KR100724095B1

KR100724095B1 - 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치

Info

Publication number: KR100724095B1
Application number: KR1020050099870A
Authority: KR
Inventors: 박영태
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-06-04
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: KR20070043514A

Abstract

본 발명은 열전형 변환기를 기본으로 하여 전압, 전류, 전력을 정밀하게 측정할 수 있는 다기능 전력계를 개발하며 전력계를 구성하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치에 관한 것이다. 이를 위해, 소정의 전류와 전압을 각각 출력하는 변압기(60)와 변류기(72); 소정의 직류 전압원(74); 변압기(60)와 변류기(72)와 연결되는 측정모드와 직류 전압원(74)와 연결되는 교정모드 사이를 전환하는 제 1 스위치(62, 68, 70): 제 1 스위치(62, 68, 70)와 각각 연결되어 전압모드, 전류모드, 전력모드중 하나를 전환하는 모드전환 스위치(64, 66); 모드전환 스위치(64, 66)의 각 출력신호를 가산하는 가산수단(80)과 감산하는 감산수단(82)을 가진 제 1 증폭수단; 제 1 증폭수단에 의해 증폭된 각 증폭신호를 각각 수신받으며, 직렬로 연결된 제 3, 4 열전형 변형기(84, 86); 제 3, 4 열전형 변형기(84, 86)의 출력신호를 증폭하여 입력에 비례하는 출력값을 생성하는 제 2 증폭수단; 및 제 2 증폭수단에 의해 증폭된 모드전환 스위치(66)로 피드백하는 피드백 수단;이 제공된다.

열전형 변환기, 전력, 측정, 전류, 전압, 피드백, 정밀, 교정

Description

정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치{Wattmeter for voltage, current and power measurement}

도 1은 열전달 소자로 사용되는 열전형 변환기의 개략적인 구성을 나타낸 블럭도,

도 2는 도 1에 도시된 열전형 변환기에서 히터(10) 전류와 출력 전압과의 관계를 도시한 그래프,

도 3은 열전형 변환기를 사용하여 입력전압과 전류를 측정하는 원리를 나타낸 회로도,

도 4는 본 발명에서 열전형 변환기를 이용하여 전력 값을 측정하는 원리를 나타내는 회로도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 전압, 전류, 전력측정을 실현한 전자회로의 회로도,

도 6은 본 발명에 따른 측정장치를 이용하여 전압을 측정한 실험결과를 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 측정장치를 이용하여 전류를 측정한 실험결과를 나타낸 그래프,

도 8은 본 발명에 따른 측정장치를 이용하여 전력을 측정한 실험결과를 나타 낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 히터,

12 : 열전대,

15 : 전압계,

16 : 절연체,

20 : 제 1 증폭기,

22 : 제 2 증폭기,

24 : 제 3 증폭기,

25 : 신호측정용 열전형 변환기,

26 : 밸런스용 열전형 변환기,

40 : 가산기,

42 : 감산기,

44 : 제 4 증폭기,

46 : 제 1 열전형 변환기,

48 : 제 2 열전형 변환기,

60 : 변압기,

62 : 제 1 스위치,

64 : 모드전환 스위치,

66 : 모드전환 스위치,

68 : 제 1 스위치,

70 : 제 1 스위치,

72 : 변류기,

74 : 직류전압원,

80 : 제 5 증폭기,

84 : 제 3 열전형 변환기,

86 : 제 4 열전형 변환기,
88 : 필터부,

90 : 모드전환 스위치,

92 : 트랜지스터,

96 : 모드전환 스위치,

98 : 전압-전력 변환기,

100 : 모드전환 스위치,

102 : 모드전환 스위치,

104 : 모드전환 스위치.

본 발명은 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전형 변환기를 기본으로 하여 전압, 전류, 전력을 정밀하게 측정할 수 있는 다기능 전력계를 개발하며 전력계를 구성하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 시간에 따라 변하는 AC 전기량을 정밀하게 측정하는 방법은 크게 기계적 방법과 전자적 방법이 있지만 근래에는 대부분 전자식으로 바뀌어가고 있다. 기계식과 달리 전자식은 전자소자의 발달로 연산이 가능하며 간단하고 여러 기능을 동시에 수행할 수 있는 장점을 가지고 있다.

전자식일 경우라도 사용하는 전자소자의 종류에 따라 정확도, 측정범위, 기능 등이 다르다. A/D 변환기는 고속화와 분해능의 개선으로 AC 전기량의 측정에 많이 활용되고 있다.그런, 아직까지 전기량 측정의 정확도와 기기의 성능과는 미흡한 점이 있다.

AC 전기량을 정밀 정확하게 측정하기 위하여 교류를 열기전력으로 변환하는 기능을 가진 서머스터와 같은 열전형변환기를 사용한다. 열전형 변환기를 사용하여 제작한 AC 전기량 측정기는 대부분 고정도의 성능을 가진 전력계를 교정해주는 표준기급 전력계로 사용한다. 그런데 열전형 변환기를 이용하여 전압, 전류, 전력, 역률 등을 측정할 경우 제작이 까다롭고 열전형 변환기의 특성을 보상해 주어야 하는 기술적인 어려움이 있다. 그리고 측정 주파수가 전원 주파수로 한정되어 있는 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 열전형 변환기를 기본으로 하여 전압, 전류, 전력을 정밀하게 측정할 수 있는 다기능 전력계를 개발하며 전력계를 구성하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 소정의 전류와 전압을 각각 출력하는 변압기(60)와 변류기(72);

소정의 직류 전압원(74);

변압기(60)와 변류기(72)와 연결되는 측정모드와 직류 전압원(74)와 연결되는 교정모드 사이를 전환하는 제 1 스위치(62, 68, 70):

제 1 스위치(62, 68, 70)와 각각 연결되어 전압모드, 전류모드, 전력모드중 하나를 전환하는 모드전환 스위치(64, 66);

모드전환 스위치(64, 66)의 각 출력신호를 가산하는 가산수단(80)과 감산하는 감산수단(82)을 가진 제 1 증폭수단;

제 1 증폭수단에 의해 증폭된 각 증폭신호를 각각 수신받으며, 직렬로 연결된 제 3, 4 열전형 변형기(84, 86);

제 3, 4 열전형 변형기(84, 86)의 출력신호를 증폭하여 입력에 비례하는 출력값을 생성하는 제 2 증폭수단; 및

제 2 증폭수단에 의해 증폭된 모드전환 스위치(66)로 피드백하는 피드백 수단;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 변압기(60)는 15, 30, 60, 120, 240, 480 V 로부터 선택되는 일정전압이며, 변류기(72)는 0.5, 1, 2, 2.5, 5, 10, 25, 50 A로부터 선택되는 일정 전류일 수 있다.

또한, 직류 전압원(74)은 교정에 사용되는 1 V 공급 직류전압원과 0에서 1 V까지 조정이 가능한 교정기를 포함한다.

그리고, 제 1 스위치(62, 68, 70)중, 제 1 스위치(62, 68)의 측정모드는 변압기(60)와 연결되고,

제 1 스위치(70)의 측정모드는 변류기(720)와 연결되며,

제 1 스위치(62, 70)의 교정모드는 직류전압원(74)의 교정기에 연결되고,

제 1 스위치(68)의 교정모드는 직류전압원(74)의 1 V 공급 직류전압원에 연결될 수 있다.

아울러, 모드전환 스위치(64, 66)중, 모드전환 스위치(64)의 전압모드(V)는 제 1 스위치(62)와 연결되고,

모드전환 스위치(64)의 전류모드(I)는 제 1 스위치(70)와 연결되고,

모드전환 스위치(64)의 전력모드(P)는 제 1 스위치(68)와 연결되고,

모드전환 스위치(66)의 전압모드(V)와 전류모드(I)는 피드백 수단과 연결되고,

모드전환 스위치(66)의 전력모드(P)는 제 1 스위치(70)와 연결될 수 있다.

그리고, 제 2 증폭수단은, 제 6 증폭기(94) 및 제 6 증폭기(94)의 출력단과 직렬로 연결된 트랜지스터(92)로 구성될 수 있다.

그리고, 모드전환 스위치(64, 66)가 전압모드 또는 전류모드인 경우, 피드백 수단의 피드백 신호는 감산수단(82)을 통해 제 4 열전형 변형기(86)로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 모드전환 스위치(64, 66)가 전력모드인 경우, 제 2 증폭수단은 전압-전력 변환기(98)를 더 포함하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 특히, 열전형 변환기를 기본으로 하여 전압, 전류, 전력을 정밀하게 측정할 수 있는 다기능 전력계를 개발하며 전력계를 구성하고 있는 전압, 전류, 전력에 대한 측정방법의 개발과 특성시험 등을 기술한다.

입력전압을 저전압으로 변환하는 소자는 정확도가 높은 정밀 변압기를 사용하고 입력전류를 저전류로 변환하는 소자로 전자적으로 보상된 2단 변류기를 사용하고 변화비 오차는 0.005%의 특성을 가지고 있다. 전압측정의 경우 측정범위 15 V 에서 480 V, 주파수 60 Hz 에서 3 kHz, 정확도 ±0.05%의 특성을 나타내었으며 전류는 측정범위 0.5 A 내지 50 A, 주파수 60 Hz에서 3 kHz, 정확도 ±0.08%의 특성을 나타내었다. 전력인 경우 입력전압과 전류의 주파수가 1 kHz까지 측정이 가능하고 60 Hz에서 100 Hz, 역률 1에서 정확도 ±0.05%, 역률 0.5(지상, 진상)에서 ±0.08%의 성능을 나타내었다.

우선, 열전형 변환기의 구성과 동작에 관해 설명하기로 한다. 열전달 소자로 사용되는 열전형 변환기는 교류를 측정하기 위한 소자로 활용되며 히터(10)와 열전대(12)로 구성된다. 도 1은 열전달 소자로 사용되는 열전형 변환기의 개략적인 구 성을 나타낸 블럭도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열전형 변환기의 입력으로부터 공급되는 전류는 고저항선으로 구성된 히터(10)에서 열이 발생된다. 히터(10)에 발생된 열은 히터 중간지점에 절연체(16)에 의해 전기적 절연을 유지하면서 부착된 열전대에 열기전력을 발생시킨다. 이 발생된 열기전력을 도 1과 같이 연결하여 전압계(15)로 측정하면 도 2와 같은 전기적 출력 특성이 나타낸다.

도 2는 도 1에 도시된 열전형 변환기에서 히터(10) 전류와 출력 전압과의 관계를 도시한 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열전형 변환기의 출력(e)은 [수학식 1]과 같다.

로 나타낸다. 여기서 n은 열전형 변환기의 열변환 상수이고, I_히터는 히터(10)로 흐르는 전류를 나타낸다. 즉, [수학식 1]과 도 2에서 부터 알 수 있는 바와 같이, 열전형 변환기의 출력은 히터(10) 전류의 제곱에 비례하는 특성을 가지고 있다.

한개의 열전대를 이용하는 단일접합 열전형 변환기는 많은 수의 열전대를 사용하는 다중 접합 열전형 변환기에 비해 출력 열기전력이 작고 열전달 오차가 크기 때문에 본 발명의 일실시예에서는 다중 접합 열전형 변환기를 사용한다. 열전형 변환기는 러시아의 표준기관으로부터 구입한 TEM-6을 사용한다. 열전형 변환기는 다중접합으로 구성된 2개의 히터(10)를 가지고 있으며 히터(10)의 저항은 100Ω, 교 류와 전류의 변환오차는 5x10^-3%의 특성을 가지고 있다.

이하에서는 본 발명에서 적용하고 있는 교류 실효전압과 전류 측정원리에 관해 설명하기로 한다. 우선, 여러가지 파형이 섞여 있는 교류신호를 가장 정확한 값으로 측정하려면 실효값(RMS)으로 판독하여야 한다. 교류의 실효값(I_rms)은 [수학식 2]와 같다.

로 정의하고 있으며, 전류자승 평균값의 평방근과 같기 때문에 열전형 변환기의 출력 특성을 사용할 수 있다.

도 3은 열전형 변환기를 사용하여 입력전압과 전류를 측정하는 원리를 나타낸 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 변압기 혹은 변류기를 통하여 변환된 저전압, 혹은 저전류 신호(Vac)는 제 1 증폭기(20)를 통하여 열전형 변환기(25)에 공급된다. 이때, 제 1 증폭기(20)는 신호측정용 열전형 변환기(25)와 변압기, 혹은 변류기 사이의 버퍼 구실을 하면서 입력전압의 주파수가 빠른 경우 신속한 응답을 위하여 광대역 특성을 가져야 한다. 제 3 증폭기(24)는 직류 증폭기이지만 제 1 증폭기(20)와 같은 성능을 가진다. 즉, 두 제 1, 3 증폭기(20, 24)의 게인을 모두 같게 하여 신호 측정용 열전형 변환기(25)와 밸런스용 열전형 변환기(26)의 출력이 동일하도록 한다. 제 2 증폭기(22)는 저-드리프트 특성을 가지면서 성능이 우수한 직류 증폭특성을 요구하며 열전형 변환기(25, 26)들의 출력 전압이 저전압이므로 이 신호를 높은 수 볼트의 신호로 증폭하여 피드백 시키기 위하여 게인은 10⁶ 이상이다.

신호측정용 열전형 변환기(25)의 출력전압(E1)은 제 2 증폭기(22)의 비반전 입력단에 연결되고, 밸런스용 열전형 변환기(26)의 출력전압(E2)은 피드백되는 전류에 영향을 받은 후 반전 입력단에 연결된다. 출력전압(E2)는 정확히 출력전압(E1)의 크기와 같게 된다. 만약 출력전압(E2)이 출력전압(E1) 보다 적다면 제 2 증폭기(22)의 출력이 증가되고, 밸런스용 열전형 변환기(26)의 히터 전류가 증가되어 출력전압(E1)과 같게 조정된다. 반대로, 출력전압(E2)이 출력전압(E1) 보다 크다면 제 2 증폭기(22)의 출력이 감소되고, 밸런스용 열전형 변환기(26)의 히터전류가 동시에 감소되어 출력전압(E1)의 크기와 같게 된다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다. 즉, 제 1 증폭기(20)를 통과한 변환된 전압과 전류신호(Vac)는 열전형 변환기(25, 26)에서 다음과 같은 출력을 가진다.

만약 제 2 증폭기(22)의 게인이 매우 높다면,

으로 되며 이 과정에서

가 된다. 여기서 n₁, n₂는 각각 열전형 변환기(25, 26)의 변환상수를 나타낸다. 만약 n₁ ≠ n₂ 가 되지 않으면 저항(R1)을 조정함으로써 이룰 수 있다. 그러므로 제 3 증폭기(24)의 출력직류전압(Vdc)은 입력 교류전압(Vac)에 비례한 실효값을 갖는다. 전압과 전류의 두 경우 모두 동일한 측정 원리를 나타내며 입력 변환시의 사용 소자인 변압기와 변류기의 사용이 다를 뿐이다.

이하에서는 본 발명에서 채택하고 있는 전력의 측정 원리에 관해 설명하고자 한다. 열전형 변환기를 사용한 전력측정은 기본적인 수학법칙을 이용한 원리를 적용한다. 수학적으로 두 변수의 곱은 [수학식 7]과 같이 합과 차에 각각 자승한 항으로 나누어 나타낼 수 있으며 두 변수를 전기적 신호인 전압과 전류의 항으로 바꾸면 [수학식 8]과 같다.

즉, [수학식 7]에서 A = U_u, B = U_i로 대치하면 [수학식 8]이 되는데, U_u 는 변압기를 통하여 변환된 전압신호이고, U_i 는 변류기에 의하여 변환된 전류신호를 각각 나타낸다. [수학식 8]에 나타난 바와 같이 전력으로 표현되는 두 신호의 승산인 U_uㆍU_i = Vp 는 열전형 변환기를 이용하여 전력신호값으로 나타나는데 그 원리는 도 4와 같다.

도 4는 본 발명에서 열전형 변환기를 이용하여 전력값을 측정하는 원리를 나타내는 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, [수학식 8]의 첫째항은 U_u 와 U_i 신호를 가산기(40)에서 합하여 제 1 열전형 변환기(46)에 공급함으로써 (U_u + U_i)²가 실현되고, 두번째 항은 U_u 와 U_i 신호를 감산기(42)에서 감하여 제 2 열전형 변환기(48)의 열전형 변환기에 공급함으로써 (U_u - U_i)²를 실현한다. 그리고 두개의 열전형 변환기(46, 48)의 출력 극성을 서로 반대로 연결함으로서 첫째항에서 둘째항의 값을 감하는 값으로 된다. 이렇게 하여 얻어진 제 4 증폭기(44)의 출력 V_p = U_uㆍU_i 로 나타나는 전력값으로 표현된다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 전압, 전류 전력 측정회로의 구체적인 구성에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 전압, 전류, 전력측정을 실현한 전자회로의 회로도이다. 측정의 정확도를 높이기 위하여 입력 측정 범위를 선택할 수 있게 제작한 변압기(60)와 변류기(72)를 사용하였다. 변환된 전압과 전류신호는 제 1 스위치(62, 68, 70)를 통하여 회로에 공급되며 제 1 스위치(62, 68, 70)는 측정과 교정 기능을 선택할 수 있도록 하였다. 변압기(60)의 측정범위 선택을 15, 30, 60, 120, 240, 480 V 등 6범위로 하여 측정하고자 하는 값을 측정할 때 선택하게 하였다. 변류기(72)의 경우 0.5, 1, 2, 2.5, 5, 10, 25, 50 A의 측정범위를 두었다. 이 때 변압기(60)와 변류기(72) 입력단에서 선택한 측정범위에 따른 변환된 최대 신호 크기를 1 V 가 되게 하였다. 교정 기능을 선택할 경우 측정회로의 교정이 이루어진다. 교정에 사용되는 1 V 공급 직류전압원(DC, Ref.V. 1V)과 0에서 1 V까지 조정이 가능한 교정기는 Fluke 5520A를 사용하고, 모두 직류전압원(74)내에 함께 구비되어 있다. 공급 직류 전압원으로 사용된 Fluke 5520A는 직류 1 V 에서 0.001%의 불확도 특성을 가지고 있다. 측정회로가 완전히 조정되었을 때 이 기능은 없도록 되며 차후 회로의 교정을 위하여 측정 기능만 유지하게 한다.

전압을 측정할 경우, 제 1 스위치(62, 68, 70)는 도 5와 같은 "측정"위치, 모드전환 스위치(64, 66, 90, 96, 100, 102, 104)는 "V" 위치에 둔다. 측정전압 신호는 미약하기 때문에 모드전환 스위치(64)를 거쳐 제 5 증폭기(80)에서 증폭된 후 제 3 열전형 변환기(84)에 연결된다. 이때 교류신호가 직류신호로 변환되며 제 6 증폭기(94)와 트랜지스터(92)를 거쳐 피드백된다. 특히, 필터부(88)는 조금 섞여있는 교류성분을 필터링하여 직류성분만을 출력하게 된다. 피드백 신호는 모드전환 스위치(66)와 모드전환 스위치(100)를 거쳐 제 4 열전형 변환기(86)에 연결된다. 그리고 출력은 제 6 증폭기(94)를 통하여 입력 교류전압에 비례한 값을 얻게 된다. 각 증폭기(76, 78, 80, 82, 94)는 소정 레벨로 신호를 증폭하거나 [수학식 8]과 같은 연산을 구현하기 위해 사용된다. 특히, 증폭기(76, 78)는 일반적인 버퍼 증폭기이고, 증폭기(80, 82)는 각각 가산기와 감산기를 나타내며, "94"는 도면과 같이 일반적인 반전 증폭기이다. 특히, 열전형 변환기(84, 86)의 출력 전압이 저전압이므로 이 신호를 높은 수 볼트의 신호로 증폭하여 피드백 시키기 위하여 증폭기를 사용한다.

전류측정의 경우도 전압의 경우와 같으며 이때 사용되는 모드전환 스위치(64, 66, 90, 96, 100, 102, 104)의 위치를 "I"에 두는 것이 다를 뿐이다.

전력 측정의 경우 입력전압과 입력전류를 변압기(60)와 변류기(72)에 공급한다. 모드전환 스위치(64, 66, 90, 96, 100, 102, 104)는 모두 "P"의 위치에 둔다. 제 6 증폭기(94)의 출력전압은 전력으로 환산되며 전력으로 측정되어진 값은 입력전압과 입력전류, 그리고 입력전압과 전류 사이의 위상에 비례하여 출력되어진다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치의 동작방법과 실험방법에 대해 설명하기로 한다. 우선, 전술한 도 5의 회로들 이용하여 전압을 측정하기 위해 다음과 같은 실험을 반복하였다. 즉, 입력전압을 15, 30, 60, 120, 240, 480 V에서 주파수 60, 100, 400, 1,000, 3,000 Hz를 공급하여 각각을 측정하였다. 입력전압은 정밀전압 변압기(변환비 오차 : 0.005%)를 사용하여 저전압으로 변환하였다. 시험을 위하여 사용한 전압 공급원은 ROTEK 8000(15-600 V 범위에서 정확도 : 0.02%)를 사용하였으며 출력은 디지털 전압계 Keithley 182(정확도 0.01%)로 읽었다. 실험 결과는 도 6에 도시되었으며, 도 6에 도시된 바와 같 이, 전압 출력의 상대오차는 전 범위의 주파수에 걸쳐 상대오차가 ±0.05% 범위내에 속함을 알 수 있다. 즉, 전압 출력의 상대오차가 좋은 특성을 얻을 수 있었다.

그리고, 전술한 도 5의 회로를 이용하여 전류를 측정하기 위해 다음과 같은 실험을 반복하였다. 측정 전류는 0.5 A에서 50 A까지 측정하였으며 0.5, 1, 2, 2.5, 5, 10, 25, 50 A 에서 측정되었다. 그리고 주파수는 전압과 동일하게 60, 100, 400, 1,000, 3,000 Hz를 공급하여 각각을 측정하였다.

전류는 전자적으로 보상된 정밀 변류기(변류비 오차 : ±0.005%)를 사용하였다. 시험을 위하여 사용한 전압 공급원은 ROTEK 8000(0.5 ~ 50 A 범위에서 정확도 : 0.02%)를 사용하였으며 출력은 디지털 전압계 Keithley 182(정확도 0.001%)로 측정하였다. 이러한 측정결과는 도 7에 도시된다. 즉, 도 7은 본 발명에 따른 측정장치를 이용하여 전류를 측정한 실험결과를 나타낸 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상대오차가 ±0.01% 범위내에 속함을 알 수 있다.

이하에서는 전술한 도 5의 회로를 이용하여 전력을 측정하는 실험에 대해 설명하기로 한다. 도 8은 전력 측정의 결과중 입력전압을 240 V에 고정하고, 전류 0.5 A에서 50 A까지 측정한 결과를 나타내었다. 역률은 1, 0.5(지상), 0.5(진상)에서 측정하였으며, 주파수는 전압과 동일하게 60, 100, 400, 1,000 Hz를 공급하여 각각에 대한 전력값을 측정하였다. 측정의 결과를 보면 입력전압과 전류 주파수가 1 kHz까지 측정이 가능하며 60 Hz에서 100 Hz, 역률 1에서 정확도는 ±0.05%, 역률 0.5(지상, 진상)에서 ±0.08%의 성능을 나타내었다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 열전형 변환기를 기본으로 하여 전압, 전류, 전력을 정밀하게 측정할 수 있는 전력계를 제공할 수 있다. 이상적인 열전형 변환기는 교류와 직류에 대한 반응 특성이 동일하며 출력 열기전력이 입력 신호에 비례한 자승출력을 가지므로 이 특성을 이용하여 전압, 전류, 전력을 측정할 수 있다. 전력의 경우 측정 주파수 범위를 1 kHz까지 측정이 가능한 전력계를 제작하여 그 특성을 평가하였다. 전력 이외에 전압, 전류를 정밀하게 측정할 수 있으며 주파수 범위도 3 kHz까지 측정이 가능하다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims

소정의 전류와 전압을 각각 출력하는 변압기(60)와 변류기(72);

소정의 직류 전압원(74);

상기 변압기(60)와 변류기(72)와 연결되는 측정모드와 상기 직류 전압원(74)와 연결되는 교정모드 사이를 전환하는 제 1 스위치(62, 68, 70):

상기 제 1 스위치(62, 68, 70)와 각각 연결되어 전압모드, 전류모드, 전력모드중 하나를 전환하는 모드전환 스위치(64, 66);

상기 모드전환 스위치(64, 66)의 각 출력신호를 가산하는 가산수단(80)과 감산하는 감산수단(82)을 가진 제 1 증폭수단;

상기 제 1 증폭수단에 의해 증폭된 각 증폭신호를 각각 수신받으며, 직렬로 연결된 제 3, 4 열전형 변형기(84, 86);

상기 제 3, 4 열전형 변형기(84, 86)의 출력신호를 증폭하여 입력에 비례하는 출력값을 생성하는 제 2 증폭수단; 및

상기 제 2 증폭수단에 의해 증폭된 상기 모드전환 스위치(66)로 피드백하는 피드백 수단;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변압기(60)는 15, 30, 60, 120, 240, 480 V 로부터 선택되는 일정전압인 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변류기(72)는 0.5, 1, 2, 2.5, 5, 10, 25, 50 A로부터 선택되는 일정 전류인 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 직류 전압원(74)은 교정에 사용되는 1 V 공급 직류전압원과 0에서 1 V까지 조정이 가능한 교정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치.
제 4 항에 있어서, 상기 제 1 스위치(62, 68, 70)중,

상기 제 1 스위치(62, 68)의 측정모드는 상기 변압기(60)와 연결되고,

상기 제 1 스위치(70)의 측정모드는 상기 변류기(72)와 연결되며,

상기 제 1 스위치(62, 70)의 교정모드는 상기 직류전압원(74)의 상기 교정기에 연결되고,

상기 제 1 스위치(68)의 교정모드는 상기 직류전압원(74)의 상기 1 V 공급 직류전압원에 연결되는 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 모드전환 스위치(64, 66)중,

상기 모드전환 스위치(64)의 전압모드(V)는 상기 제 1 스위치(62)와 연결되고,

상기 모드전환 스위치(64)의 전류모드(I)는 상기 제 1 스위치(70)와 연결되고,

상기 모드전환 스위치(64)의 전력모드(P)는 상기 제 1 스위치(68)와 연결되고,

상기 모드전환 스위치(66)의 전압모드(V)와 전류모드(I)는 상기 피드백 수단과 연결되고,

상기 모드전환 스위치(66)의 전력모드(P)는 상기 제 1 스위치(70)와 연결되는 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 증폭수단은,

제 6 증폭기(94) 및

상기 제 6 증폭기(94)의 출력단과 직렬로 연결된 트랜지스터(92)로 구성되는 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 모드전환 스위치(64, 66)가 전압모드 또는 전류모드인 경우, 상기 피드백 수단의 피드백 신호는 상기 감산수단(82)을 통해 상기 제 4 열전형 변형기(86)로 연결되는 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 모드전환 스위치(64, 66)가 전력모드인 경우, 상기 제 2 증폭수단은 전압-전력 변환기(98)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치.