지능형 절전 제어 시스템 및 그 운용방법(A Intelligent power-saving control system and its operational method thereof)

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지능형 절전 제어 시스템 및 그 운용방법(A Intelligent power-saving control system and its operational method thereof)

갈때까지가는거야 2018. 3. 26. 20:37

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2014년08월22일
(11) 등록번호 10-1433347
(24) 등록일자 2014년08월18일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G05F 1/70 (2006.01) G05F 1/66 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2013-0020735
(22) 출원일자 2013년02월26일
심사청구일자 2013년02월26일
(56) 선행기술조사문헌
JP2012125090 A*
JP2003319676 A
KR101094081 B1
JP2011152017 A
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
임금성
경기도 광주시 퇴촌면 천진암로570번길 45 , 명
성빌라(301호)
(72) 발명자
임금성
경기도 광주시 퇴촌면 천진암로570번길 45 , 명
성빌라(301호)
(74) 대리인
홍성표
전체 청구항 수 : 총 3 항 심사관 : 김재호
(54) 발명의 명칭 지능형 절전 제어 시스템 및 그 운용방법
(57) 요 약
본 발명은 지능형 절전 제어 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
본 발명은 이를 위해 교류 전원의 전압에 따른 전류의 위상 차이 및 전류의 기본 정현파에 왜형파가 발생되어 무
효 전력이 증가하여 전력 손실이 증가하게 되면 역률(Power Factor) 보정 및 Programmable(프로그램 작동이 가능
한) 전압 강하 제어로 무효 전력을 감소시켜 전력 손실을 최소화하며 전압 강하로 추가적인 전력 절감 제어를 구
현할 수 있도록 한 지능형 절전제어부(1)가 구비된 지능형 절전 제어 시스템을 제공한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 절전 제어를 위해 전압 구동형 전류제어 소자부를 이용하여 전류를 제어하고, 역
률 및 전고조파왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)은 입력전압에 따른 전류의 위상의 차이 및 왜형파의 발생
이 근본 원인으로 인해 전압파형에 따른 전류를 제어할 수 있도록 한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을
대폭 향상시키므로 사용자인 소비자들의 다양한 욕구(니즈)를 충족시켜 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이
다.
대 표 도 - 도1
등록특허 10-1433347
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특허청구의 범위
청구항 1
삭제
청구항 2
삭제
청구항 3
교류 전원의 전압에 따른 전류의 위상 차이 및 전류의 기본 정현파에 왜형파가 발생되어 무효 전력이 증가하여
전력 손실이 증가하게 되면 역률(Power Factor) 보정 및 Programmable(프로그램 작동이 가능한) 전압 강하 제어
로 무효 전력을 감소시켜 전력 손실을 최소화하며 전압 강하로 추가적인 전력 절감 제어를 구현할 수 있도록 한
지능형 절전제어부가 포함되되, 상기 지능형 절전제어부는, 제어기 전원 입력부(Live, Neutral 단자)와 연결되
어 입력 전원의 전압을 감시하는 입력전압감지부; 전원 출력부(Load_live, Load_Neutral 단자)와 연결되어 출력
전압을 감시하는 출력전압감지부; 전류 사용량을 감시하기 위한 전류감지부; 전압구동형 전류제어소자를 사용하
기 위한 전파정류회로부; 전파정류회로부와 연결되는 전압구동형 전류제어소자부; 및 전압구동형 전류제어소자
부와 연결되는 절전제어부;가 포함된 지능형 절전 제어 시스템에 있어서,
상기 절전제어부(60)는,
일측에 연결된 입력전압ADC(61)와 출력전압ADC(62) 그리고 전류ADC(63)의 출력을 받아 실시간 입력전압, 출력전
압, 전류를 감시하고 이들 값을 이용하여 실시간으로 역률(Power Factor) 및 전고조파왜곡(THD: Total Harmonic
Distortion)를 계산하여 감시하는 MCU(Micro Controller Unit)(64);
상기 MCU(Micro Controller Unit)(64)의 타측에 연결되며, 입력전압을 전파 정류하여 전압 크기를 MCU 제어로
정류 파형의 크기를 자유롭게 조절할 수 있고 입력 전압 파형과 동상으로 전압 구동형 전류 제어 소자의 전류를
제어하는 입력전압파형조정기(65);
상기 MCU(Micro Controller Unit)(64)의 타측에 연결되며, MCU의 제어에 의해 DC 전압을 자유롭게 조절하고
전압 구동형 전류 제어소자의 Gate Threshold(문턱) 전압 또는 Gate Cut-off(차단) 전압을 조절하는 DC전압발생
기(66); 및
상기 입력전압파형조정기(65) 및 DC전압발생기(66)와 연결되며, DC전압발생기(66) 출력과 입력전압 파형조절기
(65)의 출력 값을 더하여 전압 구동형전류제어 소자부(50)의 전류제어신호로 사용하는 가산기(67);가 포함됨을
특징으로 하는 지능형 절전 제어 시스템.
청구항 4
삭제
청구항 5
지능형 절전제어부에 포함된 절전제어부가 실시간 검사한 역률(Power Factor) 및 전고조파왜곡(THD: Total
Harmonic Distortion)을 기본으로 전압과 동상으로 전류를 제어하되, 전압 구동형 전류제어소자를 이용하여 전
류를 제어하고 역률(Power Factor) 및 전고조파왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)는 입력전압에 따른 전류
의 위상의 차이 및 왜형파의 발생이 근본 원인으로 전압파형에 따른 전류를 제어하는 지능형 절전 제어 시스템
의 운용방법에 있어서,
상기 지능형 절전 제어 시스템의 운용방법은,
MCU(Micro Controller Unit)(64)가 입력전압ADC(61)와 출력전압ADC(62) 그리고 전류ADC(63)의 출력을 받아 실
시간 입력전압, 출력전압, 전류를 감시하고 이들 값을 이용하여 실시간으로 역률(Power Factor) 및 전고조파왜
곡(THD: Total Harmonic Distortion)를 계산하여 감시하는 단계;
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이후 입력전압파형조정기(65)가 입력 전압 파형과 동상으로 전압 구동형 전류 제어 소자의 전류를 제어하거나
또는 DC전압발생기(66)가 전압 구동형 전류 제어소자의 Gate Threshold(문턱) 전압 또는 Gate Cut-off(차단)
전압을 조절하는 단계; 및
이어서 DC전압발생기(66) 출력과 입력전압 파형조절기(65)의 출력 값을 더하여 전압 구동형전류제어 소자부(5
0)의 전류제어신호로 사용하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 지능형 절전 제어 시스템의 운용방법.
청구항 6
청구항 5 에 있어서,
상기 입력전압ADC(61)는 교류 입력 전압을 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 사용하여 사용 전압의 피크투
피크(Peak-to-Peak) 및 실효전류(RMS: root mean square) 값을 체크(Check)하고, ADC 입력 범위에 내에서 동작
할 수 있도록 전압을 분배하여 절전 제어부의 입력 전압 감지 ADC에 입력하여 입력 전압을 실시간 감시함과 아
울러 상기 출력전압ADC(62)는 ADC 입력범위로 조정된 출력전압 감지부의 전압 강하된 전압을 입력받아 환산계수
(Scale Factor)로 보정하여 출력전압을 실시간 감시하고 더하여 상기 전류ADC(63)는 ADC 입력범위로 조정된 전
류 유도 방식의 변류기(CT: Current Transformer) 와 전류 자기 효과를 이용한 Hall Current Sensor 또는 분류
기(Shunt) 저항과 같은 전류를 감지항수 있는 센서의 출력 값을 입력받아 환산계수(Scale Factor)로 보정하여
전류량을 실시간 감시함을 특징으로 하는 지능형 절전 제어 시스템의 운용방법.
청구항 7
삭제
청구항 8
삭제
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 지능형 절전 제어 시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절전 제어를 위해 전압 구[0001]
동형 전류제어 소자부를 이용하여 전류를 제어하고, 역률 및 전고조파왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)은
입력전압에 따른 전류의 위상의 차이 및 왜형파의 발생이 근본 원인으로 인해 전압파형에 따른 전류를 제어할
수 있도록 한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시키므로 사용자인 소비자들의 다양한 욕구
(니즈)를 충족시켜 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.
배 경 기 술
주지하다시피 전기를 사용하는 모든 장치들은 상용 전원(국내의 경우 AC220V)을 사용하여 원하는 장치의 사용[0002]
전원으로 사용한다.
또한 거의 모든 상용 전원 사용 제품들은 사용하고자 하는 사용 전압의 ±10% 내에서 동작하도록 설계되어[0003]
있다.
전 세계의 전력 공급 방법은 실제 수용가로 전력을 공급할 때 변압기로부터 가장 멀리 있는 수용가로 정격 전압[0004]
(표준 공급 전압의 ±10% 범위 내의 전압)으로 전력을 공급하기 위해서 전력을 10% 정도 상승하여 전송하게 되
므로 변압기로부터 가장 멀리 있는 수용가로 공급되는 전력은 전압 강하가 발생하여 최대 -10%까지의 전압 강하
가 발생할 수 있다.
전기를 사용하는 제품의 전력을 절약할 수 있는 방법은 사용 제품의 역률을 개선하거나 전고조파왜곡(THD:[0005]
Total Harmonic Distortion)를 개선하는 역률(Power Factor)를 보정하는 방법과, 사용 부하에 공급되는 전압을
낮추는 전압 강하 방법이 있으며, 지능형 절전 장치는 역률과 THD를 개선하는 역률(Power Factor) 보정 및
Programmable(프로그램 작동이 가능한)하게 전압 강하 조절할 수 있는 지능형 절전 장치이다.
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한편, 상기 역률(Power Factor) 보정이란, 전기를 사용하는 기기에 실제로 걸리는 전압과 전류가 얼마나 유효하[0006]
게 일을 하는가를 나타내는 비율을 의미 하며, 피상 전력에 대한 유효 전력의 비율을 역률이라 한다.
이때 유효 전력은, 교류 전원에서 회로 중 코일이나 콘덴서 성분에 의해 전압과 전류 사이에 위상차이가 발생하[0007]
므로 실제로 유효하게 일을하는 전력(유효 전력)은 전압x전류가 아니고 전압과 동일 방향 성분만큼의 전류(= 전
류xCOSθ) 만이 유효하게 일을 하게 된다. 따라서 유효 전력 = 전압x(전류xCOSθ)이며, COSθ를 역률이라 한다.
또한 무효 전력은, 전압과 90도 방향 성분 만큼의 전류(전류xSINθ)와 전압의 곱으로서 기기에서 실제로 아무[0008]
일도 하지 않으면서(전력 소비는 없음) 기기의 용량 일부만을 점유하고 있는데 SINθ를 무효율이라 한다.
아울러 역률의 크기와 의미는, 역율이 크다는 것은 유효 전력이 피상 전력에 근접하는 것으로서 수용가 측면에[0009]
서 보면 같은 용량의 전기 기기를 최대한 유효하게 이용하는 것을 의미하고, 공급자 측면에서 보면 같은 부하에
대하여 적은 전류를 흘려 보내도 되므로 전압 강하가 적어지고 전원 설비의 이용 효과가 커지는 이점이 있다.
역률이 작아지면 이와 반대의 경우가 발생된다.
상기한 역률 개선 효과는 다음과 같다.[0010]
먼저, 전력 회사 측면에서는 전력 계통 안정, 전력 손실 감소, 설비 용량의 효율적 운용, 투자비 경감 등의 효[0011]
과가 있다.
그리고 수용가 측면에서는 역률이 개선되면 부하 전류가 감소하게 되어 같은 설비로도 설비 용량에 여유가 생기[0012]
게 된다. 또한 역률을 개선하면 선로 전류가 줄어들게 되므로 선로에서의 전압 강하는 경감 된다. 또한 역률 개
선에 의해 무효 전력이 감소 하므로 전력 손실이 경감 된다. 또한 역률 개선에 의해 전기 요금이 경감 된다.
한편, 상기 전고조파왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)란 전원 주파수에 있는 정현파 파형 외에 전력 설비[0013]
의 정류 등으로 인한 왜형파(고조파)가 함유된 것을 말하며, 이외에도 외부의 전파 등의 간섭이 포함된 왜형된
전류를 포함한다. 이런 왜형파는 프리에 급수를 이용하여 정현파의 배수로 나타낼 수 있는데(이를 고조파라고
한다.), 일반적으로 배수(차수)가 낮을수록 그 크기가 크며, 높아질수록 그 값이 작아진다. 이러한 왜형파는
부하측에서 발생하여 전원측으로 흘러나가는데, 부하측의 전력기기나 간섭으로 인한 전류가 전원으로 동작하기
때문이다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) (선행기술문헌 1) 대한민국 실용신안공고 제1991-0001944호(출원번호 제1988-0012007호)가 공[0014]
고된바 있다.
(특허문헌 0002) (선행기술문헌 2) 대한민국 실용신안등록 제0254803호(출원번호 제2001-0026527호)가 등록된바
있다.
(특허문헌 0003) (선행기술문헌 3) 대한민국 특허등록 제1210854호(출원번호 제2010-0107059호)가 등록된바 있
다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 절전제어부에 입력전압ADC[0015]
와 출력전압ADC 그리고 전류ADC가 구비되고 아울러 MCU와 입력전압파형조정기와 DC전압발생기 및 가산기가 구비
됨을 제1목적으로 한 것이고, 상기한 기술적 구성에 의한 본 발명의 제2목적은 입력 전압, 출력 전압, 사용 전
류를 실시간 감시하여 MCU(Micro Controller Unit)를 사용하여 역률(Power Factor) 및 전고조파왜곡(THD:
Total Harmonic Distortion) 값을 실시간 계산하여 입력 전압을 전파 정류한 파형의 전압을 자유롭게 조절할 수
있도록 한 것이고, 제3목적은 전압 구동형 전류 제어 소자의 Gate Threshold(문턱) 전압 또는 Gate Cut-off(차
단) 전압으로 사용하기 위해 DC 전압 발생기를 사용하여 MCU로 DC 전압 크기를 자유롭게 조절하여 DC 전압 발생
등록특허 10-1433347
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기 전압과 입력 전압 파형 조절기 출력 파형을 가산기를 사용하여 두 파형을 합하여 전압 구동형 전류 조절기를
제어하기 위한 신호로 사용하는 것이며, 제4목적은 이와 같은 제어는 입력 전압과 동상으로 전류를 제어함으로
서 역률(Power Factor)를 보정할 수 있으며, 제5목적은 따라서 소형화를 구현할 수 있도록 한 것이고, 제6목적
은 또한 입력 전압 파형과 동상으로 전류를 자유롭게 제어할 수 있으므로 부하측 사용 전류보다 적은 량의 전류
를 공급하면 출력 전압이 강하되므로 원하는 크기의 전압 강하를 손쉽게 구현할 수 있도록 한 것이며, 제7목적
은 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시키므로 사용자인 소비자들의 다양한 욕구(니즈)를 충족시켜
좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 지능형 절전 제어 시스템 및 그 운용방법을 제공한다.
과제의 해결 수단
이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 교류 전원의 전압에 따른 전류의 위상 차이 및 전류의 기본 정현파에 왜[0016]
형파가 발생되어 무효 전력이 증가하여 전력 손실이 증가하게 되면 역률(Power Factor) 보정 및 Programmable
(프로그램 작동이 가능한) 전압 강하 제어로 무효 전력을 감소시켜 전력 손실을 최소화하며 전압 강하로 추가적
인 전력 절감 제어를 구현할 수 있도록 한 지능형 절전제어부;가 포함됨을 특징으로 하는 지능형 절전 제어 시
스템을 제공한다.
또한 본 발명은 지능형 절전제어부에 포함된 절전제어부가 실시간 검사한 역률(Power Factor) 및 전고조파왜곡[0017]
(THD: Total Harmonic Distortion)을 기본으로 전압과 동상으로 전류를 제어하되, 전압 구동형 전류제어소자를
이용하여 전류를 제어하고 역률(Power Factor) 및 전고조파왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)는 입력전압
에 따른 전류의 위상의 차이 및 왜형파의 발생이 근본 원인으로 전압파형에 따른 전류를 제어함을 특징으로 하
는 지능형 절전 제어 시스템의 운용방법을 제공한다.
발명의 효과
상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 절전제어부에 입력전압ADC와 출력전압ADC 그리고 전류ADC가 구비[0018]
되고 아울러 MCU와 입력전압파형조정기와 DC전압발생기 및 가산기가 구비되도록 한 것이다.
상기한 기술적 구성에 의한 본 발명은 입력 전압, 출력 전압, 사용 전류를 실시간 감시하여 MCU(Micro[0019]
Controller Unit)를 사용하여 역률(Power Factor) 및 전고조파왜곡(THD: Total Harmonic Distortion) 값을 실
시간 계산하여 입력 전압을 전파 정류한 파형의 전압을 자유롭게 조절할 수 있도록 한 것이다.
또한 본 발명은 전압 구동형 전류 제어 소자의 Gate Threshold(문턱) 전압 또는 Gate Cut-off(차단) 전압으로[0020]
사용하기 위해 DC 전압 발생기를 사용하여 MCU로 DC 전압 크기를 자유롭게 조절하여 DC 전압 발생기 전압과 입
력 전압 파형 조절기 출력 파형을 가산기를 사용하여 두 파형을 합하여 전압 구동형 전류 조절기를 제어하기 위
한 신호로 사용하는 것이다.
본 발명에서의 이와 같은 제어는 입력 전압과 동상으로 전류를 제어함으로서 역률(Power Factor)를 보정할 수[0021]
있도록 한 것이다.
따라서 본 발명은 제품의 소형화를 구현할 수 있도록 한 것이다.[0022]
더하여 본 발명은 입력 전압 파형과 동상으로 전류를 자유롭게 제어할 수 있으므로 부하측 사용 전류보다 적은[0023]
량의 전류를 공급하면 출력 전압이 강하되므로 원하는 크기의 전압 강하를 손쉽게 구현할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 상기한 효과로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시키므로 사용자인 소비자들의 다양한 욕구(니[0024]
즈)를 충족시켜 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.
이하에서는 이러한 효과 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음[0025]
과 같다.
도면의 간단한 설명
등록특허 10-1433347
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도 1 은 본 발명에 적용된 지능형 절전 제어 시스템의 전체 구성도.[0026]
도 2 는 본 발명에 적용된 지능형 절전 제어 시스템의 요부 구성도.
도 3 은 본 발명 입력전압파형으로,
(a)는 입력신호 그래프이고,
(b)는 출력파형의 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명에 적용된 지능형 절전 제어 시스템 및 그 운용방법은 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 구성되는 것[0027]
이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불[0028]
필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에[0029]
따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 본 발명은 교류 전원의 전압에 따른 전류의 위상 차이 및 전류의 기본 정현파에 왜형파가 발생되어 무효[0030]
전력이 증가하여 전력 손실이 증가하게 되면 역률(Power Factor) 보정 및 Programmable(프로그램 작동이
가능한) 전압 강하 제어로 무효 전력을 감소시켜 전력 손실을 최소화하며 전압 강하로 추가적인 전력 절감 제어
를 구현할 수 있도록 한 지능형 절전제어부(1)가 구비된 지능형 절전 제어 시스템을 제공한다.
이때 본 발명에 적용된 상기 지능형 절전제어부(1)는 도 1 과 같이 구성된다.[0031]
즉, 제어기 전원 입력부(Live, Neutral 단자)와 연결되어 입력 전원의 전압을 감시하는 입력전압감지부(10)가[0032]
구비된다.
이때 상기 입력전압감지부(10)는 교류 입력 전압을 ADC를 사용하여 사용 전압의 Peak-to-Peak 및 RMS 값을[0033]
Check하고, ADC 입력 범위에 내에서 동작할 수 있도록 전압을 분배하여 절전 제어부의 입력 전압 감지 ADC에 입
력하여 입력 전압을 실시간 감시한다.
그리고 전원 출력부(Load_live, Load_Neutral 단자)와 연결되어 출력 전압을 감시하는 출력전압감지부(20)가 구[0034]
비된다.
이때 상기 출력전압감지부(20)는 절전 제어 부의 제어에 의해 전압 구동형 전류 제어 소자 부에 의해 출력되는[0035]
출력 전압을 실시간 감시하기 위해 출력 전압의 Peak-to-Peak 및 RMS 값을 Check할 수 있도록 ADC 입력 범위에
내에서 동작할 수 있도록 전압을 분배하여 절전 제어부의 출력 전압 감지 ADC에 입력하여 출력 전압을 실시간
감시한다.
또한 전류 사용량을 감시하기 위한 전류감지부(30)가 구비된다.[0036]
이때 상기 전류감지부(30)는 전자 유도 방식의 CT(Current Transformer) 와 전류 자기 효과를 이용한 Hall[0037]
Current Sensor 또는 Shunt 저항과 같이 전류량을 감지할수 있는 센서를 사용하여 절전 제어 부의 전류 감시용
ADC의 입력 범위 내에서 동작하도록 조정하여 절전 제어부의 전류 감시 ADC에 입력하여 실시간으로 전류를 감시
한다.
아울러 전압구동형 전류제어소자를 사용하기 위한 전파정류회로부(40)가 구비된다.[0038]
이때 상기 전파정류부(40)는 다양한 종류의 Power FET 및 IGBT와 같은 전압 구동형 전류 제어 소자를 이용하여[0039]
Positive 제어를 하기 위하여 전파 정류 회로를 사용하는 것으로 교류전원 스위치를 구성하기 위한 회로이다.
그리고 전파정류회로에 사용되는 소자는 TR, TRAC와 같은 전류제어소자가 아닌 FET, IGBT와 같은 전압 구동형
전류제어소자를 사용하는 것을 나타낸 것이다. 또한 우리가 사용하는 교류전원은 단상인 경우 Live선과 Neutral
선으로 구성되되 Live선은 전원공급선이고 Neutral선은 전원공급자측의 접지선이며, 전기가 흐르기 위해 Live선
과 Neutral선에 부하가 폐회로가 구성되고, 국내의 전원공사시 Live선과 Neutral을 구별하지 않으므로 Live선과
Neutral선을 임의로 표시한 것이다.
더하여 전파정류회로부(40)와 연결되는 전압구동형 전류제어소자부(50)가 구비된다.[0040]
등록특허 10-1433347
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이때 상기 전압구동형 전류제어소자부(50)는 전압 구동형 전류 제어 소자 부는 다양한 종류의 Power FET 및[0041]
IGBT와 같은 절연 Gate를 구조를 갖고 있으며 전압 구동형 전류 제어 소자를 사용한다.
마지막으로 전압구동형 전류제어소자부(50)와 연결되는 절전제어부(60)가 구비되는 것으로, 절전 제어부의 구성[0042]
은 입력전압 ADC, 출력 전압 ADC, 전류 ADC, MCU, 입력 전압 파형 조절기, DC 전압 발생기, 가산기로 구성된다.
상기한 본원발명 절전제어부(60)의 보다 구체적인 구성은 도 2 와 같이 구성된다.[0043]
즉, 일측에 연결된 입력전압ADC(61)와 출력전압ADC(62) 그리고 전류ADC(63)의 출력을 받아 실시간 입력전압, 출[0044]
력전압, 전류를 감시하고 이들 값을 이용하여 실시간으로 역률(Power Factor) 및 전고조파왜곡(THD: Total
Harmonic Distortion)를 계산하여 감시하는 MCU(Micro Controller Unit)(64)가 구비된다.
그리고 상기 MCU(Micro Controller Unit)(64)의 타측에 연결되며, 입력전압을 전파 정류하여 전압 크기를 MCU[0045]
제어로 정류 파형의 크기를 자유롭게 조절할 수 있고 입력 전압 파형과 동상으로 전압 구동형 전류 제어 소자의
전류를 제어하는 입력전압파형조정기(65)가 구비된다.
아울러 상기 MCU(Micro Controller Unit)(64)의 타측에 연결되며, MCU의 제어에 의해 DC 전압을 자유롭게 조[0046]
절하고 전압 구동형 전류 제어소자의 Gate Threshold(문턱) 전압 또는 Gate Cut-off(차단) 전압을 조절하는 DC
전압발생기(66)가 구비된다.
마지막으로 본 발명은 상기 입력전압파형조정기(65) 및 DC전압발생기(66)와 연결되며, DC전압발생기(66) 출력과[0047]
입력전압 파형조절기(65)의 출력 값을 더하여 전압 구동형전류제어 소자부(50)의 전류제어신호로 사용하는 가산
기(67)가 구비되어 지능형 절전 제어 시스템이 이루어지게 된다.
한편 본 발명에 적용된 입력전압ADC(61)은 ADC 입력 범위로 조정된 입력 전압 감지 부의 전압 강하된 전압을 입[0048]
력받아 Scale Factor로 보정하여 입력 전압을 실시간 감시하기 위해 사용한다.
또한 본 발명에 적용된 출력전압ADC(62)는 ADC 입력 범위로 조정된 출력 전압 감지 부의 전압 강하된 전압을 입[0049]
력 받아 Scale Factor로 보정하여 출력 전압을 실시간 감시하기 위해 사용한다.
또한 본 발명에 적용된 전류ADC(63)는 ADC 입력 범위로 조정된 CT(Current Transformer) 또는 Shunt 저항 출력[0050]
값을 입력 받아 Scale Factor로 보정하여 전류량을 실시간 감시하기 위해 사용한다.
또한 본 발명에 적용된 MCU(64)는 입력 전압 ADC, 출력 전압 ADC, 전류 ADC의 출력을 받아 실시간으로 입력 전[0051]
압, 출력 전압, 전류를 감시하며, 또한 이들 값을 이용하여 실시간으로 역률 및 THD값을 계산하여 감시한다. 또
한 계산된 역률 및 THD 값을 이용하여 DC 전압 발생기를 이용하여 DC 전압을 조정하며, 입력 전압 파형 발생기
를 이용하여 입력 전압 파형과 동상의 전압 파형을 원하는 크기로 자유롭게 조절한다.
또한 본 발명에 적용된 DC 전압 발생기(66)는 MCU의 제어에 의해 DC 전압을 자유롭게 조절할 수 있으며 전압 구[0052]
동형 전류 제어 소자의 Gate Threshold 전압 또는 Gate Cut-off 전압을 조절한다.
또한 본 발명에 적용된 입력 전압 파형 조정기(65)는 입력 전압을 전파 정류 하여 전압 크기를 MCU 제어로 정류[0053]
파형의 크기를 자유롭게 조절할 수 있으며, 입력 전압 파형과 동상으로 전압 구동형 전류 제어 소자의 전류를
제어하기 위하여 사용된다.
특히 상기 입력 파형 조정기(65)는 도 3 에 도시된 바와 같이 입력 전압의 파형은 (a)입력 신호 파형이며, 전파[0054]
정류한 파형은 (b)출력 파형과 같이 된다.
그리고 (b)출력 파형을 전압 구동형 전류 제어 소자를 제어하기 적당한 전압 크기로 조정하며, MCU에 의해 자유[0055]
롭게 조절한다.
마지막으로 가산기(67)는 DC 전압 발생기 출력과 입력 전압 파형 조절기의 출력 값을 더하여 전압 구동형 전류[0056]
제어 소자의 전류 제어 신호로 사용한다.
한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.[0057]
그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야[0058]
하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대
체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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상기와 같이 구성된 본 발명 지능형 절전 제어 시스템 및 그 운용방법의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.[0059]
우선, 본 발명은 입력 전압 감지 부와 출력 전압 감지 부, 전류 감지 부를 이용하여 전자식 전기 meter 기능을[0060]
구현하여 사용 부하의 역률 및 THD를 검사하며, 부하에 공급되는 전압 및 전류 량을 실시간으로 감시한다. 이때
부하에 공급되는 전류, 전압, 역률 및 THD를 실시간으로 확인하여 다음과 같이 절전 제어한다. 상기 절전 제어
는 실시간 검사한 역률 및 THD를 기본으로 전압과 동상으로 전류를 제어 함으로서 구현하며, 제어 방법은 다음
과 같다.
즉, 본 발명은 절전 제어를 위해 전압 구동형 전류제어 소자부를 이용하여 전류를 제어하고, 역률 및 전고조파[0061]
왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)은 입력전압에 따른 전류의 위상의 차이 및 왜형파의 발생이 근본 원인으
로 인해 전압파형에 따른 전류를 제어할 수 있도록 한 것이다.
이를 위해 본 발명은 지능형 절전제어부(1)에 포함된 절전제어부(60)가 실시간 검사한 역률(Power Factor) 및[0062]
전고조파왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)을 기본으로 전압과 동상으로 전류를 제어하되, 전압 구동형 전
류제어소자를 이용하여 전류를 제어하고 역률(Power Factor) 및 전고조파왜곡(THD: Total Harmonic
Distortion)는 입력전압에 따른 전류의 위상의 차이 및 왜형파의 발생이 근본 원인으로 전압파형에 따른 전류를
제어하게 된다.
이하에서 본 발명에 적용된 상기 지능형 절전 제어 시스템의 운용방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.[0063]
먼저, MCU(Micro Controller Unit)(64)가 입력전압ADC(61)와 출력전압ADC(62) 그리고 전류ADC(63)의 출력을 받[0064]
아 실시간 입력전압, 출력전압, 전류를 감시하고 이들 값을 이용하여 실시간으로 역률(Power Factor) 및 전고조
파왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)를 계산하여 감시하는 단계를 거친다.
이후 입력전압파형조정기(65)가 입력 전압 파형과 동상으로 전압 구동형 전류 제어 소자의 전류를 제어하거나[0065]
또는 DC전압발생기(66)가 전압 구동형 전류 제어소자의 Gate Threshold(문턱) 전압 또는 Gate Cut-off(차단)
전압을 조절하는 단계를 거친다.
이어서 DC전압발생기(66) 출력과 입력전압 파형조절기(65)의 출력 값을 더하여 전압 구동형전류제어 소자부(5[0066]
0)의 전류제어신호로 사용하는 단계를 거쳐 지능형 절전 제어 시스템을 운용하게 된다.
이때 상기 입력전압ADC(61)는 교류 입력 전압을 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 사용하여 사용 전압의 피[0067]
크투피크(Peak-to-Peak) 및 실효전류(RMS: root mean square) 값을 체크(Check)하고, ADC 입력 범위에 내에서
동작할 수 있도록 전압을 분배하여 절전 제어부의 입력 전압 감지 ADC에 입력하여 입력 전압을 실시간 감시함이
바람직하다.
그리고 상기 출력전압ADC(62)는 ADC 입력범위로 조정된 출력전압 감지부의 전압 강하된 전압을 입력받아 환산계[0068]
수(Scale Factor)로 보정하여 출력전압을 실시간 감시하게 된다.
또한 상기 전류ADC(63)는 ADC 입력범위로 조정된 전류 유도 방식의 변류기(CT: Current Transformer) 와 전류[0069]
자기 효과를 이용한 Hall Current Sensor 또는 분류기(Shunt) 저항과 같은 전류를 감지항수 있는 센서의 출력
값을 입력받아 환산계수(Scale Factor)로 보정하여 전류량을 실시간 감시하게 된다.
상기한 본 발명의 지능형 절전 제어는 입력 전압, 출력 전압, 사용 전류를 실시간 감시하여 MCU를 사용하여 역[0070]
률 및 THD 값을 실시간 계산하여 입력 전압을 전파 정류한 파형의 전압을 자유롭게 조절하며, 또한 전압 구동형
전류 제어 소자의 Gate Threshold 전압 또는 Gate Cut-off 전압으로 사용하기 위해 DC 전압 발생기를 사용하여
MCU로 DC 전압 크기를 자유롭게 조절하여 dc 전압 발생기 전압과 입력 전압 파형 조절기 출력 파형을 가산기를
사용하여 두 파형을 합하여 전압 구동형 전류 조절기를 제어하기 위한 신호로 사용한다.
그리고 이와 같은 제어는 입력 전압과 동상으로 전류를 제어함으로서 Power Factor를 보정할 수 있으며, 소형화[0071]
를 구현할 수 있고, 또한 입력 전압 파형과 동상으로 전류를 자유롭게 제어할 수 있으므로 부하측 사용 전류보
다 적은 량의 전류를 공급하면 출력 전압이 강하되므로 원하는 크기의 전압 강하를 손쉽게 구현할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명 지능형 절전 제어 시스템 및 그 운용방법의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한[0072]
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것으로, 특히 이와 같은 본원발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가
치가 충분히 있다.
부호의 설명
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>[0073]
1: 지능형 절전제어부 10: 입력전압감지부
20: 출력전압감지부 30: 전류감지부
40: 전파정류부 50: 전압구동형 전류제어소자부
60: 절전제어부 67: 가산기
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도면
도면1
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도면2
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도면3a
도면3b
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