KR102235164B1

KR102235164B1 - 진공펌프용 인버터 제어방법

Info

Publication number: KR102235164B1
Application number: KR1020170039055A
Authority: KR
Inventors: 이은우
Original assignee: 엘에스일렉트릭(주)
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2021-04-01
Also published as: KR20180109389A

Abstract

진공펌프용 인버터 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예의 방법은, 전동기의 속도가 감소하는 경우, 인버터의 출력전류를 소정 레벨 증가시키고, 상기 전동기의 속도가 소정의 저속알람속도 이하가 되는 시점에서 소정의 구속탈피시작시간이 경과하는 것을 확인하고, 소정 온시간동안 상기 인버터의 전류를 최대전류가 되도록 제어하고, 소정 오프시간동안 상기 인버터의 전류를 영전류가 되도록 제어한다.

Description

진공펌프용 인버터 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING INVERTER FOR VACUUM PUMP}

본 발명은 진공펌프용 인버터 제어방법에 대한 것이다.

진공펌프는 산업계에서 다양한 분야에 널리 사용되고 있는 장비이다. 진공펌프는 진공상태에서 전동기에 의해 발생한 회전력을 압력으로 변환하는 기계장치이며, 윤활유 등의 사용여부에 따라 습식과 건식으로 분류된다. 특히, 건식 진공펌프는 윤활유 등이 공기중으로 휘발하지 않으므로 반도체 공정 등에 사용되고 있다.

한편, 인버터는 상용 교류전원을 입력으로 하여 이를 직류전원으로 변환한 후, 다시 전동기에 적합한 교류전원으로 변환하여 전동기에 공급하는 전력변환장치이다. 이러한 인버터는 전동기를 효율적으로 제어함으로써 전동기의 소모전력을 감소시켜 에너지 효율을 높인다.

진공펌프 시스템에는 전동기를 구동하는 인버터가 요구되며, 인버터는 상용전원으로부터 전력을 공급받는다. 만약 낙뢰 등에 의한 전력계통의 사고에 의해 순간적인 정전이 발생하는 경우, 인버터는 전동기에 구동력을 전달하는 전력을 상실하게 되고, 정전시간이 긴 경우 진공을 유지하지 못하고 공기압이 상승하게 된다. 이때 공기가 역류하면서 반도체 공정의 부산물이 역방향으로 이동하여 펌프의 내부에 많은 양의 분진이 쌓여 접착된다. 이러한 상태에서 전원이 다시 공급되어 인버터가 운전을 시작하려고 해도 분진에 의한 마찰력에 의해 전동기가 쉽게 회전할 수 없는 상태가 된다. 이를 구속상태라 하며, 이러한 구속상태에 도달하면 제조사에 의뢰하여 수리를 하게 된다.

즉, 종래의 경우 진공펌프가 구속상태가 되면, 새 펌프로 교체하거나, 펌프를 공장으로 회수한 후 분해하여 펌프 내부에 유입된 분진 등 회전을 방해하는 물질을 제거한 후 다시 조립하여야 구동이 가능하였다. 따라서 정전이 발생한 경우 펌프를 다시 현장에 투입하기까지 오랜 시간이 소요되는 문제점이 있다. 이에 의해, 제품의 생산에 차질이 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 진공펌프가 구속되었을 때 구속상태를 벗어나도록 인버터를 제어하는, 진공펌프용 인버터 제어방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 진공펌프용 인버터 제어방법은, 전동기의 속도가 감소하는 경우, 인버터의 출력전류를 소정 레벨 증가시키는 단계; 상기 전동기의 속도가 소정의 저속알람속도 이하가 되는 시점에서 소정의 구속탈피시작시간이 경과하는 것을 확인하는 단계; 소정 온시간동안 상기 인버터의 전류를 최대전류가 되도록 제어하는 단계; 및 소정 오프시간동안 상기 인버터의 전류를 영전류가 되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 진공펌프용 인버터 제어방법은, 상기 전동기의 속도가 일정 시간 이상 상기 저속알람속도 이하인 경우 저속알람을 발생하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 진공펌프용 인버터 제어방법은, 상기 전동기의 속도가 증가하는 경우, 상기 인버터의 출력전류를 소정 기울기로 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 진공펌프용 인버터 제어방법은, 상기 전동기의 속도가 상기 저속알람속도까지 회복하는 경우, 해당 출력전류로 상기 인버터의 출력전류를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 진공펌프용 인버터 제어방법은, 상기 구속탈피동작을 소정 사이클 반복하여도 상기 전동기의 속도가 증가하지 않는 경우, 상기 인버터의 운전을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 진공펌프용 인버터 제어방법은, 상기 전동기의 속도가 상기 저속알람속도 이하에서 소정 시간 지속되는 경우, 상기 인버터의 운전을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 진공펌프의 구속상태를 펌프를 분리하여 수리하지 않고서 해결함으로써 비용을 저감하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 인버터 제어방법이 적용되는 진공펌프용 인버터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 인버터 제어방법에 의한 인버터 출력전류와 전동시의 속도관계를 나타낸 일예시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 인버터 제어방법에 의한 인버터 출력전류와 전동시의 속도관계를 나타낸 일예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 인버터 제어방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. '포함한다' 또는 '가진다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 인버터 제어방법이 적용되는 진공펌프용 인버터 시스템의 개략적인 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 인버터 제어방법이 적용되는 시스템은, 3상 전원(3)이 인버터(2)로 인가되고, 인버터(2)의 출력이 전동기(4)에 인가되는 것으로서, 인버터(2)의 3상의 출력전류가 검출부(5)에 의해 검출되어 제어부(1)에 인가되면, 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM) 제어신호가 인버터(2)의 인버터부(2C)로 출력될 수 있다.

인버터(2)는 3상 전원(3)으로부터 AC 전원을 입력받으며, 정류부(2A)가 이러한 AC 전압을 DC 전압으로 변환하고, 직류링크 커패시터(2B)가 직류링크 전압으로 저장한 후, 인버터부(2C)가 제어부(1)의 PWM 제어신호에 따라 AC 전압으로 변환하여 전동기(4)로 출력할 수 있다.

제어부(1)로부터 출력되는 PWM 제어신호는 인버터부(2C)의 복수의 스위칭소자의 온오프를 제어하는 것으로서, 이에 의해 인버터부(2C)는 전동기(4)에 소정 출력주파수를 가지는 교류전압을 출력할 수 있다.

전동기(4)를 구동하는 인버터(2)는 전동기(4)의 회전력을 발생시키고, 진공펌프(6)는 전동기(4)의 회전력을 통해 펌프를 회전시켜 진공상태를 구성하는 장치이다.

진공펌프(6)의 펌프에 유입되는 물질에 의해 마찰력이 증가하면 부하가 커져 전동기(4)의 회전수가 떨어지게 되고, 이에 의해 전동기(4)의 회전자의 속도가 일정 속도 이하로 감소하면 생산공정에 필요한 진공을 유지할 수 없게 되어 진공펌프(6)의 교체 또는 수리가 필요하였다.

본 발명의 일실시예에서, 제어부(1)는 전동기(4)의 속도를 주기적으로 모니터링하고, 속도가 일정 속도 이하가 되는 경우 저속알람을 발생할 수 있다. 이때, 저속알람을 발생하는 전동기(4)의 속도를 '저속알람속도'라고 한다. 정상적인 부하에 의해 속도가 저속알람속도 이하로 감소하는 경우도 있기 때문에, 제어부(1)는 일정한 시간 이상 저속알람속도 이하인 경우에 저속알람을 발생할 수도 있다.

제어부(1)는 전동기(4)의 속도가 저속알람속도 이하로 된 이후 구속탈피를 시작할 수 있는데, 이때, 본 발명의 일실시예에서는, 저속알람속도 이하로 된 이후 구속탈피를 시작하기 전까지의 시간을 '구속탈피시작시간'으로 정의하기로 한다. 구속탈피시작시간의 설정은, 정상적인 부하에 의해 전동기(4)의 속도가 일시적으로 감소한 것인지, 또는 펌프의 이상에 의해 속도가 저속인 것인지를 판단하는 기준시간이며, 펌프와 부하의 특성을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다.

구속탈피시작시간 동안에는 전동기(4)의 속도가 설정된 속도보다 낮은 상태가 계속하여 유지되기 때문에, 제어부(1)는 인버터(2)의 전류를 정상상태보다 증가시킬 수 있다.

제어부(1)는 전동기(4)가 저속알람속도 이하로 구속탈피시작시간 동안 운전하게 되면, 분진에 의한 마찰력에 의해 정상적인 동작을 하지 못하는 것으로 판단하고, 저속알람상태가 되며, 구속탈피모드로 전환할 수 있다. 구속탈피모드의 동작은 다음과 같다.

구속탈피모드에서, 인버터(2)의 온(ON)시간 및 오프(OFF)시간을 반복하며, 온시간과 오프시간 동안의 동작을 구속탈피 사이클로 정의하기로 한다. 즉, 구속탈피모드에서는 구속탈피 사이클을 반복하게 된다.

온시간 동안에는 제어부(1)는 인버터(2)의 최대전류로 운전하여 최대토크를 발생시킬 수 있다. 오프시간 동안에는 제어부(10는 영전류로 운전하여 영토크를 발생시킬 수 있다. 온시간 및 오프시간은 부하량에 따라 달라질 수 있으며, 사용자는 미리 온시간 및 오프시간을 설정할 수 있을 것이다.

이러한 동작을 사용자가 설정한 사이클만큼 반복하거나 또는 무한히 수행할 수 있다. 설정한 사이클만큼 구속탈피모드를 수행하는 경우, 전동기(4)의 속도가 저속알람속도 이상으로 회복되는 경우 정상운전모드로 복귀할 수 있고, 전동기(4)의 속도가 설정한 사이클만큼 구속탈피모드를 수행하여도 저속알람속도 이상으로 회복되지 않으면 트립을 발생시키고 인버터(2)의 운전을 중지할 수 있다.

구속탈피모드를 무한히 수행하는 경우라도, 제어부(1)는 전동기(4)의 속도를 모니터링하여, 인버터(2)의 운전을 정지시킬 수 있고, 또는 저속알람상태의 유지시간이 소정 시간 이상 지속되는 경우 인버터(2)의 운전을 정지시킬 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에서, 제어부(1)는 인버터(2)의 PWM 동작을 제어하는 동시에 구속탈피모드를 제어하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 제어방법이 통신을 통하여 연결되는 상위 제어부(도시되지 않음)에서 수행될 수도 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예의 인버터 제어방법에 의한 인버터 출력전류와 전동시의 속도관계를 나타낸 일예시도로서, 구속탈피모드 수행후 전동기(4)의 속도가 저속알람속도 이상으로 회복하는 경우를 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 전동기(4)가 정상상태에서 운전하다가 구속상황이 발생하면, 전동기(4)의 속도는 지속적으로 감소한다. 제어부(1)는 전동기(4)의 정상상태에서의 출력전류(2A)보다, 구속상황이 발생하여 속도가 계속 감소하는 경우 출력전류(2B)가 상승하도록 제어할 수 있다.

전동기(4)의 속도가 저속알람속도 이하가 되고, 구속탈피시작시간이 경과하면, 제어부(1)는 온시간동안 인버터(2)의 전류를 최대전류가 되도록 제어하여 최대토크를 발생시킬 수 있다. 또한 제어부(1)는 오프시간동안 인버터(2)의 전류를 영전류가 되도록 제어하여 영토크를 발생시킬 수 있다.

이후 온시간동안 최대전류가 되도록 제어하는 경우, 전동기(4)의 운전속도가 상승(2C)하면, 인버터(2)의 출력전류가 감소(2D)하도록 제어할 수 있다. 이때 전동기(4)의 속도가 저속알람속도로 상승하는 경우, 제어부(1)는 인버터(2)의 출력전류의 감소를 중지하고 동일하게 지속하거나, 아주 작은 양만큼 증가하도록(2E) 제어할 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에서는 구속탈피 사이클이 1회 수행된 후 전동기(4)의 속도가 상승하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 더 많은 사이클이 수행된 후 전동기(4)의 속도가 상승될 수도 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 인버터 제어방법에 의한 인버터 출력전류와 전동시의 속도관계를 나타낸 일예시도로서, 구속탈피모드 수행후 전동기(4)의 속도가 상승하지 않는 경우를 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 구속탈피 사이클을 수회 수행하는 경우, 미리 설정된 횟수만큼 수행하여도 전동기(4)의 속도가 상승하지 않는 경우, 제어부(1)는 인버터(2)에 대해 트립을 발생(3A)시키고 운전을 중지할 수 있을 것이다.

도 3에서, 인버터(2)의 트립 이전의 동작에 대해서는, 도 2에서 설명한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예의 인버터 제어방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 방법에서, 제어부(1)는 진공펌프의 펌프를 구동하는 전동기(4)의 속도를 모니터링할 수 있다(S11). 이때 전동기(4)의 속도는, 전동기(4)의 회전자의 속도를 측정하는 엔코더(도시되지 않음)와 같은 측정장치에 의해서 측정될 수도 있고, 또는 추정될 수도 있을 것이다.

제어부(1)는 전동기(4)의 속도가 감소하는 경우(S12), 구속상황이 발생하는 것으로 판단하여 인버터(2)의 출력전류를 도 2의 2A에서 2B 레벨로 증가시킬 수 있다(S13).

이후, 제어부(1)는 전동기의 속도가 저속알람속도 이하가 되는 시점에서 구속탈피시작시간이 경과하는 경우(S14), 구속탈피동작을 수행할 수 있다(S15). 즉, 제어부(1)는 온시간동안 인버터(2)의 전류를 최대전류가 되도록 제어하여 최대토크를 발생시킬 수 있다. 또한 제어부(1)는 오프시간동안 인버터(2)의 전류를 영전류가 되도록 제어하여 영토크를 발생시킬 수 있다.

이와 같은 구속탈피동작 수행에 의해 전동기(4)의 속도가 증가하면(S16), 제어부(1)는 인버터(2)의 출력전류를 소정 기울기로 감소시킬 수 있다(S17). 이때 전동기(4)의 속도가 저속알람속도까지 회복하는 경우(S18), 저속알람속도에서의 전류로 인버터(2)의 출력전류를 유지시킬 수 있다(S19).

만약, 구속탈피동작 수행에 의해서도 전동기(4)의 속도가 증가하지 않는 경우, 미리 정해진 구속탈피 사이클이 경과하였는지 확인하여(S20), 미리 정해진 구속탈피 사이클이 경과한 경우에는 트립을 발생시켜 인버터(2)의 운전을 중지할 수 있다. S20에서 미리 정해진 구속탈피 사이클이 경과하지 않은 경우에는, 다시 구속탈피동작을 수행할 수 있을 것이다(S16).

도시되지는 않았으나, 전동기(4)의 속도가 저속알람속도 이하에서의 유지시간이 소정 시간 이상 지속되는 경우 제어부(1)는 인버터(2)의 운전을 중지시킬 수도 있고, 또한 전동기(4)의 속도가 도 2 또는 도 3과 같이 저속알람속도 이하에서 일정속도로 구동되지 않고 변동하거나, 또는 정지기준속도까지 하강하거나, 또는 정지하는 경우에도 인버터(2)의 운전을 정지시킬 수도 있을 것이다.

이와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 진공펌프(6)의 구속상태를 펌프를 분리하여 수리하지 않고서 해결함으로써 비용을 저감할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: 제어부 2: 인버터
3: 상용전원 4: 전동기
5: 검출부 6: 진공펌프

Claims

전동기의 속도가 감소하는 경우, 인버터의 출력전류를 소정 레벨 증가시키는 단계;
상기 전동기의 속도가 소정의 저속알람속도 이하가 되는 시점에서 소정의 구속탈피시작시간이 경과하는 것을 확인하는 단계;
소정 온시간동안 상기 인버터의 전류를 최대전류가 되도록 제어하는 단계; 및
소정 오프시간동안 상기 인버터의 전류를 영전류가 되도록 제어하는 단계를 포함하는 진공펌프용 인버터 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 전동기의 속도가 일정 시간 이상 상기 저속알람속도 이하인 경우 저속알람을 발생하는 단계를 더 포함하는 진공펌프용 인버터 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 전동기의 속도가 증가하는 경우, 상기 인버터의 출력전류를 소정 기울기로 감소시키는 단계를 더 포함하는 진공펌프용 인버터 제어방법.
제3항에 있어서,
상기 전동기의 속도가 상기 저속알람속도까지 회복하는 경우, 해당 출력전류로 상기 인버터의 출력전류를 유지하는 단계를 더 포함하는 진공펌프용 인버터 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 구속탈피시작시간이 경과된 후 상기 소정 온시간동안 상기 인버터의 전류를 최대전류가 되도록 제어하는 단계 및 상기 소정 오프시간동안 상기 인버터의 전류를 영전류가 되도록 제어하는 단계를 소정 사이클 반복하여도 상기 전동기의 속도가 증가하지 않는 경우, 상기 인버터의 운전을 중지하는 단계를 더 포함하는 진공펌프용 인버터 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 전동기의 속도가 상기 저속알람속도 이하에서 소정 시간 지속되는 경우, 상기 인버터의 운전을 중지하는 단계를 더 포함하는 진공펌프용 인버터 제어방법.