측 코일에의 전하 흐름을 단속하되, 상기 제1 축전부에 충전된 전하에 의해 턴-온되는 개방측 SCR; 상기 제1 축전부가 상기 개방측 SCR에 전하를 공급하는 라인에 상기 개방측 SCR과 병렬로 연결되되, 일단이 상기 제1 축전부에 연결되고, 타단이 상기 개방측 SCR의 게이트단에 연결된 저항과, 에미터가 접지되고, 콜렉터가 상기 저항의 타단 및 상기 개방측 SCR의 게이트단에 연결된 트랜지스터를 포함하는 순간정전 방지 스위칭부; 상기 순간정전 방지 스위칭부의 베이스에 연결되고, 개방 이벤트가 발생하면 충전 전압이 차단되는 것에 의해 방전을 개시하고, 기 설정된 방전 시간 동안 상기 순간정전 방지 스위칭부에 전하를 공급하는 것에 의해 상기 순간정전 방지 스위칭부를 상기 기 설정된 방전 시간 동안 턴-온시키는 것에 의해, 상기 제1 축전부에 축적된 전하에 의해 상기 개방측 SCR이 턴-온되는 것을 지연시키는 제2 축전부; 및 상기 투입측 코일의 입력측 라인에 병렬 연결되어, 온도의 증가에 따라 저항치가 감소하여 상기 투입측 코일에 인가되는 전류를 감소시키는 NTC 서미스터를 포함한다.

이러한 전자접촉기를 구비한 분전반 및 전동기 제어반에 의하면, 순간 정전시마다 불필요한 온/오프 동작을 방지할 수 있는 순간정전 방지 기능을 갖는 전자접촉기의 회로가 투입 상태라 할지라도 온도가 임계치를 초과하여 과도하게 증가하면 회로를 개방 상태로 전환시켜 과전류가 흐르는 것을 차단하여 전자접촉기가 소손되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 구비한 분전반을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 구비한 전동기 제어반을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기의 구동디바이스를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 PTC 서미스터 및 NTC 서미스터의 온도 대 저항의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기의 구동디바이스를 설명하기 위한 회로도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 구비한 분전반을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 구비한 분전반(10)은 메인차단기(11), 전자접촉기(12) 및 부하부(13)를 포함할 수 있다.

메인 차단기(MCCB)(11)의 출력단에 R상 부스바(R), S상 부스바(S), T상 부스바(T), N상 부스바(N)가 위치할 수 있고, 전자접촉기(12)는 R상 부스바(R)와 N상 부스바(N)의 전원라인 상에 위치할 수 있다.

여기서, 전자접촉기(12)가 온(on)되는 것에 의해 R상 부스바(R)와 N상 부스바(N)의 전원라인을 통해 공급되는 전원을 전자기기와 같은 부하부(13)로 출력할 수 있다.

한편, 전자접촉기나 상기 전자접촉기에 연결된 전자기기 등에서 과전류가 발생되는 경우, 전자접촉기나 전자기기가 소손될 수 있다. 하지만, 과전류가 발생되면 온도가 급격히 증가하며, 증가된 온도에 따라 전자접촉기의 온 동작을 오프 동작을 제어함으로써 과전류에 따른 소손 발생 위험을 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 구비한 전동기 제어반을 설명하기 위한 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 구비한 전동기 제어반(20)은 메인차단기(21), 복수의 전자접촉기(22-1, 22-2, 22-3) 및 전동기(23)를 포함할 수 있다.

메인 차단기(MCCB)(21)의 출력단에 R상 부스바(R), S상 부스바(S), T상 부스바(T), N상 부스바(N)가 위치할 수 있다. 또한, 전자접촉기(22-1, 22-2, 22-3)는 N상 부스바(N)과 R상 부스바(R), S상 부스바(S), T상 부스바(T) 각각의 전원라인 상에 위치할 수 있다. 여기서, 전자접촉기(22-1, 22-2, 22-3)가 온(on)되는 것에 의해, 각 전원라인을 통해 공급되는 전원을 전동기(23)에 공급할 수 있다.

한편, 전자접촉기나 상기 전자접촉기에 연결된 전동기에서 과전류가 발생되는 경우, 전자접촉기나 전동기가 소손될 수 있다. 하지만, 과전류가 발생되어 온도가 임계치를 초과하여 과도하게 증가하면, 증가된 온도에 따라 전자접촉기의 턴-온 동작을 턴-오프 동작으로 제어함으로써 과전류에 따른 소손 발생 위험을 방지할 수 있다. 상기한 임계치는 NTC 서미스터를 적절히 선택하므로써 설정될 수 있다.

고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기의 투입 및 개방에 대한 동작 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명할 수 있다.

도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기를 설명하기 위한 단면도이다. 이해를 위해, 본 발명의 구동디바이스가 제외된 상태에서 전자접촉기의 구동에 대해 설명하며, 이후, 구동디바이스가 연결된 상태에서, 구동디바이스의 제어에 따라 전자접촉기의 구동하는 과정에 대해 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 전자접촉기(100)는 하부 케이스(111)와 상부 케이스(112)가 결합되어 외관을 이룬다. 상부 케이스(112)의 전, 후 방향에는 복수의 전원측 단자(171)와 부하측 단자(172)가 일부 노출된 상태로 설치된다. 여기서, 전원측 단자(171)는 도 1의 분전반(10)에서 R상 부스바(R)와 N상 부스바(N)와 연결될 수 있고, 도 2의 전동기 제어반(20)과 같이 각각의 전원라인(R, S, T, N)과 연결될 수도 있다. 부하측 단자(172)는 도 1에서 분전반(10)의 부하부(13)와 연결될 수 있고, 도 2에서 전동기 제어반(20)의 전동기(23)와 연결될 수 있다.

하부 및 상부 케이스들(111, 112)의 내부에 설치되는 조작기(1000a)의 상부에는 가동 접점 조립체(150)가 결합된다. 가동자 요소(1200)는 그의 연결수단(1260)인 연장축(1262)과 결합축(1264)을 통해 가동 접점 조립체(150)의 홀더(151)에 일체로 결합된다. 따라서 가동 접점 조립체(150)는 가동자 요소(1200)와 함께 상하로 직선 운동한다.

가동 접점 조립체(150)는, 홀더(151), 가동 접촉자(160) 및 스프링(163)을 포함한다. 가동 접촉자(160)는 스프링(163)에 의해 항상 하방으로 탄성 가압되는 상태로 설치된다.

가동 접촉자(160)의 양쪽 단부에는 각각 가동 접점(161, 162)이 형성되어 있다. 이들 가동 접점(161, 162)에 대응하여, 상부 케이스(112)의 양쪽에는 전원측 단자(171)와 부하측 단자(172)가 설치된다. 각각의 단자(171, 172)에는 고정 접점(181, 182)이 형성되어 있다.

한편, 하부 및 상부 케이스들(111, 112)의 일측에는 보조 단자(190)가 설치된다. 상기 보조 단자(190)에는, 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)에 전류를 인입하기 위한 외부 급전선이 접속된다.

조작기(1000a)의 고정자 요소(1100)는 하부 케이스(111)의 바닥에 설치된다. 조작기(1000a)의 가동자 요소(1200)가 상측의 제2 위치로 동작하면, 전자접촉기(100)의 가동 접점 조립체(150)가 상향 이동되어 전자접촉기(100)는 개방 상태(OFF 상태)가 되며, 이때 가동 접촉자(160)의 접점(161, 162)은 단자(171, 172)의 접점(181, 182)으로부터 떨어지므로 부하측에 공급되는 전력이 차단된다.

한편, 조작기(1000a)의 개방측 코일(1150)에 전류가 인가되면, 가동자 요소(1200)는 고정자 요소(1100)와의 반발력과 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 상측으로 밀려 올라간다. 가동자 요소(1200)가 상방으로 끝까지 이동한 위치(제2 위치: 개방위치)에서, 개방측 코일(1150)에 인가하던 전류를 차단하면, 가동자 요소(1200)는 개방 스프링(2000)의 탄성력만으로 개방위치(제2 위치)에서 지탱되어 홀딩된다.

이와 같이 가동자 요소(1200)가 상향 이동하여 개방 완료 위치에서 홀딩 되면, 그에 일체로 결합된 홀더(151)도 함께 상향 이동한 상태를 유지하게 되어, 가동 접촉자(160)의 접점(161, 162)은 단자(171, 172)의 접점(181, 182)으로부터 떨어지게 되어 회로는 개방(OFF) 상태를 지속적으로 유지하게 된다.

조작기(1000a)의 가동자 요소(1200)가 하측의 제1 위치로 동작하면, 전자접촉기(100)의 가동 접점 조립체(150)는 하향 이동되어 전자접촉기(100)는 투입 상태(ON상태)가 되며, 이때 가동 접촉자(160)의 접점(161, 162)은 단자(171, 172)의 접점(181, 182)에 붙게 되어 부하측으로 전력이 공급된다.

즉, 조작기(1000a)의 투입측 코일(1140)에 전류가 인가되면, 가동자 요소(1200)는 고정자 요소(1100)를 향해 하방으로 끌어 당겨진다. 가동자 요소(1200)가 하방으로 끝까지 이동한 위치(제1 위치: 투입위치)에서, 투입측 코일(1120)에 인가하던 전류를 차단하면, 고정자 요소(1100)에 의한 자기장은 사라지고, 가동자 요소(1200)는 영구자석(1220)과 고정 철심 코어(1120) 사이의 인력에 의해 투입위치에서 홀딩 된다.

이와 같이 가동자 요소(1200)가 하향 이동하여 투입 완료 위치에서 홀딩 되면, 그에 일체로 결합된 홀더(151)도 함께 하향 이동한 상태를 지속적으로 유지하게 된다. 그러면 가동 접촉자(160)의 접점(161, 162)은 단자(171, 172)의 접점(181, 182)에 붙게 되어 회로는 투입(ON) 상태를 지속적으로 유지하게 된다.

한편, 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)에 인가되는 전류를 제어하여, 조작기(1000a)의 구동을 제어할 수 있는 구동디바이스의 동작은 도 4을 통해 설명할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기의 구동디바이스를 설명하기 위한 회로도이다. 본 실시예에서, 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기의 구동디바이스(300)는 도 3에 도시한 전자접촉기(100)의 조작기(1000a)의 구동을 제어하며, 예를 들어, 하나의 회로 기판에 구현하여, 전자접촉기(100) 하부 및 상부 케이스들(111, 112) 내에 삽입되거나, 또는 보조 단자(190)와 전선을 통해 연결될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따라 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기의 구동디바이스(300)는 전원 공급부(310), 브릿지 정류부(320), 게이트 제어부(330), 투입측 SCR(Silicon Controlled Rectifier, 340), 제1 축전부(350), 개방측 SCR(360), 순간정전 방지 스위칭부(370), 제2 축전부(380) 및 온도 감응형 소자(390)를 포함하고, 상기 전자접촉기의 투입 동작을 수행하는 투입측 코일(1140)의 동작과 상기 전자접촉기의 개방 동작을 수행하는 개방측 코일(1150)의 동작을 제어한다.

브릿지 정류부(320)는 전원 공급부(310)에서 제공되는 전원을 정류하고, 정류된 전원을 투입측 코일(1140)(도 3에 도시됨)에 제공한다. 브릿지 정류부(320)의 출력측 라인과 투입측 SCR(340)의 입력측 라인은 투입측 코일(1140)과 연결되며, 투입측 SCR(340)의 출력측 라인과 개방측 SCR(350)의 입력측 라인은 개방측 코일(1150)(도 3에 도시됨)에 연결된다. 여기서, 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)은 이해를 위해 간단한 기호로 도시하였으며, 그 기능 및 역할은 도 3에 도시된 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)과 동일하다. 브릿지 정류부(320)는, 예를 들어, 제한됨이 없이, 순방향의 전류만 통과시키는 한 쌍의 순방향 다이오드(322, 326)와 역방향의 전류만 통과시키는 한 쌍의 역방향 다이오드(324, 328)를 교대로 배치하여 구성할 수 있다.

게이트 제어부(330)는 투입측 SCR(340)의 온/오프 동작을 제어하는 제어 신호를 출력하고, 개방측 SCR(360)의 온/오프 동작을 제어하는 제어 신호를 출력한다.

투입측 SCR(340)은 투입측 코일에 연결된다.

제1 축전부(350)는 투입측 SCR(340)의 출력측 라인에 연결되어 투입 동작에 사용되는 외부 전원에 의해 충전된다.

개방측 SCR(360)는 개방측 코일에의 전하 흐름을 단속하되, 제1 축전부에 충전된 전하에 의해 턴-온된다.

순간정전 방지 스위칭부(370)는 제1 축전부(350)가 개방측 SCR(360)에 전하를 공급하는 라인에 개방측 SCR(360)과 병렬로 연결되되, 일단이 제1 축전부(350)에 연결되고, 타단이 개방측 SCR(360)의 게이트단에 연결된 저항(R)과, 에미터가 접지되고, 베이스가 제2 축전부(380)에 연결되고, 콜렉터가 저항(R)의 타단 및 개방측 SCR(360)의 게이트단에 연결된 트랜지스터(BJT)를 포함한다.

제2 축전부(380)는 개방 이벤트가 발생하면 충전 전압이 차단되는 것에 의해 방전을 개시하고, 기 설정된 방전 시간 동안 순간정전 방지 스위칭부에 전하를 공급하는 것에 의해 상기 순간정전 방지 스위칭부를 상기 기 설정된 방전 시간 동안 온시키는 것에 의해, 상기 제1 축전부에 축적된 전하에 의해 상기 개방측 SCR이 온되는 것을 지연시킨다.

온도 감응형 소자(390)는 투입측 코일(1140)의 입력측 라인에 배치되어, 온도의 증가에 따라 저항치가 감소하여 투입측 코일(1140)에 인가되는 전류를 감소시킨다. 본 실시예에서, 온도 감응형 소자(390)는 일단이 브릿지 정류부(320)의 출력단과 투입측 코일(1140)의 입력단 간의 접점에 연결되고, 타단이 접지단에 연결된 NTC 서미스터(Negative　Temperature　Coefficient-thermistor)를 포함한다.

도 5는 PTC 서미스터 및 NTC 서미스터의 온도 대 저항의 특성을 나타낸 그래프이다. 도 5에서 가로축은 온도를 나타내고, 세로축은 저항을 가르킨다. 그래프를 통해 알 수 있는 바와 같이 PTC 서미스터의 경우 저항은 대략 섭씨 120도부터 온도 증가에 따라 급격하게 증가한다. 실질적으로 온도 섭씨 120도 및 저항 1킬로오옴(㏀) 이상부터 전류는 차단될 수 있다. PTC 소자는 상온에서 저항이 매우 낮으며 대략 섭씨 120도 이상에서 갑자기 저항이 증가하는 특성이 있다. 그러나 실제 전류차단 효과는 저항이 크게 증가하는 온도인 대략 섭씨 130도 이상부터 나타난다. 한편, NTC 서미스터의 경우 저항은 온도가 증가함에 따라 감소하는 특성을 갖는다.

그러면, 이하에서, NTC 서미스터를 통해 투입측 코일(1140)에 인가되는 전류가 감소되는 원리를 간략히 설명한다.

병렬 연결된 NTC 서미스터(390)와 투입측 코일(1140)의 입력측에 전압 V가 걸리고 전류 I가 인가되는 것으로 가정한다. 또한, NTC 서미스터(390)의 저항치 및 이에 흐르는 전류를 각각 R1 및 I1으로 정의하고 투입측 코일(1140)은 부하로 작용하므로 저항성분을 갖고 있고 이의 저항치 및 이에 흐르는 전류를 R2 및 I2로 정의한다.

NTC 서미스터(390)에 흐르는 전류와 투입측 코일(1140)에 흐르는 전류 각각은 아래와 같이 수식화할 수 있다.

수식(1)

수식(2)

또한, 투입측 코일(1140)에 흐르는 전류는 아래와 같이 정의될 수 있다.

수식(3)

온도가 상승함에 따라, NTC 서미스터(390)의 저항치인 R1은 감소한다. 수식(1)에서 R1이 감소하면 I1은 증가한다. I1이 감소하면 수식(3)에서 확인할 수 있듯이, 투입측 코일(1140)에 흐르는 전류 I2는 감소한다.

브릿지 정류부(320)의 출력측 라인과 투입측 SCR(340)의 입력측 라인은 투입측 코일(1140)과 연결되며, 투입측 SCR(340)의 출력측 라인과 개방측 SCR(360)의 입력측 라인은 개방측 코일(1150)에 연결된다. 여기서, 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)은 이해를 위해 간단한 기호로 도시하였으며, 그 기능 및 역할은 도 3에 도시된 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)과 동일하다.

전원 공급부(310)를 통해 외부 전력이 인가되면, 브릿지 정류부(320)에서 전류를 정류한다. 브릿지 정류부(320)는, 예를 들어, 제한됨이 없이, 순방향의 전류만 통과시키는 한 쌍의 순방향 다이오드(322, 326)와 역방향의 전류만 통과시키는 한 쌍의 역방향 다이오드(324, 328)를 교대로 배치하여 구성할 수 있다.

<정상 온도하에서 외부 전력 인가시>

외부 전력이 인가된 상태에서, 게이트 제어부(330)는 투입측 SCR(340)을 턴-온시키는 제어 신호를 생성하며, 개방측 SCR(360)을 턴-오프시키는 제어신호를 생성한다.

투입측 SCR(340)이 턴-온 되면, 투입측 코일(1140)에 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 도 3에 도시한 가동자 요소(1200)가 하방으로 이동하면서, 가동 접점(161, 162)이 고정 접점(181, 182)에 접촉하게 된다.

한편, 투입측 SCR(340)이 턴-온 되면, 전류가 투입측 SCR(340)에 흐르게 되고, 투입측 SCR(340)의 출력측 라인에 배치된 제1 축전부(350)에 전류가 유입되면서, 전하가 축적된다. 제1 축전부(350)를 캐패시터로 구성하는 경우, 캐패시터의 충전 시간은 캐패시터의 정전용량 및 충전전압레벨에 따라 결정된다.

제1 축전부(350)의 충전이 완료되면, 외부 전력이 인가되고 있다 하더라도 전류의 흐름이 정지되고, 전자접촉기(100)의 가동 접점(161, 162)과 고정 접점(181, 182)은 접촉 상태를 유지한다. 즉, 투입측 코일(1120)에 인가되던 전류 흐름이 정지되면, 고정자 요소(1100)에 의한 자기장은 사라지고, 가동자 요소(1200)는 영구자석(1220)과 고정 철심 코어(1120) 사이의 인력에 의해 투입위치에서 홀딩 된다.

<고온 온도하에서 외부 전력 인가시>

외부 전력이 인가된 상태에서, 투입측 SCR(340)이 턴-온 되면, 투입측 코일(1140)에 전류가 흐르게 되고, 도 3에 도시한 가동자 요소(1200)가 하방으로 이동하면서, 가동 접점(161, 162)이 고정 접점(181, 182)에 접촉하게 된다.

만일, 전자접촉기나 상기 전자접촉기에 연결된 전자기기 등에서 과전류가 발생되는 경우, 온도가 급격히 증가한다. 온도가 임계치를 초과하여 과도하게 증가하면 온도 감응형 소자(390)의 저항값이 감소하여 투입측 코일(1140)에 흐르는 전류는 차단된다. 이에 따라 도 3에 도시한 가동자 요소(1200)는 고정자 요소(1100)와의 반발력과 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 상측으로 밀려 올라간다.

가동자 요소(1200)가 상향 이동하여 개방완료 위치에서 홀딩 되면, 그에 일체로 결합된 홀더(151)도 함께 상향 이동한 상태를 유지하게 되어, 가동 접촉자(160)의 가동 접점(161, 162)은 단자(171, 172)의 고정 접점(181, 182)으로부터 떨어지게 되어 회로는 개방(OFF) 상태를 유지하게 된다.

<외부 전력 차단시>

외부 전력이 차단되어 전원 공급부(310)를 통한 전력 공급이 차단되면, 게이트 제어부(330)는 투입측 SCR(340)을 턴-오프 시키는 제어 신호를 생성하며, 개방측 SCR(360)을 턴-온 시키는 제어 신호를 생성한다.

개방측 SCR(360)이 턴-온 되면, 제1 축전부(350)에 충전되어 있던 전하가 개방측 SCR(360) 방향으로 방전되면서, 개방측 코일(1150)에 전류가 흐르게 된다. 개방측 코일(1150)에 전류가 인가되면, 전술한 바와 같이, 가동자 요소(1200)는 고정자 요소(1100)와의 반발력과 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 상측으로 밀려 올라간다.

제1 축전부(350)에 저장되어 있던 전하가 모두 방전되어, 개방측 코일(1150)에 흐르던 전류가 차단되면, 가동자요소(1200)는 개방 스프링(2000)의 탄성력만으로 개방위치(제2 위치)에서 지탱되어 홀딩된다.

한편, 도 4의 구동디바이스(300)는 게이트 제어부(330)의 제어에 따라 투입상태 또는 개방상태로 동작될 수 있다. 여기서, 외부전압의 차단시, 게이트 제어부(330)는 투입상태에서 개방상태로 변환되도록 각 구성을 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기의 구동디바이스를 설명하기 위한 회로도이다. 본 실시예에서, 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기의 구동디바이스(300)는 도 3에 도시한 전자접촉기(100)의 조작기(1000a)의 구동을 제어하며, 예를 들어, 하나의 회로 기판에 구현하여, 전자접촉기(100) 하부 및 상부 케이스들(111, 112) 내에 삽입되거나, 또는 보조 단자(190)와 전선을 통해 연결될 수 있다.

도 3 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 고온동작 정지 기능을 갖는 전자접촉기의 구동디바이스(300)는 전원 공급부(310), 브릿지 정류부(320), 게이트 제어부(330), 투입측 SCR(Silicon Controlled Rectifier, 340), 제1 축전부(350), 개방측 SCR(360), 순간정전 방지 스위칭부(370), 제2 축전부(380), 배리스터(391) 및 온도 감응형 소자(390)를 포함하고, 상기 전자접촉기의 투입 동작을 수행하는 투입측 코일(1140)의 동작과 상기 전자접촉기의 개방 동작을 수행하는 개방측 코일(1150)의 동작을 제어한다. 도 6에 도시된 구동디바이스와 도 4에 도시된 구동디바이스를 비교할 때 배리스터(391)를 제외한 다른 구성요소는 동일하므로 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

배리스터(391)는 게이트 제어부(330)를 통해 전원공급부(310)의 전원이 인가되는 브릿지 정류부(320)의 출력측과 연결될 수 있다. 배리스터는 인가되는 전압이 낮을수록 저항값이 증가하는 특성을 가진 소자이다. 이에 따라, 순간전압강하가 발생하면 배리스터(391)는 저항값이 증가하여 제2 축전부(380)로 인가되는 게이트 제어부(330)의 전원을 차단시킴으로써, 저전압에 의해 전자접촉기(100)가 개방되는 것을 지연시킬 수 있다.

한편, 게이트 제어부(330)의 전원차단시, 충전된 전압을 순간정전 방지 스위칭부(370)의 트랜지스터(BJT)로 방전시킨다. 이에 따라, 순간정전 및 순간전압강하(SAG) 발생시 전자접촉기(100)가 개방되는 것을 지연시킬 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 순간 정전시마다 불필요한 온/오프 동작을 방지할 수 있는 순간정전 방지 기능을 갖는 전자접촉기의 회로가 투입 상태라 할지라도 온도가 임계치를 초과하여 과도하게 증가하면 회로를 개방 상태로 전환시켜 과전류가 흐르는 것을 차단하여 전자접촉기가 소손되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 분전반 11, 21 : 메인차단기
12, 22-1, 22-2 : 전자접촉기 13 : 부하부
20 : 전동기 제어반 23 : 전동기
R : R상 부스바 S : S상 부스바
T : T상 부스바 N : N상 부스바
100 : 전자접촉기 111 : 하부 케이스
112 : 상부 케이스 171 : 전원측 단자
172 : 부하측 단자 1000a : 조작기
1200 : 가동자 요소 1260 : 연결수단
1262 : 연장축 1264 : 결합축
150 : 가동 접점 조립체 151 : 홀더
160 : 가동 접촉자 161, 162 : 접점
163 : 스프링 190 : 보조 단자
1140 : 투입측 코일 1150 : 개방측 코일
2000 : 개방 스프링 300 : 구동디바이스
310 : 전원 공급부 320 : 브릿지 정류부
330 : 게이트 제어부 340 : 투입측 SCR
350 : 제1 축전부 360 : 개방측 SCR
370 : 순간정전 방지 스위칭부 380 : 제2 축전부
390 : 온도 감응형 소자 391 : 배리스터

Claims

메인차단기와, 상기 메인차단기에서 부하측으로 분기되는 라인상에 위치하는 전자접촉기를 포함하는 고온동작 정지 기능을 갖는 분전반에서,
상기 전자접촉기는,
상기 전자접촉기의 투입 동작을 수행하는 투입측 코일;
상기 투입측 코일에 연결된 투입측 실리콘 제어 정류소자(Silicon Controlled Rectifier, SCR);
상기 투입측 SCR의 출력측 라인에 연결되어 상기 투입 동작에 사용되는 외부 전원에 의해 충전되는 제1 축전부;
상기 제1 축전부에 충전된 전하를 사용해 상기 전자접촉기의 개방 동작을 수행하는 개방측 코일;
상기 개방측 코일에의 전하 흐름을 단속하되, 상기 제1 축전부에 충전된 전하에 의해 턴-온되는 개방측 SCR;
상기 제1 축전부가 상기 개방측 SCR에 전하를 공급하는 라인에 상기 개방측 SCR과 병렬로 연결되되, 일단이 상기 제1 축전부에 연결되고, 타단이 상기 개방측 SCR의 게이트단에 연결된 저항과, 에미터가 접지되고, 콜렉터가 상기 저항의 타단 및 상기 개방측 SCR의 게이트단에 연결된 트랜지스터를 포함하는 순간정전 방지 스위칭부;
상기 순간정전 방지 스위칭부의 베이스에 연결되고, 개방 이벤트가 발생하면 충전 전압이 차단되는 것에 의해 방전을 개시하고, 기 설정된 방전 시간 동안 상기 순간정전 방지 스위칭부에 전하를 공급하는 것에 의해 상기 순간정전 방지 스위칭부를 상기 기 설정된 방전 시간 동안 턴-온시키는 것에 의해, 상기 제1 축전부에 축적된 전하에 의해 상기 개방측 SCR이 턴-온되는 것을 지연시키는 제2 축전부; 및
상기 투입측 코일의 입력측 라인에 병렬 연결되고, 온도의 증가에 따라 저항치가 감소하여 상기 투입측 코일에 인가되는 전류를 감소시키는 NTC 서미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 정지 기능을 갖는 분전반.
제1항에 있어서, 상기 NTC 서미스터는, 일단이 브릿지 정류부의 출력단과 상기 투입측 코일의 입력단 간의 접점에 연결되고, 타단이 접지단에 연결된 것을 특징으로 하는 고온동작 정지 기능을 갖는 분전반.
제1항에 있어서, 상기 NTC 서미스터는, 일단이 상기 순간정전 방지 스위칭부의 입력단에 연결되고, 타단이 접지단에 연결된 것을 특징으로 하는 고온동작 정지 기능을 갖는 분전반.
메인차단기와, 상기 메인차단기에서 전동기측으로 분기되는 라인상에 위치하는 전자접촉기를 포함하는 고온동작 정지 기능을 갖는 전동기 제어반에서,
상기 전자접촉기는,
상기 전자접촉기의 투입 동작을 수행하는 투입측 코일;
상기 투입측 코일에 연결된 투입측 SCR;
상기 투입측 SCR의 출력측 라인에 연결되어 상기 투입 동작에 사용되는 외부 전원에 의해 충전되는 제1 축전부;
상기 제1 축전부에 충전된 전하를 사용해 상기 전자접촉기의 개방 동작을 수행하는 개방측 코일;
상기 개방측 코일에의 전하 흐름을 단속하되, 상기 제1 축전부에 충전된 전하에 의해 턴-온되는 개방측 SCR;
상기 제1 축전부가 상기 개방측 SCR에 전하를 공급하는 라인에 상기 개방측 SCR과 병렬로 연결되되, 일단이 상기 제1 축전부에 연결되고, 타단이 상기 개방측 SCR의 게이트단에 연결된 저항과, 에미터가 접지되고, 콜렉터가 상기 저항의 타단 및 상기 개방측 SCR의 게이트단에 연결된 트랜지스터를 포함하는 순간정전 방지 스위칭부;
상기 순간정전 방지 스위칭부의 베이스에 연결되고, 개방 이벤트가 발생하면 충전 전압이 차단되는 것에 의해 방전을 개시하고, 기 설정된 방전 시간 동안 상기 순간정전 방지 스위칭부에 전하를 공급하는 것에 의해 상기 순간정전 방지 스위칭부를 상기 기 설정된 방전 시간 동안 턴-온시키는 것에 의해, 상기 제1 축전부에 축적된 전하에 의해 상기 개방측 SCR이 턴-온되는 것을 지연시키는 제2 축전부; 및
상기 투입측 코일의 입력측 라인에 병렬 연결되어, 온도의 증가에 따라 저항치가 감소하여 상기 투입측 코일에 인가되는 전류를 감소시키는 NTC 서미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 정지 기능을 갖는 전동기 제어반.
제4항에 있어서, 상기 NTC 서미스터는, 일단이 브릿지 정류부의 출력단과 상기 투입측 코일의 입력단 간의 접점에 연결되고, 타단이 접지단에 연결된 것을 특징으로 하는 고온동작 정지 기능을 갖는 전동기 제어반.
제4항에 있어서, 상기 NTC 서미스터는, 일단이 상기 순간정전 방지 스위칭부의 입력단에 연결되고, 타단이 접지단에 연결된 것을 특징으로 하는 고온동작 정지 기능을 갖는 전동기 제어반.