KR20180104632A - 주파수 변환기가 2개인 진공 펌프 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 펌프 구동장치에 관한 것으로, 진공 펌프의 로터를 구동하는 전기 모터(12), 전기 모터(12)에 연결되어 네트워크 전원 전압으로부터 전기 모터(12)를 구동하기 위한 모터 입력 전압을 생성하도록 설계된 제1 주파수 변환기(16) 및 모터 입력 전압의 주파수에 따라 모터를 구동하기 위해 네트워크 전원 전압으로부터 가변 주파수의 모터 입력 전압을 생성하도록 또한 설계된 적어도 하나의 제2 주파수 변환기(18)를 포함하며, 제2 주파수 변환기(18)에는 제2 주파수 변환기(18)를 제1 주파수 변환기(16)와 동기화할 목적으로 제1 주파수 변환기(16)에 의해 생성된 모터 입력 전압 및/또는 관련 모터 입력 전류를 측정하기 위한 측정 장치(24)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

주파수 변환기가 2개인 진공 펌프 구동장치

본 발명은 진공 펌프용 전기 구동장치에 관한 것이다.

진공 펌프용 전기 구동장치에는 모터에 공급하는 모터 입력 전압에 따라 진공 펌프의 로터를 구동하는 데 필요한 토크를 발생시키는 전기 모터가 포함된다. 주파수와 전압이 가변인 모터 입력 전압은 전압 공급 네트워크로부터 주 전원 전압과 함께 공급되는 주파수에 의해 생성된다.

진공 펌프의 전기 구동장치와 관련하여, 전기 모터에서 발생하는 전력 손실은 중요한 설계 기준이다. 전력 손실 레벨에 따라 진공 펌프의 가능한 성능이 결정된다. 펌프를 구동하는 구조적 볼륨이 주어지면 모터의 기계적 성능은 가능한 한 높게, 전력 손실은 가능한 한 적게 달성하려고 한다.

이를 위해, 주파수 변환기가 2개인 펌프 구동장치의 전기 모터를 작동하는 것이 공지되어 있고, 상기 주파수 변환기들은 서로 동기화된다. 주파수 변환기 중 하나는 모터 권선의 한쪽 끝에 연결되고, 다른 주파수 변환기는 모터 권선의 반대쪽 끝에 연결된다.

주파수 변환기 2개를 동기화하기 위해, 주파수 변환기를 동기화하는 데 필요한 데이터 교환을 위해 상호 연결된 제어 장치가 포함된다.

주파수 변환기가 2개인 이러한 동기식 구동은 예컨대, <"스위칭 주파수가 감소한 공간 벡터 변조를 사용하는 개방 단부 권선 유도 전기 모터의 DTC", A. Kumar, BG Fernandes, K. Chatterjee, 2004년 제35회 IEEE 전력 전자 전문가 콘퍼런스, 아헨(Aachen), 독일, 2004>에 설명되어 있다.

대안으로 주파수 변환기 2개를 모두 제어하는 단 하나의 공통 제어 장치로 변환기를 작동함으로써 주파수 변환기 2개를 동기화하는 것이 공지되어 있다.

본 발명의 목적은 전기 모터의 전력 손실을 줄이기 위해 간단한 방식으로 동기화할 수 있는 2개의 주파수 변환기를 가진 전동 진공 펌프 구동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 진공 펌프 구동장치는 청구범위 제1항의 특징으로 정의된다.

이에 따라, 제2 주파수 변환기에는 제1 주파수 변환기에 의해 생성된 전기 모터의 모터 입력 전압 및/또는 제1 주파수 변환기에 의해 생성된 전기 모터에 대한 모터 전류를 감지하도록 구성된 측정 장치가 제공된다. 제2 주파수 변환기는 측정 장치에 의해 측정된 신호에 따라 모터 입력 전압을 생성하도록 구성되어 제1 주파수 변환기와 동기식으로 구동된다. 따라서, 본 발명은 2개의 주파수 변환기 사이에 또는 주파수 변환기 동기화를 위한 각각의 제어 장치 사이에 직접 데이터 링크가 필요 없이 2개의 주파수 변환기에 의해 생성된 모터 입력 전압을 간단하게 동기화할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 데이터 링크가 동기화를 위해 주파수 변환기 사이에 존재하지 않는다. 특히, 두 주파수 변환기를 제어하는 공통 제어 장치는 제공되지 않는다. 오히려, 각각의 주파수 변환기는 주파수 변환기의 동기화를 위해 데이터가 교환되지 않는 자체 제어 장치를 갖는다.

제1 주파수 변환기는 주파수를 조정할 수 있는 가변 모터 입력 전압을 생성한다. 전기 모터는 모터 입력 전압에 따라 진공 펌프 로터를 구동하기 위한 구동 토크를 생성한다. 여기서, 제1 주파수 변환기는 제2 주파수 변환기의 출력 전압에 관한 어떠한 정보도 수신하지 않으며, 주파수 변환기들 사이의 연결 라인을 통해서도 측정 장치를 통해서도 정보를 수신하지 않는다.

측정 장치는 제1 주파수 변환기에 의해 생성된 모터 입력 전압 및/또는 제1 주파수 변환기에 의해 생성된 모터 입력 전류를 감지하도록 구성된다. 여기서, 측정 장치는 제2 주파수 변환기, 바람직하게는 제2 주파수 변환기의 제어 장치와 전기 또는 전자 또는 광학 방식으로 연결되어 측정 신호를 제2 주파수 변환기로 전송하며, 이 신호로부터 제1 주파수 변환기의 모터 입력 전압 또는 모터 입력 전류의 주파수와 레벨이 측정될 수 있다. 제2 주파수 변환기, 바람직하게는 그 제어 장치는 제1 주파수 변환기에 의해 생성되어 측정된 출력 전압에 따라 모터 입력 전압을 생성하도록 구성되며, 이 모터 입력 전압의 주파수와 레벨은 측정된 모터 전류로 조정(동기화) 된다.

제1 주파수 변환기에 의해 생성된 모터 입력 전압은 전기 모터의 전기 권선 한쪽 끝에 인가되고, 제2 주파수 변환기의 모터 입력 전압은 모터 권선의 반대쪽 끝에 인가된다.

특히, 본 발명의 주파수 변환기 2개는 본 발명의 측정 장치와 함께 복수의 전기 모터를 구동하도록 구성될 수도 있고, 복수의 전기 모터와 연결될 수도 있다. 또한, 제2 주파수 변환기 외에 적어도 하나의 다른 주파수 변환기가 추가로 제공되고, 추가로 제공된 주파수 변환기 또한 제2 주파수 변환기의 측정 장치를 통해 제1 주파수 변환기와 동기화되는 것을 생각해볼 수 있다. 대안으로, 각각의 추가 주파수 변환기는 제1 주파수 변환기 또는 이전의 다른 주파수 변환기와 동기식으로 작동할 수 있는 자체 측정 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 예컨대 자체 측정 장치 통해 제3 주파수 변환기를 제2 주파수 변환기와 동기화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 일 실시예의 개략적인 회로를 도시한 그림이다.

다음은 도 1을 참조한 발명의 실시예에 대한 상세한 설명이다.

진공 펌프 구동장치의 전기 모터는 도면 부호 12의 블록으로 개략적으로 도시되어 있다. 예시의 목적상, U, V, W의 3상 모터 권선은 전기 모터(12)를 나타내는 블록으로 도시되어 있다.

모터 권선의 한쪽 끝, 즉 도면에서 왼쪽 끝은 전기 3상 연결 라인(14)을 통해 제1 주파수 변환기(16)에 연결된다. 모터 권선의 반대쪽 끝, 즉 도면에서 오른쪽 끝은 별도의 전기 3상 연결 라인을 통해 제2 주파수 변환기(18)에 연결된다. 2개의 주파수 변환기(16, 18) 각각은 자체 제어 장치(20, 22)를 포함한다. 2개의 주파수 변환기(16, 18) 사이 또는 2개의 제어 장치 사이에 데이터 링크는 존재하지 않는다.

2개의 주파수 변환기(16, 18)는 각각 6개의 트랜지스터를 포함하고, 그 중 2개는 각각 3개의 모터 위상 U, V, W 중 하나에 할당된다. 즉, 2개의 제1 트랜지스터는 제1 모터 위상(U)에 전기적으로 연결되고, 2개의 제2 트랜지스터는 제2 모터 위상(V)에 전기적으로 연결되고, 2개의 제3 트랜지스터는 제3 모터 위상(W)에 전기적으로 연결된다. 모든 트랜지스터는 도면에 도시되지 않은 전원 전압 네트워크의 전원 전압에 전기적으로 접속된다. 또한, 제1 주파수 변환기(16)의 모든 트랜지스터는 제어 장치(20)에 접속되고, 제2 주파수 변환기(18)의 모든 트랜지스터는 제2 제어 장치(22)에 접속된다.

측정 장치(24)는 제1 주파수 변환기(16)와 전기 모터(12) 사이의 연결 라인(14)에 배치되고, 측정 장치(24)는 연결 라인(14)의 제1 주파수 변환기(16)에 의해 생성된 모터 입력 전압 및/또는 전기 연결 라인(14)의 제1 주파수 변환기(16)에 의해 생성된 모터 입력 전류 및/또는 모터 입력 전압을 수신한다.

측정 장치(24)는 연결 라인(14)의 모터 입력 전압 및/또는 모터 전류의 주파수와 레벨에 관한 정보를 포함하는 측정 신호를 제2 주파수 변환기(18)로 전송하기 위해 측정 라인(26)을 통해 제어 장치(22)에 연결된다.

제어 장치(22)가 포함된 주파수 변환기(18)는 측정 장치(24)의 측정 신호에 따라 연결 라인(14)에서 모터 입력 전압을 생성하도록 구성된다. 이에 따라, 제2 주파수 변환기(18)와 전기 모터(12) 사이의 연결 라인(14)에 존재하는 제2 주파수 변환기(18)의 모터 입력 전압은 제1 주파수 변환기(16)와 전기 모터(12) 사이의 연결 라인(14)에 존재하는 제1 주파수 변환기(16)의 모터 입력 전압과 동기화된다.

2개의 주파수 변환기(16, 18) 사이에는 직접 연결이 없다. 특히 변환기의 제어 장치(20, 22) 사이에는 직접 연결이 없다. 2개의 주파수 변환기(16, 18) 각각은 전기 모터(12)의 모터 권선 각 끝에 존재하는 자체 모터 입력 전압을 생성한다. 여기서, 제1 주파수 변환기(16)는 제2 주파수 변환기(18)의 출력 전압에 관한 정보를 가지고 있지 않다. 그러나 제2 주파수 변환기(18)는 측정 장치(24)를 통해 제1 주파수 변환기(16)에 의해 생성된 모터 입력 전압에 관한 정보를 갖는다.

진공 펌프를 구동하기 위해 본 발명에 따른 방식으로 2개의 주파수 변환기(16, 18)가 하나의 전기 모터(12)(또는 복수의 전기 모터 (12))에 연결되어 제어됨으로써, 전기 모터에서 발생하는 전력 손실이 감소한다. 전기 모터(12)는 각각의 주파수 변환기(16, 18)에 주어진 공급 전압에서 종래의 연결보다 더 높은 모터 입력 전압이 생성되도록 연결된다.

주파수 변환기(16, 18)는 전기 모터를 제어하기 위한 종래의 주파수 변환기 또는 인버터이며, 전기 모터를 제어 또는 피드백 제어하기 위한 제어 또는 피드백 제어 구조를 포함한다.

본 발명의 뚜렷한 특징은 주파수 변환기(16, 18)의 동기화를 위해 두 개의 제어 장치(20, 22) 사이에 데이터 링크가 존재하지 않는다는 것이다. 상태 감지 및 오류 처리와 같은 다른 목적을 위한 단순한 연결은 있을 수 있다. 제2 주파수 변환기(18)를 제1 주파수 변환기(16)의 회전 자계로 동기화하는 것은 전기 모터(12)에 연결된 측정 장치(24)에 의해 가능해진다. 여기서, 측정 장치(24)는 기계의 속도 또는 위치 인코더에 의해 형성되는 것이 아니라 전기 모터(12) 연결 라인(14)의 전압 및/또는 전류의 전기적 실제 값의 측정 시스템에 의해서만 형성된다.

본 발명에 의해 제공되는 2개 주파수 변환기(16, 18)의 연결로 인해, 이들의 출력 전압은 표준 구성 요소(주파수 변환기, 측정 장치 (24))를 사용하여 동일한 주 전원 전압에서 57%까지 증가시킬 수 있다. 이에 따라 동일한 구동력에서 더 높은 모터 전압 또는 전기 모터(12) 전력 손실 감소를 위한 전기 모터(12)를 설계할 수 있다.

12 : 전기 모터
16, 18 : 제1, 제2 주파수 변환기
20, 22 : 제어 장치

Claims (5)

1. 진공 펌프 구동장치에 있어서,
   진공 펌프의 로터를 구동하는 전기 모터(12);
   상기 전기 모터(12)에 연결되어 주 전원 전압으로부터 상기 전기 모터(12)를 구동하는 모터 입력 전압을 생성하도록 구성되는 제1 주파수 변환기(16); 및
   상기 모터 입력 전압의 주파수에 따라 상기 전기 모터(12)를 구동하기 위해, 주 전원 전압으로부터 가변 주파수의 모터 입력 전압을 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 제2 주파수 변환기(18)를 포함하며,
   상기 제2 주파수 변환기(18)에는 상기 제2 주파수 변환기(18)를 상기 제1 주파수 변환기(16)와 동기화하기 위해 상기 제1 주파수 변환기(16)에 의해 생성된 상기 모터 입력 전압 및/또는 관련된 모터 입력 전류를 측정하기 위한 측정 장치(24)가 제공되는 것을 특징으로 하는 진공 펌프 구동장치.
2. 제1항에 있어서,
   2개의 상기 주파수 변환기(16, 18) 사이에 상기 주파수 변환기(16, 18)의 동기화를 위한 데이터 링크가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 진공 펌프 구동장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 측정 장치(24)는 상기 제1 주파수 변환기(16)와 상기 전기 모터(12) 사이의 연결 라인(14)의 상기 모터 입력 전압 및/또는 모터 입력 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 진공 펌프 구동장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 상기 주파수 변환기(16, 18)는 각각의 상기 주파수 변환기(16, 18)를 제어하기 위한 별도의 제어 장치(20, 22)를 포함하고, 상기 주파수 변환기(16, 18)의 동기화를 위한 통신 링크가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 진공 펌프 구동장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 주파수 변환기(18)는 상기 측정 장치(24)의 측정 값에 따라 상기 모터 입력 전압을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 펌프 구동장치.

Images