KR20200140052A - 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법이 개시된다. 본 발명의 제어장치는 계통전원 및 유도전동기와 연결되는 스위치, 스위치 및 유도전동기와 연결되고, 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터 및 스위치 및 인버터와 연결되고, 스위치를 제어하여 인버터의 사용유무를 선택하며, 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 유도전동기가 구동되도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법{Control device, system for induction motor capable of emergency operation and driving method thereof}
본 발명은 유도전동기의 제어기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터의 고장과 같은 비상시에도 운전할 수 있는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다.
종래의 유도전동기를 구동하는 방법은 계통전원을 직접 연결하는 직입 구동방식과 인버터를 통하여 연결되는 인버터 구동방식으로 구분된다.
종래의 단상 계통(도 1(a)) 및 3상 계통(도 1(b))을 이용한 직입 구동방식의 유도전동기 운전은 스위치가 오프(off) 상태인 경우, 유도전동기에 전원이 공급되지 않아 유도전동기가 정지상태이고, 스위치가 온(on) 상태인 경우, 계통전원이 유도전동기에 인가되어 유도전동기가 운전된다. 이와 같이 직입 구동방식은 구성을 간편하게 구성할 수 있으나, 유도전동기의 기동운전시 과다한 전류가 유도전동기에 공급되어 잦은 온/오프(on/off) 기동운전을 함으로써, 무리한 유도전동기의 운전으로 인해 전동기의 수명이 저하될 수 있다.
또한 종래의 단상 인버터(도 2(a)) 및 3상 인버터(도 2(b))를 이용한 인버터 구동방식의 유도전동기 운전은 인버터를 사용하여 전동기의 운전주파수가 자유롭게 조정이 가능하여 기동시에도 유도전동기에 무리를 주지 않고 운전할 수 있다. 그러나 인버터를 통하여 유도전동기에 전원이 인가되는 형태로 구동됨에 따라 인버터가 고장이면 운전이 불가능한 문제점을 가지고 있다.
한국등록특허공보 제10-1632786호(2016.06.22.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유도전동기가 운전되는 환경에 맞도록 최적화된 운전을 지원하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치는 계통전원 및 유도전동기와 연결되는 스위치, 상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터 및 상기 스위치 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하며, 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 상기 제어부는, 상기 인버터의 고장을 감지하면 상기 인버터가 미사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 직입 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 유도전동기가 초기기동하면 상기 인버터가 사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 인버터 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 유도전동기가 최대속도 운전을 하면 상기 인버터가 미사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 직입 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 유도전동기의 정상운전 중 최대속도 이외의 구간이면 상기 인버터가 사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 인버터 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 스위치 및 상기 인버터는, 단상 구조 또는 3상 구조로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유도전동기용 제어시스템은 전원을 공급하는 계통전원, 전자유도를 이용하여 회전력을 생성하는 유도전동기 및 상기 유도전동기의 구동을 제어하는 제어장치를 포함하되, 상기 제어장치는, 상기 계통전원 및 상기 유도전동기와 연결되는 스위치, 상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터 및 상기 스위치 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하며, 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 계통전원 및 유도전동기와 연결되는 스위치와, 상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터를 포함하는 유도전동기용 제어장치의 구동방법은 상기 제어장치가 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하는 단계 및 상기 제어장치가 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치, 시스템 및 그 구동방법은 직입 구동방식과 인버터 구동방식을 결합하여 유도전동기의 운전을 제어함으로써, 최고속도 운전시에는 최대효율로 운전할 수 있다.
또한 인버터의 고장과 같은 비상시에도 운전이 가능하다.
도 1은 종래기술에 따른 유도전동기의 직입 구동방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 유도전동기의 인버터 구동방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단상 구조의 유도전동기용 제어시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3상 구조의 유도전동기용 제어시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유도전동기용 제어장치의 구동방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단상 구조의 유도전동기용 제어시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3상 구조의 유도전동기용 제어시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제어시스템(10, 20)은 유도전동기(13, 23)가 운전되는 환경에 맞도록 최적화된 운전을 지원한다. 제어시스템(10, 20)은 계통전원(11, 21), 유도전동기(13, 23) 및 제어장치(100, 200)을 포함한다. 여기서 제어시스템(10, 20)은 계통전원(11, 21), 유도전동기(13, 23) 및 제어장치(100, 200)의 연결되는 구조에 따라 단상 구조의 제어시스템(10) 및 3상 구조의 제어시스템(20)으로 구분되지만 유도전동기(13, 23)를 제어하는 과정이 서로 간에 동일함으로, 이하 단상 구조의 제어시스템(10)만을 설명하고, 3상 구조의 제어시스템(20)에 대한 설명은 생략한다.
계통전원(11)은 외부 전원과 연결되어 제어장치(100)에 전원을 공급한다. 계통전원(11)은 상용전원일 수 있다.
유도전동기(13)는 전자유도를 이용하여 회전력을 생성한다. 유도전동기(13)는 고정자에 교류 전압이 인가되면 전자유도가 되어 회전자에 전류를 흘려보내 회전력을 생성한다.
제어장치(100)는 유도전동기(13)의 구동을 제어한다. 제어장치(100)는 스위치(110), 인버터(130) 및 제어부(150)를 포함한다.
스위치(110)는 계통전원(11), 유도전동기(13), 인버터(130) 및 제어부(150)와 연결된다. 스위치(110)는 스위칭을 통해 계통전원(11)으로부터 공급되는 전원을 인버터(130)로 전달하거나, 유도전동기(13)로 바로 전달할 수 있다. 이때 스위치(110)는 제어부(150)에 의해 스위칭 제어를 수행할 수 있다.
인버터(130)는 유도전동기(13), 스위치(110) 및 제어부(150)와 연결된다. 인버터(130)는 유도전동기(13)의 운전주파수를 자유롭게 변경할 수 있다. 이를 통해 인버터(130)는 유도전동기(13)에 부하가 전달되지 않도록 점진적으로 목표속도까지 운전을 가능하게 함으로써, 안정적인 유도전동기(13)의 구동을 할 수 있다. 이때 인버터(130)는 제어부(150)에 의해 운전주파수를 변경할 수 있다.
제어부(150)는 스위치(110) 및 인버터(130)와 연결된다. 제어부(150)는 스위치(110)를 제어하여 인버터(130)의 사용유무를 선택하고, 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 유도전동기(13)가 구동되도록 제어한다.
상세하게는 제어부(150)는 인버터(130)의 고장과 같은 비상상황을 감지하면 인버터(130)가 미사용되도록 스위치(110)를 스위칭 제어하여 유도전동기(130)를 직입 구동방식으로 구동시킬 수 있다. 이를 위해 제어부(150)는 인버터(130)의 고장과 같은 비상상황을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
제어부(150)는 유도전동기(13)가 초기기동하면 인버터(130)가 사용되도록 스위치(110)를 스위칭 제어하여 유도전동기(13)를 인버터 구동방식으로 구동시킬 수 있다. 제어부(150)는 무리하게 초기기동부터 최대속도로 유도전동기(13)를 운전시키는 현상을 방지하여 유도전동기(13)의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한 제어부(150)는 유도전동기(13)가 최대속도 운전을 하면 인버터(130)가 미사용되도록 스위치(110)를 스위칭 제어하여 유도전동기(13)를 직입 구동방식으로 구동시킬 수 있다. 제어부(150)는 최대속도 운전시, 계통전원을 직접 제공받으면서 시스템 운전효율을 극대화할 수 있다.
즉 제어부(150)는 유도전동기(13)의 정상운전 중 최대속도 이외의 구간이면 인버터(130)가 사용되도록 스위치(110)를 스위칭 제어하여 유도전동기(13)를 인버터 구동방식으로 구동시킬 수 있다.
상술된 바와 같이 제어장치(100)는 직입 구동방식과 인버터 구동방식의 장점을 이용하여 유도전동기(13)의 구동을 제어한다. 이를 통해 종래의 유도전동기 구동방식과 달리 비상시에도 운전이 가능하고, 운전제어를 최적화하여 최대효율의 운전을 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유도전동기용 제어장치의 구동방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 유도전동기용 제어장치의 구동방법(이하 ‘구동방법’이라 함)은 직입 구동방식과 인버터 구동방식을 결합하여 유도전동기의 운전을 제어함으로써, 최고속도 운전시에는 최대효율로 운전할 수 있다. 또한 구동방법은 인버터의 고장과 같은 비상시에도 운전을 할 수 있다. 구동방법은 스위치(110)을 제어하여 인버터(130)의 사용유무를 선택하는 단계 및 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 유도전동기(13)를 제어하는 단계로 나눌 수 있다. 이하 상술된 두 단계의 과정을 상세하게 설명한다.
S11단계에서, 제어장치(100)는 인버터(130)의 고장유무를 판단한다. 제어장치(100)는 인버터(130)가 고장이라고 판단하면 스위치(110)를 제어하여 S13단계를 수행하고, 고장이 아니라고 판단하면 스위치(110)를 제어하여 S15단계를 수행한다.
S13단계에서, 제어장치(100)는 직입 구동방식으로 유도전동기(13)를 구동시킨다. 제어장치(100)는 인버터(130)가 사용되지 않고 계통전원(11)과 유도전동기(13)가 직접 연결되어 운전한다.
S15단계에서, 제어장치(100)는 인버터 구동방식으로 유도전동기(13)가 구동되도록 인버터(130)를 제어한다. 제어장치(100)는 인버터(130)를 사용하여 초기기동에서 점진적으로 유도전동기(13)의 운전속도를 올릴 수 있다. 또한 제어장치(100)는 초기기동 후에도 기 설정된 운전속도에 맞게 유도전동기(13)의 구동을 제어할 수 있다.
S17단계에서, 제어장치(100)는 유도전동기(13)의 운전속도가 최대속도인지 판단한다. 제어장치(100)는 유도전동기(13)의 운전속도가 최대속도로 구동되면 스위치(110)를 제어하여 S19단계를 수행하고, 최대속도로 구동되지 않으면 스위치(110)를 제어하지 않고 S15단계를 유지한다.
S19단계에서, 제어장치(100)는 직입 구동방식으로 유도전동기(13)를 구동시킨다. 제어장치(100)는 인버터(130)가 사용되지 않고 계통전원(11)과 유도전동기(13)가 직접 연결되어 운전한다. 이때 제어장치(100)는 직입 구동방식으로 구동 중에 S17단계를 수행하여 유도전동기(13)가 최대속도로 구동되는지를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10, 20: 제어시스템
11, 21: 계통전원
13, 23: 유도전동기
110, 210: 스위치
130, 230: 인버터
150, 250: 제어부

Claims (8)

  1. 계통전원 및 유도전동기와 연결되는 스위치;
    상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터; 및
    상기 스위치 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하며, 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터의 고장을 감지하면 상기 인버터가 미사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 직입 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 유도전동기가 초기기동하면 상기 인버터가 사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 인버터 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 유도전동기가 최대속도 운전을 하면 상기 인버터가 미사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 직입 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 유도전동기의 정상운전 중 최대속도 이외의 구간이면 상기 인버터가 사용되도록 상기 스위치를 제어하여 상기 유도전동기를 상기 인버터 구동방식으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치 및 상기 인버터는,
    단상 구조 또는 3상 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 비상운전이 가능한 유도전동기용 제어장치.
  7. 전원을 공급하는 계통전원;
    전자유도를 이용하여 회전력을 생성하는 유도전동기; 및
    상기 유도전동기의 구동을 제어하는 제어장치;를 포함하되,
    상기 제어장치는,
    상기 계통전원 및 상기 유도전동기와 연결되는 스위치;
    상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터; 및
    상기 스위치 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하며, 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전동기용 제어시스템.
  8. 계통전원 및 유도전동기와 연결되는 스위치와, 상기 스위치 및 상기 유도전동기와 연결되고, 상기 유도전동기의 운전주파수를 변경하는 인버터를 포함하는 유도전동기용 제어장치의 구동방법에 있어서,
    상기 제어장치가 상기 스위치를 제어하여 상기 인버터의 사용유무를 선택하는 단계; 및
    상기 제어장치가 상기 선택된 결과에 따라 직입 구동방식 또는 인버터 구동방식으로 상기 유도전동기가 구동되도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 유도전동기용 제어장치의 구동방법.
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