KR20130039611A - 모터보호 제어장치 및 이를 이용한 모터 제어방법 - Google Patents

Abstract

모터보호 제어장치 및 이를 이용한 모터 제어방법이 개시된다. 본 발명에 따른 모터보호 제어장치는 모터로 유입되는 3상 전류의 각 상별 전류를 센싱하는 센싱부 및 상기 모터가 최소 정격의 70% 이하의 부하를 동작시키는 경우, 상기 센싱부에서 센싱된 각 상별 전류를 기초로 결상 보호 모드 또는 불평형 보호 모드로 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라 부하의 최소 정격이 낮은 경우나 3상 전류 중 어느 하나의 전류가 최소 정격 이하인 경우 결상 보호 모드나 불평형 보호 모드로 동작할 수 있게 된다.

Description

모터보호 제어장치 및 이를 이용한 모터 제어방법{MOTOR PROTECTION CONTROLLER AND CONTROL METHOD USING THE SAME}

본 발명은 모터 보호 제어장치 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 어느 경우에나 최대상 전류 크기 및 최소상 전류 크기 비율을 기초로 결상 보호 모드 또는 불평형 보호 모드로 동작 가능한 모터 보호 제어장치 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것이다.

디지털 모터 보호 제어 장치는 다양한 기동 시퀀스(sequence), 예를 들어 직입 기동, Y-델타 기동, 정역 기동, 렉터(rector) 기동, 인버터(inverter) 기동, FO/FC 밸브 기동, S/V 밸브 기동 등으로 전동기를 기동시킬 수 있으며, 사용 모드에 따라서 로컬 패널(local pannel) 운전이나 PLC(programmable logic controller)에 의한 자동 운전, 워터 레벨(water level) 입력에 따른 자동 운전 등을 제공하며, 교류 전동기에 흐르는 각 상 전류를 실시간으로 감지하여 전면 표시부의 7-세그먼트(segment)를 통해 표시해 주고, 발광 다이오드(light emitting diode)를 통해 모터의 정격 대비 부하율을 표시해 준다.

교류 전동기의 시동 및 운전 중 발생하는 과전류, 결상, 불평형, 역상, 지락을 설정된 동작 시간에 의해 정확하게 검출하여 교류 전동기를 더욱 확실하게 보호하는 기능을 내장하고 있고 위와 같은 고장이 발생하는 경우 고장 원인, 고장 전류 및 고장상(불평형, 결상의 경우)을 전면 표시부에 디스플레이하여 고장 상태를 한 눈에 파악할 수 있어 트러블 슈팅하기가 용이하다.

또한 이전의 고장 원인을 저장하고 있어 운전하기 전이나 운전중에 이전 고장 원인을 재확인할 수 있어 유지 및 보수에 용이하다.

다만 이와 같은 종래 기술의 경우 최소 정격의 70% 이하에서는 전류 계측값이 부정확하기 때문에 전류값을 0으로 처리해 동작하였다. 따라서 각 상별 전류 센서의 오차와 내부 전류 계측 회로의 오차로 인해 최초 전류 인식 지점이 달라지고, 최소 정격의 70% 부근의 낮은 부하를 사용하는 모터의 경우 전류를 인식한 상과 인식하지 못하는 상으로 인해 결상 오동작 발생 가능성이 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출한 것으로 본 발명의 목적은 부하의 최소 정격이 낮은 경우나 3상 전류 중 어느 하나의 전류가 최소 정격 이하인 경우 결상 보호 모드나 불평형 보호 모드로 동작 가능한 모터보호 제어장치 및 이를 이용한 모터 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모터보호 제어장치는 모터로 유입되는 3상 전류의 각 상별 전류를 센싱하는 센싱부; 및 상기 모터가 최소 정격의 소정 비율 이하의 부하를 동작시키는 경우, 상기 센싱부에서 센싱된 각 상별 전류를 기초로 결상 보호 모드 또는 불평형 보호 모드로 상기 모터를 제어하는 제어부;를 포함한다.

그리고 상기 제어부는, 상기 센싱된 각 상별 전류 중 최대상 전류 크기와 최소상 전류 크기의 비율을 계산하고, 상기 비율을 기초로 상기 모터를 제어할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 상기 비율이 기설정된 제1 비율에 해당하는 경우에는 상기 결상 보호 모드로 동작하고, 상기 비율이 기설정된 제2 비율에 해당하는 경우에는 상기 불평형 보호 모드로 동작할 수 있다.

그리고 상기 불평형 보호 모드는 트립(trip) 동작을 발생해 상기 모터를 정지할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 상기 센싱된 3상 전류의 각 상별 전류 중 1상 이상이 최소 정격 전류 이상인 경우 상기 결상 보호 모드 또는 상기 불평형 보호 모드로 상기 모터를 제어할 수 있다.

한편 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어방법은 모터로 유입되는 3상 전류의 각 상별 전류를 센싱하는 단계; 상기 모터가 최소 정격의 소정 비율 이하의 부하를 동작시키는 경우, 상기 센싱부에서 센싱된 각 상별 전류를 기초로 결상 보호 모드로 동작할지 불평형 보호 모드로 동작할지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단된 모드로 상기 모터를 제어하는 단계;를 포함한다.

그리고 상기 판단하는 단계는, 상기 센싱된 각 상별 전류 중 최대상 전류 크기와 최소상 전류 크기의 비율을 계산하고, 상기 비율을 기초로 동작 모드를 판단할 수 있다.

또한 상기 판단하는 단계는, 상기 비율이 기설정된 제1 비율에 해당하는 경우에는 상기 결상 보호 모드로 동작하고, 상기 비율이 기설정된 제2 비율에 해당하는 경우에는 상기 불평형 보호 모드로 동작하도록 판단할 수 있다.

그리고 상기 불평형 보호 모드는 트립(trip) 동작을 발생해 상기 모터를 정지할 수 있다.

또한 상기 판단하는 단계는, 상기 센싱된 3상 전류의 각 상별 전류 중 1상 이상이 최소 정격 전류 이상인 경우 상기 결상 보호 모드 또는 상기 불평형 보호 모드로 상기 모터를 제어할 수 있다.

그리고 상기 센싱하는 단계 이전에, 상기 모터로 유입되는 3상 전류를 필터링하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 소정 비율은 상기 최소 정격의 70%일 수 있다.

상기 본 발명의 구성에 따른 모터보호 제어장치 및 이를 이용한 모터 제어방법에 의하면 부하의 최소 정격이 낮은 경우나 3상 전류 중 어느 하나의 전류가 최소 정격 이하인 경우 결상 보호 모드나 불평형 보호 모드로 동작할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터보호 제어장치의 구성을 나타내는 구성도, 그리고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터보호 제어장치의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 모터보호 제어장치(100)는 필터부(110), 센싱부(120) 및 제어부(130)로 구성된다.

필터부(110)는 모터보호 제어장치(100)로 입력되는 3상 전류(10)를 필터링한다. 구체적으로 상기 필터부(110)는 모터보호 제어장치(100)에 입력되는 R,S,T 상에 따른 전류에 포함되는 고조파 성분이나 노이즈 성분을 필터링을 통해 제거한다.

한편 필터부(110)는 고조파 성분을 제거시켜 전류가 영점을 통과하는 시점을 정확하게 파악할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(110)는 고조파 성분을 제거시킬 수 있는 것이라면 어떠한 것이어도 좋다. 예를 들어 FIR(finite impulse resoponse) 5차 필터가 사용될 수 있다. 이는 유한 임펄스 응답 장치로 피드백 없이 입력에 의해 출력이 결정될 수 있다. 특히 FIR 필터는 안정성이 보장되어 있고 위상이 선형이므로, 위상의 왜곡에 큰 영향을 받지 않을 수 있다.

센싱부(120)는 필터부(110)를 거쳐 출력되는 전류를 각 상별로 센싱하는 기능을 갖는다. 즉 센싱부(120)는 R,S,T 상의 전류를 센싱할 수 있다. 구체적으로 센싱부(120)는 전류가 영점을 통과하는 시점으로 R상 전류, S상 전류, T상 전류를 측정한다.

제어부(130)는 연결된 부하(20)가 최소 정격의 소정 비율 이하를 차지하는 경우 상기 센싱부(120)에서 센싱된 각 상별 전류를 기초로 결상 보호 모드 또는 불평형 보호 모드로 모터를 제어한다. 여기서 상기 소정 비율은 70%일 수 있지만, 이는 사용자의 설정에 의하여 가변될 수 있다. 이하에서는 상기 소정 비율을 70%로 하여 설명하기로 한다.

여기서 모터(미도시)는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기 에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치를 의미한다. 상기 모터(미도시)는 전원의 종류에 따라 직류 전동기와 교류 전동기로 분류되고, 교류 전동기는 다시 3상 교류용과 단상 교류용으로 분류된다. 3상 교류용은 1kW 정도 이상부터 수천 kW까지, 그리고 드물게는 1만 kW를 넘는 대형기가 있고, 단상 교류용은 수백 W 이하의 소형기에 사용된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(미도시)는 3상 교류용 모터를 이용할 수 있다.

한편 결상 보호(open phase protection) 모드란 3상 회로의 1상의 도체에 전류가 없어졌을 때에 목적 장치를 절리하도록 동작하거나 혹은 3상 회로의 하나 또는 그 이상의 상전압이 없어졌을 때에 목적 장치에 대한 전력공급을 저지하도록 하는 제어 모드를 말한다.

또한 불평형 보호 모드는 트립(trip) 동작을 발생시켜 모터를 정지함으로써 모터의 소손을 미연에 방지하는 제어 모드를 말한다.

제어부(130)는 모터보호 제어장치(100)에 연결된 부하가 최소 정격의 70% 이하인 경우 전류값을 0으로 처리하지 않고, 센싱부(120)에서 센싱된 결과를 기초로, 최대상 전류와 최소상 전류의 비를 계산하여 제1 비율의 불평형이 발생한 경우에는 상기 결상 보호 모드로 동작하도록 제어한다. 즉, 부하를 절리하도록 동작하거나 그에 대한 전력공급을 저지하도록 제어한다. 여기서 제1 비율은 70% 혹은 그 이상일 수 있고, 이는 사용자에 의하여 설정될 수 있다.

한편 제어부(130)는 모터보호 제어장치(100)에 연결된 부하가 최소 정격의 70% 이하인 경우 전류값을 0으로 처리하지 않고, 센싱부(120)에서 센싱된 결과를 기초로, 최대상 전류와 최소상 전류의 비를 계산하여 제2 비율의 불평형이 발생한 경우에는 상기 불평형 보호 모드로 동작하도록 제어한다. 즉, 트립(trip) 동작을 발생시켜 모터를 정지함으로써 모터의 소손을 미연에 방지한다. 여기서 제2 비율이란 30~50%의 낮은 비율을 의미하며, 이 역시 제1 비율과 마찬가지로 사용자에 의해 설정될 수 있다.

이에 따르면 부하의 최소 정격이 낮은 경우나 3상 전류 중 어느 하나의 전류가 최소 정격 이하인 경우 결상 보호 모드나 불평형 보호 모드로 동작할 수 있게 되어 모터의 손상을 방지할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.

우선 입력되는 3상 전류, 즉 R상, S상, T상의 각 상별 전류를 센싱한다(S200). 여기서 전류의 센싱은 입력되는 3상 전류를 필터링한 후 이루어질 수 있다.

이때 고조파 성분을 제거시키기 위해 필터가 이용될 수 있으며, 특히 FIR(finite impulse resoponse) 5차 필터가 사용될 수 있다. FIR 필터는 안정성이 보장되어 있고 위상이 선형이므로, 위상의 왜곡에 큰 영향을 받지 않을 수 있다.

이후 최대상 전류와 최소상 전류의 비율을 계산한다(S210). 그리고 3상 중 1상 이상이 최소 정격 전류 이상인 경우(S220-YES)에는 다시 3상 전류의 각 상별 전류를 센싱하는 단계(S200)로 이동한다.

하지만 3상 중 1상 이상이 최소 정격 전류 이하로 판단되면(S220-NO), 상기 계산된 최대상 전류와 최소상 전류와의 비율이 70% 이상인지 판단하고(S230), 그 비율이 70% 이상인 경우(S230-YES)에는 결상 보호 모드로 동작한다(S250).

여기서 결상 보호(open phase protection) 모드란 3상 회로의 1상의 도체에 전류가 없어졌을 때에 목적 장치를 절리하도록 동작하거나 혹은 3상 회로의 하나 또는 그 이상의 상전압이 없어졌을 때에 목적 장치에 대한 전력공급을 저지하도록 하는 제어 모드를 말한다.

또한 상기 계산된 최대상 전류와 최소상 전류와의 비율이 70% 인지 판단하고(S230), 그 비율이 30%~50% 사이인 경우(S240-YES)에는 불평형 보호 모드로 동작한다(S260).

여기서 불평형 보호 모드는 트립(trip) 동작을 발생시켜 모터를 정지함으로써 모터의 소손을 미연에 방지하는 제어 모드를 말한다.

한편 상기 비율이 30%~50%가 아닌 경우(S240-NO)에는 다시 3상 전류의 각 상별 전류를 센싱하는 단계(S200)로 돌아가서, 각 상 별 전류를 센싱한다.

상기 설명에 있어서 최대 상 전류란 3상 전류 중 가장 높은 전류값을 갖는 상 전류를 말하며, 최소 상 전류란 3상 전류 중 가장 낮은 전류값을 갖는 상 전류를 말한다.

또한 상기 비율은 최소 상 전류를 최대 상 전류로 나누어 백분율로 변환한 값을 나타낸다.

상술한 모터 제어방법에 따르면 부하의 최소 정격이 낮은 경우나 3상 전류 중 어느 하나의 전류가 최소 정격 이하인 경우 결상 보호 모드나 불평형 보호 모드로 동작할 수 있게 된다.

상기한 바에서, 다양한 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100.....................................모터보호 제어장치
110.....................................필터부
120.....................................센싱부
130.....................................제어부

Claims (12)

1. 모터로 유입되는 3상 전류의 각 상별 전류를 센싱하는 센싱부; 및
   상기 모터가 최소 정격의 소정 비율 이하의 부하를 동작시키는 경우, 상기 센싱부에서 센싱된 각 상별 전류를 기초로 결상 보호 모드 또는 불평형 보호 모드로 상기 모터를 제어하는 제어부;를 포함하는 모터보호 제어장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 센싱된 각 상별 전류 중 최대상 전류 크기와 최소상 전류 크기의 비율을 계산하고, 상기 비율을 기초로 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터보호 제어장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 비율이 기설정된 제1 비율에 해당하는 경우에는 상기 결상 보호 모드로 동작하고, 상기 비율이 기설정된 제2 비율에 해당하는 경우에는 상기 불평형 보호 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 모터보호 제어장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 불평형 보호 모드는 트립(trip) 동작을 발생해 상기 모터를 정지하는 것을 특징으로 하는 모터보호 제어장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 센싱된 3상 전류의 각 상별 전류 중 1상 이상이 최소 정격 전류 이상인 경우 상기 결상 보호 모드 또는 상기 불평형 보호 모드로 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터보호 제어장치.
6. 모터로 유입되는 3상 전류의 각 상별 전류를 센싱하는 단계;
   상기 모터가 최소 정격의 소정 비율 이하의 부하를 동작시키는 경우, 상기 센싱부에서 센싱된 각 상별 전류를 기초로 결상 보호 모드로 동작할지 불평형 보호 모드로 동작할지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 판단된 모드로 상기 모터를 제어하는 단계;를 포함하는 모터 제어방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 판단하는 단계는,
   상기 센싱된 각 상별 전류 중 최대상 전류 크기와 최소상 전류 크기의 비율을 계산하고, 상기 비율을 기초로 동작 모드를 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 판단하는 단계는,
   상기 비율이 기설정된 제1 비율에 해당하는 경우에는 상기 결상 보호 모드로 동작하고, 상기 비율이 기설정된 제2 비율에 해당하는 경우에는 상기 불평형 보호 모드로 동작하도록 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 불평형 보호 모드는 트립(trip) 동작을 발생해 상기 모터를 정지하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 센싱된 3상 전류의 각 상별 전류 중 1상 이상이 최소 정격 전류 이상인 경우 상기 결상 보호 모드 또는 상기 불평형 보호 모드로 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
11. 제 6항에 있어서,
    상기 센싱하는 단계 이전에,
    상기 모터로 유입되는 3상 전류를 필터링하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
12. 제 6항에 있어서,
    상기 소정 비율은 상기 최소 정격의 70%인 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.

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