WO2022177260A1 - 전력 절감 장치 - Google Patents

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WO2022177260A1
WO2022177260A1 PCT/KR2022/002203 KR2022002203W WO2022177260A1 WO 2022177260 A1 WO2022177260 A1 WO 2022177260A1 KR 2022002203 W KR2022002203 W KR 2022002203W WO 2022177260 A1 WO2022177260 A1 WO 2022177260A1
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voltage
case
core
power saving
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박희준
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주식회사 글로벌하이세스
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Definitions

  • the present invention is a power saving device that can save power by maintaining the output voltage constant even if the input voltage changes. It relates to a power saving device that can save.
  • a power saving device is a device that reduces the amount of electrical energy used while performing the same task of an electric device.
  • the power factor represents the ratio between the active power and the apparent power in an AC circuit.
  • Conventional AC power control and conversion devices include linear voltage converters such as single-winding, multi-winding transformers or reactors, and power control devices by phase control or PWM control using switching semiconductor devices, but general Trans-type power control devices are too bulky and heavy to be practical, and switching control-type power control devices with electronic circuits have poor durability, reliability, and economic feasibility. has been discussed
  • the British patent (GB2043971A) "constant voltage control device" is based on the primary side coil polarity reversing switching method, and delicate constant voltage control is impossible. All of the secondary coils connected in series with , turn into circuit resistance, which may cause overheating due to heat loss.
  • the present invention relates to the problems of the conventional transformer-type power control device that is too large in volume and weight to be practical, and the durability, reliability, and economy are not good.
  • the purpose of this is to solve the problem of the power control system of this method, and it is possible to save power by stably regulating the supplied voltage through the toroidal core, the multi-channel switch and the control means to control it and supplying it to the load side.
  • the purpose is to provide a device.
  • the toroidal core on which the primary side coil and the secondary side coil are wound can be safely and securely fixed inside the power saving device by using a core fixing member, and heat generated from the toroidal core can be easily discharged to the outside of the device.
  • Another object of the present invention is to provide a power saving device that can prevent the temperature rise of the device.
  • the space is formed inside, the case of a predetermined volume in which a parking breaker to which external power is applied is provided on one side;
  • It has a plurality of channels connected to correspond to the taps of the secondary side coil, and according to a control signal, one channel selected among the plurality of channels is connected to a bus bar to output a regulated voltage to the load side, and a bypass mode or a voltage regulation mode a multi-channel switch having a mode changeover switch for selectively adopting any one of the modes; and
  • a control signal is applied to the multi-channel switch to compare a voltage value input to the main breaker with an average input voltage value, calculate a transformed value according to the comparison of voltage values, and adjust the input voltage to a voltage corresponding to the calculated value. and control means for outputting power information related to input and output voltages to the outside.
  • the core fixing member may include a seating portion protruding from the bottom surface of the case to the outside of the fixing body at a predetermined height, and allowing the toroidal core to be spaced apart from the bottom surface of the case.
  • the seating portion at least one first seating portion formed in a ring shape on the outside of the fixture;
  • a second seating part formed in a radial shape with respect to the fixing body and extending a predetermined length in a direction crossing the first seating part;
  • the present invention has the effect of improving the performance and lifespan of the load by stably regulating the supplied voltage through the toroidal core, the multi-channel switch, and a control means for controlling the same, and supplying it to the load side, thereby reducing the power consumption There is a remarkable effect that can be done.
  • the toroidal core on which the primary side coil and the secondary side coil are wound can be safely and securely fixed inside the case using a core fixing member, and heat generated from the toroidal core can be easily discharged to the outside to keep the temperature of the device.
  • Another object of the present invention is to provide a power saving device capable of preventing the rise.
  • 1 and 2 are a plan view and a perspective view showing the inside of a power saving device according to the present invention
  • FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing a power saving device according to the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 are fastening views for fixing the toroidal core with a core fixing member in the power saving device according to the present invention
  • the power saving device includes: a case 10 having a predetermined volume having a space formed therein and a main circuit breaker 11 to which external supply power is applied is provided on one side; A plurality of taps provided inside the case 10, a primary coil connected to the main circuit breaker 11 is wound, and a plurality of taps capable of boosting or reducing the voltage by the difference between the voltage induced in the primary coil and the set reference voltage.
  • a toroidal core 20 having a secondary side coil wound in the opposite direction to the primary side coil;
  • a fixing body 31 from which the fastening screw 31a protrudes upward is formed on the bottom surface of the case 10 and has a radius larger than the inner diameter of the toroidal core 20 and is fastened with the fastening screw 31a.
  • the core fixing member 30 is formed on the outside of the fixing body 31 from the bottom surface of the case 10 , and protrudes to a predetermined height, and the toroidal core 20 is the case 10 . It includes;
  • the seating portion 33 may include at least one first seating portion 33a formed in a ring shape on the outside of the fixture 31 ; a second seating portion (33b) formed radially around the fixing body (31) and extending a predetermined length in a direction crossing the first seating portion (33a) from the fixing body (31); and a through hole (33c) formed in the bottom surface of the case (10) between the inner and outer sides of the first seating part (33a) or the second seating part (33b).
  • the power saving device stably adjusts the AC voltage supplied from KEPCO so that the rated power is output to the load side.
  • a primary side coil is connected to a main circuit breaker 11
  • a secondary side core 20 having a plurality of taps is wound in the reverse direction of the primary side coil, and the primary side coil is the main side coil.
  • the secondary coil uses a plurality of taps to boost or reduce the voltage induced in the primary coil, thereby correcting the supply power to a voltage corresponding to the reference voltage.
  • the toroidal core 20 can input by arbitrarily adjusting the pressure reduction or step-up value according to the variable input voltage regardless of the voltage fluctuation of single-phase or three-phase input from the outside through the main circuit breaker 11, or can be automatically adjusted, It is wound to adjust the voltage to about 220 [V] ⁇ 2% (216 [V] to 224 [V]) or 380 ⁇ 3% (370 [V] to 390 [V]).
  • the toroidal core 20 includes one reference tap, four decompression taps composed of -3 [V], -6 [V], -9 [V], -12 [V], and +3 It may consist of a total of 7 taps, including two boosting taps composed of [V] and +6 [V].
  • the toroidal core 20 is composed of one primary coil, secondary coil unit and change-over switch in a single phase, and three primary coils, secondary coils and a change-over switch in three phases. is composed of
  • the ring-shaped toroidal core 20 is fixed inside the case 10 by the core fixing member 30 .
  • the core fixing member 30 includes a fixing body 31 protruding upwardly from the bottom surface of the case 10 and having a fastening screw 31a protruding from the upper portion by a predetermined length; and a fastening plate 32 formed with a radius greater than the inner diameter of the toroidal core 20 and fastened with the fastening screw 31a, wherein the toroidal core 20 is disposed on the bottom surface of the case 10
  • the fixing body 31 is inserted into the central portion of the toroidal core 20, and the fastening plate 32 moves in the direction of the fixing body 31 while being fastened to the fastening screw 31a to move the toroidal core 20 to the toroid.
  • the toroidal core 20 is fixed inside the case 10 .
  • the fixing body 31 is formed in a cylindrical shape with a smaller radius than the inner diameter of the toroidal core 20, and a screw fixing part protruding upward by inserting a fastening screw 31a is formed, and a screw fixing part and A space through which air can pass is formed between the side surfaces of the fixture 31 , and a plurality of exhaust windows are formed on the upper surface.
  • the fastening plate 32 is formed in the form of a disk having a larger radius than the inner diameter of the toroidal core 20, and a plurality of grooves 32b are formed to be spaced apart from each other at regular intervals on the outer periphery, and the toroidal core (20) a support portion (32a) for pressing; and a nut part (32c) formed under the support part (32a) and fastened to the fastening screw (31a) of the fixing body (31).
  • the fixing body 31 is inserted into the inner diameter center of the toroidal core 20
  • the fastening plate 32 is the toroidal It is coupled to the fixing body 31 at the upper part of the core 20, and in particular, while the nut part 32c of the fastening plate 32 is fastened to the fastening screw 31a of the fixing body 31, the 32a) presses the upper part of the toroidal core 20, so that the toroidal core 20 is stably fixed inside the case 10, and thus the primary side coil, the secondary side coil and the toroidal core 20 has the effect that it does not move easily.
  • the support portion 32a of the fastening plate 32 has a through hole formed in the central portion of the upper surface, and a plurality of supports radially extend to the edge of the support portion 32a around the through hole, and a plurality of supports are formed between the supports.
  • groove is formed.
  • a groove (32b) formed in a gentle curve is formed on the side or outer periphery of the support portion (32a), a protrusion of a gentle curve is formed between the groove (32b), the user's finger in the groove (32b)
  • the fastening plate 32 may be easily rotated by rotating the support by applying a force in one direction.
  • a nut part 32c fastened to the fastening screw 31a is formed in the lower part of the support part 32a.
  • the toroidal core 20 and the support part 32a of the fastening plate 32 it is formed of a material such as paper, synthetic resin, or wood, and the inner diameter through which the nut part 32c can be inserted into the central part.
  • a ring-shaped insulating member 34 is provided.
  • the core fixing member 30 is formed on the outside of the fixing body 31 on the bottom surface of the case 10 , and the toroidal core 20 is spaced apart from the bottom surface of the case 10 . It further includes; a seating portion 33 to be seated as
  • the seating portion 33 may include at least one first seating portion 33a formed in a ring shape on the outside of the fixture 31 ; a second seating part (33b) formed radially around the fixing body (31) and extending a predetermined length in the cross direction of the first seating part (33) from the fixing body (31); and a through hole (33c) formed in the bottom surface of the case (10) between the inner and outer sides of the first seating part (33a) or the second seating part (33b).
  • a plurality of the first seating portions 33a may be formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance to the outside of the fixing body 31, have a predetermined width, and the through hole 33c is formed between the fixing body 31 and the first mounting portion 33a. It is formed between the first seating portions 33a or between the first seating portions 33a.
  • the second seating portion 33b extends a predetermined length to the outside of the fixture 31, preferably extends longer than the radius of the toroidal core 20, and protrudes to the outside of the first seating portion 33a
  • a locking portion for supporting the side surface of the toroidal core 20 may be formed at a predetermined height.
  • the present invention can reduce the temperature rise due to the heat generated by the mutual induction action of the primary coil and the secondary coil of the toroidal core 20 through the seating part 33 or prevent the temperature rise of the entire device.
  • the toroidal core 20 can be safely fixed and supported inside the case 10 .
  • the toroidal core 20 is seated on the seating part 33 without contacting the bottom surface of the case 10 and is spaced apart from the bottom surface of the case 10 by a predetermined height.
  • the contact area with the seating portion 33 is minimized to easily lower the heat of the toroidal core 20, and the seating portion
  • the effect that external air can be introduced into the case 10 through the through hole 33c formed in the 33 or the heat of the toroidal core 20 can be discharged to the outside of the case 10 through the through hole 33c have.
  • the secondary coil of the toroidal core 20 has a plurality of taps respectively connected to a plurality of channels provided in the multi-channel switch 40, and the The channel switch 40 outputs an automatically adjusted voltage to the load side by selectively connecting one channel to the busbar according to a control signal from the control means 50 to be described later.
  • the multi-channel switch 40 is provided with a mode changeover switch for selectively adopting any one of the bypass mode and the voltage regulation mode.
  • the mode changeover switch one side is connected to the bus bar and the other side is connected to the secondary coil of the toroidal core 20, and when the bypass mode is selected, the toroidal core 20 is disconnected while being connected to the bus bar, , in the voltage control mode, the connection with the busbar is disconnected and connected to the toroidal core 20 to supply a stable voltage regulated by the coloidal core 20 to the load side.
  • the interlocking switch cuts the connection with the toroidal core 20 and is connected to the busbar, so that power can be directly supplied to the busbar.
  • the multi-channel switch 40 is arranged such that a plurality of channels connected to each other corresponding to a plurality of taps provided in the secondary side coil face each other, and busbars are installed at positions spaced apart from each other by a predetermined interval of the plurality of channels, It is configured to transfer power supplied through the change-over switch or any channel to the load side.
  • a shaft made of a square-type screw pitch is installed between the space between the channel and the bus bar, and an encoder is installed on one side of the shaft to rotate the shaft by a control signal from the control means 50 .
  • a driver having a mounted driving motor is formed.
  • the switch head is installed on the shaft in a movable state, the switch head is moved while the shaft rotates according to the driving of the driver, and any channel and bus bar connected to each tab of the toroidal core 20 are installed.
  • the power corrected by the pressure reduction or step-up can be supplied to the busbar side through the corresponding channel selected by interconnection.
  • the multi-channel switch 40 is designed to be prefabricated so that it can be configured by adding or subtracting according to the number of taps of the voltage, and the state of the channel to which each tap of the toroidal core 20 is connected and/or the changeover switch. Power information related to various input and output voltages, such as whether the bypass mode operates or not, is output to the LED display unit formed on one side of the cover of the case 10 by the control means 50 .
  • the control means 50 compares the voltage value input to the main breaker 11 with an average input voltage value, calculates a transformed value according to the comparison of the voltage value, and adjusts the voltage value corresponding to the calculated value.
  • a control signal is provided to the multi-channel switch 40, and power information related to input and output voltages is output to the outside through the LED display unit.
  • control means 50 includes an input unit for inputting operating conditions of the device by participating in voltage regulation, and measures the voltage and current adjusted through the conditions input from the input unit, and reduces the measured voltage/current.
  • a detection unit for detecting abnormal currents such as current, overcurrent, and overvoltage;
  • a storage unit for storing the value to be used, power information input from the electronic watt-hour meter, operation conditions of the input unit, and various values stored in the storage unit are transmitted to the LED monitor so that the user can check, and a predetermined input signal is received from the user
  • a constant voltage can be supplied to the load side by controlling the multi-channel switch 40 through the transmitter and receiver that perform bidirectional communication in a wired/wireless manner, and calculated in the calculator according to the operating conditions input to the input section. and a control unit for controlling the entire device so as to be able to do so.
  • control means 50 measures the voltage supplied from KEPCO, calculates an average voltage value by taking the measured value, and sets a transformed value.
  • the multi-channel switch 40 is controlled through a control signal to select a tap corresponding to a pressure reduction or a pressure increase of the toroidal core 20 according to the segmented pressure value.
  • the multi-channel switch 40 drives a driver according to a control signal, the shaft is rotated, and according to the rotation of the shaft, the switch head is selected according to a control signal of the control means 50 among a plurality of channels. It moves to the channel, and the voltage is reduced or boosted to a level corresponding to the set reference voltage by the toroidal core 20, so that stable rated power is supplied to the load side.
  • the present invention is a power saving device that can reduce power consumption by maintaining the output voltage constant even when the input voltage changes. As a result, the performance and lifespan of the load are improved, and thus the power consumption can be reduced.
  • the toroidal core on which the primary side coil and the secondary side coil are wound is safely and securely fixed inside the device using a core fixing member.
  • an object of the present invention is to provide a power saving device capable of easily discharging heat generated from the toroidal core to the outside to prevent the temperature increase of the device.

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Abstract

본 발명은 입력되는 전압이 변화하더라도 출력 전압을 일정하게 유지시켜 소비되는 전력을 절감할 수 있는 전력 절감 장치로, 공급되는 전압을 토로이달 코어의 상호유도 작용에 의해 안정적인 전압으로 조절하여 부하측에 공급함으써 부하의 성능 및 수명이 향상되고, 이로 인해 전력 사용량도 절감할 수 있으며, 특히 1차측 코일과 2차측 코일이 권선되는 토로이달 코어를 코어 고정부재를 이용하여 장치 내부에 안전하고 견고하게 고정하고, 토로이달 코어에서 발생하는 열을 외부로 쉽게 배출하여 장치의 온도 상승을 예방할 수 있는 전력 절감 장치를 제공하는데 목적이 있다.

Description

전력 절감 장치
본 발명은 입력전압이 변화하더라도 출력전압을 일정하게 유지시켜 전력를 절감할 수 있는 전력 절감 장치로, 공급되는 전압이 토로이달 코어의 상호유도 작용에 의해 안정적인 전압으로 조절되어 부하측에 공급됨으써 전력을 절감할 수 있는 전력 절감 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력절감장치는 전기기기가 동일한 내용의 작업을 수행하면서 사용되는 전기에너지의 양을 줄여주는 장비로, 같은 양의 작업을 수행하면서 사용하는 전기의 양을 줄이는 방법은 크게 세가지를 생각할 수 있으며 이는 전력을 구성하는 요소 중 하나를 개선하는 방식으로 가능하다.
즉, P(전력)= V(전압) * I(전류) * COSθ (역률) 이 3가지 중 전압이나 전류를 감소하거나 역률을 증가시키는 방법을 채택하는 것이 일반적이다.
그 중 역률을 증가시켜 배전선로 전체의 전력을 절감하는 전력 절감장치가 최근 개시되고 있는데, 일반적으로 역률(Power Factor)은 교류회로에서 유효전력과 피상전력과의 비를 나타내는 것이다.
통상 직류회로에서는 전압과 전류와의 곱이 전력이 되지만, 교류회로에서는 전류와 전압의 실효치와의 곱이 반드시 전력으로 되지는 않는다. 교류회로에서는 전압과 전류와의 곱을 피상전력이라 하고, 이에 역률을 곱해야 비로소 전력이 된다. 교류회로의 전압이나 전류는 정현파(사인파) 모양으로 변동하여 양자의 정현파 위상이 반드시 일치하지 않는 경우도 있기 때문이다.
종래의 교류전력제어 및 변환장치로는 단권, 복권식 트랜스포머나 리액터와 같은 리니어방식의 전압변환장치가 있고, 스위칭 반도체소자를 이용한 위상(phase)제어나 PWM제어에 의한 전력제어장치들이 있으나, 일반 트랜스방식의 전력제어장치는 부피와 중량이 너무 커서 실용성이 낮고, 전자회로에 의한 스위칭제어방식의 전력제어장치는 내구성, 신뢰성, 경제성이 좋지 않으며, 주변의 전기적 환경을 저해하는 EMI 발생들이 문제로 대두되어 왔다.
종래의 리니어 제어방식 중 특히 영국특허(GB2043971A) 「정전압제어장치」는 1차측 코일 극성전환스위칭 방식에 의한 것으로서, 섬세한 정전압제어가 불가능하고, 1차측 코일 전원을 끊고 1차측을 여자시키지 않을 경우 부하측에 직렬로 연결된 2차측코일은 모두 회로 저항으로 변하여 열손실로 인한 과열을 발생시킬 수 있다.
또한 1차측 코일회로 스위치를 닫고 폐회로화하여 2차측 코일을 통해 부하전류를 흐르게 하면 1차측코일에 유도된 전류가 자체손실로 발열하게 되고 전력손실이 커진다. 더욱이 이와 같은 제어방법으로는 스위칭 순간 역기전압이 발생하고 과도현상이 발생하여 부하가 전자제품(COMPUTER, AUDIO TV등)일 경우 부하측에 상당한 전자기적인 노이즈를 제공하게 되므로, 모터나 히터와 같은 전기회로부하 외의 다른 부하조건인 전자제품 등에 대해서는 사용상 제약이 따르게 되고, 바이패스시 급격한 전력변화로 정전이 되는 경우가 있어 부하에 많은 영향을 끼치고 있다.
본 발명은, 부피와 중량이 너무 커서 실용성이 낮은 종래 트랜스 방식의 전력제어장치의 문제점과 내구성, 신뢰성, 경제성이 좋지 않으며, 주변의 전기적 환경을 저해하는 EMI가 발생하는 종래 전자회로에 의한 스위칭제어방식의 전력제어장치의 문제점을 해결하는데 목적이 있는 것으로, 공급되는 전압을 토로이달 코어와 다채널 스위치 및 이를 제어하는 제어수단을 통해 안정적으로 조절하여 부하측으로 공급함으로써 전력을 절감할 수 있는 전력 절감 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 1차측 코일과 2차측 코일이 권선된 토로이달 코어를 코어 고정부재를 이용하여 전력 절감 장치 내부에 안전하고 견고하게 고정할 수 있고, 토로이달 코어에서 발생하는 열을 외부로 쉽게 배출하여 기기의 온도상승을 예방할 수 있는 전력 절감 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 절감 장치는, 내부에 공간이 형성되고, 외부 공급전력이 인가되는 주차단기가 일측에 구비되는 소정 부피의 케이스;
상기 케이스 내부에 구비되고, 상기 주차단기에 연결되는 1차측 코일이 권선되며, 1차측 코일에서 유기되는 전압을 다수의 탭에 의해 승압하거나 감압하여 설정된 기준 전압에 대응하는 크기로 형성하는 2차측 코일이 상기 1차측 코일과 상호 역방향으로 권선되는 토로이달 코어;
케이스 바닥면에 형성되되 체결나사가 상부로 돌출되는 고정체와, 상기 토로이달 코어의 내경보다 큰 반경으로 형성되되 상기 체결나사와 체결되는 체결판을 포함하며, 상기 토로이달 코어가 케이스 바닥면에 안착되면서 상기 고정체가 토로이달 코어의 내경에 삽입되고, 상기 체결판이 상기 체결나사에 체결되면서 상기 토로이달 코어의 상부를 가압하여 상기 토로이달 코어를 케이스 내부에 고정하는 코어 고정부재;
상기 2차측 코일의 탭에 대응하게 연결되는 다수의 채널을 갖고, 제어신호에 따라 다수의 채널 중 선택된 하나의 채널이 부스바와 연결되어 조절된 전압을 부하측으로 출력하며, 바이패스 모드 또는 전압조절 모드 중 어느 하나의 모드를 선택적으로 채택하는 모드 전환 스위치가 구비되는 다채널 스위치; 및
상기 주차단기로 입력되는 전압 값을 평균 입력 전압 값과 비교하고, 전압 값의 비교에 따른 변압 값을 연산하며, 입력되는 전압을 연산 값에 대응하는 전압으로 조절하기 위해 제어신호를 상기 다채널 스위치로 전달하며, 입,출력 전압에 관련된 전력정보를 외부로 출력하는 제어수단;을 포함한다.
또한, 상기 코어 고정부재는, 케이스의 바닥면에서 상기 고정체의 외측에 소정 높이로 돌출되고, 상기 토로이달 코어가 케이스의 바닥면으로부터 이격되게 하는 안착부;를 포함한다.
또한, 상기 안착부는, 상기 고정체의 외측에 링 형태로 형성되는 적어도 하나의 제1 안착부;
상기 고정체를 중심으로 방사형으로 형성되고, 상기 제1 안착부의 교차방향으로 소정 길이 연장되는 제2 안착부; 및
상기 제1 안착부의 내,외측 또는 상기 제2 안착부 사이의 케이스 바닥면에 형성되는 통공;을 포함한다.
본 발명은 공급되는 전압을 토로이달 코어와 다채널 스위치 및 이를 제어하는 제어수단을 통해 안정적으로 조절하여 부하측에 공급함으로써 부하의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 이로 인해 전력 사용량도 절감할 수 있는 현저한 효과가 있다.
또한, 1차측 코일과 2차측 코일이 권선된 토로이달 코어를 코어 고정부재를 이용하여 케이스 내부에 안전하고 견고하게 고정할 수 있고, 토로이달 코어에서 발생하는 열을 외부로 쉽게 배출하여 기기의 온도 상승을 예방할 수 있는 전력 절감 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 전력 절감 장치의 내부를 도시한 평면도 및 사시도
도 3은 본 발명에 따른 전력 절감 장치를 개략적으로 나타낸 구성도
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전력 절감 장치의 내부에서 토로이달 코어를 코어 고정부재로 고정하는 체결도
하기에서 설명될 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력 절감 장치의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 전력 절감 장치는, 내부에 공간이 형성되고, 외부 공급전력이 인가되는 주차단기(11)가 일측에 구비되는 소정 부피의 케이스(10); 상기 케이스(10) 내부에 구비되고, 상기 주차단기(11)에 연결되는 1차측 코일이 권선되며, 1차측 코일에서 유기되는 전압과 설정된 기준 전압의 차이만큼 승압하거나 감압할 수 있는 다수 개의 탭을 갖는 2차측 코일이 상기 1차측 코일과 상호 역방향으로 권선되는 토로이달 코어(20); 체결나사(31a)가 상부로 돌출되는 고정체(31)가 케이스(10)의 바닥면에 형성되고, 상기 토로이달 코어(20)의 내경보다 큰 반경으로 형성되되 상기 체결나사(31a)와 체결되는 체결판(32)을 포함하며, 상기 토로이달 코어(20)가 케이스(10) 바닥면에 안착되면서 상기 고정체(31)가 토로이달 코어(20)의 중앙부에 삽입되고, 상기 체결판(32)이 상기 체결나사(31a)에 체결되면서 상기 토로이달 코어(20)의 상부를 가압하여 상기 토로이달 코어(20)를 케이스(10) 내부에 고정하는 코어 고정부재(30); 상기 2차측 코일의 탭에 대응하게 연결되는 다수의 채널을 갖고, 제어신호에 따라 다수의 채널 중 선택된 하나의 채널이 부스바와 연결되어 조절된 전압을 부하측으로 출력하며, 바이패스 모드 또는 전압조절 모드 중 어느 하나의 모드를 선택적으로 채택하는 모드 전환 스위치를 갖는 다채널 스위치(40); 및 상기 주차단기(11)로 입력되는 전압 값을 평균 입력 전압 값과 비교하고, 전압 값의 비교에 따른 변압 값을 연산하며, 연산 값에 대응하는 전압으로 조절하기 위한 제어신호를 상기 다채널 스위치(40)로 제공하며, 입력전압 및 출력전압에 관련된 전력정보를 외부로 출력하는 제어수단(50);을 포함한다.
또한, 상기 코어 고정부재(30)는, 케이스(10)의 바닥면에서 상기 고정체(31)의 외측에 형성되고, 소정 높이로 돌출되며, 상기 토로이달 코어(20)가 케이스(10)의 바닥면으로부터 이격된 상태로 안착하는 안착부(33);를 포함한다.
또한, 상기 안착부(33)는, 상기 고정체(31)의 외측에 링 형태로 형성되는 적어도 하나의 제1 안착부(33a); 상기 고정체(31)를 중심으로 방사형으로 형성되고, 상기 고정체(31)에서 제1 안착부(33a)와 교차방향으로 소정 길이 연장되는 제2 안착부(33b); 및 상기 제1 안착부(33a)의 내,외측 또는 상기 제2 안착부(33b) 사이의 케이스(10) 바닥면에 형성되는 통공(33c);을 포함한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 절감 장치는, 한전에서 공급되는 교류전압을 안정적으로 조절하여 부하 측에 정격 전력이 출력되도록 하는 것으로, 소정 부피의 케이스(10)로 형성되고, 상기 케이스(10)의 내부에는 한전에서 공급되는 전력이 인가되는 주차단기(11)와, 상기 주차단기(11)에 연결되는 토로이달 코어(20)와, 상기 토로이달 코어(20)에 연결되는 다채널 스위치(40) 및 이를 제어하기 위한 제어수단(50)을 포함한다.
상기 토로이달 코어(20)는 1차측 코일이 주차단기(11)에 연결되고, 다수의 탭을 갖는 2차측 코어(20)가 상기 1차측 코일의 역방향으로 권선되며, 1차측 코일은 상기 주차단이에서 인가되는 외부 전력을 공급받고, 상기 2차측 코일은 다수의 탭을 이용하여 상기 1차측 코일에서 유기되는 전압을 승압 또는 감압함으로써 공급전력을 기준접압에 대응하는 전압으로 보정한다.
상기 토로이달 코어(20)는 주차단기(11)를 통해 외부로부터 입력되는 단상 또는 3상의 전압 변동에 관계없이 가변적인 입력 전압에 따른 감압 또는 승압 값을 임의로 조절하여 입력하거나 자동을 조절할 수 있으며, 전압을 약 220[V] ± 2%(216[V]~224[V]) 또는 380 ± 3%(370[V]~390[V])로 조절할 수 있도록 권선된다.
또한, 상기 토로이달 코어(20)는, 1개의 기준탭과, -3[V], -6[V],-9[V],-12[V]로 구성되는 4개의 감압탭 및 +3[V], +6[V]로 구성되는 2개의 승압탭을 포함하여 총 7개의 탭으로 이루어질 수 있다.
상기 탭의 개수는 그 설치환경 및 조건에 따라 다양하게 변형 설계할 수가 있음은 물론이다.
또한, 상기 토로이달 코어(20)는 단상에서는 한 개씩의 1차측 코일, 2차측 코일부 및 절환 스위치를 매개로 구성되고, 3상에서는 각각 3개씩의 1차측 코일, 2차측 코일 및 절환 스위치를 매개로 구성된다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 링 형태의 토로이달 코어(20)는 코어 고정부재(30)에 의해 케이스(10) 내부에 고정된다.
상기 코어 고정부재(30)는, 케이스(10)의 바닥면에 상측으로 돌출되고, 상부에 체결나사(31a)가 소정 길이 돌출되는 고정체(31); 및 상기 토로이달 코어(20)의 내경보다 큰 반경으로 형성되고, 상기 체결나사(31a)와 체결되는 체결판(32);을 포함하고, 상기 토로이달 코어(20)가 케이스(10) 바닥면에 안착 시, 상기 고정체(31)가 토로이달 코어(20)의 중앙부에 삽입되고, 상기 체결판(32)이 상기 체결나사(31a)에 체결되면서 고정체(31) 방향으로 이동하여 상기 토로이달 코어(20)의 상부를 가압함으로써, 상기 토로이달 코어(20)를 케이스(10) 내부에 고정하는 것이다.
상기 고정체(31)는, 상기 토로이달 코어(20)의 내경보다 작은 반경의 원통 형상으로 형성되고, 체결나사(31a)가 삽입되어 상부로 돌출되는 나사고정부가 형성되며, 나사고정부와 고정체(31)의 측면 사이에는 공기가 지나갈 수 있는 공간이 형성되고, 상면에는 배기창이 다수 형성된다.
또한, 상기 체결판(32)은, 토로이달 코어(20)의 내경보다 큰 반경의 원판 형태로 형성되고, 다수의 요홈(32b)이 외주연에 일정 간격으로 이격되어 형성되며, 상기 토로이달 코어(20)를 가압하는 지지부(32a); 및 상기 지지부(32a)의 하부에 형성되고, 상기 고정체(31)의 체결나사(31a)와 체결하는 너트부(32c);를 포함한다.
즉, 상기 토로이달 코어(20)가 케이스(10)의 바닥면에 안착 시, 토로이달 코어(20)의 내경 중심부로 고정체(31)가 삽입되고, 상기 체결판(32)이 상기 토로이달 코어(20)의 상부에서 상기 고정체(31)에 결합하며, 특히, 상기 체결판(32)의 너트부(32c)가 상기 고정체(31)의 체결나사(31a)에 체결되면서 상기 지지부(32a)가 토로이달 코어(20)의 상부를 가압함으로써 상기 토로이달 코어(20)가 케이스(10) 내부에 안정적으로 고정되는 것이고, 이로 인해 1차측 코일, 2차측 코일 및 토로이달 코어(20)가 쉽게 움직이지 않는 효과가 있다.
또한, 상기 체결판(32)의 지지부(32a)는 상면 중앙부에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 중심으로 다수의 지지대가 방사형으로 지지부(32a)의 테두리까지 연장되며, 상기 지지대 사이에는 다수의 홈이 형성된다. 그리고 지지부(32a)의 측면 또는 외주연에는 완만한 곡선으로 형성되는 요홈(32b)이 형성되고, 상기 요홈(32b) 사이에는 완만한 곡선의 돌기부가 형성되며, 상기 요홈(32b)에 사용자의 손가락이 밀착되면서 돌기부에 손가락이 걸리도록 함으로써, 사용자가 체결판(32)을 안전하게 파지하여 쉽게 회전시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 체결판(32)은, 상기 지지대를 일측 방향으로 힘을 가해 회전 시킴으로써 쉽게 회전할 수도 있을 것이다.
그리고 상기 지지부(32a)의 하부에는 체결나사(31a)와 체결되는 너트부(32c)가 형성된다.
또한, 상기 토로이달 코어(20)와 상기 체결판(32)의 지지부(32a) 사이에는 종이, 합성수지 또는 목재 등의 재질로 형성되고, 상기 너트부(32c)가 중앙부로 삽입될 수 있는 내경을 갖는 링 형태의 절연부재(34)가 구비된다.
또한, 상기 코어 고정부재(30)는, 케이스(10)의 바닥면에서 상기 고정체(31)의 외측에 형성되고, 상기 토로이달 코어(20)가 케이스(10)의 바닥면으로부터 이격된 상태로 안착하는 안착부(33);를 더 포함한다.
또한, 상기 안착부(33)는, 상기 고정체(31)의 외측에 링 형태로 형성되는 적어도 하나의 제1 안착부(33a); 상기 고정체(31)를 중심으로 방사형으로 형성되고, 상기 고정체(31)에서 제1 안착부(33)의 교차방향으로 소정 길이 연장되는 제2 안착부(33b); 및 상기 제1 안착부(33a)의 내,외측 또는 상기 제2 안착부(33b) 사이의 케이스(10) 바닥면에 형성되는 통공(33c);을 포함한다.
상기 제1 안착부(33a)는 고정체(31)의 외측으로 반경을 달리하여 일정 간격 이격되게 다수 형성될 수 있고, 소정 폭을 가지며, 상기 통공(33c)이 상기 고정체(31)와 제1 안착부(33a) 사이 또는 제1 안착부(33a) 사이에 형성된다.
그리고 제2 안착부(33b)는 고정체(31)의 외측으로 소정길이 연장되고, 바람직하게는 토로이달 코어(20)의 반경보다 더 길게 연장되며, 제1 안착부(33a)의 외측으로 돌출되는 일단부에는 안착부(33)에 안착된 상기 토로이달 코어(20)의 측면을 지지하는 걸림부가 소정 높이로 형성될 수 있다.
따라서 본 발명은 상기 토로이달 코어(20)의 1차측 코일과 2차측 코일의 상호 유도작용에 의해 발생하는 열에 의한 온도상승을 상기 안착부(33)를 통해 낮춰주거나 기기 전체의 온도상승을 예방할 수 있으며, 뿐만 아니라 상기 토로이달 코어(20)를 케이스(10) 내부에 안전하게 고정 및 지지할 수 있는 효과가 있다.
즉, 상기 토로이달 코어(20)는, 케이스(10) 바닥면에 접촉하지 않고 상기 안착부(33)에 안착되어 케이스(10) 바닥면으로부터 소정 높이 이격되며, 상기 토로이달 코어(20)의 하면 전체 중 일부가 제1 안착부(33a)와 제2 안착부(33b)에 안착됨으로써 안착부(33)와의 접촉면적을 최소화하여 토로이달 코어(20)의 열을 쉽게 낮출 수 있으며, 안착부(33)에 형성되는 통공(33c)을 통해 외부 공기가 케이스(10) 내부로 유입되거나 토로이달 코어(20)의 열이 통공(33c)을 통해 케이스(10) 외부로 배출될 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 토로이달 코어(20)의 2차측 코일은 다수의 탭이 다채널 스위치(40)에 구비되는 다수의 채널에 각각 대응하게 연결되고, 상기 다채널 스위치(40)는 후술할 제어수단(50)의 제어신호에 따라 한 개의 체널이 선택적으로 부스바와 연결되어 자동 조절된 전압을 부하측으로 출력한다.
상기 다채널 스위치(40)는, 바이패스 모드 또는 전압조절 모드 중 어느 하나의 모드를 선택적으로 채택하는 모드 전환 스위치가 구비된다.
상기 모드 전환 스위치는, 일측은 부스바와 연결되고, 타측은 토로이달 코어(20)의 2차측 코일에 연결되며, 바이패스 모드로 선택 시, 부스바와 연결되면서 토로이달 코어(20)의 연결을 끊고, 전압조절 모드 시에는 부스바와의 연결을 끊고 토로이달 코어(20)와 연결되어 코로이달 코어(20)에서 조절된 안정적인 전압을 부하측으로 공급한다.
상기 바이패스 모드는 토로이달 코일이나 다채널 스위치(40) 등의 오작동 발생 시, 연동스위치가 토로이달 코어(20)와의 연결을 단절하고 상기 부스바에 연결됨으로, 상기 부스바로 전원을 직접 공급할 수 있도록 구성된다.
상기 다채널 스위치(40)는, 2차측 코일에 구비되는 다수 개의 탭에 각각 대응하여 연결되는 다수 개의 채널이 서로 마주보도록 배열되고, 상기 다수의 채널의 일정 간격 이격되는 위치에는 부스바가 설치되며, 상기 절환 스위치나 임의의 채널을 통해 공급되는 전력을 부하 측으로 전달하도록 구성된다.
또한, 상기 채널 및 부스바 사이의 공간부 사이에는 사각타입의 나사피치로 이루어진 샤프트가 설치되고, 상기 샤프트의 일측에는 제어수단(50)으로부터의 제어신호에 의해 상기 샤프트를 회전시킬 수 있도록 엔코더를 장착한 구동모터를 갖는 드라이버가 형성된다.
또한, 상기 샤프트에는 스위치헤드가 이동 가능한 상태로 설치되고, 상기 드라이버의 구동에 따라 샤프트가 회전하면서 상기 스위치헤드가 이동되고, 상기 토로이달 코어(20)의 각 탭이 연결된 임의의 채널과 부스바를 상호 연결시켜 선택된 해당 채널을 통해 감압 또는 승압에 의해 보정된 전력이 부스바 측으로 공급될 수 있는 것이다.
또한, 상기 다채널 스위치(40)는 전압의 탭 수에 맞춰 가감하여 구성할 수 있도록 조립식으로 설계되고, 상기 토로이달 코어(20)의 각 탭이 대응되게 연결된 채널의 상태 및/또는 절환 스위치의 바이패스 모드의 동작여부 등 다양한 입,출력전압에 관련한 전력정보가 제어수단(50)에 의해 케이스(10)의 덮개 일측에 형성되는 LED 표시부에 출력된다.
상기 제어수단(50)은, 상기 주차단기(11)로 입력되는 전압 값을 평균 입력 전압 값과 비교하고, 전압 값의 비교에 따른 변압 값을 연산하며, 연산 값에 대응하는 전압으로 조절하기 위한 제어신호를 상기 다채널 스위치(40)로 제공하고, 입,출력전압에 관련된 전력정보를 LED 표시부를 통해 외부로 출력한다.
또한, 상기 제어수단(50)은, 전압 조절에 관여하여 기기의 운전조건을 입력하는 입력부와, 상기 입력부에서 입력된 조건을 매개로 조절된 전압 및 전류를 측정하고, 측정된 전압/전류의 저전류, 과전류, 과전압 등의 이상 전류를 검출하는 검출부와, 상기 검출부에서 측정된 값에 따라 바이패스 또는 전압조절을 행할 수 있도록 제어값을 연산하는 연산부와, 상기 입력부와 검출부 및 연산부에서 입력되거나 측정되는 값을 저장하는 저장부와, 전자식 전력량계로부터 입력되는 전력정보 및 상기 입력부의 운전조건, 저장부에 저장되는 각종 값을 사용자가 확인할 수 있도록 LED 모니터로 전송함과 아울러 사용자로부터 소정 입력신호를 수신할 수 있도록 유.무선 방식으로 양방향 통신을 수행하는 송신부와 수신부 및 상기 입력부에 입력된 운전조건에 따라 연산부에서 연산된 을 통해 상기 다채널 스위치(40)를 제어하여 부하 측으로 일정 전압이 공급될 수 있도록 기기 전반에 대한 제어를 행하는 제어부를 포함한다.
즉, 제어수단(50)은 한전에서 공급되는 전압을 측정하고, 측정된 값을 취함하여 평균 전압 값을 연산하며, 변압 값을 설정한다.
그리고 성절된 변압 값에 따라 토로이달 코어(20)의 감압 또는 승압에 대응하는 탭을 선택하도록 제어신호를 통해 다채널 스위치(40)를 제어한다.
상기 다채널 스위치(40)는 제어신호에 따라 드라이버를 구동하고, 샤프트가 회전되며, 상기 샤프트의 회전에 따라 상기 스위치 헤드는 다수의 채널 중 상기 제어수단(50)의 제어신호에 따라 지정된 하나의 채널로 이동하게 되고, 토로이달 코어(20)에 의해 전압이 설정된 기준전압에 대응하는 크기로 감암 또는 승압되어서 안정적인 정격전력이 부하측에 공급되는 것이다.
본 발명은 입력되는 전압이 변화하더라도 출력 전압을 일정하게 유지시켜 소비되는 전력을 절감할 수 있는 전력 절감 장치로, 공급되는 전압을 토로이달 코어의 상호유도 작용에 의해 안정적인 전압으로 조절하여 부하측에 공급함으써 부하의 성능 및 수명이 향상되고, 이로 인해 전력 사용량도 절감할 수 있으며, 특히 1차측 코일과 2차측 코일이 권선되는 토로이달 코어를 코어 고정부재를 이용하여 장치 내부에 안전하고 견고하게 고정하고, 토로이달 코어에서 발생하는 열을 외부로 쉽게 배출하여 장치의 온도 상승을 예방할 수 있는 전력 절감 장치를 제공하는데 목적이 있다.

Claims (5)

  1. 내부에 공간이 형성되고, 외부 공급전력이 인가되는 주차단기(11)가 일측에 구비되는 소정 부피의 케이스(10);
    상기 케이스(10) 내부에 구비되고, 상기 주차단기(11)에 연결되는 1차측 코일이 권선되며, 1차측 코일에서 유기되는 전압을 다수의 탭에 의해 승압하거나 감압하여 설정된 기준 전압에 대응하는 크기로 형성하는 2차측 코일이 권선되며, 상기 1차측 코일과 2차측 코일이 상호 역방향으로 권선되는 토로이달 코어(20);
    케이스(10) 바닥면에 형성되되 체결나사(31a)가 상부로 돌출되는 고정체(31)와, 상기 토로이달 코어(20)의 내경보다 큰 반경으로 형성되되 상기 체결나사(31a)와 체결되는 체결판(32)을 포함하고, 상기 토로이달 코어(20)가 케이스(10)의 바닥면에 안착되면서 상기 고정체(31)가 토로이달 코어(20)의 내경에 삽입되고, 상기 체결판(32)이 상기 체결나사(31a)에 체결되면서 상기 토로이달 코어(20)의 상부를 가압하여 상기 토로이달 코어(20)를 케이스(10) 내부에 고정하는 코어 고정부재(30);
    상기 2차측 코일의 탭에 대응하게 연결되는 다수의 채널을 갖고, 제어신호에 따라 다수의 채널 중 선택된 하나의 채널이 부스바와 연결되어 조절된 전압을 부하측으로 출력하며, 바이패스 모드 또는 전압조절 모드 중 어느 하나의 모드를 선택적으로 채택하는 모드 전환 스위치을 갖는 다채널 스위치(40); 및
    상기 주차단기(11)로 입력되는 전압 값을 평균 입력 전압 값과 비교하고, 전압 값의 비교에 따른 변압 값을 연산하며, 입력되는 전압을 연산 값에 대응하는 전압으로 조절하기 위해 제어신호를 상기 다채널 스위치(40)로 전달하고, 입,출력 전압에 관련된 전력정보를 외부로 출력하는 제어수단(50);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어 고정부재(30)는,
    케이스(10)의 바닥면에서 상기 고정체(31)의 외측에 소정 높이로 돌출되고, 상기 토로이달 코어(20)가 케이스(10)의 바닥면으로부터 이격되게 하는 안착부(33);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 안착부(33)는,
    상기 고정체(31)의 외측에 링 형태로 형성되는 적어도 하나의 제1 안착부(33a);
    상기 고정체(31)를 중심으로 방사형으로 형성되고, 상기 제1 안착부(33a)의 교차방향으로 소정 길이 연장되는 제2 안착부(33b); 및
    상기 제1 안착부(33a)의 내,외측 또는 상기 제2 안착부(33b) 사이의 케이스(10) 바닥면에 형성되는 통공(33c);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 체결판(32)은,
    토로이달 코어(20)의 내경보다 큰 반경의 원판 형태로 형성되고, 외주연에는 다수의 요홈(32b)이 일정 간격으로 이격되어 형성되며, 상기 토로이달 코어(20)를 가압하는 지지부(32a); 및
    상기 지지부(32a)의 하부에 형성되고, 상기 고정체(31)의 체결나사(31a)가 체결되는 너트부(32c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 토로이달 코어(20)와 상기 체결판(32)의 지지부(32a) 사이에는 링 형태의 절연부재(34)가 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치.
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