KR20140131314A

KR20140131314A - 모터의 보호 및 제어 장치, 시스템, 및/또는 방법

Info

Publication number: KR20140131314A
Application number: KR20147009010A
Authority: KR
Inventors: 안드레 피에르 페라; 켄트 제프리 홀스; 스콧 이. 레오나르드
Original assignee: 프랭클린 컨트롤 시스템즈, 아이엔씨.
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-11-12
Also published as: MX344133B; AP2014007552A0; AU2012304522A1; JP6420146B2; US10756652B2; EP2764593A4; US20130242439A1; CN104205543B; CN104137370B; EP2764593B1; JP2014527395A; AU2012304548A1; ZA201402494B; MX2014002618A; JP2014529992A; CL2014000548A1; MX2014002619A; BR112014005186A2; MX349833B; ZA201402493B

Abstract

산업 자동화 시스템들, HVAC 시스템들, 펌핑 시스템들, 및/또는 유사한 실현예들용 모터의 보호 분야에 있어서, 개선된 모터의 스타터들 및 과부하 전자기기(104)는, 이러한 스타터들 및/또는 과부하 전자기기(104)가 모터(200)에 대해, 처음에 조정되었는지 또는 적절하게 조정 되었는지와 무관하게, 모터(200)들에 대한 실질적으로 자동적인 수준의 보호를 제공하도록 구성될 수 있다.

Description

모터의 보호 및 제어 장치, 시스템, 및/또는 방법{MOTOR PROTECTION AND CONTROL APPARATUS, SYSTEM, AND/OR METHOD}

본 출원은 산업 자동화 시스템들, HVAC 시스템들, 펌핑 시스템들, 및 유사한 실현예들의 요구에 맞는 모터 보호의 분야, 및 특히 이러한 모터들의 보호 및/또는 제어를 제공하는 모터의 스타터들 및 관련되는 전자기기를 대상으로 한다.

관련되는 출원

본 출원은 본원에 의해 그 전체가 참조로 포함된 2011년 09월 06일자에 출원된 미국특허 가출원 제61/531,610호로부터의 우선권의 정규출원이며, 이러한 우선권의 이익을 주장한다.

저작권 표시

ⓒ 2012 Cerus Industrial Corporation. 본 특허 문서의 개시내용 중 일부는 저작권 보호를 받는 재료를 포함한다. 저작권자는 특허 및 상표청의 파일 또는 기록들에서 보이는 바와 같이, 누구든지 본 특허 문서 또는 본 특허 개시물을 어느 누구든지 복사하는 것에 대하여는 이의를 가지지 않지만, 그렇지 않은 경우에는 37 CFR § 1.71(d), (e)에 따라 모든 저작권들을 유보한다.

빌딩 자동화 시스템들, 난방, 통풍, 및 공기조절(HVAC) 장치들, 펌핑 시스템들, 및 다른 산업상의 실현물들에 있어서, 모터들을 제어 및 보호하기 위해 스타터들 또는 스타터 메커니즘들을 사용하는 것은 흔하다. 모터들용 스타터들 등은 일반적으로 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 통상적인 스타터들은 바람직하지 않은 동작 상태의 경우에 있어서 모터를 선의 전력으로부터 분리하기 위해 접촉기들을 겸비한 열 트립 요소들을 포함한다. 국립 전기 코드(NEC)는 조합형 스타터들을 열 과부하의 보호 및 모터의 단절 기능을 제공하는 장치들로 분류한다.

종래의 스타터의 주요 부품들은 전자기적인 접촉기 및 과부하 계전기를 포함한다. 이러한 종래의 스타터들의 회로는 이상적으로는 제어되고 있는 특정의 모터에 대해 이상적으로 구체적으로 선택되거나 조정되는 단일의 장치를 통해 모터의 제어와 모터의 보호 기능 둘 다를 제공한다. 모터의 동작(예컨대, 모터의 기동 및 정지 등)은 통전되거나 미통전된 코일에 의해 전기기계적으로/전자기적으로 동작되는 분리될 수 있는 접점들을 포함하는 접촉기의 조절을 통해 제어될 수 있다. 접촉들을 개방하면 모터로부터 전력을 차단하지만, 접촉들을 폐쇄하면 선의 전력이 모터를 통전시킬 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 스타터들은 또한 바람직하지 않은 동작 상태들로부터 모터를 보호하기 위해 모터에 열 보호(즉, 과부하 보호)를 제공할 수 있다. 종래의 스타터들은 통상적으로 이러한 목적으로 제공된 과부하 계전기를 포함한다. 장비가 정상적인 전부하 전류 정격을 초과하여 전기에 의해 손상되지 않은 회로에서 동작되는 (예컨대, 도선들이 정격 암페어수를 초과하는 전류를 흐르게 하는) 경우에는 과부하 상태들이 발생된다. 이러한 과부하는, (트립 시점들을 주어진 모터의 유형에 대한 전류 및 시간의 함수로 지정하는 트립 곡선으로 표현된) 적용될 수 있는 전류 트립 시점을 참조하여 과부하 계전기에 의해 검출된다. 충분한 양의 시간 동안 지속되는 과부하 상태들은 모터들, 도선들, 또는 다른 장비에 손상을 줄 수 있다. 용어들 “과부하”, “과부하 보호” 및 “과부하 계전기”는 본원에 의해 그 전체가 참조로 포함된 국립 전기 제조업체 협회(NEMA)의 표준 ICS2에 의해 규정되어 있다. 과거에는, 통상적인 과부하 계전기들은 난방기/검출기 요소들을 이용하여, 예컨대 두 금속으로 이루어지는 계전기들 또는 열 난방기 요소들을 이용하여 실현되었다. 보다 최근에는, 그러나, 전기 과부하들이 증가되어 사용되고 있다. 전기 과부하들은 모터로 공급되는 전류를 검출 및 감시하기 위해 변류기 또는 다른 전류 센서를 포함할 수 있다.

간단한 전자기계적인 모터들의 경우, 제어 및 과부하 보호 기능을 구비한 종래의 스타터 장치는, 이 장치가 보호하고 있는 특정의 모터에 대해 적절하게 조정된다면, 일반적으로 적절한 모터의 보호를 제공한다. 각 유형의 모터는 그 자신의 적용 가능한 과부하 허용범위와 동작 파라미터들을 가진다. 따라서, 모터들을 동작시키는 스타터들은, 구체적으로 선택되고 조정되어 보호되고 있는 특정의 모터 (또는 모터의 유형)에 적절한 수준의 열 보호가 주어지는 것을 보장하는 과부하 계전기들 및 상응하는 과부하 트립 회로들을 사용할 것이 요구된다. 종래의 조정 절차들은, 모터의 명찰에서 및/또는 시스템의 개략도들에서 명기된 바와 같이, 전기 과부하 계전기에서 하나 이상의 전위차계를 알려진 파라미터 값, 예컨대 모터의 전-부하-암페어수(“FLA”) 정격까지 다이얼로 조정함으로써 설치자에게 트립 시점을 수동으로 설정할 것을 요구한다.

적절하게 조정된 보호 장비의 필요조건은, 여러 개의 스타터들이 원래 장비 제조업체(OEM)까지 벌크로 선적되고, 이런 OEM이 다수의 스타터들을 작업 현장까지 벌크로 선적하는 상황들에 있어서 문제를 제기할 수 있다. 종종, 작업 현장에 도착하는 스타터들은 표시되어 있지 않거나 라벨이 붙어 있지 않을 수 있다. 설치자들은 빈번하게 라벨 미부착 스타터들을 부적절하게 설치하고, 그 후 스타터의 적절한 조정을 보장하지 않고서 부착된 모터들을 기동시키려 한다. 이러한 절차들은 위험하고 장비에 대한 손상, 인체 상해, 또는 더 나쁜 사태를 초래할 수 있다. 시스템이 요구하거나 장비가 변경되는 경우, 예컨대 팬 또는 다른 장비가 부가되거나 HVAC 시스템 내에서 배관이 변경되는 경우, 또는 장치로부터 모터, 또는 펌프 등이 부가, 제거, 또는 변경되는 경우, 유사한 문제가 전개될 수 있다. 스타터가 보호 및/또는 제어하고 있는 새로운 부하에 대해 적절하게 조정되거나, 이러한 조정 상태에 있는 것을 보장하는데 대한 실패는 의도하지 않은/않거나 바람직하지 않은 결과들을 초래할 수 있다.

스타터들은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있지만, 본 구현예들은, 통상의 제품 제공들 및 종래의 장치들에 있어서 출원인들이 발견한 문제들을 해결하기 위해 신규하고 진보성 있는 개선들을 제공한다. 본 구현예들은, 독립형의 과부하 계전기 디바이스로서, 또는 단일의 스타터 하우징 내로 통합됨으로써, 상당한 비용 절감, 용이해진 설치/동작, 및 다른 이점들 및/또는 통상의 스타터들에 대한 개선들과 함께 개선된 보호를 제공하는 통합된 신규하고 진보성 있는 기능을 제공할 수 있다.

특히, 과부하 또는 스타터가 처음에 조정되었는지 또는 적절하게 조정되었는지의 여부에 관계없이, 강화되고 실질적으로 자동으로 적용되는 모터의 보호 기능을 제공하도록 개선된 과부하들 및 스타터들이 제공될 수 있다. 본 출원과 일치하는 안전 스타터에서 구현되는 바와 같이 실질적으로 자동적인 보호가 제공될 수 있다. 누군가가 전부하 구동 전류/암페어수(FLA)에 의거하여 트립 시점을 설정하지 않았거나, 그렇지 않으면 스타터를 조정하지 않은 경우에도, 이러한 안전 스타터는 모터를 보호 및 제어하도록 설계될 수 있다. 스타터들은 다른 가능한 파라미터들 중에서, 기동 전류 특징들을 측정하여 이를 알려진 모터의 기동 상태 값들에 비교함으로써 모터를 자동적으로 과부하 상태로부터 보호하도록 설계될 수 있다. 측정된 파라미터들, 예컨대 돌입 전류는, 적어도 부분적으로는, 모터의 구동 전류가 수용 가능한 전류 값들의 하나 이상의 소정의 비율들 또는 범위들 내에 들어가는지 (또는 머무는지) 여부를 판정하는데 이용될 수 있다. 만약 그렇다면, 그 모터는 적절하게 구동되는 것으로 추정될 수 있다. 구동 전류가 소정 범위의 바깥쪽에 있는 경우에, 스타터는, 실패 및/또는 경고성 고지/메시지를 제공하여 스타터가 조정범위 일탈 상태라서 다시 조정될 필요가 있고/있거나 스타터가 트립할 수 있어서 계전기가 모터에 대한 전력을 차단할 수 있음으로써 장비 손상의 위험을 줄일 수 있다는 것을 나타낼 수 있다. 최종 사용자는, 문제가 검출되는 경우에 스타터가 경보 및/또는 트립할 것인지의 여부를 선택하도록 점퍼(jumper) 스위치 및/또는 다른 입력 인터페이스를 제공받을 수 있다.

본원에서 설명된 바와 같이, 스마트(smart) 스타터들 내에 통합된 전기 과부하 부품들 또는 과부하 부품들은, 제한 없이, 고정된 로터의 보호, 싸이클 실패의 보호, 조정범위-일탈의 보호, 실속(stall)의 보호, 및 최대 기동 시간의 보호 등을 포함하는 다양하고 유리한 모터-보호 특징들을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 기능은 이러한 과부하들을 사용하는 과부하 계전기 및/또는 스타터들에 내장되어 이들과 함께 자동으로 이용될 수 있다. 이러한 모터의 보호 특징들을 자동으로 제공하는 안전 스타터를 설치함으로써, 스타터가 조정되었는지 또는 적절하게 조정되었는지에 관계 없이, 제1 기동 시에 초기 수준의 모터 보호 및 제어 기능을 적어도 제공할 수 있다는 것이 실질적으로 확신될 수 있다. 본원에 개시된 바와 같은 스타터들은 또한 모터의 동작 중 진행 중인 자동적인 수준의 보호로서 하나 이상의 모터-보호 특징들을 실질적으로 가능하게 할 수 있다. 명시된 파라미터들을 감시하고 에러의 처리, 실패의 고지, 및 전기 부품들의 조정을 위한 적절한 절차들을 개시하여 모터 및/또는 관련되는 장비를 보호하기 위하여 적절한 마이크로콘트롤러 및/또는 마이크로콘트롤러-기반의 제어기판이, 적어도 부분적으로, 사용될 수 있다.

본 발명의 추가의 양태들 및 이점들은, 첨부의 도면들을 참조하여 이루어지는 바람직한 구현예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 청구된 주제와 일치하는 스타터 장치의 일 구현예를 도시한다.
도 2는 청구된 주제와 일치하는 스타터 구현물에 대한 시스템의 일 구현예의 개략도를 도시한다.
도 3은 청구된 주제와 일치하는 보호 특징들을 도시하는 전류-시간 그래프의 일 구현예를 도시한다.

다음의 설명은, 설명의 목적들로 제시된 것일 뿐 제한하고자 함이 아닌 단지 몇몇의 예시적인 예들의 시스템들을 거명하도록, 적어도 부분적으로, 빌딩 자동화, 산업 시스템들의 자동화, 난방, 통풍, 및 공기조절(HVAC) 장치들과 같은 적용분야들, 및 모터들의, 및 펌프들, 팬들, 컨베이어 벨트들 등과 같은 모터들에 의해 구동되는 전기 기계적인 장치들의 제어와 보호를 포함하는 적용분야들에서의 사용을 위해 스타터 장치들, 시스템들, 및 방법들과 관련된 다양한 구현예들과 기능을 개시한다.

특히, 본 출원과 본원에 설명된 상세한 스타터 구현예들의 주제는 바람직하게는 보호장비가 처음에 조정되었는지, 또는 정확하게 조정되었는지에 관계없이 실질적으로 모터들에 대한 자동적인 보호를 제공하게 되는 것이다. 본 기술분야의 당업자들은 현재 설명된 유리한 기능이 (전기 과부하 계전기와 같은) 독립형의 과부하(standalone overload)로서, 또는 스타터로서 또는 하나의 구성요소로서 이러한 과부하 보호를 포함하는 조합형 스타터 구현물로서 구현될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

일 양태에 있어서, 본 주제와 일치하게, 스타터의 기능은 스타터 제어 모듈(SCM) 구현물 및 관련되는 기술의 하나 이상의 구현예들을 통해, 적어도 부분적으로, 사용가능해질 수 있다. SCM은 모터의 제어 및/또는 보호를 협력하여 용이하게 하기 위해 계기(meter) 기부 및 사용자 지정 인터페이스 인쇄회로 기판 조립체와 같은 부품들을 포함할 수 있다. SCM을 포함하는 특정의 전자기기는 특정한 의도의 동작 환경/적용분야에 대한 최적화를 용이하게 하도록, 예컨대 (예컨대, HVAC의 실행들 등을 위한) 에너지 관리용 스타터, (예컨대, 산업상의 제어의 적용들 등을 위한) 빌딩 자동화용 스타터, 또는 (예컨대, 펌프 제어의 적용들 등을 위한) 지능형 펌프용 스타터를 실질적으로 나타내도록, 더 개조, 선택, 및/또는 구성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “스타터 제어 모듈” 또는 “SCM”은, 전체적인 통합형 스타터 제어기라기보다는, 실제의 인쇄회로기판 및 관련되는 제어기판의 전자기기 및 기계적인 인터페이스들을 가리킨다. 예를 들면, 하나의 SCM 구현물은 모터 스타터를 포함하도록 통합형 과부하 계전기 및 임의의 필요한 전자기적인 접촉기들과 함께 하나의 단일 통합 봉입물로 통합될 수 있다. 그러나, SCM 구현물은 또한 이 구현물이 독립형의 부품으로 사용되어 제3자 공급된 접촉기들, 과부하 계전기들, 및/또는 외부전류 센서들 등과 함께 작용하도록 모듈방식으로 제공되고/되거나 사용될 수 있다.

도 1은 본 주제와 일치하는 스타터 제어 모듈의 일 구현예를 도시한다. 도1을 특히 참조하면, 스타터 제어 모듈(100)은 제어기판(102)과 계기 기부(104)를 포함하는 것으로 도시되었다. 도 1의 계기 기부(104)는 세 개의 전류 센서 구현물들(106a 내지 106c)을 포함한다. 제어기판(102)은 펌웨어 명령어들 및/또는 프로그램 가능한 메모리 저장을 포함할 수 있는 메모리(110)와 기능적으로 연결된 마이크로프로세서(108)를 포함한다. 제어기판(102)은 또한 사용자 인터페이스 조립체(112)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 사용자 인터페이스 조립체 구현물(112)은 사용자에게 스타터 제어 모듈(100)의 현재 동작 모드를 나타내기에 적합한 파일럿(pilot) 광 표시기들(116)뿐만 아니라 두 개의 사용자 선택 가능한 스위치들(114a 및 114b)을 포함한다. 스타터 제어 모듈(100)은 또한 입력/출력 배선 인터페이스의 단지 일 예를 예시하면서, 단자반(118)을 가지는 것으로 도시되었다. 본 기술분야의 당업자들은 추가적이거나, 대안적이거나, 또는 도 1에 도시된 것들보다 더 적은 부품들이 또한 본 주제와 일치되게 사용될 수 있을 것이라는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

다른 예시를 위해, 그리고 설명을 용이하게 하기 위해, 도 2는 청구된 주제를 실행 및/또는 구현하는데, 적어도 부분적으로는, 적합한 일 스타터 구현물의 개략도를 도시한다. 이러한 스타터 구현물을 위한 마이크로프로세서-기반의 인쇄회로기판은, 적어도 부분적으로는, 원하는 유리한 기능을 제공하기 위해 고유한 사용자 맞춤 펌웨어를 사용할 수 있다. 이는 빌딩 자동화 제어 로직 및 통신장치들을 수용할 수 있는 스타터 제어기판으로서 구현될 수 있다. 특히 도 2를 참조하면, 3-상 모터(200)는 3-상 전력선(224)들 상에서 동작한다. 도 2의 스타터 구현물은 도 1에 도시된 것들과 유사하고 앞서 설명된 제어기판(102) 및 계기 기부(104)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 계기 기부(104)는 전류 센서를 포함할 수 있다. 물론 전류 센서, 예컨대 변류기는, 계기 기부의 추가적인 부품들을 필요로 하지 않는다면, 본 주제와 일치하게, 독립적으로 사용될 수 있을 것이다. 도 2에 도시된 구현예에 있어서, 전류 센서는 선의 전류를 감시하는 변류기로서 도시되어 있다(그러나, 본 기술분야의 당업자들은 대안적인 전류감지 메커니즘들이 또한 청구된 주제와 일치되게 실행될 수 있을 것임을 알 수 있을 것이다). 전류 센서(106)는 전류 측정 신호, 전압, 또는 과부하 보호 목적들 (및/또는 이러한 기능이 요구된다면 회로의 계량)에 적합한 다른 출력(222)을 제공한다. 도 2가 하나의 전류 센서(106)를 도시하고 있지만, 전류는 3-상 전력선(224)들 중 하나 이상으로부터 측정될 수 있을 것이라고 이해된다.

도 2에 도시된 스타터 구현물에 이어서, 제어기판(102)은 또한 사용자 인터페이스 제어장치들, 예컨대 제어 스위치(208, 210)들도 포함할 수 있다. 제어 스위치(208, 210)들은 사용자가, 수동 명령들, 또는 예컨대 빌딩 자동화 시스템에서 실행될 수 있는, 원격 제어장치로부터 구동되는 명령들에 의해 스타터 구현물을 동작시키는 것 사이에서 선택할 수 있게 할 수 있다. 따라서, 제어기판(102)은 다수의 제어 입력들, 예컨대 자동-저 위치 명령(212)과 자동-고 위치 명령(214) 및 폐쇄 명령(216)을 수신하도록 구성될 수 있다. 구동 상태 신호(218) 또는 실패 신호(220)와 같은 적절한 출력 신호들이 또한 제어기판(102)에 의해 생성될 수 있다.

본 주제와 일치하게, 모터 제어기판(102)은 분리 가능한 접점(228)들을 포함하여, 접촉기(202)의 조정된 동작을 통해 모터(200)를 제어 및 보호하도록 사용될 수 있다. 도 2의 스타터 구현물에 도시된 바와 같이, 전류 측정치(222)를 사용하도록 계기 기부(104) 내에 도시된 변류기(106)를 포함할 수 있는 과부하 계전기는 접촉기(202)를 통해 모터(200)에 과부하 보호를 제공할 수 있다. 제어기판(102)은 동작 상태를 감시하여 입력 신호(212, 214, 216)들, 및/또는 사용자 인터페이스 스위치(208, 210)들에 의해 지시되는 바와 같이 접촉기를 적절하게 제어한다.

도 2에 이어서, 제어기판(102)은 또한 빌트-인 특징으로서 구동 상태 표시(218)를 제공하도록 상태 출력 계전기를 포함할 수 있다. 이러한 구현물들은 대안적인 기능의 다수 양태들에 대해 동일한 센서들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(106)는 과부하 보호와 구동 상태 표시(218)를 제공하도록 사용될 수 있다. 이러한 구현물들의 기능은 적어도 전-부하 암페어수(FLA)의 미리-명시된 백분율인 감시된 전류(222)에 의거하여 상태의 고지를 위한 자동-감지를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본원에서 설명된 바와 같은 전기 과부하들 및 스타터 구현물들은 바람직하게는 보호 장비가 처음에 조정되었는지, 또는 정확하게 조정되었는지에 관계없이 모터들에 대한 자동적인 보호를 실질적으로 제공하도록 되어 있다. 본 기술분야의 당업자들은, 지금 설명되는 유리한 기능이 (전기 과부하 계전기와 같은) 독립형의 과부하로서, 또는 스타터 또는 일 구성요소로서의 이러한 과부하 보호를 포함하는 조합형 스타터 구현물로서 구현될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 제한 없이, 고정된 로터의 보호, 싸이클 실패의 보호, 조정-범위-일탈의 보호, 실속의 보호, 및 최대 기동 시간의 보호 등을 포함하는 모터-보호 특징들은 본원에서 설명된 바와 같은 구현물들의 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어 구성요소들 사이의 협력을 통해, 적어도 부분적으로, 사용가능해질 수 있다. 방법론, 발견법, 및 절차들의 구현예들이 예상되는 각각을 검출하여 이로부터 보호하도록 사용될 수 있고/있거나 잠재적인 실패 상태가 바로 펌웨어 및/또는 관련되는 전자기기 내의 마이크로프로세서-기반의 제어기판 상 또는 다른 적절한 위치의 메모리에 저장되거나 이들에 의해 접속될 수 있는 (예컨대, 상태 머신의 절차들 및/또는 로직을 나타내는) 머신-실행 가능한 명령들로 프로그램될 수 있다. 입력 전류가 감시되고 있고, 전류 응답이 시간 경과에 따르며, 제공된 FLA 설정치가 과부하 보호로 나타내면, 본 구현물들은 저장된 명령들을 실행함으로써 바람직한 모터의 보호 및/또는 제어를 자동으로 제공할 수 있다.

본원에서 설명된 보호 기능을 적어도 부분적으로 가능케 하기 위해, 과부하들 및/또는 스타터들(이하 “보호 및 제어 장비”)은, 적어도 부분적으로, 기동 및/또는 동작 중에 모터에 의해 인출된 전류를 감시할 수 있다. 변류기들 또는 과부하의 다른 전류 감지 부품들이 전류를 감시하기 위해 사용될 수 있다. 감시 전류는 그 후 제어되고/보호되고 있는 특정한 모터에 대한 공지의 예상된 전류 특징들과 비교된다. 예를 들어, 트립-클래스(trip-class) 10 모터로서 분류된 모터는 기동 시 그리고 적절한 동작 상태에서 시간 경과에 따라 나타나는 특정한 예상 전류 특징들을 나타낼 것이다. 유사하게, 예상되고/되거나 잠재적인 실패 상태들은 그러한 유형의 모터들에 실질적으로 일치하는 변동성 전류 특징들을 나타낼 것이다. 유사하게, 트립-클래스 20 모터들은 또한 모터에 영향을 미치는 동작 상태들에 따라 실질적으로 일관된 전류 인출 거동 및/또는 특징들을 나타낸다.

도 3은 정상적인 모터의 동작 중의 전류 대 시간 특징들을 표시하는 전류-시간 그래프의 일 예, 및 다양한 잠재적인 실패 상태들 및/또는 조정되지 않은 모터 동작의 예시적인 예들을 도시한다. 도 3을 특히 참조하면, 시간은 수평 축에 기입되어 있고 전류는 그래프(300)의 수직 축에 기입되어 있다. 그래프(300)에서 시간 경과에 따라 도시된 다양한 전류 응답들은 고정된 로터 상태(302), 최대-시간의 실패 상태(304), 및 조정-범위 일탈의 상태(306)뿐만 아니라, 모터의 정상적인 기동 상태(308)의 예들을 도시한다. 이들 다양한 전류 응답은 전부하 암페어수(FLA) 표시(310)를 참조하여 도시되었다.

도 3을 특히 참조하면, 설치자 또는 모터의 동작자가 설정된 FLA 값, 예컨대 10A인 것으로 도 3에 도시된 FLA 값(310)을 제공하는 (또는, 부주의로 제공하는 것을 생략하는) 경우에 보호 방법론이 시작될 수 있다. 공급된 FLA 값은 통상적으로 모터의 명찰, 시스템의 개략도들, 및/또는 다른 편리하고 쉽게 확인할 수 있는 자원들로부터 얻어진다. 이 FLA는 적절한 조정 절차의 일부로서 모터의 과부하 보호 장비에 제공된다. 그러나, 이 FLA 값이 본 구현물들에 제공되지 않거나, 제어되고/보호되고 있는 모터의 실제 FLA와 불일치하는 값을 나타내는 것으로서 제공되는 경우에는, 본 구현물들의 자동적인 보호 기능은 여전히 모터를 보호할 것이다. 바람직하지 않은 동작 상태들은, 적어도 부분적으로 기동 전류, 돌입/피크 전류, 시간경과에 따른 구동 전류, 및 표시된 또는 설정된-시점의 FLA 값들 중 하나 이상을 비교하여, 이들 값 중 일정 값들 사이의 관계를 모터에 대해 적절하거나 부적절한 동작 상태들을 나타내는 상응하는 예상 관계들에 비교함으로써, 검출되어 회피된다.

도 3을 참조하여 이러한 개념을 예시하기 위해, 정상적인 전류의 특징들이 응답(308)으로서 도시되어 있다. 응답(308)에 의해 알 수 있는 바와 같이, 기동 시의 초기 전류는 FLA 값(310) 아래의 백분율로 다시 급속하게 떨어지기 전에 제로로부터 (본원에서 약 65 A로서 설명된) 피크 값으로 빨리 급상승한다. 이러한 돌입 스파이크(spike)는 유도 모터들에 대한 기동 상태들을 나타낸다. 예를 들면, 통상적으로 적용될 수 있는 모터들의 대부분이 FLA 값의 약 6 내지 12 배의 돌입 전류 스파이크를 나타낸다고 경험적으로 판정되어져 왔었다. 그러나, 고-효율 모터들의 도입으로, 대부분의 모터들을 대표하는 돌입 스파이크 범위는 더욱 포괄적으로 FLA의 5 내지 13배로서 나타내어질 수 있다. 달리 말해, 정상적인 동작 구동 전류는 통상적으로 돌입 전류의 1/13과 1/15의 사이에 들어간다. 예상되는 돌입 전류를 적절히 수용하기 위해 모터를 기동하면서, 과부하 보호 디바이스들은 다양한 모터 유형들에 대해 흔히 알려진 표준 역트립 곡선(standard inverse trip curve)들을 사용한다. 이들 트립 곡선은 장기간의 접근 전류로 모터에 손상을 입히는 것을 방지하기 위해 과부하 보호를 하는데 적절한 시간 응답을 나타낸다. 예를 들어, 역트립 곡선은 모터가 과부하 트립들 전의 특정한 전류 값에서 얼마나 오래 유지되어야 하는지를 나타낼 것이다. 그러나, 돌입 스파이크 후에 전류가 적절하게 떨어지지 않는 경우에, 또는 구동전류가 수용 가능한 범위 내에 있지 않는 경우에, 본 구현물들은 자동적으로 이러한 사건을 실패 상태 및/또는 조정의 필요를 나타내는 것으로 검출할 것이다.

도 3에 대한 구체적인 참조에 이어서, 고정된 로터(302)에 대한 전류 응답이 예시된다. 고정된 로터에 있어서, 전류는 본질적으로 피크 값의 상태이거나, 돌입 피크 후에 떨어지지 않는다. 이러한 상태가, 회로의 전류 감시 부품들을 통해, 단지 일 예로서, 소정량의 시간, 예컨대 3초 동안 발생되는 것으로 검출되는 경우에, 경보, 신호 고지, 또는 트립을 통해 표시될 수 있는 고정된 로터의 실패가 주어질 수 있다.

기동까지의 최대-시간의 실패(304)는 또한 도 3에 도시되어 있는데, 정상적인 동작 특징(308)들을 나타낼 만큼 충분히 빨리 떨어지는 것이 아니라, 피크 돌입 값 후에 꾸준히 떨어지는 전류를 특징으로 할 수 있다. 감시되는 지속 전류가, 비록 떨어진다고는 해도, 트립-클래스 10 모터에 허용된 10초의 기동 과부하 상태(또는 트립-클래스 20 모터에 대해서는 20초)와 같은 소정량의 시간 내에서 안전한 동작 창(예컨대, 단지 일 예로서, 측정된 피크 값의 1/13과 1/5의 사이) 내에 들어갈 만큼 충분히 급속하게 떨어지지 않는 경우에, 기동까지의 최대-시간 실패가 실패의 고지, 트립, 또는 다른 적절한 응답을 통해 표시되어, 처리될 수 있다. FLA 설정치 또는 i²t 곡선에 관계없이, 본 구현물들은 여전히 잠재적으로 손상을 주는 과부하 상태들로부터 모터를 자동으로 보호할 수 있다.

조정범위 일탈의 실패(306)의 일 예가 또한 도 3에 도시되어 있다. 과부하 트립을 하고 나서 이를 회피하기 위해 설치자가 높은 FLA 값을 부정확하게 표시한다면, 이러한 상태가, 단지 일 예로서, 존재할 수 있을 것이다 (예를 들어, 하나의 과부하 트립을 이미 겪어서, 다른 과부하 트립들의 경우에 시스템을 다시 기동시키는 귀찮음을 피하고자 한다면, 설치자는 실제의 FLA 설정치보다 더 높은 값을 표시한다). 부적절하게 표시된 FLA 설정치에 관계없이 본 구현물들은 모터가 수용 가능한 동작 범위 내에서 동작하지 않는 것을 검출할 수 있다. 기동 전류에 대한 구동 전류의 비가 소정의 수용 가능한 범위 바깥 쪽에 있는 경우에, 본 구현물들은 경보 및/또는 트립을 할 수 있거나, 장비가 조정, 또는 재조정을 필요로 한다는 적절한 표시를 제공할 수 있다. 전류 응답(306)은, (20 A로 도시된) 돌입 스파이크가 10 A의 표시된 FLA의 5 내지 13배 사이에 있지 않다는 점에서, 부정확한 조정을 나타낸다. 이는, 본 구현물들을 통해, 실제의 돌입을 측정하여, 일 예로서, FLA 전체에 대해 예상되는 돌입 승수의 바깥쪽 범위에 의해 나뉨으로써, 검출된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 돌입 전류가 FLA의 5 내지 13배 사이에 있을 것으로 예상되는 경우에, 측정된 돌입 피크 전류를 5로 나누고, 이를 측정된 구동 전류와 비교하면, 조정범위 일탈의 실패들이 검출될 수 있다. 달리 말해, 정상적인 구동 전류는 피크 전류 값의 1/13과 1/5의 사이에 있어야 한다. 따라서, 부정확한 FLA 값이 고의로 또는 실수로 공급되는지에 관계없이, 본 구현물들은 모터를 보호하기 위해 여전히 적절히 기능하거나, 불일치를 검출하여 적절한 조정을 필요로 할 것이다.

당업자들은 또한 본원에서 설명된 바와 같이 구성된 구현물들을 이용하여 추가의 보호 기능이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 고정된 로터의 실패 보호와 유사하게, 본 구현물들을 통해 실속의 보호가 모터들에 부여될 수 있다. 실속 상태에서는, 비록 모터의 기동 모드가 완료된 후에 전류가 발생된다고는 해도, 이 전류는 수용 가능한 정상적인 동작 범위 바깥쪽으로 급상승하여 수용 가능한 정상적인 동작 범위 바깥쪽인 것으로 평가되는 스파이크에 및/또는 이 스파이크에 근접하게 유지될 것으로 예상될 것이다. 이와 같이, 본 구현물들은, 모터들이 기동 상태에 있든 또는 추가로 동작 모드 중에 있든 간에 안전한 동작 범위 내에서 동작하는 것을 보장하는데 실질적으로 도움이 될 수 있다. 추가 수준의 보호, 예컨대 싸이클의 실패 보호가 또한 본 구현물들과 일치하여 제공될 수 있다. 싸이클의 실패 보호, 전류를 모터로 공급하는 접촉기를 동작시키는 스타터 제어기판과 함께 협력하여 작용하는 스타터 구현물, 또는 과부하 계전기 구현물의 경우에 있어서, 검출되고 있는 접촉기의 기동 신호들의 양은 싸이클의 실패를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 접촉기가 시간당 1200을 초과하는 기동 속도로 동작되고 있는 경우에는, 실패의 표시 및/또는 트립을 통해 싸이클의 실패가 표시될 수 있다.

본 발명의 기본적인 원리를 벗어나지 않으면서 상술된 구현물들의 상세내용에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것은 본 기술 분야의 당업자들에게는 명백할 것이다. 본 발명의 범주는, 그러므로, 다음의 특허청구범위를 참조하여서만 결정되어야 한다.

Claims

명시된 전부하 암페어수 값을 가지는 모터로 공급되는 전류를 감지하기 위한 전류 센서를 포함하는 과부하 회로;
상기 모터에 전력을 선택적으로 공급하기 위해 제공된 접촉기; 및
마이크로프로세서-기반의 제어기판으로서, 상기 제어기판이 상기 전류 센서에 의해 감지된 전류의 하나 이상의 특징들을 상기 모터에 대해 예상되는 하나 이상의 상응하는 특징들에 비교하기 위한 실행 가능한 명령들을 포함하고, 상기 예상되는 특징들은 상기 모터에 대한 정상적인 동작 상태를 나타내고, 바람직하지 않은 비교에 응답하여, 실패 상태를 표시하는, 마이크로프로세서-기반의 제어기판을 포함하는, 모터 보호 시스템.
제1항에 있어서, 상기 실행 가능한 명령들은 상기 과부하 회로에 트립하도록 추가 명령하는, 시스템.
제2항에 있어서, 상기 트립에 응답하여, 상기 접촉기가 상기 모터에 대한 전력의 공급을 중지하는, 시스템.
모터를 보호하기 위한 방법에 있어서,
모터에 대한 피크 돌입 전류를 측정하는 단계;
상기 모터에 대한 시간 경과에 따른 구동 전류를 측정하는 단계;
상기 피크 돌입 전류와 상기 구동 전류를 표시된 전-부하-암페어수 값에 비교하는 단계; 및
바람직하지 않은 비교에 응답하여, 상기 모터에 대한 보호 작용을 개시하는 단계를 포함하는, 방법.
제4항에 있어서, 상기 보호 작용은 트립 신호를 보내는 것을 포함하는, 방법.
제4항에 있어서, 상기 보호 작용은 실패 상태를 고지하는 것을 포함하는, 방법.