KR101772976B1 - 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법 - Google Patents

펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터 부스터 펌프 시스템에서 실시간으로 급수량을 측정하여, 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스에 근거하여 소유량 사용구간(시간)에서 양정을 유지할 수 있을 정도로 전압을 낮춰 펌프를 운전함으로써, 전압에 대응되게 사용전류를 줄일 수 있어, 결국 사용 전력량을 절감할 수 있는 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법에 관한 것으로서, 흡입배관(10)과 급수배관(20) 사이에 복수개의 부스터 펌프(30)가 병렬로 배열되고, 각각의 펌프(30)에 인버터(40)가 각각 장착되며, 제어부(50)에 의해 인버터(40)의 작동이 제어되는 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서, 실시간으로 급수량을 측정하여, 하루 24시간 동안의 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스를 제어부(50)에 저장하고, 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스에 근거하여 소유량 사용구간(a, b)이면, 오토 튜닝을 통해 확보한 H-Q 펌프 성능곡선 데이터에서 주파수별 유량 데이터에 입각하여 사용유량을 연산하고, 사용유량에 해당되는 주파수가 저유량 설정 주파수(Nb)에 해당되면, 전압-주파수 그래프 패턴에 근거하여 해당 설정주파수(Nb)에서 양정을 유지할 수 있을 정도로 전압을 낮춰 운전하는 것을 특징으로 한다.

Description

펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법{METHOD FOR ACTIVE CONTROLING VOLTAGE-FREQUENCY PATTERN OF INVERTER BASED PUMP PERFORMANCE DATA BASE}
본 발명은 인버터 부스터 펌프 시스템에서 실시간으로 급수량을 측정하여, 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스에 근거하여 소유량 사용구간(시간)에서 양정을 유지할 수 있을 정도로 전압을 낮춰 펌프를 운전함으로써, 전압에 대응되게 사용전류를 줄일 수 있어, 결국 사용 전력량을 절감할 수 있는 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법에 관한 것이다.
대한빈국 특허출원공개 제10-2003-0011024호(2003년 2월 6일, 공개)에 "정압 가변 인버터 제어 부스터 펌프 시스템"이 소개되어 있다.
상기 정압 가변 인버터 제어 부스터 펌프 시스템은 제어유닛, 제어유닛에 의해서 물 공급 파이프의 압력에 따른 출력 주파수를 변경하도록 제어되는 인버터, 상기 인버터에 의해 펌프를 구동하도록 제어되는 모터, 상기 물 공급 파이프의 압력을 감지하기 위하여 설치된 압력 전송기, 및 상기 모터에 의해 상기 물 공급 파이프를 통해 물을 펌프하도록 제어되는 펌프를 포함하되, 상기 제어유닛은 상기 물 공급 파이프 내의 압력 변화를 검출하고 상기 검출결과에 따른 아날로그 신호 직류 0V 내지 10V를 상기 인버터에 공급하여, 상기 인버터로 하여금 상기 모터에 대한 출력 주파수를 변경하도록 하여, 일정 범위하에서 상기 모터의 속력을 제어한다.
그러나, 정압 가변 인버터 제어 부스터 펌프 시스템은 아파트, 빌딩 등에서 하루 24시간 중 물 사용량이 아주 적은 소유량 공급 시간대가 많이 차지하고 있지만, 소유량 공급 시간대에서 에너지를 절감하기 위한 시도가 없다.
대한민국 특허 제10-0895392호(2009년 4월 21일, 등록)에 "인버터가 적용된 부스터 펌프 소유량판별제어"가 소개되어 있다.
상기 인버터가 적용된 부스터 펌프 소유량판별제어는 인버터로 제어되는 펌프가 한 대뿐이 아니면, 이전에 소유량판별제어를 수행하지 않았으면 시작으로 돌아가고, 반면 이전에 소유량판별제어를 수행하였으면 각 플래그 및 카운트를 초기화하고 설정압력을 원래대로 변경하여 시작으로 돌아가는 단계;
인버터로 제어되는 펌프가 한 대뿐이고, 소유량판별제어 2단계가 아니고, 소유량판별제어 1단계도 아니고, 토출압력과 설정압력이 같지 않으면, 1단계 진입을 위한 타이머 카운트를 초기화하고 시작으로 돌아가는 단계;
상기 토출압력과 설정압력이 같으면, 감지를 위한 카운트를 실행하고 감지시간 카운트가 감지시간 미만이면 시작으로 돌아가고, 반면 카운트가 감지시간 이상이면 1단계 진입 플래그를 발생시키고 감지시간 카운트를 초기화하고 시작으로 돌아가는 단계; 인버터로 제어되는 펌프가 한 대뿐이고, 소유량판별제어 2단계가 아니고, 소유량판별제어 1단계이면, 설정압력을 '설정압력-감지편차'로 변경하여 펌프의 회전수를 줄이고 이에 따라 토출압력이 '설정압력±감지편차' 이내가 아니면 1단계 플래그를 제거하고 판별시간 카운트를 초기화하고 설정압력을 원래대로 변경하여 시작으로 돌아가는 단계;
상기 토출압력이 '설정압력±감지편차' 이내이면, 판별시간 카운트를 실행하고 카운트가 판별시간 이상이 되지 않으면 시작으로 돌아가고, 반면 카운트가 판별시간 이상이면 2단계 진입 플래그를 발생시키고 카운트를 초기화하고 시작으로 돌아가는 단계;
인버터로 제어되는 펌프가 한 대뿐이고, 소유량판별제어 2단계이면 설정압력을 최종정지압력으로 변경하여 펌프의 회전수를 증가시키고 이에 따라 토출압력이 최종정지압력 미만이면 시작으로 돌아가고, 토출압력이 최종정지압력 이상이면 소유량판별제어 2단계 플래그를 초기화하고 펌프를 정지하는 단계를 포함하는 인버터가 적용된다.
그러나, 상기 인버터가 적용된 부스터 펌프 소유량판별제어는 한대의 펌프가 구동되고 있는 소유량사용구간일 때, 전압을 낮춤으로써 사용전력을 낮추는 것이 기술되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 실시간으로 급수량을 측정하여, 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스에 근거하여 소유량 사용구간(시간)에서 양정을 유지할 수 있을 정도로 전압을 낮춰 펌프를 운전함으로써, 전압에 대응되게 사용전류를 줄일 수 있어, 결국 사용 전력량을 절감할 수 있는 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법은 흡입배관과 급수배관 사이에 복수개의 부스터 펌프가 병렬로 배열되고, 각각의 펌프에 인버터가 각각 장착되며, 제어부에 의해 인버터의 작동이 제어되는 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서, 실시간으로 급수량을 측정하여, 하루 24시간 동안의 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스를 제어부에 저장하고, 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스에 근거하여 소유량 사용구간이면, 급수 배관의 유량 변화가 0 m3/min인 체절점에서 주파수를 순차적으로 최고 주파수(60Hz)까지 높여가며 실제 H-Q 펌프 성능곡선 데이터를 구하는 오토 튜닝을 통해 확보한 H-Q 펌프 성능곡선 데이터에서 주파수별 유량 데이터에 입각하여 사용유량을 연산하고, 사용유량에 해당되는 주파수가 저유량 설정 주파수에 해당되면, 전압-주파수 그래프 패턴에 근거하여 해당 설정주파수에서 양정을 유지할 수 있을 정도로 전압을 낮춰 운전하는 것을 특징으로 한다.
상기 물 사용 패턴 데이터는 한 달 동안 획득한 데이터를 데이터 베이스화하며, 24시간을 시간별로 통계 처리하여 데이터 베이스를 구축함으로써, 각각의 해당 달에 소요되는 물의 사용 패턴 데이터를 근거로 소유량사용구간을 알게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법은
하루 24시간 중 소유량 사용구간 인가?를 판단하는 단계(S101)와,
소유량 사용구간이면, 구동되고 있는 펌프가 1대인가?를 판단하는 단계(S102)와,
구동되고 있는 펌프가 1대이면, 구동 펌프의 인버터 주파수를 입력받아, 입력받은 주파수가 설정 주파수 보다 큰가?를 판단하는 단계(S103)와,
입력 주파수가 설정 주파수보다 크지 않으면, 전압을 일정 단위로 순차적으로 낮추는 단계(S104)와,
전류 반등이 있는가?를 체크하는 단계(S105)와,
전류 반등이 있으면, 전압을 이전 단계로 한 단계 높이고, S103 단계로 피드백하는 단계(S106)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법은 소유량 사용구간(시간)에 양정을 유지할 수 있을 정도로 전압을 낮춰 펌프를 운전함으로써, 전압에 대응되게 사용전류를 줄일 수 있어, 결국 사용 전력량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 구성도
도 2는 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템이 설치된 어느 한 아파트의 물 사용 패턴을 나타낸 그래프
도 3은 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 H-Q 성능곡선 그래프
도 4는 도 3에 대응되는 전압-주파수 그래프
도 5는 본 발명에 따른 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법을 도시한 플로우 챠트
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 일반적으로, 인버터 부스터 펌프 시스템은 흡입배관(10)과 급수배관(20) 사이에 복수개의 부스터 펌프(30)가 병렬로 배열되고, 각각의 펌프(30)에 인버터(40)가 각각 장착되며, 제어부(50)에 의해 인버터(40)의 작동이 제어된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기와 같은 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법은 실시간으로 급수량을 측정하여, 하루 24시간 동안의 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스를 제어부(50)에 저장하고, 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스에 근거하여 소유량 사용구간(a, b ; 도 2 참조)이면, 급수 배관의 유량 변화가 0 m3/min인 체절점에서 주파수를 순차적으로 최고 주파수(60Hz)까지 높여가며 실제 H-Q 펌프 성능곡선 데이터를 구하는 오토 튜닝을 통해 확보한 H-Q 펌프 성능곡선 데이터(도 3 참조)에서 주파수별 유량 데이터에 입각하여 사용유량을 연산하고, 사용유량에 해당되는 주파수가 저유량 설정 주파수(Nb)에 해당되면, 전압-주파수 그래프 패턴(도 4 참조)에 근거하여 해당 설정주파수(Nb)에서 양정을 유지할 수 있을 정도로 전압을 낮춰 운전하게 된다. 이것에 의해, 전압에 대응되게 사용전류를 줄일 수 있어, 결국 사용전력량을 절감할 수 있게 된다.
상기 오토 튜닝은 인버터 부스터 펌프 시스템을 설치한 후 수행하는 것으로서, 급수 배관의 유량 변화가 0 m3/min인 체절점에서 주파수를 순차적으로 최고 주파수(60Hz)까지 높여가며 실제 H-Q 펌프 성능곡선 데이터를 구하는 것이고, 오토 튜닝에 의해 구해진 테스트 데이터가 제어부에 저장됨으로써, 사용처에 필요한 사용설정압력이 입력되면, 저장된 테스트 데이터로부터 정지비율(하한 주파수)을 자동으로 설정된다.
예를 들어, 도 2는 인버터 부스터 펌프 시스템이 어느 한 아파트에 설치된 후, 운전을 행하여 얻은 데이터 베이스이다. 즉, 어느 한 아파트에 인버터 부스터 펌프 시스템을 설치한 후, 운전을 시행하여 24시간 동안 해당 아파트의 물 사용 패턴 데이터를 얻을 수 있다. 이때, 상기 물 사용 패턴 데이터는 한 달 동안 획득한 데이터를 데이터 베이스화하며, 24시간을 시간별로 통계 처리하여 데이터 베이스를 구축함으로써, 각각의 해당 달에 소요되는 물의 사용 패턴 데이터를 근거로 소유량사용구간(a, b)을 알 수 있게 된다.
도 2의 그래프에서 10시~18시 사이 그리고 1시~5시 사이의 구간이 소유량사용구간이며, (가) 그래프선은 실측한 사용 유량이고, (나) 그래프선은 한 달동안 측정한 사용 유량을 평균한 값으로, (나) 그래프선을 기준으로 소유량사용구간(a, b)을 설정하게 된다. 도 2의 그래프에 나타난 것과 같이, 소유량사용구간(a, b)은 24시간중 절반을 차지할 정도로 많고, 소유량사용구간(a, b)에서 전류 반등이 발생할 때까지 전압을 낮추어도 문제가 발생하지 않아, 소유량사용구간(a, b)에서 전력 절감을 기대할 수 있다.
그리고, 도 3은 인버터 부스터 펌프 시스템을 설치한 후, 급수 배관의 유량 변화가 0 m3/min인 체절점에서 주파수를 순차적으로 최고 주파수(60Hz)까지 높여가며 실제 H-Q 펌프 성능곡선 데이터를 구하는 오토 튜닝을 통해 실제로 확보한 H-Q 펌프 성능곡선 데이터로, 사용유량의 증감에 따라 사용설정압력(H0)에 맞춰 주파수를 변환한다. 즉, 사용 유량이 QA → QB → 0으로 변할 경우, 인버터의 주파수가 Na → Nb → Nc로 변경된다. 이때, 제어부(50)는 소유량 사용구간(a, b)에서 1대의 펌프만이 구동되고 있으며, 인버터의 상용 주파수가 Na에서 감소되어 소유량 제어에 해당되는 설정 주파수(Nb)에 도달되면, 설정 주파수(Nb)에서 강제로 전압을 낮추는 조건을 충족하게 된다.
도 4에 도시된 것처럼, 전압(V)과 주파수(f)는 정비례 관계로, 주파수(f)가 증가하거나 감소하는 것에 정비례하여 전압(V)도 증가하거나 감소하게 된다. 이때, 도 4에 도시된 것처럼, 소유량 설정 주파수(Nb)를 그대로 유지한 상태에서 양정의 변화가 발생하기 직전까지 전압을 낮추게 된다. 즉, 예를 들어, 해당 주파수(Nb)에서 b볼트의 전압이 대응되는 상태에서, 전압을 a볼트까지 낮춤으로써, a볼트 전압에 대응되게 전류를 낮출 수 있어, 결국 사용 전력량을 절감하게 되는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
하루 24시간 중 소유량 사용구간(a, b) 인가?를 판단한다(S101). 여기서, 소유량 사용구간(a, b)이 아니면, 프로그램을 마친다.
소유량 사용구간(a, b)이면, 구동되고 있는 펌프가 1대인가?를 판단한다(S102). 여기서, 구동되고 있는 펌프가 2대 이상일 경우, S101 단계로 피드백한다.
구동되고 있는 펌프가 1대이면, 구동 펌프의 인버터 주파수를 입력받아, 입력받은 주파수가 설정 주파수(Nb) 보다 큰가?를 판단한다(S103). 여기서, 입력 주파수가 설정 주파수(Nb)보다 크면, S102 단계로 피드백한다.
그리고, 입력 주파수가 설정 주파수(Nb)보다 크지 않으면, 전압을 일정 단위로 순차적으로 낮춘다(S104).
이때, 전압의 강하에 따라 전류가 비례적으로 낮아지게 되지만, 양정을 항상 일정하게 유지해야 하기 때문에 전압을 낮추는 과정에서 어느 순간 전류가 반등하게 되면, 제어부(50)가 전류 반등이 있는가?를 체크하게 된다(S105). 전류 반등이 없으면 S104로 피드백한다.
전류 반등이 있으면, 전압을 이전 단계로 한 단계 높이고, S103 단계로 피드백한다(S106).
10 : 흡입배관 20 : 급수배관
30 : 부스터 펌프 40 : 인버터
50 : 제어부

Claims (3)

  1. 흡입배관(10)과 급수배관(20) 사이에 복수개의 부스터 펌프(30)가 병렬로 배열되고, 각각의 펌프(30)에 인버터(40)가 각각 장착되며, 제어부(50)에 의해 인버터(40)의 작동이 제어되는 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서,
    실시간으로 급수량을 측정하여, 하루 24시간 동안의 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스를 제어부(50)에 저장하고, 물 사용 패턴에 대한 데이터 베이스에 근거하여 소유량 사용구간(a, b)이면, 급수 배관의 유량 변화가 0 m3/min인 체절점에서 주파수를 순차적으로 최고 주파수(60Hz)까지 높여가며 실제 H-Q 펌프 성능곡선 데이터를 구하는 오토 튜닝을 통해 확보한 H-Q 펌프 성능곡선 데이터에서 주파수별 유량 데이터에 입각하여 사용유량을 연산하고, 사용유량에 해당되는 주파수가 저유량 설정 주파수(Nb)에 해당되면, 전압-주파수 그래프 패턴에 근거하여 해당 설정주파수(Nb)에서 양정을 유지할 수 있을 정도로 전압을 낮춰 운전하는 것을 특징으로 하는 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물 사용 패턴 데이터는 한 달 동안 획득한 데이터를 데이터 베이스화하며, 24시간을 시간별로 통계 처리하여 데이터 베이스를 구축함으로써, 각각의 해당 달에 소요되는 물의 사용 패턴 데이터를 근거로 소유량사용구간(a, b)을 알게 되는 것을 특징으로 하는 알 수 있게 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법.
  3. 하루 24시간 중 소유량 사용구간(a, b) 인가?를 판단하는 단계(S101)와,
    소유량 사용구간(a, b)이면, 구동되고 있는 펌프가 1대인가?를 판단하는 단계(S102)와,
    구동되고 있는 펌프가 1대이면, 구동 펌프의 인버터 주파수를 입력받아, 입력받은 주파수가 설정 주파수(Nb) 보다 큰가?를 판단하는 단계(S103)와,
    입력 주파수가 설정 주파수(Nb)보다 크지 않으면, 전압을 일정 단위로 순차적으로 낮추는 단계(S104)와,
    전류 반등이 있는가?를 체크하는 단계(S105)와,
    전류 반등이 있으면, 전압을 이전 단계로 한 단계 높이고, S103 단계로 피드백하는 단계(S106)로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프성능 데이터 베이스에 의한 인버터 전압-주파수 패턴 능동제어방법.
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JP2006307682A (ja) 2005-04-26 2006-11-09 Ebara Densan Ltd ポンプ装置
KR101447595B1 (ko) 2013-03-26 2014-10-07 주식회사 대영파워펌프 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법

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