KR100921333B1

KR100921333B1 - 3상 교류 제너레이터

Info

Publication number: KR100921333B1
Application number: KR1020070044121A
Authority: KR
Inventors: 이준성
Original assignee: 동일이에스디(주)
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2009-10-13
Anticipated expiration: 2027-05-07
Also published as: KR20080098800A

Abstract

본 발명은, 3상 전원을 쓰는 기기의 특성을 파악하거나 해당기기를 시험하기 위한 3상 교류 제너레이터를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 3상 교류 제너레이터는, 전원을 공급하는 전원공급부; 측정된 주파수와 전압의 측정값을 육안으로 확인할 수 있도록 표시해주는 디스플레이 장치를 포함하여 이루어진 3상 교류 제너레이터에 있어서, 증폭 회로들로 구성되어 서로 다른 제1정현파, 제2정현파, 제3정현파를 생성하고 선택하여 출력하는 정현파 발진기; 상기 정현파 발진기로부터 출력된 주파수 중에서 제1정현파, 제2정현파를 공급받아 주파수를 변환시키는 주파수 인버터; 상기 주파수 인버터로부터 주파수가 변환된 제1정현파, 제2정현파의 주파수를 측정하고, 그 결과값을 상기 디스플레이 장치로 전송하는 주파수 카운터; 상기 정현파 발생기로부터 제1정현파, 제2정현파, 제3정현파를 공급 받아서 증폭시켜 출력하는 전력 증폭기; 및 상기 전력 증폭기로부터 출력된 전압을 DC로 변환시키는 A/D 컨버터로 이루어짐으로써, 60Hz～500Hz까지 연속적으로 정현파를 공급하고 위상각을 조정할 수 있으며 노이즈와 파형의 왜곡이 없도록 하여 검사하는 대상제품의 안정성 및 소비자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

제너레이터, 오실로스코프, 주파수 카운터, 전력증폭기, 주파수 인버터

Description

3상 교류 제너레이터{Three phase AC generator}

도 1은 본 발명에 따른 3상 교류 제너레이터의 구성을 개략적으로 도시한 블록도,

도 2는 도 1의 3상 교류 제너레이터의 구성을 상세히 도시한 전체 회로도,

도 3은 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 전압 공급부를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도,

도 4는 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 정현파 발진기를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도,

도 5는 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 주파수 인버터와 주파수 카운터를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도,

도 6은 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 전력 증폭부에 전압을 공급하는 DC 전압 공급기를 상세히 도시한 회로도,

도 7은 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 전력 증폭부를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도,

도 8은 도 7의 전력 증폭부의 출력단자를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도,

도 9는 도 2도 3상 교류 제너레이터를 구성하는 A/D 컨버터를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 전원공급부 11 : 전원 공급기 1

12 : 전원 공급기 2 20 : 정현파 발진기

30 : 주파수 인버터 40 : 주파수 카운터

50 : 전력증폭부 51 : 전력 증폭기(U)

52 : 전력 증폭기(V) 53 : 전력 증폭기(W)

60 : A/D 컨버터 70 : 디스플레이 장치

71 : 출력 주파수 표시부 72 : 출력 전압 표시부

본 발명은, 3상 전원을 쓰는 기기의 특성을 파악하거나 해당기기를 시험하기 위한 장비로 3상 정현파를 공급하며, 60Hz∼500Hz 범위 내의 어떤 주파수를 이용하는 시스템을 정밀점검 하기위해 특별히 개발된 3상 교류 제너레이터에 관한 것이다.

현재 이용할 수 있는 주파수가 60Hz인 곳에서는 60Hz 이하의 주파수를 이용하는 기기는 사용할 수 없을 뿐 아니라, 점검 자체도 불가능하다.

특히, 여러 제작사의 발전기가 설치 운용되고 있는 곳에서는 이들 시스템을 정밀점검하려면 그 시스템과 동일한 주파수를 갖는 전력이 필요하다.

현재 출력주파수가 60Hz로 상업운전 중인 주 발전기에서, 주 발전기의 여자(Field Excitation)용으로 이용하는 여자기(Exciter)와 부 여자기(Sub Exciter)의 출력 주파수는 60Hz가 대다수이지만 60Hz보다 높은 주파수를 이용하는 경우도 있다.

또한, 일반가정이나 직장에 공급되는 60Hz 상용전력은 유도 노이즈가 포함되어 있고 3상일 경우 상간 위상각도 정확하지가 않았다.

따라서, 정밀한 기기나 시스템을 시험하려면 노이즈가 거의 없고 주파수와 위상이 정확하며 가변 할 수 있는 기기가 필요하게 되었다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 60Hz∼500Hz 범위 내에서 연속적으로 정현파를 공급할 수 있는 회로를 구성하여 정밀하게 공급할 수 있는 3상 교류 제너레이터를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 위상각을 조정할 수 있는 회로를 구성하여 정밀하게 공급할 수 있는 3상 교류 제너레이터를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 노이즈와 파형의 왜곡이 없도록 회로를 구성하여 정밀하게 공급할 수 있는 3상 교류 제너레이터를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3상 교류 제너레이터는, 전원을 공급하는 전원공급부; 측정된 주파수와 전압의 측정값을 육안으로 확인할 수 있도록 표시해주는 디스플레이 장치를 포함하여 이루어진 3상 교류 제너레이터에 있어서, 증폭 회로들로 구성되어 제1정현파, 제2정현파, 제3정현파를 생성하고 선택하여 출력하는 정현파 발진기; 상기 정현파 발진기로부터 출력된 주파수 중에서 제1정현파, 제2정현파를 공급받아 주파수를 변환시키는 주파수 인버터; 상기 주파수 인버터로부터 주파수가 변환된 제1정현파, 제2정현파의 주파수를 측정하고, 그 결과값을 상기 디스플레이 장치로 전송하는 주파수 카운터; 상기 정현파 발생기로부터 제1정현파, 제2정현파, 제3정현파를 공급 받아서 증폭시켜 출력하는 전력 증폭기; 및 상기 전력 증폭기로부터 출력된 전압을 DC로 변환시키는 A/D 컨버터를 포함하여 이루어진다.

상기 전압 공급부는 정현파 발진기와 주파수 인버터에 일정한 전원전압을 공급하는 전원 공급기 1과 주파수 카운터에 일정한 전원전압를 공급하는 전원 공급기 2를 포함한다.

또한, 상기 3상 교류 제너레이터는 전력증폭부를 더 구비하고, 상기 전력증폭부는 상기 정현파 발진기에서 공급되는 제1정현파, 제2정현파, 제3정현파를 각각 증폭하는 적어도 하나의 전력 증폭기를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 디스플레이 장치는 주파수 카운터로부터 측정된 측정값을 출력하는 출력 주파수 표시부; A/D 컨버터에 의해 변환된 값을 출력하는 출력 전압 표시부를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 3상 교류 제너레이터에 대한 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 3상 교류 제너레이터의 구성을 개략적으로 도시한 블 록도이고, 도 2는 도 1의 3상 교류 제너레이터의 구성을 상세히 도시한 전체 회로도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 3상 교류 제너레이터는, 전원 공급부(10), 정현파 발진기(20), 주파수 인버터(30), 주파수 카운터(40), 전력증폭부(50), A/D 컨버터(60), 디스플레이 장치(70)로 구성된다.

상기, 전원 공급부(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 전원 공급기 1(11)과 전원 공급기 2(12)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 전력증폭부(50)도 도 2에 도시한 바와 같이 전력 증폭기(U)(51), 전력 증폭기(V)(52), 전력 증폭기(W)(53)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 디스플레이 장치(70)도 도 2에 도시한 바와 같이 출력 주파수 표시부(71)와 출력 전압 표시부(72)를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기한 각 구성들에 대한 일반적인 기능 및 각각의 상세한 동작에 대하여는 그 설명을 생략하고, 본 발명에 상응하는 동작 위주로 그 동작들을 설명하기로 한다.

도 3은 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 전압 공급부를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기의 전압 공급부(10)는 전원 공급기 1(11)과 전원 공급기 2(12)로 이루어져 있으며 전원 공급기 1(11)은 +15V Regulator IC U1(7815)과 -15V Regulator IC(7915)를 이용하고 있으며 ±15V 전압을 정현파 발진기(20)와 주파수 인버터(30)에 공급한다.

또한, 전원 공급기 2(12)는 +12V Regulator IC(7812)와 +V Regulator IC(LM317)을 이용하고 있으며, +12V, +V 전압을 주파수 카운터(40)에 공급한다. 이 때 포텐셔미터(Potentiometer) P1(5K)로 조정할 수 있다.

도 4는 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 정현파 발진기를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 정현파 발진기(20)는 증폭기(Op-Amp) 회로들로 구성되며, 출력 주파수를 주파수 선택 스위치(FREQ. SEL)를 이용하여 60Hz를 갖는 제1정현파, 420Hz를 갖는 제2정현파, 480Hz를 갖는 제3정현파를 선택할 수 있고 주파수 부수 포트(Frequency Adj Pot)를 이용하여 60±△f, 420±△f, 480±△f까지 선택할 수도 있다.

이 때, 만들어진 정현파 전압은 컨넥터(CN4, CN5, CN6)를 통해서 주파수 카운터(40)와 전력 증폭부(50)로 공급되며, 공급되는 전압은 최대 150Vpp, 각 정현파의 위상차는 120°이다.

따라서, 정현파 발진기(20)에서 출력주파수를 60Hz를 갖는 제1정현파, 420Hz를 갖는 제2정현파, 480Hz를 갖는 제3정현파를 선택할 수 있고 주파수 부수 포트(Frequency Adj Pot)를 이용하여 60±△f, 420±△f, 480±△f까지 선택하여 출력하기 때문에 60Hz～500Hz 범위내에서 연속적으로 정현파를 공급할 수 있게 되며, 위상각 조정이 가능하게 된다.

도 5는 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 주파수 인버터와 주파수 카운터를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 주파수 인버터(30)와 주파수 카운터(40)는 증폭기와 논리 회로로 구성되어 있다.

상기 주파수 인버터(30)의 입력 측에는 정현파 발진기(20)로부터 발생된 U상의 제1정현파와 V상의 제2정현파가 공급되며, 주파수 인버터(30)에서 제1정현파와 제2정현파의 주파수를 변환시켜 주파수 카운터(40)로 공급된다.

이 때, 주파수 인버터(30)는 공급 전원기 1(11)로부터 ±15V의 전원전압을 공급받는다.

이렇게 주파수 카운터(40)로 공급된 신호는 내부회로들에 의해 측정된 다음에 그 결과값이 디스플레이 장치(70)에 공급되어 현재 이용 중인 정현파의 주파수를 육안으로 확인할 수 있도록 표시해준다. 이 때, 주파수 카운터(40)는 공급 전원기 2(12)로부터 +12V, +V의 전원전압을 공급받는다.

도 6은 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 전력 증폭부에 전압을 공급하는 DC 전압 공급기를 상세히 도시한 회로도이고, 도 7은 도 2의 3상 교류 제너레이터를 구성하는 전력 증폭부를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도이며, 도 8은 도 7의 전력 증폭부의 출력단자를 부분 확대하여 상세히 도시한 회로도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, DC 전원 공급기(도 2에 도시하지 않음)는 전력 증폭기(51, 52, 53)에 ±53V ∼ ±54V의 전압을 공급하기 위한 것이며, U, V, W 상이 모두 동일하다.

도 7은 전력 증폭부(50)를 부분 확대하였으나 실제로는 전력 증폭기(U)(51), 전력 증폭기(V)(52), 전력 증폭기(W)(53)의 회로도가 동일하므로 전력 증폭기(U)(51)의 회로도만을 확대하여 전력 증폭기(V)(52)와 전력 증폭기(W)(53)을 함께 설명한다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 입력 컨넥터(Connector) J1을 통해 공급되는 입력 신호는 정현파이며 정현파 발진기(20)로부터 공급된다.

이 때, 상기 U, V, W 상을 갖는 정현파는 각 전력 증폭기(51, 52, 53)에 공급되며, 입력 컨넥터 J1을 통해 공급되는 정현파 신호는 저항 R1(10K)과 가변 저항 VR1에 의해 제어된다.

상기 가변 저항 VR1은 출력 변성기(Output Transformer:OPT)의 2차 출력전압이 교류 160V 정도가 되도록 세팅하며, 만일 이 입력전압을 규정값 이상으로 높이면 출력전압은 포화되어 구형파가 되어 증폭기의 출력 트랜지스터가 과열되어 파손될 수 있다.

상기 전력 증폭기의 트랜지스터 회로에서 트랜지스터 TR1은 전력 증폭기에 공급된 정현파 신호를 증폭시키며, 트랜지스터 TR2는 전력 증폭기의 출력 신호를 저항 R20(22K)를 통해 피드 백(Feed Back)한 피드 백 신호를 증폭한다.

또한, 가변저항 VR2, 저항 R6, R7은 트랜지스터 TR1, TR2의 콜렉터(Collector) 부하저항이며, 출력 트랜지스터 TR10, TR11, TR12의 밸런싱(Balancing) 회로이다. 즉, 입력 신호가 0V일 때 출력 신호도 0V가 되도록 조정한다.

또한, 트랜지스터 TR4, TR5는 세컨드 증폭기로서 TR4는 정현파의 입력 신호 를 증폭하고 TR5는 피드 백 신호를 증폭한다.

트랜지스터 TR6는 위상 반전용 증폭기이며, 트랜지스터 TR7은 출력 트랜지스터의 온도(Heat Sink의 온도) 밸런싱 용이다. 이 때, 온도는 서미스터(Thermistor) TH에 의해 센싱된다.

또한, 트랜지스터 TR8은 출력 트랜지스터 TR10, TR11의 드라이버이며 입력된 정현파 신호를 증폭하고, 에미터(Emitter) 전압은 저항 R21, R22를 통해 파워 트랜지스터 TR10, TR11의 베이스(Base)에 공급된다.

또한, 트랜지스터 TR9는 출력 트랜지스터 TR12, TR13의 드라이버로서 피드백 신호를 증폭하고, 에미터 전압은 저항 R23, R24를 통해 파워 트랜지스터 TR12, TR13의 베이스에 공급된다.

또한, 트랜지스터 TR10, TR11은 +전원 측의 출력 트랜지스터(NPN 타입)이며, 트랜지스터 TR12, TR13은 -전원 측의 트랜지스터(PNP 타입)이다.

상기 전력 증폭기의 출력 회로에는 출력 변환기(Output Transformer:OPT)에서 발생되는 역 기전력이 트랜지스터 회로에 공급되는 것을 방지하기 위해 리액터(Reactor) L1이 위치해 있으며, 이때 리액터 L1에 병렬로 연결된 저항 R30(10Ω)은 댐핑(Damping) 저항이다.

또한, 전력 증폭기의 출력 회로에서 퓨즈 F1은 2A까지 허용할 수 있으나, 만약의 경우를 고려하여 1A를 이용하며, 퓨트 F2는 10A까지 허용할 수 있으나 출력 변환기와 트랜지스터를 보호하기 위해 5～7A를 이용한다.

또한, 전력 증폭기의 출력 회로에서 출력 변환기는 U(V, W)-N간의 전압을 최 대 160V로 제한하며, 그 이유는 이 전압을 초과하면 정현파의 상,하부가 포화되어 출력 트랜지스터들이 파손될 수도 있기 때문이다.

3상(U, V, W) 출력 회로의 연결상태는 도 8에 도시된 바와 같다.

따라서, 정현파 발진기(20)에서 출력된 주파수가 전력증폭부(50)에서 증폭되어 출력되기 때문에 파형의 왜곡이 거의 없게 되며, 노이즈 또한 거의 없게 된다.

도시된 바와 같이, A/D 컨버터(60)는 전력 증폭기로부터 3상 출력전압 U, V, W 중에서 2전압(U-V, V-W, W-U)을 공급받아서 5비트의 디지털 신호로 변환하여 출력 전압 표시기(72)로 전송되어 LED를 통해서 표시가 된다.

하기의 [표 1]은 전력 증폭기의 무신호 특성시험을 한 결과를 나타낸 표이고, 이 때 몇가지 조건을 충족시켜야 하며 그 조건은 다음과 같다.

1. 입력 신호 공급용 컨넥터 J1을 분리하고, 증폭기 측 입력 라인을 그라운드(Ground)하여 입력전압이 공급되지 못하게 한다.

여기서, 입력 라인을 오픈 상태로 두면 유도 노이즈가 혼입될 수 있으므로, 반드시 그란운드 시켜주어야 한다. 따라서, 상기에서와 같이 입력 라인을 그라운드하기 때문에 유도 노이즈가 혼입될 수 없게 된다.

2. 디지털 볼트미터(Voltmeter)와 오실로스코프를 이용하여 증폭기 내의 각 체크 포인트의 전압과 파형을 측정한다. 상기 각 체크 포인트는 도 7에 도시되어 있다.

3. 입력 신호가 0.00V 일때는 출력전압 TR 31도 0.00볼트가 되도록 한다.

즉, 트랜지스터 TR1, TR2의 콜렉터 측에 연결된 가변저항 VR2를 조정하여 트랜지스터 31의 전압이 0.00가 되게 해주어야 한다.

[표 1]

하기의 [측정파형]은 , 전력 증폭기의 유신호 특성을 시험한 결과를 나타낸 파형도이고, 이 때 몇가지 조건을 충족시켜야 하며 그 조건은 다음과 같다.

1. 입력 단자 J1에는 Function Generator를 이용하여 ±1Vp∼±11Vp, 500Hz의 정현파 신호를 공급한다. 여기서, 상기 공급되는 신호는 당업자의 요구에 따라 서로 다른 주파수로 변경이 가능하므로, 500Hz에 한정하지 않음은 당연하다.

2. 전력 증폭부 PCB만을 시험할 때는 출력 변환기 대신 저항을 이용해도 된다.

3. 오실로스코프의 A,B 채널은 모두 DC 모드로 설정한다.

4. 오실로스코프의 Probe A는 TP ①에 고정한다.

5 00mV 정현파가 되도록 가변저항 VR1을 설정한다.

오실로스코프의 프로브 B는 회로 내 각 TP의 파형을 규정한다.

[측정파형]

하기의 [표 2]는 시간에 따라 증폭기 HEAT SINK의 온도를 측정하여 나타낸 표이며, [그래프 1]은 [표 2]의 결과값을 시간과 온도에 따라 그래프로 나타낸 것이다.

[표 2]

[그래프 1]

상술한 상세한 설명 및 첨부된 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명은 3상 교류 제너레이터의 회로적 구성으로 노이즈가 거의 없고 주파수와 위상이 정확하며 파형의 왜곡이 전혀 없어서 정밀 측정이 가능하도록 실시된 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 본 발명의 3상 교류 제너레이터를 이용하여 60Hz～500Hz 범위까지 연속적으로 정현파를 공급할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는, 본 발명의 3상 교류 제너레이터를 이용하여 위상각을 조정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는, 본 발명의 3상 교류 제너레이터를 이용하여 노이즈와 파형의 왜곡이 없도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 3상 교류 제너레이터를 이용하여 검사하는 대상제품의 안정성 및 소비자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

Claims

전원을 공급하는 전원공급부; 측정된 주파수와 전압의 측정값을 육안으로 확인할 수 있도록 표시해주는 디스플레이 장치를 포함하여 이루어진 3상 교류 제너레이터에 있어서,

증폭 회로들로 구성되어 U상의 제1정현파, V상의 제2정현파, W상의 제3정현파를 생성하고 선택하여 출력하는 정현파 발진기;

상기 정현파 발진기로부터 출력된 주파수 중에서 제1정현파, 제2정현파를 공급받아 주파수를 변환시키는 주파수 인버터;

상기 주파수 인버터로부터 주파수가 변환된 제1정현파, 제2정현파의 주파수를 측정하고, 그 결과값을 상기 디스플레이 장치로 전송하는 주파수 카운터;

상기 정현파 발생기로부터 제1정현파, 제2정현파, 제3정현파를 공급 받아서 증폭시켜 출력하는 전력 증폭기; 및

상기 전력 증폭기로부터 출력된 전압을 DC로 변환시키는 A/D 컨버터를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 3상 교류 제너레이터.
제1항에 있어서,

상기 전압 공급부는 주파수 발진기와 주파수 인버터에 정해진 전원전압을 공급하는 전원 공급기 1과 주파수 카운터에 정해진 전원전압을 공급하는 전원 공급기 2를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3상 교류 제너레이터.
제1항에 있어서,

상기 정현파 발진기는 출력 주파수를 주파수 선택 스위치(FREQ. SEL)에 의해 60Hz, 420Hz, 480Hz 선택하여 출력할 수 있으며, 주파수 부수 포트(Frequency Adj Pot)를 통해 출력 주파수를 60±△f, 420±△f, 480±△f까지 선택하여 출력할 수 있으며, △f는 주파수 조정 범위를 나타내는 것을 특징으로 하는 3상 교류 제너레이터.
제1항에 있어서,

상기 3상 교류 제너레이터는 전력증폭부를 더 구비하고,

상기 전력증폭부는 상기 정현파 발진기에서 공급되는 제1정현파, 제2정현파, 제3정현파를 각각 증폭하는 적어도 하나의 전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 제너레이터.
제1항 또는 제4항에 있어서,

상기 전력 증폭기의 출력 회로에는 출력 변환기에서 발생되는 역기전력이 트랜지스터 회로에 공급되는 것을 방지하는 리액터 L1을 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 제너레이터.
제1항에 있어서,

상기 디스플레이 장치는 주파수 카운터로부터 측정된 측정값을 출력하는 출력 주파수 표시부; A/D 컨버터에 의해 변환된 값을 출력하는 출력 전압 표시부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3상 교류 제너레이터.