KR100756750B1 - 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치 - Google Patents

한류 특성을 갖는 모터 보호 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 모터 보호 장치는, 전력 계통의 선로 및 모터 간에 연결되어 사고 전류의 유입에 의한 모터(Motor)의 과부하를 방지하는 보호 장치에 있어서, 사고 전류를 차단 및 제한하는 제 1 저항 및 제 2 저항이 병렬로 연결 구성된 전류 제한기; 사고 전류의 유입에 따른 동작 신호가 입력되면 전로(電路)를 개방(Open)하는 전자 접촉기(MC); 및 사고 전류의 감지에 따른 동작 신호를 전자 접촉기로 출력하는 과부하 감지기(TOR);를 포함하고, 선로의 각 상(Phase)에 전류 제한기, 전자 접촉기 및 과부하 감지기가 순차적으로 직렬 연결되어 사고 전류 유입시, 전류 제한기는 제 1 저항의 트립(Trip) 동작에 의해 사고 전류를 제 2 저항으로 우회시켜 전류 제한(Current-Limiting)하고, 전류 제한된 사고 전류는 과부하 감지기(TOR)에 의해 감지되고, 감지에 따라 전자 접촉기(MC)가 전로를 개방하여 사고 전류를 차단하는 것을 특징으로 한다.
한류, 제한, 모터, 보호

Description

한류 특성을 갖는 모터 보호 장치{Motor protector apparatus having current-limit property}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래 기술에 따른 모터 보호 장치를 도시하는 배선도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 보호 장치를 도시하는 배선도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 보호 장치의 동작 특성 곡선을 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사고 전류 발생시 전류의 파형을 도시하는 그래프.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>
110, 210, 310...제 1 저항 120, 220, 320...제 2 저항
130, 230, 330...전자 접촉기 140, 240, 340...과부하 감지기
본 발명은 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 계통을 통해 유입된 사고 전류를 제한 및 차단하여 모터를 보호하기 위한 모터 보호 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 계통에는 낙뢰, 지락 및 단락과 같은 사고가 발생하면 평상시 부하 전류에 비해 매우 큰 사고 전류가 흐르게 되고, 사고 전류에 의해 모터(Motor)가 손상되지 않도록 전력 계통과 모터간에 보호 장치를 마련한다.
최근, 전력 계통에서 발생하는 과전류 및 단락 전류를 제한하고 차단하는 보호 장치의 구성 요소로서, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자가 제안되고 있다.
PTC 특성은 PTC 저항체가 특정 온도에 도달하면 상전이(Phase Transition)에 의해 온도에 비례하여 소자의 저항값이 급격히 증가하고, 복귀성이 있으며, 상전이 온도 변경이 가능한 특성이 있다. 이때, PTC 저항이 급격히 증가하는 현상을 트립(Trip)이라고 하며, 트립이 발생하는 임계 온도를 트립 온도, 트립이 발생하는 임계 전류를 트립 전류라고 한다. 이러한 PTC 특성을 갖는 소자는 금속, 세라믹 및 폴리머 재질의 PTC 소자로 구분할 수 있다.
전술한 PTC 소자를 구성 요소로 하는 모터 보호 장치와 관련하여, 미국특허 제5,530,613호에는 PTC 소자를 계통상에 흐르는 사고 전류 제한용으로 하는 모터 보호 장치가 개시되어 있다. 이 장치를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 계통상에 사고 전류가 발생하면 삼상 PTC 회로(10A, 10B, 10C)가 동작하여 사고 전류를 제한하게 되고, 제한된 사고 전류를 차단하기 위하여 PTC 동작 감시 회로부(38)가 동작한다. 여기서, PTC 동작 감시 회로부(38)는 PTC 소자의 동작을 감시하고, PTC 소자의 전압 강하를 감지하며, 노이즈를 제거한다. PTC 동작 감시 회로부(38)의 동작 이후, 전자 접촉기(14A, 14B, 14C)의 접점을 개방시켜 회로를 차단한다.
그러나, 전술한 미국특허 제5,530,613호에 개시된 모터 보호 장치는 PTC 소자를 이용한 사고 전류의 제한은 용이하나, 사고 전류의 차단을 위한 전자 접촉기를 동작함에 있어서, 동작 신호를 전송하기 위한 복잡한 메카니즘의 PTC 동작 감시 회로부가 필수적으로 구성되어야 하는 문제점이 있다.
또한, PTC 동작 감시 회로부에 포함되는 전자 소자의 구성 비용이 고가이며, 복잡한 메카니즘의 구성은 사고 전류 제한시 이상 동작 발생의 원인으로 작용한다.
아울러, PTC 동작 감시 회로부는 주회로 전원과는 별도로 추가 전원을 사용하여 동작시켜야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전력 계통을 통한 사고 전류의 제한 및 차단이 용이한 단순하고 효율적인 메카니즘의 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치는, 전력 계통의 선로 및 모터 간에 연결되어 사고 전류의 유입에 의한 모터(Motor)의 과부하를 방지하는 보호 장치에 있어서, 사고 전류를 차단 및 제한하는 제 1 저항 및 제 2 저항이 병렬로 연결 구성된 전류 제한기; 상기 사고 전류의 유입에 따른 동작 신호가 입력되면 전로(電路)를 개방(Open)하는 전자 접촉기(MC); 및 상기 사고 전류의 감지에 따른 동작 신호를 전자 접촉기로 출력하는 과부하 감지기(TOR);를 포함하고, 상기 선로의 각 상(Phase)에 전류 제한기, 전자 접촉기 및 과부하 감지기가 순차적으로 직렬 연결되어 사고 전류 유입시, 상기 전류 제한기는 제 1 저항의 트립(Trip) 동작에 의해 사고 전류를 제 2 저항으로 우회시켜 전류 제한(Current-Limiting)하고, 상기 전류 제한된 사고 전류는 과부하 감지기(TOR)에 의해 감지되고, 상기 감지에 따라 전자 접촉기(MC)가 전로를 개방하여 사고 전류를 차단하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1 저항은 PTC 소자이고, 상기 제 2 저항은 분로 저항(Shunt Impedance)이다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 저항은 정격 전류의 10배 이상에서 트립 동작한다.
바람직하게, 제 2 저항의 저항값은 0.1 내지 1.0Ω의 범위이다.
본 발명에 있어서, 상기 전류 제한기의 전류 제한(Current-Limiting) 범위는 사고 전류 대비 80% 감소된 범위이다.
바람직하게, 상기 과부하 감지기는 정격 전류의 10배 미만에서 동작한다.
또한, 상기 모터는 단상 또는 삼상 모터이다.
아울러, 상기 사고 전류는 과전류 및 단락 전류이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따러서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치는 PTC 소자 및 분로 저항을 포함하는 을 이용하여 전력 계통으로 유입된 사고 전류를 차단 및 제한하며, 전자 접촉기(Magnetic Contractor, MC) 및 과부하 감지기(Thermal Overload Relay, TOR)를 이용하여 전류 제한(Current-Limiting)된 잔류 사고 전류를 차단하는데, 먼저, 본 발명의 실시예에 따른 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치의 구성 및 작용을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
여기서, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 보호 장치를 도시하는 배선도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 보호 장치의 동작 특성 곡선을 도시하는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사고 전류 발생시 전류의 파형을 도시하는 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모터 보호 장치는 전력 계통의 R, S, T상 및 모터(Motor)간에 구성되며, 상기 R, S, T상 각각에 제 1 저항(110, 210, 310) 및 제 2 저항(120, 220, 320)을 포함하는 전류 제한기, 전자 접촉기(130, 230, 330) 및 과부하 감지기(140, 240, 340)가 순차적으로 직렬 연결되는 구조이다.
상기 전류 제한기는 제 1 저항(110, 210, 310) 및 제 2 저항(120, 220, 320)이 병렬로 연결된 구조이다.
여기서, 상기 제 1 저항(110, 210, 310)은 정온도계수 특성을 갖는 PTC 소자로서, 정격 전류가 유입되는 정상 상태에서는 저저항 상태를 유지하는 반면에 사고 전류가 유입되는 사고 상태에서는 소자 내부의 열폭주로 인한 고저항 상태를 유지하여 사고 전류의 유입을 차단한다. 이때, 상기 제 1 저항(110, 210, 310)은 정격 전류의 10배 이상에서 사고 전류의 유입에 따라 저항이 급격히 증가하는 동작 즉, 트립(Trip) 동작한다. 본 발명의 실시예에서, 상기 제 1 저항(110, 210, 310)은 주위 온도 상승에 따라 특정 온도값에서 전기 저항이 급격히 상승하는 금속, 세라믹(Ceramic) 또는 폴리머(Polymer) 재질의 PTC 소자 중 선택된 어느 하나를 채택할 수 있으며, 전극 및 리드를 포함함은 자명하다.
또한, 상기 제 2 저항(120, 220, 320)은 분로 저항(Shunt Impedance)으로서, 소정 저항값, 바람직하게 0.1 내지 1.0Ω 범위의 저항값을 구비하여 정상 상태에서는 제 1 저항(110, 210, 310)보다 높은 저항값을 갖지만, 사고 상태에서는 제 1 저항값보다 상대적으로 작은 저항값이 된다. 이에 따라, 사고 상태에서 제 1 저항(110, 210, 310)의 트립 동작에 의해 우회하는 사고 전류의 도전로를 형성한다. 이 때, 상기 우회하는 사고 전류는 제 1 저항(110, 210, 310)에 의해 1차 전류 제한(Current-Limiting)된다.
상기 전자 접촉기(130, 230, 330)는 전류 제한기와 직렬 연결되며, 상기 과부하 감지기(140, 240, 340)로부터의 동작 신호(Trip Signal)에 의해 전로(電路)를 개로(Open)하는 전로 개패 수단이다. 여기서, 상기 전자 접촉기(130, 230, 330)는 사고 상태에서 정상 상태로 변환시 자동 복귀 즉, 전로를 폐로(Close)하며, 과부하 감지기(140, 240, 340)와 연동 동작한다.
상기 과부하 감지기(140, 240, 340)는 전자 접촉기(130, 230, 330)와 직렬 연결되며, 상기 전류 제한기를 통해 유입된 잔류 사고 전류의 감지에 따른 동작 신호를 전자 접촉기(130, 230, 330)로 전달한다. 여기서, 상기 과부하 감지기(140, 240, 340)는 정격 전류의 10배 미만에서 동작하는 것이 바람직하며, 모터의 초기 기동시 피크 전류를 고려하여 최저 한계를 정격 전류의 6 내지 8배로 설계하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
전술한 구성의 모터 보호 장치에 대한 작동을 정상 상태 및 사고 상태로 나누어 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전력 계통에 정격 전류가 인가되는 정상 상태 즉, 모터가 안정적으로 동작하는 상태에서, 정상 전류는 전류 저항기의 제 1 저항(110, 210, 310)을 통해 흐르게 된다. 이때, 상기 제 1 저항(110, 210, 310)은 제 2 저항(120, 220, 320)보다 상대적으로 작은 저항값의 저저항 상태를 유지한다. 이후, 상기 정상 전류는 폐로 상태의 전자 접촉기(130, 230, 330) 및 과부하 감지기(140, 240, 340)를 순차적 으로 경유하여 모터에 공급된다.
다음으로, 상기 전력 계통에 과전류 및 단락 전류가 인가되는 사고 상태에서, 사고 전류는 전류 저항기의 제 2 저항(120, 220, 320)을 통해 흐르게 된다. 여기서, 상기 제 1 저항(110, 210, 310)은 트립 동작하며, 이에 따라 사고 전류는 상대적으로 작은 저항값의 제 2 저항(120, 220, 320)을 통해 흐르게 된다. 이때, 상기 사고 전류는 제 1 저항(110, 210, 310)의 트립 동작에 따른 한류 작용 및 제 2 저항(120, 220, 320)에 의해 전류량이 최대 80% 감소된다. 이후, 전류 제한기를 통과한 잔류 사고 전류는 과부하 감지기(140, 240, 340)에 의해 감지되고, 상기 과부하 감지기(140, 240, 340)는 잔류 사고 전류의 감지에 따른 동작 신호를 전자 접촉기(130, 230, 330)로 전달한다. 이때, 상기 전자 접촉기(130, 230, 330)는 동작 신호에 의해 전로를 개방함으로써, 사고 전류에 의한 모터의 손상을 방지한다.
전술한 구성 및 작용에 의해 모터는 전력 계통의 사고로부터 보호되는데, 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 구성 요소의 동작 특성을 도 3을 참조하여 다시 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 정상 상태에서의 모터 기동 전류는 1 내지 5초의 범위 내에서 피크 전류가 발생하며, 이후 일정한 정격 전류가 모터에 인가됨을 알 수 있다. 이때, 정격 전류의 10배가 넘는 사고 전류가 흐르면 전류 제한기의 제 1 저항(110, 210, 310)이 트립 동작하고, 정격 전류의 10배 미만에서 과부하 감지기가 동작한다.
좀 더 구체적으로, 전술한 구성 및 작용에 의한 모터 보호 장치에 사고 전류 가 유입될 때, 상기 사고 전류를 차단하는 메카니즘을 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 사고 전류 유입시 흐르는 총 전류량(R) 및 제 2 저항에 인가되는 전류량(G)은 제 1 저항의 트립 동작에 의해 80% 감소된다. 이때, 제 1 저항을 통해 흐르는 전류량(B')은 '0'에 근사한다. 이후, 전자 접촉기의 개로에 의해 모터로의 사고 전류 흐름이 차단된다. 이때, 상기 사고 전류 유입에서 차단까지의 시간은 대략 0.15초 이내이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 PTC 저항 및 분로 저항을 이용하여 사고 전류를 효과적으로 제한하고, 단순한 메카니즘의 전자 접촉기 및 과부하 감지기를 이용하여 사고 전류를 효율적으로 차단할 수 있다.
또한, 종래의 MCCB, MC 및 TOR의 연계 구성에서 MCCB가 제거된 PTC, MC, TOR로 연계 구성함으로써, 가격 대비 고효율의 모터 보호 시스템 구축이 가능하다.

Claims (9)

  1. 전력 계통의 선로 및 모터 간에 연결되어 사고 전류의 유입에 의한 모터(Motor)의 과부하를 방지하는 보호 장치에 있어서,
    사고 전류를 차단 및 제한하는 제 1 저항 및 제 2 저항이 병렬로 연결 구성된 전류 제한기;
    상기 사고 전류의 유입에 따른 동작 신호가 입력되면 전로(電路)를 개방(Open)하는 전자 접촉기(MC); 및
    상기 사고 전류의 감지에 따른 동작 신호를 전자 접촉기로 출력하는 과부하 감지기(TOR);를 포함하고,
    상기 선로의 각 상(Phase)에 전류 제한기, 전자 접촉기 및 과부하 감지기가 순차적으로 직렬 연결되어 사고 전류 유입시, 상기 전류 제한기는 제 1 저항의 트립(Trip) 동작에 의해 사고 전류를 제 2 저항으로 우회시켜 전류 제한(Current-Limiting)하고, 상기 전류 제한된 사고 전류는 과부하 감지기(TOR)에 의해 감지되고, 상기 감지에 따라 전자 접촉기(MC)가 전로를 개방하여 사고 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 저항은 PTC 소자인 것을 특징으로 하는 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 저항은 분로 저항(Shunt Impedance)인 것을 특징으로 하는 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 1 저항은 정격 전류의 10배 이상에서 트립 동작하는 것을 특징으로 하는 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제 2 저항의 저항값은 0.1 내지 1.0Ω의 범위인 것을 특징으로 하는 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제한기의 전류 제한(Current-Limiting) 범위는 사고 전류 대비 80% 감소된 범위인 것을 특징으로 하는 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 과부하 감지기는 정격 전류의 10배 미만에서 동작하는 것을 특징으로 하는 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 단상 또는 삼상 모터인 것을 특징으로 하는 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 사고 전류는 과전류 및 단락 전류인 것을 특징으로 하는 한류 특성을 갖는 모터 보호 장치.
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