KR900006410B1 - 디지탈 적산전력 검출장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

디지탈 적산전력 검출장치

제 1 도는 본 발명의 단상형 디지탈 적산전력계의 블록도.

제 2 도는 본 발명의 3상3선식 디지탈 적산전력계의 블록도.

제 3 도는 본 발명의 3상4선식 디지탈 적산전력계의 블록도.

제 4 도는 제 1 도, 제 2 도, 제 3 도의 프로세서부(4)의 표시부를 레지스터로 연결시킨 상태를 나타낸 블록도.

제 5 도는 본 발명을 설명하기 위한 전류전압, 전류 파형도.

제 6 도는 본 발명의 홀소자를 이용하여 전압을 검출하는 상태를 설명하기 위한 상세도.

제 7 도는 제 1 도의 증폭회로(2)를 나타낸 상세한 회로도.

제 8 도는 제 2 도와 제 3 도의 가산기(11)(11a)를 나타낸 회로도.

제 9 도는 정전검출 언터랩 회로도.

제10도는 제 9 도의 동작상태 출력 파형도.

제11도는 종래의 전자식 적산전력계의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전력검출 센서부 2,2a,2b : 증폭회로

3 : V/F 변환기 4 : 프로세서

5 : 인터럽트회로 6 : 표시부

7 : 불휘발성 구동회로 13 : 레지스터 표시기.

본 발명은 사용전력량을 측정하는 적산전력계에 관한 것으로서, 특히 홀소자를 이용한 전력센서로서 전력량을 검출하여 주파수로 변환하여 마이크로 프로세서에 입력시켜 카운트할 수 있게 하므로서 마이크로 프로세서에 연결된 표시부에서 현재 사용하는 전력량과 누적가산한 총전력량과, 피크(peak)사용 전력량을 표시할 수 있게 한 것에 주안점을 둔 디지탈 적산전력계에 관한 것이다.

종전의 사용전력량을 측청하는 전자식 적산전계로는 제11도와 같이, 전압전류변환부(30)의 전압변환회로(21)와 전류변환회로(22)를 각각의 절대치회로(23), 샘플앤드호울더(24), A/D 변환기(25)를 통해 마이크로프로세서(40)에 입력시키고, 전압전류변환부(30)의 전압변환회로(21)와 전류변환회로(22)의출력에서 전압전류 부호검출기(26)를 통해 마이크로 프로세서(40)에 연결한 것으로서, 이는 사용되고 있는 전압 및 전류가 샘플링(Sampling)시간마다 검출되어 연속근이방식의 A/D 변환기(suecessive-approximation A/D converter)(25)에 의하여 마이크로 프로세서(40)에 입력되어 마이크로 프로세서에서 카운팅하여 전력이 검출되는 것이다.

그러나, 이는 회로가 복잡할뿐만 아니라 전류와 전압신호의 데이타가 분리되어 인가되기 때문에 전력량을 계산하기 위해서는 소프트웨어적인 곱셈기(26)가 필요하고 고가인 A/D 변환기(25)가 필요하므로서 생산원가가 고가이며, 샘플링홀더(24)를 연결하여야 하므로서 샘플링주기에 대한 오차가 커지므로서 정확한 전력량 검출이 곤란한 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자, 홀소자를 이용하여 전력량을 검출하고, 주파수로 변환하여서 마이크로 프로세서에 입력시켜서 전력량을 카운트 할수 있도륵 하므로서 현재 전력량과 누적 가산한 총전력량, 피크사용 전력량을 카운팅하여 마이크로 프로세서에 연결한 표시기로서 디스플레이 할수 있게한 것으로서, 이를 첨부도면에 따라서 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 구성을 설명하기에 앞서 본 발명의 홀소자(8)를 이용하여 전력량에 비례하는 전압을 검출하는 과정에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

우선 제 5 도에서와 같이, 전압파형을 V, 전류파형을 i, 주기를 T, 전압의 실효치를 V, 전류의 실효치를 I, 주파수를 F, 전압전류의 위상치를 Q라고 하면,

상기 ①,②식에서 전력의 순시치는,

로 되고 제 5 도의(나)도에서와 같이 전력 P의 곡선은 일정하게 VI cos θ를 중심으로 하여 진폭 VI의 진동을 한다.

또한, 회로에 공급되고 있는 평균전력 Pav는

로 되므로 구하고자 하는 유효전력 W_λ는_λ로

표시되어 VI cosθ를 검출하여 시간 t를 곱해 누적표시토록하면 전력량계가 되는 것이다.

그리고 제 6 도에서와 같이 x,y,z 방향으로 길이가 t,w,h인 반도체봉(8)에 수직된 방향으로 전계 및 자계를 걸고 이 반도체봉(8)이 P헝 반도체라면 다수캐리어가 정공이고 정공의 디리프트(drift)를 위한 전계는 +x방향, 자계는 -z방향으로 하면, 이때 한 정공이 받는 힘 F는 벡터로 표시하면,

1F=qW+1B

〔q는 전하량, 1B는 자속밀도〕

로 표시되므로 정공은 -y축으로 더 몰리게 되고 -y축 방향으로 전계가 헝성된다.

여기서 형성된 전계는 E라 하면 정공이 받는 힘 F는 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 중첩되어 힘 F는

1F = q [ E + W 1B]

로 되는데 여기서 y방향으로의 식은

Fy = q [-Ey +VxBz]

가 되므로서 정공의 흐름의 안정상태를 유지하기 위해서는 Ey=VxBz가 되어 정공은 자계가 걸리지 않는 상태와 같은 드리프트를 하게 될 것이다.

따라서 Ey로서 반도체봉(8)에는 횡단으로 전압 "V_H"가 형성되고 이는

V_H=Ey·W=v,B,W로 표시된다.

한편, 정공의 드리프트 속도 v는

이므로서

로 된다.

여기서 전류 I는 인가전압 V의 함수이고, 또한 B의 세기는 비오트샤바트 법칙에 의하여 인가전류 i의 함수가 된다.

따라서 V_H는 R_H·t등이 상수이므로 V_H로부터 유효전력 Pav=Ⅳ cosθ에 비례하는 미소전압 V_H를 이 반도체봉(8)으로 부터 구할 수 있게 된다.

그리고 본 발명의 구성을 살펴보면 제 1 도와 같이 부하(Lo)를 연결한 AC전원 양단에 트랜스(TR) 1차측권선(N₁)을 연결하고 2차측 권선(N₂)에 저항(R₁,R₂)을 접속시킨 사이의 단자점에 위상조절영 가변저항(VR)과 콘덴서(C₁)를 접속시켜 전압변환부(10)를 구성하고 이 단자점을 상기에서 실명한 반도체봉 홀소자(8)의 단자점(Bl,B4)에 연결시키고, 2차측 권선(N3)에 정류회로(BD)를 연결시킨다.

그리고 AC전원 일측에 규소강판(9)을 설치하여 반도체봉(홀소자)(8)을 삽입시켜서 이 홀소자(8)에서 단자(B₁-B₄)를 접속시켜 전력검출센서부(1)를 구성하고, 전압(V_H)를 검출하는 전력검출센서부(1) 단자점(B2,B3)에서 증폭회로(2)와 전압을 주파수로 변환하는 V/F 변환기(3)를 거쳐 프로세서(4)에 연결한다.

정류회로(BD)에서 정전레버 인터럽트회로(5)를 거쳐 프로세서(4)의 리세트단자(RES)에 접속시키고, 이프로세서(4)는 디스플레이 표시부(6)와 불휘발성 메모리(7)에 연결하여서 된 것이다.

제 2 도는 본 발명의 3상3선식 디지탈 적산전력계의 블록도로서 3상 입력단자에서 전력센서부(1)(1a)와전압 전환부(10)(10a) 및 증폭회로(2)(2a)를 연결시켜서 이 증폭회로(2)(2a)의 출력에서 아나로그 덧셈기(11)을 거쳐 V/F 변환기(3)에 연결시킨 것이다. 그리고 제 3 도는 본 발명의 3상4선식 디지탈 적산전력계의 블록도를 나타낸 겻으로서 이는 3상 입력단자에서 전력센서부(1)(1a)(1b)와 전압변환부(l0)(10a)(10b) 및 증폭회로(2)(2a)(2b)를 연결시켜서 이 증폭회로(2)(2a)(2b)의 출력에서 아나로그 덧셈기(1la)를 거쳐 V/F변환거(3)에 연결시킨 것이다. 또한, 제 4 도는 제 1 도의 프로세서(4)에 연결된 표시부(6)를 레지스터 구동회로(12)와 레지스터 표시기(13)를 연결시킨 상태를 보인 것이다. 그리고 상기 증폭회로(2)(2a)(2b)는 제 7 도와 같이 OP앰프(OP₁)에 저항(R₁₁-R₁₃)과 노이즈 제거용 콘덴서(C₁)를 연결시켜서 된 것이다. 상기아나로그 덧셈기(11)은 제 8 도의(가)와 같이 OP앰프(OP)와 저항(R₃-R₆)을 연결시켰으며, 또한 아나로그덧셈기(1la)는 제 8 도의 (나)와 같이 OP앰프(OP₃) 밋 저항(R₅-R₁₁)을 연결한 것이다.

제 9 도는 정전검출 인터럽트 회로를 나타낸 것이며, 제10도는 제 9 도의 정상동작시와 정전시의 출력파형을 나타낸 것이다.

이와 같은 회로로서 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

전력사용량에 따라서 전압(V_H)를 검출하는 방법은 상기에서 설명한 바와같이 전력검출센서부(1) 단자점(B₂,B₃)에서 미소전압(V_H)를 검출하게 되고 이 미소전압은 증폭회로(2)에 인가되는 데 이 증폭회로(2)는 제 7 도에서와 같이 정밀한 계산을 위하여 초퍼안정화 OP앰프(OP₁)를 연결하고 노이즈 제거용으로 콘덴서(C₂)를 접속시켜서 증폭된 전압을 V/F 변환기(3)에 인가시켜서 전압을 주파수로 변환하여서 프로세서(4)에 입력시켜서 카운팅하게 된다. 상기 프로세서(4)에서는 현재 사용전력량과 최대 사용전력량, 누적된 사용전력량들을 순차적으로 표시기에 표시 시켜주는 데 마이크로 프로세서부(A)를 관장하는 소프트웨어의 기본적인 흐름은 다음과 같다. 먼저, 전력량계의 전원이 들어오면 마이크로 프로세서에 리셋이 걸려 프로그램을 수행하게 된다. 처음에 여러가지 사항을 초기화하고 조건을 설정한 후 정전시에 대피시켰던 데이타를 가져오고, 지금까지의 파워 다운 리셋(power down reset)을 표시부(6)에 표시시킨 후 일정한 시간(본 발명에서는 15초로 설정)동안, V/F 변환기(3)로 부터 인가되는 펄스수를 카운팅한다. 이 시간이 경과하면 마이크로 프로세서(4)에서는 다음과 같은 일련의 조작들이 되풀이되는 데 먼저 5초동안은 지금까지 카운팅된 펄스수를 세어 현재 사용전력량을 표시부(6)에 표시시키고 이 값을 메모리(7)에 저장시킨다. 그리고 다음 5초동안 지금까지 사용된 총 전력량이 표시되는데 이는 현재 사용전력량을 계속 누적시켜 가산한 값이다.

그리고, 그 다음 5초 동안은 최대 수요전력량이 표시기에 표시되는 데 이것의 초기값은 0이다. 이리하여 1싸이클이 완료되는데 물론 이 기간동안에도, V/F 변환기(3)로 들어오는 펄스수는 계속 카운팅된다. 따라서 다음 1싸이클이 수행될 때는 이 펄스수를 계산하여, 현재 사용전력량, 총 사용전력량이 소프트웨어에 의해 계되어 표시부(6)에 표시된다.

그리하여 1싸이클이 60번 수행되었을 때(즉 15분 경과시), 총 사용전력량을 계산하여 최대 수요 전력량에 표시시키고 그 값을 메모리(7)에 저장한다. 즉, 최대수요전력량은 15분 단위로 계산이 되고 다음 15분 동안계산된 사용전력량과 비교하여 큰 값을 다시 표시시키고 그 값을 다시 메모리(7)에 저장시킨다. 따라서 이과정을 계속 되풀이함으로서 현재 사용전력량 총 사용전력량, 최대 수요전력량이 순차적으로 표시부(6)에서 표시하게 된다. 그리고, 정전시에는 정전대비 인터럽트 구성회로(5)에서 이를 감지하여 중요한 데이타를 불휘발성 메모리(7)에 저장시킨다.

제 9 도 및 제10도는 정전검출 인터럽트 구성회로 및 실제 그 파형도이다. 먼저 정상동작시에는 제10도(가)도와 같은 전압파형이 전원공급회로 및 정전검출 인터럽트 구성회로에 의하여 공급되며, 전압 Vb가 마이크로 프로세서(4)의 인터럽트 단자(a)에 공급되어 프로세서는 정상동작을 한다. 그리고 정전시에는 제10도(나)도와 같은 파형이 형성되어 t₁에서 인터럽트가 걸리고 T₁동안 인터럽트 서비스 루틴이 수행되어 중요한 데이타를 메모리(7)에 대비시킨다. 여기서 Vs는 SHM(쉬미트 낸드 레이트)의 스레시흘드(threshold)전압이다. 또한 본 발명은 전력량계 이외에도 조건에 의해서 여러가지 기능을 수행할 수 있는데 그것은 가스, 온수, 수도미터 등으로 부터의 데이타를 검침할 수 있고, 마이크로 프로세서(4)의 시리얼 로드를 이용하여 자동검침을 할 수 있는 것 등이다.

제 2 도는 제 1 도의 원리를 3상3선식 디지탈 전력량계에 적용시킨 것으로서, 3상 전력을 검침하기 위해 별도의 전력센서와 전압변환회로부(10)를 연결하였으며, 증폭회로(2)(2a)로부터 증폭된 전압레벨을 가산하기 위해 아나로그 덧셈기(11)을 연결시킨 것으로서 동작원리는 상기에서 설명한 제 1 도와 같다. 이 경우 아나로그 덧셈기(11) OP앰프(OP2,OP3)를 통해 행하여지는 데 그 기본회로는 제 8 도의 (가)와 같이 이 경우저항값 R₄=R₅이고 R₃=R₆로 그 값을 설정하면 V₁=V₁+V₂로 표시된다. 제 3 도는 3상4선식 디지탈 적산전력계에 적용시킨 것으로서 그 기본적인 원리는 본 발명의 제 1 도와 동일하며, 단지 3상4선식의 전력량을 검침하기 위해 상기 제 2 도보다 전력센서(1,1a,1b)와 전압변화회로(10,10a,10b)를 각각 연결하고 아나로그덧셈기(11a)에 연결되었다는 점을 제외하면 제 2 도와 동일한 구조이다. 이 경우 아나로그 덧셈기는 제 8 도의 (나)도와 같이 구성되는 데 저항값을 R₈=R₉=R₁₀이 되도록 하고, R₁₁=2R₇이 되도록 설정하면 V₂=3V₃+4V₄+5V₅가 된다.

제 4 도는 본 발명의 일반 수용기에 적합하도록 구성한 디지탈 적산전력계로서, 표시부(6)를 현 기계식 유도형 적산전력계에서 사용하고 있는 레지스터(13)를 사용함으로써 생산원가를 최대한으로 줄이도록 구성한 것이다.

이것은 전력이 검출되어 주파수로 변환기까지의 원리를 제 1 도와 동일하다. 이 경우 마이크로 프로세서(4)는 임력된 펄스수를 카운트하여 단위전력량이 사용되었을 때 스텝핑모터로 구성되어 있는 레지스터 구동회로(12)를 구동하여 레지스터를 회전하게 된다. 그리고 마이크로 프로세서(4)의 시리얼단자(M₁,M₂)를 통하여 자동 검침이 가능하게 하였다. 따라서 제 2 도에는 제 1 도의 회로부와 마이크로 프로세서부(4)의 기능이 소프트웨어 뿐 아니라 하드웨어의 기능이 현저히 줄어들었음으로 고가의 마이크로 프로세서(4)와 표시부(6)가 필요없으므로 생산원가를 감소시켜 일반 수용자에 널리 보급되도록 발명한 것이다. 실제로 본 발명에서 마이크로 프로세서(4)는 4비트 프로세서를 채용하였다.

이와같이 본 발명은 디지탈 적산전력의 전력검출 승산부분이 홀소자를 이용한 전력센서에서 간단히 검출되므로 전력검출에 필요한 하드웨어 구조를 최대한으로 간략화 시켰으며, 또한 마이크로 프로세서에서는 파워 다운 리셋수, 현 사용 전력량, 총 사용 전력량, 최대 수요전력량 등을 차례로 표시기에 표시시킴으로서 균형적인 전력수급을 위해 요구되는 디멘트미터(Demand Meter)로서의 기능을 훌륭히 수행하도록 하게 하였으며, 또한 동일 하드웨어 구조에 소프트웨어를 변경하여 여러가지 기능을 수행하도록 손쉽게 바꿀수 있으며, 그리고 시리얼포트를 통해 의부와의 송, 수신이 간단히 수행되어 전력량의 자동검침을 수행하게하여 전력량 및 기타 가스, 수도미터 등의 자동검침을 더욱 현실화하고, 전력량계를 구성하고 있는 부품이 반영구적인 전자부품을 사용함으로써 전력량계의 수명을 연장시킬 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 입력전원측에 전력검출 센서부(1)와 전압 변환부(10)를 구비하여 전력검출 센서부(1)의 출력단자(B₂, B₃)에서 증폭회로(2)와 전압주파변환 V/F 변환부(3)를 거쳐 마이크로 프로세서(4)에 연결하고 상기 전압변환부(3) 출력은 정전레버 인터럽 회로(5)를 거쳐 마이크로 프로세서(4)의 인터럽트 단자(a)에 연결되고 상기 마이크로 프로세서(4)의 출력은 현재 사용전력량과 누적총사용 전력량 및 최대사용 전력량 그리고 파워다운리셋수 표시용 표시기(6)와 불휘발성 메모리(7)를 연결하며, 시리얼단자(M₁,M₂)를 연결한 것을 특징으로 하는 디지탈 적산전력 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 3상3선식 입력축에 전력검출센서부(1)(1a)와 전압변환부(10)(10a)를 구비하여 증폭회로(2)(2a)를 연결하여 이 증폭회로(2)(2)의 출력에 아나로그 덧셈기(11)를 거쳐 V/F 변환기(3)에 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 디지탈 적산전력 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 3상4선식 입력축에 전력 검출 센서부(1)(1a)(1b)와 전압변환부(10)(10a)(10b)를 구비하여 증폭회로(2)(2a)(2b)에 연결하여 이 증폭회로(2)(2a)(2b)의 출력을 V/F 변환기(3)에 연결한 것을 특징으로 하는 디지탈 적산전력장치.
4. 제 1 항에 있어서, 마이크로 프로세서(4)의 출력에 접속된 표시부(6)를 레지스터 구동회로(12)로 연결시켜서 이 출력 레지스터 표시기(13)를 연결한 것을 특징으로 하는 디지탈 적산전력 장치.

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