KR102114383B1 - 3상 모터 단락 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

3상 모터 단락 검출 장치가 개시된다. 상기 3상 모터 단락 검출 장치는 인버터 회로 출력단 각 상의 분기선에 연결되는 전압 강하부, 상기 전압 강하부와 직렬로 연결되는 스위치부, 상기 전압 강하부의 전압을 측정하는 전압 측정부 및 상기 전압 측정부에서 측정한 전압값의 차이를 이용하여 단락을 검출하는 제어부를 포함한다.

Description

3상 모터 단락 검출 장치{SHORT CIRCUIT DETECTOR FOR 3-PHASE MOTOR}
본 발명은 3상 모터 단락 검출 장치에 관한 것이다.
3상 모터의 고정자권선에 3상 교류전압을 인가하면 이에 의하여 회전자계가 발생하고 회전자가 이 자속을 끊으면서 회전자도체에 전류가 발생한다.
인버터 회로는 3상 모터에 공급되는 전압과 주파수를 변환시키는 전력변환장치로 상용전원으로부터 공급된 전압과 주파수를 부하조건에 맞도록 가변시켜 모터에 공급함으로써 모터가 요구하는 속도로 운전할 수 있도록 제어하는 속도제어장치를 의미한다.
인버터 회로는 복수개의 스위치 소자로 구성되며 스위치 소자의 반복되는 온(ON)/오프(OFF)동작에 의하여 모터가 요구하는 조건에 맞는 전압과 주파수를 출력한다. 인버터 회로의 출력단은 3상 모터의 각 상에 연결되어 전압을 공급하게 된다.
인버터 회로와 3상 모터는 상호간 연결되어 있어 3상 모터에 단락이 발생하였을 경우에 인버터 회로가 파손될 위험이 있다. 또한, 단락으로 인하여 모터의 정상 구동이 불가능하게 되며 모터의 비정상 구동은 연결된 다른 소자의 고장을 야기할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 3상 모터의 단락(short)상태를 검출하여 모터의 정상 구동을 유지할 수 있도록 하며, 인버터 회로의 파손을 방지할 수 있는 3상 모터 단락 검출 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 3상 모터로 연결되는 인버터 회로의 출력단으로부터 분기되는 3상 모터 단락 검출 장치에 있어서, 상기 인버터 회로 출력단 각 상의 분기선에 연결되는 전압 강하부, 상기 전압 강하부와 직렬로 연결되는 스위치부, 상기 전압 강하부의 전압을 측정하는 전압 측정부 및 상기 전압 측정부에서 측정한 전압값의 차이를 이용하여 단락을 검출하는 제부를 포함하는 3상 모터 단락 검출 장치를 제공한다.
상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 인버터 회로에 전압이 인가되는 기준상(相)을 제외한 나머지 2개의 상을 온(ON)상태로 유지할 수 있다.
상기 제어부는 인버터 회로에 전압이 인가되는 기준상을 순차적으로 변경할 수 있다.
상기 제어부는 단락이 검출되는 제1시점의 기준상과, 순차적으로 변경되어 단락이 검출되는 제2시점의 기준상간에 단락이 발생한 것으로 검출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전압 측정부에서 측정한 전압값이 기 설정된 오차를 초과하는 경우 단락을 검출할 수 있다.
본 발명인 3상 모터 단락 검출 장치는 3상 모터의 단락(short)상태를 검출하여 모터의 정상 구동을 유지할 수 있도록 하며, 인버터 회로의 파손을 방지할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 3상 모터 단락 검출 장치의 인버터 회로와 3상 모터와의 연결 구성 블록도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 3상 모터 단락 검출 장치의 인버터 회로와 3상 모터와의 연결 회로도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 3상 모터 단락 검출 장치의 구성 블록도,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 측정부의 측정 전압값을 도시한 그래프 및
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 단락 검출을 검출하기 위한 논리 테이블이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 3상 모터 단락 검출 장치의 인버터 회로와 3상 모터와의 연결 구성 블록도, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 3상 모터 단락 검출 장치의 인버터 회로와 3상 모터와의 연결 회로도 및 도3은 본 발명의 일실시예에 따른 3상 모터 단락 검출 장치의 구성 블록도이다.
도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3상 모터 단락 검출 장치(200)는 3상 모터(300)로 연결되는 인버터 회로(100)의 출력단으로부터 분기되는 분기선에 연결될 수 있다.
먼저, 인버터 회로(100)는 복수개의 스위치 소자(110~160)가 연결되어 3상 모터(300)에 공급 전압을 전달하는 것을 제어할 수 있다. 복수개의 스위치 소자(110~160)는 예를 들면, FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), SCR(Silicon-controlled rectifier), GTO사이리스터(Gate-Turn-Off Thyristor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)등의 소자에서 선택되는 6개의 스위치 소자로 구성될 수 있다.
인버터 회로(100)의 스위치 소자는 3개의 하이 레벨 스위치 소자(110~130)와 3개의 로우 레벨 스위치 소자(140~160)가 각각 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 하이레벨 스위치 소자(110~130)는 일단은 공급 전원에 연결되어 있으며, 타단은 3상 모터(300)의 각 상에 연결되어 있다. 로우레벨 스위치 소자(140~160)는 일단은 3상 모터(300)의 각 상에 연결되어 있으며, 타단은 접지되어 있다.
인버터 회로(100)의 출력단은 3상 모터(300)의 각 상으로 연결되는 하이레벨 스위치 소자(110~130)의 타단과 로우레벨 스위치 소자(140~160)의 일단을 의미한다.
3상 모터 단락 검출 장치(200)는 인버터 회로(100)의 출력단으로부터 분기되는 각 상의 분기선과 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3상 모터 단락 검출 장치는 전압 강하부(210), 스위치부(220), 전압 측정부(230), 제어부(240) 및 접지부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
전압 강하부(210)는 인버터 회로(100) 출력단 각 상의 분기선에 직렬 연결되는 저항 소자로 구성될 수 있다. 전압 강하부(210)의 일단은 인버터 회로(100)의 출력단 각 상의 분기선에 연결되며 타단은 스위치부(220)에 연결될 수 있다.
스위치부(220)는 전압 강하부(210)에 각각 직렬로 연결될 수 있다. 스위치부(220)는 예를 들면, FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), SCR(Silicon-controlled rectifier), GTO사이리스터(Gate-Turn-Off Thyristor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)등의 소자로 구성될 수 있으며, 일단은 전압 강하부(210)에 연결되고, 타단은 접지부(250)에 연결될 수 있다.
전압 측정부(230)는 전압 강하부(210)에 각각 병렬로 연결되어 전압 강하부(210) 각 상의 전압을 측정하여 출력할 수 있다.
제어부(240)는 인버터 회로(100), 스위치부(220), 전압 측정부(230)와 연결되어 동작을 제어할 수 있으며, 전압 측정부(230)에서 측정한 전압값의 차이를 이용하여 3상 모터(300) 또는 인버터 회로(100)의 단락을 검출할 수 있다.
제어부(240)는 전압 측정부(230)에서 측정한 전압값이 기 설정된 오차를 초과하는 경우에 단락이 발생한 것으로 검출할 수 있다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 측정부의 측정 전압값을 도시한 그래프이다.
도4(a)를 참조하면, 단락이 발생하지 않은 정상의 경우에 전압 측정부의 각 상의 측정 전압 V1, V2, V3는 약 10V에 수렴하는 것을 확인할 수 있다.
그러나 도4(b)를 참조하면, 기준상이 U상인 경우, V상, W상에 대한 전압 측정부의 측정 전압 V2, V3는 정상의 경우와 비교하여 높게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
단락이 발생한 경우 전압이 높게 측정되는 이유는 인버터 회로에서 출력되는 전류가 3상 모터를 거치지 않고 단락된 부분으로 흐르기 때문이다.
다시 도1내지 도3을 참조하면, 제어부(240)는 인버터 회로(100)의 스위치 소자를 제어하여 인버터 회로(100)의 기준상에 전압이 인가되도록 할 수 있다. 제어부(240)는 기준상을 하나로 설정하여 기준상을 제외한 나머지 상에는 전압이 인가되지 않도록 하고, 전압이 인가되지 않은 나머지 상에 대하여서는 3상 모터 단락 검출 장치의 스위치부(220)가 온(ON)상태가 되도록 제어할 수 있다.
제어부(240)는 인버터 회로(100)에 전압이 인가되는 기준상을 순차적으로 변경하며, 기준상의 변경에 맞추어 온(ON)상태로 유지되는 스위치부(220)의 상도 변경할 수 있다.
제어부(240)는 전압 측정부(230)에서 측정한 전압값의 차이를 이용하여 단락을 검출하되, 단락이 검출되는 제1시점의 기준상과, 순차적으로 변경되어 단락이 검출되는 제2시점의 기준상간에 단락이 발생한 것으로 검출할 수 있다.
예를 들어 기준상이 U상일 때를 제1시점이라고 한다면, 제1시점에서 전압 측정부(230)는 V상과 W상의 전압을 측정하여 제어부(240)에 전달한다. 제어부(240)는 측정된 전압값을 정상 동작시의 전압값과 비교하여 기 설정된 오차값을 초과하는 경우에 U상과 V상 또는 U상과 W상간에 단락이 발생한 것으로 검출한다.
제어부(240)는 기준상을 순차적으로 U상 -> V상으로 변경하고, 변경된 제2시점에서 전압 측정부(230)는 U상과 W상의 전압을 측정하여 제어부(240)에 전달한다. 제어부(240)는 측정된 전압값을 정상 동작시의 전압값과 비교하여 기 설정된 오차값을 초과하는 경우에 U상과 V상간에 단락이 발생한 것으로 검출한다.
제어부(240)는 기준상을 순차적으로 V상 -> W상으로 변경하고, 변경된 또 다른 제2시점에서 전압 측정부(230)는 U상과 V상의 전압을 측정하여 제어부(240)에 전달한다. 제어부(240)는 측정된 전압값을 정상 동작시의 전압값과 비교하여 기 설정된 오차값을 초과하는 경우에 U상과 W상간에 단락이 발생한 것으로 검출한다. 즉, U상, V상, W상 상호간에 모두 단락이 발생한 것으로 검출한다.
기준상이 V상일 때 단락이 검출되지 않는다면, 제어부(240)는 기준상을 순차적으로 V상 -> W상으로 변경하고, 변경된 제2시점에서 전압 측정부(230)는 U상과 V상의 전압을 측정하여 제어부(240)에 전달한다. 제어부(240)는 측정된 전압값을 정상 동작시의 전압값과 비교하여 기 설정된 오차값을 초과하는 경우에 U상과 W상간에 단락이 발생한 것으로 검출한다.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 단락 검출을 검출하기 위한 논리 테이블이다.
도5를 참조하면, 제어부는 단락이 검출된 제1시점에서의 기준상과 나머지 상간에 단락이 발생한 것으로 판단한다. 제어부는 기준상을 순차적으로 변경하고, 변경된 제2시점에서 단락이 검출된다면 제2시점에서의 기준상이 제1시점에서의 기준상과 단락이 발생한 것으로 검출한다. 제어부는 계속해서 기준상을 변경할 수 있으며, 변경된 또 다른 시점에서 단락이 검출된다면 3상 모두에서 단락이 발생한 것으로 검출한다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 인버터 회로
200: 3상 모터 단락 검출 장치
210: 전압 강하부
220: 스위치부
230: 전압 측정부
240: 제어부
250: 접지부
300: 3상 모터

Claims (5)

  1. 3상 모터로 연결되는 인버터 회로의 출력단으로부터 분기되는 3상 모터 단락 검출 장치에 있어서,
    상기 인버터 회로의 출력단 각 상의 분기선에 연결되는 전압 강하부,
    상기 전압 강하부와 직렬로 연결되는 스위치부,
    상기 전압 강하부의 전압을 측정하는 전압 측정부 및
    상기 전압 측정부에서 측정한 전압값의 차이를 이용하여 단락을 검출하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 상기 인버터 회로에 전압이 인가되는 기준상(相)을 제외한 나머지 2개의 상을 온(ON)상태로 유지하며, 상기 인버터 회로에 전압이 인가되는 기준상을 순차적으로 변경하여 단락이 검출되는 제1시점의 기준상과, 순차적으로 변경되어 단락이 검출되는 제2시점의 기준상간에 단락이 발생한 것으로 검출하는 3상 모터 단락 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전압 측정부에서 측정한 전압값이 기 설정된 오차를 초과하는 경우 단락을 검출하는 3상 모터 단락 검출 장치.
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