KR102503330B1 - Control device, system for induction motor capable of emergency operation and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법이 개시된다. 본 발명의 제어장치는 계통전원 및 유도전동기와 연결되는 스위치, 스위치 및 유도전동기와 연결되고, 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터 및 스위치 및 인버터와 연결되고, 스위치를 제어하여 인버터의 사용유무를 선택하며, 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 유도전동기가 구동되도록 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention discloses a control device for an induction motor capable of emergency operation, a system, and a driving method thereof. The control device of the present invention is connected to a switch connected to a grid power supply and an induction motor, connected to a switch and an induction motor, connected to an inverter that changes the operating frequency of the induction motor, and connected to the switch and the inverter, and controls the switch to determine whether the inverter is used or not. and a control unit for controlling the induction motor to be driven by a direct drive method or an inverter drive method according to the selected result.
Description
본 발명은 유도전동기의 제어기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터의 고장과 같은 비상시에도 운전할 수 있는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control technology for an induction motor, and more particularly, to a control device for an induction motor capable of emergency operation that can be operated even in an emergency such as a failure of an inverter, a system, and a driving method thereof.
종래의 유도전동기를 구동하는 방법은 계통전원을 직접 연결하는 직입 구동방식과 인버터를 통하여 연결되는 인버터 구동방식으로 구분된다. Conventional methods of driving an induction motor are divided into a direct-on-line driving method for directly connecting grid power and an inverter driving method for connecting through an inverter.
종래의 단상 계통(도 1(a)) 및 3상 계통(도 1(b))을 이용한 직입 구동방식의 유도전동기 운전은 스위치가 오프(off) 상태인 경우, 유도전동기에 전원이 공급되지 않아 유도전동기가 정지상태이고, 스위치가 온(on) 상태인 경우, 계통전원이 유도전동기에 인가되어 유도전동기가 운전된다. 이와 같이 직입 구동방식은 구성을 간편하게 구성할 수 있으나, 유도전동기의 기동운전시 과다한 전류가 유도전동기에 공급되어 잦은 온/오프(on/off) 기동운전을 함으로써, 무리한 유도전동기의 운전으로 인해 전동기의 수명이 저하될 수 있다.Direct-on-drive type induction motor operation using a conventional single-phase system (Fig. 1 (a)) and a three-phase system (Fig. 1 (b)) does not supply power to the induction motor when the switch is off. When the induction motor is in a stopped state and the switch is in an on state, system power is applied to the induction motor to operate the induction motor. In this way, the direct-on-line driving method can be easily configured, but excessive current is supplied to the induction motor during starting operation of the induction motor and frequent on / off starting operation is performed, resulting in motor damage due to excessive operation of the induction motor. life may be reduced.
또한 종래의 단상 인버터(도 2(a)) 및 3상 인버터(도 2(b))를 이용한 인버터 구동방식의 유도전동기 운전은 인버터를 사용하여 전동기의 운전주파수가 자유롭게 조정이 가능하여 기동시에도 유도전동기에 무리를 주지 않고 운전할 수 있다. 그러나 인버터를 통하여 유도전동기에 전원이 인가되는 형태로 구동됨에 따라 인버터가 고장이면 운전이 불가능한 문제점을 가지고 있다.In addition, in the induction motor operation of the inverter driving method using the conventional single-phase inverter (Fig. 2 (a)) and three-phase inverter (Fig. 2 (b)), the operating frequency of the motor can be freely adjusted using the inverter, The induction motor can be operated without straining. However, since the induction motor is driven in a form in which power is applied through an inverter, it has a problem that operation is impossible if the inverter fails.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유도전동기가 운전되는 환경에 맞도록 최적화된 운전을 지원하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a control device for an induction motor, a system, and a driving method for an induction motor capable of emergency operation that supports an operation optimized for the environment in which the induction motor is operated.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치는 계통전원 및 유도전동기와 연결되는 스위치, 상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터 및 상기 스위치 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하며, 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, a control device for an induction motor capable of emergency operation according to the present invention includes a switch connected to a system power supply and an induction motor, a switch connected to the switch and the induction motor, and changing the operating frequency of the induction motor. An inverter, the switch, and a control unit connected to the inverter, controlling the switch to select whether or not to use the inverter, and controlling the induction motor to be driven in a direct drive method or an inverter drive method according to the selected result .
또한 상기 제어부는, 상기 인버터의 고장을 감지하면 상기 인버터가 미사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 직입 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.The control unit may control the switch so that the inverter is not used when detecting a failure of the inverter to drive the induction motor in the direct-on-drive method.
또한 상기 제어부는, 상기 유도전동기가 초기기동하면 상기 인버터가 사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 인버터 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.The control unit may control the switch so that the inverter is used when the induction motor is initially started to drive the induction motor in the inverter driving method.
또한 상기 제어부는, 상기 유도전동기가 최대속도 운전을 하면 상기 인버터가 미사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 직입 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.The control unit may control the switch so that the inverter is not used when the induction motor operates at a maximum speed, thereby driving the induction motor in the direct-on-line driving method.
또한 상기 제어부는, 상기 유도전동기의 정상운전 중 최대속도 이외의 구간이면 상기 인버터가 사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 인버터 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.The control unit may control the switch so that the inverter is used in a section other than the maximum speed during normal operation of the induction motor to drive the induction motor by the inverter driving method.
또한 상기 스위치 및 상기 인버터는, 단상 구조 또는 3상 구조로 연결되는 것을 특징으로 한다.Also, the switch and the inverter are characterized in that they are connected in a single-phase structure or a three-phase structure.
본 발명에 따른 유도전동기용 제어시스템은 전원을 공급하는 계통전원, 전자유도를 이용하여 회전력을 생성하는 유도전동기 및 상기 유도전동기의 구동을 제어하는 제어장치를 포함하되, 상기 제어장치는, 상기 계통전원 및 상기 유도전동기와 연결되는 스위치, 상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터 및 상기 스위치 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하며, 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A control system for an induction motor according to the present invention includes a system power source for supplying power, an induction motor for generating rotational force using electromagnetic induction, and a control device for controlling driving of the induction motor, wherein the control device includes the system A power source and a switch connected to the induction motor, an inverter connected to the switch and the induction motor and changing the operating frequency of the induction motor, and a switch connected to the switch and the inverter, controlling the switch to determine whether or not the inverter is used and a control unit for controlling the induction motor to be driven by a direct drive method or an inverter drive method according to the selected result.
본 발명에 따른 계통전원 및 유도전동기와 연결되는 스위치와, 상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터를 포함하는 유도전동기용 제어장치의 구동방법은 상기 제어장치가 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하는 단계 및 상기 제어장치가 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 단계를 포함한다.A driving method of a control device for an induction motor including a switch connected to a system power source and an induction motor, and an inverter connected to the switch and the induction motor and changing the operating frequency of the induction motor according to the present invention is the control device Selecting whether or not to use the inverter by controlling the switch, and controlling the induction motor to be driven by a direct drive method or an inverter drive method according to the selected result.
본 발명의 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법은 직입 구동방식과 인버터 구동방식을 결합하여 유도전동기의 운전을 제어함으로써, 최고속도 운전시에는 최대효율로 운전할 수 있다.The control device, system, and driving method for an induction motor capable of emergency operation according to the present invention control the operation of an induction motor by combining a direct-on-line driving method and an inverter driving method, so that the induction motor can be operated with maximum efficiency during maximum speed operation.
또한 인버터의 고장과 같은 비상시에도 운전이 가능하다.In addition, operation is possible even in an emergency such as a failure of the inverter.
도 1은 종래기술에 따른 유도전동기의 직입 구동방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 유도전동기의 인버터 구동방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단상 구조의 유도전동기용 제어시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3상 구조의 유도전동기용 제어시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유도전동기용 제어장치의 구동방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a diagram for explaining a direct-on-line driving method of an induction motor according to the prior art.
2 is a diagram for explaining an inverter driving method of an induction motor according to the prior art.
3 is a diagram for explaining a control system for an induction motor having a single-phase structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a control system for an induction motor having a three-phase structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of driving a control device for an induction motor according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function is obvious to those skilled in the art or may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단상 구조의 유도전동기용 제어시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3상 구조의 유도전동기용 제어시스템을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining a control system for an induction motor of a single-phase structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram for explaining a control system for an induction motor of a three-phase structure according to an embodiment of the present invention. .
도 3 및 도 4를 참조하면, 제어시스템(10, 20)은 유도전동기(13, 23)가 운전되는 환경에 맞도록 최적화된 운전을 지원한다. 제어시스템(10, 20)은 계통전원(11, 21), 유도전동기(13, 23) 및 제어장치(100, 200)을 포함한다. 여기서 제어시스템(10, 20)은 계통전원(11, 21), 유도전동기(13, 23) 및 제어장치(100, 200)의 연결되는 구조에 따라 단상 구조의 제어시스템(10) 및 3상 구조의 제어시스템(20)으로 구분되지만 유도전동기(13, 23)를 제어하는 과정이 서로 간에 동일함으로, 이하 단상 구조의 제어시스템(10)만을 설명하고, 3상 구조의 제어시스템(20)에 대한 설명은 생략한다.Referring to FIGS. 3 and 4 , the
계통전원(11)은 외부 전원과 연결되어 제어장치(100)에 전원을 공급한다. 계통전원(11)은 상용전원일 수 있다. The
유도전동기(13)는 전자유도를 이용하여 회전력을 생성한다. 유도전동기(13)는 고정자에 교류 전압이 인가되면 전자유도가 되어 회전자에 전류를 흘려보내 회전력을 생성한다. The
제어장치(100)는 유도전동기(13)의 구동을 제어한다. 제어장치(100)는 스위치(110), 인버터(130) 및 제어부(150)를 포함한다.The
스위치(110)는 계통전원(11), 유도전동기(13), 인버터(130) 및 제어부(150)와 연결된다. 스위치(110)는 스위칭을 통해 계통전원(11)으로부터 공급되는 전원을 인버터(130)로 전달하거나, 유도전동기(13)로 바로 전달할 수 있다. 이때 스위치(110)는 제어부(150)에 의해 스위칭 제어를 수행할 수 있다.The
인버터(130)는 유도전동기(13), 스위치(110) 및 제어부(150)와 연결된다. 인버터(130)는 유도전동기(13)의 운전주파수를 자유롭게 변경할 수 있다. 이를 통해 인버터(130)는 유도전동기(13)에 부하가 전달되지 않도록 점진적으로 목표속도까지 운전을 가능하게 함으로써, 안정적인 유도전동기(13)의 구동을 할 수 있다. 이때 인버터(130)는 제어부(150)에 의해 운전주파수를 변경할 수 있다.The
제어부(150)는 스위치(110) 및 인버터(130)와 연결된다. 제어부(150)는 스위치(110)를 제어하여 인버터(130)의 사용유무를 선택하고, 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 유도전동기(13)가 구동되도록 제어한다.The
상세하게는 제어부(150)는 인버터(130)의 고장과 같은 비상상황을 감지하면 인버터(130)가 미사용되도록 스위치(110)를 스위칭 제어하여 유도전동기(130)를 직입 구동방식으로 구동시킬 수 있다. 이를 위해 제어부(150)는 인버터(130)의 고장과 같은 비상상황을 실시간으로 모니터링할 수 있다. In detail, when an emergency situation such as a failure of the
제어부(150)는 유도전동기(13)가 초기기동하면 인버터(130)가 사용되도록 스위치(110)를 스위칭 제어하여 유도전동기(13)를 인버터 구동방식으로 구동시킬 수 있다. 제어부(150)는 무리하게 초기기동부터 최대속도로 유도전동기(13)를 운전시키는 현상을 방지하여 유도전동기(13)의 수명을 연장시킬 수 있다. When the
또한 제어부(150)는 유도전동기(13)가 최대속도 운전을 하면 인버터(130)가 미사용되도록 스위치(110)를 스위칭 제어하여 유도전동기(13)를 직입 구동방식으로 구동시킬 수 있다. 제어부(150)는 최대속도 운전시, 계통전원을 직접 제공받으면서 시스템 운전효율을 극대화할 수 있다.In addition, the
즉 제어부(150)는 유도전동기(13)의 정상운전 중 최대속도 이외의 구간이면 인버터(130)가 사용되도록 스위치(110)를 스위칭 제어하여 유도전동기(13)를 인버터 구동방식으로 구동시킬 수 있다. That is, the
상술된 바와 같이 제어장치(100)는 직입 구동방식과 인버터 구동방식의 장점을 이용하여 유도전동기(13)의 구동을 제어한다. 이를 통해 종래의 유도전동기 구동방식과 달리 비상시에도 운전이 가능하고, 운전제어를 최적화하여 최대효율의 운전을 할 수 있다.As described above, the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유도전동기용 제어장치의 구동방법을 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of driving a control device for an induction motor according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 유도전동기용 제어장치의 구동방법(이하 ‘구동방법’이라 함)은 직입 구동방식과 인버터 구동방식을 결합하여 유도전동기의 운전을 제어함으로써, 최고속도 운전시에는 최대효율로 운전할 수 있다. 또한 구동방법은 인버터의 고장과 같은 비상시에도 운전을 할 수 있다. 구동방법은 스위치(110)을 제어하여 인버터(130)의 사용유무를 선택하는 단계 및 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 유도전동기(13)를 제어하는 단계로 나눌 수 있다. 이하 상술된 두 단계의 과정을 상세하게 설명한다.3 to 5, the driving method (hereinafter referred to as 'driving method') of the control device for an induction motor controls the operation of the induction motor by combining the direct-on-line driving method and the inverter driving method. can operate at maximum efficiency. In addition, the driving method can be operated even in an emergency such as a failure of the inverter. The driving method may be divided into a step of controlling the
S11단계에서, 제어장치(100)는 인버터(130)의 고장유무를 판단한다. 제어장치(100)는 인버터(130)가 고장이라고 판단하면 스위치(110)를 제어하여 S13단계를 수행하고, 고장이 아니라고 판단하면 스위치(110)를 제어하여 S15단계를 수행한다.In step S11, the
S13단계에서, 제어장치(100)는 직입 구동방식으로 유도전동기(13)를 구동시킨다. 제어장치(100)는 인버터(130)가 사용되지 않고 계통전원(11)과 유도전동기(13)가 직접 연결되어 운전한다.In step S13, the
S15단계에서, 제어장치(100)는 인버터 구동방식으로 유도전동기(13)가 구동되도록 인버터(130)를 제어한다. 제어장치(100)는 인버터(130)를 사용하여 초기기동에서 점진적으로 유도전동기(13)의 운전속도를 올릴 수 있다. 또한 제어장치(100)는 초기기동 후에도 기 설정된 운전속도에 맞게 유도전동기(13)의 구동을 제어할 수 있다.In step S15, the
S17단계에서, 제어장치(100)는 유도전동기(13)의 운전속도가 최대속도인지 판단한다. 제어장치(100)는 유도전동기(13)의 운전속도가 최대속도로 구동되면 스위치(110)를 제어하여 S19단계를 수행하고, 최대속도로 구동되지 않으면 스위치(110)를 제어하지 않고 S15단계를 유지한다.In step S17, the
S19단계에서, 제어장치(100)는 직입 구동방식으로 유도전동기(13)를 구동시킨다. 제어장치(100)는 인버터(130)가 사용되지 않고 계통전원(11)과 유도전동기(13)가 직접 연결되어 운전한다. 이때 제어장치(100)는 직입 구동방식으로 구동 중에 S17단계를 수행하여 유도전동기(13)가 최대속도로 구동되는지를 실시간으로 모니터링할 수 있다.In step S19, the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and without departing from the gist of the present invention claimed in the claims, in the technical field to which the present invention belongs Anyone skilled in the art can make various modifications, of course, and such changes are within the scope of the claims.
10, 20: 제어시스템
11, 21: 계통전원
13, 23: 유도전동기
110, 210: 스위치
130, 230: 인버터
150, 250: 제어부10, 20: control system
11, 21: grid power
13, 23: induction motor
110, 210: switch
130, 230: inverter
150, 250: control unit
Claims (8)
상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터; 및
상기 스위치 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하며, 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 유도전동기가 최대속도 운전을 하면 상기 인버터가 미사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 직입 구동방식으로 구동시키고,
상기 유도전동기의 정상운전 중 최대속도 이외의 구간이면 상기 인버터가 사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 인버터 구동방식으로 구동시키며,
상기 유도전동기가 초기기동하면 상기 인버터가 사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 인버터 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치.Switches connected to grid power and induction motors;
an inverter connected to the switch and the induction motor and changing an operating frequency of the induction motor; and
A control unit connected to the switch and the inverter, controlling the switch to select whether or not the inverter is used, and controlling the induction motor to be driven by a direct drive method or an inverter drive method according to the selected result; including,
The control unit,
When the induction motor operates at maximum speed, the switch is controlled so that the inverter is not used to drive the induction motor in the direct-on-line driving method;
In a section other than the maximum speed during normal operation of the induction motor, the switch is controlled so that the inverter is used to drive the induction motor in the inverter driving method,
When the induction motor is initially started, the switch is controlled so that the inverter is used to drive the induction motor in the inverter driving method.
상기 제어부는,
상기 인버터의 고장을 감지하면 상기 인버터가 미사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 직입 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치.According to claim 1,
The control unit,
When a failure of the inverter is detected, the switch is controlled so that the inverter is not used to drive the induction motor in the direct-on-line driving method.
상기 스위치 및 상기 인버터는,
단상 구조 또는 3상 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치.According to claim 1,
The switch and the inverter,
A control device for an induction motor capable of emergency operation, characterized in that it is connected in a single-phase structure or a three-phase structure.
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