WO2016072652A1 - 구동전류를 이용한 모터 제어장치 - Google Patents

구동전류를 이용한 모터 제어장치 Download PDF

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WO2016072652A1
WO2016072652A1 PCT/KR2015/011308 KR2015011308W WO2016072652A1 WO 2016072652 A1 WO2016072652 A1 WO 2016072652A1 KR 2015011308 W KR2015011308 W KR 2015011308W WO 2016072652 A1 WO2016072652 A1 WO 2016072652A1
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motor
excess
driving current
current
stop
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PCT/KR2015/011308
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Inventor
박운양
Original Assignee
박운양
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a motor control apparatus.
  • Motors that are widely used in industrial sites are damaged due to insulation breakdown when the temperature of the motor exceeds the limit temperature defined by insulation grade due to accumulation of heat generated by overload.
  • a method of generating an alarm signal or stopping the motor by detecting an overcurrent flowing in the motor is generally used.
  • FIG. 1 and 2 are views for explaining a motor control method by the conventional over-current detection.
  • the overcurrent reference is set to about 110 to 150% of the rated current of the motor, and then the time at which the measured drive current of the motor exceeds the overcurrent reference is set. It operates to stop the motor if it lasts longer than time.
  • the motor is controlled to stop at the same time even though the overcurrent amounts of the driving current A and the driving current B are different, thereby preventing the motor from being burned out by a sudden overcurrent. There is a limit to this.
  • the stop reference time for stopping the motor by differently applying the stop reference time for stopping the motor according to the magnitude of the overcurrent, not only the motor is protected from sudden overcurrent, but also the overdrive when the drive current of the motor intermittently exceeds the reference level.
  • the motor is burned out due to the heat accumulated due to the intermittent overcurrent generated during starting or normal operation of the motor.
  • the main object is to provide a motor control device that can be prevented.
  • the current measuring unit for measuring the drive current of the motor; Receiving information on the driving current from the current measuring unit, and for calculating a value accumulated in the amount of the excess driving current in which the driving current exceeds the reference level in the excess section in which the driving current exceeds the reference level. Excess current calculating unit; And a motor controller for controlling the motor to stop the motor when the accumulated value reaches a preset stop reference value.
  • the motor control apparatus may further include a reference value calculator configured to calculate the stop reference value based on the rated current of the motor and the reference level.
  • the motor control apparatus calculates the maximum allowable start time per hour based on the start time per hour of the motor, and generates a "maximum start time exceeded warning signal" when the start time per hour of the motor exceeds the maximum allowable start time per hour. Characterized in that it further comprises a maximum allowable number of maneuver to check.
  • the motor control apparatus may include a motor information receiver configured to receive motor information including a rated current of the motor and start times per hour; And a reference level receiving unit for receiving the reference level.
  • the excess current calculating unit may add up the excess driving current of the adjacent excess section if the time interval between adjacent excess sections is less than a preset reset time when the excess section is continued. If the time is greater than the reset time, the accumulated value is initialized.
  • the motor control apparatus further includes an immediate stop level receiving unit including first and second immediate stop levels, and stops the motor when the driving current exceeds the first immediate stop level after starting the motor. And stopping the motor when the driving current exceeds the second immediate stop level after a time point at which the driving current falls below the rated current after the motor is started.
  • the motor control unit may generate a warning signal when the accumulated value reaches a warning signal generation reference value that is set lower than the stop reference value.
  • the process of measuring the drive current of the motor Calculating a value obtained by accumulating the amount of excess driving current in which the driving current exceeds the reference level in an excess section in which the driving current exceeds a reference level; And controlling the motor to stop the motor when the accumulated value reaches a preset stop reference value.
  • the stop reference time for stopping the motor according to the magnitude of the overcurrent is differently applied without comparing the time for which the overcurrent is maintained with the reference time, regardless of the magnitude of the overcurrent. This has the effect of protecting the motor from sudden overcurrent.
  • 1 is a view for explaining the conventional technology.
  • FIG. 2 is a view for explaining a conventional technology when an intermittent overcurrent occurs.
  • FIG. 3 is a block diagram of a motor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation of the motor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining the operation of the motor control apparatus according to an embodiment of the present invention when an intermittent overcurrent occurs.
  • FIG. 6 is a view for explaining the operation of the motor control apparatus according to an embodiment of the present invention when starting and stopping are repeated.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a motor control method of the motor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • This embodiment proposes a motor control apparatus that can protect a motor from sudden overcurrent by applying different stop reference times for stopping the motor according to the magnitude of the overcurrent.
  • the stop reference time for stopping the motor according to the magnitude of the overcurrent is differently applied without comparing the time for which the overcurrent is maintained with the reference time, regardless of the magnitude of the overcurrent.
  • the present invention provides a motor control apparatus capable of improving safety by preventing burnout of a motor from sudden overcurrent compared to the prior art.
  • the driving current of the motor intermittently exceeds the reference level, the accumulated value of the excess driving current is calculated and the motor is controlled to stop the motor when the accumulated value reaches the stop reference value. It is also expected that the motor can be prevented from being burned out due to the accumulated heat due to the intermittent overcurrent generated during startup or normal operation.
  • the motor control apparatus 300 includes a motor information receiver 310, a reference value calculator 320, a reference level receiver 330, a maximum start count checker 340, and a motor controller 350. , The excess current calculating unit 360, the current measuring unit 370, the immediate stop level receiving unit 380 and the motor 30.
  • the motor information receiver 310 may be configured to receive motor information including a rated current of the motor 30, a start frequency per hour, and an insulation class.
  • the motor 30 is not limited to a specific motor, and various motors such as a single phase motor, a three phase motor, a DC motor, and an AC motor may be used.
  • the reference value calculator 320 calculates a stop reference value based on the information on the rated current of the motor 30 received from the motor information receiver 310 and the reference level received from the reference level receiver 330.
  • the reference level means a level that is a reference for determining whether the drive current of the motor 30 is a normal drive current or an excess current considered as an overcurrent, and sets the rated current value of the motor 30 as the reference level.
  • the reference level receiver 330 may be configured to receive the reference level.
  • the reference level may be received by a method such as an absolute value of the current or a percentage of the rated current.
  • the reference level is preferably set to a value of 100% to 120% of the rated current value of the motor 30, but is not limited thereto.
  • the maximum number of starts checking unit 340 calculates the maximum allowable starting time per hour of the motor 30 based on the number of starting times per hour received from the motor information receiving unit 310, and the maximum number of starting times per hour of the motor 30 is allowed per hour.
  • the motor control unit 350 may be configured to generate a "maximum number of start times exceeded warning signal" for preventing starting of the motor 30.
  • the maximum allowable starting frequency per hour is generally set based on the starting frequency per hour of the motor 30, but is not limited thereto. As such, the reason why the motor 30 is not started when the number of starting times per hour of the motor 30 exceeds the maximum allowable number of starting times per hour of the motor 30 is due to the excessive starting of the motor 30. ) To prevent burnout.
  • the excess current calculating unit 360 based on the information on the driving current of the motor 30 received from the current measuring unit 370 and the reference level received from the reference level receiving unit 330, the driving current of the motor 30 In the excess period exceeding the reference level, the value in which the driving current of the motor 30 exceeds the reference level is accumulated.
  • the current measuring unit 370 may be configured to measure the driving current of the motor 30.
  • the motor controller 350 accumulates the amount of the excess drive current in which the drive current of the motor 30 calculated by the excess current calculator 360 exceeds the reference level is equal to the stop reference value received from the reference value calculator 320. It may be configured to stop the motor 30 when it arrives. In addition, the motor control unit 350 may be configured to generate a warning signal when the accumulated value of the excess driving current reaches a warning signal generation reference value set lower than the stop reference value.
  • the immediate stop level receiving unit 380 is configured to receive the first immediate stop level and the second immediate stop level.
  • the first instantaneous stop level is the motor (if the drive current of the motor 30 exceeds the first instantaneous stop level after a time when the drive current of the motor 30 falls below the reference level after the motor 30 is started).
  • the excess current calculating unit 360 stops the motor 30 immediately without calculating the accumulated value of the amount of the drive current exceeding the reference level, and the second immediate stop level is set after the motor 30 is started.
  • the excess current calculating unit 360 does not calculate the accumulated value in which the driving current of the motor 30 exceeds the reference level, and immediately turns the motor 30. This is the value used to determine to stop.
  • the immediate stop level can be received by a method such as an absolute value of the current or a percentage of the rated current.
  • the first immediate stop level is set to a value of 150% to 200% of the rated current value of the motor 30, and the second instantaneous stop level is set to a value of 800% to 1,200% of the rated current value of the motor 30.
  • the second instantaneous stop level is set to a value of 800% to 1,200% of the rated current value of the motor 30.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation of the motor control apparatus 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the motor control apparatus 300 according to the present exemplary embodiment is operated to differently apply a stop reference time for stopping the motor 30 according to the magnitude of the overcurrent. That is, when the driving current of the motor 30 changes as A, the motor controller 350 stops the motor 30 at a time when the accumulated value S A of the excess driving current is equal to the stop reference value. When the drive current of 30) changes as B , the motor 30 is stopped so that the accumulated value S B of the excess drive current is equal to the stop reference value.
  • the stop time of the motor 30 differently according to the magnitude of the overcurrent of the motor 20, the safety of the system can be improved by preventing the motor 30 from being burned or destroyed by a sudden overcurrent. have.
  • FIG. 5 shows an operation section of the motor 30 (hereinafter, referred to as a “first operation section”) after the driving current of the motor 30 falls below the rated current of the motor 30 after starting the motor 30.
  • 2 is a view for explaining the operation of the motor control apparatus 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the excess current calculating unit 360 may include a section in which the driving current of the motor 30 exceeds the reference level (hereinafter, referred to as FIG. 5). Calculate the accumulated value (I, II, III, IV) of the drive current of the motor 30 exceeding the reference level (hereinafter referred to as 'overdrive current amount') in the 'over period'.
  • the motor control unit 350 determines that the motor 30 Stop).
  • the motor 30 is driven.
  • the excess current calculating unit 360 is divided into two cases as follows.
  • the time length of the section t 2 to t 3 (hereinafter, referred to as the normal section) in which the motor 30 is driven with a drive current below the reference level, such as the section after the excess section I, is reset time.
  • the excess current calculating unit 360 resets the value I accumulated in the calculated amount of the excess driving current to “0 (Zero)”.
  • the reset time T R is a time determined based on the rated current and the reference level of the motor 30.
  • the reset time T R may be calculated by the motor controller 350 or may be configured to be input from the outside. It is not.
  • the length of each of the normal sections (t 4 to t 5 and t 6 to t 7 ) between each excess section, such as excess section II, excess section III and excess section IV, is the length of the reset time T R.
  • the excess current calculating unit 360 continuously sums the accumulated values II, III, and IV of adjacent excess sections without initializing the accumulated value of the excess driving current. If the cumulative values of the overdrive currents, which have been summed up continuously, reach the stop reference value, the motor controller 350 stops the motor 30.
  • FIG. 6 shows an operation section of the motor 30 (hereinafter referred to as a “second operation section”) after the start of the motor 30 and before the driving current of the motor 30 falls below the rated current of the motor 30.
  • 2 is a view for explaining the operation of the motor control apparatus 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the second operating section shown in FIG. 6 represents a typical driving form of a motor that can be seen in equipment in which inching operation is repeated, such as a hoist provided in a crane.
  • the chunching movement is characterized by repeated starting and stopping of the motor for a short period of time.
  • the motor control apparatus 300 when the driving current of the motor 30 exceeds the reference level in the second driving section, as in the first driving section described above, the amount of excess driving current in each excess section. Calculate the accumulated value (A, B, C, D, E, F), and if the accumulated value (A, B, C, D, E, F) in each excess section reaches the stop reference value, 350 stops the motor 30.
  • the excess current calculating unit 360 initializes a value in which the calculated amount of the excess drive current is accumulated, and the time of the stop section.
  • the excess current calculating unit 360 continuously executes each accumulated value C, D, E, F without initializing the accumulated values C, D, E, F in adjacent excess sections. Add up.
  • the motor controller 350 stops the motor 30.
  • the maximum number of starting times per hour calculated by the maximum starting count checking unit 340 is exceeded.
  • the start frequency check unit 340 generates a "maximum start frequency exceeded warning signal" and transmits it to the motor controller 350 to prevent starting of the motor 30.
  • the motor is controlled to prevent starting of the motor. It is also expected to minimize the risk of damage to the motor, damage to the power system due to overcurrent, and related machinery.
  • the motor control method of the motor control apparatus 300 may include S710 to S790. Description of the motor control method of the motor control apparatus 300 according to an embodiment of the present invention is overlapped with the description of the configuration and operation of the motor control device 300 described above, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the current measuring unit 370 measures the driving current of the motor 30 (S720).
  • the excess current calculating unit 360 receives information about the driving current of the motor 30 to determine whether the driving current of the motor 30 exceeds the reference level (S730), and the driving current of the motor 30 sets the reference level. If exceeding, the value of accumulating the amount of excess driving current in each excess section is calculated (S740).
  • the motor controller 350 determines whether the accumulated value of the calculated excess driving current reaches the stop reference value (S750), and stops the motor 30 when the accumulated value reaches the stop reference value (S760). .
  • the period of the normal section in which the driving current of the motor 30 is kept below the reference level The length is calculated (S770).
  • the time length of the normal section is compared with the length of the reset time (S780). If the time length of the normal section is longer than the reset time, the accumulated value of the excess driving current is initialized (S790). If the time interval of the normal section is shorter than the reset time, the processes of S720 to S750 are repeatedly performed to add up the accumulated value of the excess driving current in the adjacent excess section.

Landscapes

  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Protection Of Generators And Motors (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 과전류의 크기에 따라 모터를 정지시키는 정지기준시간을 다르게 적용함으로써, 급격한 과전류로부터 모터를 보호할 뿐 아니라, 모터의 구동전류가 간헐적으로 기준레벨을 초과하는 경우, 초과구동전류의 양을 누적한 값을 계산하여 누적한 값이 정지기준값에 도달하면 모터를 정지시키도록 모터를 제어함으로써, 모터의 기동 또는 정상운전시 발생하는 간헐적 과전류로 인해 축적되는 열에 의한 모터의 소손을 방지할 수 있는 모터 제어장치에 관한 것이다.

Description

구동전류를 이용한 모터 제어장치
본 발명의 실시예는 모터 제어장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
산업현장에서 널리 사용되는 모터는 과부하에 의한 발열의 누적으로 모터의 온도가 절연등급에 의해 정해진 한계온도를 초과하는 경우 절연파괴로 인해 모터의 소손이 발생하게 된다. 이와 같은 모터의 소손을 방지하기 위해 모터에 흐르는 과전류를 검출하여 경보신호를 발생시키거나 또는 모터를 정지시키는 방식이 일반적으로 사용되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 과전류 검출에 의한 모터 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 과전류 검출에 의한 모터 제어방법은 과전류기준을 모터 정격전류의 110~150% 정도로 설정한 후, 측정된 모터의 구동전류가 과전류기준을 초과하는 시간이 설정된 기준시간 이상 지속되는 경우에 모터를 정지시키도록 동작한다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 제어방법으로는 구동전류 A와 구동전류 B의 과전류량이 서로 다름에도 불구하고 모터는 같은 시점에서 정지되도록 제어되기 때문에 급격한 과전류에 의한 모터의 소손을 방지하는 데 한계가 있다. 또한, 모터의 기동 시 일반적으로 정격전류의 6~7배의 크기로 발생하는 기동전류의 영향이 고려되기 어려울 뿐 아니라, 도 2에 도시된 바와 같이, 기동 후 정상운전상태에서 기준시간 이하의 짧은 시간 동안에만 발생하는 간헐적 과전류는 무시되기 때문에 간헐적 과전류에 의한 발열누적 등으로부터 모터를 보호하는 데는 한계를 갖게 된다. 발열로부터 모터를 보호하기 위해 모터의 내부에 열감지 센서를 설치하기도 하지만 추가적인 비용 발생 및 범용성의 한계에 따른 문제가 상존한다. 특히, 호이스트(Hoist)의 인칭(Inching) 작업과 같이 기동과 정지가 짧은 시간 내에 반복되는 모터의 운전의 경우, 반복되는 과도한 기동전류에 의해 발생되는 열로 인한 소손이 빈발하고 있어 이에 대한 효과적인 제어방법이 필요하다.
본 발명의 실시예는, 과전류의 크기에 따라 모터를 정지시키는 정지기준시간을 다르게 적용함으로써, 급격한 과전류로부터 모터를 보호할 뿐 아니라, 모터의 구동전류가 간헐적으로 기준레벨을 초과하는 경우, 초과구동전류의 양을 누적한 값을 계산하여 누적한 값이 정지기준값에 도달하면 모터를 정지시키도록 모터를 제어함으로써, 모터의 기동 또는 정상운전시 발생하는 간헐적 과전류로 인해 축적되는 열에 의한 모터의 소손을 방지할 수 있는 모터 제어장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 모터의 구동전류를 측정하기 위한 전류측정부; 상기 전류측정부로부터 상기 구동전류에 대한 정보를 수신하고, 상기 구동전류가 기준레벨을 초과하는 초과구간에서 상기 구동전류가 상기 기준레벨을 초과한 초과구동전류의 양을 누적한 값을 계산하기 위한 초과전류 연산부; 및 상기 누적한 값이 기 설정된 정지기준값에 도달하면 상기 모터를 정지시키도록 상기 모터를 제어하기 위한 모터제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치를 제공한다.
상기 모터 제어장치는, 상기 모터의 정격전류 및 상기 기준레벨에 기초하여 상기 정지기준값을 산출하는 기준값 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터 제어장치는, 상기 모터의 시간당 기동횟수를 근거로 시간당 최대허용 기동횟수를 산출하고, 상기 모터의 시간당 기동횟수가 상기 시간당 최대허용 기동횟수를 초과하는 경우 "최대기동횟수 초과 경고신호"를 생성하는 최대허용 기동횟수 확인부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터 제어장치는, 상기 모터의 정격전류 및 시간당 기동횟수를 포함하는 모터정보를 입력받기 위한 모터정보 수신부; 및 상기 기준레벨을 입력받기 위한 기준레벨 수신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 초과전류 연산부는, 상기 초과구간이 복수 개 이어지는 경우, 인접한 초과구간 사이의 시간간격이 기 설정된 리셋(Reset)시간보다 작으면 상기 인접한 초과구간의 초과구동전류를 합산하고, 상기 시간간격이 상기 리셋시간보다 크면 상기 누적한 값을 초기화하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터 제어장치는, 제1 및 제2 즉시정지레벨을 포함하는 즉시정지레벨 수신부를 더 포함하고, 상기 모터의 기동 후 상기 구동전류가 상기 제1 즉시정지레벨을 초과하는 경우 상기 모터를 정지시키고, 상기 모터의 기동 후 상기 구동전류가 상기 정격전류 이하로 떨어진 시점 이후에 상기 구동전류가 상기 제2 즉시정지레벨을 초과하는 경우 상기 모터를 정지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 모터제어부는, 상기 누적한 값이 상기 정지기준값보다 낮게 설정된 경고신호발생 기준값에 도달하면 경고신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예의 다른 측면에 의하면, 모터의 구동전류를 측정하는 과정; 상기 구동전류가 기준레벨을 초과하는 초과구간에서 상기 구동전류가 상기 기준레벨을 초과한 초과구동전류의 양을 누적한 값을 계산하는 과정; 및 상기 누적한 값이 기 설정된 정지기준값에 도달하면 상기 모터를 정지시키도록 상기 모터를 제어하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 종래 기술처럼 과전류의 크기에 관계없이 과전류가 지속되는 시간을 기준시간과 비교하여 모터를 정지시키지 않고, 과전류의 크기에 따라 모터를 정지시키는 정지기준시간을 다르게 적용함으로써, 급격한 과전류로부터 모터를 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 모터의 구동전류가 간헐적으로 기준레벨을 초과하는 경우, 초과구동전류의 양을 누적한 값을 계산하여 누적한 값이 정지기준값에 도달하면 모터를 정지시킴으로써, 모터의 잦은 기동 또는 정상운전시 발생하는 간헐적 과전류로 인해 축적되는 열에 의한 모터의 소손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 모터의 과열로 인한 소손 발생, 과전류에 의한 전력계통 이상 발생 및 관련 기계장치의 소손 발생 우려 등을 최소화할 수 있는 효과도 기대된다.
도 1은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 간헐적 과전류가 발생하는 경우 종래의 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 간헐적 과전류가 발생한 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 기동 및 정지가 반복되는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치의 모터 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 실시예는 과전류의 크기에 따라 모터를 정지시키는 정지기준시간을 다르게 적용함으로써, 급격한 과전류로부터 모터를 보호할 수 있는 모터 제어장치를 제안한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 기술처럼 과전류의 크기에 관계없이 과전류가 지속되는 시간을 기준시간과 비교하여 모터를 정지시키지 않고, 과전류의 크기에 따라 모터를 정지시키는 정지기준시간을 다르게 적용함으로써, 종래 기술에 비해 급격한 과전류로부터 모터의 소손을 방지함으로써 안전성을 제고할 수 있는 모터 제어장치를 제시한다. 또한, 모터의 구동전류가 간헐적으로 기준레벨을 초과하는 경우, 초과구동전류의 양을 누적한 값을 계산하여 누적한 값이 정지기준값에 도달하면 모터를 정지시키도록 모터를 제어함으로써, 모터의 잦은 기동 또는 정상운전시 발생하는 간헐적 과전류로 인해 축적되는 열에 의한 모터의 소손을 방지할 수 있는 효과도 기대된다.
먼저, 도 3를 참조하여, 본 실시예에 따른 모터 제어장치(300)의 구성에 대한 설명을 시작으로 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치(300)의 구성 및 동작을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 모터 제어장치(300)는 모터정보 수신부(310), 기준값 산출부(320), 기준레벨 수신부(330), 최대기동횟수 확인부(340), 모터제어부(350), 초과전류 연산부(360), 전류측정부(370), 즉시정지레벨 수신부(380) 및 모터(30)를 포함한다.
모터정보 수신부(310)는 모터(30)의 정격전류, 시간당 기동횟수 및 절연계급을 포함하는 모터정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 여기서, 모터(30)는 특정한 모터에 한정되지 않고, 단상 모터, 3상 모터, 직류 모터, 교류 모터 등 각종 모터가 사용될 수 있다.
기준값 산출부(320)는 모터정보 수신부(310)로부터 수신한 모터(30)의 정격전류에 대한 정보 및 기준레벨 수신부(330)로부터 수신한 기준레벨을 근거로 정지기준값을 산출한다. 여기서, 기준레벨은 모터(30)의 구동전류가 정상적인 구동전류인지 과전류로 간주되는 초과전류인지 여부를 판가름하기 위한 기준이 되는 레벨을 의미하며, 모터(30)의 정격전류값을 기준레벨로 설정하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 기준레벨 수신부(330)는 기준레벨을 수신하도록 구성될 수 있다. 기준레벨은 전류의 절대값 또는 정격전류 대비 백분율 등의 방법에 의해 수신될 수 있다. 여기서, 기준레벨은 모터(30)의 정격전류값의 100% 내지 120% 값으로 설정되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
최대기동횟수 확인부(340)는 모터정보 수신부(310)로부터 수신한 시간당 기동횟수를 근거로 모터(30)의 시간당 최대허용 기동횟수를 산출하고, 모터(30)의 시간당 기동횟수가 시간당 최대허용 기동횟수를 초과하는 경우, 모터(30)의 기동을 방지하기 위한 "최대기동횟수 초과 경고신호"를 생성하여 모터제어부(350) 전송하도록 구성될 수 있다. 시간당 최대허용 기동횟수는 모터(30)의 시간당 기동횟수를 근거로 설정되는 것이 일반적이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 모터(30)의 시간당 기동횟수가 모터(30)의 시간당 최대허용 기동횟수를 초과하게 되는 경우에 모터(30)를 기동시키지 않는 이유는 모터(30)의 무리한 기동으로 인한 모터(30)의 소손을 방지하기 위함이다.
초과전류 연산부(360)는 전류측정부(370)로부터 수신한 모터(30)의 구동전류에 대한 정보 및 기준레벨 수신부(330)로부터 수신한 기준레벨을 근거로, 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하는 초과구간에서 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하는 양을 누적한 값을 계산한다. 전류측정부(370)는 모터(30)의 구동전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
모터제어부(350)는 초과전류 연산부(360)가 계산한 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하는 초과구동전류의 양을 누적한 값이 기준값 산출부(320)로부터 수신한 정지기준값에 도달하는 경우 모터(30)를 정지시키도록 구성될 수 있다. 또한, 모터제어부(350)는 초과구동전류의 양을 누적한 값이 정지기준값보다 낮게 설정된 경고신호발생 기준값에 도달하면 경고신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.
초과전류 연산부(360) 및 모터제어부(350)의 동작에 대해서는, 도 3 및 도 4를 참조하며 이후 상세하게 설명하기로 한다.
즉시정지레벨 수신부(380)는 제1 즉시정지레벨 및 제2 즉시정지레벨을 수신하도록 구성된다. 여기서, 제1 즉시정지레벨은 모터(30)의 기동 후 모터(30)의 구동전류가 기준레벨 이하로 떨어진 시점 이후에 모터(30)의 구동전류가 제1 즉시정지레벨을 초과하는 경우 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하는 양을 누적한 값을 초과전류 연산부(360)가 계산하지 않고 모터(30)를 바로 정지시키고, 제2 즉시정지레벨은 모터(30)의 기동 후 모터(30)의 전류가 제2 즉시정지레벨을 초과하는 경우 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하는 양을 누적한 값을 초과전류 연산부(360)가 계산하지 않고 모터(30)를 바로 정지시키도록 판단하는 데 기준이 되는 값이다. 즉시정지레벨은 전류의 절대값 또는 정격전류 대비 백분율 등의 방법에 의해 수신될 수 있다. 여기서, 제1 즉시정지레벨은 모터(30)의 정격전류값의 150% 내지 200% 값으로 설정되고, 제2 즉시정지레벨은 모터(30)의 정격전류값의 800% 내지 1,200% 값으로 설정되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치(300)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 모터 제어장치(300)는 과전류의 크기에 따라 모터(30)를 정지시키는 정지기준시간을 차등적으로 다르게 적용하도록 동작된다. 즉, 모터제어부(350)는 모터(30)의 구동전류가 A와 같이 변하는 경우, 초과구동전류의 누적값(SA)이 정지기준값과 같아지는 시점에서 모터(30)가 정지되고, 모터(30)의 구동전류가 B와 같이 변하는 경우, 초과구동전류의 누적값(SB)이 정지기준값과 같아지는 시점에서 모터(30)가 정지되도록 제어한다. 이와 같이, 모터(20)의 과전류의 크기에 따라 모터(30)의 정지시간을 다르게 적용함으로써, 급격한 과전류에 의해 모터(30)가 소손 또는 파괴되는 것을 방지함으로써 시스템의 안전도를 제고하도록 구성할 수 있다.
도 5는 모터(30)의 기동 후 모터(30)의 구동전류가 모터(30)의 정격전류 이하로 떨어진 이후의 모터(30)의 운전구간(이하, '제1 운전구간'이라 함)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치(300)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 운전구간에서 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하면, 초과전류 연산부(360)는 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하는 구간(이하, '초과구간'이라 함)에서 기준레벨을 초과한 모터(30)의 구동전류의 양(이하 '초과구동전류의 양'이라 함)을 누적한 값(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)을 계산하고, 각 초과구간(초과구간Ⅰ, 초과구간Ⅱ, 초과구간Ⅲ 및 초과구간Ⅳ)에서의 누적값(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)이 정지기준값에 도달하면 모터제어부(350)는 모터(30)를 정지시킨다. 만약, 각 초과구간(초과구간Ⅰ, 초과구간Ⅱ, 초과구간Ⅲ 및 초과구간Ⅳ)에서의 누적값(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)이 정지기준값에 도달하지 않은 상태에서 모터(30)의 구동전류가 기준레벨 이하로 떨어지는 경우, 초과전류 연산부(360)는 다음과 같이 두 가지 경우로 나누어 동작하게 된다.
첫째, 초과구간Ⅰ 이후의 구간과 같이 모터(30)가 기준레벨 이하의 구동전류로 구동되는 구간(t2~t3)(이하, 정상구간'이라 함)의 시간 길이가 리셋(Reset)시간(TR)보다 긴 경우에, 초과전류 연산부(360)는 계산된 초과구동전류의 양을 누적한 값(Ⅰ)을 "0(Zero)"으로 초기화(Reset)한다. 여기서, 리셋시간(TR)은 모터(30)의 정격전류 및 기준레벨을 근거로 정해지는 시간으로 모터제어부(350)에 의해 산출되거나, 외부로부터 입력받도록 구성될 수 있으며, 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.
둘째, 초과구간Ⅱ, 초과구간Ⅲ 및 초과구간Ⅳ와 같이 각 초과구간 사이에 존재하는 정상구간(t4~t5 및 t6~t7) 각각의 시간 길이가 리셋시간(TR)의 길이보다 짧은 경우에는, 초과전류 연산부(360)가 초과구동전류의 양을 누적한 값을 초기화하지 않고 인접한 초과구간의 누적값(Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)을 연속하여 합산한다. 만약, 연속하여 합산한 초과구동전류의 누적값이 정지기준값에 도달하게 되는 경우 모터제어부(350)가 모터(30)를 정지시킨다.
이와 같이, 정상구간의 시간 길이가 리셋시간보다 짧은 경우 각 초과구간별 누적값을 연속하여 합산하고, 합산된 누적값이 정지기준값에 도달하는 경우 모터를 정지하도록 제어함으로써, 종래의 기술에 비해 간헐적인 초과전류에 의한 모터의 소손 가능성을 현저하게 감소시킬 수 있는 효과가 기대된다.
도 6은 모터(30)의 기동 후 모터(30)의 구동전류가 모터(30)의 정격전류 이하로 떨어지기 이전의 모터(30)의 운전구간(이하, '제2 운전구간'이라 함)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치(300)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 제2 운전구간은, 크레인에 구비되는 호이스트(Hoist)와 같이 촌동(Inching) 운전이 반복되는 장비에서 볼 수 있는 모터의 전형적인 구동 형태를 나타낸다. 촌동 운동은 모터의 기동 및 정지가 짧은 기간 동안 반복되는 특징이 있다. 본 실시예에 따른 모터 제어장치(300)는 제2 운전구간에서, 앞에서 설명한 제1 운전구간에서와 마찬가지로 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하면, 각 초과구간에서 초과구동전류의 양을 누적한 값(A,B,C,D,E,F)을 계산하고, 각 초과구간에서의 누적값(A,B,C,D,E,F)이 정지기준값에 도달하면 모터제어부(350)는 모터(30)를 정지시킨다. 만약, 각 초과구간에서의 누적값(A,B,C,D,E,F)이 정지기준값에 도달하지 않은 상태에서 모터(30)가 정지하여 모터(30)의 구동전류가 기준레벨 이하로 떨어지는 경우, 제1 운전구간에서와 유사하게 정지구간의 시간 길이가 리셋시간보다 긴 경우에, 초과전류 연산부(360)는 계산된 초과구동전류의 양을 누적한 값을 초기화하고, 정지구간의 시간 길이가 리셋시간보다 짧은 경우에, 초과전류 연산부(360)는 인접한 초과구간에서의 누적값(C,D,E,F)을 초기화하지 않고 각 누적값(C,D,E,F)을 연속하여 합산한다. 만약, 연속하여 합산한 초과구동전류의 누적값이 정지기준값에 도달하게 되는 경우 모터제어부(350)가 모터(30)를 정지시킨다. 또한, 앞에서 설명한 바와 같이 모터(30)의 기동 및 정지가 연속적으로 반복되어 모터(30)의 시간당 기동횟수가 최대기동횟수 확인부(340)에서 산출한 시간당 최대허용 기동횟수를 초과하는 경우, 최대기동횟수 확인부(340)는 "최대기동횟수 초과 경고신호"를 생성하고 모터제어부(350)로 전송하여 모터(30)의 기동을 막는다.
이와 같이, 모터의 시간당 기동 횟수가 시간당 최대허용 기동횟수를 초과하는 경우, 모터의 기동을 막도록 제어함으로써, 연속적인 촌동 운전에 따라 모터에 가해지는 막대한 크기의 기동전류에 의해 모터에 축적되는 열에 의한 모터의 소손, 과전류에 의한 전력계통 이상 및 관련 기계장치의 소손의 발생 우려 등을 최소화할 수 있는 효과도 기대된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치(300)의 모터 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 모터 제어장치(300)의 모터 제어방법은 S710 내지 S790을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어장치(300)의 모터 제어방법에 대한 설명은 앞에서 설명한 모터 제어장치(300)의 구성 및 동작에 대한 설명과 대부분 중복되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
모터(30)의 기동(S710) 이후, 전류측정부(370)가 모터(30)의 구동전류를 측정(S720)한다. 초과전류 연산부(360)는 모터(30)의 구동전류에 대한 정보를 수신하여 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하는지 판단하고(S730), 모터(30)의 구동전류가 기준레벨을 초과하는 경우 각 초과구간에서의 초과구동전류의 양을 누적한 값을 계산(S740)한다. 모터제어부(350)는 계산된 초과구동전류의 양을 누적한 값이 정지기준값에 도달했는지 여부를 판단(S750)하여 누적한 값이 정지기준값에 도달한 경우 모터(30)를 정지시킨다(S760).
이후, 초과구동전류의 양을 누적한 값이 정지기준값에 도달하기 전에 모터(30)의 구동전류가 기준레벨 이하로 떨어지면, 모터(30)의 구동전류가 기준레벨 이하로 유지되는 정상구간의 시간 길이를 계산(S770)한다. 정상구간의 시간 길이와 리셋 시간의 길이를 비교하여(S780), 정상구간의 시간 길이가 리셋 시간보다 길면 초과구동전류의 양을 누적한 값을 초기화한다(S790). 만약, 정상구간의 시간 길이가 리셋 시간보다 짧으면 인접한 초과구간에서의 초과구동전류의 양을 누적한 값을 합산하도록 S720 내지 S750의 과정을 반복하여 수행한다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
<부호의 설명>
300: 모터 제어장치
310: 모터정보 수신부 320: 기준값 산출부
330: 기준레벨 수신부 340: 최대기동횟수 확인부
350: 모터제어부 360: 초과전류 연산부
370: 전류측정부 380: 즉시정지레벨 수신부
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본 특허출원은 2014년 11월 04일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2014-0151807 호에 대해 미국 특허법 119(a)조(35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하면, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (8)

  1. 모터의 구동전류를 측정하기 위한 전류측정부;
    상기 전류측정부로부터 상기 구동전류에 대한 정보를 수신하고, 상기 구동전류가 기준레벨을 초과하는 초과구간에서 상기 구동전류가 상기 기준레벨을 초과한 초과구동전류의 양을 누적한 값을 계산하기 위한 초과전류 연산부; 및
    상기 누적한 값이 기 설정된 정지기준값에 도달하면 상기 모터를 정지시키도록 상기 모터를 제어하기 위한 모터제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어장치는,
    상기 모터의 정격전류 및 상기 기준레벨에 기초하여 상기 정지기준값을 산출하는 기준값 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어장치는,
    상기 모터의 시간당 기동횟수를 근거로 시간당 최대허용 기동횟수를 산출하고, 상기 모터의 시간당 기동횟수가 상기 시간당 최대허용 기동횟수를 초과하는 경우 "최대기동횟수 초과 경고신호"를 생성하는 최대허용 기동횟수 확인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어장치는,
    상기 모터의 정격전류 및 시간당 기동횟수를 포함하는 모터정보를 입력받기 위한 모터정보 수신부; 및
    상기 기준레벨을 입력받기 위한 기준레벨 수신부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초과전류 연산부는,
    상기 초과구간이 복수 개 이어지는 경우, 인접한 초과구간 사이의 시간간격이 기 설정된 리셋(Reset)시간보다 작으면 상기 인접한 초과구간의 초과구동전류를 합산하고, 상기 시간간격이 상기 리셋시간보다 크면 상기 누적한 값을 초기화하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어장치는,
    제1 및 제2 즉시정지레벨을 포함하는 즉시정지레벨 수신부를 더 포함하고,
    상기 모터의 기동 후 상기 구동전류가 상기 제1 즉시정지레벨을 초과하는 경우 상기 모터를 정지시키고, 상기 모터의 기동 후 상기 구동전류가 상기 정격전류 이하로 떨어진 시점 이후에 상기 구동전류가 상기 제2 즉시정지레벨을 초과하는 경우 상기 모터를 정지시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모터제어부는,
    상기 누적한 값이 상기 정지기준값보다 낮게 설정된 경고신호발생 기준값에 도달하면 경고신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  8. 모터의 구동전류를 측정하는 과정;
    상기 구동전류가 기준레벨을 초과하는 초과구간에서 상기 구동전류가 상기 기준레벨을 초과한 초과구동전류의 양을 누적한 값을 계산하는 과정; 및
    상기 누적한 값이 기 설정된 정지기준값에 도달하면 상기 모터를 정지시키도록 상기 모터를 제어하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
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