KR101751096B1 - 전기 장치 및 전기 장치에서의 상 고장을 결정하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3-상 AC 모터(2)를 구동 또는 모니터하기 위한 전기 장치(1) 내의 상 고장을 결정하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 전기 장치(1)는 제1, 제2 및 제3 라인(6, 7, 8)을 포함한다. 3-상 전기 장치(1), 특히 소프트 스타터(1) 내의 라인(8)에서의 상 고장을 검출하기 위하여, 상기 제3 라인(8) 내의 상 고장은 상기 제1 및 제2 라인(6, 7)을 분석하는 것에 의해 결정되며, 상기 분석은, 상기 제1 및 제2 라인(6, 7) 내의 전류 사이의 위상 시프트를 특징짓는 값을 결정하는 단계, 및 결정된 상기 값이 상기 제3 라인(8) 내의 상 고장을 특징짓는 값들의 범위에 있는 경우 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

Description

전기 장치 및 전기 장치에서의 상 고장을 결정하기 위한 방법{ELECTRICAL DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING A PHASE FAILURE IN THE ELECTRICAL DEVICE}

본 발명은 전기 장치에서의 상 고장(phase failure)을 결정하기 위한 방법 및 전기 장치에서의 상 고장이 결정될 수 있는 전기 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 소프트 스타터들(soft starters), 과부하 보호 릴레이들(overload protection relays) 또는 모터 스타터들(motor starters)과 같은 전기 장치들이 3-상 교류(AC) 모터를 제어 또는 모니터할 목적으로 산업 자동화 분야에서 이용된다.

3-상 제어형 소프트 스타터들(3-상 전력 컨트롤러들) 이외에, 2-상 제어형 소프트 스타터들이 또한 3-상 AC 모터들을 위한 전기 소프트 스타터 장치들에 이용된다. 3-상 제어형 소프트 스타터들의 경우에, 소프트 스타터 장치의 3개의 전도체(상) 내의 전류를 제어 및 측정할 목적으로 대부분의 경우에 3개의 전류 트랜스포머가 존재한다. 2-상 제어형 소프트 스타터들에서, 소프트 스타터 장치의 3개의 전도체(상) 중 하나가 브리지되고(bridged), 모터의 소프트 스타트를 수행하기 위하여 원칙적으로 하나의 전류 트랜스포머가 (브리지된 전도체에서) 생략될 수 있다. 소프트 스타터 장치에 접속된 3-상 AC 모터를 위한 에너지 공급(energy supply)이, 예를 들어, 3-상 AC 모터의 정의된 스타트업 거동(startup behavior)이 실현될 수 있도록 소프트 스타터 장치의 3개의 전도체를 거쳐서 수행되고 제어된다.

소프트 스타터 장치의 전류 트랜스포머들의 전류 측정 신호들은 또한 그 중에서도 상 고장을 검출하기 위해 이용될 수 있다. 그러나, 이 경우 전류 트랜스포머의 전도체(상)에 전류 트랜스포머가 존재하지 않으면 문제가 된다. 이것은 전류 트랜스포머가 존재하지 않는 전도체에서의 상 고장이 검출될 수 없고, 모터는 그것이 다른 보호 메커니즘에 의해 스위치 오프될 때까지 계속해서 2개의 상으로 구동됨을 의미한다. 특히 상 고장의 경우에 존재하는 것은 전도체 내부에 전송될 전류의 차단이다.

상 고장은 또한 아날로그 전압 측정의 도움으로 검출될 수 있다. 전압의 부재는 전도체 내의 전압이 특정된 임계값 아래로 떨어지는 경우에 비교적 쉽게 검출될 수 있다. 그러나, 상기 검출이 실현될 수 있도록 이러한 목적을 위해 대응하는 하드웨어 및 펌웨어가 필요하다.

전류에 기초한 상 고장 검출은 지금까지 3개의 전류 트랜스포머에 의해 실현되었다. 전도체 내의 전류가 특정된 임계값 아래로 떨어지는 경우, 전도체에 전압이 존재하지 않는다고 가정할 수 있다.

본 발명의 목적은 3-상 전기 장치, 특히 소프트 스타터 내의 전도체에서 상 고장을 검출하는 것이다.

특히 본원에서는, 오로지 전기 장치의 2개의 전도체(상)의 분석에 기초하여, 전기 장치의 다른 전도체(상)에서의 상 고장을 결정할 수 있는 것을 목표로 하고 있다.

이러한 목적은 청구항 1에서 청구된 바와 같은 방법에 의해, 즉, 3-상 AC 모터(three-phase AC motor)를 제어 또는 모니터하기 위한 전기 장치 내의 상 고장(phase failure)을 결정하기 위한 방법에 의하여 실현되고, 여기서 상기 전기 장치는 제1, 제2 및 제3 전도체를 포함하고, 상기 제3 전도체 내의 상 고장은 상기 제1 및 제2 전도체의 분석에 기초하여 결정되며, 상기 분석은,

- 상기 제1 및 제2 전도체 내의 전류 사이의 위상 시프트(phase shift)를 특징짓는 값을 결정하는 단계;

- 상기 결정된 값이 상기 제3 전도체 내의 상 고장을 특징짓는 값 범위에 있는 경우 신호를 출력하는 단계를 포함하고,

이러한 목적은 청구항 12에서 청구된 바와 같은 장치에 의해, 즉, 3-상 AC 모터를 제어 또는 모니터하기 위한 전기 장치에 의해 실현되고, 여기서 상기 전기 장치는 제1, 제2 및 제3 전도체와, 상기 제1 및 제2 전도체 내의 전류를 결정하기 위한 전류 측정 수단과, 프로세싱 유닛을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전도체 내의 전류 사이의 위상 시프트를 특징짓는 값이 상기 전류 측정 수단의 도움으로 결정될 수 있고, 상기 결정된 값이 상기 제3 전도체 내의 상 고장을 특징짓는 값 범위에 있는 경우 상기 프로세싱 유닛에 의하여 신호가 출력될 수 있다.

본 발명의 유리한 발전은 종속 청구항 2 내지 11과 13 내지 16에 개시된다.

전기 장치는 바람직하게는 소프트 스타터, 과부하 보호 릴레이 또는 모터 스타터이다. 전기 장치에 접속된 3-상 AC 모터를 위한 에너지 공급은 전기 장치의 제1, 제2 및 제3 전도체(상)를 통해 수행된다. 방법은 특히 3-상 AC 모터의 동작 중에 및 따라서 전기 장치의 동작 상태 중에 응용을 찾는다.

예를 들어 (제1 및 제2 전도체의) 2개의 상에서만 전류 측정 수단을 가지는 3-상 전기 장치에서, 제3 전도체(상) 내의 상 고장은 제1 및 제2 전도체들 내의 2개의 전류의 분석 및 특히 서로에 대한 위상 시프트에 기초하여 검출될 수 있다.

정상 경우(전도체들 중 임의의 것에서의 상 고장이 없음)에서, 모든 3개의 라인 전압들이 인가되고 3개의 전도체 내의 전류들이 각각의 경우에 120° 위상 시프트된다(phase-shifted).

전류 측정이 존재하는 2개의 전도체 중 하나에서의 상 고장의 이벤트에서, 상 고장은 전류의 레벨에 기초하여 그리고 2개의 전류의 불균형에 의해 검출될 수 있다. 전류 트랜스포머가 존재하지 않는 제3 전도체에 전압이 이제 존재하지 않으면(제3 전도체에서의 상 고장), 불균형이 검출되지 않을 수 있다. 2개의 전류가 이제 180° 위상 시프트된다. 이것은 제3 전도체 내의 상 고장이 제1 및 제2 전도체 내의 전류들의 위상 시프트의 분석에 기초하여 추론될 수 있음을 의미한다. 이러한 식으로, 단순히 전기 장치의 2개의 전도체의 분석에 기초하여, 전기 장치의 다른 전도체 내의 상 고장을 결정하는 것이 가능하다.

제1 및 제2 전도체 사이의 위상 시프트에 대한 분석에 기초하여, 정확한 위상 시프트가 존재하지 않지만, 제3 전도체 내의 상 고장을 특징짓는 위상 시프트가 존재한다고 검출하자마자, 더 높은 레벨의 시스템에 상 고장에 관해 통지되도록 신호가 출력된다. 바람직하게는, 제3 전도체 내의 상 고장을 특징으로 하고 따라서 값 범위 내에 있는 위상 시프트를 특징짓는 값은, 시간 주기의 지속기간(the duration of the time period)에 걸쳐서 지속되지 않는 일시적인 편차(temporary deviation)가 상 고장을 나타내는 출력인 신호를 가져오지 않도록 보장하기 위하여 특정된 시간 주기에 걸쳐서 존재해야 한다.

상 모니터링 목적을 위해, 전기 장치는 이에 따라 상 고장을 모니터하기 위해 상당 하나의 센서(one sensor per phase)를 가질 필요가 없고, 따라서 더 낮은 비용으로 제조될 수 있고 더욱 콤팩트한 설계로 구체화될 수 있다.

제1 및 제2 상 내의 전류 사이의 위상 시프트에 대한 분석에서, 제1 및 제2 전도체 내의 전류 사이의 실제 위상 시프트를 결정하는 것은 필요하지 않다. 또한, 제3 전도체 내의 상 고장에 관한 정보가 통신될 수 있도록 값 범위와 비교될 수 있는, 위상 시프트를 특징짓는 값이 결정된다면 충분하다. 값 범위는 이에 따라 제3 전도체 내의 상 고장을 특징짓는 결정된 값에 대한 범위를 형성한다. 제1 및 제2 전도체 내의 전류 사이의 위상 시프트를 특징짓는 값은 특히 제1 및 제2 상의 전류에 대하여 존재하는 위상 시프트에 관한 즉각적인 정보를 재현한다. 바람직하게는 특징짓는 값은 제1 및 제2 전도체 내의 전류 사이의 위상 시프트를 직접적으로 반영한다.

본 발명의 유리한 실시예 변형에서, 값 범위는 제1 및 제2 전도체 사이의 150°내지 210°의 위상 시프트를 특징으로 한다. 따라서, 제1 및 제2 상 사이에 존재하는 150°내지 210°, 특히 180°의 위상 시프트가 있다면, 위상 시프트를 특징짓는 결정된 값은 제3 전도체 내의 위상 시프트를 특징짓는 값 범위에 든다. 따라서, 제3 전도체 내의 상 고장을 나타내는 신호가 출력된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 제3 전도체 내의 상 고장은 오로지 제1 및 제2 전도체의 분석에 기초하여 결정된다. 따라서, 제3 전도체는 상 고장을 결정하기 위하여 센서를 포함할 필요가 없다. 결과로서 비용 절감이 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 제1 및 제2 전도체 내의 전류 사이의 위상 시프트를 특징짓는 값은 제1 및 제2 전도체 내의 전류의 제로 교차점(zero crossing) 및/또는 피크 값일 때에 취해진 측정에 의하여 결정된다. 위상 시프트 또는, 경우에 따라, 특징짓는 값은 예를 들어, 제2 전도체의 전류에 관한 제1 전도체의 전류의 제로 교차점들 또는 피크 값들일 때 사이의 시간 차이에 기초하여 결정될 수 있다. 동일하게, 위상 시프트는 이러한 때에 전류의 관측에 기초하여 추론될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 제1 및 제2 전도체 내의 전류 사이의 위상 시프트를 특징짓는 값은 시간 창 내에서 여러 번 결정되고, 결정된 값은 값 범위에 대하여 비교된다. 바람직하게는 디폴트로 미리 설정되는 시간 창은 예를 들어, 전류의 사이클 지속기간이다. 위상 시프트를 특징짓는 값은 따라서 제1 또는 제2 전도체의 전류 사이클 내에서 여러 번 결정된다. 바람직하게는, 값, 및 따라서 위상 시프트는 미리 설정된 시간 창 내에서 적어도 5번 결정된다. 개개의 결정된 값들은 바람직하게는 각각의 경우에 값 범위와 비교된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 값 범위에 있는 위상 시프트를 특징짓는 결정된 값이 추가 파라미터를 충족할 때까지 신호가 출력되지 않는다. 파라미터는 예를 들어 시간 간격(예를 들어, 전류의 사이클 지속기간) 내에서 결정된 값들과 비교하여 값 범위에 있는 위상 시프트들의 매칭하는(matching) 결정된 값들의 발생 빈도를 특징으로 한다. 존재하는 발생 빈도가 충분하면, 신호는 출력될 것이다. 동등하게, 파라미터는 값 범위에 있는 위상 시프트들의 매칭하는 결정된 값들의 수에 관한 임계값을 나타낼 수 있다. 충분한 수의 매치들(matches)이 존재하면, 신호는 출력된다. 파라미터에 관한 분석은 바람직하게는 정의된 시간 간격 내에서 반복하여 수행된다. 파라미터는 위상 시프트의 특징짓는 값들의 반복된 결정들의 매치가 각각의 경우에 값 범위에 있는 시간 간격을 동등하게 정의할 수 있다. 마찬가지로 파라미터에 관한 분석은 복수의 이들 및 다른 기준의 결합으로부터 형성되는 것을 생각할 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 상기 분석은,

a) 상기 제1 및 제2 전도체 내의 전류의 흐름 방향을 동시에 결정하는 단계;

b) 단계 a) 하에서 결정된 상기 제1 전도체의 흐름 방향이 상기 제2 전도체의 동시에 결정된 흐름 방향과 상이한 차이들의 수를 결정하는 단계;

c) 단계 a) 하에서 수행된 결정들의 수를 확립하는 단계;

d) 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 차이들의 수의 비율이 0%와 10% 사이 또는 90%와 100% 사이에 있는 경우 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

흐름 방향을 동시에 결정하는 개념은 또한 시간에 있어서 약간의 오프셋을 갖고(with a slight offset in time) 흐름 방향을 결정하는 것으로서 이해된다. 2개의 전도체에서의 흐름 방향을 결정함에 있어서 동시성(synchronicity)이 클수록, 궁극적으로 전기 장치에서 더욱 정확하게 분석이 수행될 것이다.

전류 센서들은 바람직하게는 흐름 방향을 결정하기 위하여 제1 및 제2 전도체에서 각각의 경우에 이용된다. 흐름 방향을 결정하기 위한 개별 전류 센서들이 이러한 배열에서 동일하게 설치되면(즉, 흐름 방향의 동일한 배향(orientation)이 제1 및 제2 상의 흐름 방향에 대해 고려되면), 상 고장의 이벤트에서 90 내지 100%의 편차가 존재할 것이다. 다른 한편으로, 2개의 전류 센서가 반대측에 설치되면(즉, 흐름 방향의 반대 배향이 제1 및 제2 상의 흐름 방향에 대해 고려되면), 상 고장의 이벤트에서 0 내지 10%의 편차가 존재할 것이다.

180°의 위상 시프트가 존재하고, 따라서 제3 전도체 내의 상 고장이 존재하면, 제로 교차점을 제외하고, 흐름 방향은 반대 배향을 갖는다. 제3 전도체에 존재하는 위상 시프트, 및 특히 상 고장은 제1 및 제2 전도체 내의 전류의 흐름 방향의 분석에 의하여 추론될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 상기 분석은,

a) 상기 제1 및 제2 전도체 내의 전류의 흐름 방향을 동시에 결정하는 단계;

b) 단계 a) 하에서 결정된 상기 제1 전도체의 흐름 방향이 상기 제2 전도체의 동시에 결정된 흐름 방향과 매칭하는 매치들의 수를 결정하는 단계;

c) 단계 a) 하에서 수행된 결정들의 수를 확립하는 단계;

d) 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 매치들의 수의 비율이 11%와 89% 사이에 있는 경우 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 전기 장치는 프로세싱 유닛 및 전류 측정 수단을 포함하고, 단계 a)는 전류 측정 수단의 도움으로 수행되고, 단계들 b), c) 및 d)는 프로세싱 유닛에 의하여 수행된다. 각각의 상/전도체에 대하여, 전류 측정 수단은 바람직하게는 전도체 내의 흐름 방향을 결정할 수 있는 적어도 하나의 전류 센서를 포함한다. 바람직하게는, 전류 측정은 또한 전류 측정 수단에 의해 수행된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 단계 a)는 시간 창 내에서 적어도 5번 수행된다. 50 Hz의 라인 주파수에 대하여, 단계 a)는 바람직하게는 적어도 400 마이크로초마다 수행된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 단계 b) 하에서 결정된 수 및 단계 a) 하에서 수행된 결정들의 수는, 바람직하게는 시간 창이 경과한 후에, 리셋된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 프로세싱 유닛은 제1 및 제2 카운터를 포함하고, 단계 b) 하에서 결정된 수는 상기 제1 카운터에 의하여 카운트되고, 단계 c) 하에서 결정된 수는 상기 제2 카운터에 의하여 카운트된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 상기 시간 창은 상기 제1 또는 제2 전도체 내의 전류의 적어도 하나의 사이클 지속기간(cycle duration)과 동일하다. 상기 시간 창은 바람직하게는 공장에서 디폴트로 미리 설정된다. 따라서, 그것은 전류의 적어도 하나의 사이클 지속기간 동안 계속될 것이다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 전기 장치는 제1 및 제2 전도체에서만 전류 측정을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2 전도체 내의 전류 측정을 제외하고, 전기 장치 내의 개별 전도체들에 대해 추가 전류 및/또는 전압 측정은 수행되지 않는다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 상기 제1 및 제2 전도체 내의 전류의 흐름 방향은 상기 전류 측정 수단의 도움으로 동시에 결정될 수 있고, 상기 프로세싱 유닛을 이용하여,

- 상기 전류 측정 수단에 의해 결정된 상기 제1 전도체의 흐름 방향이 상기 제2 전도체의 동시에 결정된 흐름 방향과 상이한 차이들의 수를 결정하고,

- 상기 전류 측정 수단에 의해 수행된 상기 제1 및 제2 전도체 내의 전류의 흐름 방향의 동시 결정들의 수를 확립하고, 및

- 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 차이들의 수의 비율이 0%와 10% 사이 또는 90%와 100% 사이에 있는 경우 신호를 출력할 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 상기 제1 및 제2 전도체 내의 전류의 흐름 방향은 상기 전류 측정 수단의 도움으로 동시에 결정될 수 있고, 상기 프로세싱 유닛을 이용하여,

- 상기 전류 측정 수단에 의해 결정된 상기 제1 전도체의 흐름 방향이 상기 제2 전도체의 동시에 결정된 흐름 방향과 매칭하는 매치들의 수를 결정하고,

- 상기 전류 측정 수단에 의해 수행된 상기 제1 및 제2 전도체 내의 전류의 흐름 방향의 동시 결정들의 수를 확립하고, 및

- 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 매치들의 수의 비율이 11%와 89% 사이에 있는 경우 신호를 출력할 수 있다.

결정된 매치들 및/또는 차이들의 수와, 전류 측정 수단에 의해 수행된 제1 및 제2 전도체 내의 전류의 흐름 방향의 동시 결정들의 수는 바람직하게는 시간 창이 경과한 후에 프로세싱 유닛에 의해 리셋될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예 변형에서, 상기 프로세싱 유닛은, 결정된 매치들 및/또는 차이들의 수와, 전류 측정 수단에 의해 수행된 동시 결정들의 수가 카운트될 수 있는 적어도 하나의 카운터를 포함한다.

바람직하게는 공장에서 디폴트로 미리 설정되는 시간 창은 바람직하게는 제1 또는 제2 전도체 내의 전류의 적어도 하나의 사이클 지속기간과 동일하다.

본 발명의 다른 유리한 실시예 변형에서, 상기 전기 장치는 소프트 스타터이다.

본 발명 및 발명의 실시예들은 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 아래에 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 3-상 AC 모터에 접속되는 전기 장치의 개략도이다.
도 2는 모든 3개의 전압이 존재할 때 제1 및 제2 전도체 내의 전류들의 개략도이다.
도 3은 상 고장이 제3 전도체에 존재할 때 제1 및 제2 전도체 내의 전류들의 개략도이다.

도 1은 3-상 AC 모터(2)에 접속되는 전기 장치(1)의 개략도이다. 3-상 AC 모터(2)의 3개의 상은 3-상 AC 모터(2)에 에너지가 공급될 수 있도록 전력 공급망에 전기 장치(1)를 경유하여 접속된다. 여기에 도시된 전기 장치(1)는 소프트 스타터 장치(1)이다. 소프트 스타터 장치(1)는 각각의 상에 대해 입력측에 접속점(3) 및 출력측에 접속점(4)을 갖고, 접속점들은 소프트 스타터 장치의 내부 전도체(6, 7, 8)에 의하여 전기 전도성 방식으로 서로 접속될 수 있다.

3-상 AC 모터에 제공되는 에너지는 전력 공급망으로부터 입력측에 접속된 전도체들(5)을 통해 소프트 스타터 장치(1)에 공급된다. 에너지는 출력측의 접속점들(4)에 접속된 외부 전도체들(5)을 경유하여 3-상 AC 모터(2)에 전달된다. 소프트 스타터 장치(1)는 따라서 3개의 상을 갖는다. 이러한 배열에서, 소프트 스타터 장치(1)의 제1 전도체(6)는 시스템(소프트 스타터 장치(1) 및 3-상 AC 모터(2))의 제1 상을 반영한다. 제2 전도체(7)는 시스템의 제2 상을 반영한다. 제3 전도체(8)는 시스템의 제3 상을 반영한다.

소프트 스타터 장치(1)는 부가적으로 전류 측정 수단(9) 및 프로세싱 유닛(10)을 포함한다. 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류는 전류 측정 수단(9)에 의하여 측정된다. 제3 전도체(8)와 전류 센서 사이의 소프트 스타터 장치(1)에 동작적 접속이 존재하지 않고, 이것은 제3 전도체(8) 내의 전류는 소프트 스타터 장치(1)에 의해 측정될 수 없음을 의미한다. 따라서, 제3 전도체(8)에 상 고장이 존재하는 경우, 제3 전도체(8)는 상 고장을 검출할 수 있는 전류 센서를 포함하지 않는다. 또한, 소프트 스타터 장치(1)는 제1, 제2 및 제3 전도체(6, 7, 8)에 대하여 전압을 결정할 수 있는 전압 센서를 포함하지 않는다. 전류 측정 수단(9)은 제1 및 제2 전류 센서를 포함하고, 제1 전류 센서는 제1 전도체(6) 내의 전류를 결정할 수 있고, 제2 전류 센서는 제2 전도체(7) 내의 전류를 결정할 수 있다. 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류의 흐름 방향은 또한 전류 측정 수단(9)과 그의 전류 센서들을 거쳐서 결정될 수 있다. 전류 측정 수단(9)은 전류 측정 수단(9)의 결정된 측정 값들이 프로세싱 유닛(10)에 전달될 수 있는 그러한 방식으로 프로세싱 유닛(10)에 접속된다. 프로세싱 유닛(10)은 전류 측정 수단(9)에 의해 결정된 측정 값들로부터 제1 및 제2 전도체(6, 7) 사이에 존재하는 전류의 위상 시프트를 추론할 수 있다. 전류 측정 수단(9)은 따라서 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류 사이의 위상 시프트를 특징짓는 값을 공급한다. 프로세싱 유닛(10)은 값 범위와 이 결정된 값을 비교할 수 있다. 이 값 범위는 제3 전도체(8) 내의 상 고장을 특징으로 한다. 따라서, 결정된 값이 이 값 범위 내에 있으면, 제3 전도체(8)에 상 고장이 존재한다. 결정된 값이 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류 사이의 위상 시프트를 특징으로 하기 때문에, 제3 전도체(8) 내의 상 고장은 따라서 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류 사이의 위상 시프트에 기초하여 결정된다.

정상 경우(상 고장이 존재하지 않고 라인 전압들이 모든 3개의 상(6, 7, 8)에 공급됨)에서, 3개의 상(6, 7, 8) 내의 전류들이 각각의 경우에 120° 위상 시프트된다. 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류 사이의 위상 시프트는 따라서 120°와 동일하다. 정상 동작에서 결정되고 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류 사이의 위상 시프트를 특징짓는 값은 따라서 120° 근처의 위상 시프트를 반영한다. 값 범위와 결정된 값의 비교는 값이 값 범위 내에 있지 않고, 따라서 제3 전도체(8)에 상 고장이 존재하지 않음을 결과로서 산출한다.

다른 한편으로, 제3 전도체(8)에 상 고장이 존재하면, 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류 사이에 180° 근처의 위상 시프트가 존재한다. 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류 사이의 위상 시프트를 특징짓는 값의 결정은 따라서 정상 동작 동안 결정의 경우와 상이한 값을 가져온다. 이러한 결정된 값이 값 범위와 비교되는 경우, 프로세싱 유닛(10)은 제1 및 제2 전도체(6, 7) 사이의 180° 근처의 위상 시프트를 특징짓는 결정된 값이 값 범위 내에 있고, 따라서 제3 전도체(8)에 상 고장이 존재함을 검출할 것이다. 값 범위는 바람직하게는 150°와 210° 사이에 있다.

상기 타입의 소프트 스타터 장치(1)의 이점은, 특히 제3 전도체(8) 내의 상 고장이 제1 및 제2 전도체(6, 7)를 모니터함으로써 간단히 추론될 수 있다는 사실에 있다. 장치(1)는 제3 전도체(8) 내의 상 고장을 검사하기 위하여 제3 전도체(8)를 위한 측정 수단을 제공할 필요가 없기 때문에 더욱 콤팩트한 설계로 구체화될 수 있고 또한 비교 절감이 실현될 수 있다.

제1 및 제2 전도체(6, 7)에서 상 고장이 발행하면, 이 상 고장은 전류 레벨에 기초하여 그리고 2개의 전류의 불균형에 의해 검출될 수 있다. 이 값들은 전류 측정 수단(9)에 의해 결정될 수 있다.

제3 상(8)에서의 상 고장을 결정하기 위한 다음의 방법은 특히 유익한 것으로 판명되었다. 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 2개의 전류의 흐름 방향은 3-상 AC 모터(2)가 스위치 온되어 있는 동안 아날로그/디지털 샘플링의 도움으로 반복하여 평가된다. 각각의 전류는 예를 들어, 400ms마다 샘플링되고, 샘플 값의 부호는 평가된다. 이 목적을 위해, (제1 또는 제2 상의) 전류 사이클의 시작에서 0으로 설정되는 2개의 카운터가 존재한다. 하나의 카운터는 사이클 내에서 취해진 샘플 값들의 총 수를 카운트하고, 제2 카운터는 2개의 전류가 상이한 부호(반대 흐름 방향)를 가질 때마다 샘플링 동안 1만큼 증분된다. 전류 사이클의 끝에서(즉, 50Hz에서 20ms마다), 이들 카운터들은 비율로 변환되어 평가된다. 이것은 프로세싱 유닛(10) 내에서 일어난다. (제3 상의) 제3 전도체(8)에 상 고장이 존재하는 경우, 이 비율은 사이클 내에서 0과 10% 사이(오버랩) 또는 90과 100% 사이(오버랩 없음)에 있다. 2개의 상이한 퍼센티지 범위는 제1 전도체(6)의 전류 센서가 제2 전도체(7)의 전류 센서에 대해 어떻게 설치되는지에 의존하는데, 그것은 전류 센서의 설치 방식이 대응하는 전도체(6, 7)의 전류의 흐름 방향 및 따라서 부호를 결정하기 때문이다. 전류의 2개의 전류 곡선의 타겟 평가(targeted evaluation)가 전류 측정 수단(9) 및 프로세싱 유닛(10)에 의해 제1 및 제2 전도체(6, 7)에 존재하더라도, 제3 전도체(8)에 대한 제3 전류 센서를 생략하는 것이 가능하다. 또한, 모든 3개의 전도체(6, 7, 8)에 아날로그 전압 측정이 요구되지 않는다. 따라서 상 고장은 단지 2개의 전류 센서(전류 트랜스포머)의 도움으로 추가 도움의 필요 없이 모든 3개의 상(6, 7, 8)에서 검출될 수 있다.

도 2는 전기 장치의 3개의 상에 모든 3개의 전압이 공급될 때 제1 및 제2 전도체 내의 전류들의 개략도이다. 따라서 제1, 제2 및 제3 전도체에 존재하는 어떠한 상 고장도 없다. 시간에 따른 제1 및 제2 전도체의 전류의 특성 곡선이 도시된 데카르트 좌표계에 의해 시각화된다. 전류(세로 축)의 시간에 따른 변화가 가로 축에 의해 표현된다. 좌표계는 제1 전도체의 제1 전류 곡선(11) 및 제2 전도체의 제2 전류 곡선(12)을 도시한다. 제1 전도체의 전류는 제2 전도체의 전류에 대해 120° 위상 시프트된다. 3-상 시스템에서, 이것은 정확한 동작을 나타낸다. 전류 곡선들(11, 12)의 경우에, 개개의 곡선(11, 12)의 피크 값(16)과 제로 교차점(15)은 예시에 의해 일부 경우에 도시된다. 시간 창(13)은 제1 전류 곡선(11)의 사이클을 나타낸다. 시간 창(14)은 제2 전류 곡선(12)의 사이클을 나타낸다. 제1 및 제2 전류 곡선(11, 12)의 제로 교차점(15)은 시간 오프셋(17)을 갖는다. 제1 전류 곡선(11)과 제2 전류 곡선(12) 사이의 위상 시프트는 3-상 AC 모터에 대한 정확한 에너지 공급의 경우에 소프트 스타터 장치의 정상 상태를 반영한다. 다시 말해, 소프트 스타터 장치의 상들 중 임의의 것에 어떠한 상 고장도 존재하지 않는다.

도 3은 제3 전도체에 상 고장이 존재할 때 제1 및 제2 전도체 내의 전류들의 개략도이다. 도 2와 비교하여, 제1 전류 곡선(11)은 이제 제2 전류 곡선(12)에 대한 180°의 위상 시프트를 나타낸다. 제3 전도체(제3 상)의 상태는 제1 전도체와 제2 전도체 내의 전류 사이의 위상 시프트의 분석, 및 따라서 제2 전류 곡선(12)과 제1 전류 곡선(11)의 비교에 기초하여 추론될 수 있다. 제1 전류 곡선(11)과 제2 전류 곡선(12) 사이의 위상 시프트는 120°가 아니라 180°이기 때문에, 제3 전도체에 상 고장이 존재해야 한다. 소프트 스타터 장치는 상 고장을 특징짓는 값 범위에 의하여 위상 시프트 또는 위상 시프트를 특징짓는 값의 분석을 수행하기 때문에, 제3 상의 정확한 동작은 소프트 스타터 장치의 제1 및 제2 전도체의 분석에 기초하여 간단히 추론될 수 있다. 제1 및 제2 전류 곡선(11, 12)의 흐름 방향들이 동시에 결정되고 2개의 흐름 방향이 비교될 때, 흐름 방향은 항상 제로 교차점(15)을 제외하고 180° 상 오프셋을 갖고 반대로 구체화된다. 따라서, 제3 상의 상태는 제2 전류 곡선(12)의 흐름 방향에 대한 제1 전류 곡선(11)의 흐름 방향의 분석에 기초하여 추론될 수 있다. 제3 전도체의 상 고장이 예를 들어 결정들에 대한 흐름 방향들의 차이들의 퍼센티지 평가(percentage evaluation)에 의하여 검출될 수 있다.

Claims (16)

1. 3-상 AC 모터(three-phase AC motor)(2)를 제어 또는 모니터하기 위한 전기 장치(1) 내의 상 고장(phase failure)을 결정하기 위한 방법으로서,
   상기 전기 장치(1)는 제1, 제2 및 제3 전도체(6, 7, 8) 및 전류 측정 수단(9)을 포함하고, 상기 전류 측정 수단(9)에 의해 상기 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류가 측정될 수 있고, 상기 제3 전도체(8) 내의 상 고장은 오로지 상기 전류 측정 수단(9)의 도움으로 측정한 상기 제1 및 제2 전도체(6, 7)의 전류들의 분석에 기초하여 결정되며, 상기 분석은,
   a) 상기 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류의 흐름 방향을 동시에 결정하는 단계;
   b) 단계 a) 하에서 결정된 상기 제1 전도체(6)의 흐름 방향이 상기 제2 전도체(7)의 동시에 결정된 흐름 방향과 상이한 차이들의 수를 결정하거나, 또는 단계 a) 하에서 결정된 상기 제1 전도체(6)의 흐름 방향이 상기 제2 전도체(7)의 동시에 결정된 흐름 방향과 매칭하는 매치들(matches)의 수를 확립하는 단계;
   c) 단계 a) 하에서 수행된 결정들의 수를 확립하는 단계;
   d) 단계 b) 하에서 상기 차이들의 수가 결정되었다면, 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 차이들의 수의 비율이 상기 제3 전도체(8) 내의 상 고장을 특징짓는 값 범위에 있는 경우 신호를 출력하거나, 또는 단계 b) 하에서 상기 매치들의 수가 결정되었다면, 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 매치들의 수의 비율이 상기 제3 전도체(8) 내의 상 고장을 특징짓는 값 범위에 있는 경우 신호를 출력하는 단계
   를 포함하는 상 고장 결정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 값 범위는 상기 제1 및 제2 전도체(7, 8) 사이에 150° 내지 210°의 위상 시프트(phase shift)를 특징짓는 상 고장 결정 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   - 단계 b) 하에서 상기 차이들의 수가 결정되었다면, 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 차이들의 수의 비율이 0%와 10% 사이 또는 90%와 100% 사이에 있는 경우 상기 값 범위가 존재하거나, 또는
   - 단계 b) 하에서 상기 매치들의 수가 결정되었다면, 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 매치들의 수의 비율이 11%와 89% 사이에 있는 경우 상기 값 범위가 존재하는 상 고장 결정 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 전기 장치(1)는 프로세싱 유닛(10) 및 전류 측정 수단(9)을 포함하고, 단계 a)는 상기 전류 측정 수단(9)의 도움으로 수행되고, 단계들 b), c) 및 d)는 상기 프로세싱 유닛(10)에 의하여 수행되는 상 고장 결정 방법.
5. 제3항에 있어서, 단계 b) 하에서 결정된 수 및 단계 a) 하에서 수행된 결정들의 수는 상기 시간 창이 경과한 후에 리셋되는 상 고장 결정 방법.
6. 제3항에 있어서, 프로세싱 유닛(10)은 제1 및 제2 카운터를 포함하고, 단계 b) 하에서 결정된 수는 상기 제1 카운터에 의하여 카운트되고, 단계 c) 하에서 결정된 수는 상기 제2 카운터에 의하여 카운트되는 상 고장 결정 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시간 창은 상기 제1 또는 제2 전도체(6, 7) 내의 전류의 적어도 하나의 사이클 지속기간(cycle duration)과 동일한 상 고장 결정 방법.
8. 3-상 AC 모터(2)를 제어 또는 모니터하기 위한 전기 장치(1)로서,
   상기 전기 장치(1)는 제1, 제2 및 제3 전도체(6, 7, 8)와, 상기 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류를 결정하기 위한 전류 측정 수단(9) 및 프로세싱 유닛(10)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류의 흐름 방향이 상기 전류 측정 수단(9)의 도움으로 동시에 결정될 수 있고, 상기 프로세싱 유닛(10)을 이용하여,
   - 상기 전류 측정 수단(9)에 의해 결정된 상기 제1 전도체(6)의 흐름 방향이 상기 제2 전도체(7)의 동시에 결정된 흐름 방향과 상이한 차이들의 수를 결정하거나, 또는 상기 전류 측정 수단(9)에 의해 결정된 상기 제1 전도체(6)의 흐름 방향이 상기 제2 전도체(7)의 동시에 결정된 흐름 방향과 매칭하는 매치들의 수를 결정하고,
   - 상기 전류 측정 수단(9)에 의해 수행된 상기 제1 및 제2 전도체(6, 7) 내의 전류의 흐름 방향의 동시 결정들의 수를 확립하고,
   - 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 차이들 또는 매치들의 수의 비율이 상기 제3 전도체(8) 내의 상 고장을 특징짓는 값 범위에 있는 경우 신호를 출력할 수 있는 전기 장치(1).
9. 제8항에 있어서, 상기 전기 장치(1)는 상기 제1 및 제2 전도체(6, 7)에서만 전류 측정을 수행할 수 있는 전기 장치(1).
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 차이들의 수의 결정에서, 상기 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 차이들의 수의 비율이 0%와 10% 사이 또는 90%와 100% 사이에 있는 경우 상기 값 범위가 존재하거나, 또는 상기 매치들의 수의 결정에서, 상기 시간 창 내에서 수행된 상기 결정들의 수에 대한 상기 매치들의 수의 비율이 11%와 89% 사이에 있는 경우 상기 값 범위가 존재하는 전기 장치(1).
11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 전기 장치(1)는 소프트 스타터(soft starter)(1)인 전기 장치(1).
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