KR100283691B1 - 전력 절약 변압기에 있어서의 ３상식 전압 자동절환방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

3상 3선식 또는 4선식의 단권 코일형 변압기에 있어서, 입력단자와 접속된 1세트 또는 복수 세트의 주코일을 3상 철심형 코어에 3회로 상권하여, 이들 각 회로의 주코일의 단부 사이에, 상기 코어에 감겨서 상호 직렬로 접속된 복수 세트의 여자 코일을, 복수의 조합 결선에 의해 접속함과 동시에, 입력 또는 출력단자에 접속된 전압센서의 전압값에 의해 온/오프가 되도록 복수 세트의 전자 스위치를, 상기 단부 사이 및 각 여자 코일 사이에 설치하고, 이들 각 세트의 전자 스위치의 위상간 같은 전위 혹은 같은 전류마다의 단계적인 온/오프에 의해 상기 단부간 및 각 여자 코일간의 1세트 또는 복수 세트를 접속 혹은 개방하여, 출력전압을 무정전으로 조정하는 회로에 자동적으로 절환이 가능하도록 한다.

이것에 의해, 입력전압에 상승이 있을 때, 자동적으로 그것을 검출하여 회로가 절환됨으로써, 출력전압이 소정의 설정범위내로 조정되어 부하에 영향을 주지 않게 된다.

Description

전력 절약 변압기에 있어서의 ３상식 전압 자동절환방법 및 그 장치

종래의 전력 절약장치로서는, 본 출원인이 먼저 출원한 일본국 특허출원 1995년 제1804호를 들 수 있다.

이 전력 절약장치는, 제4도에서 도시한 바와 같이, 단상 철심형 코어(single-phase core type core)(9)에 감긴 복수 세트의 주코일(L1, L2, L5, L6)의 단부 사이에, 코어(9)에 감겨진 상호 직렬로 접속된 복수 세트의 여자 코일(L3, L4, L7, L8)을 접속하고, 그리고 주코일(L2, L6)의 출력단에 설치된 전압 센서(도시하지 않음)에 접속된 사이리스터(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)에 의해, 여자 코일(L3, L4, L7, L8)의 접속 조합을 제어하여, 출력 전압(부하측 전압)이 필요 이상으로 상승하는 것을 방지하는 것이다.

본 장치에서는, 예를 들어 100V의 입력전압에 대해 6V(6%) 강압시켜 출력하도록 여자 코일이 조합되어 있던 회로가, 입력전압이 강하된 경우에, 6V강압에서부터 3V강압, 0V강압의 회로로 자동적으로 절환되며, 반대로 입력전압이 지나치게 낮을 경우에는 3V 또는 6V승압하여 출력하도록 여자 코일의 접속 조합이 제어된다.

그 때문에, 입력전압이 상승해도, 출력전압이 필요 이상으로 상승하는 것이 방지되어, 부하로의 영향이 최대한 억제되는 효과가 있다.

그러나, 본 예와 같이 종래의 자동절환장치가 부착된 전력 절약장치는, 단상 전류용으로서, 동력용 이외의 단상 3선식 또는 2선식의 변압기에 한정되어 있었다.

3상 전류의 경우는, 전압절환을 3상 모두 동시 온/오프할 필요가 있는데, 3상의 교류전류가 모두 같은 전위가 되지 않고, 또한 전압절환을 사이리스터로 행하는 경우는 동시 오프가 불가능하므로, 제어회로가 단상 전류용에 비해 복잡하고 작성이 곤란했었다. 그렇기 때문에, 종래의 3상 전류용 전력 절약 변압기는, 자동절환이 아니라 수동절환식이었다.

본 발명은, 입력전압이 소정의 설정전압 범위 바깥으로 상승했을 때, 출력전압을 그 설정전압 범위 내로 자동적으로 조정함으로써, 부하에의 영향을 감소시키는 기능을 구비한 변압기 등의 전력 절약장치에 관한 것이다.

첨부된 도면에 의해서, 본 발명의 목적이나 특징이 보다 명확해질 것이다.

제1도는 본 발명의 3상식 전압자동절환장치의 요부 회로도이다.

제2도는 본 발명에 따른 입출력 전압의 관계를 나타낸 그래프이다.

제3도는 3상 전류의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프이다.

제4도는 종래 기술에 의한 단상식 전압 자동절환장치의 요부 회로도이다.

부호 L1, L2, L5, L6, L9, L10은 주코일, L3, L4, L7, L8, L11, L12는 여자 코일, S1∼S4는 전자 스위치, C는 3상 철심형 코어, R, S, T는 입력단자, r, s, t는 출력단자를 각각 나타낸다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은, 3상 전류용 전력절약 변압기에 있어서, 입력전압이 상승해도, 출력전압이 소정의 설정전압범위내로 자동적으로 조정되는 전압자동절환방법 및 그 장치를 제공한다.

즉, 3상 3선식 또는 4선식의 단권 코일형 변압기에 있어서, 입력단자와 접속된 1세트 또는 복수 세트의 주코일을 3상 철심형 코어에 3회로(回路)로 감고, 이들의 각 회로의 주코일의 단부 사이에, 상기 코어에 감겨져 상호 직렬로 접속된 복수 세트의 여자 코일을, 복수의 조합 결선에 의해 접속함과 동시에, 입력 또는 출력단자에 접속된 전압 센서의 전압값에 따라 온/오프가 되는 복수 세트의 전자 스위치를, 상기 단부간 및 각 여자코일간에 설치하며, 이들 각 세트의 전자 스위치의 위상간 같은 전위 또는 같은 전류마다의 단계적인 온/오프에 의해 상기 단부간 및 각 여자코일간의 1세트 또는 복수 세트를 접속 혹은 개방하여, 출력전압을 무정전으로 조정하는 회로에 자동적으로 절환이 가능하게 한 것을 특징으로 하는 전력절약 변압기에 있어서의 3상식 전압자동절환방법 및 그 장치를 제공한다.

본 발명의 변압기에 의하면, 입력전압이 소정의 설정전압 범위를 벗어나도록 상승되면, 이것을 전압센서가 검지하고, 이 전압센서로부터의 출력신호를 받은 전자스위치에 의해 상기 복수 세트의 여자 코일의 접속 조합이 제어되고, 출력전압의 강압율이 조정되어, 항상 설정된 범위내의 전압이 출력된다.

강압이 불필요한 경우에는, 전압의 강하를 유발시키지 않도록 하고, 입력전압과 같은 전압을 출력하도록 구성해도 된다.

입력전압이 강하되어 갈 경우와 상승되어 갈 경우에서, 강압율을 절환하는 입력전압값을 바꿔서 히스테리시스를 갖게 하면, 여자 코일 절환시의 장치의 오동작을 해소하여, 코일이나 전자 스위치에 과대한 부담이 가해지지 않도록 할 수 있다.

또, 입력전압의 크기에 따라, 강압율을 복수 단계로 변화시키면, 유효한 전력 절약 효과가 얻어진다.

이와 같은 강압율로서는, 약 1∼10%가 유용하다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 인용하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 3상식 전력절약장치의 요부 회로도이다. 이 회로도에 도시한 바와 같이, 입력단자(R, S, T)와 접속된 복수 세트의 주코일(L1, L2, L5, L6, L9, L10)은, 3상 철심형 코어(C)에 3회로로 감기며, 이들 각 회로의 주코일(L2, L6, L10)의 단부간에, 코어(C)에 상호 직렬 접속된 복수 세트의 여자 코일(L3, L7, L11, L4, L8, Ll2)이 복수의 조합 결선에 의해 접속된다. 그리고, 출력단자(t, r, s)는 각각, 주코일(L2)과 여자 코일(L3)의 사이, 주코일(L6)과 여자 코일(L7) 사이, 주코일(L10)과 여자 코일(L11) 사이에 접속된다.

기판(도시하지 않음)에는, 전압 센서(도시하지 않음)가 조립되고, 그 검지측(probe side) 단자는 각 주코일(L2, L6, L10)의 출력단자에 접속되며, 신호출력측의 단자는 각 여자 코일간에 설치된 전자 스위치(S1, S2, S3, S4)에 접속된다.

각 전자 스위치(S1, S2, S3, S4)의 설치 위치는 제1도에서 도시하는 바와 같이, 전자 스위치(S1)가 여자 코일 L3과 L7, L4, L8 사이, 전자 스위치(S2)가 여자 코일 L7과 L11, L8, L12 사이, 전자 스위치(S3)가 여자 코일 L4와 L8 사이, 전자 스위치(S4)가 여자 코일 L8과 L12 사이이다.

이들 전자 스위치는, 전압 센서로부터 보내지는 신호에 의해 온/오프가 되고, 여자 코일(L3, L4, L7, L8, L11, L12)의 접속 조합을 제어하고, 출력전압을 자동적으로 조정하는 것이다.

이하에, 본 발명의 작용 효과를, 제2도의 입력전압과 출력전압의 관계를 나타낸 그래프를 이용하여 설명한다.

본 예에서는, 강압율이 2% 및 4%로 하고, 200V의 입력전압에 대해 4V(2%) 또는 8V(4%)의 강압을 하도록 코일이 설정되며, 부하의 최저 필요 전압이 192V로 설정되어 있다.

또, 초기의 시점에서는, 입력전압을 8V 강압하여 출력하도록 회로가 접속되고, 입력전압이 강하중인 경우를 도시하고 있다. 이 때, 제1도의 회로도에 있어서, 기판에 조립된 전압센서로부터의 제어신호에 의해 전자 스위치(S1, S2)가 온, 그 이외의 전자 스위치(S3, S4)가 오프로 되어 있다.

이제, 210V의 입력전압이 인가되었다고 가정하면, 여자 코일(L3, L7, L11)에 의해, 주코일(L1, L2, L5, L6, L9, L10)은 8V 강압된다. 따라서, 210-8=202(V)의 전압이 각 출력단자(t, r, s)에 출력된다. 그리고, 제2도의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 8V 강압되면 출력전압이 192V 이하로 되어 버린 경우, 입력전압이 200V에 도달하기 직전까지, 이 회로는 사용된다.

입력전압이 200V까지 내려가면, 필요 이상의 전압 강하를 방지하기 위해, 4V강압하는 회로로 절환되어 강압율이 자동적으로 감소한다. 이 때의 강압회로에서는, 전자 스위치(S3, S4)가 온이고, 전자 스위치(S1, S2)가 오프이다. 여자 코일(L3, L4, L7, L8, L11, L12)에 의해, 주코일(L1, L2, L5, L6, L9, L10)은 4V 강압된다. 예를 들어, 200V의 입력전압이 인가되었다고 가정하면, 200-4=196(V)의 전압이 각 출력단자(t, r, s)에 출력된다. 이 강압회로는 입력전압이 196V에 도달하기 직전까지 사용되며, 출력전압이 192V를 하회하지 않도록 되어 있다.

또한, 입력전압이 192V 이상이 되었을 경우에는, 불필요한 강압을 하지 않도록, 입력단자(R, S, T)가 출력단자(r, s, t)에 직결되도록 회로를 절환시킨다.

또, 본 실시예는, 입력전압의 변동 등에 수반되는 순간적인 전압으로 오동작하지 않도록, 히스테리시스를 갖게 하여 여자 코일의 절환을 행하도록 하고, 전자 스위치나 코일에 부담이 가해지지 않도록 되어 있다.

제2도의 그래프로 나타낸 바와 같이, 입력전압이 하강되어 나갈 경우와 상승해 나갈 경우에는, 강압율을 절환시킬 입력전압값을 200V와 202V로 바꿔서 히스테리시스를 갖게 하고 있다. 즉, 전압상승시에는, 입력전압이 202V일 때에, 4V의 강압으로부터 8V의 강압으로 회로가 절환되도록 구성되어 있다.

그런데, 본 발명은 상술한 회로구성에 의해 전압 조정하는 것인데, 3상 전류를 대상으로 하기 위해서 전자 스위치의 온/오프 절환 타이밍이 문제가 된다.

즉, 제3도에서 도시한 바와 같이, R, S, T 각 상은, 120°씩 위상이 어긋나 있기 때문에, 동시에 3상 전부가 같은 전위 또는 같은 전류가 될 수 없다. 게다가, 사이리스터와 같은 전자 스위치는 동시에 온할 수 있어도, 3상 전부를 동시에 온으로 할 수는 없다. 또, 1상마다의 온/오프에서는 3분의 1 주기 또는 3분의 2주기 동안, 여자 코일의 단락이나 개방을 초래하므로, 1상마다의 전압 절환은 불가능하다.

그래서, 제3도로부터 명확한 바와 같이, 2상 사이에서는 같은 전위 또는 같은 전류가 되는 때가 있기 때문에, 본 발명에서는 이 때에 전자 스위치의 절환을 행하도록 하였다.

상기와 같이, 8V 강압시에는, 전자 스위치 S1, S2가 온이고, S3, S4가 오프이다. 그리고, 8V 강압에서 4V 강압으로 절환될 때에는, T상과 R상이 같은 전위 또는 같은 전류가 되었을 때에 S1이 온에서 오프로, S3이 오프에서 온으로 절환되도록 하고, 다음에 R상과 S상이 같은 전위 또는 같은 전류가 되는 3분의 1 주기 동안은, S2는 온, S4는 오프를 유지하고, R상과 S상이 같은 전위 또는 같은 전류가 된 시점에서 S2는 온에서 오프로, S4는 오프에서 온으로 절환되도록 한다.

이와 같이, 2단계로 나눠서 전자 스위치를 조작하여 전압 절환을 행하면, 3상 전류이더라도 전압 조정할 수 있고, 원하는 전력절약장치를 구성할 수 있다.

또한, 단계적으로 전자 스위치를 절환시키기 위해서, 전자 스위치의 특성에 의존하여 순간적으로 약간 상전압의 언밸런스를 발생하는 경우가 있을 수 있으나, 순시적인 과도 현상일 수도 있어 안전성은 확보할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 3상식 전압 자동절환장치가 부착된 전력절약장치에서는, 전압센서가 검지한 입력전압 혹은 출력전압의 값에 의해, 주코일의 단부간 및 여자코일간에 설치된 전자 스위치가 2상간의 같은 전위 또는 같은 전류마다 단계적으로 제어되며, 여자 코일의 접속 조합이 제어된다. 이것에 의해, 입력전압의 강하 또는 상승시에도, 입력전압 혹은 출력전압이 설정전압 범위를 벗어나 상승되면, 회로가 자동적으로 절환되며, 임의로 설정한 부하측 전압의 최저값을 하회하지 않도록 출력전압이 조정된다.

입력전압의 변동에 대해서는, 순간적인 전압으로 오동작하지 않도록, 히스테리시스를 갖게 해서 여자 코일의 절환을 행하도록 되어 있어서, 전자 스위치나 코일에 부담을 주지 않도록 예방책이 꾀해져 있다.

또한, 본 실시예에서는 소정의 강압율을, 200V의 입력전압에 대해 2%(4V) 및 4%(8V)의 2단계로 했으나, 이 강압율과 단계 수는 임의로 변경할 수 있고, 또한 부하측의 최저 전압값 192V는 장치에 구비되는 스위치(도시하지 않음)를 절환함으로써 적당히 변경할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명의 구성은, 그 요지로부터 일탈하지 않은 한 적당히 설계변경할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은, 출력전압을 최저 필요전압 이상의 소정 범위 내로 강압시켜, 소비전력을 절약할 수 있음은 말할 필요조차 없으며, 입력전압이 설정전압범위 바깥으로 상승해도, 출력전압이 자동적으로 설정범위 안이 되도록 조정되므로, 전압 안정이 필요한 3상 부하로의 이용이 유효하다.

Claims (10)

1. 3상 3선식 또는 4선식의 전력절약 변압기에서 3상식 전압 자동절환방법에 있어서, 입력단자와 접속된 1세트 또는 복수 세트의 주코일을 3상 철심형 코어에 3상 회로(回路)로 감으며, 이들 각 회로의 주코일의 단부 사이에, 상기 코어에 감겨서 상호 직렬로 접속된 복수 세트의 여자 코일을, 복수의 조합 결선에 의해 접속함과 동시에, 입력 또는 출력단자에 접속된 전압센서의 전압값에 의해 온/오프가 되는 복수 세트의 전자 스위치를, 상기 단부간 및 각 여자 코일간에 설치하고, 이들 각 세트의 전자 스위치의 위상간 같은 전위 또는 같은 전류마다의 단계적인 온/오프에 의해 상기 단부간 및 여자 코일간의 1세트 또는 복수 세트를 접속 혹은 개방하여, 출력전압을 무정전으로 조정하는 회로에 자동적으로 절환이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절환방법.
2. 제1항에 있어서, 입력전압이 하강해 갈 때와 상승되어 가는 경우에는, 강압율을 절환하는 입력전압값을 바꿔서 히스테리시스를 갖게 한 것을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절환방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강압율을 복수 단계로 변화시키는 것을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절환방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강압율이 약 1∼10%임을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절환방법.
5. 3상 3선식 또는 4선식의 전력절약 변압기에서 3상식 전압 자동절환장치에 있어서, 입력단자와 접속된 1세트 또는 복수 세트의 주코일을 3상 철심형 코어에 3상 회로(回路)로 감으며, 이들 각 회로의 주코일의 단부 사이에, 상기 코어에 감겨서 상호 직렬로 접속된 복수 세트의 여자 코일을, 복수의 조합 결선에 의해 접속함과 동시에, 입력 또는 출력단자에 접속된 전압센서의 전압값에 의해 온/오프가 되는 복수 세트의 전자 스위치를, 상기 단부간 및 각 여자 코일간에 설치하고, 이들 각 세트의 전자 스위치의 위상간 같은 전위 또는 같은 전류마다의 단계적인 온/오프에 의해 상기 단부간 및 여자 코일간의 1세트 또는 복수 세트를 접속 혹은 개방하여, 출력전압을 무정전으로 조정하는 회로에 자동적으로 절환이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절환장치.
6. 제5항에 있어서, 입력전압이 하강해 갈 때와 상승되어 가는 경우에는, 강압율을 절찬하는 입력전압값을 바꿔서 히스테리시스를 갖게 한 것을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절찬장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 강압율을 복수 단계로 변화시키는 것을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절환장치.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 강압율이 약 1∼10%임을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절환장치.
9. 제3항에 있어서, 상기 강압율이 1∼10%임을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절환방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 강압율이 1∼10%임을 특징으로 하는 3상식 전압 자동절환장치.