KR100483503B1 - 부스터 펌프 시스템 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직기동으로 인한 전동기의 고장 원인을 현저히 줄여 제어를 원활하게 하고, 저렴한 가격으로 전기적으로 안정하고, 전기 소모량을 줄일 수 있는 부스터 펌프의 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 인버터의 전동기 제어부와 PWM 출력부를 분리하고, 상기 전동기 제어부를 콘트롤러와 결합하고, 상기 PWM 출력부를 전동기 수만큼 전동기에 결합하여 상기 전동기 제어부에서는 상기 PWM 출력부는 상기 전동기 숫자 만큼 출력하는 것을 특징으로 하는 부스터 펌프 시스템의 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 한대의 인버터로 모든 전동기의 출력을 가변할 수 있으므로 상기 전동기의 제어가 원활하고 직접 기동으로 인한 전동기 고장의 원인을 현저히 줄일 수 있고, 교대 운전을 위한 마그네틱 스위치가 필요 없으므로 판넬제작이 복잡하지 않아 제작시간이 단축되고, 부품수가 감소함으로서 가격이 절감되고, 상기 마그네틱 스위치에서 발생하던 각종 노이즈가 없으므로 전체 시스템이 전기적으로 안정화 되고, 과도한 출력을 전동기에 전달하지 않으므로 전체 시스템의 전기 소모량을 줄일 수 있어 에너지 절감 효과가 있다.

Description

부스터 펌프 시스템 제어방법{BOOSTER PUMP SYSTEM CONTROLLING METHOD}

본 발명은 하나의 인버터로 부스터 펌프의 모든 전동기의 출력을 가변할 수 있으므로 상기 전동기의 제어를 원활하게 하고 직기동으로 인한 전동기 고장의 원인을 현저히 줄일 수 있는 부스터 펌프 시스템 제어방법에 관한 것이다.

부스터 펌프 시스템이란 2개 이상의 유도 전동기를 연결하여 만든 펌프 시스템을 말하고, 현재 이러한 부스터 펌프 시스템이 사용되는 곳은 아파트 단지, 빌딩, 주택건물, 목용탕등 광범위하게 사용되고 있다.

기존의 경우 옥상 등에 물탱크를 설치하고, 물을 물탱크에 저장한 다음 사용하는 방식이다. 그러나 건물의 고층화로 인하여 물탱크를 옥상부에 설치할 경우 건물에 하중이 많이 가해지고, 외관이 미려하지 못한 단점을 가지고 있다.

이를 개선하고자 지하실에 물탱크 및 펌프를 설치하여 상향식 가압을 하고 있으며, 이러한 경우 부스터 펌프 시스템이 사용되는데, 설치된 건물에 필요한 수압을 게산하여 부스터 펌프 시스템에 부착된 콘트롤러에 입력하면, 상기 콘트롤러는 피아이디(PID) 제어 등을 통하여 현재의 압력을 설정 압력과 동일하도록 일정하게 유지시켜 주는 역할을 한다.

전동기를 제어하기 위해서 인버터가 사용되고, 상기 인버터는 전압/주파수(V/F)제어 방식으로, 3상 주파수를 변화시켜 출력의 0-100%를 변화시킬 수 있다.

종전에는 상기 콘트롤러에서 피아이디 제어를 하기 위하여 전동기 숫자 만큼 인버터를 부착하는 방식을 취하였으나 이는 제품의 원가 상승을 유발하게 되었다.

도 1은 현재 사용되고 있는 부스터 펌프 시스템의 대략적인 구성도로서, 콘트롤러(10), 전동기 제어부(22)와 PWM 출력부(24)로 이루어진 인버터(20), 판넬스위치(30), 전동기(40)로 이루어지는데, 최종적으로 전동기(40)에 인가되는 전원은 인버터(20)의 출력에서 나온 전원과 상기 판넬스위치(30)의 마그네틱 스위치에서 나오는 3상 교류 전원을 두가지를 동시에 받을 수 있도록 판넬을 제작하고, 상기 콘트롤러(10)에서 릴레이(RELAY) 출력을 이용하여, 두 가지 전원 중에서 한가지만을 사용하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 마그네틱 스위치는 인버터(20)로 한대의 전동기만을 구동할 경우 전체 전동기 중 특정 전동기만 오랜 기간 동안 기동하게 되어 고장의 원인이 되므로 일정시간 지난 후 인버터 운전을 하는 전동기만을 교체해 주는 역할을 한다.

종래의 부스터 펌프시스템은 인버터(20)의 출력으로 현재 값(수압)이 설정 값(설정수압)에 도달하지 못할 경우 나머지 전동기 중에서 하나를 직기동하여 부족분을 보충하였지만, 부족분이 전동기 한대의 출력보다 적을 경우 오버슈트(Over shoot)가 발생함으로서 원활한 제어가 되지 않는 문제점이 있어 왔다.

또한 인버터(20)의 교대 운전을 위하여 상기 마그네틱 스위치가 부스터 펌프 시스템에 전동기 수의 두배가 필요하므로, 그로 인해서 전체 시스템이 복잡해지고, 제작 기간이 길며, 많은 수의 부품 수가 필요하게 되어 원가 상승을 일으키는 문제점과, 상기 마그네틱 스위치에서 발생하는 노이즈는 380-440V 고압이므로, 5V를 사용하는 콘트롤러에서는 상당한 치명적인 손상을 가한다. 따라서 노이즈를 막기 위해 고비용의 노이즈 차단회로가 필요하므로 원가 상승의 요인이 되는 문제점이 있어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

본 발명의 목적은 직기동으로 인한 전동기의 고장 원인을 제거하여 제어가 원활하게 되는 부스터 펌프 시스템 제어방법을 제공하는 것이고,

본 발명의 또 다른 목적은 저렴한 가격으로 전기적으로 안정하고, 전기 소모량을 줄일 수 있는 부스터 펌프시스템 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 부스터 펌프시스템은

콘트롤러(10), 전동기 제어부(22)와 PWM 출력부(24)로 이루어진 인버터(20), 전동기(40)를 포함하여 이루어진 부스터 펌프 시스템에 있어서,

상기 인버터(20)를 전동기 제어부(22)와 PWM 출력부(24)를 분리하고, 상기 전동기 제어부(22)를 상기 콘트롤러(10)와 결합하고, 상기 PWM 출력부(24)를 전동기수만큼 전동기에 결합하는 것을 특징으로 한다.

상기 PWM 출력부(24)는 교류를 브릿지 다이오드를 이용하여 직류로 변환하고, 상기 직류를 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 이용하여 직류를 교류로 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 첨부된 도면 1, 2에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 부스터 펌프 시스템의 구성도로서, 콘트롤러(10)는 시스템 전체의 각종 릴레이(RELAY) 출력 및 인버터 출력을 제어하고, 압력센서를 통하여 전체 펌프에 걸려 있는 수압을 측정하여 설정된 압력과 일정하도록 피아이디(PID)제어 (동작(Proportinal), 적분동작(lntegral), 미분 동작(Derivative)의 　3동작을 가지고 할 수 있는 제어) 등을 수행한다.

인버터(20)는 전동기 제어부(22)와 PWM 출력부(24)로 나누어 상기 전동기 제어부(22)를 상기 콘트롤러(10)와 결합하고, 상기 PWM 출력부(24)를 상기 전동기 수만큼 전동기에 결합한다.

도 3에서, 상기 PWM 출력부(24)는 3상 380V 교류를 브릿지 다이오드(bridge diode)를 이용하여 직류로 변환하고, 상기 전동기 제어부(22)에서 보내주는 출력에 따라 상기 직류를 6개의 팩 IGBT 모듈(pack IGBT MODULE)부의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 이용하여 3상 380V 교류로 변화시켜 교류의 주파수를 임의적으로 가변할 수 있다.

상기 콘트롤러(10)에서 4-20mA의 전류를 인버터(20)의 PWM 출력부(24)에 공급하여 출력주파수를 설정하는 종전의 방식과 달리, 본 발명에서는 상기 PWM 출력부(24)의 IGBT는 주파수 신호만 있으면 제어가 가능하므로 4-20mA의 전류를 공급하지 않아도 된다.

또한 본 발명에서 모든 전동기에 상기 PWM 출력부(24)를 결합하여 상기 전동기 제어부(22)에서는 상기 PWM 출력부(24) 출력을 상기 전동기(40) 숫자만큼 출력하게 되므로 종전의 인버터의 교대 운전을 위해 사용되던 상기 마그네틱 스위치가 불필요하다.

본 발명에 따른 제어방법은 도 4, 도 5에 도시되어 있고, 도 4에서 부스터 펌프 시스템의 제어 순서는 압력비교부, 피아이디 계산 루틴부, PWM 출력부, 유저 인터페이스부로 이루어지고,

상기 압력비교부에서 현재 압력과 설정 압력을 비교하여 그 오차를 산정하고 이것을 피아이디 계산 루틴부로 전달하고(S1); 상기 피아이디 계산 루틴부에서 상기 압력비교부에서 전달받은 오차를 가지고 피아이디 계산을 하여 출력 값을 결정하고(S2); 상기 출력 값의 범위는 0-100%이다.

상기 PWM 출력부(24)에서 피아이디 계산 루틴부의 피아이디출력값을 PWM 출력하고(S3), 상기 출력은 도 5의 플로우 챠트에 도시되어 있다.

도 5에서 상기 PWM 출력부(24)에서의 제어 동작은

피아이디 출력 값이 0보다 크면 그 값을 주파수로 환산하여 0-60Hz 출력을 하는 단계(S10);

상기 PMW1의 출력이 60Hz이면 더 이상 출력을 할 수 없으므로 그 값을 유지하고 피아이디 출력 값을 PWM2에서 주파수로 변환하여 출력하는 단계(S20);

상기 PWM2의 출력이 60Hz이면 PWM3를 기동하는 단계(S30);

상기 PWM3의 출력이 60Hz이고, 그 시점에서 피아이디 출력 값이 0보다 크면, 이 시스템의 전체출력으로도 목표 값에 도달하지 못하므로, 제어범위 오버플로우 처리하는 단계(S40)를 포함하여 이루어진다.

상기의 경우에 PWM4를 연결하여 해결할 수 있다.

상기 유저 인터페이스부에서는 PWM 출력부에서의 출력을 키(Key) 처리 및 디스플레이(Display) 처리 등을 한다.

본 발명은 종래의 시스템과 달리 인버터 출력을 직접 피드백 받으므로서, 종전의 V/F 제어 인버터의 제어방식의 단점을 어느 정도 극복 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 취함으로서, 한대의 인버터로 모든 전동기의 출력을 가변할 수 있으므로 상기 전동기의 제어가 원활하고 직기동으로 인한 전동기 고장을 줄일 수 있는 효과가 있고, 모든 전동기에 상기 PWM 출력부를 결합하여 상기 전동기 제어부에서는 상기 PWM 출력부 출력을 상기 전동기 숫자만큼 출력하게 되므로 교대 운전을 위한 마그네틱 스위치가 필요 없어 제작시간이 단축되고, 부품수기 감소함으로서 가격이 절감되고, 상기 마그네틱 스위치에서 발생하던 각종 노이즈가 없으므로 전체 시스템이 전기적으로 안정화되고, 과도한 출력을 전동기에 전달하지 않으므로 전체 시스템의 전기 소모량을 줄일 수 있어 에너지 절감 효과가 있다.

도 1은 종래 부스터 펌프 시스템의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 부스터 펌프 시스템의 구성도이다.

도 3은 PWM 출력부의 회로도이다.

도 4은 본 발명의 제어방법의 플로우 챠트이다.

도 5는 본 발명의 PWM 출력부의 플로우 챠트이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명*

10: 콘트롤러 12: 입력센서 20: 인버터

22: 모터 제어부 24: PWM출력부 30: 판넬 스위치

40: 전동기

Claims (4)

1. 압력비교부에서는 현재 압력과 설정 압력을 비교하여 그 오차를 산정하여 상기 오차를 피아이디 계산 루틴부로 전달하는 단계;

   피아이디 계산루틴부에서 상기 압력비교부에서 전달받은 오차를 가지고 피아이디 계산을 하여 출력 값을 결정하는 단계;

   PWM 출력부에서 피아이디 계산 루틴부의 피아이디출력값을 PWM 출력하는 단계;

   유저 인터페이스부에서 PWM 출력부에서의 출력을 키(Key) 처리 및 디스플레이(Display) 처리하는 단계를 포함하는 부스터 펌프 시스템의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 PWM 출력하는 단계는

   피아이디 출력 값이 0보다 크면 그 값을 주파수로 환산하여 0-60Hz 출력을 하는 단계;

   상기 PMW1의 출력이 60Hz이면 그 값을 유지하고 피아이디 출력 값을 PWM2에서 주파수로 변환하여 출력하는 단계;

   상기 PWM2의 출력이 60Hz이면 PWM3를 기동하는 단계;

   상기 PWM3의 출력이 60Hz이고, 그 시점에서 피아이디 출력 값이 0보다 클 경우 제어범위 오버플로우 처리하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 부스터 펌프 시스템의 제어방법.
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