KR20150088600A - Power consumption reduction apparatus for resource mining machine - Google Patents

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KR20150088600A
KR20150088600A KR1020140009106A KR20140009106A KR20150088600A KR 20150088600 A KR20150088600 A KR 20150088600A KR 1020140009106 A KR1020140009106 A KR 1020140009106A KR 20140009106 A KR20140009106 A KR 20140009106A KR 20150088600 A KR20150088600 A KR 20150088600A
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최준홍
이경순
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영산대학교산학협력단
주식회사 에이알티코리아
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Abstract

Disclosed is an apparatus for reducing power consumption for a resource mining machine. The apparatus for reducing power consumption comprises: a harmonic wave removing unit to reduce the harmonic wave substance of an input power supply to create a driving power supply applied to a motor to operate a resource mining machine; a reverser electromotive force absorbing unit to absorb at least a part of a reverse electromotive force generated when the resource mining machine enters into the underground and to add to a driving power supply; and a torque control unit to perform a proportionate differential and integral calculus for an error between a result of control of the torque of a motor and a set value and to control the torque of the motor. According to the present invention, the harmonic wave of the driving power supply supplied to a motor to drive a resource mining machine is reduced, and a part of minus power generated during a down stroke of the resource mining machine is absorbed and included in the supply power supply of the motor. As the unit process cycle can be maintained to be uniform by making the up stroke speed of the resource mining machine higher and the down stroke speed lower, the power consumption of the resource mining machine is reduced.

Description

자원 채굴기용 소비 전력 절감 장치{Power consumption reduction apparatus for resource mining machine}Technical Field [0001] The present invention relates to a power consumption reduction apparatus for a resource mining machine,

본 발명은 원유나 천연 가스 등의 자원을 채굴하기 위한 자원 채굴기에 대한 것으로서, 특히 자원 채굴 시스템의 역기전력(counter electromotive force)을 사용하여 전력을 회생하고 고조파를 절감함으로써 원유 시추기의 전력 소모를 절감하기 위한 장치에 대한 것이다. The present invention relates to a resource extractor for extracting resources such as crude oil and natural gas, and more particularly, by using a counter electromotive force of a resource mining system to regenerate electric power and reduce harmonics to reduce power consumption of a crude oil drill ≪ / RTI >

지하 또는 해저에 매장된 천연 자원은 인류의 생존에 필수적이다. 그러므로 다양한 자원 채굴기가 사용된다. 이 중 펌프 잭(Pump Jack) 시스템은 유전이나 천연 가스의 발굴에 필수적인 장비이며 육상이나 해상 에서 산유국 또는 비산유국의 유전 보유회사들이 사용하고 있으며, 매년 빠른 속도로 펌프 잭 설비 수량이 증가하고 있다. 특히, 산유국에 널리 분포되어 있는 펌프 잭의 수는 이미 약 1,000만대를 상회하고 있다. Natural resources buried underground or seabed are essential for human survival. Therefore, various resource diggers are used. Among them, the Pump Jack system is essential for oil and natural gas exploration. It is used by oil and gas companies in oil and oil fields on land or sea, and the number of pump jacks is increasing rapidly every year. In particular, the number of pump jacks widely distributed in oil producing countries is already over 10 million units.

지금까지 개발된 펌프 잭 시스템에는 MEC, SinuMEC, CCW, Turbo Trac System, SMART JACK, Energyldeas, 및 DIGITEK 등이 포함된다. MEC는 1970년대 미국 NASA에서 개발한 위상제어 시스템이 특허 만료된 후 보급된 파급 기술이며 단상, 권선형 전동기 등의 2차 저항 제어를 통한 위상 제어 시스템을 사용하여 전압을 제어한다. 다만, 삼상 유도 전동기 제어에는 부적합하다. SinuMEC는 이스라엘의 기술로서 MEC와 기본 개념을 공유한다. 또한, 캐나다의 CCW는 펌프 잭의 감속 기어를 유압 시스템을 개발한 것이나, 가격이 매우 고가이며 펌프 잭 자체를 교체 또는 신설해야 한다는 단점이 있다. 미국의 Turbo Trac System은 기존 펌프 잭의 감속 기어를 터빈 컴프레셔를 사용하여 공기를 이용하여 동작하도록 한 것이며, 마모에 강하고 소음이 적으나 매우 고가이며 펌프 잭 자체를 교체 또는 신설해야 된다. 미국의 SMART JACK은 역 기전력이 발생하는 다운 스트로크 시간동안 전동기를 정지시키는데, 전력은 절감되지만 전동기와 장치의 수명이 짧아지고 절전율도 10% 미만에 불과하다. The pump jack systems developed so far include MEC, SinuMEC, CCW, Turbo Trac System, SMART JACK, Energyldeas, and DIGITEK. MEC is a spreading technology that was developed after the expiration of patents developed by US NASA in the 1970s. It uses a phase control system with secondary resistance control such as single-phase and wound-wire type motors to control the voltage. However, it is not suitable for three-phase induction motor control. SinuMEC shares basic concepts with MEC as Israeli technology. In addition, the CCW in Canada developed a hydraulic system for the reduction gear of the pump jack, but the price is very expensive and the pump jack itself has to be replaced or installed. The Turbo Trac System in the United States uses air to operate the reduction gears of conventional pump jacks using turbine compressors. It is very wear resistant, low noise, very expensive, and the pump jack itself needs to be replaced or installed. The SMART JACK in the USA stops the motor during the downstroke time in which the back electromotive force is generated. Although the power is reduced, the life of the motor and the device is shortened and the power saving rate is less than 10%.

또한, 대한민국 특허출원 20-1995-0028140 호를 보면, 정방형 상하부틀을 일정 높이 차를 두고 연결 고정한 프레임과 이 프레임의 상부틀 상에 부착되는 상판을 가지는 작업대와, 이 작업대의 프레임 네 모서리에 수직으로 배열되어 서로 일정 간격을 유지하도록 고정되는 다수개의 부력체를 가지는 부력발생수단과, 프레임의 네 변에 고정 설치되며 원추면에 다수개의 해수유통공이 천부재를 가지는 파력감쇠수단을 구비한 것으로서 시추장소와 기항지로의 이동이 간편, 용이하면서도 파도에 의한 수평 및 수직방향 유동이 최소화되며, 작업대의 하부에 별도의 구조물이 없기 때문에 수심이 낮은 곳에서도 이동이 가능한 반잠수식 해상 시추선을 개시한다. 참조 문헌에 의한 해상 시추선을 사용할 경우 한 작업재의 중앙부에 일정 깊이를 가지는 작업실을 설치함으로써 시추장치 본체와 시추봉의 결합 위치가 적정 높이로 높아져 이들 결합 작업을 간편하게 수행할 수 있다. Korean Patent Application No. 20-1995-0028140 discloses a worktable having a frame in which a square upper and lower frame is connected and fixed at a predetermined height and an upper plate attached on an upper frame of the frame, A buoyancy generating means having a plurality of buoyancy members arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval and a wave damping means fixed to four sides of the frame and having a plurality of seawater flow holes on the conical surface, And semi-submersible marine drilling rig which can be moved even at low depth because there is no separate structure at the lower part of the work platform. In the case of using the sea drill ship according to the reference document, by installing a work chamber having a certain depth in the center of a work material, the joining position between the drilling rig body and the drill rod can be raised to an appropriate height.

그러나, 자원 채굴기는 전 세계적인 시장에서 엄청난 수익과 수요를 자랑하지만, 그 전력 소모가 매우 크다. 즉, 자원 채굴기가 채굴하는 원유 등의 생산 단가에 비해 전력 소모 비중이 과다하게 차지 때문에 미국을 비롯한 산유국 또는 유전 보유회사들이 소비전력 절감에 심혈을 기울이고 있다. However, resource mover boasts tremendous revenue and demand in the global marketplace, but its power consumption is very high. In other words, the energy consuming portion of the resource miner is more than the production cost of crude oil mined, so the United States and oil-producing countries or genetically-owned companies are concentrating on reducing power consumption.

그러므로, 자원 채굴기의 전력 소모를 절감하기 위한 기술이 절실히 요구된다. Therefore, there is a desperate need for a technique for reducing the power consumption of the resource extractor.

대한민국 특허출원 20-1995-0028140 호Korean Patent Application No. 20-1995-0028140

본 발명의 목적은 자원 채굴기의 소모 전력을 절감하는 것이다.It is an object of the present invention to reduce the power consumption of a resource extractor.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 자원 채굴기용 소비 전력 절감 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 소비 전력 절감 장치는, 입력 전원의 고조파 성분을 저감하여 자원 채굴기를 동작시키는 전동기에 인가되는 구동 전원을 생성하는 고조파 제거부, 상기 자원 채굴기가 지하로 진입할 때 발생하는 역기전력의 적어도 일부를 흡수하여 상기 구동 전원에 가산하는 역기전력 흡수부, 및 상기 전동기의 토크에 대한 제어 결과와 설정값 사이의 오차에 대해 비례미적분 제어를 수행하여 상기 전동기의 토크를 조절하는 토크 제어부를 포함한다. 특히, 상기 역기전력 흡수부는, 전력 케이블을 통해 공급된 전원을 상기 전동기에 인가하도록 상기 전동기와 연결되는 인버터 유닛, 상기 전동기에서 발생하는 회생 전력을 상기 인버터 유닛으로부터 인가받아 상용 전력으로 변환하여 출력하는 회생 전력 변환부, 상기 전력 케이블의 이상 상태를 감시하는 라인 감시부, 상기 공사 현장 전력 계통으로부터 상기 인버터 유닛으로 공급되는 전원을 차단할 수 있도록 작동하는 메인 컨택터, 및 상기 라인 감시부의 신호를 인가받아 상기 메인 컨택터의 작동 상태를 제어하는 컨택터 제어부를 포함한다. 더 나아가, 상기 토크 제어부는, 제어 결과로부터 저주파 성분을 제거하는 고역통과 필터, 상기 고역통과 필터의 출력으로부터 실효치(RMS)를 산출하는 실효치 산출부, 상기 실효치 산출부에서 산출된 실효치에 따른 비례 이득 Kp를 출력하는 비례 이득 산출부, 상기 비례 이득 Kp에 따른 미분 이득 Kd를 출력하는 미분 이득 산출부, 및 상기 비례 이득 Kd와 상기 미분 이득 Kd를 기초로 제어 대역폭을 변경하면서 비례미적분 제어를 수행하는 PID 제어부를 포함한다. In order to accomplish the above objects, the present invention relates to a power saving device for a resource extractor. The apparatus for reducing power consumption according to the present invention includes a harmonic eliminator for generating a driving power applied to an electric motor for operating a resource extractor by reducing a harmonic component of an input power source, A counter electromotive force absorber for absorbing a part of the input power to add to the driving power source, and a torque controller for controlling the torque of the motor by performing proportional calculus control on an error between a control result and a set value of the torque of the electric motor. In particular, the counter electromotive force absorbing unit may include an inverter unit connected to the motor to apply power supplied through a power cable to the motor, a regenerative power generator that receives regenerative power generated by the motor, A main contactor operable to shut off power supplied from the work site power system to the inverter unit, and a controller connected to the line monitoring unit, And a contactor control unit for controlling an operation state of the main contactor. Further, the torque control section may further comprise: a high-pass filter for removing low-frequency components from the control result; an effective-value calculating section for calculating an effective value (RMS) from the output of the high-pass filter; a proportional gain Kp, a differential gain calculating unit for outputting a differential gain Kd according to the proportional gain Kp, and a proportional gain control unit for performing proportional-integral control while changing the control bandwidth based on the proportional gain Kd and the differential gain Kd And a PID control unit.

본 발명에 의하여, 자원 채굴기를 구동하는 전동기에 공급되는 구동 전원의 고조파가 저감되기 때문에, 자원 채굴기의 소모 전력이 절감된다. According to the present invention, since the harmonics of the driving power supplied to the motor driving the resource extractor are reduced, the consumed power of the resource extractor is reduced.

또한, 본 발명에 의하여 자원 채굴기의 다운 스트로크시 발생되는 마이너스 전력의 일부를 흡수하여 전동기의 공급 전원에 포함시키기 때문에, 자원 채굴기의 소모 전력이 절감된다. Further, according to the present invention, a part of the negative power generated at the time of down-stroke of the resource extractor is absorbed and included in the power supply of the electric motor, so that the power consumption of the resource extractor is reduced.

더 나아가, 본 발명에 의하여 자원 채굴기의 업 스트로크 속도를 빠르게 하고 다운 스트로크 속도는 느리게 하므로써 단위 공정 싸이클이 일정하게 유지되도록 하기 때문에 자원 채굴기의 소모 전력이 절감된다. Further, according to the present invention, the up-stroke speed of the resource extractor is increased and the down-stroke speed is decreased, so that the unit process cycle is kept constant, thereby reducing the power consumption of the resource extractor.

도 1 은 본 발명에 의한 자원 채굴기 소비 전력 절감 장치(100)의 일 실시예를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 에 의한 소비전력 절감 장치가 적용될 수 있는 펌프 잭의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3 은 도 1 에 포함되는 역기전력 흡수부(300)의 동작을 개념적으로 설명하는 블록도이다.
도 4 는 도 1 에 포함되는 토크 제어부(400)의 동작을 개념적으로 설명하는 블록도이다.
도 5 는 본 발명이 적용된 전후의 동작 싸이클을 나타내는 그래프이다.
1 is a view conceptually showing an embodiment of an apparatus 100 for reducing power consumption of a resource extractor according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing an embodiment of a pump jack to which the power saving device according to FIG. 1 can be applied.
3 is a block diagram conceptually illustrating the operation of the counter electromotive force absorber 300 included in FIG.
4 is a block diagram conceptually illustrating the operation of the torque control unit 400 included in FIG.
5 is a graph showing an operation cycle before and after the present invention is applied.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.

도 1 은 본 발명에 의한 자원 채굴기 소비 전력 절감 장치(100)의 일 실시예를 개념적으로 나타내는 도면이다. 1 is a view conceptually showing an embodiment of an apparatus 100 for reducing power consumption of a resource extractor according to the present invention.

도 1 의 자원 채굴기 소비 전력 절감 장치(100)는 고조파 제거부(110), 토크 제어부(130), 역기전력 흡수부(150), 및 인버터(170)를 포함한다. 1 includes a harmonic eliminator 110, a torque controller 130, a counter electromotive force absorber 150, and an inverter 170. The harmonic eliminator 110, the torque controller 130, the counter electromotive force absorber 150,

인버터(170)는 전동기(190)에 입력 전원을 공급한다. The inverter 170 supplies the input power to the motor 190.

고조파 제거부(110)는 입력 전원의 고조파 성분을 저감하여 자원 채굴기를 동작시키는 전동기에 인가되는 구동 전원을 생성한다. 고조파 성분은 I = C*dv/dt 식에서 C 양단간 전압이 상승됨으로써 유발된다. 특히, 고조파 제거부(110)는 특히 다운 스트로크 상태의 역기전력이 발생할 때 발생하는 고조파를 억제하도록 구성된다. 고조파를 억제하기 위하여 다양한 장치들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 고정 고조파 제어용 L-C 필터는 업 스트로크 <-> 다운 스트로크 시스템에서 급격히 변화되는 고조파 발생을 억제시키기 위하여 사용될 수 있다. 하지만 더 억제 성능을 향상시키기 위해서는 능동 필터를 사용하는 것이 바람직하다. 또는, dv/dt 필터가 채택될 수도 있다. The harmonic eliminator 110 reduces the harmonic components of the input power source to generate driving power to be applied to the motor for operating the resource extractor. The harmonic component is caused by the increase of the voltage across C at I = C * dv / dt. In particular, the harmonic eliminator 110 is configured to suppress harmonics that occur when a back electromotive force in a downstroke state occurs in particular. Various devices can be used to suppress harmonics. For example, an L-C filter for fixed harmonic control can be used to suppress the generation of harmonics which are rapidly changed in an up-stroke <-> down-stroke system. However, in order to further improve the suppression performance, it is preferable to use an active filter. Alternatively, a dv / dt filter may be employed.

고조파 제거부(110)는 최대 부하시에 현재 20%의 고조파가 발생되지만 이를 10% 미만으로 줄이도록 동작하는 것이 바람직하다. 만일 70% 부하라면, 현재 30%의 고조파가 발생하지만 고조파가 20% 미만으로 억제되는 것이 바람직하다. 무부하 상태라면, 고조파는 50% 미만인 것이 바람직하다. 특히, 고조파 제거부(110)는 다운 스트로크(하강)시 발생하는 고조파를 억제하여 가끔씩 발생하는 오작동을 예방할 수 있다. It is preferable that the harmonic eliminator 110 operates so as to generate a harmonic of 20% at the time of maximum load but reduce it to less than 10%. If the load is 70%, 30% of harmonics are generated at present, but it is desirable that the harmonics are suppressed to less than 20%. If no load is present, the harmonics are preferably less than 50%. In particular, the harmonic eliminator 110 suppresses harmonics generated at the time of downstroke (falling), thereby preventing erroneous operations occasionally occurring.

본 명세서에서 업 스트로크란 시추 장비가 상승할 때를 나타내며, 다운 스트로크란 시추 장비가 하강할 때를 나타낸다. In the present specification, up-stroke refers to the time when the drilling rig ascends, and down stroke refers to when the drilling rig descends.

토크 제어부(130)는 전동기(190)의 토크에 대한 제어 결과와 설정값 사이의 오차에 대해 비례미적분 제어를 수행하여 전동기(190)의 토크를 조절한다. 즉, 현재의 펌프 잭은 고정 RPM으로 동작하며, 원유를 생산하는 양과 싸이클이 중요하므로 업 스트로크시는 빠르게 하고 다운 스트로크시는 느리게 하도록 토크 제어부(130)가 동작한다. 그 결과, 단위 공정 싸이클은 동일하게 유지된다. 토크 제어부(130)로서는 무센서 자기 PID 시스템(sensorless Auto PID System)이 사용될 수 있다. 만일 감속 기어가 부착되어 있는 펌프 잭이라면, 생산 싸이클에 변동이 없으므로 업 스트로크 <-> 다운 스트로크 시간을 자동적으로 추적 제어하는 것이 바람직하다. 또는 기어에 부여되는 힘에 의하여 영향을 받지 않도록 기어 모멘트 프리 시스템(gear moment free system)이 구현될 수도 있다. 바람직하게는, 토크 제어부(130)는 업 스트로크(상승시)와 다운 스트로크(하강시) 토크를 추적하고 정밀하게 감시하는 것이 바람직하다.The torque control unit 130 controls the torque of the electric motor 190 by performing proportional-integral calculus on the error between the control result of the torque of the electric motor 190 and the set value. That is, the current pump jack operates at a fixed RPM, and since the quantity and cycle of producing crude oil are important, the torque control unit 130 operates so as to speed up the up-stroke and slow down the down-stroke. As a result, the unit process cycles remain the same. As the torque controller 130, a sensorless auto PID system may be used. If the pump jack is equipped with a reduction gear, it is preferable to automatically track down-stroke the down-stroke time because there is no variation in the production cycle. Or a gear moment free system may be implemented so as not to be affected by the force applied to the gear. Preferably, the torque control section 130 tracks and precisely monitors the up-stroke (up-time) and down-stroke (down) torques.

토크 제어부(130)에 대해서는 도 4 를 사용하여 상세히 후술된다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 반복적인 설명이 생략된다.The torque control unit 130 will be described later in detail with reference to FIG. Therefore, repetitive descriptions are omitted for the sake of simplification of the specification.

역기전력 흡수부(150)는 자원 채굴기가 지하로 진입할 때 발생하는 역기전력의 적어도 일부를 흡수하여 구동 전원에 가산시킨다. 즉, 역기전력 흡수부(150)는 다운 스트로크시 발생하는 마이너스 전력을 흡수하여 입력 전원(AC)으로 피드백하는데, 이때, 안정적 교류 파형이 구현될수록 전력 소모는 절감된다. 역기전력 흡수부(150)는 역기전력을 인버터(170)의 DC 단자에서 다시 충전하여 교류로 환원한 뒤 전원으로 회귀(regeneration)시킴으로써 절전효과를 극대화 시킬 수 있다. 이 경우, 역기전력 흡수부(150)는 독립적으로 제품화되는 것보다 ACL(alternating current reactor)을 인버터 내부의 DC 리액터 상에 추가하여 공유한 후 펌프 잭 특성에 맞도록 다운-스트로크 전용으로 제작하는 것이 비용경제적이다. The counter electromotive force absorbing unit 150 absorbs at least a part of the counter electromotive force generated when the resource extractor enters the underground, and adds it to the driving power source. That is, the counter electromotive force absorbing unit 150 absorbs the negative power generated at the time of the downstroke and feeds back to the input power source AC. At this time, the power consumption is reduced as the stable AC waveform is implemented. The counter electromotive force absorbing unit 150 can maximize the power saving effect by charging the counter electromotive force again at the DC terminal of the inverter 170 and reducing the AC back to the AC power and then regenerating the power to the power source. In this case, the counter electromotive force absorber 150 is added to the DC reactor inside the inverter rather than being manufactured independently, and then it is necessary to share the alternating current reactor (DC) in the inverter for the down- It is economical.

바람직하게는, 역기전력 흡수부(150)에서 회생시키는 역기전력은 대략 전력의 10~15% 정도에 달하는 것이 바람직하다. Preferably, the counter electromotive force regenerated in the counter electromotive force absorber 150 reaches approximately 10 to 15% of the electric power.

역기전력 흡수부(150)에 대해서는 도 3 을 이용하여 상세히 후술된다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 반복적인 설명이 생략된다.The counter electromotive force absorbing unit 150 will be described later in detail with reference to FIG. Therefore, repetitive descriptions are omitted for the sake of simplification of the specification.

도 2 는 도 1 에 의한 소비전력 절감 장치가 적용될 수 있는 펌프 잭의 일 실시예을 나타내는 도면이다. 2 is a view showing an embodiment of a pump jack to which the power saving device according to FIG. 1 can be applied.

도 2 의 펌프 잭(200)은 워킹 빔(walking beam; 210), 호스 헤드(horse head; 220), 시추 로드(230), 삼손 포스트(samson post; 240), 기어 감속기(250), V-벨트(260), 및 반동추(270)를 포함한다. The pump jack 200 of Figure 2 includes a walking beam 210, a horse head 220, a drill rod 230, a samson post 240, a gear reducer 250, a V- A belt 260, and a counterweight 270.

펌프 잭(200)의 동력원은 V-벨트를 통하여 기어 감속기(250)로 전달된다. 전동기는 호스 헤드(220)가 상하로 이동하면서 자원을 퍼올릴 수 있도록 워킹 빔(210)을 구동한다. 반동추(270)는 호스 헤드(220)가 일정한 동작을 반복하도록 호스 헤드(220)와의 무게 평형을 이룬다. The power source of the pump jack 200 is transmitted to the gear reducer 250 through the V-belt. The electric motor drives the working beam 210 so that the hose head 220 can vertically move up and down. The recoil weight 270 balances the hose head 220 with the hose head 220 so that the hose head 220 repeats a certain operation.

시추 로드(230) 하부에는 홀 펌프가 존재한다. There is a hole pump below the drilling rod 230.

업 스트로크의 경우 트래블 밸브가 폐쇄되고 스탠딩 밸브가 열린다. 그러므로 펌프 배럴은 자원으로 채워지고, 트래블 밸브가 열리고 스탠딩 밸브가 닫힌다. 피스톤은 행정의 끝에 도달하고 프로세스를 다시 반복한다. In the case of an up stroke, the travel valve is closed and the standing valve is opened. Therefore, the pump barrel is filled with resources, the travel valve is opened and the standing valve is closed. The piston reaches the end of the stroke and repeats the process again.

도 3 은 도 1 에 포함되는 역기전력 흡수부(300)의 동작을 개념적으로 설명하는 블록도이다. 3 is a block diagram conceptually illustrating the operation of the counter electromotive force absorber 300 included in FIG.

자원 채굴기에는 자원 채굴기의 승하강을 위해 전동기(390)가 장착되고, 전동기(390)에는 전력 계통으로부터 전력 케이블을 통해 3상 교류 전원이 공급되는데, 이러한 3상 교류 전원은 인버터(370)를 통해 전동기(390)로 공급된다. 이와 같이 구성된 건설 작업용 리프트는 자원 채굴기가 하강 이동하는 경우, 회생 전력이 발생한다. 역기전력 흡수부(300)는 전동기(390), 인버터(370), 회생 전력 변환부(350), 라인 감시부(340), 컨택터(310) 및 컨택터 제어부(320)를 포함하여 구성된다.The three-phase alternating-current power is supplied from the power system to the inverter 370 through a power cable. The three-phase alternating-current power is supplied to the electric motor 390 through a power cable. And is supplied to the electric motor 390 through the electric motor 390. In the construction work lift constructed as described above, when the resource extractor moves down, regenerative power is generated. The counter electromotive force absorbing unit 300 includes an electric motor 390, an inverter 370, a regenerative power converting unit 350, a line monitoring unit 340, a contactor 310 and a contactor control unit 320.

전동기(390)는 자원 채굴기를 상하 방향으로 이동시키는 구성으로, 자원 채굴기의 상단에 장착되어 자원 채굴기와 함께 이동하도록 장착된다. 이러한 전동기(390)는 전력 계통으로부터 전력 케이블을 통해 3상 교류 전원을 공급받아 작동하는데, 3상 교류 전원은 인버터(370)를 통해 전동기(390)로 공급된다. The electric motor 390 is configured to move the resource extractor vertically, and is mounted on the top of the resource extractor and is mounted to move with the resource extractor. The three-phase alternating current power is supplied to the electric motor 390 through the inverter 370. The three-phase alternating current power is supplied to the electric motor 390 through the power cable.

인버터(370)는 공급된 3상 교류 전원을 전동기(390)에 인가하여 전동기(390)의 동작 상태를 제어하도록 전동기(390)와 연결되며, 전동기(390)와 마찬가지로 자원 채굴기의 상단에 장착되어 자원 채굴기와 함께 이동하도록 장착될 수 있다. The inverter 370 is connected to the motor 390 so as to control the operation state of the motor 390 by applying the supplied three-phase AC power to the motor 390. The inverter 370 is mounted on the top of the resource extractor, And can be mounted to move with the resource extractor.

회생 전력 변환부(350)는 전동기(390)에서 발생하는 회생 전력을 인버터(370)로부터 인가받아 상용 전력으로 변환하여 출력하도록 구성된다. 즉, 자원 채굴기가 하강 이동하도록 전동기(390)가 작동하는 경우, 자원 채굴기의 자중에 의해 전동기(390)에서는 회생 전력이 발생하여 인버터(370)로 인가되는데, 회생 전력 변환부(350)는 이러한 회생 전력을 인버터(370)로부터 인가받아 상용 전력으로 변환하여 출력한다. 역기전력 흡수부(150)를 통해 변환 출력되는 상용 전력은 전력 케이블을 통해 전력 계통 또는 별도의 일반 수용가 전력 계통으로 공급되어 추가적인 에너지원으로 사용될 수 있다.The regenerative power conversion unit 350 is configured to receive the regenerative power generated by the motor 390 from the inverter 370, convert the regenerative power into commercial power, and output the regenerative power. That is, when the electric motor 390 is operated so that the resource extractor moves down, regenerative electric power is generated in the electric motor 390 by the self weight of the resource extractor, and is applied to the inverter 370. The regenerative electric power conversion unit 350 The regenerative power is received from the inverter 370 and converted into commercial power and output. The commercial power converted and outputted through the counter electromotive force absorbing unit 150 may be supplied to the power system or another general consumer power system through the power cable and used as an additional energy source.

라인 감시부(340)는 전력 케이블의 단선과 같은 이상 상태를 감시할 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 전력 케이블에서 단선, 단락, 지락과 같은 현상이 발생하여 과전류, 단락 전류, 전류의 상 불평형 등이 발생하는지 여부를 지속적으로 감시한다. The line monitoring unit 340 is configured to monitor an abnormal state such as disconnection of the power cable. For example, it continually monitors whether an overcurrent, short-circuit current, or current imbalance occurs due to a phenomenon such as disconnection, short-circuit, or ground fault in a power cable.

컨택터(310)는 전력 계통으로부터 인버터(370)로 공급되는 전원을 차단할 수 있도록 구성되며, 컨택터 제어부(320)는 라인 감시부(340)의 감시 신호를 인가받아 컨택터(310)의 작동 상태를 제어한다. 즉, 컨택터(310)는 전력 케이블 상에 장착되는 컨택터로서, 인버터(370)로 공급되는 전력을 차단하거나 연결하도록 구성되는데, 이는 라인 감시부(340)의 감시 신호에 따라 컨택터 제어부(320)를 통해 동작 제어된다. 이때, 컨택터 제어부(320)는 전력 케이블의 이상 상태가 라인 감시부(340)에 의해 미리 설정된 지속 시간 동 안 계속적으로 감시된 경우에만 컨택터(310)가 전원 차단 상태가 되도록 동작 제어한다. The contactor 310 is configured to shut off the power supplied from the power system to the inverter 370. The contactor controller 320 receives the monitoring signal of the line monitor 340 to operate the contactor 310 State. That is, the contactor 310 is a contactor mounted on the power cable, and is configured to cut off or connect the power supplied to the inverter 370. This contactor 310 is connected to the contactor controller 320, respectively. At this time, the contactor control unit 320 controls the contactor 310 to turn off the power supply only when the abnormal state of the power cable is continuously monitored by the line monitor unit 340 for a predetermined duration.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 회생 전력 재생 시스템은 전력 케이블에 무시해도 좋을 순간적인 단락 현상 등이 발생한 경우에는 인버터(370)에 대한 전력 공급을 계속 유지하여 전동기(390)에 대한 정상적인 작동이 가능하도록 함과 동시에 회생 전력 또한 계속해서 재생시킬 수 있다.Accordingly, when an instantaneous short circuit phenomenon or the like that may be negligible in the power cable occurs, the regenerative power regeneration system according to the embodiment of the present invention maintains the power supply to the inverter 370 to perform normal operation for the motor 390 And at the same time regenerative power can be continuously regenerated.

한편, 인버터 제어부(380)는 라인 감시부(340)의 신호를 인가받아 인버터(370)의 작동 상태를 제어한다. 회생 전력 변환부(350)는 인버터(370)의 내부 DC 전압이 인버터 한계 전압으로 상승할 때까지 정상적인 전압 전류를 출력하게 되므로, 인버터(370)는 이러한 회생 전력 변환부(350)로부터 변환 출력되는 상용 전력을 공급받아 전동기(390)를 점진적으로 정지시키도록 인버터 제어부(380)에 의해 동작 제어된다. Meanwhile, the inverter control unit 380 receives the signal from the line monitoring unit 340 and controls the operation state of the inverter 370. The regenerative power conversion unit 350 outputs the normal voltage current until the internal DC voltage of the inverter 370 rises to the inverter limit voltage so that the inverter 370 outputs the converted output voltage from the regenerative power conversion unit 350 And is operatively controlled by the inverter control unit 380 so as to gradually stop the electric motor 390 by receiving commercial power.

도 3 에 도시된 바와 같은 역기전력 흡수부(300)에 의하면, 다운 스트로크 시의 전력이 다시 전동기(390)를 구동하기 위하여 사용되기 때문에 전력 효율이 향상된다. According to the counter electromotive force absorbing part 300 as shown in FIG. 3, the electric power at the time of the down stroke is used to drive the electric motor 390 again, so that the power efficiency is improved.

도 4 는 도 1 에 포함되는 토크 제어부(400)의 동작을 개념적으로 설명하는 블록도이다. 4 is a block diagram conceptually illustrating the operation of the torque control unit 400 included in FIG.

도 4 의 토크 제어부(400)는 다양한 액추에이터의 제어에 사용될 수 있으나, 제어 대상물(Moving Part)의 위치, 토크 및 속도 제어와 같은 모션 제어를 위한 전동기 제어에서 그 최적의 효과를 제공할 수 있다. 토크 제어부(400)는 전동기(미도시)를 구동하기 위한 드라이버(Driver)(미도시)에 연결될 수 있다. 토크 제어부(400)는 예컨대 소정의 제어값을 드라이버(미도시)에게 제공하여 드라이버(미도시)로 하여금 제어 값에 따라 전동기를 제어하도록 하고, 전동기 또는 전동기에 연결된 기기(예컨대, 스테이지)에 설치된 센서로부터 피드백되는 제어결과를 기초로 오차를 검출하여 비례미적분(PID: Proportional Integral Derivative) 제어를 수행한다. 한편, 토크 제어부(400)의 제어는 트래킹 모드(Tracking Mode)와 레귤레이션 모드(Regulation Mode)로 구분될 수 있다. 트래킹 모드는 액추에이터 또는 액추에이터에 연결된 기기에 대한 소정 목표치의 위치, 토크 또는 속도에 도달하기 위한 제어에 해당하며, 레귤레이션 모드는 트래킹 모드에 의해 목표치에 도달한 후에 발생하는 헌팅 현상을 제어하기 위한 정밀 제어에 해당한다. The torque control unit 400 shown in FIG. 4 can be used to control various actuators, but can provide the optimum effect in motor control for motion control such as position, torque, and speed control of a moving part. The torque control unit 400 may be connected to a driver (not shown) for driving an electric motor (not shown). The torque control unit 400 provides a predetermined control value to a driver (not shown) so that a driver (not shown) may control the motor in accordance with the control value and may be installed in a device The error is detected based on the control result fed back from the sensor, and the PID (Proportional Integral Derivative) control is performed. On the other hand, the control of the torque control unit 400 can be divided into a tracking mode and a regulation mode. The tracking mode corresponds to a control for reaching a position, torque or speed of a predetermined target value for an actuator or an apparatus connected to an actuator. The regulation mode corresponds to a control for controlling a hunting phenomenon occurring after reaching a target value by the tracking mode .

도 4 를 참조하면, 토크 제어부(400)는 감쇄기(420), PID 제어부(430), 제어대상이 되는 전동기(450) 및 이득 조절부(410)를 포함하여, 빠른 트래킹 성능과 레귤레이션 모드에서의 액추에이터의 헌팅을 최소화한다. 감쇄기(420)는 설정값 Xs와 전동기(450)로부터 피드백되는 제어결과 Xm 사이의 차인 오차를 구하여 PID 제어부 (430)에게 제공한다. PID 제어부(430)는 통상의 알려진 비례미적분 제어기를 사용할 수 있으며, 감쇄기(420)로부터 오차를 입력받고, 이득 조절부(410)로부터 '스케줄된 비례 이득(Proportional Gain) Kp와 미분 이득(Derivative Gain) Kd'를 제공받아, 비례미적분 제어출력을 전동기(450)에게 제공한다.4, the torque controller 400 includes an attenuator 420, a PID controller 430, an electric motor 450 to be controlled, and a gain controller 410. The torque controller 400 has a fast tracking performance, Minimize the hunting of the actuator. The attenuator 420 obtains an error, which is a difference between the set value Xs and the control result Xm fed back from the motor 450, and provides it to the PID controller 430. The PID controller 430 may use a known proportional calculator and receives an error from the attenuator 420 and receives a scheduled proportional gain Kp and a derivative gain from the gain controller 410. [ ) Kd ', and provides a proportional-derivative control output to the motor 450. [

이 경우, PID 제어부(430)는 이득 조절부(410)가 제공하는 스케줄된 비례 이득 Kp와 미분 이득 Kd에 따라, 자신의 제어 대역폭(Control Bandwidth)을 변경하면서 비례미적분 제어를 수행한다. 이에 따라, PID 제어부(430)는 제어결과 Xm이 설정값 Xs를 신속하게 트래킹할 수 있도록 하면서 레귤레이션 모드에서의 액추에이터의 헌팅을 최소화한다. In this case, the PID controller 430 performs proportional calculus control while changing its control bandwidth according to the scheduled proportional gain Kp and the differential gain Kd provided by the gain controller 410. Accordingly, the PID controller 430 minimizes hunting of the actuator in the regulation mode while allowing the control result Xm to quickly track the set value Xs.

이득 조절부(410)는 본 발명이 새롭게 제안하는 '실효치 기반 이득 스케줄링 알고리즘(RGS)'에 따라 미리 스케줄링된 비례 이득 Kp와 미분 이득 Kd을 PID 제어부(430)에게 제공함으로써, PID 제어부(430)의 제어 대역폭이 제어결과에 따라 변경되도록 한다. The gain control unit 410 provides the PID controller 430 with the proportional gain Kp and the differential gain Kd that are previously scheduled according to the RMS based gain scheduling algorithm (RGS) proposed by the present invention, So that the control bandwidth of the control channel is changed according to the control result.

비례 이득 Kp와 미분 이득 Kd은 PID 제어부(430)의 제어 대역폭을 조절하는 결정적인 인자이므로, '실효치 기반 이득 스케줄링 알고리즘'은 PID 제어부(430)의 제어 대역폭을 상황에 따라 가변함으로써 빠른 트래킹 성능과 레귤레이션 모드에서의 헌팅의 최소화를 제공할 수 있다. Since the proportional gain Kp and the differential gain Kd are decisive factors for controlling the control bandwidth of the PID controller 430, the 'effective value based gain scheduling algorithm' can change the control bandwidth of the PID controller 430 according to the situation, It is possible to minimize the hunting in the mode.

이득 조절부(410)는 고역통과필터, 실효치 산출부, 비례이득 산출부 및 미분이득 산출부를 포함한다. 고역통과필터는 피드백되는 제어결과 Xm으로부터 저주파 성분(또는 직류 성분)을 제거한다. 고역통과 필터의 출력은 레귤레이션 모드에서의 에러에 해당하며, 이득 스케줄링을 위한 기준이 된다. 고역통과 필터의 차단 주파수(Cutoff frequency)는 건물 등이 기본적으로 가지는 주파수(NaturalFrequency)가 1 Hz ~ 5 Hz인 점을 고려하여 10 Hz로 설정되는 것이 바람직하다. The gain adjusting unit 410 includes a high pass filter, an effective value calculating unit, a proportional gain calculating unit, and a differential gain calculating unit. The high pass filter removes the low frequency component (or the direct current component) from the feedback control result Xm. The output of the high-pass filter corresponds to an error in the regulation mode and serves as a reference for gain scheduling. The cutoff frequency of the high-pass filter is preferably set to 10 Hz in consideration of the fact that the natural frequency of the building or the like has a natural frequency ranging from 1 Hz to 5 Hz.

실효치 산출부는 고역통과 필터의 출력값으로부터 실효치를 산출한다. 실효치 산출부는 DSP(Digital Signal Processing) 칩을 통해 소프트웨어적으로 구현할 수도 있으나, 실효치의 위상 천이 등을 감소하고 빠른 응답을 얻기 위해 전용의 하드웨어 변환칩(Converter Chip)을 사용하는 것이 바람직하다. 비례이득 산출부는 실효치 산출부에서 제공되는 실효치를 이용하여 PID 제어부(430)를 위한 스케줄링된 비례이득 Kp를 검출하여, PID 제어부(430)와 미분이득 산출부에게 제공한다. The effective-value calculating unit calculates the effective value from the output value of the high-pass filter. The effective value calculating unit may be implemented in software through a DSP (Digital Signal Processing) chip, but it is preferable to use a dedicated converter chip to reduce the phase shift of the effective value and obtain a quick response. The proportional gain calculating unit detects the scheduled proportional gain Kp for the PID controller 430 using the effective value provided by the effective value calculating unit and provides the PID controller 430 and the differential gain calculating unit.

미분이득 산출부는 비례이득 산출부로부터 제공받은 스케줄링된 비례이득 Kp를 기초로 미분이득 Kd를 산출하여 PID 제어부(430)에게 제공한다. The differential gain calculator calculates the differential gain Kd based on the scheduled proportional gain Kp provided from the proportional gain calculator and provides the differential gain Kd to the PID controller 430. [

이와 같이, 본 발명에 의한 토크 제어부(400)는 PID 제어에 사용되는 비례 이득(Gain) 및 미분 이득을 제어 결과에 따라 변경하는 방법으로 PID 제어의 제어 대역폭을 가변함으로써, 트래킹 성능을 개선한다. As described above, the torque control unit 400 according to the present invention improves the tracking performance by varying the control bandwidth of the PID control by changing the proportional gain and differential gain used for the PID control according to the control result.

특히, 토크 제어부(400)는 축동력을 산정할 때 필요한 전압과 전류를 감지하고 역율을 산정하여 부하 토크를 결정한 뒤 부하에 필요한 회전수(N)을 다음 수학식 1과 같이 결정할 수 있다. In particular, the torque controller 400 senses the voltage and current required for estimating the shaft power, determines the load torque by calculating the power factor, and then determines the rotation speed N required for the load as shown in the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

즉, 전동기 축동력(전원보유토크) P는 다음 수학식 2와 같다.That is, the motor shaft power (power holding torque) P is expressed by the following equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

수학식 2에서, Q 는 유량 (m3 / min), H는 압력 또는 긍정, 瞰p 는 펌프 효율을, 그리고 瞰m 은 전동기 효율을 나타낸다. In the equation (2), Q represents the flow rate (m 3 / min), H represents the pressure or the positive, p represents the pump efficiency, and m represents the motor efficiency.

도 5 는 본 발명이 적용된 전후의 동작 싸이클을 나타내는 그래프이다. 도 5 의 (a)는 본 발명에 의한 전력 절감 장치가 적용되기 이전의 그래프이다. 구형파는 펌프의 방향이며 A는 전동기 전류를, B는 전동기 토크를 나타낸다. 반면에, 도 5 의 (b)에서 구형파는 펌프의 방향을, 그리고 곡선은 크랭크의 토크를 나타낸다. 5 is a graph showing an operation cycle before and after the present invention is applied. 5 (a) is a graph prior to the application of the power saving device according to the present invention. A square wave indicates the direction of the pump, A indicates the motor current, and B indicates the motor torque. On the other hand, in FIG. 5 (b), the square wave represents the direction of the pump and the curve represents the torque of the crank.

도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 펌프의 방향에 따른 크랭크 토크의 변화량이 현저히 감소되었음을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 5, it can be seen that the amount of change in the crank torque according to the direction of the pump is significantly reduced.

현재 전세계적으로 약 1,000만대의 펌프 잭이 설치되어 있으며 평균 소모 전력은 약 45Kwh에 달한다. 그러므로, 20%만 전력 소모를 줄인다 하더라도 엄청난 양의 전력절감과 탄산 가스 배출을 줄여 범세계적인 저탄소 그린 에너지가 실현될 수 있다. Currently, there are about 10 million pump jacks installed in the world and average power consumption is about 45 Kwh. Therefore, even if only 20% of the power consumption is reduced, the global low carbon green energy can be achieved by reducing enormous power saving and carbon dioxide emission.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명에 의한 전력 절감 장치는 반드시 자원 채굴기에만 적용되어야 하는 것은 아니다. 오히려, 사출기, 프레스, 압축기 및 펌프, 블로워(Blower), 팬(Fan), 콤프레셔(Compressor) 등의 산업용 장비에 설치 및 적용될 수 있으며, 전동기 부문의 전력 사용을 절감시킬 수 있다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. For example, the power saving device according to the present invention does not necessarily have to be applied to a resource extracting machine. Rather, it can be installed and applied to industrial equipment such as an injection machine, a press, a compressor and a pump, a blower, a fan, a compressor and the like, and can reduce electric power use in the electric motor sector.

또한, 본 발명에 따르는 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 분산 컴퓨터 시스템에 의하여 분산 방식으로 실행될 수 있는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드를 저장할 수 있다. In addition, the method according to the present invention can be embodied as computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium may include any type of recording device that stores data that can be read by a computer system. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission via the Internet) . The computer readable recording medium may also store computer readable code that may be executed in a distributed manner by a distributed computer system connected to the network.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그리고, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. As used herein, the singular " include " should be understood to include a plurality of representations unless the context clearly dictates otherwise, and the terms "comprises & , Parts or combinations thereof, and does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, components, components, or combinations thereof. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.

따라서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.Therefore, it should be understood that the present invention and the drawings attached hereto are only a part of the technical idea included in the present invention, and that those skilled in the art will readily understand the technical ideas included in the specification and drawings of the present invention It is obvious that all the variations and concrete examples that can be deduced are included in the scope of the present invention.

본 발명은 자원 채굴기에 적용될 수 있다. The present invention can be applied to a resource extractor.

110 : 고조파 제거부
130 : 토크 제어부
150 : 역기전력 흡수부
170, 370 : 인버터
190, 390 : 전동기
310 : 컨택터
320 : 컨택터 제어부
340 : 라인 감시부
350 : 회생 전력 변환부
380 : 인버터 제어부
410 : 이득 조절부
430 : PID 제어부
450 : 전동기
110: Harmonic elimination
130:
150: counter electromotive force absorbing part
170, 370: Inverter
190, 390: Electric motor
310: Contactor
320: Contactor control
340: line monitoring unit
350: regenerative power conversion unit
380: inverter control section
410:
430: PID controller
450: electric motor

Claims (3)

자원 채굴기용 소비 전력 절감 장치로서,
입력 전원의 고조파 성분을 저감하여 자원 채굴기를 동작시키는 전동기에 인가되는 구동 전원을 생성하는 고조파 제거부;
상기 자원 채굴기가 지하로 진입할 때 발생하는 역기전력의 적어도 일부를 흡수하여 상기 구동 전원에 가산하는 역기전력 흡수부; 및
상기 전동기의 토크에 대한 제어 결과와 설정값 사이의 오차에 대해 비례미적분 제어를 수행하여 상기 전동기의 토크를 조절하는 토크 제어부를 포함하는, 자원 채굴기용 소비 전력 절감 장치.
As a power saving device for a resource extractor,
A harmonic eliminator for generating a driving power to be applied to an electric motor for operating a resource extractor by reducing a harmonic component of an input power source;
A counter electromotive force absorber absorbing at least a part of a counter electromotive force generated when the resource extractor enters the basement and adding the absorbed power to the driving power; And
And a torque control unit for controlling a torque of the motor by performing proportional calculus control on an error between a control result of the torque of the electric motor and the set value.
제1항에 있어서, 상기 역기전력 흡수부는,
전력 케이블을 통해 공급된 전원을 상기 전동기에 인가하도록 상기 전동기와 연결되는 인버터 유닛;
상기 전동기에서 발생하는 회생 전력을 상기 인버터 유닛으로부터 인가받아 상용 전력으로 변환하여 출력하는 회생 전력 변환부;
상기 전력 케이블의 이상 상태를 감시하는 라인 감시부;
상기 공사 현장 전력 계통으로부터 상기 인버터 유닛으로 공급되는 전원을 차단할 수 있도록 작동하는 메인 컨택터; 및
상기 라인 감시부의 신호를 인가받아 상기 메인 컨택터의 작동 상태를 제어하는 컨택터 제어부를 포함하는, 자원 채굴기용 소비 전력 절감 장치.
The apparatus according to claim 1, wherein the counter-
An inverter unit connected to the electric motor so as to apply power supplied through a power cable to the electric motor;
A regenerative power converting unit that receives regenerative power generated by the motor from the inverter unit and converts the regenerative power into commercial power;
A line monitoring unit monitoring an abnormal state of the power cable;
A main contactor operable to shut off power supplied from the work site power system to the inverter unit; And
And a contactor control unit receiving a signal of the line monitoring unit and controlling an operation state of the main contactor.
제2항에 있어서, 상기 토크 제어부는,
제어 결과로부터 저주파 성분을 제거하는 고역통과 필터;
상기 고역통과 필터의 출력으로부터 실효치(RMS)를 산출하는 실효치 산출부;
상기 실효치 산출부에서 산출된 실효치에 따른 비례 이득 Kp를 출력하는 비례 이득 산출부;
상기 비례 이득 Kp에 따른 미분 이득 Kd를 출력하는 미분 이득 산출부; 및
상기 비례 이득 Kd와 상기 미분 이득 Kd를 기초로 제어 대역폭을 변경하면서 비례미적분 제어를 수행하는 PID 제어부를 포함하는, 자원 채굴기용 소비 전력 절감 장치.
The torque converter according to claim 2,
A high pass filter for removing low frequency components from the control result;
An effective value calculating unit for calculating an effective value (RMS) from the output of the high pass filter;
A proportional gain calculating unit for outputting proportional gain Kp according to the effective value calculated by the effective value calculating unit;
A differential gain calculator for outputting a differential gain Kd according to the proportional gain Kp; And
And a PID controller for performing a proportional and integral calculus control while changing a control bandwidth based on the proportional gain Kd and the differential gain Kd.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190096184A (en) 2018-02-08 2019-08-19 박정관 Harmonic current relaxation device
KR20190096176A (en) 2018-02-08 2019-08-19 박정관 Apparatus of electric power reductuion

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