KR100489926B1 - 진공 펌프용 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 펌프용 구동 장치에 관한 것이다. 더 우수한 전력 매칭 및 네트워크 전압에 의존하지 않는 작동을 가능하게 하기 위해서, 단상 네트워크 또는 삼상-(회전류)-네트워크에 접속 가능한 상기 구동 장치는 주파수 변환기(1)를 포함하며, 상기 주파수 변환기(1)에는 정류기(2), 중간 전압 회로(3) 및 전력 변환기(4)가 제공되며, 상기 전력 변환기(4)는 제어 장치와 접속된다.

Description

진공 펌프용 구동 장치 {OPERATING SYSTEM FOR A VACUUM PUMP}
본 발명은 진공 펌프용 구동 장치에 관한 것이다.
통상적으로 사용되는 진공 펌프에는 오일 밀봉된 진공 펌프, 특히 베인 슬라이드 진공 펌프가 속한다. 상기 방식의 펌프에는 통상적으로 단상 비동기 모터가 장치된다.
오일 밀봉된 진공 펌프의 구동 모터에 영향을 미치는 문제점은, 매우 상이한 샤프트 출력 또는 회전 모멘트를 요구하는 2개의 중요한 작동점을 상기 펌프가 갖는다는 점이다. 구체적으로 말하면, 통상 10℃의 오일 온도(높은 모멘트의 요구)에서의 펌프 냉각 개시 및 최종 압력(준 공회전 = 낮은 모멘트의 요구)에서의 펌프 작동이다. 모터의 모멘트 특성 곡선이 장애 없는 냉각 개시용으로 설계되면, 상기 모터는 펌프의 최종 압력 작동시 모터의 초과 치수에 의해서 모멘트가 초과되며, 상기 모멘트의 초과는 매우 상승된 진자 모멘트로 인해 펌프에 바람직하지 않은 소음을 야기한다. 그와 달리 모터의 모멘트 특성 곡선이 작동에 유리한 상태용으로 설계되면, 펌프에 소음을 야기하지 않는 콤팩트한 소형 모터가 제조되는데, 이와 같은 펌프는 요구되는 냉각 개시 조건으로 스타트될 수 없다.
진공 펌프를 전 세계적으로 시판할 수 있도록 하기 위해서는, 펌프가 상이한 교류 전압(115 V, 230 V) 및 상이한 주파수(50 Hz/60 Hz)를 갖는 공급 네트워크에 접속될 수 있어야 한다. 기존의 각각의 네트워크에 모터를 매칭시키기 위해서는 이에 상응하여 모터 권선이 전환된다. 이러한 조치들은 일반적으로 진공 펌프의 운전 개시 전에 모터 단자함내에서 수동으로 이루어진다.
기술된 방식의 조치들은 통상적으로 고객 자신에 의해서 실행되어야 하기 때문에 많은 에러가 따르게 된다. 스위칭 에러시에는 구동 모터, 진공 펌프 및/또는 상기 진공 펌프에 접속된 수신자에서 (예컨대 공기의 침투 또는 진공 챔버내에서의 오일의 오염과 같은) 손상이 생길 위험이 있다. 상기와 같은 손상 위험은 특히 진공 펌프를 구입하고, 상기 펌프 내부에 장치들을 내장하며, 상기 펌프를 세계적으로, 다시 말해서 상이한 네트워크 전압 지역에서 시판하는 장치 제작자들이 기피하는 것이다.
도 1은 로드 모멘트가 일정하다고 가정할때의 회전수에 따른, 선행 기술에 따른 베인 슬라이드 진공 펌프용 구동 모터의 전류 소비(A) 및 회전 모멘트(Nm)를 나타낸 다이어그램이다. 전류 소비는 전형적인 2개의 네트워크 교류 전압(115 V, 230 V)에 대해 도시되었다. 특히 네트워크 전압이 낮은 경우(115 V)에는 높은 스타트 전류가 필요하다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 높은 스타트 전류는 바람직하지 않은 높은 상한에 대한 안전을 전제로 한다.
도 1은 로드 모멘트가 일정하다고 가정하고, 선행 기술에 따른 베인 슬라이드 진공 펌프용 구동 모터의 전류 소비(A) 및 회전 모멘트(Nm)를 회전수에 의존하여 도시한 다이아그램이고,
도 2는 본 발명에 따른 구동 장치의 도 1에 상응하는 다이아그램이며,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 구동 장치의 개략도이고,
도 5 및 도 6은 전력 변환기의 주파수 응답에 대한 실시예이며,
도 7은 펌프의 매우 바람직한 연속 스타팅에 대한 실시예이다.
본 발명의 목적은, 전술한 단점을 갖지 않는 구동 장치를 진공 펌프에 장착하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 단상 네트워크 또는 삼상 네트워크에 접속 가능한 구동 장치가 주파수 변환기를 가지며, 상기 주파수 변환기에 정류기, 중간 전압 회로 및 전력 변환기가 장치되며, 상기 전력 변환기가 제어 장치와 접속됨으로써 달성된다. 상기 방식의 구동 장치에서는, 구동 모터로부터 전달되는 모멘트가 각각의 모멘트 요구에 최대로 매칭되도록 주파수 변환기의 전력 변환기가 상위 제어 장치를 통해서 트리거될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 구동 장치의 도 1에 대응하는 다이어그램이다. 도 2는, 구동 모터가 실제로 공칭 모멘트에 대한 공칭 전류에 의해서 런-업될 수 있다는 것을 보여준다. 상이한 공칭 전압에 모터 권선을 매칭시키는 문제는 실제로 존재하지 않는다. 주파수 변환기는 최대 네트워크 전압용으로 설계되어야 하고, 상기 변환기의 파워 서플라이는 최대 모터 전류용으로 설계되어야 한다. 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 구동 장치를 매우 개략적으로 나타낸 실시예들이다.
도 3에 따른 회로 실시예에서 네트워크는 L(위상) 및 N(0-도체)으로 표기된 실선으로 지시되었다. 상기 네트워크에는 정류기(2), 중간 전압 회로(3) 및 전력 변환기(4)를 포함하는 주파수 변환기(1)가 접속된다. 전력 변환기를 제어하는 제어 장치는 도면 부호 (5)로 표기되었다. 전력 변환기(4)에 의해 발생된 삼상 전류에 의해서 모터(6)가 작동되며, 상기 모터는 도시되지 않은 펌프를 구동시킨다. 도 3에 따른 실시예에서 제어 장치(5)는 제어 신호 발생기(8)와 접속되며, 상기 발생기는 제어된, 예를 들어 램프 형태의 런-업을 야기한다. 제어 신호 발생기(8)는 주파수 변환기(1)의 구성 부품이다.
도 4에 따른 실시예에서 정류기(2)는 회전류 네트워크에 접속되어 있다. 모터의 제어 및 그에 따른 펌프의 제어와 관련하여서는 도 3에 따른 제어에 비해 바람직한 대안이 도시되어 있다. 주파수 변환기에는 인터페이스(7)가 제공되며, 상기 인터페이스를 통해서 주파수 변환기(1) 외부에 배치되어, 제어 신호를 발생시키는 유닛이 접속될 수 있다. 상기 유닛은 다수의 가능성을 나타내기 위해서 블록(9) 형태로 파선으로 도시된다. 펌프는 예를 들어 프로세스를 자동화하기 위한 상위 제어 장치에 접속될 수 있다. 그럼으로써, 특히 구성(모터 회전수, 런-업 시간 등)이 세팅되거나 매칭될 수 있으며 에러 진단이 이루어질 수 있다.
인터페이스로는 하기의 가능성들이 고려된다:
- 연속 인터페이스 RS232 / RS485
- 필드 버스 장치, 예컨대 프로필 버스, LON, Divice-Net
- 아날로그 및/또는 디지털 입력 및 출력, 경우에 따라서는 무전위 혹은 분리된
- 광파 가이드 장치.
전력 변환기의 주파수 응답에 대한 예는 도 5 및 도 6에 도시되어 있다 (회전수(n) 또는 주파수(Hz)에 대한 전압(U)). 실시예를 통해, 상기 주파수 응답은 주파수 변환기(1)가 115 V-네트워크에 접속되었는지 또는 230 V-네트워크에 접속되었는지에 관계가 없다는 것을 알 수 있다. 고정된, 특히 낮은 네트워크 전압 범위용으로 설계된 모터(6)가 사용되면 충분하다.
도 7은 펌프의 매우 바람직한 런-업에 대한 실시예를 보여준다. 도시된 다이아그램에서 주파수(n)(곡선 11) 및 회전 모멘트(Nm)(곡선 12)는 시간(t)에 대해 도시되어 있다. 회전수는 대략 선형적으로 증가된다. 이러한 단계에서 회전 모멘트는 실질적으로 일정한 값을 갖는다. 공칭 회전수에 도달된 후에는 회전 모멘트가 (및 그에 따라 모터의 전류 소비가) 감소되어 더 낮은 값으로 일정하게 유지된다.
주파수 변환기(1)의 파워 서플라이는 80 내지 276 V의 (네트워크-)전압 범위용으로 설계되어야 하고, 전력 변환기(4)는 작동에 따라 나타나는 최대 상 전류(phase current)용으로 설계되어야 한다. 네트워크 전압 검출은 특히 네트워크 전압에 비례하는 중간 전압 회로로부터 유도될 수 있다. 도 3 및 도 4에 이러한 가능성이 각각 표시되어 있다. 도 3에서 중간 전압 회로(3)는 라인(13)을 통해 제어 장치(5)와 접속된다. 상기 정보를 참조하여 전환 주파수의 필수적인 세팅이 소프트웨어 방식으로 변동될 수 있다. 도 4에 따른 실시예에서는 라인(13)이 인터페이스(7)를 통해 외부로 가이드됨으로써, 결과적으로 제어 신호 발생기(9)가 네트워크 전압을 검출할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 진공 펌프용 구동 장치에 있어서,
    단상 네트워크 또는 삼상-(회전류)-네트워크에 접속 가능한 상기 구동 장치가 모터(6) 외에 주파수 변환기(1)를 가지며, 상기 주파수 변환기(1)에는 정류기(2), 중간 전압 회로(3) 및 전력 변환기(4)가 제공되며, 상기 전력 변환기(4)는 제어 장치와 접속되고,
    상기 중간 전압 회로(3)의 전압은 네트워크 전압을 검출하기 위해서 사용되며, 주파수 변환기는 자동으로 상기 네트워크 전압에 대해 매칭되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 장치(5) 및 제어 신호 발생기(8)는 주파수 변환기의 구성 부품인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    회전수의 제어된 런-업을 야기하는 신호를 발생시키는 유닛이 제어 신호 발생기(8)로 제공되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수 변환기(1)에 인터페이스(7)가 제공되며, 상기 인터페이스를 통해서 하나 이상의 제어 신호 발생기(9)가 접속되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터(6)는 고정된 네트워크 전압용으로 설계되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 모터(6)는 낮은 네트워크 전압용으로 설계되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  8. 제 1항, 제 2항, 제 3항, 제 4항 및 제 7항 중 어느 한 항에 따른 구동 장치를 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    구동 모터(6)로부터 전달되는 모멘트가 각각의 모멘트 요구에 매칭되는 방식으로, 제어 장치(5)를 이용하여 주파수 변환기(1)의 전력 변환기(4)를 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR10-1999-7003156A 1996-10-12 1997-09-29 진공 펌프용 구동 장치 KR100489926B1 (ko)

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DE19642096.2 1996-10-12
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