KR20160020734A - 절전형 영상 고조파 필터 및 리액터 보호 모듈이 내장된 전동기 제어반 - Google Patents

절전형 영상 고조파 필터 및 리액터 보호 모듈이 내장된 전동기 제어반 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동기 제어반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절전형 영상 고조파 필터 및 리액터 보호 모듈이 내장된 전동기 제어반에 관한 것이다. 바람직한 일 실시예에 따른 절전형 영상 고조파 필터 및 리액터 보호 모듈이 내장된 전동기 제어반은 영상 고조파 필터를 필터링하는 필터링부, 상기 영상 고조파 필터와 전동기에 전원을 공급하는 R, S, T 상 전원 라인 상에 위치한 스위칭부, 및 상기 전동기가 구동되는 것에 동기화되어, 상기 스위칭부를 온시키는 것에 의해 상기 영상 고조파 필터를 상기 전동기에 전원을 공급하는 R, S, T 상 전원 라인 상에 연결시키는 제 1 스위칭 제어부를 포함하는 영상 고조파 필터 모듈; 및 상기 전동기에 전원을 공급하는 라인에 병렬로 설치된 콘덴서로의 과전류 유입을 차단하는 콘덴서 보호용 리액터의 보호 동작을 수행하는 리액터 보호 모듈을 포함한다.

Description

절전형 영상 고조파 필터 및 리액터 보호 모듈이 내장된 전동기 제어반{ELECTRIC MOTOR CONTROL BOARD BUILT-IN ZERO HARMONIC FILTER EQUIPPED FUNCTION OF SAVING POWER AND REACTOR MONITORING MODULE}
본 발명은 전동기 제어반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절전형 영상 고조파 필터 및 리액터 보호 모듈이 내장된 전동기 제어반에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 전동기 구동시 영상 고조파가 발생한다. 영상 고조파는 3상 4선식 배전계통의 중성선에서 중첩되어 그 크기가 3 배가 되고, 중성선 상의 영상분 고조파 전류는 전력계통에서 다양한 형태의 장해를 일으킬 수 있다. 영상분 고조파는 과전류에 의한 차단기의 Trip, 변압기의 온도 상승 및 열화, 보호기의 오동작, 중성선 과열/화재발생, 통신 장애 등을 유발할 수 있다. 이러한 영상 고조파 저감을 위해, 영상 고조파 필터가 변압기 2차측에서부터 부하 말단 전동기 제어반 사이에 설치될 수 있다. 영상 고조파 저감율을 최대로 하기 위해, 영상 고조파 필터는 전동기에 가장 가까운 위치, 즉, 전동기 제어반에 설치되는 것이 바람직하다. 주지된 바와 같이 영상 고조파 필터는 지그재그결선 변압기를 포함하고, 영상 고조파 필터는 N 상으로부터 유입된 영상분을 지그재그결선 변압기 내부로 순환시키는 것에 의해 제거할 수 있다. 이와 같은 영상 고조파 필터는 영상분을 전동기측에서 제거하는 것에 의해 영상 고조파가 전원측으로 유입되는 것을 차단할 수 있으나, 전동기 구동 여부와 무관하게 상시로 접속된 영상 고조파에 의한 전기 요금 증가, 역률 저하와 같은 문제점을 야기할 수 있다, 구체적으로, 영상 고조파 내의 지그재그결선 변압기는 부하로 작용하여 전기 요금을 증가시킬 수 있으며, 지그재그결선 변압기가 가지는 리액턴스 성분에 의해 역률이 저하될 수 있다.
또한, 전동시 구동시 소프트 스타트 방식 또는 역률 보상을 위해 전동기와 병렬로 콘덴서가 연결된다. 그리고, 그 콘덴서를 과전류로부터 보호하기 위해 리액터가 콘덴서 1 차측에 설치된다. 이와 같은 리액터는 콘덴서를 보호하는 대신 기계적, 전기적 충격에 노출된다. 따라서, 리액터의 열화가 진행될 수 있고 이에 따라 과전류 제한 특성이 저감되어 콘덴서가 과전류에 노출되어 소손될 수도 있다. 따라서, 리액터의 상태가 수시로 체크될 필요가 있고, 리액터의 열화 진행을 방지하여 고가인 리액터의 수명을 최대로 할 필요가 있다.
이와 관련해, 한국등록특허 제0704317호(출원인: 금성제어기 주식회사)는 전동기 제어반의 이상발열 조기감지 장치 및 방법을 개시하고 있다. 구체적으로, 한국등록특허 제0704317호는 많은 전기부품과 재료들로 구성되어 있는 전동기 제어반 내부에 누전, 합선, 절연파괴 등으로 발열이 진행될 때 발화 단계 전에 열로 인해 물질이 분해되면서 발생하는 냄새를 감지하여 화재 예상부하의 차단기를 트립시키거나 통신변환기(Remote Terminal Unit:RTU)를 통해서 경보(Alarm)를 송출하여 사전에 제어반 내부화재로 인해 발생할 수 있는 피해를 줄일 수 있다.
다만, 한국등록특허 제0704317호는 간접적으로 콘덴서 보호용 리액터의 발열에 의한 사고는 간접적으로 방지할 수 있으나, 리액터의 상태를 수시로 체크할 수 없다는 문제점이 있다. 그리고, 일정 온도 이상인 경우 바로 트립시키게 되면 전동기가 그대로 고압에 노출되어 고가의 전동기가 소손될 수 있다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 영상 고조파 필터에 의한 전기 요금 증가 및 역률 저하를 최소화할 수 있는 전동기 제어반을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 콘덴서 보호용 리액터의 열화를 방지할 수 있는 기능이 내장된 전동기 제어반을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 콘덴서 보호용 리액터의 상태를 수시로 체크하는 기능이 내장된 전동기 제어반을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 절전형 영상 고조파 필터 및 리액터 보호 모듈이 내장된 전동기 제어반은 영상 고조파 필터를 필터링하는 필터링부, 상기 영상 고조파 필터와 전동기에 전원을 공급하는 R, S, T 상 전원 라인 상에 위치한 스위칭부, 및 상기 전동기가 구동되는 것에 동기화되어, 상기 스위칭부를 온시키는 것에 의해 상기 영상 고조파 필터를 상기 전동기에 전원을 공급하는 R, S, T 상 전원 라인 상에 연결시키는 제 1 스위칭 제어부를 포함하는 영상 고조파 필터 모듈; 및 상기 전동기에 전원을 공급하는 라인에 병렬로 설치된 콘덴서로의 과전류 유입을 차단하는 콘덴서 보호용 리액터의 보호 동작을 수행하는 리액터 보호 모듈을 포함한다.
여기서, 상기 리액터 보호 모듈은, 상기 리액터의 온도를 모니터링하는 온도 모니터링부; 및 상기 리액터의 온도가 기 설정된 제 1 임계 온도(t1) 이하인 때 상기 리액터 입력단 측에 위치한 스위치를 온시키고, 상기 리액터의 온도가 상기 제 1 임계 온도(t1) 초과이고 기 설정된 제 2 임계 온도(t2) 이하인 때 상기 스위치의 온과 오프 동작을 기 설정된 주기로 반복시키는 제 2 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 2 스위칭 제어부는, 상기 리액터의 온도가 상기 제 2 임계 온도(t2)를 초과한 때 상기 스위치를 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 리액터 보호 모듈은, 다음의 수학식, 리액터 열화도(%)=(리액터 구동 개시 후 리액터가 기준온도까지 상승하는데 소요된 시간/기 설정된 기준 시간) * 100을 사용해 리액터의 열화도를 상기 전동기의 구동시 마다 산출하는 리액터 상태 감시부를 더 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전동기가 구동되는 때에만 영상 고조파 필터가 연결되는 것에 의해 영상 고조파 필터에 의한 전기 요금 증가 및 역률 저하를 최소화할 수 있다.
그리고, 본 발명은 제 1 임계 온도(t1) 초과이고 제 2 임계 온도(t2) 이하인 때 스위칭을 통해 리액터의 과전류 제한 특성을 유지함과 동시에 리액터가 제 2 임계 온도에 진입하는 것을 방지하는 것에 의해 콘덴서 보호용 리액터의 열화를 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 리액터의 열화도를 수시로 체크하는 것에 의해 리액터의 과열에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전동기 제어반이 설치된 전동기 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 영상 고조파 필터 모듈의 기능 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 리액터 보호 모듈의 기능 블록도를 나타낸다.
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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 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 출원에서, "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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전동기 제어반에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전동기 제어반이 설치된 전동기 시스템의 개략도를 나타낸다. 도 2는 도 1의 영상 고조파 필터 모듈의 기능 블록도를 나타낸다. 도 3은 도 1의 리액터 보호 모듈의 기능 블록도를 나타낸다. 이하, 본 발명의 요지를 보다 명확히 하기 위해, 종래 전동기 제어반의 일반적인 구성에 대한 설명은 간략히 한다.
도 1을 참조하면, 전동기 시스템(1)은 R, S, T, N 상 전원으로부터 전원을 공급 받아 동작하는 전동기(10) 및 전동기 제어반(20)을 포함한다.
전동기(10)와 R, S, T, N 상 전원 라인 사이에는 온/오프 동작을 통해 전동기(10)에 공급되는 전원을 단속하는 제 1 내지 제 4 스위치(11, 12, 13, 14)가 위치할 수 있다.
그리고, 전동기(10)에 전원을 공급하는 R, S 및 T 상 라인 상에 콘덴서(15)가 병렬로 설치되고, 각각의 콘덴서(15) 1 차측에 콘덴서 보호용 리액터(16, 이하, "리액터"라 칭함)가 직렬로 설치될 수 있다.
전동기 제어반(100)은 영상 고조파 필터 모듈(110), 전동기 제어 모듈(120) 및 리액터 보호 모듈(130)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 영상 고조파 필터 모듈(110)은 스위칭부(111), 필터링부(112), 제 1 스위칭 제어부(113)를 포함할 수 있다.
스위칭부(111)는 제 1 스위칭 제어부(113)의 제어에 따라 온/오프되는 것에 의해 필터링부(112)를 R, S 및 T 상 전원 라인으로부터 연결/분리시킬 수 있다.
필터링부(112)는 주지된 바와 같이 지그재그결선변압기를 포함하고, N 상을 통해 유입된 영상 고조파를 지그재그결선변압기 내부에서 순환시키는 것에 의해 소멸시킬 수 있다.
제 1 스위칭 제어부(113)는 전동기 제어 모듈에 의한 전동기 구동에 동기화되어 스위칭부(111)를 온시킬 수 있다. 이를 위해, 제 1 스위칭 제어부(113)는 전동기 제어 모듈(120)이 제 1 내지 제 4 스위치(11, 12, 13, 14)를 온시키는 신호 중 적어도 하나를 수신하면 스위칭부(111)를 온시킬 수 있다.
전동기 제어 모듈(120)은 외부 입력에 따라, 전동기의 온/오프 동작을 수행할 수 있다. 전동기 구동시 제 1 내지 제 4 스위치(11, 12, 13, 14)를 온시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 리액터 보호 모듈(130)은 온도 모니터링부(131), 리액터 상태 감시부(132) 및 제 2 스위칭 제어부(133)를 포함할 수 있다.
온도 모니터링부(131)는 전동기(10) 구동에 동기화되어 기 설정된 주기로, R, S, T 상 각각에 연결된 리액터(250) 상에 설치된 온도 센서(250)를 통해, 리액터(250) 상의 온도를 모니터링 할 수 있다.
리액터 상태 감시부(132)는 온도 모니터링부(131)에 의해 모니터링된 R, S, T 상 각각에 연결된 리액터(250) 상의 온도를 사용해 리액터(250)의 열화 상태를 모니터링할 수 있다.
이를 위해, 리액터 상태 감시부(133)는 아래의 수학식 1에 따라 R, S, T 상 각각에 연결된 리액터(250)의 열화도를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
기준시간 및 기준온도는 리액터 사양 정보를 참고해, 설계자에 의해 기 설정된 정보일 수 있다.
그리고, 리액터 상태 감시부(132)는 리액터의 열화도를 각 상별로 디스플레이 할 수 있고 리액터의 열화도가 기준 열화도를 초과한 때 외부에 알람을 제공할 수 있다.
리액터 상태 감시부(133)는 전동기(10)의 구동시마다 리액터의 열화도를 각 상별로 산출할 수 있다.
제 2 스위칭 제어부(133)는 온도 모니터링부(131)에 의해 모니터링된 R, S, T 상 각각에 연결된 리액터(250) 상의 온도를 사용해 리액터(250) 보호 동작을 수행할 수 있다.
제 2 스위칭 제어부(133)는 리액터(250) 상의 온도를 사용해, 다음의 표 1과 같은 방식으로 제 4 내지 제 6 스위치(210, 220, 230)를 제어할 수 있다. 제 4 내지 제 6 스위치(210, 220, 230)는 제 2 스위칭 제어부(133)의 제어 동작에 따라 동시에 온/오프될 수 있다.
리액터 온도(t) 제어 방식
t ≤ t1 제 2 스위치 ON
t1 < t ≤ t2 ON과 OFF 상태를 반복(PWM 방식)
t > t2 제 2 스위치 OFF
제 2 스위치 제어부(133)는 리액터(250)의 온도가 기 설정된 제 1 임계 온도(t1) 이하인 때, 제 4 내지 제 6 스위치(210, 220, 230)를 온시킬 수 있다. 그리고, 리액터(250)의 온도가 기 설정된 제 1 임계 온도(t1) 초과이고 제 2 임계 온도(t2) 이하인 때, 제 4 내지 제 6 스위치(210, 220, 230)의 온과 오프 상태를 반복시킬 수 있다. 이와 같이, 제 4 내지 제 6 스위치(210, 220, 230)의 온 상태 사이에 오프 상태를 삽입하는 것에 의해, 리액터(250)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 온 상태 사이의 오프 상태 시간은 설계자에 의해 적절히 선택될 수 있다. 그리고, 리액터(250)의 온도가 기 설정된 제 2 임계 온도(t2) 초과인 때, 제 4 내지 제 6 스위치(210, 220, 230)를 오프시킬 수 있다. 위와 같이, 리액터(250)의 온도가 기 설정된 제 1 임계 온도(t1) 초과이고 제 2 임계 온도(t2) 이하인 때, 제 4 내지 제 6 스위치(210, 220, 230)의 온과 오프 상태를 반복시는 것에 의해, 리액터(250)가 과열 상태에 진입하는 것을 방지함과 동시에 리액터(250)의 과전류 제한 기능을 최대한 유지시킬 수 있다. 또한, 리액터(250)의 온도가 기 설정된 제 2 임계 온도(t2) 초과인 때, 제 4 내지 제 6 스위치(210, 220, 230)를 오프시키는 것에 의해, 리액터(250)가 과열 상태에 노출된 때, 리액터(250)를 분리시키는 것에 의해 리액터(250)의 과열에 의한 폭발 사고를 방지할 수 있다.
위와 같이 본 발명은 전동기가 구동되는 때에만 영상 고조파 필터가 연결되는 것에 의해 영상 고조파 필터에 의한 전기 요금 증가 및 역률 저하를 최소화할 수 있다.
그리고, 본 발명은 제 1 임계 온도(t1) 초과이고 제 2 임계 온도(t2) 이하인 때 스위칭을 통해 리액터의 과전류 제한 특성을 유지함과 동시에 리액터가 제 2 임계 온도에 진입하는 것을 방지하는 것에 의해 콘덴서 보호용 리액터의 열화를 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 리액터의 열화도를 수시로 체크하는 것에 의해 리액터의 과열에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
1: 전동기 시스템
10: 전동기
11, 12, 13, 14, 210, 220, 230: 스위칭
15: 콘덴서
16: 콘덴서 보호용 리액터
100: 전동기 제어반
110: 영상 고조파 필터 모듈
111: 스위칭부
112: 필터링부
113: 제 1 스위칭 제어부
120: 전동기 제어 모듈
130: 리액터 보호 모듈
131: 온도 모니터링부
132: 리액터 상태 감시부
133: 제 2 스위칭 제어부

Claims (4)

  1. 절전형 영상 고조파 필터 및 리액터 보호 모듈이 내장된 전동기 제어반에 있어서,
    영상 고조파 필터를 필터링하는 필터링부, 상기 영상 고조파 필터와 전동기에 전원을 공급하는 R, S, T 상 전원 라인 상에 위치한 스위칭부, 및 상기 전동기가 구동되는 것에 동기화되어, 상기 스위칭부를 온시키는 것에 의해 상기 영상 고조파 필터를 상기 전동기에 전원을 공급하는 R, S, T 상 전원 라인 상에 연결시키는 제 1 스위칭 제어부를 포함하는 영상 고조파 필터 모듈; 및
    상기 전동기에 전원을 공급하는 라인에 병렬로 설치된 콘덴서로의 과전류 유입을 차단하는 콘덴서 보호용 리액터의 보호 동작을 수행하는 리액터 보호 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어반.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리액터 보호 모듈은,
    상기 리액터의 온도를 모니터링하는 온도 모니터링부; 및
    상기 리액터의 온도가 기 설정된 제 1 임계 온도(t1) 이하인 때 상기 리액터 입력단 측에 위치한 스위치를 온시키고,
    상기 리액터의 온도가 상기 제 1 임계 온도(t1) 초과이고 기 설정된 제 2 임계 온도(t2) 이하인 때 상기 스위치의 온과 오프 동작을 기 설정된 주기로 반복시키는 제 2 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어반.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭 제어부는,
    상기 리액터의 온도가 상기 제 2 임계 온도(t2)를 초과한 때 상기 스위치를 오프시키는 것을 특징으로 하는 전동기 제어반.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리액터 보호 모듈은,
    다음의 수학식,
    리액터 열화도(%)=(리액터 구동 개시 후 리액터가 기준온도까지 상승하는데 소요된 시간/기 설정된 기준 시간) * 100
    을 사용해 리액터의 열화도를 상기 전동기의 구동시 마다 산출하는 리액터 상태 감시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어반.
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