KR20180101369A - 스타델타 전환을 하는 진공 펌프 구동장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 구동축(16)을 통해 진공 펌프(13)의 회전자(14)에 접속된 적어도 하나의 전기 모터(18)와, 상기 모터(18)와 전기적으로 접속되어 상기 모터에 모터 입력 전압을 공급하는 주파수 컨버터(20)와, 적어도 하나의 전기 스위치(24, 26)를 갖는 전환 장치(22)로서, 모터 특성 곡선을 변경하기 위해, 상기 스위치(24, 26)의 전환 위치에 따라 상기 모터 권선을 스타 접속 또는 델트 접속으로 연결하도록 구성된, 상기 전환 장치(22)를 포함한다. 상기 진공 펌프 구동장치는, 상기 진공 펌프(13)의 물리적 작동 변수를 검출하기 위한 센서를 갖는 측정 장치(32)와, 상기 전환 장치(22) 및 상기 측정 장치(32)와 전기적 또는 광학적으로 접속된 제어기(30)로서, 스타-델타 전환을 발생시키기 위해, 진공 펌프(13)의 작동 변수의 측정값에 기초하여 적어도 하나의 스위치(24, 26)를 작동시키도록 구성된, 상기 제어 기(30)를 포함한다.
Description
본 발명은 진공 펌프를 구동하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
진공 펌프는 전형적으로 펌프 고정자와 펌프 회전자를 갖는 회전식 진공 펌프로 설계된다. 펌프 고정자에 대한 펌프 회전자의 회전은 압력에 있어서 변화를 일으킨다. 펌프 회전자는 구동축을 통해 전기 모터에 의해 구동된다.
예를 들어, US 2004/0195994 A1 호에는, 전기 모터의 모터 권선을 스타 또는 델타 형태로 접속하여서 모터 특성을 변경하고, 그에 따라 모터의 유효 토크를 변경시키는 것이 공지되어 있다. 따라서, 보다 낮은 회전 속도에서 보다 높은 토크를 제공하는 것이 가능해진다. 이 변형예의 특수성은, 두 가지 특성의 각각이 하나의 작동 지점에서만 작동하여서, 모터가 두 개의 다른 작동 지점에서만 작동할 수 있다는 것이다.
진공 펌프 구동장치의 전기 모터를 2 개의 상이한 작동 지점에서만 작동시킬 수 있는 것 대신에, 주파수 컨버터를 사용하여 전기 모터를 제어하는 것이 통상적 인 방법이 되었다. DC 중간 회로에서, 주파수 컨버터는 먼저 전원 네트워크의 교류 전압으로부터 직류 전압을 발생시키고, 그 직류 전압으로부터 가변 주파수의 합성 교류 전압을 모터 입력 전압으로서 발생시킨다. 여기서, 모터의 회전 속도는 모터 입력 전압의 주파수에 따라 달라진다. 모터의 토크는 광범위한 회전 속도에 걸쳐서 일정하게 유지된다.
진공 펌프의 경우 펌프의 현재 작동 상태에 따라 넓은 작동 범위에 걸쳐 구동장치 특성을 조정하는 것이 필요하다. 그러나, 펌프의 작동 상태에 대해 구동장치의 성능 데이터를 조정할 가능성은, 기술적인 면에서, 예를 들면 구동장치 컨버터가 제공할 수 있는 최대 전류로 인해, 제한적이다. 사용 가능한 메인 전압(available mains voltage)도 또한 제한 요인이다. 컨버터가 더 이상 추가 전류를 공급할 수 없는 경우, 모터의 전환(switchover)에 의해서, 펌프의 일부 작동 상태 하에서, 기존의 전압 비축을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 추가적인 전력 요구는 주로 큰 압력 또는 온도 변화의 경우 뿐만 아니라 운반되는 매체에 따라서도 발생한다. 또한, 모터 전류의 감소에 대한 필요성은, 고온의 매체가 펌프로 들어가서 펌프 회전자가 열적으로 구제되어야 하는 경우 발생할 수 있다. 또한 폭발성 매체가 도입되는 경우 작동 지점을 변경하여서 회전자 온도를 낮추는 것이 필요하다.
DE 10 2013 009 036 A1은 스타-델타 전환 모터 및 모터의 물리적 양을 조절 또는 제어하기 위한 구동 컨버터를 갖는 파쇄 장치(shredding device)용 구동부를 기술한다. 스타-델타 전환은 구동부에서 감지된 적어도 하나의 양을 고려하여 제어부에 의해 실행된다.
본 발명의 목적은 가변 작동 데이터의 경우에 진공 펌프 내에서 구동 전기 모터의 특성을 조정하기 위한 진공 펌프 구동장치 및 대응하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 진공 펌프 구동장치는 청구항 1에 규정된다. 본 발명의 진공 펌프는 청구항 4에 규정되고, 본 발명의 방법은 청구항 5에 규정된다.
본 발명에 따르면, 제어 수단, 예를 들면 전자 제어 장치는 전환 수단 및 측정 장치와 전기적 및/또는 광학적으로 접속된다. 전환 수단은 적어도 하나의 전기 스위치를 포함하고 스위치의 위치에 따라 모터 권선을 스타 또는 델타 형태로 접속하도록 구성된다. 측정 장치에는, 예를 들어, 펌프 온도, 진공 펌프 압력 및/또는 진공 펌프의 회전 속도와 같은 진공 펌프의 물리적 작동 변수를 검출하기 위한 센서가 제공된다. 제어 수단은 진공 펌프로부터의 측정된 작동 량에 따라 전환 수단의 스위치의 작동을 실행하여, 작동 변수의 측정된 값에 따라 모터 권선의 스타-델타 전환을 달성하도록 구성된다.
전환은, 예를 들면 관련 작동 변수에 대한 사전 규정된 한계 값이 초과되거나 미달되자마자 자동으로 수행된다. 이것은, 제어 수단이 관련 작동 변수를 연속적으로 측정하고 모니터링함으로써, 즉 그것을 적어도 하나의 한계 값과 비교함으로써 자동으로 검출된다. 한계 값을 초과하거나 미달하자마자, 전환이 자동으로 수행된다.
모터 권선이 스타 접속으로부터 델타 접속으로 또는 델타 접속으로부터 스타 접속으로 전환되면, 모터 전압 및 모터 전류의 모터 특성 곡선이 변경된다. 예를 들어, 회전 속도에 따라 시동의 작동 상태에 대해 또는 압력 변화의 경우에 스타 접속이 선택될 수도 있다. 여기서, 모터는 보다 높은 전압 및 보다 낮은 전류에서 작동되며, 그 결과, 모터, 특히 펌프 회전자에서의 전력 손실이 감소된다. 일정한 회전 속도를 초과하거나 압력이 특정 압력 미만으로 떨어지면 델타 접속으로의 전환이 수행되어, 보다 낮은 압력에서 진공 펌프의 추가 가속을 위한 충분한 전력 비축을 할 것이다.
스타 접속은 특히 이중 스타 접속(double star connection)으로 이해된다. 유사하게 델타 접속도 특히 이중 델타 접속으로 이해된다.
DE 10 2013 009 056 A1에 개시된 파쇄 장치용 구동장치는 구동부에서 검출된 모터의 하나의 물리적 양을 단순히 고려한다. 이와 대조적으로, 본 발명은 예를 들어 진공 펌프 압력, 온도 및/또는 회전 속도와 같은 진공 펌프의 적어도 하나의 작동 변수의 검출을 제공하고, 이 작동 변수에 따라 자동으로 스타-델타 전환을 수행한다. 따라서, 검출은 모터 전압, 중간 회로 전류 또는 구동 전류 컨버터의 구성 요소들의 온도와 같은 모터의 물리적 양에만 관련되지 않는다. 진공 펌프의 적어도 하나의 작동 변수를 검출 및 모니터링함으로써, 진공 펌프의 변경된 작동 상태의 직접적 및 즉각적인 검출과 모터 특성의 자동 조절의 결정적인 이점을 얻을 수 있다. 따라서 토크의 조정이 더욱 안전하고 더욱 신뢰성 있으며 더욱 신속하다.
진공 펌프 구동장치에 있어서, 결정하는 작동 변수는 구동부 내측에서만 배타적으로 발견되지 않으며, 주로 구동부에 의해 구동되는 진공 펌프 내측에 존재한다.
따라서, 구동부 내측에서 결정된 데이터에 기초하여 스타-델타 전환을 비배타적으로 변경하지만, 전환의 기초로서 진공 펌프의 작동 데이터, 예를 들면 가스 압력, 가스 조성물 또는 가스 온도와 같은 데이터를 사용하는 것이 필요하다.
이러한 작동 데이터는 반송될 가스의 유형 및 상태에 따라 달라지며, 그에 따라 상이한 유형의 가스(예를 들어, 수소, 헬륨, 아르곤 등)에 대해 및/또는 이들의 온도에 따라 모터 특성을 자동으로 조절할 수 있다. 이들은 구동부 내측에서 검출될 수 없다. 대신 작동 데이터는 펌프에서 직접 수량을 결정함으로써 사용되어야 한다.
따라서, DE 10 2013 009 038 A1에 기술된 전환에 있어서는, 구동부의 작동 데이터만이 전환을 결정짓는 반면, 본 명세서에서 설명된 방법에서는 구동 진공 펌프 내부의 작동 데이터가 주로 전환을 결정짓는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명할 것이다. 도면은 이 실시형태의 개략도이다.
본 실시형태의 진공 펌프(13)는, 토크 전달의 목적으로 구동축(16)을 통해 진공 펌프 구동장치(12)의 전기 모터(18)와 기계적으로 접속되는 펌프 회전자(14)를 포함한다. 주파수 컨버터(20)는 전기 모터(18)에 3상 교류 전압을 모터 입력 전압으로 공급한다. 주파수 컨버터(20)는 도면에 도시되지 않은 메인 전원 전압(mains supply voltage)으로부터 모터 입력 전압을 발생시킨다.
전환 수단(22)은 주파수 컨버터(20)와 전기 모터(18) 사이의 3상 전기 접속 라인(28)의 정확히 하나의 상(phase)에 각각 작용하는 2 개의 전기 스위치(24, 26)를 포함한다. 2 개의 전기 스위치(24, 26)의 위치에 따라, 구동 모터의 권선은 스타 또는 델타 구성으로 접속된다. 따라서 전압 공급 네트워크로부터의 에너지 흐름 방향 및 전기 모터(18)의 방향으로 볼 때, 전환 수단(22)은 주파수 컨버터(20)와 전기 모터(18) 사이에 배치되어, 주파수 컨버터(20)와 전기 모터(18) 사이의 전기 접속 라인(28) 상에 작용한다.
제어 수단(30)은 스위치들(24, 26)과 전기적으로 또는 광학적으로 접속된다. 제어 수단(30)은 또한 측정 장치(32)와 전기적으로 또는 광학적으로 접속된다. 측정 장치(32)는 진공 펌프(13)의 작동 변수, 예를 들면, 펌프 회전자(14)의 온도 또는 회전 속도 또는 펌프 회전자(14)에 의해 발생된 압력을 각기 측정하는 센서(33)를 구비한다. 각각의 검출된 작동 변수의 측정값은 측정 장치(32)로부터 제어 수단(30)으로 전송된다.
제어 수단(30)은 측정된 작동 변수를 저장된 기준값 및/또는 한계 값과 비교함으로써 측정된 작동 변수를 연속적으로 모니터링한다. 임계 값을 초과하거나 또는 미달하는 경우, 제어 수단(30)은 스위치(24, 26)를 작동시켜서, 진공 펌프(12)의 작동 상태의 변화가 작동 변수로부터 자동으로 검출되고, 모터 권선의 전환에 의해 모터 특성이 스타 접속으로부터 델타 접속으로 또는 델타 접속으로부터 스타 접속으로 변경되도록 한다.
본 발명에 따른 전환으로 인해, 전기 구동 모터(18)는 진공 펌프(13)의 작동 상태가 변화될 때 2개의 모터 특성 사이에서 자동으로 전환될 수 있다. 이로써 구동 트레인의 최적 설계가 가능해져서, 동일한 구조적 크기의 진공 펌프(12)에서도 구동력에 있어서의 증가가 가능해지거나, 또는 구동력을 동일하게 유지하면서도 부품 크기에 있어서의 감소가 가능해진다.
Claims (7)
- 진공 펌프 구동장치(12)에 있어서,
구동축(16)을 통해 진공 펌프(13)의 회전자(14)에 접속된 적어도 하나의 전기 모터(18)와,
상기 모터(18)와 전기적으로 접속되어 상기 모터에 모터 입력 전압을 공급하는 주파수 컨버터(20)와,
적어도 하나의 전기 스위치(24, 26)를 갖는 전환 수단(22)으로서, 모터 특성을 변경하기 위해, 상기 모터 권선을 상기 스위치(24, 26)의 전환 위치에 따라 스타 접속 또는 델트 접속으로 연결하도록 구성된, 상기 전환 수단(22)과,
상기 진공 펌프(13)의 물리적 작동 변수를 검출하기 위한 센서(33)를 갖는 측정 장치(32)와,
상기 전환 수단(22) 및 상기 측정 장치(32)와 전기적 또는 광학적으로 접속된 제어 수단(30)으로서, 스타-델타 전환을 실행하기 위해, 진공 펌프(13)의 작동 변수의 측정값에 따라 적어도 하나의 스위치(24, 26)를 작동시키도록 구성된, 상기 제어 수단(30)을 포함하는
진공 펌프 구동장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 작동 변수는 진공 펌프(13)의 온도, 진공 펌프(13)의 내부 압력 및/또는 진공 펌프(13)의 회전 속도인 것을
진공 펌프 구동장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제어 수단(30) 및/또는 주파수 컨버터(20)는 상기 적어도 하나의 스위치(24, 26)가 작동할 때 전기 모터(18)의 두가지 특성 사이를 변경하도록 구성된
진공 펌프 구동장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 펌프 구동장치(12)와 펌프 고정자 및 펌프 회전자(14)를 구비한
진공 펌프(13). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 진공 펌프 구동장치에 의해 진공 펌프(13)를 구동하는 방법에 있어서,
상기 전기 모터(18)는 진공 펌프 회전자(14)의 구동축(16)을 구동하고,
상기 주파수 컨버터(20)는 전기 모터(18)에 모터 입력 전압을 공급하고,
상기 측정 장치(32)의 센서(33)는 진공 펌프(13)의 적어도 하나의 물리적 작동 변수를 검출하고,
상기 제어 수단(30)은 상기 작동 변수의 측정 값에 따라 상기 전환 수단(22)의 적어도 하나의 스위치(24, 26)를 작동시켜서, 상기 전기 모터(18)의 모터 권선을 스위치(24, 26)의 전환 위치에 따라 스타 또는 델타 접속으로 연결함으로써, 모터 특성을 변경시키는
진공 펌프의 구동 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 작동 변수는 상기 진공 펌프(13)의 온도, 상기 진공 펌프의 내부 압력 및/또는 상기 진공 펌프의 회전 속도인
진공 펌프의 구동 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제어 수단(30)은 물리적 작동 변수의 제한 값이 초과될 때 상기 주파수 컨버터(20) 및/또는 상기 전기 모터(18)를 제 1 모터 특성으로부터 제 2 모터 특성으로 전환하는
진공 펌프의 구동 방법.
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