KR200367006Y1 - 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치 - Google Patents

마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치 Download PDF

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KR200367006Y1
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Abstract

본 고안은 유도 전동기에서 20kW이하 전동기의 기동전류를 제한하기 위해 Y-Δ 결선에 의한 전동기 기동제어 장치에 의해 전류값을 제한하게 된다. 본 고안에서는 전동기 기동제어 장치의 전동기 주회로(9)는 무접점 릴레이(10),(11),(12)를 사용하여 접점 마모에 의한 고장 손실을 줄이고, 무접점 릴레이 동작전원은 마이크로프로세서(15) 내부에 입력된 프로그램 실행을 통해 Y-Δ기동 조건에 맞게 기동시간을 제어하여 공급하게 한다. 부하로 흐르는 전류는 CT(21)를 통해 측정하여 마이크로프로세서(15)에서 실시간으로 감시하며 과전류 및 지락전류 검출시 내부 프로그램이 실행되어 무접점 릴레이 주회로(9)의 동작을 정지시키게 한다. 이와 같이 전동기 기동제어 장치는 주회로(9), 과전류 검출(20)과 제어회로(18)를 일체화로 구성하여 설치공간의 복잡성을 해결하고, 내부배선을 단순화시켜 안정하고 경제적인 전동기 기동 제어장치 구현을 실현한다.

Description

마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치{Control Apparatus for starting the motor using the microprocessor and method thereof}
본 고안은 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동기를 기동, 운전하기 위하여 주회로에 무접점 릴레이를 사용하고, 제어회로에 마이크로프로세서와 과전류 및 지락전류를 검출하는 회로를 주회로와 일체적으로 구성하여 전동기 기동장치를 유접점 회로에서 접점마모에 의한 고장 및 전력손실을 저감하고, 설치공간을 최소화하며 고장전류를 신속 정확하게 차단하는 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치에 관한 것이다.
종래의 전자식 접촉 릴레이 주회로의 유접점 릴레이를 이용한 전동기 기동제어 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전동기 기동제어가 Y-Δ기동제어 방식으로서 전원이 공급되는 3상 4선의 연결단자(R,S,T,N) 가운데 단자(R)에 연결되어, ON 스위치(7)를 눌러 전동기를 기동시키기 위한 여자코일(5y,5m)과, 타이머 여자코일(6t)에서 설정된 시간이 지나면 Y기동 여자 코일(6y)가 소자되고 Δ결선이 되기 위한 여자코일(5d)과, 전동기로부터 과부하 발생시 동작하는 과부하계전기(49)로 구성된 제어장치(4)와; 상기 전원이 공급되는 3상4선식의 연결단자(R,S,T,N) 가운데 단자(R,S,T)에 대하여 전동기가 과부하시 동작하는 과부하계전기(49)와, 전원측 전자접촉기(2m)와, Y 결선이 이루어져 기동 동작을 제공하는전자접촉기(2y)와, 기동 후 Δ결선에 의해 운전하는 전자접촉기(2d)와, 부하 단자(U, V, W, X, Y, Z)에 연결된 3상 전동기기로 구성된 주회로(4)의 구조로 전형적인 기계식 제어장치를 갖는다.
여기에서 기동 제어시 유접점 회로의 접점을 갖는 기계식 릴레이에 의한 기동 제어장치는 내부 접점이 동작하면서 소음이 크며, ON-OFF시 불꽃에 의한 점점마모가 생기고, 또한 제어 회로를 구성하는데 있어서 전동기 Y-Δ기동제어 방식의 조건을 만족시키기 위해서는 기동시간이 필요로 하기 때문에 이를 위해서 제어회로에 타이머와 소형릴레이를 사용하게 된다. 이러한 릴레이에 의한 기동제어장치는 유접점 타이머(6t)로 릴레이회로를 구성하기 때문에 유접점의 반복동작에 의한 여자코일인 접점(5y,5m, 5d)이 자화되어 접점을 끌어당겨서 접점을 기계적으로 붙이고 해제하는 경우에 발생하는 기계적으로 마모로 인하여 장기간 사용시 고장 발생의 원인이 되고, 주회로 배선과 제어용 릴레이 회로(4) 배선이 복잡하여 보수 및 유지관리에 문제점을 가지고 있다.
이와 같이 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 본 고안은, 릴레이에 의한 기동 제어시 무접점 릴레이와 전동기 기동 제어회로를 마이크로프로세서를 이용하여 구현하고 과전류와 지락전류 검출회로와 같이 일체적으로 구성하여 기동 제어함으로써 Y-Δ 전동기 기동제어를 위해 여러 종류의 장치를 조합하여 구현함이 없고, 유접점 회로의 접점마모에 의한 고장을 방지하기 위해 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 일반적인 전동기 기동제어 장치의 회로도,
도 2는 본 고안에 따른 마크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치의 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전동기 기동회로 유접점 주회로 2 : 전자식 접촉릴레이 주회로 유접점
3 : 3상 유도전동기 4 : 전자 접촉기 제어회로
5 : 전자식 접촉릴레이 여자코일 6 : 타이머 여자코일
7 : 기동 및 정지 푸쉬버튼 스위치 8 : 정기, 운전, 과전류 표시등
9 : 전동기 기동회로 무접점 주회로 10 : 전원용 무접점 릴레이
11 : Y 기동용 무접점 릴레이 12 : Δ 운전용 무접점 릴레이
13 : 무접점 공급전원 차단용 릴레이 14 : 정지, 기동, 고장전류 표시 LED
15 : 마이크로프로세서 16 : 제어용 전원공급 장치
17 : 기동, 정지, 리셋 입력 스위치 19 : 포토커플러
20 : 과전류 및 지락전류 차단장치 21 : 부하전류 검출기
22 : 비교기 23 : 차동 증폭기
24 : A/D컨버터 49 : 과부하 계전기
본 고안은 상기한 목적을 달성하기 위한 것으로, 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치는 이하의 구성을 갖는다.
이하에서 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 2를 참조하여 본 고안을 설명하면 다음과 같이 더욱 명백히 이해될 수 있다.
하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 고안의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 고안의 설명을 위해 예시한 것으로 본 고안이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 고안에 따른 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동제어 장치는 도 2를 참조하면, 허용 가능한 전력 즉 20kW이하에서 전동기의 기동전류를 제한하기 위해 Y-Δ 결선에 의한 부하측 단자에 연결된 전동기(3)와, 접점 마모에 의한 고장 손실을 줄이는 무접점 릴레이 가능하도록 전원용 접점(10), Y결선용 접점(11),Δ결선용 접점(12)를 포함한 전동기의 무접점 주회로(9)와, 전원 공급장치(16)로부터 제공되는 전원이 입력되고 과전류와 지락전류의 고장전류를 검출하여 차단하는 과전류 및 지락전류 차단장치(20)와, 상기 전동기의 주회로(9)에 연결되고 무접점 릴레이의 동작전원을 차단하는 차단릴레이(13)를 통해 연결된 마이크로프로세서를 이용한 제어부(18)로 구성된다.
본 고안의 전동기 기동제어 장치에서 상기 제어부(18)는 차단릴레이(13)에연결되고 무접점 릴레이를 이용한 주회로(9)의 접점이 내부에 발광다이오드에 전류를 흘러 광학적으로 동작하는 포토트랜지스터를 갖는 포토커플러(19)와, 상기 포토커플러(19)를 동작시켜 무접점 릴레이 동작전원을 제어하는 마이크로프로세(15)와, 전동기의 기동과 정지스위치로 구성된 입력장치(17), 기동과 정지 표시등으로 이루어진 표시장치(14), 과전류와 지락전류의 이상신호를 검출하여 차단하는 과전류 및 지락전류 차단장치(20), 그리고 무접점 릴레이 동작 전원과 제어부의 입력전원을 공급해 주기위한 전원장치(16)로 구성된다.
상기 제어부(18)는 또한 마이크로프로세서(15) 내부에 입력된 프로그램 실행을 통해 Y-Δ기동조건에 맞게 기동시간을 제어하여 공급하게 한다. 부하로 흐르는 전류는 CT(21)를 통해 실시간으로 측정한 값을 A/D변환장치를 통하여 마이크로프로세서(15)로 입력되고, 마이크로프로세서에 내장된 프로그램에 의해 과전류 및 지락전류 검출시 무접점 릴레이 주회로(9)의 동작을 정지시키게 한다. 이와 같이 Y-Δ 전동기 기동제어 장치는 주회로(9), 과전류와 지락전류의 고장신호를 검출하여 차단하는 과전류 및 지락전류 차단장치(20)와 제어부(18)를 일체화(18)로 구성하여 설치공간의 복잡성을 해결하고, 내부배선을 단순화시켜 안정하고 경제적인 전동기 기동 제어장치 구현을 실현한다.
상기 제어부(18)에서 입력부(17)는 전동기 기동 제어 장치에 정보를 입력시키는 부분으로써 기동 스위치, 정지 스위치 그리고 리셋 스위치로 구성되어 있다. 기동 스위치와 정지 스위치는 전동기를 기동과 정지를 위해 사용되는데 동작과정은 수동과 자동 조작에 의해 이루어지며, 리셋 스위치는 과전류 검출 및 지락전류 검출시 전동기 운전이 멈추게 되는데 이에 따른 전동기 제어 장치를 초기화시키는 목적으로 사용된다. 기동 스위치와 정치스위치 조작은 외부로 확장이 가능하여 외부에서도 조작할 수 있도록 되어 있다.
다음, 본 고안의 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치에서 주회로는 무접점 릴레이를 사용하는 동작을 설명한다.
본 고안에 따른 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치의 바람직한 실시예의 전동기 Y-Δ기동제어 장치는 접점 자체가 반도체 스위칭 소자로 이루어져 있기 때문에 무접점 릴레이는 내부가 반도체 동작원리를 이용한 무접점 릴레이로써, 유접점 릴레이에 비하여 신뢰성이 뛰어나고, 저노이즈, 소형, 빠른 응답성, 기계적 진동이 없는 등의 우수한 특징을 가지고 있다. 본 고안에서는 위와 같은 무접점 릴레이의 주회로(9)를 이용하여 전동기 기동제어 장치를 내부적으로 기동과 운전조건에 맞게 결선하여 마이크로프로세서(15)의 제어동작에 의해 동작을 이루도록 한다.
상기 무접점 릴레이(9)는 전원 투입용 무접점 릴레이(10), Y 기동용 무접점 릴레이(11) 그리고 Δ운전용 무접점 릴레이(12)로 구성되며, 마이크로프로세서(15)에 입력되어 있는 명령어에 의해 전원투입용 무접점 릴레이(10)와 Y기동용 무접점 릴레이(11)는 동시에 동작이 되면 전동기는 기동이 된다. 기동 설정시간이 되면 마이크로프로세서 입력된 명령에 의해 설정시간후에는 Δ 운전용 무접점 릴레이(12)가 동작하게 된다. 마이크로세서(15)의 출력신호는 포토커플러(19)에 의해 무접점 릴레이의 입력전원과 전기적인 절연이 되어 있어 매우 안정적으로 동작이 될 수 있다. 또한 마이크로프로세서(15)를 이용한 전동기 기동 제어장치에서 마이크로프로세서(15)에 정보가 입력되면 내부 명령에 의해 출력 정보들을 제어된다. 여기에서 사용된 마이크로프로세서에 입력된 프로그램 명령어는 EEPROM에 기록되어 있으므로 정전이 되어도 항상 유지가 된다. 전동기 기동제어 장치가 제어부가 모듈형 탈부착 방식으로 되어 있기 때문에 고장 및 이상이 발생시 바로 교체가 가능하게 되어 있다.
전동기 기동 제어장치에서 과전류 차단 및 지락전류 차단장치는(20)는 지락전류를 검출하고 과전류와 지락전류의 고장 신호를 검출하여 차단하는 과전류 및 지락전류 차단장치(20)로 보호된다. 부하전류의 검출은 변류기 3대를 이용하여 전류를 검출하고 증폭기(23), 비교기(22) 그리고 A/D변환장치(24)로 구성되어 고장전류 검출시 차단릴레이(13)가 동작하여 전동기 주회로의 무접점 릴레이의 공급전원을 차단하고, 이와 동시에 마이크로프로세서 내부 프로그램 동작에 의해 출력도 차단이 되도록 하였다. 차단전류 설정범위는 가변저항을 조절하여 전류설정이 가능하고, 동작과정에 있어서 교류 과전류는 하드웨어방식과 소프트웨어 방식으로 동시에 검출하며 하드웨어방식에 의해 동작이 이루어진다. 따라서 이와 같은 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어 방식은 고장전류 검출시 확실하게 차단이 되어 전동기 및 기동제어장치를 확실히 보호하게 된다. 지락전류는 CT 3개를 사용하여 중성선 잔류회로의 지락전류를 검출하는 방식을 사용하여 전동기 및 기동제어 장치를 보호하게 된다.
따라서 본 고안의 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치는 기동제어시 일체적으로 기동 제어함으로써 전동기 기동제어를 위해 여러 종류의 장치를 조합함이 없이 무접점 릴레이의 주회로(9)로 구성되어, 유접점 회로의 접점마모에 의한 고장을 방지하고, 전력손실 및 기동 제어에 구성 요소들의 크기에 따른 슬림화를 얻을 수 있고, 회로 배선을 간단히 하여 유지 및 보수관리 측면에서 우수한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 전동기 기동 제어장치로서 무접점 릴레이와 주변 제어회로를 일체화는 기동 제어 회로의 구성이 내장되어 있기 때문에 외부적인 회로 구성을 비교하면 종래의 회로에 비해 아주 간소화 되어 고장을 최소화 할 수 있으며, 신뢰성이 좋고, 소형화 실현이 가능하며, 빠른 응답성, 기계적 진동이 없는 등의 우수하여 유지 보수에 대한 경제적 부담을 적게 할 수 있다. 전동기 및 기동 제어장치 보호에 있어서 전류를 실시간으로 검출하여 정보를 마이크로프로세서에 입력이 되어 과전류 및 지락전류 검출시 신속하게 회로를 차단하여 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라 전동기 특성에 따라 단자 구성에 의해 접속만 하면 비전문가도 쉽게 연결이 가능하여 효율적으로 관리할 수 있는 전동기 기동 제어 장치로 제공된다.
본 고안의 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 명세서에 예시된 기술적 범위를 통해 수정, 변경, 대체 부가가 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치에 있어서,
    허용 가능한 기준전력 기동전류를 제한하기 위해 Y-Δ 결선에 의한 전류값을 제한하는 유도 전동기(3)와, 접점 마모에 의한 고장 손실을 줄이는 무접점 릴레이가 가능하도록 전원용 접점(10), 기동 Y결선용 접점(11), 운전 Δ결선용 접점(12)를 포함한 전동기의 무접점릴레이의 주회로(9)와, 상기 주회로(9)에 연결되어 동작하는 전동기(2)와, 전원공급장치(16)로부터 제공되는 전원이 입력되고 과전류 및 지락전류를 검출하고 과전류와 지락전류의 고장신호를 검출하여 차단하는 과전류 및 지락전류 차단장치(20)와, 상기 전동기의 주회로(9)에 연결되고 무접점 릴레이를 위한 동작전원을 차단하는 차단릴레이(13)를 통해 연결된 제어부(18)로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(18)는 차단릴레이(13)에 연결되고 무접점 릴레이를 이용한 주회로(9)의 접점이 내부에 발광다이오드에 전류를 흘러 광학적으로 동작하는 포토트랜지스터를 갖는 포토커플러(19)와, 상기 포토커플러(19)를 동작시켜 무접점 릴레이 동작전원을 제어하는 마이크로프로세(15)와, 전동기의 기동과 정지스위치로 구성된 입력장치(17), 기동과 정지 표시등으로 이루어진 표시장치(14), 과전류와 지락전류를 검출하는 장치(20), 그리고 무접점 릴레이 동작 전원과 제어부의 입력전원을 공급해 주기위한 전원장치(16)로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부(18)는 무접점 릴레이를 사용하여 기동회로를 내부적으로 구성하고, 동작전원에 따를 출력을 마이크로프로세서(15)를 이용하여 제어를 하도록 주회로(9), 과전류와 지락전류의 이상신호를 검출하여 차단하는 과전류 및 지락전류 차단장치(20)과 제어부(18)를 일체로 구성하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부(18)는 과전류와 지락전류의 이상신호를 검출하여 차단하는 과전류 및 지락전류 차단장치(20)에 연결되어 부하전류를 실시간으로 검출하여 과전류 및 지락전류 검출시 전동기 주회로 공급전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(18)는 입력부(17)를 포함하고, 상기 입력부(17)는 전동기 기동 제어 장치에 정보를 입력시키는 부분으로써 기동 스위치, 정지 스위치 그리고 리셋 스위치로 구성하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 전동기 기동 제어장치.
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