KR101410983B1 - 고조파 성분을 반영한 리프팅 마그넷의 제어장치 - Google Patents

고조파 성분을 반영한 리프팅 마그넷의 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인가된 전력에 의해 자력을 발생시켜 리프팅 대상체를 인양할 수 있도록 된 리프팅 마그넷의 제어장치에 관한 것으로서, 교류전원을 제어신호에 따라 정류하여 리프팅 마그넷에 공급하는 정류부와, 교류전원의 고조파의 영향에 의한 전압파형을 측정하는 전압파형 측정부와, 전압파형 측정부에 의해 측정된 전압파형을 이용하여 교류전원의 위상에 대한 정류부의 턴온 시점을 결정하는 점호각에 따라 리프팅 마그넷에 공급되는 전력을 점호각도별로 산출하는 점호각별 공급전력 산출부와, 리프팅 마그넷의 리프팅 대상체에 대한 인양에 요구되는 공급전력을 설정할 수 있도록 된 공급전력 설정부와, 공급전력 설정부에 의해 설정된 공급전력에 대응한 전력이 정류부를 통해 리프팅 마그넷에 공급되기 위해 요구되는 점호각 정보를 점호각별 공급전력 산출부에 의해 산출된 정보를 이용하여 정류부의 구동 점호각을 결정하고, 결정된 구동점호각에 따라 정류부를 제어하는 점호각 위상 제어부를 구비한다. 이러한 리프팅 마그넷의 제어장치에 의하면 전원을 통해 유입되는 고조파를 반영하여 설정된 전력에너지가 전자석에 인가될 수 있도록 조정할 수 있어 안정적인 리프팅 작업이 이루어질 수 있고, 부품의 손상을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

고조파 성분을 반영한 리프팅 마그넷의 제어장치{phase controlled lifting magnet controller considering harmonics}
본 발명은 리프팅 마그넷의 제어장치에 관한 것으로서, 전원을 통해 유입되는 고조파 성분을 반영하여 위상 점호각을 제어하도록 된 리프팅 마그넷의 제어장치에 관한 것이다.
물체를 흡착하여 이송하는 장치로서 마그넷 리프터는 자력에 감응하는 소재 예를 들면 철재 강판 등을 여러 장 또는 무거운 한 장을 자력에 의해 흡착하여 이송하는 장치이다.
마그넷 리프터의 예로로서 국내 등록특허 제10-0930319호, 국내 등록특허 제10-0930318호, 국내 등록실용신안공보 제20-0892861호, 국내 등록특허 제10-0963122호 등 다양하게 개시되어 있다.
이러한 마그넷 리프터의 자력을 발생시키기 위해 적용되는 전자석은 대부분 상용 교류전원을 원하는 자력이 발생될 수 있는 정도의 전력이 공급되게 턴온시키는 점호 시점을 조정하여 직류로 인가하는 방식이 주로 이용되고 있으나, 전원을 통해 고조파 노이즈가 혼입될 경우 전자석에 실질적으로 인가되는 에너지가 변동되어 자력이 약해지거나, 공급 에너지가 증가하여 오동작, 과열 또는 부품손상이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 교류전원의 고조파에 의한 전압변동을 반영하여 전자석에 인가되는 전력에너지를 원하는 자력에 대응되게 실시간 조정할 수 있는 리프팅 마그넷 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리프팅 마그넷 제어장치는 인가된 전력에 의해 자력을 발생시켜 리프팅 대상체를 인양할 수 있도록 된 리프팅 마그넷의 제어장치에 있어서, 교류전원을 제어신호에 따라 정류하여 상기 리프팅 마그넷에 공급하는 정류부와; 상기 교류전원의 고조파의 영향에 의한 상기 교류전원의 전압파형을 측정하는 전압파형 측정부와; 상기 전압파형 측정부에 의해 측정된 전압파형을 이용하여 상기 교류전원의 위상에 대한 상기 정류부의 턴온 시점을 결정하는 점호각에 따라 상기 리프팅 마그넷에 공급되는 전력을 점호각도별로 산출하는 점호각별 공급전력 산출부와; 상기 리프팅 마그넷의 상기 리프팅 대상체에 대한 인양에 요구되는 공급전력을 설정할 수 있도록 된 공급전력 설정부와; 상기 공급전력 설정부에 의해 설정된 공급전력에 대응한 전력이 상기 정류부를 통해 상기 리프팅 마그넷에 공급되기 위해 요구되는 점호각 정보를 상기 점호각별 공급전력 산출부에 의해 산출된 정보를 이용하여 상기 정류부의 구동 점호각을 결정하고, 결정된 구동점호각에 따라 상기 정류부를 제어하는 점호각 위상 제어부;를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 교류전원은 삼상교류전원이고, 상기 정류부는 복수개의 싸이리스터의 구동에 의해 상기 삼상교류전원을 전파 정류할 수 있도록 되어 있고, 상기 점호각 위상 제어부는 산출된 구동 점호각에 따라 상기 싸이리스터의 구동을 제어한다.
또한, 상기 점호각별 공급전력 산출부는 점호각별 공급전력 정보를 상기 점호각 위상 제어부에서 이용할 수 있도록 룩업테이블로 저장하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전압파형 측정부는 설정된 샘플링주기로 샘플링된 전압값을 상기 점호각별 공급전력 산출부에 제공하도록 된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 리프팅 마그넷 제어장치에 의하면, 전원을 통해 유입되는 고조파를 반영하여 설정된 전력에너지가 전자석에 인가될 수 있도록 조정할 수 있어 안정적인 리프팅 작업이 이루어질 수 있고, 부품의 손상을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 리프팅 마그넷 제어장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 리프팅 마그넷 제어장치에 의한 점호각 조정예를 설명하기 위해 정현파와 고조파 성분이 포함된 실제전압파형을 함께 나타내 보인 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 리프팅 마그넷 제어장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 리프팅 마그넷 제어장치를 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리프팅 마그넷 제어장치(100)는 삼상교류전원(101), 정류부(110), 전압파형 측정부(130), 점호각별 공급전력 산출부(140), 점호각 위상제어부(150), 공급전력 설정부(160), 구동신호 생성부(170)를 구비한다.
교류전원은 삼상교류전원(101)이 적용되었고, 도시된 예와 다르게 단상 교류전원이 적용될 수 있음은 물론이다.
정류부(110)는 복수개의 싸이리스터(SCR1 내지 SCR6)(111 내지 116)의 구동에 의해 삼상교류전원(101)을 전파 정류할 수 있도록 되어 있다.
여기서, 싸이리스터(SCR)는 6개가 적용되었고, 각 게이트 단자(G1 내지 G6)에 설정된 시퀀스에 따라 턴온 신호가 수신되고, 어노드와 캐소드 사이에 양의 전압이 유지되면 턴온신호의 해제여부와 관계없이 양단의 전압이 제로(zero)가 될 때까지 계속 턴온상태를 유지하는 특성을 갖고 있다.
이러한 정류부(110)는 후술되는 점호각 위상 제어부(150)의 싸이리스터(111 내지 116)의 게이트 단자(G1 내지 G6)를 통한 턴온 신호에 해당하는 제어신호에 따라 삼상교류전원(101)을 정류하여 인가된 전력 에너지에 의해 자력을 발생시키는 전자석에 해당하는 리프팅 마그넷(200)에 전력을 공급하여 리프팅 대상체를 자력의 유무에 의해 인양 또는 분리할 수 있게 한다.
여기서 리프팅 마그넷(200)은 저항과 코일이 직렬상으로 접속된 등가회로로 나타내었고, 구조적으로는 앞서 언급된 마그넷 리프터들에서와 같이 자력에 의해 리프팅 대상체를 흡착할 수 있도록 설치되어 공급된 전력에 의해 자력을 발생시킨다.
전압파형 측정부(130)는 삼상 교류전원(101)의 각 상(Va)(Vb)(Vc)의 고조파의 영향을 포함하는 교류전원의 전압파형을 측정한다.
전압파형 측정부(130)는 삼상 교류전원(101)의 각 상(Va)(Vb)(Vc)의 고조파의 영향에 의한 전압파형을 설정된 샘플링주기로 샘플링된 전압값을 후술되는 점호각별 공급전력 산출부(140)에 제공하도록 구축될 수 있다.
점호각별 공급전력 산출부(140)는 전압파형 측정부(130)에 의해 측정된 전압파형을 이용하여 삼상교류전원(101)의 각 상(Va)(Vb)(Vc)의 위상에 대한 정류부(110)의 싸이리스터(111 내지 116)의 턴온 시점을 결정하는 점호각에 따라 리프팅 마그넷(200)에 공급되는 전력을 점호각도별로 산출한다.
여기서, 점호각이 크면 대응되는 싸이리스터(111 내지 116)의 턴온 유지시간이 짧아져 리프팅 마그넷(200)에 공급되는 전력에너지가 감소하고, 반대로 점호각이 작으면 대응되는 싸이리스터(111 내지 116)의 턴온 유지시간이 길어져 리프팅 마그넷(200)에 공급되는 전력에너지는 증가한다.
바람직하게는 점호각별 공급전력 산출부(140)는 점호각별 리프팅 마그넷(200)에 공급되는 공급전력 에너지 정보를 점호각 위상 제어부(150)에서 이용할 수 있도록 룩업테이블(LUT)(145)로 저장한다.
여기서, 점호각별 공급전력 정보란 도 2에서 제1상(Va)의 전압파형이 고조파가 없는 정상적인 정현파(S)를 기준으로 고조파의 영향에 의해 실제 측정된 실제전압파형이 참조부호 H로 표기된 형태로 측정되었을 때 위상 B지점에 해당하는 점호각의 경우 해당 싸이리스터가 턴오프 되는 시점까지 공급되는 전력 에너지에 대응되는 도트로 표기된 적분영역에 대응되고, 이러한 값들이 점호각에 대응한 전력에너지 별로 기록된 정보를 말한다.
한편, 도 2에서 정현파(S)를 기준으로 제1상(Va)의 위상이 A지점에 해당하는 점호각일 때에 해당 싸이리스터(111 내지 116)가 턴온되어 빗금친 영역에 대응되는 전력을 리프팅 마그넷(200)에 공급하도록 목표값이 설정된 경우, 점호각별 공급전력 산출부(140)는 A지점의 위상에서 턴온시 정현파의 경우 턴 오프까지의 공급전력 에너지를 실제 파형(H)에서 대응되는 공급전력에너지 해당하는 위상 위치를 찾고, 찾은 위상위치가 참조부호 B로 표기된 부분에 해당하면 B지점에 해당하는 위상각을 구동 점호각으로 설정하여 대응되는 위상 위치에서 해당 싸이리스터가 턴온되게 제어한다. 여기서, 정현파(S)의 경우 A지점에서 턴온시 리프트 마그넷(200)에 공급되는 전력에너지와, 실제전압파형(H)의 B지점에서 턴온시 리프트 마그넷(200)에 공급되는 전력에너지는 같게 된다.
공급전력 설정부(160)는 리프팅 마그넷(200)의 리프팅 대상체에 대한 인양시 요구되는 공급전력을 미리 설정할 수 있도록 되어 있다.
여기서, 공급전력 설정부(160)는 통상적인 정현파(S)를 적용시 인양모드에서 리프팅 마그넷에 인가할 전력에너지에 대응되게 설정하도록 구축될 수 있다.
또한, 공급전력 설정부(160)는 동일한 리프팅 대상체를 적용하는 경우 사용자의 조작이 필요없이 디폴트 값으로 설정되게 할 수도 있고, 하중 또는 형상이 다른 다양한 종류의 리프팅 대상체를 수시로 변경하여 적용하고, 이에 맞게 구동전력을 조정하도록 된 경우 사용자가 조작에 의해 공급전력을 조정할 수 있도록 구축될 수 있다.
구동신호 생성부(170)는 리프팅 마그넷(200)을 통한 리프팅 대상체에 대한 자력 발생에 의한 인양 또는 자력 해제에 의한 분리를 사용자의 조작에 의해 선택하고, 선택된 제어명령을 점호각 위상 제어부(150)에 출력할 수 있도록 되어 있다.
점호각 위상 제어부(150)는 구동신호 생성부(170)로부터 리프팅 마그넷(200)을 통한 리프팅 대상체에 대한 자력 발생에 의한 인양을 지시하는 인양모드로 설정된 경우 공급전력 설정부(160)에 의해 설정된 공급에너지에 대응한 전력이 정류부(110)를 통해 리프팅 마그넷(200)에 공급되기 위해 요구되는 정류부(110)의 구동 점호각을 점호각별 공급전력 산출부(140)에 의해 산출되어 룩업테이블(145)에 기록된 정보를 이용하여 산출하고, 산출된 구동 점호각에 대응되는 싸이리스터(111 내지 116)의 구동을 제어한다.
일 예로서, 도 2에서 제1상(Va)의 전압파형이 정상적인 정현파(S)를 기준으로 고조파의 영향에 의해 실제 측정된 전압이 참조부호 H로 표기된 실제파형으로 측정되었고, 정현파(S)를 기준으로 제1상(Va)의 위상이 A지점에 해당하는 점호각일 때에 해당 싸이리스터(111 내지 116)가 턴온되도록 공급전력 설정부(160)에 의해 설정된 경우, A지점의 빗금친 영역에 대응되어 공급할 목표전력을 리프팅 마그넷(200)에 공급하기 위해 점호각별 공급전력 산출부(140)에 의해 점호각별로 산출된 공급전력 에너지 중 A지점의 위상에 대한 정현파에 대응되는 공급전력에 해당하는 전력공급량이 실제전압파형(H)에서 대응되는 공급전력에 해당하는 위상 위치가 참조부호 B로 표기된 부분에 해당하면 B지점에 해당하는 위상각을 구동 점호각으로 판정하고, 판정된 B지점의 구동 점호각에서 해당 싸이리스터가 턴온되게 제어한다.
한편, 도 2를 통해 도시된 예에서는 점호각의 결정 방식에 대해 이해를 쉽게 하기 위해 도식적으로 나타낸 것이며, 리프팅 마그넷(200)은 인덕턴스 부하로서 전압은 전류보다 90°앞서는 특성을 갖으며, 위상각 60°가 점호각 0°가 되게 매칭하여 점호각 0°에서 90°사이에서 적용하여 대응되는 공급전력량을 산출하도록 구축될 수 있다. 여기서 공급전력에너지는 점호각에 따라 턴온되는 시점부터 전류공급이 제로(zero)가 될 때까지의 전압파형에 대해 적분된 영역에 대응되는 전력량을 산출하면 된다.
또한, 도시된 예에서는 삼상교류전원(101)을 적용한 경우를 통해 설명하였고, 단상교류전원이 적용되는 경우 4개의 싸이리스터를 통해 전파정류 회로를 구성하고 앞서 설명된 방식으로 정현파에 대해 결정된 구동전력에 대해 고조파 성분이 함유되었을 때 대응되는 구동전력이 인가되게 점호각을 결정하면 된다.
이러한, 리프팅 마그넷 제어장치(100)에 의하면, 고조파 성분을 제거하기 위한 필터를 사용하지 않아도 되고, 오동작을 방지할 수 있는 장점을 제공한다.
101: 삼상교류전원 110: 정류부
130: 전압파형 측정부 140: 점호각별 공급전력 산출부
150:, 점호각 위상제어부 160: 공급전력 설정부
170: 구동신호 생성부

Claims (4)

  1. 인가된 전력에 의해 자력을 발생시켜 리프팅 대상체를 인양할 수 있도록 된 리프팅 마그넷의 제어장치에 있어서,
    교류전원을 제어신호에 따라 정류하여 상기 리프팅 마그넷에 공급하며, 싸이리스터로 구성되고 각 게이트 단자에 설정된 시퀀스에 따라 턴온 신호가 수신되고, 점호각 위상 제어부(150)의 상기 싸이리스터의 게이트 단자(G1 내지 G6)를 통한 턴온 신호에 해당하는 제어신호에 따라 상기 교류전원을 정류하여 인가된 전력 에너지에 의해 자력을 발생시키는 상기 리프팅 마그넷(200)에 전력을 공급하여 리프팅 대상체를 자력의 유무에 의해 인양 또는 분리할 수 있게 하는 정류부와;
    상기 교류전원의 고조파의 영향을 포함하는 교류전원의 전압파형을 실시간으로 측정하여 설정된 샘플링 주기로 샘플링된 전압값을 점호각별 공급전력 산출부로 제공하는 전압파형 측정부와;
    상기 전압파형 측정부에 의해 측정된 전압파형을 이용하여 상기 교류전원의 위상에 대한 상기 정류부의 턴온시점을 결정하는 점호각에 따라 상기 리프팅 마그넷에 공급되는 전력을 점호각도별로 산출함에 있어 리프팅마그넷이 필요로 하는 에너지를 공급하기 위해 순수한 정현파(S)에서 산출되는 점호각(A) 및 이로 인해 공급되는 에너지와 고조파로 인해 비정상적으로 발생하는 전압파형(H)에서의 공급되는 에너지가 동등하도록 계산된 점호각(B)으로 수정하는 점호각별 공급전력 산출부와;
    상기 리프팅 마그넷의 상기 리프팅 대상체에 대한 인양에 요구되는 공급전력을 미리 설정할 수 있고 하중 또는 형상이 다른 종류의 리프팅 대상체를 수시로 변경하여 적용하고 상기 대상체에 따라 구동전력을 조정하도록 공급전력을 조정할 수 있도록 된 공급전력 설정부와;
    상기 공급전력 설정부에 의해 설정된 공급전력에 대응한 전력이 상기 정류부를 통해 상기 리프팅 마그넷에 공급되기 위해 요구되는 점호각 정보를 상기 점호각별 공급전력 산출부에 의해 산출된 정보를 이용하여 상기 정류부의 구동 점호각을 결정하고 결정된 구동점호각에 따라 상기 정류부를 제어하는 점호각 위상 제어부;를 구비하고,
    고조파 노이즈가 혼입될 경우 전자석에 인가되는 에너지가 변동되어 자력이 감소하거나 공급 에너지가 증가하여 오동작, 파열 또는 부품손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 리프팅 마그넷의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 교류전원은 삼상교류전원이고, 상기 정류부는 복수개의 싸이리스터의 구동에 의해 상기 삼상교류전원을 전파 정류할 수 있도록 되어 있고, 상기 점호각 위상 제어부는 산출된 구동 점호각에 따라 상기 싸이리스터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 리프팅 마그넷의 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 점호각별 공급전력 산출부는 점호각별 공급전력 정보를 상기 점호각 위상 제어부에서 이용할 수 있도록 룩업테이블로 저장하는 것을 특징으로 하는 리프팅 마그넷의 제어장치.
  4. 삭제
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JPH0720380B2 (ja) * 1985-12-05 1995-03-06 日新ハイボルテ−ジ株式会社 高電圧発生装置用電力調整装置
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