KR101144360B1 - 모터 보호방법 및 모터 보호시스템 - Google Patents

모터 보호방법 및 모터 보호시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터에 직접 공급되는 1차 전원전류 및 상기 1차 전원전류를 변형시킨 2차 전원전류의 전기적 특성 중 적어도 하나의 전기적 특성으로부터 모터 동작의 이상여부를 판단하는 모터 보호시스템을 개시(introduce)한다. 상기 모터 보호시스템은, 1차 전원전류 감지기, 변류기 및 모터제어장치를 구비한다. 상기 1차 전원전류 감지기는 모터에 직접 공급되는 1차 전원전류의 전기적 특성을 검출하고, 검출된 전기적 특성으로부터 모터의 이상 동작 여부를 판단하고, 판단한 결과에 대한 정보를 가진 제1 검출신호를 생성한다. 상기 변류기는 상기 1차 전원전류를 변형시켜 2차 전원전류를 생성하며, 생성된 2차 전원전류의 전기적 특성을 검출하고 검출된 전기적 특성으로부터 모터의 이상 동작 여부를 판단하고, 판단한 결과로 제2 검출신호를 생성한다. 상기 모터제어장치는 설정된 모터의 보호조건에 따라 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호 중 적어도 하나를 이용하여 모터의 이상 발생 여부를 판단하고 모터에 이상이 있다고 판단되면 모터에 공급되는 1차 전원전류를 차단할 것을 지시하는 차단제어신호를 활성화시킨다. 상기 모터의 보호조건은 직렬보호조건 및 병렬보호조건 중 하나이다.

Description

모터 보호방법 및 모터 보호시스템{Method for protecting the motor and Motor protection system}
본 발명은 모터 보호 시스템에 관한 것으로, 특히 모터에 흐르는 전류를 감지하여 모터 동작의 이상 여부를 판단하고, 모터 동작에 이상이 있다고 판단되는 경우 모터를 정지시켜 모터 및 모터에 연결된 부하를 보호하는 모터 보호 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 모터 보호 제어장치는 직입 기동, 정역 기동, 인버터 기동 또는 렉터(Rector) 기동 등과 같은 다양한 기동 방식으로 모터를 구동하며, 모터에 흐르는 각 상 전류를 실시간으로 감지하여 모터의 현재 상태 및 모터의 정격 대비 부하 율을 소정의 화면표시수단으로 표시하는 기기이다.
또한, 모터 보호 제어장치는 모터의 시동 및 운전 중에 발생하는 과전류, 결상, 불평형, 역상, 지락 등과 같은 이상 및 사고를 검출하여 이상 및 사고 발생 시 모터를 보호하는 수단으로서, 이상 및 사고가 발생하면 계전기의 접점을 개방하여 모터로 인가되는 전원을 차단함으로써 모터 및 그의 부하를 고장으로 인한 손상으로부터 보호한다.
종래의 모터 보호 제어장치는 단일의 전류 검출부에서 전류를 감지하고 단일의 제어부에서 모터의 상태를 감시함으로써 모터와 모터에 연결된 부하를 보호한다.
그러나, 상술한 전류 검출부나 제어부 등과 같은 소자들 중에서 하나라도 이상이 발생하면, 모터 보호 제어장치에서는 모터를 보호하기 위한 동작을 적절하게 수행하지 못하는 문제점이 있었다.
이로 인해, 모터를 신뢰성 있게 구동하지 못하기 때문에 신뢰성이 요구되는 현장에서 사용자가 느끼는 불안감이 커지는 문제점이 있었다.
그리고, 모터 및 모터에 연결된 부하의 소손보다 모터에 의한 공정의 진행이 더 중요한 경우, 모터 보호 제어장치의 이상으로 인해 모터가 정지(오동작)하면 비용적인 면에서 많은 손해가 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 모터에 직접 공급되는 1차 전원전류 및 상기 1차 전원전류를 변형시킨 2차 전원전류의 전기적 특성 중 적어도 하나의 전기적 특성으로부터 모터 동작의 이상 여부를 판단하는 모터 보호시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 모터에 직접 공급되는 1차 전원전류 및 상기 1차 전원전류를 변형시킨 2차 전원전류의 전기적 특성 중 적어도 하나의 전기적 특성으로부터 모터 동작의 이상 여부를 판단하는 모터 보호방법을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 모터 보호시스템은, 1차 전원전류 감지기, 변류기 및 모터제어장치를 구비한다. 상기 1차 전원전류 감지기는 모터에 직접 공급되는 1차 전원전류의 전기적 특성을 검출하고, 검출된 전기적 특성으로부터 모터의 이상 동작 여부를 판단하고, 판단한 결과에 대한 정보를 가진 제1 검출신호를 생성한다. 상기 변류기는 상기 1차 전원전류를 변형시켜 2차 전원전류를 생성하며, 생성된 2차 전원전류의 전기적 특성을 검출하고 검출된 전기적 특성으로부터 모터의 이상 동작 여부를 판단하고, 판단한 결과로 제2 검출신호를 생성한다. 상기 모터제어장치는 설정된 모터의 보호조건에 따라 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호 중 적어도 하나를 이용하여 모터의 이상 발생 여부를 판단하고 모터에 이상이 있다고 판단되면 모터에 공급되는 1차 전원전류를 차단할 것을 지시하는 차단제어신호를 활성화시킨다. 상기 모터의 보호조건은 직렬보호조건 및 병렬보호조건 중 하나이다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 모터 보호방법은, 제1 검출신호 생성단계, 제2 검출신호 생성단계, 모터 이상여부 결정단계 및 조치단계를 구비한다. 상기 제1 검출신호 생성단계는 모터에 직접 공급되는 1차 전원전류의 전기적 특성을 이용하여 모터의 이상 동작 여부에 대한 정보를 가지는 제1 검출신호를 생성한다. 상기 제2 검출신호 생성단계는 상기 1차 전원전류를 변형시킨 2차 전원전류의 전기적 특성을 이용하여 모터의 이상 동작 여부에 대한 정보를 가지는 제2 검출신호를 생성한다. 상기 모터 이상 여부 결정단계는 모터의 보호조건에 따라 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호를 이용하여 모터의 이상 여부에 대하여 결정한다. 상기 조치단계는 모터의 이상 동작이 진행되고 있다고 판단한 경우, 모터에 공급되는 전류를 차단한다. 여기서 상기 모터의 보호조건은, 직렬보호조건 및 병렬보호조건 중 하나이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 의한 모터 보호 제어장치에 따르면, 모터의 이상 발생 여부를 모터 보호부 및 전자식 모터 보호 계전부에서 각각 판단하고, 상기 판단된 정보를 근거로 하여 상황에 따라 모터를 직렬 또는 병렬 이중화 방식으로 보호할 수 있는 장점이 있다.
즉, 전자식 모터 보호 계전부 외에 모터 보호부에서도 모터의 이상 발생 여부를 검출하기 때문에 전자식 모터 보호 계전부를 구성하는 소자들 중에서 하나라도 이상이 발생하여도 모터의 보호 동작을 수행할 수 있는 장점이 있다.
이로 인해, 모터를 보다 안정적이고 신뢰성 있게 구동할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 보호시스템의 블록다이어그램이다.
도 2는 본 발명에 따른 모터 보호방법을 나타내는 신호흐름도이다.
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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 보호시스템의 블록다이어그램이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 모터 보호시스템(100)은, 1차 차단기(110), 1차 전원전류 감지기(120), 변류기(130), 2차 차단기(140), 변압기(150) 및 모터제어장치(160)를 포함하여 구성된다.
1차 차단기(110)는 삼상 전류(R, S, T)를 모터(170)에 공급하거나 차단한다.
1차 전원전류 감지기(120)는 인가되는 1차 전원전류의 전기적 특성을 검출하고, 검출된 전기적 특성으로부터 모터(170)의 이상 동작 여부를 판단하고, 판단한 결과로 제1 검출신호(Det1)를 생성한다.
변류기(130, Current Transformer)는 1차 전원전류를 변형시켜 2차 전원전류를 생성하며, 생성된 2차 전원전류의 전기적 특성을 검출하고 검출된 전기적 특성으로부터 모터(170)의 이상 동작 여부를 판단하고, 판단한 결과로 제2 검출신호(Det2)를 생성한다. 여기서 제2 검출신호(Det2)는 2차 전원전류를 이에 대응되는 전압으로 변환한 전압신호로 대체될 수도 있다.
2차 전원전류의 전기적 특성은 제어부(161)가 접속되는 교류 회로의 상(phase)마다 검출한다.
2차 차단기(140)는 삼상 전류(R, S, T)를 모터(170)에 공급하거나 차단한다.
변압기(150)는 1차 전원전류를 이용하여 전원전압(Vo)을 생성한다.
모터제어장치(160)는 제어부(161), 표시부(162) 및 입력부(163)를 포함한다.
입력부(163)는 모터(170)를 직렬 보호 또는 병렬 보호 중 하나를 선택하는 명령을 수신하는 수단이다.
제어부(161)는 모터제어장치(160)를 전반적으로 제어하며, 수신한 제1 검출신호(Det1) 및 제2 검출신호(Det2)를 이용하여 모터(170)의 이상 발생 여부를 판단한다. 이 때, 모터(170)의 이상 발생 여부의 판단은 입력부(163)에서 입력된 판단 조건, 즉, 직렬 보호 또는 병렬 보호인지에 따라 다르게 된다.
입력부(163)로부터 직렬 보호 조건이 입력되었다면, 제1 검출신호(Det1) 및 제2 검출신호(Det2) 중 어느 것이라도 모터(170)에 이상이 발생하였다는 정보를 포함한 경우 모터(170)에 이상이 있다고 판단한다.
입력부(163)로부터 병렬 보호 조건이 입력되었다면, 제1 검출신호(Det1) 및 제2 검출신호(Det2) 모두가 모터(170)에 이상이 발생하였다는 정보를 포함한 경우 모터(170)에 이상이 있다고 판단한다.
직렬 보호 조건이든 병렬 보호 조건이든 모터(170)에 이상이 발생하였다고 판단된다면, 제어부(161)는 제2 차단기(140)에 인가되는 차단제어신호(con)를 활성화시켜 가 전류가 모터(170)에 공급되는 것을 방지한다.
이때, 모터(170)의 직렬 보호 조건은 모터(170) 및 모터(170)와 접속된 부하의 손상 시 발생하는 손해 비용이 모터(170) 및 모터(170)와 접속된 부하의 정지 시 발생하는 손해 비용보다 큰 경우, 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 모터(M)의 병렬 보호 조건은 모터(170) 및 모터(170)와 접속된 부하의 손상 시 발생하는 손해 비용이 모터(170) 및 모터(170)와 접속된 부하의 정지 시 발생하는 손해 비용보다 작은 경우, 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 모터(170) 및 모터(170)와 접속된 부하에 의해 진행되는 공정의 중요도가 큰 반도체 공정 라인과 같은 설비에서 사용하는 것이 바람직하다.
게다가, 제어부(161)는 모터(170)에 이상이 발생하였다고 판단되면 표시부(162)에 모터(170)의 이상 발생 여부 및 이상 원인이 표시되도록 제어한다.
보다 상세하게 설명하면, 제어부(161)는 제어부(161)에 포함된 마이크로프로세서나 각종 논리 소자를 동작시키고, 마이크로프로세서에서는 변류기(130)에서 검출된 2차 전원전류의 전기적 특성 중 전류의 크기를 계산하여 모터(170)에 과전류, 결상, 불평형, 역상 또는 지락 전류 등과 같은 이상이 발생하였는지 판단하고, 모터(170)에 이상이 발생하면 표시부(162)에 이러한 발생 사실 및 발생 이유 등을 디스플레이시킨다.
표시부(162)는 모터(170)의 이상 발생 시 이상의 원인을 표시하여 사용자가 이상 원인을 확인할 수 있도록 안내하는 수단으로서, 예컨대 발광 다이오드(Light Emitting Diode), 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display), 램프(Lamp) 등으로 구성될 수 있다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 모터 보호 제어 시스템의 제어과정을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 모터 보호방법을 나타내는 신호흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 모터 보호방법(200)은, 보호조건 입력단계(210), 제1 검출신호 생성단계(220), 제2 검출신호 생성단계(230), 모터 이상여부 결정단계(240) 및 조치단계(250)를 구비한다.
보호조건 입력단계(210)는 모터의 이상 동작 여부를 판단하기 위한 판단조건으로서 직렬보호조건 및 병렬보호조건 중 하나를 입력한다.
제1 검출신호 생성단계(220)는 1차 전원전류의 전기적 특성을 이용하여 모터의 이상 동작 여부에 대한 정보를 가지는 제1 검출신호를 생성한다.
제2 검출신호 생성단계(230)는 1차 전원전류를 변형시킨 2차 전원전류의 전기적 특성을 이용하여 모터의 이상 동작 여부에 대한 정보를 가지는 제2 검출신호를 생성한다.
모터 이상여부 결정단계(240)는 보호조건 판단단계(241), 직렬보호조건 판단단계(242) 및 병렬보호조건 판단단계(243)를 구비한다.
보호조건 판단단계(241)는 모터 이상 동작의 판단 기준이 직렬보호조건인가를 판단한다.
직렬보호조건 판단단계(242)는, 보호조건 판단단계(241)의 판단결과 검출조건 입력단계(210)에서 직렬보호조건이 입력된 경우(예)에 적용되며, 제1 검출신호 및 제2 검출신호 중 하나라도 모터의 이상 동작에 대하여 지적하고 있는가를 판단한다. 만일 모터가 정상적으로 동작하고 있는 경우(아니오)에는 제1 검출신호 및 제2 검출신호 중 하나라도 모터의 이상 동작에 대하여 지적하고 있는가를 반복적으로 판단한다.
병렬보호조건 판단단계(243)는, 보호조건 판단단계(241)의 판단결과 검출조건 입력단계(210)에서 직렬보호조건이 입력된 경우가 아닌 경우(아니오)에 적용되며, 제1 검출신호 및 제2 검출신호 모두가 모터의 이상 동작에 대하여 지적하고 있는가를 판단한다. 만일 모터가 정상적으로 동작하고 있는 경우(아니오)에는 제1 검출신호 및 제2 검출신호 모두가 모터의 이상 동작에 대하여 지적하고 있는가를 반복적으로 판단한다.
조치단계(250)는, 직렬보호조건 판단단계(242) 및 병렬보호조건 판단단계(243)에서 모터의 이상 동작이 진행되고 있다고 판단한 경우(예)에 적용되며, 모터에 공급되는 전류를 차단함으로써, 모터 및 모터와 전기적으로 연결된 기기의 소손을 방지한다. 또한 모터의 이상 동작에 대한 사실 및 이유를 일정한 방법으로 표시하도록 할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110: 1차 차단기 120: 1차 전원전류감지기
130: 변류기 140: 2차 차단기
150: 변압기 160: 모터제어장치
170: 모터

Claims (10)

  1. 모터에 직접 공급되는 1차 전원전류의 전기적 특성을 검출하고, 검출된 전기적 특성으로부터 모터의 이상 동작 여부를 판단하고, 판단한 결과에 대한 정보를 가진 제1 검출신호를 생성하는 1차 전원전류 감지기;
    상기 1차 전원전류를 변형시켜 2차 전원전류를 생성하며, 생성된 2차 전원전류의 전기적 특성을 검출하고 검출된 전기적 특성으로부터 모터의 이상 동작 여부를 판단하고, 판단한 결과로 제2 검출신호를 생성하는 변류기; 및
    설정된 모터의 보호조건에 따라 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호 중 적어도 하나를 이용하여 모터의 이상 발생 여부를 판단하고 모터에 이상이 있다고 판단되면 모터에 공급되는 1차 전원전류를 차단할 것을 지시하는 차단제어신호를 활성화시키는 모터제어장치를 구비하며,
    상기 모터의 보호조건은 직렬보호조건 및 병렬보호조건 중 하나인 모터 보호시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 전원전류의 전기적 특성은 상기 모터제어장치가 접속되는 교류회로의 상(phase) 마다 검출하는 모터 보호시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모터제어장치는,
    외부로부터 인가되는 상기 모터의 보호조건을 수신하는 입력부;
    상기 모터의 보호조건에 따라 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호에 포함된 정보를 이용하여 모터의 이상 발생 여부를 판단하며, 모터의 이상 발생 여부 및 발생 이유 중 적어도 하나에 대한 표시정보를 생성하고, 상기 차단제어신호를 활성화시키는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 출력되는 표시정보를 외부로 디스플레이하는 표시부를 구비하는 모터 보호시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    모터의 보호조건이 직렬보호조건인 경우에는 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호 중 하나라도 모터에 이상이 발생하였다는 정보를 포함한 경우 모터에 이상이 있다고 판단하고,
    모터의 보호조건이 병렬보호조건인 경우에는 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호 모두가 모터에 이상이 발생하였다는 정보를 포함한 경우 모터에 이상이 있다고 판단하는 모터 보호시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차단제어신호에 따라 상기 1차 전원전류를 상기 모터에 공급하거나 차단하는 차단기를 더 구비하는 모터 보호시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 1차 전원전류를 이용하여 구동전압을 생성하는 변압기를 더 구비하고,
    상기 1차 전원전류 감지기 및 모터제어장치는 상기 구동전압에서 전력을 공급받는 모터 보호시스템.
  7. 모터에 직접 공급되는 1차 전원전류의 전기적 특성을 이용하여 모터의 이상 동작 여부에 대한 정보를 가지는 제1 검출신호를 생성하는 제1 검출신호 생성단계;
    상기 1차 전원전류를 변형시킨 2차 전원전류의 전기적 특성을 이용하여 모터의 이상 동작 여부에 대한 정보를 가지는 제2 검출신호를 생성하는 제2 검출신호 생성단계;
    모터의 보호조건에 따라 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호를 이용하여 모터의 이상 여부에 대하여 결정하는 모터 이상 여부 결정단계; 및
    모터의 이상 동작이 진행되고 있다고 판단한 경우, 모터에 공급되는 전류를 차단하는 조치단계를 구비하며,
    상기 모터의 보호조건은, 직렬보호조건 및 병렬보호조건 중 하나인 모터 보호방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 모터 이상 여부 결정단계는,
    상기 모터의 보호조건이 직렬보호조건인가를 판단하는 보호조건 판단단계;
    모터의 보호조건이 직렬보호조건인 경우, 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호 중 하나라도 모터의 이상 동작에 대한 정보를 포함하고 있는가를 판단하며, 모터가 정상적으로 동작하고 있는 경우에는 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호 중 하나라도 모터의 이상 동작에 대한 정보를 포함하고 있는가를 반복적으로 판단하는 직렬보호조건 판단단계; 및
    모터의 보호조건이 병렬보호조건인 경우, 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호 모두가 모터의 이상 동작에 대한 정보를 포함하고 있는가를 판단하고, 모터가 정상적으로 동작하고 있는 경우에는 상기 제1 검출신호 및 상기 제2 검출신호 모두가 모터의 이상 동작에 대한 정보를 포함하고 있는가를 반복적으로 판단하는 병렬보호조건 판단단계를 구비하는 모터 보호방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조치단계는,
    모터의 이상 동작에 대한 사실 및 이상 동작 발생 이유를 외부에 표시하는 표시단계를 더 포함하는 모터 보호방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 모터의 보호조건을 입력하는 보호조건 입력단계를 더 구비하는 모터 보호방법.
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