KR101872844B1 - Motor driving method for energy saving via margin power control - Google Patents

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    • HELECTRICITY
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법은 전동기의 구동 방법에 있어서, (1) 상기 전동기의 표면온도를 측정하여 기준온도와 비교하는 단계; (2) 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도 이하인 경우, 상기 전동기의 공급전압 또는 구동주파수를 소정 비율로 감소시킨 후 상기 전동기를 소정시간 구동하여, 상기 소정시간 구동된 전동기의 표면온도를 측정하는 단계; 및 (3) 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도를 초과할 때 까지 상기 (2)단계를 반복 수행하며, 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도를 초과한 경우 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수를 상기 전동기의 입력값으로 설정하는 단계를 포함함으로써, 전동기가 부하에 대하여 정상적으로 구동하는데 필요한 공급전압 또는 구동주파수를 정격전압 또는 정격주파수 이하에서 최소화함으로써 전동기의 소비 에너지를 저감할 수 있다.A method of driving an energy-saving motor through margin-controlled power control according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (1) measuring a surface temperature of the motor and comparing the surface temperature with a reference temperature; (2) when the measured surface temperature is lower than or equal to the reference temperature, the supply voltage or the driving frequency of the motor is reduced to a predetermined ratio, and then the motor is driven for a predetermined time to measure the surface temperature of the motor driven for the predetermined time step; And (3) repeating the step (2) until the measured surface temperature exceeds the reference temperature, and when the measured surface temperature exceeds the reference temperature, The supply voltage or the drive frequency is set to the input value of the electric motor so that the supply voltage or the drive frequency necessary for the electric motor to normally operate with respect to the load is minimized below the rated voltage or the rated frequency, .

Description

여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법 및 장치{MOTOR DRIVING METHOD FOR ENERGY SAVING VIA MARGIN POWER CONTROL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an energy saving type motor drive method and apparatus,

본 발명은 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면온도 기반의 여유전력 최소화를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법 및 장치에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for driving an energy-reduction type motor by minimizing extra power based on surface temperature.

일반적으로, 유도 모터의 회전자를 구성하는 영구자석에는 저온 감자 현상이 생기는데, 이는 모터가 저온 조건에서 운전 시 전기자코일의 피크 전류에 의해 자석 감자가 과도하게 발생하여, 상온으로 운전 조건이 바뀐 후에도 초기 자석 자속밀도값이 회복되지 못해 자기력 저하가 발생하는 현상이다. 이로 인해 모터의 운전 전류가 상승하여 모터 및 구동회로 온도가 상승하게 되며, 결과적으로 모터의 트립(Trip)을 초래하게 된다.Generally, a permanent magnet constituting a rotor of an induction motor generates a low-temperature potato phenomenon. This is because when the motor is operated under a low temperature condition, the magnet potato is excessively generated by the peak current of the armature coil, The initial magnetic flux density value can not be recovered and magnetic force is lowered. As a result, the operating current of the motor rises and the temperature of the motor and the driving circuit rises. As a result, the motor trips.

영구자석의 특성을 살펴보면, 페라이트 영구자석의 경우, 온도감소 시 자기이력곡선(Magnetic Hysteresis Curve)에서 자속밀도(Br)는 약 0.18 0.20 %/ 정도 증가하고 보자력(Hc)은 약 0.35 0.45 %/ 정도 감소한다. 즉, 온도에 따라 자기이력곡선이 변하게 되며, 저온에서 고온까지 안정된 자석 특성을 확보하기 위해서는 초기 자기회로 설계시 최저 저온 조건을 감안한 모터 설계 고려와 함께, 전류 제한을 통해 전기자 반작용 제어 기술이 요구된다. In the case of ferrite permanent magnets, the magnetic flux density (Br) is increased by about 0.18 0.20% / and the coercive force (Hc) is about 0.35 0.45% / degree in the magnetic hysteresis curve . In other words, the magnetic hysteresis curve changes according to the temperature. In order to secure the stable magnet characteristics from the low temperature to the high temperature, the armature reaction control technique is required through the current limitation along with consideration of the motor design considering the low- .

대한민국 공개특허 제10-2007-0074144호에서는 이를 해결하기 위하여 모터에 흐르는 부하전류가 미리 설정된 과전류 상한치 이상이면, 상기 모터의 온도를 검출하고, 상기 검출된 온도로부터 상기 영구자석의 온도 운전조건을 판단하고, 판단된 온도 운전조건에 따라 상기 과전류 상한치를 서로 차별되게 설정하는 내용을 개시하고 있다. Korean Patent Publication No. 10-2007-0074144 discloses a method of detecting a temperature of the motor when a load current flowing through the motor is equal to or higher than a predetermined upper limit value of an overcurrent and determining a temperature operation condition of the permanent magnet from the detected temperature And sets the upper limit value of the overcurrent to be different from each other in accordance with the determined temperature operating condition.

또한, 종래에는 전동기에 정격으로 공급되는 전압이나 주파수를 감소시켜서 에너지를 절감하는 방식은 인버터와 소프트 스타터에서 형식적으로 적용되고 있다. In the past, a method of reducing energy by reducing the voltage or frequency supplied to the motor in a rated manner has been formally applied to inverters and softstarter.

전동기의 발열부인 권선은 철손과 동손 등의 손실이 열로 변환되는 것으로써 권선부의 온도측정은 온도센서를 사용하여 운전 중에도 측정하는 직접법과, 식(1)과 같은 권선 저항값을 이용한 간접법이 있는데, 전동기를 운전하고 있는 중에는 어는 방법으로도 측정하지 못한다.
The windings of the motor are transformed into heat loss, such as iron loss and copper loss. The temperature measurement of the winding part is carried out using a direct method using a temperature sensor during operation and an indirect method using a winding resistance value as in equation (1) While the motor is running, it can not be measured by freezing.

Deg(T) = [(R2 - R1) X (234.5 + T1)/R1] - (T2 T1)------------(1)Deg (T) = [(R2 - R1) X (234.5 + T1) / R1] - (T2 T1)

여기서, R1은 온도상승 시험 전의 권선 저항이고, R2는 온도상승 시험 후의 권선 저항이고, T1은 온도상승 시험 전의 주위온도이고, T2는 온도상승 시험 후의 주위온도이고, 234.5은 동선의 온도 계수이다.
Here, R1 is the winding resistance before the temperature rise test, R2 is the winding resistance after the temperature rise test, T1 is the ambient temperature before the temperature rise test, T2 is the ambient temperature after the temperature rise test, and 234.5 is the temperature coefficient of the copper wire.

종래의 인버터나 소프트 스터터는 간접법으로 온도를 계산하는 센서리스 방식이나 여자전류 제한 프로그램을 내장하여 에너지를 절감할 수 있는 방법을 형식적으로 채택하고 있다. 하지만, 인버터는 직류 구형파를 출력함로써 정현파가 공급되는 전동기보다 열을 더 발생하고, 싸이리스터를 이용한 소프트 스타터에서도 역시 전압을 감소시켰을 때 정현파가 왜형파로 변질되면서 온도상승이 일어난다.Conventional inverters and softstarter formally adopt a sensorless method of calculating the temperature by indirect method or a method of saving energy by incorporating an excitation current limiting program. However, the inverter generates more heat than a motor supplied with a sinusoidal wave by outputting a DC square wave, and when the voltage is also decreased in a soft starter using a thyristor, a sinusoidal wave is distorted into a distorted wave and a temperature rise occurs.

또한, 주변환경에 온도영향을 받기 때문에 전동기의 운전 중에 온도를 측정하지 않고 계산식에 의한 것은 신뢰를 할 수 없고 운전 중에 권선의 저항을 측정하기 위하여 수시로 정지를 시킬 수도 없다. 그리고 인버터는 캐리어 주파수를 조정할 경우가 있는데, 캐리어 주파수의 가변에 따라 구형파의 진폭이 변하면서 권선부에 끼치는 온도영향이 달라지기에 일정한 온도상수를 적용할 수 없는 유명무실한 간접법은 현재 거의 사용되지 않고 있다. In addition, since the temperature is affected by the surrounding environment, it is not possible to reliably calculate by the calculation formula without measuring the temperature during the operation of the motor, and it is not possible to stop from time to time to measure the resistance of the winding during operation. Since the amplitude of the square wave changes with the variation of the carrier frequency and the influence of the temperature on the winding part changes depending on the variation of the carrier frequency, the indirect method of unfamiliarity, which can not apply a constant temperature constant, have.

또한 더미스터 등의 온도센서에 의한 유도전동기의 표면이나 내부 온도를 측정하는 장치가 있으나 소비전력 저감 제어를 위한 것이 아닌 단지 모터의 소손보호나 열화방지를 위한 기능으로만 사용한다.There is also a device for measuring the surface or internal temperature of an induction motor by a temperature sensor such as a duster, but it is not used for power consumption reduction control, but is used only as a function for protecting the motor from burnout or preventing deterioration.

이와 같은 종래 기술들에서는 전동기의 정격전압이나 정격주파수가 부하변동에 어느 정도의 여유전력으로 전력을 소비하고 있는지에 관하여, 즉 전동기가 부하에 공급해야하는 출력에 대하여 필요 이상의 전력을 소비하는 것에 대하여 문제시하거나 이에 대한 해결책을 제시하고 있지는 않다. In such prior arts, as to whether the rated voltage or the rated frequency of the electric motor consumes electric power with a certain amount of spare electric power to the load fluctuation, that is, the electric motor consumes more power than necessary for the output to be supplied to the load, Nor does it provide a solution.

대한민국 공개특허 제10-2007-0074144호Korean Patent Publication No. 10-2007-0074144

1996 ASHRAE Handbook(American Society for Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers), Chapter 39, Motors and Motor Control1996 ASHRAE Handbook (American Society for Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers), Chapter 39, Motors and Motor Control

본 발명의 목적은, 공급전압 또는 구동주파수 감소에 따른 전동기의 표면온도 변화에 기반하여 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for driving an energy saving type motor by means of margin power control based on a change in surface temperature of the motor due to a decrease in supply voltage or drive frequency.

본 발명의 다른 목적은, 공급전압 또는 구동주파수 감소를 통한 에너지 저감이 가능한 전동기인지를 판단할 수 있는 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for driving an energy-reduction type motor with margin power control that can determine whether an electric motor is capable of reducing energy by reducing a supply voltage or a driving frequency.

본 발명의 일시예들에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법은 전동기의 구동 방법에 있어서, (1) 상기 전동기의 표면온도를 측정하여 기준온도와 비교하는 단계; (2) 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도 이하인 경우, 상기 전동기의 공급전압 또는 구동주파수를 소정 비율로 감소시킨 후 상기 전동기를 소정시간 구동하여, 상기 소정시간 구동된 전동기의 표면온도를 측정하는 단계; 및 (3) 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도를 초과할 때 까지 상기 (2)단계를 반복 수행하며, 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도를 초과한 경우 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수를 상기 전동기의 입력값으로 설정하는 단계를 포함한다. A method of driving an energy-saving type motor with idle power control according to embodiments of the present invention includes the steps of: (1) measuring a surface temperature of the motor and comparing the surface temperature with a reference temperature; (2) when the measured surface temperature is lower than or equal to the reference temperature, the supply voltage or the driving frequency of the motor is reduced to a predetermined ratio, and then the motor is driven for a predetermined time to measure the surface temperature of the motor driven for the predetermined time step; And (3) repeating the step (2) until the measured surface temperature exceeds the reference temperature, and when the measured surface temperature exceeds the reference temperature, And setting the supply voltage or the driving frequency to the input value of the electric motor.

상기 기준온도는 상기 전동기를 정격전압 또는 정격 주파수로 소정시간 구동할 경우 일정하게 유지되는 상기 전동기의 표면온도로 설정하는 것이 가능하다. The reference temperature may be set to a surface temperature of the motor that is kept constant when the motor is driven at a rated voltage or a rated frequency for a predetermined time.

상기 (2) 단계에서, 상기 공급전압 또는 구동주파수의 감소 후 상기 전동기의 부하전류가 상기 감소 전 상기 전동기의 부하전류보다 큰 경우에는 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수를 상기 전동기의 입력값으로 설정하는 것이 가능하다. If the load current of the motor after the decrease of the supply voltage or the drive frequency is greater than the load current of the motor before the decrease in step (2), the supply voltage or the drive frequency of the immediately preceding step exceeding the reference temperature It is possible to set the input value of the motor.

상기 (3) 단계는, 상기 기준온도를 초과하는 경우, 상기 전동기로 입력되는 공급전압 또는 구동주파수를 상기 기준온도를 초과하기 두단계 전의 공급전압 또는 구동주파수로 높이는 단계; 및 상기 전동기로 입력되는 공급전압 또는 구동주파수를 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수로 낮추는 단계를 포함하는 것이 가능하다. Increasing the supply voltage or the drive frequency inputted to the motor to a supply voltage or a drive frequency two steps before the reference temperature, when the reference temperature is exceeded; And lowering the supply voltage or the drive frequency inputted to the electric motor to a supply voltage or a drive frequency immediately before the reference temperature is exceeded.

상기 (1)단계이전에 (0) 전동기의 정격전압 또는 주파수, 공급전압 및 구동주파수, 부하전류의 변화량, 표면온도 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 전동기가 여유전력을 줄여서 구동 가능한 전동기인지를 판단하는 단계를 더 포함하는 것이 가능하다. Judging whether or not the electric motor is an electric motor that can be driven by reducing the available electric power based on at least one of (0) the rated voltage or frequency of the electric motor, the supply voltage and the driving frequency, the variation amount of the load current, It is possible to further include the step of

상기 (0)단계는, 상기 전동기를 정격전압 또는 정격주파수로 소정시간 구동한 후 상기 전동기의 제1차 부하전류를 측정하는 단계; 상기 정격전압 또는 정격주파수를 상기 소정 비율로 감소시켜 소정시간 구동한 후 상기 전동기의 제2차 부하전류를 측정하는 단계; 및 상기 제2차 부하전류가 상기 제1차 부하전류보다 작은 경우 상기 전동기를 여유전력을 줄여서 구동 가능한 전동기로 판단하는 단계를 포함하는 것이 가능하다. Wherein the step (0) includes: measuring a first load current of the motor after driving the motor at a rated voltage or a rated frequency for a predetermined time; Measuring the second load current of the motor after driving the motor for a predetermined time by reducing the rated voltage or the rated frequency to the predetermined ratio; And determining that the motor is a motor that can be driven by reducing the available power if the second secondary load current is smaller than the first primary load current.

상기 제2차 부하전류가 상기 제1차 부하전류보다 큰 경우 상기 전동기를 여유전력을 줄여서 구동 불가능한 전동기로 판단하는 것이 가능하다.
If the second load current is larger than the first load current, it is possible to determine that the motor is a motor that can not be driven by reducing the available power.

본 발명의 일실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 장치는 전동기 제어 장치에 있어서, 상기 전동기의 표면온도를 소정시간 간격으로 검출하는 온도 검출부; 상기 측정된 표면온도가 기준온도를 초과할 때 까지 상기 전동기의 공급전압 또는 구동주파수를 소정 비율로 감소시킨 후 상기 전동기를 소정시간 구동하는 과정을 반복하고, 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도를 초과한 경우 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수를 상기 전동기의 입력값으로 설정하는 구동 제어부를 포함한다. An apparatus for driving an energy-saving type motor with idle power control according to an embodiment of the present invention includes a temperature detector for detecting a surface temperature of the motor at predetermined time intervals; The method comprising the steps of: decreasing a supply voltage or a driving frequency of the motor by a predetermined ratio until the measured surface temperature exceeds a reference temperature, and driving the motor for a predetermined time; And a drive control unit for setting the supply voltage or the drive frequency of the immediately preceding step exceeding the reference temperature to the input value of the electric motor.

상기 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 장치는 상기 전동기의 부하전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하는 것이 가능하다. The energy-saving type motor driving apparatus through the margin power control may further include a current detecting unit for detecting a load current of the motor.

상기 구동 제어부는, 상기 공급전압 또는 구동주파수의 감소 후 상기 전동기의 부하전류가 상기 감소 전 상기 전동기의 부하전류보다 큰 경우에는 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수를 상기 전동기의 입력값으로 설정하는 것이 가능하다. Wherein the drive control unit controls the supply voltage or the drive frequency of the immediately preceding step to exceed the reference temperature when the load current of the motor after the decrease of the supply voltage or the drive frequency is larger than the load current of the motor before the decrease, It is possible to set it as an input value.

상기 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 장치는, 상기 구동 제어부에 의해서 다른 주변장치와 전력선을 통하여 제어신호 및 데이터를 송수신하는 전력선 통신부를 더 포함하는 것이 가능하다. The energy-reduction type motor driving apparatus through the margin power control may further include a power line communication unit for transmitting and receiving control signals and data to and from other peripheral devices through the power line by the drive control unit.

상기 구동 제어부는, 정격전압 또는 주파수, 공급전압 및 구동주파수, 부하전류의 변화량, 표면온도 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 전동기가 여유전력을 저감하여 구동 가능한지를 판단하는 것이 가능하다. The drive control section can determine whether the electric motor is capable of driving by reducing the available electric power based on at least one of the rated voltage or frequency, the supply voltage and the drive frequency, the amount of change of the load current, and the surface temperature.

상기 구동 제어부는, 상기 전동기를 정격전압 또는 정격주파수로 소정시간 구동한 후 측정한 상기 전동기의 제1차 부하전류와, 상기 정격전압 또는 정격주파수를 상기 소정 비율로 감소시켜 소정시간 구동한 후 측정한 상기 전동기의 제2차 부하전류를 비교하고, 상기 제2차 부하전류가 상기 제1차 부하전류보다 작은 경우 상기 전동기를 여유전력을 줄여서 구동 가능한 전동기로 판단하는 것이 가능하다. Wherein the drive control unit reduces the first load current of the motor measured after driving the motor at a rated voltage or a rated frequency for a predetermined period of time and the rated voltage or the rated frequency at the predetermined ratio to drive the motor for a predetermined time, It is possible to compare the second load current of one of the motors and determine the motor as a motor that can be driven by reducing the available power when the second load current is smaller than the first load current.

본 발명의 실시예들에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법 및 장치에 따르면, 전동기의 표면온도에 기반하여 전동기의 공급전압 또는 구동주파수를 최소화함으로써 전동기의 소비 에너지를 저감할 수 있다.According to the energy saving type motor drive method and apparatus using the margin power control according to the embodiments of the present invention, the supply voltage or the drive frequency of the motor is minimized based on the surface temperature of the motor, so that the energy consumption of the motor can be reduced .

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법 및 장치에 따르면, 전동기가 공급전압 또는 구동주파수를 감소하여 에너지 절감을 실현할 수 있는 전동기인지를 확인할 수 있다.In addition, according to the method and apparatus for driving an energy-reduction type motor through the margin power control according to the embodiments of the present invention, it can be confirmed that the electric motor can reduce the supply voltage or the driving frequency to realize energy saving.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법의 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 장치의 기능 블록도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법의 상세도이고,
도 4(A) 및 (B)의 각각은 본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법이 적용된 원거리 및 근거리 전동기 구동 시스템의 상세도이고,
도 5(A) 및 (B)의 각각은 본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법이 적용된 인버터를 채용한 원거리 및 근거리 전동기 구동 시스템의 상세도이고,
도 6(A) 및 (B)의 각각은 본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법이 적용된 전압 조정기를 채용한 원거리 및 근거리 전동기 구동 시스템의 상세도이다.
FIG. 1 is a flowchart of a method of driving an energy-reduction type motor using spare power control according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a functional block diagram of an energy-reducing type motor drive apparatus using spare power control according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a detailed view of a method of driving an energy-saving type motor using spare power control according to an embodiment of the present invention,
4A and 4B are detailed views of a long-range and short-range motor drive system to which an energy-reduction type motor drive method based on margin power control according to an embodiment of the present invention is applied,
5A and 5B are detailed views of a long-range and near-field motor drive system employing an inverter to which an energy-reduction type motor drive method based on margin power control according to an embodiment of the present invention is applied,
6A and 6B are detailed views of a long-range and short-range motor drive system employing a voltage regulator to which an energy-reduction type motor drive method based on margin power control according to an embodiment of the present invention is applied.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성 요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성 요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성 요소 또는 특징은 다른 구성 요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성 요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.The following embodiments are a combination of elements and features of the present invention in a predetermined form. Each component or characteristic may be considered optional unless otherwise expressly stated. Each component or feature may be implemented in a form that is not combined with other components or features. In addition, some of the elements and / or features may be combined to form an embodiment of the present invention. The order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some configurations or features of certain embodiments may be included in other embodiments, or may be replaced with corresponding configurations or features of other embodiments.

본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.Embodiments of the present invention may be implemented by various means. For example, embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.For a hardware implementation, the method according to embodiments of the present invention may be implemented in one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs) , Field programmable gate arrays (FPGAs), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고받을 수 있다.In the case of an implementation by firmware or software, the method according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, a procedure or a function for performing the functions or operations described above. The software code can be stored in a memory unit and driven by the processor. The memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various well-known means.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only a case directly connected but also a case where the part is electrically connected with another part in between. In addition, when a part includes an element, it means that the element may include other elements, not excluding other elements, unless specifically stated otherwise.

또한, 본 명세서에서 기재한 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.Also, the term module as used herein refers to a unit for processing a specific function or operation, which can be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention, and are not intended to limit the scope of the invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 장치의 기능 블록도이다. FIG. 1 is a flow chart of a method of driving an energy-saving type motor using spare power control according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of driving the energy-saving type motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention Block diagram.

도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법 및 장치를 상세히 설명한다. Referring to FIGS. 1 and 2, a method and an apparatus for driving an energy-saving type motor through an idle power control according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일시예들에 따른 전동기 구동 장치(100 ?)는 전동기(110)의 표면온도를 측정하는 온도 검출부(120)와, 부하에서 요구하는 출력을 충분히 공급하며, 동시에 여유전력을 최소화하여 전동기(110)를 구동하는 구동 제어부(140)를 포함하며, 전동기(110)의 부하전류를 검출하는 전류 검출부(130)와 전동기 구동과 관련된 전동기의 표면온도, 입력전압, 구동주파수 등을 표시하는 표시부(150)를 더 포함하는 것이 가능하다. The electric motor driving apparatus 100? According to the instant embodiment of the present invention includes a temperature detecting unit 120 for measuring the surface temperature of the electric motor 110, and a controller 120 for sufficiently supplying the output required by the load, And a drive control unit 140 for driving the motor 110. The current detection unit 130 detects a load current of the motor 110. The display unit 130 displays a surface temperature of the motor, (150).

구동 제어부(140)는 전동기(110)가 본 제안된 방법에 따라 여유전력보다 낮은 전력으로 구동 가능한지를 먼저 판단하며(S110), 이후 온도 검출부(120)가 전동기(110)의 표면온도를 측정하면 구동 제어부(140)가 기준온도와 측정된 표면온도를 비교한다(S120). 구동 제어부(140)는 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도 이하인 경우, 전동기(110)의 공급전압 또는 구동주파수를 소정 비율로 감소시킨 후 상기 전동기를 소정시간 구동한다. 온도 검출부(120)와 구동 제어부(140)는 온도 검출부(120)가 측정한 표면온도가 상기 기준온도를 초과할 때까지 구동 제어부(140)는 위 과정을 반복 수행한다. The drive control unit 140 first determines whether the electric motor 110 can be driven at a power lower than the allowable power according to the proposed method at S110 and then when the temperature detection unit 120 measures the surface temperature of the electric motor 110 The drive control unit 140 compares the reference temperature with the measured surface temperature (S120). When the measured surface temperature is equal to or lower than the reference temperature, the drive control unit 140 reduces the supply voltage or the drive frequency of the motor 110 by a predetermined ratio, and drives the motor for a predetermined time. The drive control unit 140 repeats the above process until the surface temperature measured by the temperature detection unit 120 exceeds the reference temperature, in the temperature detection unit 120 and the drive control unit 140.

구동 제어부(140)는 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도를 초과한 경우 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수를 상기 전동기의 입력값으로 설정한다(S150). 즉, 이와 같은 공급전압 또는 구동주파수 하에서도 전동기(110)는 정격정압 또는 주파수하에서 부하에서 요구하는 출력을 충분히 공급하면서도, 설계시의 정격입력 하에서 가지고 있는 여유전력을 최대로 저감할 수 있어 에너지 저감이 가능하다. If the measured surface temperature exceeds the reference temperature, the drive control unit 140 sets the supply voltage or the drive frequency of the immediately preceding step exceeding the reference temperature as the input value of the motor (S150). That is, even under such a supply voltage or drive frequency, the motor 110 can sufficiently supply the output required by the load under the rated static pressure or frequency, but also can reduce the available power under the rated input at design to the maximum, This is possible.

여기서, 본 실시예에서는 전동기를 정격전압 또는 정격 주파수로 소정시간 구동할 경우 일정하게 유지되는 전동기의 표면온도를 기준온도로 설정하였다. Here, in this embodiment, the surface temperature of the motor, which is kept constant when the motor is driven at rated voltage or rated frequency for a predetermined time, is set as the reference temperature.

구동 제어부(140)는 상기 최대 저감 전력 상태의 공급전압 또는 구동주파수 상태에서도 전류 검출기(130)에서 검출한 전동기(110)의 부하전류가 감소하는지를 판단하여, 상기 공급전압 또는 구동주파수의 감소 시 상기 부하전류도 함께 감소하는 지 판단하여 상기 최대 저감 전력 상태의 공급전압 또는 구동주파수를 더욱 정확하게 제어할 수 있다. The drive control unit 140 determines whether the load current of the motor 110 detected by the current detector 130 is reduced even in the supply voltage or drive frequency state of the maximum reduction power state, It is possible to more precisely control the supply voltage or the driving frequency in the maximum reduction power state by determining whether the load current also decreases together.

구동 제어부(140)는 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도를 초과하는 경우, 전동기(110)로 입력되는 공급전압 또는 구동주파수를 상기 기준온도를 초과하기 두단계 전의 공급전압 또는 구동주파수로 높인 후, 다시 전동기(110)로 입력되는 공급전압 또는 구동주파수를 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수로 낮춤으로써, 전동기(110)에 상기 최대 저감 전력 상태의 공급전압 또는 구동주파수를 공급할 수 있다. When the measured surface temperature exceeds the reference temperature, the drive control unit 140 raises the supply voltage or the drive frequency input to the motor 110 to a supply voltage or drive frequency two steps before the reference temperature, , The supply voltage or the driving frequency of the motor 110 is reduced to the supply voltage or the driving frequency of the immediately preceding stage when the supply voltage or the driving frequency inputted to the motor 110 exceeds the reference temperature, Can supply.

구동 제어부(140)는 최소 여유전력으로 전동기(110)를 구동하기 전에, 전동기(110)의 정격전압 또는 주파수, 공급전압 및 구동주파수, 부하전류의 변화량, 표면온도 중 적어도 하나 이상에 기초하여 전동기(110)가 여유전력을 줄여서 구동 가능한 전동기인지를 판단하는 것이 바람직하다.The drive control unit 140 controls the motor 110 based on at least one of the rated voltage or frequency of the motor 110, the supply voltage and the drive frequency, the amount of change in the load current, and the surface temperature before driving the motor 110 with the minimum allowable power. It is preferable to determine whether the motor 110 is a motor that can be driven by reducing the available power.

더욱 상세하게는, 구동 제어부(140)는 전동기(110)를 정격전압 또는 정격주파수로 소정시간 구동한 후 상기 전동기의 제1차 부하전류를 측정하고, 상기 정격전압 또는 정격주파수를 상기 소정 비율로 감소시켜 소정시간 구동한 후 상기 전동기의 제2차 부하전류를 측정하여, 상기 제2차 부하전류가 상기 제1차 부하전류보다 적거나 동일한 경우 상기 전동기를 여유전력을 줄여서 구동 가능한 전동기로 판단할 수 있다. More specifically, the drive control unit 140 measures the first load current of the motor after driving the motor 110 at a rated voltage or a rated frequency for a predetermined period of time, and outputs the rated voltage or the rated frequency at the predetermined ratio The second load current of the motor is measured. If the second load current is less than or equal to the first load current, the motor is judged to be a motor that can be driven by reducing the available power .

여기서, 구동 제어부(140)는 상기 제2차 부하전류가 상기 제1차 부하전류보다 큰 경우에는 상기 전동기를 여유전력을 줄여서 구동이 불가능한 전동기로 판단할 수 있다. Here, if the second load current is larger than the first load current, the drive controller 140 may determine that the motor is a motor that can not be driven by reducing the available power.

본 발명자는 상기 에너지 저감형 전동기 장치들을 제공하여, 종래와 달리 직접적으로 유도전동기의 표면온도를 측정하여 종래의 형식적인 에너지 절감을 현실화하도록 하였다. The present inventor has provided the above energy-saving type motor devices to measure the surface temperature of the induction motor directly, unlike the prior art, thereby realizing the conventional formal energy saving.

참고 문헌에 따르면, 유도전동기에 공급되는 전원전압은 전압강하를 고려하여 정격보다 조금 높은 편으로 공급되며 정격으로 공급된 전압일 경우에 유도전동기의 정격전압보다 10 % 낮아진 전압을 공급하여도 유도전동기에는 무리가 가지 않도록 제작된다. (참고문헌 : < 1996 ASHRAE Handbook(American Society for Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers), Chapter 39 Motors and Motor Control)
According to the reference, the power supply voltage supplied to the induction motor is supplied slightly higher than the rated value in consideration of the voltage drop. Even if the voltage supplied at rated voltage is supplied 10% lower than the rated voltage of the induction motor, Is made so that it does not get crowded. (References: <1996 ASHRAE Handbook (American Society for Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers), Chapter 39 Motors and Motor Control)

본 발명자는 상기 참고문헌으로부터 정상적으로 전원전압을 공급받는 유도전동기에 10 % 의 전압만 감소시켜 공급하여도 유도전동기에는 무리가 가지 않으며 전압이 10 % 감소함에 따라 전류도 10 % 감소하게 되고 소비전력, 즉 에너지가 기본적으로 20 % 절감하게 된다는 점을 착안하게 되었다. The present inventor found that even if the induction motor supplied with the power supply voltage is reduced by only 10% of the voltage, the induction motor is not damaged and the current is reduced by 10% as the voltage is reduced by 10% In other words, we have come to realize that energy is basically saved by 20%.

만일, 전압을 10 % 감소시켰을 때 전류가 큰 증감 없이 비슷하다하더라도 소비전력은 약 10 % 감소하게 된다. If the voltage is reduced by 10%, the power consumption is reduced by about 10% even if the current is similar without increasing or decreasing.

뿐만 아니라, 유도전동기에 대하여 에너지를 절감할 수 있는 다른 요인이 있는데 유도전동기의 효율은 식(2)와 같다.In addition, there are other factors that can save energy for the induction motor. The efficiency of the induction motor is shown in Eq. (2).

효율 η = (출력/입력) X 100 = (출력/출력+손실) X 100 (%)-------(2)Efficiency η = (Output / Input) X 100 = (Output / Output + Loss) X 100 (%) ------- (2)

하지만, 본 발명자는 전동기의 용량을 산정할 때 부하변동 혹은 전압변동이 있을 것을 고려하여 용량에 약간 여유를 두지만 이 안전율을 너무 많이 잡아주면 전동기의 용량이 필요 이상으로 커지고, 식(2)에서와 같이 입력값이 높아져 전력손실이 증가함을 확인하였다. However, when calculating the capacity of the electric motor, the inventor puts a little margin on the capacity in consideration of load fluctuation or voltage fluctuation. However, if the safety factor is excessively increased, the capacity of the electric motor becomes larger than necessary, And the power loss increases as the input value increases.

그럼에도 산업설비에 전동기를 설치하고 시운전 시에 설계착오로 용량이 부족한 유도전동기는 용량을 높여서 교체하지만 흔히 여유 있는 용량에 대해서는 그대로 산업설비에 적용되므로, 본 발명자가 제안한 알고리즘이 적용하여 불필요한 에너지가 폐기시까지 소모되기에 낭비되는 에너지를 절감시키고자 한다. Nevertheless, the induction motor, which has a capacity shortage due to a design mistake at the time of commissioning, is replaced with a high capacity motor. However, since the spare capacity is often applied to the industrial equipment, We want to reduce the energy that is wasted to be consumed until.

특히, 감속기를 사용한 부하에서는 감속비가 높을수록 감속기 자체가 부하역할을 한다. In particular, in a load using a speed reducer, the speed reducer itself acts as a load as the speed reduction ratio is higher.

표 1은 단상 유도전동기에 본 발명의 일실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법을 적용한 경우의 전동기에 대한 공급전압의 최소값과 이에 대응하는 부하전류, 회전수 및 소비전력 등에 관한 테이블이다. Table 1 shows the minimum value of the supply voltage to the motor and the corresponding load current, the number of revolutions and the power consumption in the single-phase induction motor according to the embodiment of the present invention when the energy- .

표 1과 같은 결과값을 얻은 단상 유도전동기는, 220 V의 정격전압, 60 W의 정격용량, 0.6 A의 정격전류 및 30 : 1의 감속비를 갖는 규격이며, 순차적으로 인가전압을 낮추었을 때 200 V 에서는 전혀 영향을 주지 않았고 조금 더 전압을 낮추어도 큰 무리 없이 운전하게 된다. The single-phase induction motor with the result as shown in Table 1 has a rated voltage of 220 V, a rated capacity of 60 W, a rated current of 0.6 A and a reduction ratio of 30: 1. When the applied voltage is lowered sequentially, V has no effect at all, and even if the voltage is lowered a little, it drives without much trouble.

단상 유도전동기에 대한 시험 결과Test results for single-phase induction motor 공급전압(V)Supply voltage (V) 부하전류(A)Load current (A) 회전수(rpm)Number of revolutions (rpm) 소비전력(VA)Power consumption (VA) 감소율(%)Decrease (%) 비 고Remarks 220220 0.610.61 5959 134134 100100 210210 0.570.57 5959 120120 9090 200200 0.540.54 5959 108108 8080 190190 0.500.50 5959 9595 7171 180180 0.460.46 5959 8383 6262 170170 0.420.42 5959 7171 5353 160160 0.380.38 5858 6161 4646 운전 곤란Difficulty driving 150150 0.340.34 4848 5151 3838 운전 곤란Difficulty driving

이러한 유도전동기의 부하는 정토크 부하와 2승 토크 부하로 분리할 수 있으며 유도전동기의 토크는 축에 연결된 부하의 크기에 따라 달라진다. 정토크 부하로 운전되는 유도전동기에 공급전압을 감소시키면 전압의 제곱에 비례하여 전동기 발생토크가 감소하게 되고 부하 요구 토크보다 전동기 발생토크가 작게 되므로 회전속이 감소하면서 슬립이 증가하여 부하전류가 증가하게 된다. 하지만, 특히 2승 토크 부하처럼 전부하 토크가 정격토크에 못 미치는 경우에는 회전속이 감소해도 슬립이 증가하지 않으며 소요 동력은 회전속의 3승에 비례하여 감소한다.The load of the induction motor can be divided into the constant torque load and the double torque load. The torque of the induction motor depends on the size of the load connected to the shaft. When the supply voltage is reduced to the induction motor operated by the constant torque load, the motor generated torque decreases in proportion to the square of the voltage and the motor generated torque is smaller than the load required torque. do. However, when the full load torque is less than the rated torque, such as the 2-stroke torque load, the slip does not increase even if the rotational speed decreases, and the required power decreases in proportion to the third power of the rotational speed.

여기서, 정토크는 이송장치와 같이 회전속도가 감소하여도 토크라 칭하는 회전력이 변하지 않는 경우를 말하며, 2승 토크는 송풍기 펌프처럼 기체나 유체에 사용되는 토크를 말한다. Here, the constant torque refers to a case where the rotational force, which is referred to as torque, does not change even if the rotational speed is reduced as in the case of a transfer device, and the torque increase refers to a torque used for a gas or fluid, such as a blower pump.

더구나 정토크 부하라해도 감속기를 사용하여 동작시키는 것은 이미 감속기 자체가 부하의 대부분 역할을 하므로, 안전율이 필요 이상으로 높게 설정된 정토크 부하의 유도전동기의 경우는 여유율만큼 공급전압을 감소 시켜도 부하동작에는 지장을 주지 않으며, 설계 시 여유율에 따른 무부하 손실은 물론 실부하 손실까지 감소시킬 수 있다. 또한 유압펌프나 절단기처럼 공회전을 하는 경우에도 대기시에 기존의 고정된 공급전압을 낮추어 대기전력을 최소로 감소시킬 수 있다.In addition, even if the constant torque load is used, the reducer itself operates most of the load. Therefore, in the case of an induction motor having a constant torque load with a safety factor set higher than necessary, even if the supply voltage is reduced by a margin, It is possible to reduce the actual load loss as well as the no-load loss according to the margin in designing. In addition, when idling, such as a hydraulic pump or a cutter, the standby power can be reduced to a minimum by lowering the existing fixed supply voltage during standby.

정상 운전에 지장을 초래하지 않는 부하토크와 회전속도 범위 내에서 공급전압이나 회전수를 감소시키면 동손과 철손의 불필요한 무효전력이 감소됨은 물론 효율을 적절하게 높일 수 있다. Reducing the supply voltage and the number of revolutions within the range of the load torque and the rotation speed that do not cause trouble in the normal operation can reduce the unnecessary reactive power of the copper loss and iron loss as well as increase the efficiency properly.

본 발명자가 제안한 알고리즘에 따르면, 정격보다 무리하게 낮아진 전압이나 회전수로 유도전동기가 과열되어 소손되는 것을 방지하고 숨어 있는 작은 손실도 찾아내어 에너지를 최대한 절감할 수 있다.
According to the algorithm proposed by the present inventor, it is possible to prevent the induction motor from being overheated due to a voltage or rotation speed which is lower than the rated value, and to find out hidden small losses, thereby saving energy as much as possible.

또한 본 발명자가 제안한 온도검출부(120)에서 측정한 데이터를 구동제어부(140)로 전달하는 방식에서, 유도전동기와 인버터 등 운전기기가 원거리에 있는 경우 유도전동기의 동력선과 온도 측정값을 전달하는 배선을 별도 케이블로 시공할 때에는 배선비용도 추가되고 유도전동기 동력선에서 발생하는 와류와 고조파에 의한 노이즈로, 특히 인버터를 사용한 유도전동기의 동력선은 캐리어 주파수를 낮추어도 노이즈가 심하여 미약한 온도신호에 편차가 발생할 수 있다. 이와 같이 원거리의 경우에는 데이터 전송에 안정된 전력선 통신(Power Line Communication, PLC) 방식을 적용하고, 근거리의 경우에는 실드 케이블로 구성할 수 있다. Further, in the method of transferring the data measured by the temperature detector 120 proposed by the present inventor to the drive control unit 140, in the case where the operation device such as the induction motor and the inverter is at a remote location, , The wiring cost is added and the noise due to the eddy currents and harmonics generated by the induction motor power line, especially the power line of the induction motor using the inverter, is low even when the carrier frequency is lowered, Lt; / RTI &gt; In such a long distance, a stable power line communication (PLC) method can be applied for data transmission, and a shielded cable can be used in a short distance.

여기서, 온도검출부(120)는 써머커플, Pt, 더미스터 등 온도를 측정할 수 있는 센서로 구현 가능하다.
Here, the temperature detector 120 may be implemented as a sensor capable of measuring temperature such as thermocouple, Pt, and a duster.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법의 상세도이고, 도 4(A) 및 (B)의 각각은 본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법이 적용된 원거리 및 근거리 전동기 구동 시스템의 상세도이고, 도 5(A) 및 (B)의 각각은 본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법이 적용된 인버터를 채용한 원거리 및 근거리 전동기 구동 시스템의 상세도이고, 도 6(A) 및 (B)의 각각은 본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법이 적용된 전압 조정기를 채용한 원거리 및 근거리 전동기 구동 시스템의 상세도이다.FIG. 3 is a detailed view of a method of driving an energy-saving type motor through margin power control according to an embodiment of the present invention. FIGS. 4 (A) and 4 (B) FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a method of driving an energy-reduction type motor using spare power control according to an embodiment of the present invention. 6A and 6B are detailed views of a remote and short-range motor drive system employing the applied inverter. Each of Figs. 6A and 6B is a schematic view of a voltage regulator to which an energy- And Fig. 5 is a detailed view of a long-distance and short-range electric motor drive system employing the present invention.

이하에서는 도 3 내지 도 6(B)를 참조하여, 본 발명에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 알고리즘과 이를 적용한 에너지 저감형 전동기 장치들의 실시예들을 상세히 설명한다.
Hereinafter, an energy-reduction type motor driving algorithm based on the margin power control according to the present invention and energy saving type motor devices using the same will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6B.

내부적 구성Internal configuration

유도전동기를 정상 가동하였을 때 발생하는 표면온도와 주변온도와의 차이를 온도상승이라 하고 deg 로 표시한다.The difference between the surface temperature and the ambient temperature that occurs when the induction motor is in normal operation is called temperature rise and is expressed in degrees.

이와 같은 유도전동기의 온도상승은 권선부에서 가장 높으며 주로 동손과 철손에 의하여 발생하고 K.S 규격의 절연등급(Y, A, E, B, F, H, C)에 따라 권선부의 최고 허용온도가 90~180℃로 나누어지는데 이것은 주변온도 40℃를 포함한 것이다. 이 규정온도는 초과하면 절연체가 팽창되어 열화가 시작되는 시발온도이다.The temperature rise of the induction motor is the highest in the winding part and mainly occurs due to the copper loss and iron loss. According to the insulation class (Y, A, E, B, F, H, C) To 180 ° C, which includes an ambient temperature of 40 ° C. When the specified temperature is exceeded, it is the start temperature at which the insulator is expanded and the deterioration starts.

유도전동기는 E종이나 B종 절연으로 가장 흔하게 제작하고, E종일 때 권선부의 최고허용온도가 120℃ 이며 유도전동기의 주변온도 상한이 50℃ 이므로 권선부의 온도상승 한계는 70 deg가 된다. 권선부의 온도는 표면온도보다 약 10 ~ 30℃ 높으므로 허용 온도상승은 40~60 deg가 되어 E종 절연등급의 유도전동기 표면의 최고허용온도는 주변온도를 40℃로 기준했을 때 80 ~ 90℃ 가 된다. The induction motor is most commonly produced with E or B insulation. The maximum permissible temperature of the winding is 120 ° C and the upper limit of the ambient temperature of the induction motor is 50 ° C. The temperature of the windings is about 10 ~ 30 ℃ higher than the surface temperature, so the allowable temperature rise is 40 ~ 60 deg. The maximum permissible temperature of induction motor surface of E class insulation is 80 ~ 90 ℃ .

참고로 전기전자 제품 관련된 세계적인 인증기관인 미국의 UL(Underwriters Laboratories) 규격에서 유도전동기에는 온도과열 보호장치인 T.P(Thermal Protector)가 반드시 권선부에 내장되어야 하며 일반적으로 120℃ 로 설정된 제품이 사용되고 있다.In reference to UL (Underwriters Laboratories) standard of USA, which is a worldwide certification body related to electrical and electronic products, T.P (Thermal Protector), which is a thermal overheat protection device, must be installed in the winding part of the induction motor.

정토크 부하에 사용되는 유도전동기에 싸이리스터를 이용한 위상제어로 공급전압을 낮출 때는 의당 정현파가 왜형파로 일그러지면서 권선부에 온도상승이 야기되고 온도상승에 따라 부하전류도 미약하게 증가하지만, 본 발명자가 제안한 알고리즘이 적용되는 전동기 구동 장치(도1, 4 내지 6에 도시됨)는 에너지 절감을 위한 부하전류가 감소하는 범위 내에만 적용되는 장치이므로 유도전동기가 허용하는 온도범위 내에서 최대한의 에너지 절감효과를 얻기 위하여 도 3의 알고리즘이 적용된다. When the supply voltage is lowered by the phase control using the thyristor in the induction motor used for the constant torque load, the sinusoidal wave of the perturbation is distorted into the distorted wave and the temperature rise in the winding portion is caused. (Shown in Figs. 1, 4 to 6) to which the proposed algorithm is applied is an apparatus which is applied only within a range where the load current for energy saving is reduced, so that the maximum energy saving within the temperature range allowed by the induction motor The algorithm of Fig. 3 is applied to obtain the effect.

도 3에서 제안된 알고리즘으로 전동기를 구동하기 전, 도 3의 좌측 상단에 기술된 운전조건 분석표에서와 같이 에너지 절감운전 시작 전에 에너지 절감의 적당한 대상설비가 아님에도 과도한 시도로 생산에 지장을 초래하지 않기 위한 사전분석을 실시하는데, 그 일실시예가 아래와 같다. Before the motor is driven by the algorithm proposed in FIG. 3, as shown in the operation condition analysis table shown at the upper left of FIG. 3, it is not suitable for energy saving before the start of energy saving operation, A preliminary analysis is performed in order to avoid such problems.

1) 유동전동기에 공급되는 수전 전압이 예를 들어 정격전압 380 V 보다 얼마나 높거나 낮게 공급되고 있는지의 상태와 주변설비에 의해 전압변동이 발생하는지 등과 에너지 절감운전 전의 유도전동기의 정격용량에 따른 정격전류와 실부하 전류의 비교 및 공급 전압의 감소에 따른 실부하 전류의 최대 감소치 예측.1) The rating according to the rated capacity of the induction motor before the energy saving operation, such as whether the receiving voltage supplied to the motor is higher than or less than the rated voltage of 380 V, Comparison of current and actual load current and prediction of maximum reduction of actual load current due to decrease of supply voltage.

2) 회전 주파수 가변에 따른 전부하 전류 변화, 생산속도 영향.2) Full-load current variation and production speed influence by variable rotation frequency.

3) 현재 유도전동기의 표면온도와 유도전동기에 끼치는 주변의 온도 상승요인 조건들.
3) Current surface temperature of the induction motor and the surrounding conditions of the induction motor.

도 3을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 절감형 전동기 구동 방법을 상세히 설명한다. 3, an energy saving type motor driving method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

전동기의 정격 조건에서 운전을 시작하고 10분 경과 후(S411), 유도전동기의 표면온도를 측정하며S412), 정격부하를 갖는 유도전동기에 정상적인 전압을 공급한다. 여기서, 온도상승이 10분을 갖는 것은 정압보다 5 % 를 감소한 조건변경을 고려한 것이다. 측정한 온도가 60℃ 이하 일 때 1차적으로 전압이나 주파수를 5 % 감소시켜 공급한다(S412,S413). After the operation is started under the rated condition of the motor and after 10 minutes elapse (S411), the surface temperature of the induction motor is measured S412) and the normal voltage is supplied to the induction motor having the rated load. Here, when the temperature rise is 10 minutes, the condition change is considered to be 5% less than the static pressure. When the measured temperature is 60 ° C or less, the voltage or frequency is firstly reduced by 5% (S412, S413).

이 경우, 부하전류가 감소하지 않고 증가한다면 상술한 바와 같이 전부하 전류로 운전되는 정토크 부하이다. 그러므로 운전되는 유도전동기에 공급전압을 감소시키면 전압의 제곱에 비례하여 전동기 발생토크가 감소하게 되고, 부하의 요구토크보다 전동기의 발생토크가 작게 된다. 따라서 전동기의 회전속이 감소하면서 슬립이 증가하여 부하전류가 증가하게 되는 것이므로 에너지 절감 대상이 아님을 판단하고, 감소시켰던 공급전압이나 주파수를 초기상태로 복귀시킨다.(S414,S415) In this case, if the load current increases without decreasing, it is a constant torque load operated with the full load current as described above. Therefore, if the supply voltage is reduced to the induction motor that is operated, the torque generated by the motor decreases in proportion to the square of the voltage, and the torque generated by the motor becomes smaller than the torque required by the load. Therefore, it is determined that the motor is not an energy saving target because the rotation speed of the motor decreases and the load current increases due to the increase of the slip, and the reduced supply voltage or frequency is returned to the initial state (S414, S415)

그러나 부하전류가 감소하는 경우에는 절감대상으로 판단하고, 전동기의 공급전압 또는 구동주파수를 1차 감소시켜 10분 운전한(S416) 후 2차로 온도를 측정하여 측정한 온도가 60℃ 이상으로 상승했다면 부하전류가 감소했음에도 불구하고 에너지 절감 대상이 아님을 판단하고, 감소시켰던 공급전압이나 주파수를 초기상태로 복귀시킨다(S417,S418).However, if the load current decreases, it is judged that it is a reduction target. If the temperature measured by measuring the second temperature after the motor is operated for 10 minutes by reducing the supply voltage or the driving frequency for the first time (S416) It is determined that it is not an energy saving target even though the load current is decreased, and the reduced supply voltage or frequency is returned to the initial state (S417, S418).

하지만 지속적으로 60℃ 이하 일 때는 에너지 절감 대상이 되므로, 2차로 추가 5 %를 감소하여 공급하고(S419), 10분 운전한 후(S420) 3차로 측정한 온도가 60℃ 이상으로 상승하면 5% 감소시켰던 공급전압이나 주파수를 복귀시키고(S421,S422), 그 조건이 해당 유도전동기의 에너지 절감 한계치로 정하고, 초기보다 공급전압이나 주파수가 5 % 감소된 수치에 의하여 지속적으로 사용하게 한다.However, when the temperature is 60 ° C or lower, the energy is reduced. Therefore, an additional 5% reduction is provided in step 2 (S419) (S421, S422). The condition is set as an energy saving limit value of the induction motor and is continuously used by a value whose supply voltage or frequency is reduced by 5% from the initial value.

하지만 지속적으로 60℃ 이하 일 때는 3차로 추가 5 %를 감소하여 공급하고(S421,S423), 10 분 운전한 후(S424) 3차로 측정한 온도가 60℃ 이상으로 상승하면(S425), 5 % 감소시켰던 공급전압이나 주파수를 전단계로 복귀시켜서(S426), 그 조건이 해당 유도전동기의 에너지 절감 한계치로 정하고 초기보다 공급전압이나 주파수가 10 % 감소된 수치에 의하여 지속적으로 사용하게 한다.However, if the temperature is 60 ° C or lower, the additional 5% reduction is provided (S421, S423), and after 10 minutes of operation (S424) The reduced supply voltage or frequency is returned to the previous stage (S426), and the condition is set as the energy saving limit value of the induction motor concerned, and the supply voltage or frequency is continuously used by the value decreased by 10% from the initial value.

도 3에 도시된 순서도는 본 발명의 실시예에 따른 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법을 간략하게 표현한 것으로써, 상기와 같은 방식에 의거하여 반복적으로 공급전압과 주파수를 감소시켜가며 표면온도의 상승을 관측하여 온도가 가상 설정된 60℃를 넘지 않는 범위와, 기기설비가 요구하는 최하 운전 토크 및 회전속도 범위 내에서 반복된 오토튜닝을 거쳐 적정값을 찾아낸(S427) 다음 그 데이터가 MES CPU(450,560,660))에 자동 저장되어 동일 전동기에 대하여 연속 사용할 수 있다. 또한 유도전동기는 전력사용 시간대별과 주변환경 및 계절에 영향을 받을 수 있으므로 외부적 변화에 항시 대응할 수 있도록 운전 중에 데이터를 감시하고 자동적으로 갱신하도록 구성한다.
The flowchart shown in FIG. 3 is a simplified representation of a method of driving an energy-saving type motor with an allowance power control according to an embodiment of the present invention. In this way, the supply voltage and the frequency are repeatedly decreased according to the above- (S427) after repeated auto-tuning within the range where the temperature does not exceed 60 ° C, which temperature is virtually set, and within the range of the lowest operation torque and rotational speed required by the equipment, CPUs 450, 560, and 660), and can be continuously used for the same motor. In addition, the induction motor can be influenced by power usage time zone, surrounding environment, and season, so that data is monitored and automatically updated during operation so that it can always respond to external changes.

외부적 구성External configuration

1. 제안된 발명이 적용된 전동기 구동 장치 일예의 외부적 구성.1. An external configuration of an example of a motor drive apparatus to which the proposed invention is applied.

도 4(A)에 도시된 바와 같이, 유도전동기(410)에서 발생하는 온도를 측정하기 위하여 가공된 써머커플, Pt, 더미스터 등 온도 검출센서(420)를 접지단자 취부시 병렬부착하게 구성하고, 온도 검출센서(420)가 유도전동기의 표면온도를 측정한다. 도 4(A)에 도시된 바와 같이, 원거리의 경우 별도의 추가 배선없이 유도전동기(410)의 전원 공급선 3가닥 중 2가닥에 병렬접속을 하여서 PLC 모듈(430)을 통하여 제어부인 MES CPU(450)에 전송하는 방식으로 구성된다.As shown in FIG. 4 (A), in order to measure the temperature generated by the induction motor 410, a thermocouple, Pt, a duster, and the like temperature detecting sensor 420 may be attached in parallel when the ground terminal is attached , And the temperature detection sensor 420 measures the surface temperature of the induction motor. As shown in FIG. 4 (A), in the case of a long distance, parallel connection is made to two of the three power supply lines of the induction motor 410 without any additional wiring, and the MES CPU 450 To the transmitting side.

여기서, PLC 모듈(430)은 전력선 통신을 위하여 A/D 컨버터(431), PLC CPU(432), 변조부(433) 및 파워라인 인터페이스(434)를 포함하여 구성되며, 온도 검출센서(420)를 내부에 포함하는 것도 가능하고, 유도전동기의 접속단자함에 설치되는 것이 바람직하다. Here, the PLC module 430 includes an A / D converter 431, a PLC CPU 432, a modulator 433, and a power line interface 434 for power line communication, and the temperature detection sensor 420, And it is preferable to be provided in the connection terminal box of the induction motor.

유도전동기(410)의 표면에서 발생하는 온도를 측정하는 온도 검출센서와, 온도에 따라 변화되는 온도 검출센서의 아나로그 측정 데이터를 통신으로 전송하기 위한 디지털 데이터로 변화 시키는 A-D 컨버터부(431)와, 디지털 데이터에 통신 프로토콜을 설정하여 통신용 데이터로 변경하는 PLC CPU(432)와, PLC 사용주파수 60~130 KHZ 로 변조하는 변조부(433)와, 통신 데이터를 전력선에 실어주기 위한 파워라인 인터페이스(434)를 거쳐 유도전동기 동력선에 연결하면 원거리에서 별도의 추가 배선없이 동력선을 통한 데이터를 PLC 수신부(440)가 SCR 모듈(460) 후단부에서 받아 MES CPU(450)에 전달한다. An AD converter unit 431 for converting the analog measurement data of the temperature detection sensor, which changes in accordance with the temperature, into digital data for transmission through communication; A PLC CPU 432 for setting a communication protocol to digital data and changing it to data for communication, a modulating unit 433 for modulating a PLC using frequency of 60 to 130 KHz, and a power line interface 434 to the induction motor power line, the PLC receiving unit 440 receives the data via the power line without additional additional wiring at a long distance from the rear end of the SCR module 460 and transmits the data to the MES CPU 450.

도 3의 에너지 절감형 전동기 구동 알고리즘이 프로그램화되어 내장된 MES CPU(450)는 SCR 모듈(460)이 위상제어에 의하여 절감된 에너지 값의 전압이 유도전동기에 공급되도록 운전지령을 내린다.The MES CPU 450 in which the energy-saving type motor driving algorithm of FIG. 3 is programmed and built in, commands the SCR module 460 to issue an operation command so that the voltage of the energy value reduced by the phase control is supplied to the induction motor.

또한, 도 4(B)를 참조하면, 근거리 용 구성의 경우 PLC를 이용하지 않고 별도의 실드 케이블로 온도 측정값을 받아서 제어하는데, 온도를 측정할 수 있는 각종 온도 검출센서(420)를 사용하여 검출한 측정값을 유도전동기(410)의 와류에 의한 노이즈를 차폐할 수 있는 실드 케이블로 전달한다. MES CPU(450)는 A-D 컨버터(431)에서 디지털 데이터로 변화된 검출된 표면온도 데이터에 기초하여 SCR 모듈(460)에 운전지령을 내린다.Referring to FIG. 4B, in the case of a near-field configuration, a temperature measurement value is received and controlled by a separate shield cable without using a PLC. By using various temperature detection sensors 420 capable of measuring temperature, And transmits the detected measurement value to the shield cable capable of shielding the noise caused by the eddy current of the induction motor 410. The MES CPU 450 issues an operation command to the SCR module 460 based on the detected surface temperature data converted into digital data from the A-D converter 431. [

또한 외형적으로는 기존의 마그네틱 개폐기와 과전류 계전기를 제거한 후 손쉽게 설치할 수 있도록 동일한 구조로 제조하며, 종래의 인버터와 소프트 스타터가 갖고 있는 부하측 단락보호, 각종 통신 Port 등을 실장하고 다수개의 소프트 스타터와 같은 전압조정기를 내장하는 동력 제어반에서 다수의 채널을 준비한 MES에 의한 종합적으로 전송할 수 있는 방식을 채택하여 HMI 등 생산관리 모니터링 시스템에서 절감 효과와 유도전동기의 표면온도를 실시간 감시할 수 있도록 구성한다.
In addition, it is manufactured externally with the same structure so that it can be easily installed after removing the existing magnetic switch and overcurrent relay, and it is equipped with a load side short circuit protection and various communication ports of the conventional inverter and soft starter, The power control panel with built-in voltage regulator can be used to monitor the surface temperature of the induction motor in real time by adopting the MES system which can prepare multiple channels.

2. 인버터의 경우 외부적 구성2. In case of inverter, external configuration

도 5(A)에 도시된 바와 같이, 인버터에서 에너지 절감방식은 기저전압 조정과 공급 주파수 조정의 두 가지로 나룰 수 있는데, 고효율 인버터란 인버터 자체가 부하에 대하여 효율을 높일 수 있는 기능을 갖춘 것이 아니라 단지 주파수를 임의적으로 높일 수 없게 공장 출하시에 고정시킨 인버터를 뜻하듯이 펌프나 송풍기와 같은 자승 저감토크 부하에서는 풍량이나 토출량에 지장이 없는 한계 내에서 회전수를 줄이면 소비전력이 자승으로 저감된다.As shown in FIG. 5 (A), the energy saving method in the inverter can be classified into two types of the low-voltage adjustment and the supply-frequency adjustment. The high efficiency inverter means that the inverter itself has a function In the case of a quadratic torque reduction load such as a pump or a blower, if the number of revolutions is reduced within a limit that does not interfere with the air flow rate or the discharge amount, the power consumption is reduced to a square root as in the case of an inverter fixed at a factory shipment so that the frequency can not be arbitrarily increased. do.

또한, 정토크 부하는 소프트 스타터 등 전압조정기에서와 같이 유도전동기에 공급되는 전압을 낮추듯이 기저전압을 낮추는 방식을 사용하는데, 표 2에 도시된 데이터는 삼상 유도전동기가, 380 V의 정격전압, 3상 1/2 HP의 정격용량 및 1.4 A의 정격전류 규격에서 인버터의 기저전압을 정격전압보다 약 10 % 를 줄이면 부하전류가 약 10 % 감소하여 소비전력도 약 20 % 감소한다. In addition, the static torque load uses a method of lowering the ground voltage as lower the voltage supplied to the induction motor as in the soft starter voltage regulator. The data shown in Table 2 show that the three phase induction motor has a rated voltage of 380 V, When the base low voltage of the inverter is reduced by about 10% from the rated voltage in the rated capacity of 3 phase 1/2 HP and the rated current of 1.4 A, the load current is reduced by about 10% and the power consumption is also reduced by about 20%.

따라서, 손실도 20 % 로 절감되는데 이것은 표면상의 수치이고, 기저전압을 무리하게 감소시키면 유도전동기의 과열을 초래하기 때문에, 본 발명자의 제안 알고리즘은 운전에 무리가 가지 않는 최적의 조건으로 전동기를 구동하게 한다. 표 2는 인버터 운전 비교 테이블이다.
Therefore, the loss is also reduced to 20%, which is a value on the surface. If the base voltage is unduly reduced, the induction motor will overheat. Therefore, the proposed algorithm of the present inventor drives the motor in the optimal condition . Table 2 shows the inverter operation comparison table.

인버터 운전 비교 테이블Inverter operation comparison table 정격전압(V)Rated voltage (V) 기저전압(V)Low voltage (V) 부하전류(A)Load current (A) 소비전력(VA)Power consumption (VA) 감소율(%)Decrease (%) 비 고Remarks 380380 373373 0.90.9 336336 100100 380380 348348 0.80.8 278278 8383 380380 303303 0.70.7 212212 6363

물론 인버터는 주파수 변환장치로써 대상설비마다 적정한 회전수에 맞추어 변속운전을 하기 때문에, 주파수가 정격보다 낮아진 경우에는 기저전압도 낮아져 적절한 효율로 사용되기도 하며, 생산자의 제작방식에 따라 기저전압을 낮추어서 공급하여도 인버터의 1차 전류는 감소되지 않고 여유전력이 인버터 손실로 발생하는 경우도 있다. 하지만, 운전 시작 시에 저속운전을 하고 이어서 정격 주파수나 그보다 높은 주파수로 운전하는 경우에는 대부분 기저전압은 공급전압과 동일하게 적용되기 때문에 기저전압을 낮추어 주면 적절한 에너지 절감효과를 얻을 수 있다. Of course, since the inverter is a frequency converter, it shifts according to the appropriate number of revolutions per target equipment. Therefore, when the frequency is lower than the rated value, the base low voltage is also lowered and used with appropriate efficiency. The primary current of the inverter is not reduced but the residual power may be generated as inverter loss. However, when operating at low speed at the start of operation and subsequently operating at the rated frequency or higher, the base low voltage is the same as the supply voltage. Therefore, if the base low voltage is lowered, appropriate energy saving effect can be obtained.

도 5(A)를 참조하면, 인버터의 원거리 외부적 구성에서와 같이 유도전동기가 원거리에 있어서 유도전동기 전원 공급선을 이용하여 온도측정값을 PLC로 전송하는 경우에는 유도전동기 표면에서 발생하는 표면온도를 PLC 송신부(530)가 가공한 후 데이터를 전달하면, PLC 수신부(540)가 상기 전송한 측정 데이터를 IGBT(570) 후단에서 받는다. MES CPU(550)는 인버터 CPU(560)와 호환될 수 있는 일반적인 통신방식 Serial Communication / RS-485등 각종 인버터에서 사용되고 있는 통신 프로토콜을 가공하여 인버터 CPU(560)에 전송하고, 인버터 CPU(560)는 기저전압 및 주파수를 가변 지령한 데이터에 의하여 IGBT 모듈(570)이 수행할 수 있는 파라미터를 설정한다.Referring to FIG. 5 (A), when the induction motor is driven at a distance and the temperature measurement value is transmitted to the PLC by using the induction motor power supply line as in the remote external configuration of the inverter, When the PLC transmitter 530 transmits data after processing, the PLC receiver 540 receives the measured data from the rear end of the IGBT 570. The MES CPU 550 processes a communication protocol used in various inverters such as a serial communication / RS-485, which is compatible with the inverter CPU 560, and transmits the processed communication protocol to the inverter CPU 560. The inverter CPU 560, And sets the parameters that the IGBT module 570 can perform based on the variable-voltage and frequency-variable data.

또한 도 5(B)를 참조하면, 근거리에서는 PLC 통신방식을 이용하지 않고 별도의 실드 케이블로 온도 측정값을 받아서 제어하는데, 온도를 측정할 수 있는 각종 온도 검출센서(520)를 사용하여 검출한 측정값을 유도전동기(510)의 와류에 의한 노이즈를 차폐할 수 있는 실드 케이블로 전달하고 A-D 컨버터(580)에서 디지털 데이터로 변화한 후 도 5(A)에 도시된 장치와 같은 방식으로 인버터 CPU(560)로 전송한다.Referring to FIG. 5 (B), a temperature measurement value is received and controlled by a separate shield cable without using a PLC communication method in a short distance, and the temperature detected by the various temperature detection sensors 520 The measured value is transferred to a shield cable capable of shielding the noise caused by the eddy current of the induction motor 510, converted into digital data from the AD converter 580, and then converted into digital data in the same manner as the apparatus shown in Fig. (560).

따라서 이와 같은 방식은 현재 사용되고 있는 인버터 제어 방식에서는 별도의 PLC 모듈과 본 제안된 알고리즘 및 장치를 추가하여 적용할 수 있고, 신규 제작하는 인버터 제어 방식 전동기 구동 시스템에서는 본 제안된 알고리즘을 프로그램 형태로 내장하여 제작할 수 있다. 특히, 다수개의 인버터를 내장하는 동력 제어반에서는 다수의 채널을 준비한 MES에 의하여 종합적으로 전송할 수 있는 방식을 채택하여 HMI 등 생산관리 모니터링 시스템에서 절감 효과와 유도전동기의 표면온도를 실시간 감시할 수 있도록 구성한다.
Therefore, such a method can be applied by adding a separate PLC module and the proposed algorithm and device in the currently used inverter control method, and in the inverter control type motor drive system newly manufactured, . In particular, the power control panel with a large number of inverters can be integrated by MES with a large number of channels, so that it is possible to monitor the surface temperature of the induction motor in real time do.

3. 소프트 스타터와 같은 전압조정기의 경우 외부적 구성3. For voltage regulators such as soft starters,

농형 유도전동기의 기동 시에 발생하는 기동전류를 감소시켜서 설비운전에 안정성을 주는 소프트 스타터 등의 싸이리스터 전압조정기는 유도전동기에 공급되는 전압을 감소시키거나 정현파의 파형을 잘라내는 여자전류 제한방식으로 에너지를 절감할 수 있지만 계산식에 의한 수동적 방식이므로 큰 효과를 기대하기 어려운 점이 있다.Thyristor voltage regulator, such as soft starter, which reduces the starting current generated when the cage induction motor starts, reduces the voltage supplied to the induction motor, or cuts the waveform of the sinusoidal wave. Energy can be saved, but it is difficult to expect a great effect because it is a passive method by calculation formula.

본 발명자는 종래의 어려움을 해결하기 위하여, 유도전동기에서 발생하는 온도를 측정하기 위하여 가공된 써머커플, Pt, 더미스터 등 온도 검출소자를 접지단자 취부시 병렬부착하게 구성하였다. In order to solve the conventional difficulties, the inventor of the present invention has constructed a temperature detecting element such as a thermocouple, a Pt, a dummy, etc., which are processed in order to measure the temperature generated in the induction motor, in parallel when the ground terminal is attached.

본 제안된 발명의 일실시예로서, 온도 검출소자가 측정한 온도값을 원거리의 경우 도 6(A)에 도시된 바와 같이 별도의 추가 배선 없이 유도전동기 전원 공급선 3가닥 중 2가닥에 병렬접속을 하여서 PLC 모듈(630,640)을 통하여 MES CPU(650)에 전송하는 방식으로 구성된다. As shown in FIG. 6 (A), when the temperature measured by the temperature detecting element is remotely connected to two of the three induction motor power supply lines without additional wiring, And transmits it to the MES CPU 650 through the PLC modules 630 and 640.

소프트 스타터 등 전압조정기의 원거리 외부적 구성에서와 같이 유도전동기가 원거리에 있어서, 유도전동기 전원 공급선을 이용하여 온도측정값을 PLC 방식으로 전송하는 경우에는 전압조정기에서 전술한 바와 유사하다.When the induction motor is remote and the temperature measurement value is transmitted by the PLC method using the induction motor power supply line as in the remote external configuration of the voltage regulator such as the soft starter, the voltage regulator is similar to the above.

온도 검출센서(620)가 유도전동기(610)의 표면에서 발생하는 표면온도를 PLC 송신부(630)에서 가공한 후 데이터를 전달하고, PLC 수신부(640)가 PLC 송신부(630)에서 전송한 측정 데이터를 SCR 모듈(670)의 후단에서 받은 후, 본 제안된 알고리즘이 내장된 MES CPU(650)는 소프트 스타터 CPU(660)와 호환될 수 있는 일반적인 통신방식 Serial Communication / RS-485등 각종 소프트 스타터에서 사용되고 있는 통신 프로토콜을 가공하여 소프트 스타터 CPU(660)에 전송한다. The surface temperature generated by the temperature detection sensor 620 on the surface of the induction motor 610 is processed by the PLC transmission unit 630 and then transmitted to the PLC transmission unit 640. The PLC transmission unit 640 transmits the measurement data The MES CPU 650 in which the proposed algorithm is installed can receive various information from various softstarter such as a serial communication / RS-485 which is compatible with the softstarter CPU 660 And transmits the processed communication protocol to the softstarter CPU 660.

소프트 스타터 CPU(660)는 위상제어에 의하여 절감된 에너지 값의 전압이 유도전동기(610)에 공급되도록 SCR 모듈(670)이 수행할 수 있는 파라미터를 설정한다.The soft starter CPU 660 sets the parameters that the SCR module 670 can perform such that the voltage of the energy value saved by the phase control is supplied to the induction motor 610.

도 6(B)를 참조하면, 근거리에서는 PLC 방식을 이용하지 않고 별도의 실드 케이블(L)로 온도 측정값을 받아서 전동기의 구동을 제어한다. Referring to FIG. 6 (B), a temperature measurement value is received by a separate shield cable L instead of using a PLC system in a short distance to control the operation of the electric motor.

상세하게는, 온도를 측정할 수 있는 각종 온도 검출센서(620)를 사용하여 검출한 측정값을 유도전동기(610)의 와류에 의한 노이즈를 차폐할 수 있는 실드 케이블(L)로 전달하고, A-D 컨버터(680)에서 디지털 데이터로 변화한 후 소프트 스타터 CPU(660)로 전송한다.More specifically, the measured value detected by using various temperature detection sensors 620 capable of measuring temperature is transmitted to a shield cable L capable of shielding noises due to eddy current of the induction motor 610, and AD Converter 680 to digital data and then transmits the digital data to the softstarter CPU 660. [

따라서 이 방식은 현재 사용되고 있는 소프트 스타터와 같은 전압조정기 방식에서는 별도의 PLC 송수신 모듈과 본 제안된 알고리즘 및 장치를 추가하여 적용할 수 있고, 신규 제작될 소프트 스타터와 같은 전압조정기 방식에서는 본 제안된 알고리즘에 관한 프로그램을 내장하여 제작할 수 있으며 다수개의 소프트 스타터와 같은 전압조정기를 내장하는 동력 제어반 에서는 다수의 채널을 준비한 본 제안된 알고리즘 및 장치에 의하여 종합적으로 전송할 수 있는 방식을 채택하여 HMI 등 생산관리 모니터링 시스템에서 절감 효과와 유도전동기의 표면온도를 실시간 감시할 수 있도록 구성한다. Therefore, this method can be applied by adding a separate PLC transmission / reception module and the proposed algorithm and device in a voltage regulator method such as a soft starter currently used, and in the case of a voltage regulator method such as a new soft starter, And a power control panel with a built-in voltage regulator such as a number of softstarter can adopt the method that can be transmitted collectively by the proposed algorithm and apparatus that prepare a plurality of channels, The system is configured to monitor the surface temperature of the induction motor in real time.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 제안한 알고리즘에 적용된 전동기 구동 장치의 실시예들은 유도전동기에 정격으로 공급되는 전압이나 주파수를 감소시켜서 에너지를 절감하되 무리한 감소로 유도전동기가 과열되는 것을 방지하도록 온도검출센서와 전력선통신(Power Line Communication,PLC ) 방식을 적용한 것으로써, 산업전반에 걸쳐 사용되는 단상 및 삼상, 소형, 대형 유도전동기에 전류가 흐르면서 발생하는 유도전동기의 표면온도를 써머커플, Pt, 더미스터 등의 각종 온도센서를 사용하여 측정한 후 유도전동기의 운전방식 중에 공급전압이나 회전속도를 제어할 수 있는 운전기기이다. As described above, in the embodiments of the motor driving apparatus applied to the algorithm proposed in the present invention, the voltage or frequency supplied to the induction motor is reduced to reduce the energy, but the temperature detection sensor And the power line communication (PLC) method is applied. The surface temperature of the induction motor caused by the current flowing in the single-phase, three-phase, small-sized and large induction motors used throughout the industry can be measured by thermocouple, Pt, Etc., and can control the supply voltage and the rotational speed during the operation mode of the induction motor.

즉, 소프트 스타터와 같이 싸이리스터의 위상제어를 이용한 단상, 삼상의 전압 조정기나 DC 전압을 주파수 형태의 구형파로 변조하여 모터를 제어하는 인버터 등에 전달한 도 1의 흐름도에서와 같이 유도전동기가 가상 설정된 60℃의 온도범위를 벗어나지 않도록 임의적으로 공급전압 및 회전 주파수를 낮추어 공급하도록 구성한 다음 일정시간 온도를 확인한 후 범위를 벗어나면 전압을 상승시키고 범위를 넘지 않으면 단계적으로 연속하여 낮추는 오토튜닝을 거쳐 적정값을 찾아낸 다음 최적의 데이터가 MES CPU 에 자동 저장되어 연속 사용 가능한 장치이다.
That is, as shown in the flowchart of FIG. 1, in which the induction motor is virtually set up as shown in the flowchart of FIG. 1 in which a single-phase, three-phase voltage regulator using a thyristor phase control as in a soft starter, an inverter controlling a motor by modulating a DC voltage into a square wave in a frequency form, The temperature is checked for a certain time and then the voltage is increased when the temperature is checked. If the temperature is not exceeded, the temperature is automatically tuned to be continuously lowered in a stepwise manner. The optimum data is found automatically and stored in the MES CPU.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, changes, and substitutions are possible, without departing from the essential characteristics and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention. In addition, claims that do not have an explicit citation in the claims may be combined to form an embodiment or included in a new claim by amendment after the application.

110 : 전동기
120 : 온도 검출부
130 : 전류 검출부
140 : 구동 제어부
150 : 표시부
110: Electric motor
120:
130:
140:
150:

Claims (14)

전동기와, 상기 전동기에 발생하는 온도를 측정하기 위하기 위한 상기 전동기의 표면온도를 검출하는 온도 검출센서와, 상기 전동기의 구동을 제어하며, 인버터를 갖는 구동제어부와, 상기 구동 제어부에 의해서 다른 주변장치와 전력선을 통하여 제어신호 및 데이터를 송수신하는 전력선 통신부를 구비한 전동기 구동 장치를 이용하여 상기 전동기를 구동하는 방법으로서,
(1) 전동기의 정격전압 또는 주파수, 공급전압 및 구동주파수, 부하전류의 변화량, 표면온도 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 전동기가 여유전력을 줄여서 구동 가능한 전동기인지 판단되면, 상기 전동기의 표면온도를 측정하여 기준온도와 비교하는 단계;
(2) 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도 이하인 경우, 상기 전동기의 공급전압 또는 구동주파수를 소정 비율로 감소시킨 후 상기 전동기를 소정시간 구동하여, 상기 소정시간 구동된 전동기의 표면온도를 측정하는 단계; 및
(3) 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도를 초과할 때 까지 상기 (2)단계를 반복 수행하며, 상기 측정된 표면온도가 상기 기준온도를 초과한 경우 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수를 상기 전동기의 입력값으로 설정하는 단계를 포함하며,
상기 전동기가 여유전력을 줄여서 구동 가능한 전동기인지 판단은, 상기 전동기에 공급되는 수전 전압이 정격전압 대비 얼마나 높거나 낮게 공급되고 있는지의 상태, 상기 전동기의 주변설비에 의해 전압변동이 발생하는지 여부, 상기 전동기의 정격용량에 따른 정격전류와 실부하 전류의 비교값 및 상기 전동기의 공급 전압 감소에 따른 실부하 전류의 최대 감소치 예측값 중 적어도 어느 하나에 기초하며,
상기 구동 제어부는 운전 시작 시 상기 전동기를 정격 주파수 이상의 주파수로 운전하는 경우 상기 인버터의 기저전압을 낮추는 것을 특징으로 하는 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법.
A temperature detection sensor for detecting a surface temperature of the electric motor for measuring a temperature generated in the electric motor; a drive control unit for controlling driving of the electric motor and having an inverter; 1. A method for driving an electric motor using an electric motor drive apparatus having a device and a power line communication unit for transmitting and receiving a control signal and data via a power line,
(1) If it is judged that the electric motor is an electric motor that can be driven by reducing the available electric power based on at least one of the rated voltage or frequency of the electric motor, the supply voltage and the driving frequency, the change amount of the load current, Measuring and comparing the measured temperature with a reference temperature;
(2) when the measured surface temperature is lower than or equal to the reference temperature, the supply voltage or the driving frequency of the motor is reduced to a predetermined ratio, and then the motor is driven for a predetermined time to measure the surface temperature of the motor driven for the predetermined time step; And
(3) repeating the step (2) until the measured surface temperature exceeds the reference temperature, and when the measured surface temperature exceeds the reference temperature, Setting a voltage or a driving frequency to an input value of the electric motor,
The determination as to whether the electric motor is an electric motor capable of reducing the available electric power can be performed by determining whether a receiving voltage supplied to the electric motor is higher or lower than a rated voltage, A comparison value between the rated current and the actual load current according to the rated capacity of the electric motor, and a predicted value of the maximum reduction value of the actual load current due to the decrease in the supply voltage of the electric motor,
Wherein the drive control unit lowers the base voltage of the inverter when the motor is operated at a frequency equal to or higher than the rated frequency at the start of operation of the energy saving type motor.
제1항에 있어서,
상기 기준온도는 상기 전동기를 정격전압 또는 정격 주파수로 소정시간 구동할 경우 일정하게 유지되는 상기 전동기의 표면온도인 것을 특징으로 하는 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reference temperature is a temperature of a surface of the motor that is maintained constant when the motor is driven at a rated voltage or a rated frequency for a predetermined period of time.
제1항에 있어서,
상기 (2) 단계에서, 상기 공급전압 또는 구동주파수의 감소 후 상기 전동기의 부하전류가 상기 감소 전 상기 전동기의 부하전류보다 큰 경우에는 상기 기준온도를 초과하기 직전 단계의 공급전압 또는 구동주파수를 상기 전동기의 입력값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법.
The method according to claim 1,
If the load current of the motor after the decrease of the supply voltage or the drive frequency is greater than the load current of the motor before the decrease in step (2), the supply voltage or the drive frequency of the immediately preceding step exceeding the reference temperature Wherein the input value of the motor is set to an input value of the motor.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (1)단계는,
상기 전동기를 정격전압 또는 정격주파수로 소정시간 구동한 후 상기 전동기의 제1차 부하전류를 측정하는 단계;
상기 정격전압 또는 정격주파수를 상기 소정 비율로 감소시켜 소정시간 구동한 후 상기 전동기의 제2차 부하전류를 측정하는 단계; 및
상기 제2차 부하전류가 상기 제1차 부하전류보다 작은 경우 상기 전동기를 여유전력을 줄여서 구동 가능한 전동기로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여유전력 제어를 통한 에너지 저감형 전동기 구동 방법.
The method according to claim 1,
The step (1)
Measuring a first load current of the motor after driving the motor at a rated voltage or a rated frequency for a predetermined time;
Measuring the second load current of the motor after driving the motor for a predetermined time by reducing the rated voltage or the rated frequency to the predetermined ratio; And
If the second load current is smaller than the first load current, determining that the motor is an electric motor that can be driven by reducing the available electric power.
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