KR100864728B1

KR100864728B1 - 오토 히터 디바이스 모듈

Info

Publication number: KR100864728B1
Application number: KR1020080041417A
Authority: KR
Inventors: 한철주; 한석주
Original assignee: 한철주
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2008-05-02
Publication date: 2008-10-23

Abstract

본 발명에 따른 오토 히터 디바이스 모듈은 선박용 AC 삼상 모터가 휴지상태에 있을 때 고정자 코일에 일정 시간 간격으로 일정한 전원을 공급하여 응축된 습기를 제거하고 절연 저항값을 올려 선박용 모터의 수명을 연장할 수 있는 모터 와인딩 코일의 히팅용 전원을 공급한다. 이와 같은 오토 히터 디바이스 모듈은 AC 460볼트 10A(10~100HP), AC 460볼트 25A(125~250HP), AC 460볼트 50A(300~500HP), AC 460볼트 80A(600~800HP)의 타입으로 구성할 수 있다. 이와 같은 오토 히터 디바이스 모듈은 교류전원을 입력받아 전압을 다운시키는 동기 트랜스포머와, 이 트랜스포머와 연결되고 AC와 DC 사이의 신호전환을 제어하는 제어 레귤레이터와, 트랜스포머에서 입력된 신호에서 동기를 검출하는 동기 검출부와, 모터에 투입될 돌입 전류를 방지하도록 소프트 스타트를 수행하는 소프트 스타트부와, 이 소프트 스타트부의 소프트 스타트에 따라 동작하고 동기 검출부에 검출한 동기신호를 입력받아 위상각을 결정하는 위상각 결정부와, PWM 제어를 수행하는 PWM 제어부와, 위상각 결정부의 출력과 PWM 제어부의 출력을 결합시키는 논리합 소자와, 이 논리합 소자의 출력에 따라 동작하여 사이리스터의 게이트 펄스 구동을 수행하는 사이리스터 게이트 펄스 구동부와, 이 사이리스터 게이트 펄스 구동부에 의해 구동되고 제어된 직류전압을 모터로 전달하는 사이리스터를 구비한다.

Description

오토 히터 디바이스 모듈{AUTO HEATER DEVICE MODULE}

본 발명은 오토 히터 디바이스 모듈에 관한 것으로, 특히 선박용 AC 삼상(3 phase) 모터가 휴지상태에 있을 때 고정자 코일(stator coil)에 일정 시간(예, 16.6ms) 간격으로 일정한 전원을 공급하여 응축된 습기를 제거하고 절연 저항값을 올려 선박용 모터의 수명을 연장할 수 있도록 모터 와인딩 코일의 히팅용 전원을 공급하기 위한 오토 히터 디바이스 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로 바꾸는 장치이다. 전원의 종류에 따라 직류모터와 교류모터로 분류되며, 교류모터는 다시 3상 교류용과 단상 교류용으로 구분된다. 오늘날에는 3상 교류용 전동기를 주로 사용하고 있다.

이때, 선박에 사용되는 모터는 해상에서의 사용이 많기 때문에 습기에 특히 취약한 특성을 갖는다. 따라서, 선박용 모터에 대해서는 고정자 코일에 응축되는 습기를 제거할 필요가 있다.

도 1은 종래 선박용 모터 와인딩 히터 제어 장치의 블록구성도이다.

도 1을 참조하면, 여기서 참조번호 10은 선박용 모터이고, 11은 MCC(motor control center)이며, 12는 O/L(Over Load)이고, 13과 14는 퓨즈(F1, F2)이며, 15는 전압 다운 트랜스포머(Voltage down transformer)이며, 16은 타이머 및 시퀀스 회로(timer and sequence circuit)이다.

이와 같이 종래기술에 따른 선박용 모터 와인딩 히터 제어 장치는 과도한 돌입전류로 인한 아크전압 발생으로 마그네틱 접촉기의 접전 소손과 트랜스포머(15) 보호용의 퓨즈(13, 14), 전압 다운 트랜스포머(15), 타이머 및 시퀀스 회로(16)와 마그네틱 접촉기 등으로 구성된다.

그러나 이러한 종래의 장치는 제작시 높은 비용이 소요되고, 넓은 설치 공간이 필요하며, 작업의 비효율성이 존재한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 선박용 AC 삼상 모터가 휴지상태에 있을 때 고정자 코일에 일정 시간 간격으로 일정한 전원을 공급하여 응축된 습기를 제거하고 절연 저항값을 올려 선박용 모터의 수명을 연장할 수 있는 모터 와인딩 코일의 히팅용 전원을 공급하기 위한 오토 히터 디바이스 모듈을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 교류전원(L1, L2)을 입력받아 전압을 다운시키는 동기 트랜스포머(Synchronous Transformer)(110)와; 상기 동기 트랜스포머(110)와 연결되고 AC(Alternating Current, 교류)와 DC(Direct Current, 직류) 사이의 신호전환을 제어하는 제어 레귤레이터(Control Regulator)(120)와; 상기 트랜스포머(110)에서 입력된 신호에서 동기를 검출하는 동기 검출부(Synchronous amp)(130)와; 모터(10)에 투입될 돌입 전류를 방지하도록 소프트 스타트(Soft Start)를 수행하는 소프트 스타트부(140)와; 상기 소프트 스타트부(140)의 소프트 스타트에 따라 동작하고, 상기 동기 검출부(130)에 검출한 동기신호를 입력받아 위상각을 결정하는 위상각 결정부(Phase angle amp)(150)와; PWM(Phase With Modulation) 제어를 수행하는 PWM 제어부(160)와; 상기 위상각 결정부(150)의 출력과 상기 PWM 제어부(160)의 출력을 결합시키는 논리합 소자(170)와; 상기 논리합 소자(170)의 출력에 따라 동작하여 사이리스터(190)의 게이트 펄스 구동을 수행하는 사이리스터 게이트 펄스 구동부(180)와; 상기 사이리스터 게이트 펄스 구동부(180)에 의해 구동되고, 제어된 직류전압(T1, T2)을 상기 모터(10)로 전달하는 사이리스터(190)를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 오토 히터 디바이스 모듈에서 상기 동기 검출부(130)는, 상기 동기 트랜스포머(110)의 1차측 L1로부터 유기된 2차측 전압을 통해 상기 사이리스터(190)의 애노드(ANODE)에 위치한 위상과 비교할 동기를 검출할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 오토 히터 디바이스 모듈에서 상기 위상각 결정부(150)는, '-' 레벨의 삼각파와 상기 소프트 스타트부(140)의 소프트 스타트 타임 전압을 비교하여 '-'에서 '+'로 상승하는 상승에지에서 상기 사이리스터(190)에 대한 위상각을 결정할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 오토 히터 디바이스 모듈에서 상기 사이리스터 게이트펄스 구동부(180)는, 펄스 트랜스포머(도면상에 미도시)를 이용하여 상기 사이리스트(190)의 게이트를 점화시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 오토 히터 디바이스 모듈에서 상기 사이리스터 게이트펄스 구동부(180) 내부의 펄스 트랜스포머는, 빠른 자속을 수용할 수 있는 페라이트 코어(Ferrite Core)를 사용할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 오토 히터 디바이스 모듈에서 상기 사이리스터(190)는, 유도성 LOAD의 출력 파형을 상기 모터(10)로 공급할 수 있다.

본 발명에 의한 오토 히터 디바이스 모듈은 선박용 AC 삼상 모터가 휴지상태에 있을 때 고정자 코일에 일정 시간 간격으로 일정한 전원을 공급하여 응축된 습기를 제거하고 절연 저항값을 올려 선박용 모터의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있게 된다. 또한, 본 발명은 저렴한 제작 비용이 가능하고, 좁은 공간에도 설치가 가능하며, 작업의 효율성을 기할 수 있는 효과도 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 오토 히터 디바이스 모듈의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.

먼저 본 발명은 선박용 AC 삼상 모터가 휴지상태에 있을 때 고정자 코일에 일정 시간 간격으로 일정한 전원을 공급하여 응축된 습기를 제거하고 절연 저항값을 올려 선박용 모터의 수명을 연장하고자 한 것이다. 이와 같은 본 발명의 오토 히터 디바이스 모듈은 모터 와인딩 코일의 히팅용 전원을 공급하도록 모듈형태로 구성되는데, AC 460볼트 10A(10~100HP), AC 460볼트 25A(125~250HP), AC 460볼트 50A(300~500HP), AC 460볼트 80A(600~800HP)의 모듈(타입)로 구성할 수 있는 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 오토 히터 디바이스 모듈과 그 주변블록의 블록구성도이고, 도 3은 도 2에서 오토 히터 디바이스 모듈의 상세블록도이며, 도 4는 도 3에서 동기 검출부의 출력파형도이고, 도 5는 도 3에서 위상각 결정부의 출력파형도며, 도 6은 도 3에서 PWM 제어부의 출력파형도이고, 도 7은 도 3에서 사이리스터 게이트 펄스 구동부의 출력파형도이며, 도 8은 본 발명에서 저항 LOAD(부하)에 대한 사이리스터의 출력파형도이고, 도 9는 본 발명에서 유도성 LOAD에 대한 사이리스터의 출력파형도이다.

먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 동기 트랜스포머(Synchronous Transformer)(110)는 제어 레귤레이터(120)와 연결되고, 동기 검출부(130)와 연결된다. 또한 동기 트랜스포머(110)는 교류전원(L1, L2)을 입력받아 전압을 다운시킨다. 제어 레귤레이터(Control Regulator)(120)는 트랜스포머(110)와 연결되고 AC와 DC 사이의 신호전환을 제어한다.

동기 검출부(Synchronous amp)(130)는 트랜스포머(110)에서 입력된 신호에서 동기를 검출하여 위상각 결정부(150)로 전달한다. 그래서 동기 검출부(130)는 동기 트랜스포머(110)의 1차측 L1로부터 유기된 2차측 전압을 통해 사이리스터(190)의 애노드(ANODE)에 위치한 위상과 비교할 동기를 검출한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 동기 검출부(130) 내부의 OP AMP(도면상에 미도시)의 '+' 입력단자와 '-' 입력단자에 입력된 사인파(SINE WAVE)는 황색 그래프로 나타난다. 또한 OP AMP의 출력은 '-' 입력단자에 입력되는 신호파형에 매칭되어 출력되는데, 이는 청색 그래프가 된다. 또한 소프트 스타트부(140)는 위상각 결정부(150)와 연결되고, 모터(10, 도 2 참조)에 투입될 돌입 전류를 방지하도록 소프트 스타트(Soft Start)를 수행한다. 소프트 스타트 타임은 모터 와인딩 코일에 투입될 돌입 전류를 방지하기 적절한 값(예, 60초)으로 설정할 수 있다.

한편, 위상각 결정부(Phase angle amp)(150)는 소프트 스타트부(140)의 소프트 스타트에 따라 동작하고, 동기 검출부(130)에 검출한 동기신호를 입력받아 위상각을 결정하여 논리합 소자(OR GATE)(170)를 통해 사이리스터 게이트 펄스 구동부(180)로 전달한다. 이때 위상각 결정부(150)는 '-' 레벨의 삼각파와 소프트 스타트부(140)의 소프트 스타트 타임 전압을 비교하여 '-'에서 '+'로 상승하는 상승에지에서 사이리스터(190)에 대한 위상각을 결정하여 전달한다.

도 5를 참조하면, 위상각 결정부(150)는 황색 그래프에서 '-'에서 '+'로 상승하는 상승에지에서 사이리스터(190)에 대한 위상각을 결정한다.

한편, PWM 제어부(160)는 PWM(Phase With Modulation) 제어를 수행한다. 즉, 유도성 LOAD에 사이리스터(190)로 위상각을 제어할 경우에 게이트 펄스는 펄스를 다발로 실어야 하기 때문에 점화각 안에 PWM을 실어 사이리스터(190)의 게이트에 점화시킨다. 물론, 전술한 바와 같이, 사이리스터 게이트 점화각은, 도 5에서 보는 바와 같이, 위상각 결정부(150)에 의해 결정된다. 그리고, PWM 제어부(160)는 위상각 결정부(150)에 의해 결정된 점화각과 PWM 파형을 사이리스터(190)의 게이트에 OR로 실어 주게 되는 것이다. 이때, 점화각 조정 범위의 결정은 동기 검출부(130)에서 형성된 삼각파(도 5에서 청색으로 표시된 그래프)와 소프트 스타트부(140)의 출력조정("+"에서 "-" 또는 "-"에서 "+"로 조정)에 의해 결정된다. 예컨대, 본 실시예에서 점화각은, 도 4에서 보는 바와 같이, 약 2ms로 위상각이 결정(녹색 그래프)되어져 있는데, 이를 각도로 계산하면 43.3°가 된다.

도 6을 참조하면, PWM 제어부(160)에서 출력되는 파형은 황색 그래프와 같이 된다.

한편, 논리합 소자(170)는 위상각 결정부(150)의 출력과 PWM 제어부(160)의 출력을 결합시켜 다음 단의 트랜지스터를 통해 사이리스터 게이트 펄스 구동부(180)로 전달한다. 사이리스터 게이트 펄스 구동부(180)는 트랜지스터를 통해 논리합 소자(170)의 출력을 입력받고, 논리합 소자(170)의 출력에 따라 동작하여 사이리스터(190)의 게이트 펄스 구동을 수행한다.

도 7을 참조하면, 동기 검출 파형인 황색 그래프, 위상각인 청색 그래프에 따라 사이리스터 게이트 펄스 구동부는 펄스 트랜스포머(Pulse Transformer, 도면상에 미도시)를 이용하여 펄스 트랜스포머의 1차측에 입력되는 적색 그래프로 이어지는 펄스 파형을 통해 사이리스터(190)의 게이트에 점화시킨다. 그러면 사이리스터(190)를 통해 DC(T1, T2)의 출력전압과 파형이 결정된다. 여기서 사이리스터 게이트펄스 구동부(180) 내부의 펄스 트랜스포머는 자속의 왜란을 방지하고자 규소강판 철심 코어를 사용하지 않고, 빠른 자속을 수용할 수 있는 페라이트 코어(Ferrite Core)를 사용한다.

한편, 사이리스터(190)는 사이리스터 게이트 펄스 구동부(180)에 의해 구동되고, 제어된 직류전압(T1, T2)을 모터(10)로 전달한다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 사이리스터(190)는 유도성 LOAD의 출력 파형을 모터(10)로 공급한다. 따라서 오토 히터 디바이스 모듈(100)의 궁극적인 출력값은 유도성 LOAD(부하)에 공급되는 출력 파형을 모터(10)로 연속적으로 공급하게 된다.

이와 같이 본 발명은 선박용 AC 삼상 모터의 고정자 코일에 일정 시간 간격으로 일정한 직류 전원을 공급하여 응축된 습기를 제거하고 절연 저항값을 올려 선박용 모터의 수명을 연장하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 오토 히터 디바이스 모듈과 그 주변블록의 블록구성도이다.

도 3은 도 2에서 오토 히터 디바이스 모듈의 상세블록도이다.

도 4는 도 3에서 동기 검출부의 출력파형도이다.

도 5는 도 3에서 위상각 결정부의 출력파형도이다.

도 6은 도 3에서 PWM 제어부의 출력파형도이다.

도 7은 도 3에서 사이리스터 게이트 펄스 구동부의 출력파형도이다.

도 8은 본 발명에서 저항 LOAD에 대한 사이리스터의 출력파형도이다.

도 9는 본 발명에서 유도성 LOAD에 대한 사이리스터의 출력파형도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 오토 히터 디바이스 모듈

110 : 동기 트랜스포머

120 : 제어 레귤레이터

130 : 동기 검출부

140 : 소프트 스타트부

150 : 위상각 결정부

160 : PWM 제어부

170 : 논리합 소자

180 : 사이리스터 게이트 펄스 구동부

190 : 사이리스터

Claims

교류전원을 입력받아 전압을 다운시키는 동기 트랜스포머와;

상기 트랜스포머와 연결되고 AC와 DC 사이의 신호전환을 제어하는 제어 레귤레이터와;

상기 트랜스포머에서 입력된 신호에서 동기를 검출하는 동기 검출부와;

모터에 투입될 돌입 전류를 방지하도록 소프트 스타트를 수행하는 소프트 스타트부와;

상기 소프트 스타트부의 소프트 스타트에 따라 동작하고, 상기 동기 검출부에 검출한 동기신호를 입력받아 위상각을 결정하는 위상각 결정부와;

PWM 제어를 수행하는 PWM 제어부와;

상기 위상각 결정부의 출력과 상기 PWM 제어부의 출력을 결합시키는 논리합 소자와;

상기 논리합 소자의 출력에 따라 동작하여 사이리스터의 게이트 펄스 구동을 수행하는 사이리스터 게이트 펄스 구동부와;

상기 사이리스터 게이트 펄스 구동부에 의해 구동되고, 제어된 직류전압을 상기 모터로 전달하는 사이리스터;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오토 히터 디바이스 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 동기 검출부는,

상기 동기 트랜스포머의 1차측 L1로부터 유기된 2차측 전압을 통해 상기 사이리스터의 애노드에 위치한 위상과 비교할 동기를 검출하는 것을 특징으로 하는 오토 히터 디바이스 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 위상각 결정부는,

'-' 레벨의 삼각파와 상기 소프트 스타트부의 소프트 스타트 타임 전압을 비교하여 '-'에서 '+'로 상승하는 상승에지에서 상기 사이리스터에 대한 위상각을 결정하는 것을 특징으로 하는 오토 히터 디바이스 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 사이리스터 게이트펄스 구동부는,

펄스 트랜스포머를 이용하여 상기 사이리스트의 게이트를 점화시키는 것을 특징으로 하는 오토 히터 디바이스 모듈.
제 4 항에 있어서,

상기 사이리스터 게이트펄스 구동부 내부의 펄스 트랜스포머는,

빠른 자속을 수용할 수 있는 페라이트 코어를 사용하는 것을 특징으로 하는 오토 히터 디바이스 모듈.
제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 사이리스터는,

유도성 LOAD의 출력 파형을 상기 모터로 공급하는 것을 특징으로 하는 오토 히터 디바이스 모듈.