KR200490997Y1 - 전동기 성능시험 시스템 - Google Patents

Abstract

전동기 성능시험 시스템이 개시된다. 본 고안의 일실시예에 따른 전동기 성능시험 시스템은, 성능시험을 위한 전동기를 안착시키는 베드, 상기 전동기에 상용전원을 공급하여 상기 전동기를 기동시키는 전동기 기동장치, 상기 전동기 기동장치와 상기 전동기 사이에 마련되어, 상기 전동기에 공급되는 전력, 전압, 전류를 측정하는 전원계측장치, 상기 전동기와 동일축 상의 상기 전동기 일측에 마련되어 상기 전동기에서 발생되는 토크와 회전수를 측정하는 토크 측정장치, 상기 토크 측정장치와 동일축 상의 상기 토크 측정장치 일측에 마련되어 상기 토크 측정장치에 부하를 제공하되, 에너지 재생산에 요구되는 계자전압을 조정하여 출력전압을 제어하는 발전기, 상기 발전기의 출력을 형식변환하는 출력변환부, 상기 형식변환된 발전기의 출력을 상기 전동기의 상용전원과 동기화하고, 상기 상용전원과 병렬접속하며 상기 상용전원의 주파수보다 앞선 주파수 위상으로 조정한 후 상기 전동기에 입력하여 상기 전동기의 전기적 부하를 상기 전동기의 기계적 부하로 인가하게 만드는 전원동기화처리부 및 상기 발전기의 부하제공을 조정하고 에너지 재생산이 이루어지도록 상기 발전기의 출력전압에 대응하여 계자전압을 조정하는 자동전압조정장치(AVR);를 포함하고, 상기 출력변환부는, 상기 발전기에서 출력되는 AC전압을 DC전압으로 변환하는 컨버터 및 상기 변환된 DC전압을 상기 전동기에 입력 가능한 AC전압으로 변환하는 인버터를 포함한다.

Description

전동기 성능시험 시스템{SYSTEM FOR TESTING PERFORMANCE OF MOTOR}

본 고안은 전동기 성능시험 시스템에 관한 것으로, 전동기 성능시험으로 소비되는 전력을 다시 재발전하여, 소비 전력을 최소화 한 전동기 성능시험 시스템에 관한 것이다.

전동기의 효율, 역률, 슬립, 회전수, 토크, 출력, 온도상승시험 등의 전동기 성능시험 시 소비되는 전력은 실부하 운전시험 시에는 전동기 용량 이상의 전력을 필요로 하는데 이는 최대 수요전력의 증가를 가져와 전력비 상승의 요인이 된다.

전동기 성능시험에 관한 규격은 KSC4202. KSC4203, KSC-IEC60034-2-1등에 게시 되어있는데, 여러 방법 중에서 대표적 실부하법으로는 브레이크법, 동력계법 등이 있다.

실부하 시험은 공통베드에 시험용 전동기와 토크측정 장치, 부하용 브레이크 장치를 일축으로 커플링으로 연결하여 시험용 전동기에 정격 전압 및 정격 주파수 상태에서 직접적으로 브레이크에 부하를 걸어 그때의 입력전력, 전압, 전류, 회전수, 토크 등을 측정하여 전동기의 효율, 토크, 회전수, 등의 성능을 측정하는 방법이며, 부하장치의 종류에 따라 수동력형, 와전류형 등 여러 가지가 있다. 이는, 실제적으로 전기적 에너지를 열이나 유체의 흐름 등의 에너지로 소비하는 방식으로 분류될 수 있다.

종래에는 한국공개특허 10-1996-0027173에서와 같이 전동기에 전원을 인가하여 전동기에 연결된 부하를 통해 전동기의 성능을 평가하였으며, 대용량의 전동기를 성능평가하기 위해서는 대용량의 전력이 공급되어야 했다.

따라서, 전동기의 성능을 테스트하기 위한 전력공급에 소모되는 전기의 양을 줄이고, 전동기에서 소비되는 전력을 재활용할 수 있는 전동기 성능시험 시스템에 관한 연구가 요구된다.

본 고안은 전동기의 성능시험을 위해 연결하는 부하를 대신하여 계자전압을 조정할 수 있는 발전기를 사용하고, 발전기에서 출력되는 전력을 재활용함으로써, 대용량 전동기의 부하시험 및 온도상승 시험 등을 전력비의 큰 부담 없이 실시할 수 있는 전동기 성능시험 시스템을 제공한다.

본 고안은 전동기의 부하변동 시험에 따른 회전수 저하 시 발전기 출력 전압을 자동 조정함으로써, 전동기 성능시험에 투입되는 외부전력의 양을 최소화할 수 있는 전동기 성능시험 시스템을 제공한다.

본 고안은 발전기 출력을 DC컨버팅 후 AC로 재인버팅 하여 시험용 전동기의 전원과 병렬 동기화 하여 재생 사용함으로써, 에너지 효율이 뛰어나며, 1/2주파수, 1/4주파수등 주파수가 다른 시험 시에도 에너지의 재생이 가능한 전동기 성능시험 시스템을 제공한다.

본 고안은 출력변환부에서 출력되는 인버터 출력이 외부에서 공급되는 상용전원과 동기화되고 상용전원과 병렬접속하며 주파수 및 위상을 상용전원 주파수 보다 앞서도록 조정하여 부하를 조정하는 역할을 수행할 수 있는 전동기 성능시험 시스템을 제공한다.

본 고안의 일실시예에 따른 전동기 성능시험 시스템은, 성능시험을 위한 전동기를 안착시키는 베드, 상기 전동기에 상용전원을 공급하여 상기 전동기를 기동시키는 전동기 기동장치, 상기 전동기 기동장치와 상기 전동기 사이에 마련되어, 상기 전동기에 공급되는 전력, 전압, 전류를 측정하는 전원계측장치, 상기 전동기와 동일축 상의 상기 전동기 일측에 마련되어 상기 전동기에서 발생되는 토크와 회전수를 측정하는 토크 측정장치, 상기 토크 측정장치와 동일축 상의 상기 토크 측정장치 일측에 마련되어 상기 토크 측정장치에 부하를 제공하되, 에너지 재생산에 요구되는 계자전압을 조정하여 출력전압을 제어하는 발전기, 상기 발전기의 출력을 형식변환하는 출력변환부, 상기 형식변환된 발전기의 출력을 상기 전동기의 상용전원과 동기화하고, 상기 상용전원과 병렬접속하며 상기 상용전원의 주파수보다 앞선 주파수 위상으로 조정한 후 상기 전동기에 입력하여 상기 전동기의 전기적 부하를 상기 전동기의 기계적 부하로 인가하게 만드는 전원동기화처리부 및 상기 발전기의 부하제공을 조정하고 에너지 재생산이 이루어지도록 상기 발전기의 출력전압에 대응하여 계자전압을 조정하는 자동전압조정장치(AVR);를 포함하고, 상기 출력변환부는, 상기 발전기에서 출력되는 AC전압을 DC전압으로 변환하는 컨버터 및 상기 변환된 DC전압을 상기 전동기에 입력 가능한 AC전압으로 변환하는 인버터를 포함한다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 본 고안은 전동기의 성능시험을 위해 연결하는 부하를 대신하여 계자전압을 조정할 수 있는 발전기를 사용하고, 발전기에서 출력되는 전력을 재활용함으로써, 대용량 전동기의 부하시험 및 온도상승 시험을 전력비의 큰 부담 없이 실시할 수 있는 전동기 성능시험 시스템이 제공된다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 전동기의 부하변동 시험에 따른 회전수 저하 시 발전기 출력 전압을 자동 조정함으로써, 전동기 성능시험에 투입되는 외부전력의 양을 최소화할 수 있는 전동기 성능시험 시스템이 제공된다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 발전기 출력을 DC컨버팅 후 AC로 재인버팅 하여 시험용 전동기의 상용전원과 병렬 동기화 하여 재생 사용함으로써, 에너지 효율이 뛰어나며, 1/2주파수, 1/4주파수등 주파수가 다른 시험 시에도 에너지의 재생이 가능한 전동기 성능시험 시스템이 제공된다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 출력변환부에서 출력되는 인버터 출력이 외부에서 공급되는 상용전원과 동기화되고 상용전원과 병렬접속하며 주파수 및 위상을 상용전원 주파수 보다 앞서도록 조정하여 부하를 조정하는 역할을 수행할 수 있는 전동기 성능시험 시스템이 제공된다.

도 1은 종래기술에 따른 전동기 성능시험 시스템의 일예를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 전동기 성능시험 시스템의 세부구성을 블록도로 도시한 도면이다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 전동기 성능시험 시스템의 세부구성을 도시한 블록도이다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 고안의　실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 고안이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 종래기술에 따른 전동기 성능시험 시스템의 일예를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래기술에 따른 전동기 성능시험 시스템의 세부구성을 블록도로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 성능시험을 위해 제시되어 있는 여러 방법 중 실부하법으로는 브레이크법, 동력계법 등이 사용되고 있었다. 브레이크법 또는 동력계법은 전동기의 부하로서 기계적 브레이크 또는 동력계를 직결하고 전동기의 전기적 입력 및 기계적 출력을 직접 측정하여 이 차이로부터 특성을 산정하였다.

그 중 브레이크법을 이용하는 전동기 성능시험 시스템(10)은, 공통베드에 시험용 전동기(13)와 토크 및 회전수를 측정하는 토크 측정장치(14), 부하장치(15)인 브레이크를 일축으로 커플링으로 연결하고, 전동기 기동장치(11)에서 인가된 전력을 이용하여 시험용 전동기(13)가 정격 전압 및 정격 주파수로 회전하는 상태에서 직접적으로 브레이크장치에 부하를 가하여 그때의 시험용 전동기의 입력전력, 전압, 전류, 회전수, 토크 등을 전원계측장치(12)를 통해 측정하고, 출력으로는 전동기축의 토크 및 회전수를 측정하여 그때의 전동기의 효율, 토크, 회전수 등의 성능을 측정하는 방법을 사용해 왔다.

한편, 동력계법은 부하장치(15)로서 브레이크장치가 아닌 동력계를 이용하여 전동기축의 기계적 출력을 동력계를 통하여 전기적 출력으로 변환하고 동력계에 전기적 부하를 인가하여 그때의 입력전력, 전압, 전류, 회전수, 토크 등을 측정하고 성능을 확인하는 방법이고, 실부하 시험시에는 부하의 종류에 따라서 펌프나 팬을 이용하기도 하였다. 통상적으로 부하토크를 인가하고 그때의 기계 동력을 측정하는 장치를 다이나모메터, 또는 동력계라고 한다.

그러나 이러한 방법들은 부하 에너지를 직접적으로 열이나 유체역학 에너지로 소비하므로 시험전동기 용량 이상의 전력손실이 발생하며 설비의 용량이 대형화 될수록 높은 수전전력을 필요로 하며 이는 전력소비뿐만 아니라 최대 수요전력을 상승하도록 해 전력비 상승의 요인이 되었다. 또한 부하장치의 적절한 냉각을 위해 냉각 장치 등 부가장치가 필요한 문제점도 있었다.

본 고안에서는 상기의 문제점들을 해결하기 위해, 부하장치로써 기존방식의 와전류 또는 기계적 브레이크장치나 펌프, 팬, 전동기, 동력계에 의한 부하장치가 아닌, 에너지 재생산을 위해 계자전압을 조정하여 출력전압을 조정할 수 있는 발전기를 사용함으로써, 재생산된 에너지를 전동기에 다시 투입하여 전력을 절감할 수 있는 전동기 성능시험 시스템을 제공할 수 있다.

이하 도 3을 참고하여 본 고안의 일실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 전동기 성능시험 시스템의 세부구성을 도시한 블록도이다.

도 3을 참고하면, 전동기 성능시험 시스템(100)은 베드(미도시), 전동기 기동장치(110), 전원계측장치(120), 토크 측정장치(140), 발전기(150), 출력변환부(160), 전원동기화처리부(170)를 포함한다.

베드(미도시)는 성능시험을 위한 전동기를 안착시키는 것으로서, 전동기와 하기에서 설명될 다양한 장치들이 안착될 수 있다.

전동기 기동장치(110)는 전동기에 전원을 공급하여 상기 전동기를 기동시키는 장치이며, 상용전원으로부터 전원을 공급받거나 하기에서 설명될 발전기로부터 재생된 에너지를 투입받아 전동기에 전원을 공급할 수 있다.

전원계측장치(120)는 상기 전동기 기동장치(110)와 상기 전동기(130) 사이에 마련되어, 상기 전동기(130)에 공급되는 전력, 전압, 전류를 측정할 수 있다.

토크 측정장치(140)는 상기 전동기의 일측에 마련되어 상기 전동기에서 발생되는 토크와 회전수를 측정할 수 있다. 여기서, 토크 측정장치(140)는 상기 전동기와 동일 축상에 마련될 수 있다.

발전기(150)는 상기 토크 측정장치의 일측에 마련되어 상기 토크 측정장치에 부하를 제공하되, 계자전압을 조정하여 출력전압을 제어할 수 있다. 이때, 발전기(150)도 상기 전동기와 동일 축상에 마련될 수 있다.

즉, 발전기(150)는 전동기에 대하여 부하의 역할을 수행하며, 발전기 동작을 통해 에너지를 재생산하며, 에너지 재생산을 위해 계자전압을 조정함으로써, 출력전압을 조정할 수 있다.

여기서, 전동기(130)와 토크 측정장치(140), 토크 측정장치(140)와 발전기(150)는 각각 커플링(141, 142)으로 체결될 수 있다.

출력변환부(160)는 상기 발전기의 출력을 형식변환할 수 있다.

보다 상세하게는, 출력변환부(160)는 상기 발전기(130)에서 출력되는 AC전압을 DC전압으로 변환하는 컨버터(161) 및 상기 변환된 DC전압을 상기 전동기에 입력 가능한 AC전압으로 변환하는 인버터(162)를 포함할 수 있다.

즉, 발전기(130)에서 출력된 AC전압을 조정이 가능한 안정된DC로 변환할 수 있는 컨버터(161), DC전압을 안정된 AC로 변환하며 병렬 동기 운전할 수 있는 인버터(162)를 구비하여 시험용 전동기의 부하변동 시험에 따른 회전수 저하 시 발전기 출력 전압을 자동 조정할 수 있으며, 발전기(150) 출력을 DC컨버팅 후 AC로 재인버팅 하여 전동기 기동장치(110)를 통해 전동기의 전원으로 재공급할 수 있다.

이때, 전원동기화처리부(170)는 상기 형식변환된 발전기의 출력을 상기 전동기의 상용전원과 동기화하고, 상기 상용전원과 병렬접속하며 상기 상용전원의 주파수보다 앞선 주파수 위상으로 상기 전동기에 입력할 수 있다. 즉, 상기 출력변환부(160)에서 형식변환된 발전기의 출력을 전동기의 상용전원으로 재공급하는 과정에서, 상기 전동기의 상용전원과 동기화를 수행할 수 있고, 이와 같이 동기화된 전원을 상기 상용전원의 주파수보다 앞선 주파수 위상으로 전동기 기동장치(110)를 통해 상기 전동기에 입력할 수 있다. 이와 같이, 발전기의 출력이 전동기에 재공급될 때, 주파수 위상을 전동기의 상용전원보다 앞서도록 입력함으로써, 동일한 위상으로 입력되는 경우와 달리 전동기에 걸리는 부하를 조절할 수 있는 효과가 발생할 수 있다.

또한, 전동기 성능시험 시스템(100)은 상기 발전기의 출력전압에 대응하여 계자전압을 조정하는 자동전압조정장치(180)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 자동전압조정장치(180)는 출력전압에 따라 계자전압을 자동 조정하여, 발전기의 부하제공을 조정하고, 에너지 재생산이 보다 효율적으로 수행되도록 할 수 있다.

전동기 성능시험 시스템의 동작과정을 설명하면, 상용전원을 통해 전동기 기동장치(110)로부터 전기적 입력을 전원계측장치(120)를 통하여 전동기에 제공하여, 전동기(130)를 무부하 상태로 회전 시키고, 전동기(130)의 회전축을 통하여 출력된 전동기의 기계적 출력을 토크 측정장치(140)를 통하여 토크 및 회전수를 측정하고, 토크 측정장치(140)에 가해지는 기계적 부하는 계자전압 조정이 가능한 발전기(150)를 통해 제공될 수 있다.

이러한 방법으로 전원계측장치(120)로부터 측정된 입력전력, 입력전압, 입력전류, 그리고 토크 측정장치(140)를 통해 측정된 토크, 회전수 등의 측정 DATA, 온도 등 기타장치를 통한 측정 DATA를 기준으로 성능 DATA를 저장하고, 가공, 제어할 수 있으며, 이러한 정보를 표시하고, 성적서를 발행할 수 있다.

즉, 본 고안의 일실시예에서는 발전기의 전기적 부하로 인한 발전기 축의 기계적 부하를 통해 종래의 브레이크 등과 같은 부하장치의 역할을 수행하면서도, 에너지를 재생산하여 다시 전동기 기동장치(110)로 입력함으로써, 전력의 순환을 도모할 수 있다. 이러한 에너지의 순환으로 인하여 전동기(130)와 발전기(150) 그리고 출력변환부(160)의 손실에 해당하는 부분만 전원을 통하여 추가 공급하면 되므로 에너지 효율이 뛰어난 전동기 성능 시험 장치가 제공될 수 있다.

상기와 같이, 본 고안의 일실시예에 따르면, 본 고안은 전동기의 성능시험을 위해 연결하는 부하를 대신하여 계자전압을 조정할 수 있는 발전기를 사용하고, 발전기에서 출력되는 전력을 재활용함으로써, 대용량 전동기의 부하시험 및 온도상승 시험을 전력비의 큰 부담 없이 실시할 수 있는 전동기 성능시험 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 전동기의 부하변동 시험에 따른 회전수 저하 시 발전기 출력 전압을 자동 조정함으로써, 전동기 성능시험에 투입되는 외부전력의 양을 최소화할 수 있는 전동기 성능시험 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 발전기 출력을 DC컨버팅 후 AC로 재인버팅 하여 시험용 전동기의 전원과 병렬 동기화 하여 재생 사용함으로써, 에너지 효율이 뛰어나며, 1/2주파수, 1/4주파수등 주파수가 다른 시험 시에도 에너지의 재생이 가능한 전동기 성능시험 시스템이 제공될 수 있다.

또한 본 고안의 일실시예에 따른, 전동기 성능시험 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 고안을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

이상과 같이 본 고안의 일실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 고안의 일실시예는 상기 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 따라서, 본 고안의 일실시예는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 고안 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110 : 전동기 기동장치
120 : 전원 계측장치
130 : 전동기
140 : 토크 측정장치
141, 142 : 커플링
150 : 발전기
160 : 출력변환부
170 : 전원동기화처리부
180 : 자동전압조정장치

Claims (1)

1. 성능시험을 위한 전동기를 안착시키는 베드;
   상기 전동기에 상용전원을 공급하여 상기 전동기를 기동시키는 전동기 기동장치;
   상기 전동기 기동장치와 상기 전동기 사이에 마련되어, 상기 전동기에 공급되는 전력, 전압, 전류를 측정하는 전원계측장치;
   상기 전동기와 동일축 상의 상기 전동기 일측에 마련되어 상기 전동기에서 발생되는 토크와 회전수를 측정하는 토크 측정장치;
   상기 토크 측정장치와 동일축 상의 상기 토크 측정장치 일측에 마련되어 상기 토크 측정장치에 부하를 제공하되, 에너지 재생산에 요구되는 계자전압을 조정하여 출력전압을 제어하는 발전기;
   상기 발전기의 출력을 형식변환하는 출력변환부;
   상기 형식변환된 발전기의 출력을 상기 전동기의 상용전원과 동기화하고, 상기 상용전원과 병렬접속하며 상기 상용전원의 주파수보다 앞선 주파수 위상으로 상기 전동기에 입력하는 전원동기화처리부;
   상기 발전기의 부하제공을 조정하고 에너지 재생산이 이루어지도록 상기 발전기의 출력전압에 대응하여 계자전압을 조정하는 자동전압조정장치(AVR);
   상기 전원계측장치로부터 측정된 입력전력, 입력전압, 입력전류와 상기 토크 측정장치를 통해 측정된 토크, 회전수를 포함하는 측정 데이터 및 온도 데이터를 기준으로 성능 데이터를 저장하는 성능데이터저장부; 및
   상기 저장된 성능데이터의 정보를 표시하고 성적서를 발행하는 정보발행부를 포함하고,
   상기 출력변환부는,
   상기 발전기에서 출력되는 AC전압을 DC전압으로 변환하는 컨버터; 및
   상기 변환된 DC전압을 상기 전동기에 입력 가능한 AC전압으로 변환하는 인버터
   를 포함하며,
   상기 전동기와 상기 토크 측정장치 및 상기 토크 측정장치와 상기 발전기는 각각 커플링으로 체결되는 것을 특징으로 하는 전동기 성능시험 시스템.

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