KR101892011B1 - 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법에 관한 것으로, 동기기에 인가되는 전류를 검출 및 분석하여 온도 상승을 판단 및 검출하여, 별도의 온도 검출 수단 없이 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있는 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법에 관한 것이다.
Description
본 명세서는 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법에 관한 것으로, 영구 자석형 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있는 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법에 관한 것이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 전동기 또는 발전기로 동작하는 영구 자석형 동기기의 내부 온도 상승 여부를 판단 및 검출하는 기술에 관한 것이다.
일반적인 동기기는 손실(동손,기계손,철손, 영구 자석 와전류손 등)에 의한 발열을 냉각시키기 위해서, 냉각팬을 이용하는 공냉식 냉각방식 및 물,기름, 냉매를 이용한 냉각 방식을 이용하여 내부에서 발생하는 온도를 낮추어 이상없이 운전되도록 한다. 그러나 냉각팬의 고장, 냉각관의 소손 및 막힘으로 인한 냉각 작용이 불가하게 될 경우, 동기기의 내부 온도 상승으로 인하여 코일 소손 및 영구자석 감자 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 동기기의 내부 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 구비하게 되는데, 이 경우 온도 검출 수단의 구비로 인한 동기기, 동기기의 제어 수단의 제작 및 설계가 복잡해지게 되는 한계가 있었다. 또한, 온도 검출 수단이 고장 난 경우, 내부 온도 상승의 판단 및 검출이 이루어지지 못하게 되어, 온도 상승/고장 검출의 신뢰성이 보장되지 못하는 한계도 있었다.
즉, 종래에는 온도 검출 수단의 구비로 인해 제작/설계에 어려움이 따랐고, 이에 따라 제작/설계에 소모되는 비용이 증가될 수 밖에 없었으며, 온도 상승 판단 및 검출의 안정성/신뢰성도 보장되지 못하는 문제가 있었다.
따라서, 본 명세서는 종래기술의 한계를 개선하는 것을 과제로 하여, 별도의 온도 검출 수단 없이 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있는 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서는 간단한 제어적 기법을 통해 동기기의 내부 온도 상승을 판단하여 고장을 방지할 수 있는 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법은, 동기기에 인가되는 전류를 검출 및 분석하여 온도 상승을 판단 및 검출하는 것을 기술적 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 동기기에 인가되는 전류를 d-q축 변환하고, d-q축 전류의 전류 위상각을 기준 값과 비교하여 동기기의 온도 상승을 판단 및 검출하는 것을 기술적 특징으로 한다.
일반적으로 영구자석형 동기기는 영구자석이 표면에 부착되어 있는 경우 및 로터 내부에 매입된 형태 2가지로 구성하게 된다. 영구 자석은 온도가 상승하게 되면 발생되는 자속이 감소하게 되고, 이로 인하여 코일에 쇄교하는 쇄교자속이 감소하여 전동기의 전압은 감소하게 된다. 동기기가 정상상태에서 약 계자 운전을 하고 있는 경우 전압제한 및 부하를 고려하여 id, iq전류가 결정되어 운전하게 되는데, 동기기의 냉각팬 고장 및 냉각관의 소손, 막힘으로 인하여 동기기를 냉각시키지 못하게 되면 동기기의 코일, 영구자석, 전기강판의 온도는 급격하게 상승하게 된다.
영구 자석 온도 상승은 영구자석 발생 자속의 저감으로 동기기의 전압을 감소시키게 되어, 동일 전압제한 운전을 위한 id, iq 전류값은 정상적인 온도상태와 달라지게 된다. 즉, 이를 바탕으로 정상적인 온도 상태의 전류 위상각과 검출된 전류값의 전류 위상각이 일정한 값 이상으로 차이가 나게 되면 동기기의 내부 온도가 비정상적으로 상승하였다고 판단할 수 있다.
상술한 바와 같은 기술적 특징을 과제 해결 수단으로 하는 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치는, 상기 동기기에 인가된 3상 전류를 검출하는 전류 검출부 및 검출된 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하고, 산출한 d-q축 전류의 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 온도 판단부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 전류 검출부는, 상기 동기기가 일정 부하 상태로 운전하는 중 상기 3상 전류를 검출할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 기준 위상각은, 상기 동기기의 제어 지령치에 따른 기준 위상각일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 온도 판단부는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 동기기가 전동기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 동기기가 발전기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 기술적 특징을 과제 해결 수단으로 하는 본 명세서에 개시된 동기기의 제어 장치는, 상기 동기기의 속도 지령에 따른 전류 지령을 생성하는 속도 제어부, 상기 전류 지령을 근거로 전압 지령을 생성하는 전류 제어부, 상기 전압 지령을 근거로 상기 동기기에 3상 전류를 인가하는 인버터의 제어 신호를 생성하는 신호 생성부, 상기 동기기에 인가된 3상 전류를 검출하여 검출 결과를 생성하는 전류 검출부, 상기 검출 결과를 d-q축 전류로 변환하여 변환 결과를 생성하는 축 변환부 및 상기 변환 결과를 근거로 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하고, 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 온도 판단부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 기준 위상각은, 상기 전류 지령에 따른 기준 위상각일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 온도 판단부는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 동기기가 전동기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 동기기가 발전기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 온도 판단부는, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단한 경우, 판단 결과를 생성하여 상기 속도 제어부에 전달하고, 상기 신호 생성부는, 상기 판단 결과를 반영한 전류 지령을 생성할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 기술적 특징을 과제 해결 수단으로 하는 본 명세서에 개시된 동기기의 구동 장치는, 제어 신호에 따라 동기기의 구동 전류를 상기 동기기에 인가하는 인버터 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 동기기에 인가된 3상 전류를 검출하여 상기 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하고, 산출된 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하여, 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기의 온도 상승을 검출한다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 동기기가 일정 부하 상태로 운전하는 중 상기 3상 전류를 검출할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 기준 위상각은, 상기 동기기의 제어 지령치에 따른 기준 위상각일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 동기기가 전동기로 운전하는 경우, 상기 제어부는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 동기기가 발전기로 운전하는 경우, 상기 제어부는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단한 경우, 상기 판단 결과를 반영한 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 기술적 특징을 과제 해결 수단으로 하는 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 판단 방법은, 상기 동기기에 인가된 3상 전류를 검출하는 단계, 검출한 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하는 단계, 산출한 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하는 단계 및 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교하여 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 동기기가 전동기인 경우, 상기 판단하는 단계는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 동기기가 발전기인 경우, 상기 판단하는 단계는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법은, 동기기에 인가되는 전류를 검출 및 분석하여 온도 상승을 판단 및 검출함으로써, 별도의 온도 검출 수단 없이 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법은, 간단한 제어적 기법을 통해 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출함으로써, 간단하고 신속한 온도 상승 판단이 이루어질 수 있으며, 제어 수단의 활용성/기능성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법은, 동기기를 냉각시키는 냉각 수단, 온도를 검출하는 온도 검출 수단의 고장 시에도 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있어, 동기기 제어의 안정성 및 신뢰성 또한 향상될 수 있는 효과가 있다.
이를 통해, 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법은, 동기기의 제어 장치 또는 고장 검출 장치의 내부 구성을 간소화할 수 있으며, 이에 따라 동기기를 제어하기 위한 수단의 설계가 용이하게 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 명세서에 개시된 동기기의 d-q축 전류 벡터의 개념을 나타낸 그래프.
도 3은 본 명세서에 개시된 동기기의 전동기 동작시 온도 상승 판단의 개념을 나타낸 그래프.
도 4는 본 명세서에 개시된 동기기의 발전기 동작시 온도 상승 판단의 개념을 나타낸 그래프.
도 5는 본 명세서에 개시된 동기기의 제어 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 6은 본 명세서에 개시된 동기기의 제어 장치의 실시 예에 따른 제어 블록의 구성을 나타낸 예시도.
도 7은 본 명세서에 개시된 동기기의 구동 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 8은 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 판단의 과정을 나타낸 순서도.
도 2는 본 명세서에 개시된 동기기의 d-q축 전류 벡터의 개념을 나타낸 그래프.
도 3은 본 명세서에 개시된 동기기의 전동기 동작시 온도 상승 판단의 개념을 나타낸 그래프.
도 4는 본 명세서에 개시된 동기기의 발전기 동작시 온도 상승 판단의 개념을 나타낸 그래프.
도 5는 본 명세서에 개시된 동기기의 제어 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 6은 본 명세서에 개시된 동기기의 제어 장치의 실시 예에 따른 제어 블록의 구성을 나타낸 예시도.
도 7은 본 명세서에 개시된 동기기의 구동 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 8은 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 판단의 과정을 나타낸 순서도.
본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법은, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치, 또는 동기기를 제어하는 인버터 및 인버터의 제어 장치에 적용될 수 있다. 여기서, 상기 동기기는 영구 자석형 동기전동기 또는 동기발전기를 의미하는 것으로, 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법은 특히, 영구 자석형 동기전동기 또는 동기발전기의 제어 장치, 구동 장치, 제어 방법, 구동 방법, 온도 상승 검출 방법, 고장 검출 방법 및 고장 방지 방법 등에 유용하게 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치, 동기기의 제어 장치, 동기기의 구동 장치 및 동기기의 온도 상승 판단 방법을 차례로 설명한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 동기기의 d-q축 전류 벡터의 개념을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 동기기의 전동기 동작시 온도 상승 판단의 개념을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 동기기의 발전기 동작시 온도 상승 판단의 개념을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 동기기의 제어 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 동기기의 제어 장치의 실시 예에 따른 제어 블록의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 명세서에 개시된 동기기의 구동 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 판단의 과정을 나타낸 순서도이다.
먼저, 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 검출 장치(이하, 검출 장치라 칭한다)를 설명한다.
상기 검출 장치는, 전동기 또는 발전기로 동작하는 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출하는 장치를 의미한다.
여기서, 상기 동기기는, 전동기 또는 발전기로 동작하는 영구 자석형 동기기를 의미한다.
상기 동기기는, 3상 전원으로 구동되어 전동기 또는 발전기로 동작하는 3상 영구 자석형 동기기일 수 있다.
이하 상기 동기기의 실시 예 설명에서는, 상기 동기기가 전동기로 동작하는 경우를 기준으로 설명한다.
상기 검출 장치는, 상기 동기기가 전동기로 동작하는 경우, 또는 발전기로 동작하는 경우 각각에 대해 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있다.
상기 검출 장치는, 상기 동기기의 운전/동작/구동을 제어하는 제어 장치, 또는 구동 장치 등에 포함되어, 상기 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출하는 장치일 수 있다.
상기 검출 장치는 또한, 상기 동기기의 운전/동작/구동을 제어하는 제어 장치, 또는 구동 장치와 별개의 구성으로 이루어져, 상기 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출하는 장치일 수도 있다.
상기 검출 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 동기기(1000)에 인가된 3상 전류를 검출하는 전류 검출부(110) 및 검출된 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하고, 산출한 d-q축 전류의 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단하는 온도 판단부(120)를 포함한다.
상기 전류 검출부(110)는, 상기 동기기(1000)에 3상 전류를 인가하는 인버터(10)에서 상기 동기기(1000)로 인가되는 3상 전류를 검출할 수 있다.
상기 인버터(10)는, 입력된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 장치로, 직류 전원을 상기 동기기(1000)의 구동 조건에 따라 3상 교류 전원으로 변환하여 상기 동기기(1000)에 인가(출력)하는 전력 변환 장치일 수 있다.
즉, 상기 동기기(1000)는, 상기 인버터(10)로부터 인가되는 3상 전류에 의해 구동되어, 상기 인버터(10)에 의해 구동이 제어될 수 있다.
상기 전류 검출부(110)는, 상기 인버터(10)의 출력단 및 상기 동기기(1000)의 입력단 사이에 구비된 전류 검출 수단(110')을 통해, 상기 동기기(1000)에 인가된 3상 전류를 검출할 수 있다.
여기서, 상기 전류 검출 수단(110')은, 3상 전류를 검출하는 CT(Current Transformer), 전류 센서, 또는 이를 비롯한 전류 센싱 수단일 수 있다.
상기 전류 검출부(110)는, 상기 동기기(1000)가 일정 부하 상태로 운전하는 중 상기 3상 전류를 검출할 수 있다.
즉, 상기 전류 검출부(110)는, 일정 부하 상태로 운전하는 중의 상기 동기기(1000)에 인가되는 3상 전류를 검출할 수 있다.
상기 온도 판단부(120)는, 상기 전류 검출부(110)에서 검출된 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하고, 산출한 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하여 상기 기준 위상각과 비교할 수 있다.
상기 d-q축 전류는, 상기 인버터(10)를 통해 상기 동기기(1000)에 인가되는 3상 전류의 전류값에 대응하는 전류 제어값으로, 상기 인버터(10)의 출력을 벡터 제어하기 위해 u, v 및 w의 3상 전류값을 d-q축 좌표계로 변환하여 d축 및 q축 좌표로 나타낸 전류값을 의미할 수 있다.
여기서, 상기 d축 전류는 상기 동기기(1000)의 회전자 자속을 제어하기 위한 전류값이고, 상기 q축 전류는 상기 동기기(1000)의 회전자 토크를 제어하기 위한 전류값을 의미할 수 있다.
상기 d-q축 전류는, 도 2에 도시된 바와 같이, d축 전류(xd) 및 q축 전류(xq)의 벡터로 나타내어질 수 있다.
상기 전류 위상각은, 상기 d-q축 전류 벡터의 위상각을 의미할 수 있다.
상기 전류 위상각은, q축을 기준으로 한 상기 d-q축 전류 벡터의 위상각을 의미할 수 있다.
상기 전류 위상각은, 상기 동기기(1000)에 인가되는 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류의 위상각으로, 검출 결과에 따른 측정치를 의미할 수 있다.
즉, 상기 전류 위상각은, 상기 동기기(1000)의 현재 상태에 따른 측정치를 의미할 수 있다.
상기 기준 위상각은, 산출된 상기 전류 위상각의 비교 대상에 해당하는 기준 위상각을 의미할 수 있다.
상기 기준 위상각은, 상기 동기기(1000)의 제어 지령치에 따른 기준 위상각일 수 있다.
상기 기준 위상각은, 상기 제어 지령치에 따라 기산출되거나, 또는 기결정된 기준 위상각일 수 있다.
상기 기준 위상각은, 상기 동기기(1000)에 인가되는 3상 전류를 제어하기 위한 제어 지령치에 대응하는 정상 상태의 d-q축 전류의 위상각으로, 제어 지령에 따른 기준치를 의미할 수 있다.
즉, 상기 기준 위상각은, 상기 동기(1000)의 정상 상태에 따른 기준치를 의미할 수 있다.
즉, 상기 온도 판단부(120)는, 측정치에 해당하는 상기 전류 위상각을 기준치에 해당하는 상기 기준 위상각과 비교하여, 비교한 결과를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 온도 판단부(120)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각을 비교하여 차이를 산출하고, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 온도 판단부(120)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 온도 판단부(120)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승하여 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하게 된 것으로 판단하여, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하는지 여부에 따라 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단하게 될 수 있다.
상기 기설정된 기준은, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이 기준을 의미할 수 있다.
상기 기설정된 기준은, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이 정도에 따라 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단하는 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이 기준을 의미할 수 있다.
이를 테면, 상기 기설정된 기준이 ±10°이고, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 8°인 경우, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준에 미달하여 상기 동기기(1000)의 온도가 상승하지 않은 것으로 판단할 수 있으며, 반대로 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 12°인 경우, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하여 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
상기 기설정된 기준은, 상기 동기기(1000)의 사양에 따라 다르게 기설정될 수 있다.
상기 온도 판단부(120)는, 상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 또는 발전기로 운전하는 경우 각각 마다 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 내부 온도가 상승하면 d-q축 전류의 위상각이 정상 상태의 위상각보다 작아지게 되어, 상기 온도 판단부(120)가 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우를 상기 동기기(1000)의 내부 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부(120)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 정도를 상기 기설정된 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 온도 판단부(120)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 정도가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
이를 테면, 상기 기설정된 기준이 10°이고, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 12° 작은 경우, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하여 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기(1000)가 발전기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부(120)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 동기기(1000)가 발전기로 운전하는 경우, 내부 온도가 상승하면 d-q축 전류의 위상각이 정상 상태의 위상각보다 커지게 되어, 상기 온도 판단부(120)가 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우를 상기 동기기(1000)의 내부 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기(1000)가 발전기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부(120)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 정도를 상기 기설정된 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 온도 판단부(120)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 정도가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
이를 테면, 상기 기설정된 기준이 10°이고, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 12° 큰 경우, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하여 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 검출 장치(100)는, 상기 동기기(1000)에 인가되는 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하여, 상기 d-q축 전류의 전류 위상각을 제어 지령에 따른 정상 상태의 기준 위상각과 비교하고, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승으로 인해 d-q축 전류가 변경됨으로써 상기 전류 위상각이 정상 상태의 기준 위상각과 차이가 있게 된 것으로 판단하여, 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단하게 될 수 있다.
즉, 상기 검출 장치(100)는, 상기 동기기(1000)에 인가되는 3상 전류를 검출하여, 상기 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류의 전류 위상각을 정상 상태의 기준 위상각과 비교하여 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단함으로써, 간단한 전류 검출 및 비교 판단 과정으로 상기 동기기(1000)의 온도 상승 및 고장을 검출하게 될 수 있다.
이하, 본 명세서에 개시된 동기기의 제어 장치(이하, 제어 장치라 칭한다)를 설명하되, 앞서 검출 장치에서 설명한 개념과 중복되는 부분은 가급적 생략하고, 상기 제어 장치의 실시 예를 위주로 설명한다.
상기 제어 장치는, 전동기 또는 발전기로 동작하는 동기기를 제어하는 장치를 의미한다.
보다 구체적으로, 상기 제어 장치는, 상기 동기기에 3상 전류를 인가하여 상기 동기기의 구동을 제어하는 인버터를 제어하는 장치일 수 있다.
즉, 상기 제어 장치는, 상기 동기기의 구동을 제어하는 인버터를 제어하여, 상기 동기기를 제어하는 장치일 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 동기기가 전동기로 동작하는 경우, 또는 발전기로 동작하는 경우 각각에 대해 상기 동기기를 제어할 수 있다.
상기 제어 장치는, 연산, 신호 처리 및 생성을 수행하는 복수의 제어기를 포함하여, 상기 복수의 제어기의 제어 기능 수행을 통해 상기 동기기를 제어할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 인버터와 함께 상기 동기기의 구동을 제어하는 구동 장치 등에 포함되어, 상기 동기기를 제어할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 동기기를 제어하되, 상기 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있다.
상기 제어 장치(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 동기기(1000)의 속도 지령에 따른 전류 지령을 생성하는 속도 제어부(210), 상기 전류 지령을 근거로 전압 지령을 생성하는 전류 제어부(220), 상기 전압 지령을 근거로 상기 동기기(1000)에 3상 전류를 인가하는 인버터(10)의 제어 신호를 생성하는 신호 생성부(230), 상기 동기기(1000)에 인가된 3상 전류를 검출하여 검출 결과를 생성하는 전류 검출부(240), 상기 검출 결과를 d-q축 전류로 변환하여 변환 결과를 생성하는 축 변환부(250) 및 상기 변환 결과를 근거로 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하고, 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단하는 온도 판단부(260)를 포함한다.
상기 속도 제어부(210), 상기 전류 제어부(220), 상기 신호 생성부(230), 상기 전류 검출부(240), 상기 축 변환부(250) 및 상기 온도 판단부(260)는 상기 제어 장치(200)를 구성하는 제어기들로, 각각 상기 동기기(1000)를 제어하기 위한 연산, 신호 처리 및 생성을 수행할 수 있다.
상기 속도 제어부(210), 상기 전류 제어부(220), 상기 신호 생성부(230), 상기 전류 검출부(240), 상기 축 변환부(250) 및 상기 온도 판단부(260)를 포함하는 상기 제어 장치(200)의 구체적인 구성은 도 6에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 속도 제어부(210)는, 상기 동기기(1000)의 회전 속도를 제어하기 위한 속도 지령에 따라 상기 동기기(1000)에 인가되는 3상 전류를 연산하여, 연산 결과에 따라 상기 동기기(1000)에 인가되는 3상 전류를 제어하기 위한 전류 지령을 생성하여 상기 전류 제어부(220)에 전달할 수 있다.
상기 속도 제어부(210)는, 상기 속도 지령에 따라 상기 전류 지령을 생성하는 속도 제어기를 포함할 수 있다.
상기 전류 제어부(220)는, 상기 전류 지령을 근거로 상기 인버터(10)의 출력 전압을 연산하여, 연산 결과에 따라 상기 인버터(10)의 출력 전압을 제어하기 위한 전압 지령을 생성하여 상기 신호 생성부(230)에 전달할 수 있다.
상기 전류 제어부(220)는, d-q축 전류 지령 각각을 근거로 출력 전압을 연산하여 d-q축 전압 지령을 생성하는 d축 전류 PI(Proportional Integral) 제어기 및 q축 전류 PI 제어기 각각을 포함할 수 있다.
상기 신호 생성부(230)는, 상기 전압 지령을 근거로 상기 인버터(10)의 출력을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(10)에 전달하고, 상기 인버터(10)는, 상기 제어 신호에 따라 3상 전압을 상기 동기기(1000)에 출력하여, 상기 전류 지령에 따른 3상 전류를 상기 동기기(1000)에 인가할 수 있다.
상기 신호 생성부(230)는, d-q축 전압 지령 각각을 근거로 상기 인버터(10)의 u-v-w 상 각각에 대한 전압 지령으로 변환하여 제어 신호를 생성하는 d-q/α-β 변환기 및 α-β/u-v-w 변환기를 포함할 수 있다.
상기 전류 검출부(240)는, 상기 동기기(1000)에 인가된 3상 전류를 검출 수단(240')을 통해 검출하고, 검출 결과를 생성하여 상기 축 변환부(250)에 전달할 수 있다.
여기서, 상기 전류 검출 수단(240')은, 3상 전류를 검출하는 CT(Current Transformer), 전류 센서, 또는 이를 비롯한 전류 센싱 수단일 수 있다.
상기 전류 검출부(240)는, 상기 동기기(1000)가 일정 부하 상태로 운전하는 중 상기 3상 전류를 검출할 수 있다.
즉, 상기 전류 검출부(240)는, 일정 부하 상태로 운전하는 중의 상기 동기기(1000)에 인가되는 u-v-w 상 각각의 전류를 검출할 수 있다.
상기 축 변환부(250)는, 상기 검출 결과를 d-q축 전류로 변환하고, 변환 결과를 생성하여 상기 전류 제어부(220) 및 상기 온도 판단부(260)로 전달할 수 있다.
상기 축 변환부(250)는, 상기 동기기(1000)의 3상 전류의 검출 결과를 d-q축 전류로 변환하여 상기 변환 결과를 생성하는 u-v-w/d-q 변환기를 포함할 수 있다.
상기 전류 제어부(220)는, 상기 변환 결과를 반영하여 상기 전압 지령을 생성하고, 상기 변환 결과가 반영된 상기 전압 지령을 상기 신호 생성부(230)에 전달하여, 상기 검출 결과에 대한 피드백(Feedback) 제어가 이루어지도록 하게 될 수 있다.
상기 온도 판단부(260)는, 상기 변환 결과를 근거로 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하고, 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 전류 위상각은, 도 2에 도시된 바와 같은 상기 d-q축 전류 벡터의 위상각으로, q축을 기준으로 한 상기 d-q축 전류 벡터의 위상각일 수 있다.
상기 전류 위상각은, 상기 동기기(1000)에 인가되는 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류의 위상각으로, 검출 결과에 따른 측정치를 의미할 수 있다.
상기 기준 위상각은, 산출된 상기 전류 위상각의 비교 대상에 해당하는 기준 위상각일 수 있다.
상기 기준 위상각은, 상기 전류 지령에 따른 기준 위상각일 수 있다.
상기 기준 위상각은, 상기 전류 지령에 따라 기산출되거나, 또는 기결정된 기준 위상각일 수 있다.
상기 기준 위상각은, 상기 전류 지령에 대응하는 정상 상태의 d-q축 전류의 위상각으로, 정상 상태에 따른 기준치를 의미할 수 있다.
즉, 상기 온도 판단부(260)는, 측정치에 해당하는 상기 전류 위상각을 기준치에 해당하는 상기 기준 위상각과 비교하여, 비교한 결과를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 온도 판단부(260)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각을 비교하여 차이를 산출하고, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 온도 판단부(260)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 온도 판단부(260)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승하여 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하게 된 것으로 판단하여, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하는지 여부에 따라 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단하게 될 수 있다.
상기 기설정된 기준은, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이 기준을 의미할 수 있다.
상기 기설정된 기준은, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이 정도에 따라 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단하는 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이 기준을 의미할 수 있다.
상기 기설정된 기준은, 상기 동기기(1000)의 사양에 따라 다르게 기설정될 수 있다.
상기 온도 판단부(260)는, 상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 또는 발전기로 운전하는 경우 각각 마다 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부(260)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 내부 온도가 상승하면 d-q축 전류의 위상각이 정상 상태의 위상각보다 작아지게 되어, 상기 온도 판단부(260)가 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우를 상기 동기기(1000)의 내부 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부(260)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 정도를 상기 기설정된 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 온도 판단부(260)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 정도가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
이를 테면, 상기 기설정된 기준이 10°이고, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 12° 작은 경우, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하여 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기(1000)가 발전기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부(260)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 동기기(1000)가 발전기로 운전하는 경우, 내부 온도가 상승하면 d-q축 전류의 위상각이 정상 상태의 위상각보다 커지게 되어, 상기 온도 판단부(260)가 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우를 상기 동기기(1000)의 내부 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기(1000)가 발전기로 운전하는 경우, 상기 온도 판단부(260)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 정도를 상기 기설정된 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 온도 판단부(260)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 정도가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
이를 테면, 상기 기설정된 기준이 10°이고, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 12° 큰 경우, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하여 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 온도 판단부(260)는, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단한 경우, 판단 결과를 생성하여 상기 속도 제어부(210)에 전달할 수 있다.
상기 속도 제어부(210)는, 상기 판단 결과를 반영하여 상기 전류 지령을 생성하고, 상기 판단 결과에 반영된 상기 전류 지령을 상기 전류 제어부(220)에 전달하여, 상기 판단 결과에 대한 피드백(Feedback) 제어가 이루어지도록 하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 판단 결과에 대한 피드백 제어의 일 예를 들면, 내부 온도 상승으로 인한 상기 동기기(1000)의 고장을 방지하기 위해 상기 동기기(1000)의 속도를 감속하거나, 또는 구동을 정지하는 제어가 이루어지도록 하게 될 수 있다.
즉, 상기 온도 판단부(260)가 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단하여 상기 판단 결과를 상기 속도 제어부(210)에 전달하고, 상기 속도 제어부(210)가 상기 동기기(1000)의 내부 온도가 상승된 것으로 판단된 상기 판단 결과에 따라, 상기 동기기(1000)의 고장을 방지하기 위해 상기 동기기(1000)의 속도를 감속하거나, 또는 구동을 정지시키기 위한 전류 지령을 생성하여 상기 전류 제어부(220)에 전달함으로써, 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승 판단 및 검출, 이에 따른 상기 동기기(1000)의 고장 검출 및 고장 방지 제어가 이루어지게 될 수 있다.
상기 제어 장치(200)는 추가로, 상기 동기기(1000)의 속도를 연산하는 속도 연산부(270)를 더 포함할 수 있다.
상기 속도 연산부(270)는, 상기 동기기(1000)의 구동 중 속도를 연산하여 연산 결과를 생성하고, 상기 연산 결과를 상기 속도 제어부(210)에 전달할 수 있고, 상기 속도 제어부(210)는, 상기 연산 결과를 반영하여 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(200)는, 상기 동기기(1000)의 구동 중 속도에 대한 피드백 제어도 이루어지게 될 수 있다.
이하, 본 명세서에 개시된 동기기의 구동 장치(이하, 구동 장치라 칭한다)를 설명하되, 앞서 검출 장치 및 제어 장치에서 설명한 개념과 중복되는 부분은 가급적 생략하고, 상기 구동 장치의 실시 예를 위주로 설명한다.
상기 구동 장치는, 전동기 또는 발전기로 동작하는 동기기를 구동/제어하는 장치를 의미한다.
보다 구체적으로, 상기 구동 장치는, 상기 동기기에 3상 전류를 인가하여 상기 동기기를 구동시키고, 상기 동기기의 구동을 제어하는 장치일 수 있다.
상기 구동 장치는, 상기 동기기가 전동기로 동작하는 경우, 또는 발전기로 동작하는 경우 각각에 대해 상기 동기기를 구동/제어할 수 있다.
상기 구동 장치는, 상기 동기기를 구동 및 제어하되, 상기 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있다.
상기 구동 장치(500)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 인버터(10) 및 제어부(200)를 포함한다.
여기서, 상기 인버터(10)는 앞서 설명한 인버터일 수 있고, 상기 제어부(200)는 앞서 설명한 상기 제어 장치(200)일 수 있다.
즉, 상기 구동 장치(500)는, 앞서 설명한 상기 동기기(1000)의 구동을 제어하는 상기 인버터(10) 및 상기 인버터(10)를 제어하는 상기 제어 장치(200)를 포함하는 장치일 수 있다.
상기 구동 장치(500)는, 단상 교류 전원을 단상 직류 전원으로 변환한 후, 상기 인버터(10)를 통해 3상 교류로 변환하여 상기 동기기(1000)에 인가할 수 있다.
상기 인버터(10)는, 제어 신호에 따라 동기기(1000)의 구동 전류를 상기 동기기(1000)에 인가한다.
상기 인버터(10)는, 상기 제어부(200)에 의해 제어되어, 상기 동기기(1000)에 3상 전류를 인가할 수 있다.
상기 인버터(10)는, 상기 제어부(200)에서 생성된 상기 제어 신호를 근거로 동작하여 상기 동기기(1000)에 3상 전류를 인가함으로써, 상기 동기기(1000)를 구동 및 제어할 수 있다.
상기 제어부(200)는, 상기 인버터(10)를 제어하기 위한 상기 제어 신호를 생성한다.
상기 제어부(200)는, 상기 동기기(1000)의 속도를 제어하기 위한 전류 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터(10)에 전달하여 상기 인버터(10)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(200)는, 상기 동기기(1000)에 인가된 3상 전류를 검출하여 상기 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하고, 산출된 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하여, 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 검출한다.
상기 제어부(200)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각을 비교하여 차이를 산출하고, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있다.
상기 제어부(200)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 제어부(200)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승하여 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하게 된 것으로 판단하여, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하는지 여부에 따라 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단하게 될 수 있다.
상기 기설정된 기준은, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이 기준을 의미할 수 있다.
상기 기설정된 기준은, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이 정도에 따라 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단하는 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이 기준을 의미할 수 있다.
상기 기설정된 기준은, 상기 동기기(1000)의 사양에 따라 다르게 기설정될 수 있다.
상기 제어부(200)는, 상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 또는 발전기로 운전하는 경우 각각 마다 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 상기 제어부(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 내부 온도가 상승하면 d-q축 전류의 위상각이 정상 상태의 위상각보다 작아지게 되어, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우를 상기 동기기(1000)의 내부 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기(1000)가 전동기로 운전하는 경우, 상기 제어부(200)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 정도를 상기 기설정된 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 제어부(200)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 정도가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
이를 테면, 상기 기설정된 기준이 10°이고, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 12° 작은 경우, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하여 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기(1000)가 발전기로 운전하는 경우, 상기 제어부(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 동기기(1000)가 발전기로 운전하는 경우, 내부 온도가 상승하면 d-q축 전류의 위상각이 정상 상태의 위상각보다 커지게 되어, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우를 상기 동기기(1000)의 내부 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기(1000)가 발전기로 운전하는 경우, 상기 제어부(200)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 정도를 상기 기설정된 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 제어부(200)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 정도가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단할 수 있다.
이를 테면, 상기 기설정된 기준이 10°이고, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 12° 큰 경우, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하여 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 제어부(200)는, 상기 동기기(1000)의 온도가 상승한 것으로 판단한 경우, 판단 결과를 반영하여 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 제어부(200)는, 상기 판단 결과를 반영한 상기 제어 신호를 생성하여, 상기 판단 결과에 대한 피드백(Feedback) 제어가 이루어지도록 하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 판단 결과에 대한 피드백 제어의 일 예를 들면, 내부 온도 상승으로 인한 상기 동기기(1000)의 고장을 방지하기 위해 상기 동기기(1000)의 속도를 감속하거나, 또는 구동을 정지하는 제어가 이루어지도록 하게 될 수 있다.
즉, 상기 제어부(200)는 상기 동기기(1000)의 내부 온도가 상승된 것으로 판단된 결과에 따라, 상기 동기기(1000)의 고장을 방지하기 위해 상기 동기기(1000)의 속도를 감속하거나, 또는 구동을 정지시키기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(10)에 전달함으로써, 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승 판단 및 검출, 이에 따른 상기 동기기(1000)의 고장 검출 및 고장 방지 제어가 이루어지게 될 수 있다.
상기 제어부(200)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 동기기(1000)의 속도 지령에 따른 전류 지령을 생성하는 속도 제어부(210), 상기 전류 지령을 근거로 전압 지령을 생성하는 전류 제어부(220), 상기 전압 지령을 근거로 상기 동기기(1000)에 3상 전류를 인가하는 인버터(10)의 제어 신호를 생성하는 신호 생성부(230) 및 상기 속도 연산부(270)를 포함하여, 상기 인버터(10)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(200)는 또한, 상기 동기기(1000)에 인가된 3상 전류를 검출하여 검출 결과를 생성하는 전류 검출부(240), 상기 검출 결과를 d-q축 전류로 변환하여 변환 결과를 생성하는 축 변환부(250) 및 상기 변환 결과를 근거로 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하고, 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기(1000)의 온도 상승을 판단하는 온도 판단부(260)를 포함하여, 상기 동기기(1000)의 내부 온도 상승을 판단 및 검출할 수 있다.
상기 구동 장치(500)는, 상기 인버터(10) 및 상기 제어부(200)를 포함하여 상기 동기기(1000)를 구동하되, 추가로 외부로부터 인가된 단상 교류 전원을 상기 인버터(10)에 인가하기 위한 단상 직류 전원으로 정류하는 정류부(20) 및 정류된 단상 직류 전원을 평활화하는 평활부(30)를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 명세서에 개시된 동기기의 온도 상승 판단 방법(이하, 판단 방법이라 칭한다)을 설명하되, 앞서 검출 장치, 제어 장치 및 구동 장치에서 설명한 개념과 중복되는 부분은 가급적 생략하고, 상기 판단 방법의 실시 예를 위주로 설명한다.
상기 판단 방법은, 상기 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출하는 방법일 수 있다.
상기 판단 방법은, 상기 동기기를 제어하는 제어 장치, 구동 장치, 상기 동기기의 온도 상승을 검출하는 온도 상승 검출 장치, 상기 동기기의 고장을 검출하는 고장 검출 장치에 적용되는 판단 방법일 수 있다.
상기 판단 방법은, 앞서 설명한 검출 장치, 제어 장치 또는 구동 장치에 적용되는 판단 방법일 수 있다.
상기 판단 방법은, 앞서 설명한 검출 장치, 제어 장치 또는 구동 장치의 펌웨어, 또는 제어 프로그램에 적용되는 판단 방법일 수 있다.
상기 판단 방법은, 앞서 설명한 검출 장치, 제어 장치 또는 구동 장치에 상기 동기기의 내부 온도 상승을 판단 및 검출하는 알고리즘, 프로그램, 소프트웨어 또는 애플리케이션 등의 형태로 적용될 수 있다.
상기 판단 방법은, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 동기기에 인가된 3상 전류를 검출하는 단계(S10), 검출한 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하는 단계(S20), 산출한 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하는 단계(S30) 및 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교하여 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)를 포함한다.
상기 3상 전류를 검출하는 단계(S10)는, 상기 동기기가 일정 부하 상태로 운전하는 중 상기 3상 전류를 검출할 수 있다.
상기 3상 전류를 검출하는 단계(S10)는, 일정 부하 상태로 운전하는 중의 상기 동기기에 인가되는 3상 전류를 검출할 수 있다.
상기 d-q축 전류를 산출하는 단계(S20)는, 검출된 u-v-w 상 전류를 d-q축 좌표계로 축 변환하여, 상기 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출할 수 있다.
상기 전류 위상각을 산출하는 단계(S30)는, 산출한 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하여 상기 기준 위상각과 비교할 수 있다.
상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각을 비교하여 차이를 산출하고, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이를 근거로 상기 동기기의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기의 온도가 상승하여 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하게 된 것으로 판단하여, 상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 상기 기설정된 기준을 초과하는지 여부에 따라 상기 동기기의 내부 온도 상승을 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 상기 동기기가 전동기인 경우, 또는 발전기인 경우 각각 마다 상기 동기기의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 동기기가 전동기인 경우, 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 동기기가 전동기인 경우, 내부 온도가 상승하면 d-q축 전류의 위상각이 정상 상태의 위상각보다 작아지게 되어, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우를 상기 동기기의 내부 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기가 전동기인 경우, 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 정도를 상기 기설정된 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 동기기의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 정도가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 동기기가 발전기인 경우, 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우, 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 동기기가 발전기인 경우, 내부 온도가 상승하면 d-q축 전류의 위상각이 정상 상태의 위상각보다 커지게 되어, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우를 상기 동기기의 내부 온도가 상승한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 동기기가 발전기인 경우, 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 정도를 상기 기설정된 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 동기기의 온도 상승을 판단할 수 있다.
상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계(S40)는, 상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 정도가 상기 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 동기기의 온도 상승을 판단할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 인버터 20: 정류부
30: 평활부 100: 온도 상승 검출 장치
110: 전류 검출부 110': 전류 검출 수단
120: 온도 판단부 200: 제어 장치(제어부)
210: 속도 제어부 220: 전류 제어부
230: 신호 생성부 240: 전류 검출부
250: 축 변환부 260: 온도 판단부
270: 속도 연산부 500: 구동 장치
1000: 동기기
30: 평활부 100: 온도 상승 검출 장치
110: 전류 검출부 110': 전류 검출 수단
120: 온도 판단부 200: 제어 장치(제어부)
210: 속도 제어부 220: 전류 제어부
230: 신호 생성부 240: 전류 검출부
250: 축 변환부 260: 온도 판단부
270: 속도 연산부 500: 구동 장치
1000: 동기기
Claims (16)
- 동기기의 온도 상승 검출 장치에 있어서,
상기 동기기에 인가된 3상 전류를 검출하는 전류 검출부; 및
검출된 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하고, 산출한 d-q축 전류의 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 온도 판단부;를 포함하고,
상기 온도 판단부는,
상기 동기기가 전동기로 운전하는 경우,
상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작으면 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하고,
상기 동기기가 발전기로 운전하는 경우,
상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 크면 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 온도 상승 검출 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전류 검출부는,
상기 동기기가 일정 부하 상태로 운전하는 중 상기 3상 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 온도 상승 검출 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기준 위상각은,
상기 동기기의 제어 지령치에 따른 기준 위상각인 것을 특징으로 하는 온도 상승 검출 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 온도 판단부는,
상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 기설정된 기준을 초과하는 경우,
상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 온도 상승 검출 장치. - 삭제
- 삭제
- 동기기의 제어 장치에 있어서,
상기 동기기의 속도 지령에 따른 전류 지령을 생성하는 속도 제어부;
상기 전류 지령을 근거로 전압 지령을 생성하는 전류 제어부;
상기 전압 지령을 근거로 상기 동기기에 3상 전류를 인가하는 인버터의 제어 신호를 생성하는 신호 생성부;
상기 동기기에 인가된 3상 전류를 검출하여 검출 결과를 생성하는 전류 검출부;
상기 검출 결과를 d-q축 전류로 변환하여 변환 결과를 생성하는 축 변환부; 및
상기 변환 결과를 근거로 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하고, 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 온도 판단부;를 포함하고,
상기 온도 판단부는,
상기 동기기가 전동기로 운전하는 경우,
상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우에 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하고,
상기 동기기가 발전기로 운전하는 경우,
상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우에 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 제어 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 기준 위상각은,
상기 전류 지령에 따른 기준 위상각인 것을 특징으로 하는 제어 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 온도 판단부는,
상기 전류 위상각과 상기 기준 위상각의 차이가 기설정된 기준을 초과하는 경우,
상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 제어 장치. - 삭제
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 온도 판단부는,
상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단한 경우,
판단 결과를 생성하여 상기 속도 제어부에 전달하고,
상기 속도 제어부는,
상기 판단 결과를 반영한 전류 지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 제어 장치. - 동기기의 구동 장치에 있어서,
제어 신호에 따라 동기기의 구동 전류를 상기 동기기에 인가하는 인버터; 및
상기 제어 신호를 생성하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 동기기에 인가된 3상 전류를 검출하여 상기 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하고, 산출된 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하여, 산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교한 결과를 근거로 상기 동기기의 온도 상승을 검출하되,
상기 동기기가 전동기로 운전하는 경우,
상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우에 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하고,
상기 동기기가 발전기로 운전하는 경우,
상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우에 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 구동 장치. - 동기기의 온도 상승 판단 방법에 있어서,
상기 동기기에 인가된 3상 전류를 검출하는 단계;
검출한 3상 전류에 대응하는 d-q축 전류를 산출하는 단계;
산출한 d-q축 전류의 전류 위상각을 산출하는 단계; 및
산출한 전류 위상각을 기준 위상각과 비교하여 상기 동기기의 온도 상승을 판단하는 단계;를 포함하고,
상기 판단하는 단계는,
상기 동기기가 전동기인 경우,
상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 작은 경우에 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하고,
상기 동기기가 발전기인 경우,
상기 전류 위상각이 상기 기준 위상각보다 큰 경우에 상기 동기기의 온도가 상승한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 온도 상승 판단 방법. - 삭제
- 삭제
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