KR100684623B1 - 바이패스 회로를 이용한 전동기 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이패스 회로를 이용한 전동기 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전동기 구동 장치는 바이패스 회로를 이용하여 전동기를 구동하는 전동기 구동 장치에 있어서, 발전기로부터의 전압을 변환하는 변압기, 변압기로부터의 전력의 주파수를 제어하는 주파수 변환기 및 시동시 발전기로부터 변압기 및 주파수 변환기를 거쳐 전동기로 시동 전력을 인가하며, 운전시 발전기로부터 변압기를 거쳐 전동기로 운전 전력을 인가하도록 제어하는 바이패스 회로를 포함한다.

전동기, 구동, 바이패스(By-pass)

Description

바이패스 회로를 이용한 전동기 구동 장치{Apparatus for driving a motor using By-pass circuit}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전동기 속도와 토크와의 관계를 나타낸 그래프.

도 2는 기존 선박의 전동기 구동 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 전동기 구동 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

301…변압기 303…주파수 변환기

305…바이패스 회로 307…전동기

본 발명은 바이패스 회로를 이용한 전동기 구동 장치에 관한 것이다.

종래 유도 전동기를 구동하기 위한 방법으로서 전전압 방식, 와이-델타 방식, 리액터 방식, 1차 저항 방식 및 소프트 스타터 방식이 있었다. 상기 전전압 방식은 유도 전동기에 최초부터 전 전압을 인가하여 구동하는 방식을 말하며, 가속도 토크가 커서 기동 시간이 짧은 장점이 있다. 그러나 상기 전전압 방식은 기동 전류가 크고 전압 강하의 원인이 되는 결점을 갖고 있다.

상기 와이-델타 방식은 델타 결선으로 운전되는 유도 전동기를 기동시에만 와이 결선으로 기동하는 방식을 말하며, 기동 전류를 상기 전전압 방식의 기동시보다 약 1/3 가량 줄일 수 있다. 즉, 상기 와이-델타 방식은 최대 기동 전류에 의한 전압 강하를 경감시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 상기 와이-델타 방식은 최소 기동 가속 토크가 작으므로 부하를 연결한 상태로 기동이 어려운 단점이 있다.

상기 리액터 방식은 유도 전동기의 1차측에 리액터를 삽입하여 기동시에 상기 유도 전동기의 전압을 리액터의 전압 강하분 만큼 낮추어서 기동하는 방식을 말한다. 상기 리액터 방식은 탭전환에 따라 최대 기동 전류, 최소 기동 토크가 조정이 가능한 장점이 있다. 그러나 상기 리액터 방식은 기동 전류에 비해 기동 토크의 감소가 큰 단점이 있다.

상기 1차 저항 방식은 상기 리액터 기동 방식에서 리액터 대신 저항기를 삽입한 것을 의미한다. 상기 1차 저항 방식은 리액터 기동과 마찬가지로 탭 전환에 따라 최대 기동 전류, 최소 기동 토크가 조절이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 상기 1차 저항 방식은 최소 기동 토크의 감소가 큰 단점이 있다.

최근 일반적으로 기존 선박의 대형 전동기 구동 장치는 대형 전동기 제어 회 로 구성시 전동기 토크의 최대값 곡선에 맞추어 구동기의 용량을 결정하고 전 범위에 대하여 일정 가변 속도 제어가 가능하다. 그러나 기존 선박의 대형 전동기 구동 방법은 고가의 전압 사이클 동안 전 시간 운전해야하는 주파수 변환기의 구동 사이클 및 THD(Total Harmonic Distortion) 측면에서 불리한 구성으로 판단되며 강압 변압기 혹은 승압 변압기를 사용함으로써 소비하는 자재비 상승의 요인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 전동기 시동 최소 토크값 곡선을 바탕으로 큰 시동 전력 없이 전동기를 시동하는 전동기 구동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시동 후 발전기로부터의 전력을 직접적으로 전동기로 공급하기 위해 전압의 인가 경로를 변경한 전동기 구동 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 바이패스 회로를 이용하여 전동기를 구동하는 전동기 구동 장치에 있어서, 발전기로부터의 전압을 변환하는 변압기, 상기 변압기로부터의 전력의 주파수를 제어하는 주파수 변환기 및 시동시 상기 발전기로부터 상기 변압기 및 주파수 변환기를 거쳐 상기 전동기로 시동 전력을 인가하며, 운전시 상기 발전기로부터 상기 변압기를 거쳐 상기 전동기로 운전 전력을 인가하도록 제어하는 바이패스 회로를 포함하는 전동기 구동 장치를 제공할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 전동기는 유도 전동기인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 주파수 변환기는 전동기 속도와 토크의 관계를 나타내는 전동기 시동 토크 곡선(Start-up torque curve)을 바탕으로 인가되는 주파수를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전동기 속도와 토크와의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 1을 참조하면, 상기 그래프(100)는 일정 가변 속도 제어를 위한 전동기 시동 최대 토크값 곡선(101)과 전동기 시동 최소 토크값 곡선(103)을 나타낸다. 상기 전동기 시동 최대 토크값 곡선(101) 및 전동기 시동 최소 토크값 곡선(103)은 압축기(Compressor)에 관계된 전동기의 특성을 나타내는 곡선이다.

상기 전동기 시동 최대 토크값 곡선(101)은 전동기 속도에 따라 전동기 구동 회로 시동시 필요한 토크의 최대값을 표시한다. 일반적으로 선박의 기존 전동기 구동 장치는 상기 전동기 시동 최대 토크값 곡선(101)을 이용하여 구동 장치의 용량을 결정할 수 있다.

상기 전동기 시동 최소 토크값 곡선(103)은 전동기 속도에 따른 전동기 구동 회로 시동시 필요한 토크의 최소값을 나타낸다. 본 발명에 따른 전동기 구동 장치 는 상기 전동기 시동 최소 토크값 곡선(103)을 이용하여 구동 장치의 용량을 결정할 수 있다.

도 2는 기존 선박의 전동기 구동 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 선박의 기존 전동기 구동 회로(200)는 제1 변압기(201), 주파수 변환기(203) 및 제2 변압기(205)를 포함하며, 전동기(207)를 구동하는 역할을 수행한다.

기존 전동기 구동 회로(200)는 압축기(Compressor)에 관계된 전동기(207)의 특성을 나타내는 곡선인 전동기 시동 최대 토크값 곡선을 이용하여 시동한다. 상기 기존 전동기 구동 회로(200)는 상기 전동기를 시동하기 위해 주파수 변환기를 통해 시동에 적합한 전압을 인가한 후 점진적으로 증가하는 기능을 포함한다. 상기 기존 전동기 구동 회로(200)는 전 범위에 걸친 전동기(207) 속도를 일정 가변 속도(Continuous variable speed)로 제어하고 상기 전동기(207)를 운전하기 위해 시동시 뿐만 아니라 전 운전 시간 동안 제1 변압기(203), 주파수 변환기(203) 및 제2 변압기를 거쳐 전동기(207)로 전전압(全電壓)이 인가된다.

상기 제1 변압기(201) 및 제 2 변압기(205)는 전자유도 현상을 이용하여 전력을 공급하는 발전기로부터의 교류 전압 크기를 변화시키는 기능을 수행한다. 바람직하게는 상기 제 1 변압기(201)는 강압 변압기(Step-down transformer)로서 6.6kV의 전압을 3.3kV의 전압으로 변화시켜 주파수 변환기(203)로 인가할 수 있다. 또한 상기 제 2 변압기(205)는 승압 변압기(Step-up transformer)로서 3.3kV의 전압을 6.6kV의 전압으로 변화시켜 전동기(207)로 인가할 수 있다.

주파수 변환기(203)는 과도 전압 없이 상기 전동기(207)를 안전하게 시동하는 기능을 수행한다. 또한 주파수 변환기(203)는 상기 전동기(207)로 인가되는 전압과 주파수를 제어하는 기능을 포함한다.

전동기(207)는 전전압(全電壓) 직입기동이 어려운 대형 전동기이다. 바람직하게 상기 전동기(207)는 6.6kV의 전압을 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 전동기 구동 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 전동기 구동 회로(300)는 변압기(301), 주파수 변환기(303), 바이패스 회로(By-pass circuit, 305)를 포함하며, 전동기(307)를 구동하는 역할을 수행한다.

먼저 상기 전동기 구동 회로(300)에서 시동시를 살펴보면, 전력을 공급하는 발전기로부터의 전압이 상기 변압기(301) 및 주파수 변환기(303)를 통해 점진적으로 증가되어 전동기(307)로 인가된다. 여기서 주파수 변환기(303)는 압축기(Compressor)에 관계된 전동기(307)의 특성을 나타내는 곡선인 전동기 시동 최소 토크값 곡선을 이용하여 인가되는 주파수를 제어하고 전력을 공급하는 발전기로부터 큰 시동 전력 없이 전동기(307)로 높은 시동 토크를 적용시킬 수 있다. 상기 점진적으로 인가된 전압에 의하여 상기 전동기(307)는 시동된다. 이때 전력을 공급하 는 발전기에서 변압기(301)를 통해 점진적으로 증가되는 전압은 상기 바이패스 회로(305)를 통해 전동기로 직접적으로 연결되지 아니한다.

상기 전동기 구동 회로(300)에서 운전시를 살펴보면, 상기 바이패스 회로(305)는 시동 후 직접적으로 상기 변압기(301)에 연결되어 발전기로부터의 전력을 상기 전동기(307)로 공급하기 위해 전압의 인가 경로를 변경(Change-over)하는 기능을 수행한다. 상기 전동기 구동 회로(300)는 상기 바이패스 회로(305)를 통해 전동기(307)를 제어하여 주파수 변환기(303)의 정전 용량(Capacity)을 최대로 하고 정전 대비 용량을 줄일 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면 전동기 시동 최소 토크값 곡선을 바탕으로 큰 시동 전력 없이 전동기를 시동하는 전동기 구동 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면 시동 후 발전기로부터의 전력을 직접적으로 전동기로 공급하기 위해 전압의 인가 경로를 변경한 전동기 구동 장치를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 바이패스 회로를 이용하여 전동기를 구동하는 전동기 구동 장치에 있어서,

   발전기로부터의 전압을 변환하는 변압기;

   상기 변압기로부터의 전력의 주파수를 제어하는 주파수 변환기; 및

   시동시 상기 발전기로부터 상기 변압기 및 주파수 변환기를 거쳐 상기 전동기로 시동 전력을 인가하며, 운전시 상기 발전기로부터 상기 변압기를 거쳐 상기 전동기로 운전 전력을 인가하도록 제어하는 바이패스 회로

   를 포함하는 전동기 구동 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전동기는 유도 전동기인 것

   을 특징으로 하는 전동기 구동 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 주파수 변환기는 전동기 속도와 토크의 관계를 나타내는 전동기 시동 토크 곡선(Start-up torque curve)을 바탕으로 인가되는 주파수를 제어하는 것

   을 특징으로 하는 전동기 구동 장치.

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