KR20180032076A - 모터 보호 계전기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 전류 감지 구조를 개선한 모터 보호 계전기를 제공하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 모터 보호 계전기는 모터로 공급되는 전류의 제어를 위한 전자부품들이 인쇄회로기판상에 일체로 실장된 전자회로부; 및 상기 전자회로부로 공급되는 전류를 감지하는 로고스키 코일 패턴(rogowski coil pattern)을 갖는 변류기가 상기 인쇄회로기판의 일측에 일체로 제공되는 전류 감지 센서부;를 포함한다.

Description

모터 보호 계전기 {ELECTRONIC MOTOR PROTECTION RELAY}

본 발명은 과전류로 인한 모터를 보호하기 위해 제공되는 모터 보호 계전기에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 전류의 공급을 받아 회전하는 장치로, 이러한 모터는 공급되는 전류가 기준치를 초과하게 될 경우, 모터의 과부하가 발생할 수 있어 손상될 우려가 있다.

따라서, 모터에는 과부하를 방지하기 위해 전류의 공급을 차단하는 모터 보호 계전기가 사용되고 있다. 이러한 모터 보호 계전기의 일례로 전자식 모터 보호 계전기는 교류 전동기의 시동 및 운전중 발생하는 과전류, 결상, 상불 평형, 지락, 구속 및 역상을 설정된 동작시간에 의해 정확하게 검출하여 교류 전동기를 더욱 확실하게 보호하는 기능을 갖는다.

종래의 전자식 모터 보호 계전기(1)는 모터로 공급되는 전류의 제어를 위한 전자회로부(10)와, 전자회로부(10)로 공급되는 전류를 감지하는 전류센서(30)를 포함한다.

전자회로부(10)는 전원을 공급하는 전원회로부(12)와, 이에 연결된 전류 계측 회로부(14), 제어부(16), 접점 출력부로 구성되어, 전류의 공급을 제어하여 모터의 작동을 제어한다.

또한, 전자식 모터 보호 계전기(1)는 전자회로부(10)의 전류 감지를 위해 사용되는 전류센서(30)로 Core CT(Current transformer; 코어 변류기)를 사용하여 전류를 감지하는데, 변류기(CT) 2차 측으로 출력되는 전류를 부담저항을 거쳐 전압으로 변경하여 마이크로 콘트롤러(Micro controller)로 입력되면 그 값을 환산하여 사용하였다.

그러나, 종래에는 Core CT의 특성상 정격의 10배~ 20배 정도 선형성을 낼 수밖에 없어서 정격이 최대 정격 이하 약 2~3개 정격으로 나눠져 있었으며, 이에 따라 사용자는 여러 정격의 제품을 준비해야 하고, 작업공수도 증가하며, 유지 보수, 재고 관리에도 어려움이 있다.

또한, 종래의 Core CT는 전자회로와의 연결을 위한 연결 커넥터가 필요한 구조로 이로 인해 연결에 불편함이 있었고, Core CT 제작 특성상 코일의 균일도, Turn 횟수 등의 오차로 인해 계측 정밀도가 낮아 신뢰성이 높지 않았다.

국내 등록특허 제 10-1246755호

본 발명의 일 실시예는 전류 감지 구조를 개선한 모터 보호 계전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 모터 보호 계전기는 모터로 공급되는 전류의 제어를 위한 전자부품들이 인쇄회로기판상에 일체로 실장된 전자회로부; 및 상기 전자회로부로 공급되는 전류를 감지하는 로고스키 코일 패턴(rogowski coil pattern)을 갖는 변류기가 상기 인쇄회로기판의 일측에 일체로 제공되는 전류 감지 센서부;를 포함한다.

여기서, 상기 로고스키 코일 패턴은 상기 인쇄회로기판의 일측면에 제1방향으로 나선 배열되는 센싱 코일과, 상기 센싱 코일의 외측에서 제1방향의 역방향인 제2방향 나선 배열되는 소거 코일을 포함할 수 있다.

또한, 상기 변류기는 상기 인쇄회로기판의 일측면에 배치되어 전류 감지 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부에 의해 증폭된 전류 감지 신호로 출력값으로 변환하는 적분기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전류 센서로 PCB Based rogowski를 적용하여 포화 특성 없는 출력 특성으로 제품 정격을 단순화할 수 있고, 전자회로와 동일 PCB에 설계가 되어 연결 부품이 줄어들게 되어 결합 안정성이 높아졌으며, 항상 일정한 Turn수 및 코일 균일성으로 인해 공정상 별도의 캘리브레이션(calibration) 없이도 높은 정밀도를 유지할 수 있고, 이에 따라 모터 보호에 대한 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 모터 보호 계전기를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 보호 계전기를 도시한 블록도.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 보호 계전기를 도시한 블록도이다.

도 2를 참고하면, 본 실시예의 모터 보호 계전기(100)는, 3상 전류 등을 공급받아 구동력을 발생하는 모터에 제공되는 것으로, 모터가 과부하 작동하지 않도록 전류의 공급을 전기적으로 제어하는 장치이다.

여기서, 모터는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기 에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치이다. 모터는 전류의 종류에 따라 직류 전동기와 교류 전동기로 분류될 수 있다. 또한, 교류 전동기는 다시 3상 교류용과 단상 교류용으로 분류될 수 있다. 3상 교류용은 1kW 정도 이상부터 수천 kW까지, 그리고 드물게는 1만 kW를 넘는 대형기가 있으며, 단상교류용은 수백 W 이하의 소형기에 사용된다.

본 실시예에서는 모터 보호 계전기(100)는 3상 교류용 모터에 적용될 수 있으며, 이외에도 다양한 방식의 전류를 사용하는 모터에 적용되는 것도 가능하다.

이러한 모터 보호 계전기(100)는, 모터로 공급되는 전류의 제어를 위한 전자회로부(110)와, 전자회로부(110)로 공급되는 전류를 감지하는 전류 감지 센서부(130)를 포함할 수 있다.

이러한 모터 보호 계전기(100)는, 모터의 일측에 장착될 수 있으며, 전체적으로 다수의 전자부품 내지 회로 등을 구비한 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board) 형태로 제공될 수 있다.

구체적으로, 전자회로부(110)는 모터로 공급되는 전류의 제어를 위한 전자부품들이 인쇄회로기판상에 일체로 실장되어 제공될 수 있다. 일례로, 이러한 전자부품들은 전원회로부(112)와, 전류 계측 회로부(114), 제어부(116), 접점 출력부(118) 등을 포함할 수 있다.

또한, 전자회로부(110)에서 전원회로부(112)는 모터 보호 계전기(100)의 제어 작동을 위해 외부의 전원을 공급받아, 이를 내부 전자부품들의 동작에 필요한 전원을 공급하게 된다.

또한, 전원회로부(112)는 입력되는 전류값을 필터링 할 수 있으며, 입력되는 전류, 일례로 3상 전류일 경우 R, S, T 각 상에 따른 전류에 포함되는 고주파 성분이나 노이즈 성분 등을 필터링하여, 안정적인 전류를 공급할 수 있다.

또한, 제어부(116)는 전류 계측 회로부(114)와 연결되어 모터로 입력되는 3상 전류의 역상 여부를 판단하여, 역상으로 전류가 흐르는 경우 그 흐름을 차단하도록 제어될 수 있다.

또한, 접점 출력부(118)는 모터와 연결된 개폐기와 연결될 수 있고, 제어부(116)에서 모터로 입력되는 전류를 역상전류로 판단할 경우, 모터의 보호를 위해 출력의 접점 신호를 발생시켜 모터와 연결된 개폐기를 동작시켜 모터의 작동을 정지시킬 수 있다.

한편, 전류 감지 센서부(130)는 전자회로부(110)로 공급되는 전류를 감지토록 제공되며, 본 실시예에서는 전자회로부(110)가 구성되는 인쇄회로기판의 일측에 일체로 제공될 수 있다.

구체적으로 전류 감지 센서부(130)는 전류 감지가 가능한 회로 구성인 로고스키 코일 패턴(rogowski coil pattern)의 변류기(CT; Current transformer)로 제공되어 인쇄회로기판에 일체로 패턴 형성될 수 있다.

이러한 변류기는 로고스키 코일 패턴에 의해 소정의 비율로 교류의 큰 전류를 작은 전류로 변환할 수 있다.

이를 위해 로고스키 코일 패턴은 인쇄회로기판의 일측면에 제1방향으로 나선 배열되는 센싱 코일과, 센싱 코일의 외측을 감싸도록 제공되어 센싱 코일의 외측에서 제1방향의 역방향인 제2방향 나선 배열되는 소거 코일을 포함할 수 있다.

로고스키 코일 패턴은 나선형으로 배열된 각 코일이 입력된 전류에 의해 자속 변화를 일으키고, 이러한 자속 변화에 따라 기전력이 발생할 수 있고, 이와 같이 발생하는 기전력을 이용하여 전류를 감지할 수 있다.

따라서, 변류기에서 이러한 로고스키 코일 패턴을 적용하게 되면 포화 특성이 없는 출력 특성을 얻을 수 있으며, 제품의 정격없이 출력이 선형적으로 나타나므로 정확하고 빠른 출력 특성을 얻을 수 있다.

또한, 변류기는 로고스키 코일 패턴에 의해 감지된 전류 감지 신호가 약할 경우, 이를 증폭하여 출력값으로 변환하는 증폭부 및 적분기를 더 포함할 수 있다.

증폭부 및 적분기는 별도의 전자부품으로 제공될 수 있고, 변류기에 회로 패턴으로 일체로 형성되는 것도 가능하다.

증폭부는 인쇄회로기판의 일측면에 배치되어 전류 감지 신호를 증폭할 수 있다. 또한, 적분기는 증폭부에 의해 증폭된 전류 감시 신호를 출력값으로 변환할 수 있다.

증폭부는 전류 감지 신호를 증폭하여 제공할 수 있다. 또한, 변류기는 증폭부에 의해 증폭된 전류 감시 신호를 출력값으로 변환하는 적분기를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 모터 보호 계전기(100)는 전자회로부(110)와, 변류기를 포함하는 전류 감지 센서부(130)가 하나의 인쇄회로기판에 패턴형태로 배열되어 일체로 제공되므로, 전자회로부(110)와 전류 감지 센서부(130), 즉 변류기를 연결하기 위한 커넥터 등의 구성이 불필요하다.

또한, 본 실시예는 전자회로부(110)와 전류 감지 센서가 일체로 제공되는 구조로 결합 안정성이 높으며, 전류 감지 센서부(130), 즉 변류기에서 전류를 감지하는데 사용되는 로고스키 코일 패턴으로 인해 포화 특성이 없는 출력 특성을 얻을 수 있어 제품 정격을 단순화할 수 있으며, 선형적 출력 특성과, 항상 일정한 Turn수 및 코일 균일성으로 인해 공정상 별도의 캘리브레이션(calibration) 없이도 높은 정밀도를 유지할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

100: 모터 보호 계전기 110: 전자회로부
112: 전원회로부 114: 전류 계측 회로부
116: 제어부 118: 접점 출력부
130: 전류 감지 센서부

Claims (3)

1. 모터로 공급되는 전류의 제어를 위한 전자부품들이 인쇄회로기판상에 일체로 실장된 전자회로부;
   및 상기 전자회로부로 공급되는 전류를 감지하는 로고스키 코일 패턴(rogowski coil pattern)을 갖는 변류기가 상기 인쇄회로기판의 일측에 일체로 제공되는 전류 감지 센서부;
   를 포함하는 모터 보호 계전기.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 로고스키 코일 패턴은
   상기 인쇄회로기판의 일측면에 제1방향으로 나선 배열되는 센싱 코일과,
   상기 센싱 코일의 외측에서 제1방향의 역방향인 제2방향 나선 배열되는 소거 코일을 포함하는 모터 보호 계전기.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 변류기는
   상기 인쇄회로기판의 일측면에 배치되어 전류 감지 신호를 증폭하는 증폭부와,
   상기 증폭부에 의해 증폭된 전류 감지 신호로 출력값으로 변환하는 적분기를 더 포함하는 모터 보호 계전기.

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