KR100897477B1

KR100897477B1 - 동파 방지용 인버터 부스터 펌프 및 인버터 부스터 펌프에서의 동파 방지 방법

Info

Publication number: KR100897477B1
Application number: KR1020090004326A
Authority: KR
Inventors: 윤인식
Original assignee: 주식회사 두크
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2009-05-14

Abstract

본 발명은 각각의 펌프에 개별 인버터가 설치된 부스터 펌프 시스템에서, 펌프 시스템과 펌프를 보호하기 위한 방법으로써 동절기나 주위 온도가 낮아져 펌프가 동결이 되어 파손되는 것을 방지하기 위해 개별 인버터의 온도 센서와 RTC(Real Time Clock)를 이용하여 펌프가 동파되는 것을 방지하는 방법에 관한 것이다.

부스터 펌프, 동파 방지, 인버터, PID 제어

Description

동파 방지용 인버터 부스터 펌프 및 인버터 부스터 펌프에서의 동파 방지 방법{Pump Freeze Protection System and Method of Inverter Booster Pump System}

부스터 펌프 시스템의 일정압력 제어방법은 펌프 대수제어 방식과 인버터를 이용한 펌프 회전수 제어방식이 있으며, 이 중에서 펌프 대수제어 방식은 토출부에 압력센서나 압력스위치를 설치하여 토출부의 압력에 따라 펌프의 운전 대수를 제어하는 방식으로, 이 방식은 펌프의 운전을 제어할 때 전원전압을 직입 연결하므로 전동기의 기동전류가 크고 펌프 토출 압력의 편차가 커지는 단점이 있고, 또한 펌프의 기동시 높은 압력이 배관에 순간적으로 가해지므로 이를 완충하기 위해 토출부에 큰 용량의 완충용 압력탱크를 반드시 설치하여야 하므로, 펌프의 잦은 기동으로 인해 압력탱크의 수명이 짧아져 주기적인 유지보수가 필요하며 펌프 회전수 제어방식에 비해 펌프의 기계적 수명이 짧아지는 단점이 있다.

부스터 펌프 시스템의 일정 압력 제어방식의 또 다른 방법인 펌프 회전수 제어방식은 토출부에 압력센서를 설치하고, 유량 변화에 따라 토출 압력을 일정하게 제어하기 위해 펌프의 회전속도를 제어하는 방식으로, 펌프 회전수 제어방식은 펌프 회전수를 제어하는 인버터의 수에 따라 단독 인버터 제어방식과 개별 인버터 제어방식이 있으며, 단독 인버터 제어방식은 토출부의 유량에 따라 하나의 펌프만 인버터로 제어하고 나머지 펌프는 직입 운전을 하는 방식이며, 단독 인버터 제어방식은 유량에 따라 펌프의 회전수를 제어하므로 대수제어에 비해 정확하게 토출압력을 제어할 수 있다.

그러나 인버터로 제어되는 펌프를 제외한 나머지 펌프는 기동시 직입 운전을 하기 때문에 전동기의 기동전류가 클 뿐만 아니라 토출 배관에 높은 압력이 가해지므로 대수제어 방식과 같이 완충용 압력탱크가 반드시 필요하며, 이에 비해 개별 인버터 제어방식은 각각의 펌프에 인버터를 설치하여 펌프를 소프트 기동이 시켜서 전동기의 순간적인 과전류를 방지 할 뿐만 아니라 토출 유량 변화에 따라 토출 압력을 세밀하게 제어할 수 있어서 우수한 제어방식으로서, 또한 이 제어방식은 각각 펌프의 회전속도를 독립적으로 제어할 수 있으며 부스터 펌프 시스템의 운전 상태 및 부하량이나 각 펌프의 운전 상태 정보를 정확하게 얻을 수 있어, 이러한 펌프의 운전 상태 정보를 이용하여 펌프 시스템이나 펌프를 보호할 수 있으므로 전체 부스터 펌프 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다.

개별 인버터 부스터 펌프 시스템의 보호 기능 중에서 동절기나 주위온도가 낮을 때 펌프가 동결이 되어 파손되는 것을 방지하는 동파 방지 기능이 있으나, 기 존의 펌프 시스템에서 펌프가 동결되어 파손되는 것을 방지하기 위해 적용되는 방법은 펌프 외부에 전기 열선을 설치하여 보온하는 방법이나, 이런 방법은 펌프 외부의 열선을 추가로 설치해야 하고 보온을 위해 전력이 소모되어 전체 시스템이 효율적이지 못하다.

따라서, 본 발명은 각각의 펌프에 개별 인버터를 설치된 부스터 펌프 시스템에서, 펌프 시스템과 펌프를 보호하기 위한 방법으로써 동절기나 주위 온도가 낮아져 펌프가 동결이 되어 파손되는 것을 방지하기 위해 각각의 개별 인버터에 온도 센서와 RTC(Real Time Clock)를 추가하여 주위 온도를 검출하고 주위 온도가 낮을 때 펌프가 동파되기 전에 펌프를 토출압력이 변하지 않는 회전 속도로 운전시킴으로서, 이때 주위 온도에 따라 펌프의 운전 듀티(Duty)를 RTC에 의해 제어하여 동파방지를 위한 에너지를 절감하면서 펌프의 동파를 방지하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 각각의 펌프에 개별 인버터를 설치된 부스터 펌프 시스템에서, 개별 인버터의 온도 센서와 RTC(Real Time Clock)를 이용하여, 동절기나 주위 온도가 낮아져 펌프가 동결이 되어 파손되는 것을 방지하기 위한 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 상기 문제 해결을 위해 인버터를 포함하는 부스터 펌프 시스템에 있어서, 상기 인버터는 입력전원에서 교류 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환시키는 정류부와 상기 정류부에서 정류된 직류전원을 평활하는 평활용 커패시터와 PWM 발생부에서 신호를 받아 상기 평활용 커패시터에서 평활된 직류 전원을 가변 주파수-가변 전압의 교류전원으로 변환시키는 인버터부와 상기 인버터부의 출력전류를 검출하는 전류센서와 지령 압력과 토출부의 압력에 따라 펌프의 지령 회전수를 제어하는 PID 제어기와 현재 시간을 출력하는 RTC(Real Time Clock)와 외부 온도를 측정하는 온도센서와 상기 PID제어기에서 출력된 펌프 지령 회전수와 온도센서의 외부 온도를 이용하여 동파 방지 모드를 설정하고 RTC을 이용하여 부스터 펌프의 운전 듀티 시간를 결정하는 동파방지 판단부와 동파 방지 판단부의 펌프 회전수에 따라 인버터의 출력전압을 결정하는 V/f 제어기와 V/f 제어기의 지령전압에 따라 상기 인버터부를 제어하는 PWM발생부를 구비하여 동절기나 주위 온도가 낮아져 펌프가 동결이 되어 파손을 방지하는 것을 특징으로 하는 인버터를 포함하는 부 스터 펌프 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 부스터 펌프 시스템은 동절기나 주위 온도가 낮아져 펌프가 동결이 되어 파손되는 것을 방지하여 전체 시스템을 보호할 뿐만 아니라 동파 방지 기능에서 사용되는 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 구성을 이하, 첨부 도면과 관련하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 동파방지 기법이 적용된 인버터 제어블록도이다. 인버터(2)는 하드웨어적으로 입력전원(1)에서 교류 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환시키는 정류부(2-1)과 정류부(2-1)에서 정류된 직류전원을 평활하는 평활용 커패시터(2-2)와 PWM발생부(2-8)에서 신호를 받아 평활용 커패시터(2-2)에서 평활된 직류전원을 가변 주파수-가변 전압의 교류전원으로 변환시키는 인버터부(2-3)와 인버터부(2-3)의 출력전류를 검출하는 전류센서(2-4)이 구성되어 있다. 본 발명의 동파방지 기법이 적용된 인버터(2)는 부스터 펌프(4)의 토출부에 설치된 압력센서(3)에서 검출된 현재 토출압력(

)을 입력받아 설정압력(

)에 대해서 펌프 지령 회전수(

)이 출력되는 PID 제어기(2-5)와 PID 제어기(2-5)에서 출력된 펌프 지령 회전수(

)와 RTC(Real-Time Clock)(2-9)에서 출력되는 현재 시간(

)과 온도센서(2-10)에서 출력되는 외부 온도(

)을 이용하여 동파방지 모드를 검출하고 외부 온도(

)에 따라펌프 운전을 제어하기 위해 펌프 회전수(

)를 출력하는 동파방지 판단 부(2-6)와 펌프 회전수(

)에 따라 인버터의 출력전압(

,

)를 결정하는 V/f 제어기(2-7)과 인버터의 출력전압(

,

)을 입력받아 인버터부(2-3)를 제어하는 신호를 발생시키는 PWM 발생부(2-8)와 현재 시간(

)를 출력하는 RTC(Real-Time Clock)(2-9)와 외부 온도(

)를 검출하는 온도센서(2-10)로 이루어져 있다.

도 2는 본 발명의 동파방지 기법의 순서도다. 여기에서 본 발명의 동파방지 기법을 상세히 기술하면 다음과 같다. RTC(Real-Time Clock)에서 출력된 시간정보를 이용하여 동파방지 검출 주기(K-th Sampling)에서

S1 단계 : 펌프가 회전하고 있는 지를 판단한다.

S2 단계 : 펌프가 운전하지 않은 상태에서 외부 온도(

)가 설정온도(

)보다 낮아졌는지를 판단한다.

S3 단계 : 만일 S2 단계에서 외부 온도가 설정온도보다 높다면, 외부 온도(

)가 설정온도(

)보다 높은 상태에서 펌프의 회전수(

)를 PID 제어기(2-5)에서 출력된 펌프 지령 회전수(

)으로 출력한다.

S4 단계 : 상기 S2 단계에서 외부 온도가 설정온도보다 낮은 경우에, 펌프가 정지된 상태에서 외부 온도(

)가 설정온도(

)보다 낮은 상태이므로 펌프 상태를 동파방지 모드로 설정한다..

S5 단계 : 동파방지 모드에서 펌프의 회전수(

)를 설정된 회전수(

)으로 출력한다.

S6 단계 : 동파방지 검출 주기에서 펌프의 운전 듀티 시간을 외부 온도(

)에 따라 결정하여 다음 스텝으로 진행시키며, 운전결정시간은 운전자에 따라 자유롭게 결정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 동파 방지 기법이 적용된 개별 인버터 제어 블럭도

도 2는 본 발명의 동파 방지 기법의 순서도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 3상 입력 전원 2 : 인버터

2-1 : 정류부 2-2 : 평활용 커패시터

2-3 : 인버터부 2-4 : 전류센서

2-5 : PID 제어기 2-6 : 동파방지 판단부

2-7 : V/f 제어기 2-8 : PWM 발생기

2-9 : RTC(Real-Time Clock) 2-10 : 온도센서

3 : 토출부 압력센서 4 : 부스터 펌프

Claims

인버터를 포함하는 부스터 펌프 시스템에 있어서,

상기 인버터는

입력전원에서 교류 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환시키는 정류부와;

상기 정류부에서 정류된 직류전원을 평활하는 평활용 커패시터와;

PWM 발생부에서 신호를 받아 상기 평활용 커패시터에서 평활된 직류 전원을 가변 주파수-가변 전압의 교류전원으로 변환시키는 인버터부와;

상기 인버터부의 출력전원을 검출하는 전류센서와;

PID 제어기와;

현재 시간을 출력하는 RTC(Real Time Clock)와;

외부 온도를 측정하는 온도센서와;

온도센서의 외부 온도를 이용하여 동파 방지 모드를 설정하고 RTC을 이용하여 부스터 펌프의 운전 시간을 결정하는 동파방지 판단부를

구비하여 동절기나 주위 온도가 낮아져 펌프가 동결이 되어 파손되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 시스템
펌프가 회전하고 있는 지를 판단하는 S1 단계;

펌프가 운전하지 않은 상태에서 외부 온도(
)가 설정온도(
)보다 낮아졌는지를 판단하는 S2 단계;

상기 S2 단계의 조건을 만족하는 경우, 펌프가 정지된 상태에서 외부 온도(
)가 설정온도(
)보다 낮은 상태에서, 펌프 상태를 동파방지 모드로 설정하는 S4 단계;

상기 S4 단계에서 동파 방지 모드를 발생시킨 후, 동파방지 모드에서 펌프의 회전수(
)를 설정된 회전수(
)으로 출력하는 S5 단계;

동파방지 검출 주기에서 펌프의 운전 듀티 시간을 외부 온도(
)에 따라 결정하는 S6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프의 동파 방지 방법.