KR100628487B1 - 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 시스템 및방법과, 전기모터 - Google Patents

Abstract

전기모터와 그 제어회로를 보호하기 위한 시스템 및 방법이 기재되는데, 본 발명에 의하면 서지전류의 경우가 과부하에 의한 것인지 또는 모터(1)의 단락회로에 의해서인지를 구별하는 것이 가능하다. 이는 모터(1)의 속도제어가 스위치(Ch)의 세트에 의해 수행되는 전기모터(1) 및 그 제어회로(2)를 보호하기 위한 시스템에 의해 달성되는데, 이 시스템은 각 스위치(Ch)의 전기 유도시간(T_C)을 측정할 수 있는 제어중심(7)을 구비하고, 스위치(Ch) 중 하나의 유도의 시작과 서지전류의 발생 사이의 경과 시간(T_d)을 측정하며, 중심(7)이 상기 시간(T_d,T_C)의 비교를 만들고, 상기 서지전류가 과부하에 의해서인지 또는 전기모터(1)나 소정 스위치(Ch) 상의 단락회로에 의해서인지를 결정할 수 있다. 또한, 본 발명은 모터(1)의 속도제어가 스위치(Ch)의 세트에 의해 수행되는 전기모터(1) 및 그 제어회로(2)를 보호하기 위한 방법으로서, 이 방법은 각 스위치(Ch)의 전기 유도시간(T_C)을 측정하는 단계와, 스위치(Ch) 중 하나의 유도의 시작과 서지전류의 발생 사이의 경과 시간(T_d)을 측정하는 단계, 상기 시간(T_d,T_C)을 비교하고, 결과적으로 상기 서지전류가 과부하에 의해서인지 또는 전기모터(1)나 소정 스위치(Ch) 상의 단락회로에 의해서인지를 결정하는 단계를 구비한다. 더욱이, 본 발명은 스위치(Ch)의 세트에 의해 제어되는 전기모터(1)로서, 스위치(Ch)의 제어가 상기 시간(T_d,T_c)을 측정하고 비교할 수 있는 제어중심(7)에 의해 수행된다.

Description

전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 시스템 및 방법과, 전기모터{A SYSTEM AND A METHOD FOR PROTECTING AN ELECTRIC MOTOR AND ITS CONTROL CIRCUIT, AND AN ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 전기모터 및 그 제어회로의 조합을 보호하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 전류를 증가시키는 원인이 되는 기술적인 고장을 검출 가능하게 하기 위한 것이다.

기본적으로, 전기모터는 회전자와 고정자를 구비하여 구성된다. 이 모터가 기능하기 위해서는, 즉 회전자를 구동시키기 위해서는, 전압이 고정자에 인가되어 회전자의 움직임을 유도해야 한다.

통상, 모터의 회전속도의 제어는 인버터수단에 의해 수행되는데, 이 인버터수단은 스위치, 예컨대 MOSFET(트랜지스터)로 형성된다.

속도가 제어되는 전기모터의 적용 분야는 광범위한데, 예컨대 컴프레서나 가정용품을 구동시키거나 견인력 등을 일으키는데 사용된다.

기본적으로, 위치센서 없이 영구자석 모터에 사용될 때, 인버터는 스위치를 가동시키는 제어중심으로부터 교류전압을 분기하기 위한 다이오드의 세트와 모터의 위상에서 전압을 모니터함으로써 회전자의 위치를 검출해서 모니터된 값들 사이의 비교를 위한 블록으로 이루어진다. 모터의 제어는 모터의 위상에서 전압을 변조함으로써 수행되는데, 이러한 변조는 고주파수 위상에서의 전압의 인가 및 단속으로 이루어진다. 이러한 변조에 의해, 상기 모터의 위상으로 공급되는 전류를 제어하는 것이 가능하고, 그 동작을 위한 바람직한 토크 및 속도로 모터를 조정할 수 있다.

유도모터의 경우, 회전자의 위치 검출기는 사용되지 않으므로, 모터의 위상에서 전압을 변조함으로써 속도 및 토크 제어가 효과적으로 된다.

이들 모든 경우에 있어서, 제어중심이 채용되는데, 이는 통상 마이크로콘트롤러나 신호프로세서로 이루어져서, 모터의 동작을 위한 외부명령을 수신하고, 모터/인버터의 내부 변화의 모니터링(모터상의 전류, 회전자의 위치 등)을 시작해서, 전압 및 전류를 모터에 공급하는 명령을 생성한다.

모터의 가동 및 기능동안, 과부하나 그 밖에 단락회로의 결과 전류는 증가(또는 서지전류)를 겪게 된다.

과부하에 의한 전류의 증가는 모터의 완전성을 즉각적으로 위협하지는 않으며, 제어될 수 있다. 그런데, 단락회로에 의한 전류 증가는 매우 빠른 작용을 하므로, 모터 또는 각 제어회로가 손상되는 것을 방지하기 위해서 보호 메커니즘이 가동 되야 한다.

종래기술에서 공지된 전기모터에서 서지전류를 검출하기 위한 시스템 및 방법은, 통상 설정된 전류값을 사용함으로써 가동되는데, 소위 최대 전류값이 설정되어 모터가 손상되지 않게 되고, 이 값이 초과되면 보호 메커니즘이 가동되어 모터 또는 각각의 제어회로를 보호한다. 그런데, 이 보호방법은 전류 증가가 과부하에 의해서인 또는 단락회로에 의해서인지를 구별할 수 없게 하고, 보호 메커니즘이 이들 경우 모두에서 가동되게 한다.
하나의 종래기술의 접근은 제GB 2 267 190호에 개시되는데, 고장의 경우 전기모터의 전력을 차단하기 위한 회로 브레이커와 관련되어 있다. 이 해결책에 따르면, 미약한-과부하, 심각한-과부하 또는, 단락회로를 검출하는 3개의 분리회로가 리드 패널에 연결되어 발생하는 문제의 타입을 가리킨다.
다른 연관된 종래기술은 제US 4 558 264호에 개시된다. 이 문헌에 따르면, 전기 모터는 인가된 전류를 측정함으로써 제어된다. 이 종래기술은 과부하 또는 단락회로의 경우, 모터를 보호하기 위해서, 해결책을 예견하지 않는다.

본 발명의 목적은 전기모터 및 그 제어회로 상에서 서지의 발생을 검출하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것으로, 바람직한 제한으로 조정되는 전류 검출기만을 사용함으로써 단락회로와 모터의 과부하의 발생을 구별할 수 있게 된 것이다.

본 발명의 목적은, 모터 속도의 제어가 스위치의 세트에 의해 수행되는 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 시스템에 의해 달성되는데, 이 시스템은 각 스위치의 전기 유도시간을 측정할 수 있는 제어중심을 구비하여 구성되고, 스위치 중 하나의 유도의 시작과 서지의 발생 사이의 경과 시간을 측정하며, 중심이 상기 시간 사이의 비교를 만들고, 상기 서지전류가 과부하에 의해서인지 또는 전기모터의 단락회로에 의해서인지를 결정한다.

또한, 본 발명은 속도제어가 스위치의 세트에 의해 영향받는 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은, 각 스위치의 전기 유도시간을 측정하는 단계와, 스위치 중 하나의 유도의 시작과 서지전류의 발생 사이의 경과 시간을 측정하는 단계 및, 상기 시간을 비교하고, 결과적으로 상기 서지전류가 과부하에 의해서인지 또는 전기모터의 단락회로에 의해서인지를 결정한다.

더욱이, 본 발명은 속도제어가 스위치의 세트에 의해 수행되는 전기모터에 관한 것으로, 상기 스위치의 제어가 제어중심에 의해 영향받고, 이 제어중심은 각 스위치의 전기 유도시간을 측정할 수 있고, 스위치 중 하나의 유도의 시작과 서지전류의 발생 사이의 경과 시간을 측정하며, 중심이 상기 시간의 비교를 만들고, 상기 서지전류가 과부하에 의해서인지 또는 전기모터의 단락회로에 의해서인지를 결정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모터 및 서지전류 검출기의 속도제어회로의 개략적인 도면,

도 2는 과부하 전류의 경우 전류의 행동을 나타내는 시간적인 도면,

도 3은 단락회로의 경우 전류의 행동을 나타내는 시간적인 도면,

도 4는 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.

기본적으로, 본 발명에 따른 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 시스템은, 결정된 전류 제한으로 조정되는 서지전류 검출기(3)를 구비하여 구성된다.

도 1은 모터(1)와, 그 제어(2) 및 공급을 위한 각각의 회로를 나타낸 개략적인 도면이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 모터(1)는 3상타입으로 기재되지만, 이는 본 발명이 다른 타입의 전기모터에 적용되는 것을 방해하지는 않는다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 모터(1) 및 그 제어회로(2)는 다이오드(D)의 세트에 의해 정류되고 캐패시터(C₁)에 의해 필터되는 교류 전압을 제공하는 소스에 의해 공급된다. 스위치의 세트(Ch1-Ch6)는 모터(1)의 위상(F₁,F₂,F₃)으로 전압을 변조한다. 스위치 세트(Ch1-Ch6)의 제어는 제어중심(7)에 의해 수행된다.

서지전류의 검출은 제어중심(7)에 연결되는 서지전류 검출회로(3)에 의해 수행되는데, 이 검출회로는 저항(R_S)을 통해 회로를 따라 흐르는 전류(I_RS), 즉 스위치(Ch1-Ch6)를 통해 흐르는 전류를 측정한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 저항(R_S)은 모터의 위상(F₁,F₂,F₃)을 통해 흐르는 전류(I_M)를 읽을 수 있는 위치에 설치되는데, 기본적으로 전류(I_RS)는 전류(I_M )를 나타낸다.

제어중심(7)은, 예컨대 신호(D_S)와 같은 외부 정보를 수신하는 것 이외에, 스위치(Ch1-Ch6)의 개폐명령을 발령한다. 설정된 I_LIMIT값(전류 제한)이 초과될 때, 서지전류 검출기(3)에 의해 신호(D_S)가 생성된다.

서지전류 검출기(3)는 전압 비교기(C_O)로서 탑재된 동작 증폭기를 구비하며, 이 비교기의 입구에 "E-"와 "E+"전압 플러스 전압분배기(R_A,R_B)에 의해 정의된 기본적으로 일정한 전압이 공급되는데, 여기서 "E+"는 저항(R_S)의 제1터미널의 전압이고, "E-"는 이 저항(R_S)의 다른 터미널의 전압이다. +V_B전압은 일정하다.

저항(R₁)은 저항(모터의 전류 I_M으로 나타낸 R₂) 상의 전압 편차가 저항(R_A,R_B)에 의해 정의된 일정한 전압에 더해지게 한다.

모터(1)를 통해 흐르는 전류(I_M)가 제로에 근접하는 경우에 대해서는, 전압 "E-"은 전압 "E+" 보다 높게 되어 전압비교기(C_O)의 출력(D_S)이 "낮은"레벨로 되게 한다.

모터(1)를 통한 전류가 저항(R_A,R_B,R₁)에 의해 정의된 I_LIMIT제한 이상으로 증가될 때, 입구에서의 전압 "E-"는 I_LIMIT제한 이상의 용인될 수 있는, 소위 제한을 넘은 전류값에 대응하는 입구에서의 전압 보다 낮게 되므로, 서지전류의 검출을 특징짓는다. 이 경우, 비교기(C_o)의 출구는 "낮은"레벨에서 "높은"레벨로 통과해서 서지전류의 발생을 D_S에 의해 제어중심(7)으로 신호 전달한다.

과부하 및 단락회로 사이의 구별은 전류(I_RS)의 증가하는 편차시간을 측정함으로써 만들어지는데, 예컨대 과부하 일 때는 I_LIMIT값에 도달할 때까지 전류 증가는 비교적 긴 시간 주기를 취하면서 점진적으로 일어나는 반면, 모터(1)가 단락회로로 들어가는 경우는 I_LIMIT값에 매우 급속하게 도달하므로, 시간을 측정함으로써 고장의 종류를 검출할 수 있게 된다.

종래 기술로부터 이미 공지된 바와 같이, 속도제어는 스위치(Ch1-Ch6)에 의해 수행되고, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 스위치(Ch1,Ch4)는, 모터(1)에 부가되는 회전속도에 의존해서 변하는 결정된 시간(T_c) 주기를 위해 전기를 유도한다.

모터(1)의 고장의 종류가 과부하에 의해서인지 또는 단락회로에 의해서인지를 제어중심(7)에 의해 결정하기 위해서, 본 발명은 T_C시간과 T_d시간 측정을 예견한다. T_d시간은 스위치(Ch)의 유도의 시작부터 전류가 I_LIMIT값에 도달할 때, 즉 서지전류가 발생할 때(도 2 및 도 3을 보자)의 순간까지 카운트된다. T_C시간은 스위치(Ch)의 유도시간으로, 모터 동작의 경우(기본적으로, 속도 및 부하)에 의존한다.

도 2 및 도 3은 과부하 및 단락회로 각각의 경우의 시간적인 도면을 나타낸다. 2개의 도면을 비교함으로써, 단락회로의 경우의 전류(I_RS)가 과부하의 경우의 T_d시간과 비교할 때 보다 훨씬 짧은 T_d시간에 I_LIMIT값에 도달하는 것을 볼 수 있다.

도 4에서 개략적으로 볼 수 있는 바와 같이, 서지전류가 과부하에 의해서인지 또는 T_d시간과 T_C시간 사이의 관계에 의존하는 단락회로에 의해서인지를 결정하기 위해서 표준이 사용된다. 따라서, 관계 T_d<T_C·k가 참일 때 그 의미는 모터(1)가 단락회로에 있는 것이고, 관계가 거짓일 때 그 의미는 모터(1)가 과부하를 겪는 것이다. T_d시간과 T_C시간의 측정 뿐 아니라 각각의 값 사이의 비교가 제어 중심(7)에 의해 수행된다.

상수 k의 값은 T_C값(0과 1 사이의 수)의 분수나 몫으로, 모터(1)에서 발생하는 고장의 종류를 구별하기 위한 제한을 정의하며, 나중에 주어지는 보호 레벨에 더해서 사용되는 모터(1)의 타입에 의존하여 변화될 수 있다.

예컨대, k값이 50%(또는 0.5)이고 T_d시간이 짧으면( T_C의 50% 보다 짧은), 모 터(1)가 단락회로에 있는 것으로 모터(1)의 손상을 회피하기 위해서 몇몇 보호 메커니즘을 부가할 필요가 있다는 것을 의미한다. T_d가 보다 긴 경우(T_C의 50% 보다 길거나 동일한), 모터(1)는 과부하를 겪는 것을 의미한다.

모터(1)나 스위치(Ch1-Ch6) 중 하나에서 발생하는 고장의 종류를 구별할 수 있다는 것 이외에, 본 발명은 비율 T_d/T_C을 평가함으로써 모터(1)에서 발생하는 서지 값을 평가할 수 있게 한다.

본 발명의 바람직한 실시예가 기재되었지만, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 내용에 의해 한정되는 그 밖의 변형을 포함할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.

Claims (10)

1. 제어회로(2)가 모터(1)의 속도를 제어하기 위해 스위치(Ch)의 세트를 구비하여 구성되는 전기모터(1) 및 그 제어회로(2)를 보호하기 위한 시스템에 있어서,

   제어회로(2)에 연결되는 제어중심(7)을 구비하고, 이 제어중심(7)이 각 스위치(Ch)의 전기 유도시간(T_C)을 측정할 수 있으며, 스위치(Ch) 중 하나의 유도의 시작과 서지 전류의 발생 사이의 경과 시간(T_d)을 측정하고, 서지가 제어회로(2)를 통해 흐르는 전류(I_RS)의 값과 설정된 전류(I_LIMIT)값을 비교하는 서지 검출기(3)에 의해 측정되며,

   중심(7)이 시간(T_d,T_C) 사이의 비교를 만들고, 서지전류가 과부하에 의해서인지 또는 전기모터(1)나 소정 스위치(Ch) 상의 단락회로에 의해서인지를 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 시스템.
2. 제1항에 있어서, 시간(T_d)이 0에서 1까지의 범위에 있는 인자(k)가 곱해진 시간(T_C) 보다 짧을 때 제어중심(7)이 모터(1) 또는 스위치(Ch) 중 하나의 단락회로 상태를 가리키고, 시간(T_d)이 인자(k)가 곱해진 시간(T_C) 보다 길 때 중심(7)이 모터(1)의 서지 상태를 가리키는 것을 특징으로 하는 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 시스템.
3. 제2항에 있어서, 인자(k)는 0.5와 등가인 것을 특징으로 하는 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 시스템.
4. 모터(1)의 속도제어가 스위치(Ch)의 세트에 의해 수행되는 전기모터(1) 및 그 제어회로(2)를 보호하기 위한 방법에 있어서,

   각 스위치(Ch)의 전기 유도시간(T_C)을 측정하는 단계와,

   스위치(Ch) 중 하나의 유도의 시작과 서지의 발생 사이의 경과 시간(T_d)을 측정하는 단계 및,

   시간(T_d,T_C)을 비교하고, 결과적으로 서지전류가 과부하에 의해서인지 또는 전기모터(1)나 소정 스위치(Ch) 상의 단락회로에 의해서인지를 결정하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 방법.
5. 제4항에 있어서, 비교단계에서, 시간(T_d)이 0에서 1까지의 범위에 있는 인자(k)가 곱해진 시간(T_C) 보다 짧을 때 모터(1)나 스위치(Ch) 중 하나에서의 단락회로의 상태가 가리켜지고, 시간(T_d)이 상기 인자(k)가 곱해진 시간(T_C) 보다 길 때 모터(1)의 과부하 상태가 가리켜지는 것을 특징으로 하는 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 방법.
6. 제5항에 있어서, 비교단계에서, 상기 인자(k)는 0.5와 등가인 것을 특징으로 하는 전기모터 및 그 제어회로를 보호하기 위한 방법.
7. 위상(F)을 갖추고,

   이 위상(F)이 스위치(Ch)의 세트에 의해 공급되며,

   스위치(Ch)가 제어회로(2)에 의해 제어되어 위상(F)에 인가된 전압을 변조시켜서 모터(1)의 속도를 제어하는 전기모터(1)에 있어서,

   스위치(Ch)의 제어가 제어회로(2)에 연결된 제어중심(7)에 의해 수행되고,

   이 제어중심(7)이 각 스위치(Ch)의 전기 유도시간(T_C)을 측정할 수 있고, 스위치(Ch) 중 하나의 유도의 시작과 서지전류의 발생 사이의 경과 시간(T_d)을 측정하며,

   서지가 설정된 전류(I_LIMIT)값 보다 높은 위상(F)을 통해 흐르는 전류(I_RS)값이고,

   중심(7)이 시간(T_d,T_C) 사이의 비교를 만들고, 서지전류가 과부하에 의해서인지 또는 전기모터(1)의 위상(F)이나 소정 스위치(Ch) 상의 단락회로에 의해서인지를 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기모터.
8. 제7항에 있어서, 시간(T_d)이 0과 1 사이에서 변하는 인자(k)가 곱해진 시간(T_C) 보다 짧을 때 제어중심(7)이 모터(1)의 단락회로의 상태를 가리키고, 시간(T_d)이 인자(k)가 곱해진 시간(T_C) 보다 길 때 중심(7)이 모터(1)의 과부하 상태를 가리키는 것을 특징으로 하는 전기모터.
9. 제8항에 있어서, 인자(k)는 0.5와 등가인 것을 특징으로 하는 전기모터.
10. 삭제

Images