KR20040076378A - Control circuit for stop of hybrid motor starter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 모터 스타터(HMS: Hybrid Motor Starter)의 전동기 정지 제어기술에 관한 것으로, 특히 전자식 개폐기(electromagnetic contactor)와 전자식 모터 보호릴레이(EMPR: Electronic Motor Protection Relay)가 직렬로 연결되어 전동기를 직접 기동하거나 스타-델타 결선 변경에 의한 소프트 스타터 등의 방식으로 전동기를 기동하는 전동기 기동 및 보호 장치에서, 최적의 정지 제어에 의해 전동기를 보다 유연하게 정지시킬 수 있도록 한 하이브리드 모터 스타터의 정지 제어회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor stop control technology of a hybrid motor starter (HMS). In particular, an electromagnetic contactor and an electronic motor protection relay (EMPR) are connected in series to directly control a motor. In the motor starting and protecting device which starts the motor by a soft starter or the like by a soft starter by changing the star-delta connection, the stop control circuit of the hybrid motor starter which allows the motor to be stopped more flexibly by optimum stop control. It is about.
일반적으로, 전동기(Motor)를 기동시키는 방식에는 전자식 개폐기를 이용하여 전원 전압을 직접 전동기에 공급하는 직입 기동방식, 3개의 전자식 개폐기를 사용하여 유도전동기의 권선을 기동시에는 스타 결선 형태로, 운전 중에는 델타 결선 형태로 절환시키는 스타-델타 소프트 스타터(Soft Starter) 방식이 있다.In general, the motor starts the direct-type start method of supplying the power supply voltage directly to the motor using an electronic switch, and the star connection when the winding of the induction motor is started by using three electronic switches. One of them is the Star-Delta soft starter method, which switches to the delta connection form.
그런데, 상기 직입 기동방식은 전동기에 많은 돌입전류를 유발시켜 전동기를 손상시키게 될 뿐만 아니라, 개폐기의 접점부도 손상시키게 되는 문제점이 있다.By the way, the direct start method causes a lot of inrush currents to the motor, which not only damages the motor, but also damages the contact portion of the switch.
또한, 스타-델타 소프트 스타터 방식은 별다른 돌입전류를 유발시키지 않지만 개폐기를 3개나 필요로 하고, 주변에 타이머나 보조 스위치 등을 사용해야 하며, 경우에 따라 스타-델타 결선 변경을 지원하지 못하는 전동기도 있기 때문에 모든 경우에 사용할 있는 방식이 되지 못한다.In addition, the star-delta soft starter method does not cause any inrush current, but requires three switchgear, use a timer or auxiliary switch around, and some motors do not support star-delta connection change. This is not the way to use it in all cases.
한편, 상기 두 가지 방식은 모두 전동기를 정지시키고자 할 때, 인가 전원을 즉시 차단하는 방법으로 전동기를 정지시키게 되는데, 이 경우 펌프 등의 부하가걸린 상태에서 즉시 전원을 차단하면 전동기의 갑작스런 정지로 인하여 큰 수격현상이 발생되고, 이에 의해 시스템이 손상되는 문제점이 있었다.On the other hand, when both of the above methods to stop the motor, the motor is stopped by a method of immediately shutting off the power supply, in this case, if the power is cut off immediately under the load of the pump, such as a sudden stop of the motor As a result, a large water hammer occurs, thereby causing a problem of damage to the system.
이러한 문제점을 모두 해결하기 위한 방법은 전동기 인가전압의 레벨을 제어할 수 있는 SSSS(SSSS: Solid-state Switched Soft Srarter)를 사용하거나, VVVF(VVVF: Variable Voltage Variable Frequency) 제어기를 사용는 것이 바람직 하지만, 이러한 장비의 가격이 통상의 스타-델타 기동 방식의 장비에 비하여 상당히 고가이기 때문에 적용하는데 어려움이 있었다. 또한, 반도체 스위치로만 구성된 SSSS는 전류 통전 시 스위치 양단의 손실 때문에 열이 발생하므로 이를 방지하기 위해 히트 싱크(Heat Sink)를 필요로 한다.In order to solve all these problems, it is preferable to use SSSS (Solid-state Switched Soft Srarter) or VVVF (VVVF) controller. The price of such equipment is difficult to apply because it is considerably more expensive than conventional star-delta maneuvered equipment. In addition, SSSS, which is composed only of semiconductor switches, generates heat due to loss of both ends of the switch when current is energized and requires a heat sink to prevent this.
한편, 전동기의 운전 중에도 역상, 결상, 불평형, 과부하, 과전류 등을 감시하고, 그 감시 결과를 근거로 전동기에 공급되는 전원의 이상유무를 판단하여 전동기를 보호해 주는 전자식모터 보호용 릴레이(EMPR : Electronic Motor Protection Relay)가 사용된다. 그러나, 통상적으로 이러한 전동기 기동장치 및 EMPR이 단독으로 사용되기 보다는 MCC(MCC : Motor Control Center)라는 판넬 내에 단위 랙(Rack) 형태로 장착되어 사용되기 때문에 이러한 장치들을 서로 연결하는 배선작업을 필요로 한다. 따라서, 이러한 단위 랙 제작 시 배선 작업이 간단하고 주어진 공간 내에서 가능한 많은 랙을 장착할 수 있다면 판넬 제조 비용을 많이 절감할 수 있는 장점이 있기 때문에 MCC 제조업체에 큰 반향을 일으킬 수 있게 된다. 결국, 부피가 적으면서도 전동기를 부드럽게 기동시킬 수 있는 장치가 절실하게 요구되고 있는 실정에 있다.On the other hand, an electric motor protection relay (EMPR: Electronic) that monitors reverse phase, phase loss, unbalance, overload, overcurrent, etc., and protects the motor based on the monitoring result by judging whether there is a problem with the power supplied to the motor. Motor Protection Relay) is used. However, since the motor starting device and the EMPR are usually used in a unit rack form in a panel called a motor control center (MCC), wiring work for connecting these devices to each other is required. do. Therefore, when manufacturing such a unit rack, the wiring work is simple, and as much racks as possible in a given space can greatly reduce the panel manufacturing cost, which can cause a great response to the MCC manufacturer. As a result, there is an urgent need for a device capable of smoothly starting the motor while having a small volume.
도 1은 종래 기술에 의한 전동기의 기동, 정지 및 보호, 감시 기능을 갖는 MCC용 단위 랙의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 3상 전원단자(R,S,T)가 회로차단기(MCCB)(11)를 통해 전자식 모터보호용 릴레이부(EMPR)(12)에 접속되고, 그 릴레이부(12)의 출력단이 한편으로는 전원용 개폐기(13)의 3개의 접점을 각기 통해 전동기(16)의 U,V,W 권선에 접속되며, 다른 한편으로는 운전용 개폐기(14)를 통해 상기 전동기(16)의 권선(X,Y,Z)에 접속되어 그 각각의 접속점이 기동용 개폐기(15)의 3 접점에 각기 접속되고, 보조회로(17)가 상기 전자식 모터보호용 릴레이(12)와 상기 3개의 개폐기(13),(14),(15)에 연결되어 시퀀스 제어를 담당하게 구성된 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.1 is a block diagram of a unit rack for an MCC having a start, stop, protect, and monitor function of a motor according to the prior art. As shown therein, three-phase power supply terminals R, S, and T are circuit breakers MCCB. (11) is connected to an electronic motor protection relay (EMPR) 12, the output terminal of the relay unit 12 on the one hand U of the electric motor 16 through each of the three contacts of the power switch 13; , V, W windings, on the other hand, are connected to the windings X, Y, and Z of the electric motor 16 through a driving switch 14 so that each connection point of the starting switch 15 The auxiliary circuit 17 is connected to each of the three contacts, and the auxiliary circuit 17 is connected to the electronic motor protection relay 12 and the three switches 13, 14, and 15 to perform sequence control. This is as follows.
먼저, 전동기(16)가 기동할 때의 동작을 살펴보면, 회로 차단기(11)의 세 접점이 단락(on)되면, 이에 의해 전자식 모터보호용 릴레이부(12)의 제어회로에 전원이 공급되고, 이때부터 그 전자식 모터보호용 릴레이부(12)는 전동기(16)의 선로에 공급되는 전류를 계속 감시하기 시작한다.First, referring to the operation when the electric motor 16 is started, when the three contacts of the circuit breaker 11 is shorted (on), thereby power is supplied to the control circuit of the electronic motor protection relay unit 12, where Since the electronic motor protection relay unit 12 continues to monitor the current supplied to the line of the electric motor (16).
이와 같은 상태에서, 보조회로(17)에 연결된 기동 스위치(푸쉬 버튼)으로부터 명령이 전달되면, 전원용 개폐기(13)와 기동용 개폐기(15)의 접점이 단락되고, 이에 의해 전동기(16)는 스타결선(또는 Y결선) 형태가 되어 회전을 시작한다.In this state, when a command is transmitted from the start switch (push button) connected to the auxiliary circuit 17, the contact point of the power switch 13 and the start switch 15 is short-circuited, whereby the electric motor 16 is a star. It starts to rotate in the form of connection (or Y connection).
이때, 전동기(16)의 결선에 인가되는 전압은 정격 전압의배의 정격 전압만 인가된다. 이와 같이 전동기(16)에 인가되는 전압이 낮기 때문에 초기의 돌입전류는 상당히 감소된다. 하지만, 일정 시간이 경과된 후에 기동용 개폐기(15)를 개방(off)시키고, 운전용 개폐기(14)를 단락시키면 전동기(16)의 결선 형태가 델타형태로 전환되어 이때부터 전동기(16)에 정격전압이 공급된다. 이러한 동작을 위해 보조회로(17)에는 타이머, 보조 계전기, 푸쉬버튼 등이 필요하게 된다.At this time, the voltage applied to the connection of the motor 16 is Only the rated voltage of the ship is applied. As such, since the voltage applied to the electric motor 16 is low, the initial inrush current is significantly reduced. However, if the starter switch 15 is opened after a predetermined time has elapsed and the drive switch 14 is shorted, the wiring form of the electric motor 16 is switched to the delta form, and from this time, the motor 16 is turned on. The rated voltage is supplied. For this operation, the auxiliary circuit 17 requires a timer, an auxiliary relay, a push button, and the like.
다음에 전동기(16)의 정지 동작은, 보조회로(17)에 연결된 정지 스위치로부터 정지 명령이 전달되면, 상기 전원용 개폐기(13)와 운전용 개폐기(14)를 즉시 동시에 개방시켜 그 전동기(16)에 인가되는 전원이 차단되고, 이에 의해 전동기(16)는 부하 토크에 따라 정지하게 된다.Next, when the stop command is transmitted from the stop switch connected to the auxiliary circuit 17, the stop operation of the motor 16 immediately opens the power switch 13 and the drive switch 14 at the same time, and the motor 16 Power applied to the power supply is cut off, whereby the electric motor 16 is stopped according to the load torque.
한편, 전자식 모터보호용 릴레이부(12)는 전동기(16)가 회전을 시작하여 전류가 흐르기 시작하면 그 전동기(16)에 흐르는 전류를 연속적으로 측정하면서 전원 전압의 위상 순서를 점검하여 역상인지 정상인지를 판단하게 된다. 만약, 이상이 발견되면 곧바로 상기 전원용 개폐기(13)를 개방시켜 전동기(16)에 공급되는 전원을 차단시킨다.On the other hand, when the electric motor 16 starts to rotate and the electric current starts to flow, the electronic motor protection relay unit 12 continuously checks the phase sequence of the power supply voltage while measuring the current flowing through the electric motor 16 to determine whether it is reversed or normal. Will be judged. If an abnormality is found, the power supply switch 13 is immediately opened to cut off the power supplied to the electric motor 16.
또한, 기동 중에도 전동기(16)에 공급되는 전류량이 규정치 이상으로 증가하여 규정된 시간 이상 지속되면 전동기(16)를 보호하기 위하여 전원용 개폐기(13)를 개방시키고, 전동기(16)에 연결된 선로의 이상이나 전동기(16) 자체 권선의 이상에 의해 결상이 발생되는 경우에도 그 전원용 개폐기(13)를 개방시켜 전동기(16)를 보호하는 역할이 수행된다.In addition, if the amount of current supplied to the motor 16 increases even more than the specified value and continues for a predetermined time even during starting, the power supply switch 13 is opened to protect the motor 16, and an abnormality in the line connected to the motor 16 is achieved. In addition, even when an image is generated due to an abnormality in the winding of the motor 16 itself, the power supply switch 13 is opened to protect the motor 16.
그러나, 이와 같은 종래의 기술에 있어서는 기동 시 돌입전류량을 상당히 줄일 수 있지만, 완전한 소프트 스타터 특성을 갖지 못하며, 인가 전원을 즉시 차단하는 방식으로 전동기를 정지시키게 되는데, 이때 펌프 등의 부하가 걸려 있으면전동기의 갑작스런 정지로 인하여 큰 수격현상이 발생되는 등의 문제점이 있었다. 더욱이 3개의 개폐기와 1 개의 타이머 및 1 개의 보조 계전기가 필요하기 때문에 이들을 위해 많은 공간을 할애해야 되고, 이들을 연결하기 위한 선도 복잡하기 때문에 MCC반에 장착시킬 때 매우 불리한 조건을 갖게 된다. 뿐만 아니라, 전동기의 개폐가 빈번한 경우에는 개폐기 접점에서 발생하는 아크 때문에 개폐기의 접점이 쉽게 손상되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 솔리드 스테이트 스위치로 구성되어 있는 소프트 스타터를 사용하게 되는데, 이와 같은 경우, 소프트 스타터 자체의 가격이 인버터나 VVVF보다 저렴(1/3 정도의 가격)하지만 여전히 개폐기로 구성된 스타-델타 기동 방식에 비해서는 비싼 편이다. 또한, 솔리드 스테이트 스위치로 구성된 소프트 스타터의 크기도 반도체 스위치에 의한 연속운전을 고려한 설계로 인하여 부피가 큰 결함이 있었다.However, in this conventional technique, the amount of inrush current at start-up can be considerably reduced, but it does not have a complete soft starter characteristic, and the motor is stopped by a method of immediately shutting off the applied power. There was a problem such as a large water hammer due to the sudden stop of the. In addition, three switches, one timer and one auxiliary relay are required, which requires a lot of space for them, and the complexity of the connection for connecting them presents very disadvantageous conditions when mounted in the MCC board. In addition, when the motor is frequently opened and closed, there is a problem that the contact of the switch is easily damaged due to the arc generated at the switch contact. To solve this problem, a soft starter consisting of a solid state switch is used. In this case, the soft starter itself is cheaper than the inverter or the VVVF (about one third) but still has a star It is expensive compared to the delta launch method. In addition, the size of the soft starter composed of the solid state switch also has a bulky defect due to the design considering the continuous operation by the semiconductor switch.
따라서, 본 발명의 목적은 전자식 개폐기와 전자식 모터 보호릴레이(EMPR)가 직렬로 연결되어 전동기를 직접 기동하거나 스타-델타 결선 변경에 의한 소프트 스타터 등의 방식으로 전동기를 기동하는 시스템에서, 전동기를 아주 유연하게 정지시키는 기능을 저가로 구현한 하이브리드 모터 스타터의 정지 제어회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric motor in a system in which an electronic switch and an electronic motor protection relay (EMPR) are connected in series to directly start the motor or start the motor in a manner such as a soft starter by a star-delta connection change. The present invention provides a stop control circuit of a hybrid motor starter that realizes a flexible stop function at a low cost.
도 1은 종래 기술에 의한 전동기의 MCC용 단위 랙의 블록도.1 is a block diagram of a unit rack for MCC of the electric motor according to the prior art.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 모터 스타터의 블록도.2 is a block diagram of a hybrid motor starter according to the present invention.
도 3은 도 2에서 제어부의 상세 블록도.3 is a detailed block diagram of the controller of FIG. 2;
도 4의 (a)-(h)는 본 발명에 의한 HMS 동작 타이밍도.4 (a)-(h) are HMS operation timing diagrams according to the present invention.
도 5는 본 발명에서각 제어를 위한 위상 검출방법을 나타낸 파형도.5 is in the present invention Waveform diagram showing a phase detection method for each control.
도 6의 (a)는 소프트 스톱 전압제어 프로파일의 개념도.6A is a conceptual diagram of a soft stop voltage control profile.
도 6의 (b)는 소프트 스톱 제어시 속도변화를 나타낸 설명도.6 (b) is an explanatory diagram showing a speed change during soft stop control.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***
21 : 배선용 차단기 22 : 하이브리드 개폐기21: wiring breaker 22: hybrid switch
23 : 변류기부 24A : 전류검출부23 current transformer 24A current detection unit
24B : 선간전압 검출부 25 : 제어부24B: line voltage detection unit 25: control unit
26 : 반도체스위치 구동부 27 : 반도체스위치부26: semiconductor switch drive unit 27: semiconductor switch unit
28 : 표시/설정부 30 : 전동기28: display / setting section 30: electric motor
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 모터 스타터의 정지 제어회로의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 전동기(30)에 공급되는 3상 전원(R,S,T)을 단속하기 위해 직렬 접속된 배선용 차단기(21) 및 개폐기의 기계식 접점부(29)와; 후술할 제어부(25)에 의해 구동되어 상기 기계식 접점부(29)의 접점을 단락시키는 구동코일(SM)과; 상기 배선용 차단기(21)에서 기계식 접점부(29)측으로 공급되는 각 상의 전류를 검출하기 위한 변류기부(23)와; 상기 변류기부(23) 내의 각 변류기(23R,23S,23T)를 통해 각 상의 전류를 검출하는 전류검출부(24A)와; 전동기(30)에 공급되는 각 상의 선간전압을 검출하는 선간전압 검출부(24B)와; 선간전압을 상전압으로 변환하고, 이 전압을 기준으로 영전압 시점을 검출하여 다양한 전동기 부하특성에 대응할 수 있도록 위상각 제어신호를 생성하는 제어부(25)와; 상기 제어부(25)에서 출력되는 위상각 제어신호를 이용하여, 상기 기계식 접점부(29)와 병렬접속된 반도체 스위치부(27)의 구동을 제어하여 상기 전동기(30)가 유연하게 정지되도록 하는 반도체스위치 구동부(26)와; 시스템의 동작 상황을 표시함과 아울러, 시스템 제어를 위한 사용자의 설정값을 받아들이기 위한 표시/설정부(28)로 구성하였다.Figure 2 is a block diagram showing an embodiment of a stop control circuit of a hybrid motor starter according to the present invention to interrupt the three-phase power (R, S, T) supplied to the electric motor 30, as shown therein A mechanical circuit breaker (21) of the circuit breaker (21) and the switch which are connected in series; A driving coil SM driven by the control unit 25 to be described later to short-circuit the contacts of the mechanical contact unit 29; A current transformer portion 23 for detecting current of each phase supplied from the circuit breaker 21 to the mechanical contact portion 29; A current detector 24A for detecting current of each phase through each current transformer 23R, 23S, 23T in the current transformer section 23; A line voltage detection unit 24B for detecting a line voltage between each phase supplied to the electric motor 30; A control unit 25 for converting the line voltage to a phase voltage and generating a phase angle control signal so as to detect a zero voltage point based on the voltage to correspond to various motor load characteristics; A semiconductor for controlling the driving of the semiconductor switch unit 27 connected in parallel with the mechanical contact unit 29 by using the phase angle control signal output from the control unit 25 so that the motor 30 can be flexibly stopped. A switch driver 26; In addition to displaying the operation status of the system, a display / setting section 28 for accepting a user's setting value for system control is configured.
도 3은 도 2에서 제어부(25)의 일실시 구현예를 보인 상세 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 선간전압 검출부(24B)에 의해 검출된 해당 선간전압을 소정 위상만큼 지연시켜 출력하는 상전압 변환부(301)와; 상기 상전압 변환부(301)의 출력전압을 대상으로 영전압 크로싱 시점을 검출하는 영전압 검출부(302)와; 상기 영전압 검출시점을 기준으로 톱니파를 생성하는 톱니파 발생부(303)와; 상기 톱니파 발생부(303)에서 출력되는 톱니파와 후술 할 위상각 제어전압 발생부(310)의 출력신호를 비교하여 그에 따른 게이트전압을 출력하는 비교부(304)와; 상기 비교부(304)에서 출력되는 게이트전압과 펄스발생부(311)의 출력신호를 앤드조합하는 앤드게이트(305)와; 시퀀스 제어부(312)에서 출력되는 게이트제어신호와 상기 앤드게이트(305)의 출력신호를 앤드조합하여 반도체스위치 구동부(26)에 출력하는 앤드게이트(306)와; 상기 전류검출부(24A)에서의 검출전류 및 영전압 검출부(302)의 영전압 크로싱 검출결과를 근거로, 반주기 동안의 전류치를 적산하는 반주기전류 적산 산출부(307)와; 상기 반주기 동안의 전류치와 기동전류 프로파일을 공급받아, 소정의 연산과정을 통해 유연한 기동을 위한각 제어신호를 생성하는 유연기동 제어부(308)와; 상기 반주기전류 적산 산출부(307)에서 출력되는 적산 전류값과 정지전압 프로파일 발생부(314)에서 출력되는 전압 제어 프로파일을 근거로, 전동기(30)의 유연 정지동작을 위한각 제어신호를 생성하는 유연정지 제어부(309)와; 시퀀스 제어부(312)에서 출력되는 선택신호에 따라 상기 유연기동 제어부(308)의 출력신호나 유연정지 제어부(309)의 출력신호를 선택하여 상기 비교부(304)에 전달하는 위상각 제어전압 발생부(310)와; 상기 비교부(304)에서 출력되는 게이트전압을 펄스발생부(311)의 출력신호에 실어서 출력하기 위한 펄스를 발생하는 펄스 발생부(311)와; 사용자의 요구에 따라 동작 시퀀스 제어에 의해 유연한 기동 및 정지를 위한 선택신호를 출력하는 시퀀스 제어부(312)와; 상기 시퀀스 제어부(312)의 제어를 받아 상기 유연기동 제어부(308)에 기동전류 프로파일을 제공하는 기동전류 프로파일 발생부(313)와; 상기 시퀀스 제어부(312)의 제어를 받아 소정의 연산기능을 수행하여 전압 제어 프로파일을 생성하는 정지전압 프로파일 발생부(314)와; 상기 시퀀스 제어부(312)의 제어를 받아 표시/설정부(28)에 운전 상황을 표시하기 위한 제어기능을 수행하는 운전상태 표시제어부(315)와; 안전운전을 위해 운전상태를감시하여 이상 상태가 검출될 때 그 검출신호를 상기 정지전압 프로파일 발생부(314)에 통보하는 운전상태 감시/보호부(316)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.FIG. 3 is a detailed block diagram illustrating an embodiment of the controller 25 in FIG. 2, and as shown therein, a phase voltage delayed by a predetermined phase and outputted by a predetermined phase as detected by the line voltage detector 24B. A conversion unit 301; A zero voltage detector 302 for detecting a zero voltage crossing point of time with respect to the output voltage of the phase voltage converter 301; A sawtooth wave generator 303 for generating a sawtooth wave on the basis of the zero voltage detection point; A comparison unit 304 for comparing the sawtooth wave output from the sawtooth wave generator 303 with an output signal of the phase angle control voltage generator 310 to be described later and outputting a gate voltage according thereto; An AND gate 305 for and combining the gate voltage output from the comparator 304 with the output signal of the pulse generator 311; An AND gate 306 for AND-combining the gate control signal output from the sequence controller 312 and the output signal of the AND gate 305 to the semiconductor switch driver 26; A half cycle current integration calculation unit (307) for integrating a current value during the half cycle based on the detected current in the current detector (24A) and the zero voltage crossing detection result of the zero voltage detector (302); Receives the current value and the starting current profile during the half cycle, and for a smooth start through a predetermined calculation process A flexible starting control unit 308 for generating each control signal; On the basis of the integrated current value output from the half-cycle current integration calculation unit 307 and the voltage control profile output from the stop voltage profile generator 314, for the flexible stop operation of the motor 30 A flexible stop controller 309 for generating each control signal; The phase angle control voltage generator which selects an output signal of the flexible start controller 308 or an output signal of the flexible stop controller 309 according to the selection signal output from the sequence controller 312 and transmits the output signal to the comparison unit 304. 310; A pulse generator (311) for generating a pulse for loading and outputting the gate voltage output from the comparator (304) to the output signal of the pulse generator (311); A sequence control unit 312 for outputting a selection signal for flexible starting and stopping by operation sequence control according to a user's request; A starting current profile generator 313 for providing a starting current profile to the flexible starting controller 308 under the control of the sequence controller 312; A stop voltage profile generator 314 for generating a voltage control profile by performing a predetermined calculation function under the control of the sequence controller 312; An operation state display control unit 315 performing a control function for displaying an operation state on the display / setting unit 28 under the control of the sequence control unit 312; The driving state monitoring / protecting unit 316 monitors the driving state for safe driving and notifies the stop voltage profile generator 314 of the detected signal when an abnormal state is detected. When described in detail with reference to Figures 4 to 6 attached the action and effect as follows.
도 3은 본 발명에 의한 소프트 스타터 및 소프트 스톱에 대한 제어 블록도로서, 이는 도 2의 하이브리드 모터 스타터(HMS)(22)에서 R 상의 제어에 대한 상세 구현예를 나타낸 것이다. 나머지 S 및 T상 또한 동일한 구조로 되어 있고, 각각의 위상차가 2/3 씩 발생하므로 최종 제어신호 역시 동일한 위상차로 각 상에 인가되도록 되어 있다. 따라서, 본 발명의 작용을 설명함에 있어서, 이 R 상을 예로하여 설명하면 다음과 같다.3 is a control block diagram for a soft starter and a soft stop according to the present invention, which shows a detailed implementation of the control on R in the hybrid motor starter (HMS) 22 of FIG. The remaining S and T phases also have the same structure, and each phase difference is 2 Since it is generated by / 3, the final control signal is also applied to each phase with the same phase difference. Therefore, in describing the operation of the present invention, the R phase is described as an example.
배선용 차단기(21)의 접점(21R,21S,21T)이 단락(on)되어 하이브리드 개폐기(22)에 제어 전원이 확보된 상태에서, 사용자가 전동기(30)를 구동시키기 위해 런/스톱 스위치(Run/Stop)를 런(Run) 위치로 절환하면 제어부(25)에 도 4의 (a)와 같은 런제어신호()가 입력된다.In a state in which the control power is secured to the hybrid switch 22 by the contacts 21R, 21S, 21T of the circuit breaker 21 being shorted, a run / stop switch (Run / Stop switch) is used to drive the electric motor 30. / Stop) to the run position, the control unit 25, the run control signal (a) of FIG. ) Is entered.
이때, 상기 제어부(25)는 상기 런제어신호()를 인지하여 구동코일(SM)에 도 4의 (b)와 같은 구동전압()을 출력한다. 실제 시스템의 경우 상기 구동코일(SM)에 구동전압()을 인가하기 위한 스위칭 장치로서 릴레이 접점이 많이 사용되므로 도 4의 (b)와 같이 소정 구간() 만큼 지연 시간을 갖은 후 그 구동코일(SM)이 동작된다.At this time, the controller 25 is the run control signal ( ) And the driving voltage SM as shown in FIG. ) In the actual system, the driving voltage (SM) is applied to the driving coil SM. Since a relay contact is frequently used as a switching device for applying), as shown in FIG. After having a delay time by), the driving coil SM is operated.
상기 구동코일(SM)의 구동에 의해 개폐기의 주접점인 기계식 접점(29X,29Y,29Z)이 단락되는 순간에 부하인 전동기(30)에 많은 돌입전류가 흐르게 된다. 이때, 전류검출부(24A)는 변류기(23R)를 통해 R,S,T 상의 돌입전류를 검출하고, 선간전압 검출부(24B)는 각 상의 선간전압(,,)을 검출한다.At the moment when the mechanical contacts 29X, 29Y, 29Z, which are main contacts of the switch, are shorted by the driving coil SM, a lot of inrush current flows to the electric motor 30 serving as a load. At this time, the current detector 24A detects the inrush currents of the R, S, and T phases through the current transformer 23R, and the line voltage detector 24B detects the line voltages of the phases. , , ).
상기 선간전압 검출부(24B)에 의해 검출된 선간전압(,,) 중에서 선간전압(V_RS)이 상전압 변환부(301)에 의해지연된 상전압()으로 변환되는데, 영전압 검출부(302)는 이로부터 영전압 크로싱 시점을 검출한다. 톱니파 발생부(303)는 상기 영전압 검출시점을 기준으로 도 5에서와 같은 톱니파()를 생성하여 이를 비교부(304)의 일측 입력으로 공급한다.The line voltage detected by the line voltage detection unit 24B ( , , ), The line voltage V_RS is converted by the phase voltage converter 301. Delayed phase voltage ( The zero voltage detection unit 302 detects a zero voltage crossing time point therefrom. The sawtooth wave generating unit 303 is a sawtooth wave as shown in FIG. ) Is supplied to one input of the comparator 304.
이와 같이, 각 상의 상전압에 대하여 영전압 크로싱 시점을 기준으로 한 톱니파를 생성하는 이유는, 전류 제어에 의한 출력전압과 비교하여 양방향의 반도체 스위치(예: SCR, TRIAC)(27R)의 R-S-T 3상에 대한 위상각 제어를 수행하기 위함이다.As described above, the reason why the sawtooth wave is generated based on the zero voltage crossing point for the phase voltage of each phase is RST 3 of the bidirectional semiconductor switch (for example, SCR and TRIAC) 27R compared to the output voltage by current control. This is to perform phase angle control on the phase.
반주기전류 적산 산출부(307)는 상기 전류검출부(24A)에서의 검출전류 및 영전압 검출부(302)의 영전압 크로싱 검출결과를 근거로, 반주기 동안의 전류치를 적산한다. 상기 적산 전류값을 근거로 상기 반도체 스위치(27R)를 적절히 제어하여 전동기(30)가 유연하게 기동(soft start)하도록, 유연기동 제어부(308)는 다음의 [수학식1],[수학식2]로각 제어기능을 수행하고, 위상각 제어전압 발생부(111)를 통해 전압지령치 V(t)를 비교부(304)의 타측 입력으로 제공한다.The half cycle current integration calculation unit 307 integrates the current value during the half cycle based on the detection current in the current detection unit 24A and the zero voltage crossing detection result of the zero voltage detection unit 302. In order to softly start the electric motor 30 by appropriately controlling the semiconductor switch 27R based on the integrated current value, the flexible start control unit 308 is the following [Equation 1], [Equation 2]. ]in Each control function is performed, and the voltage command value V (t) is provided to the other input of the comparator 304 through the phase angle control voltage generator 111.
여기서,here,
상기 [수학식1]을 살펴보면, 최초에 V(0)=0이고,에 의하여 그 다음 V(t)는 임의의 각으로 반도체 스위치(27R)의 구동을 제어하여 그 반도체 스위치(27R)가 구동하기 시작한다. 상기 반주기전류 적산 산출부(307)에 의한 계측전류의 적산치 Idc가 Idcref보다 작은 동안에는 V(t)가 계속 증가되다가, Idc가 더 커지면에 의하여 V(t)는 더 이상 증가되지 않아 결과적으로, Idcref치로 전동기(30)의 부하전류를 제한하게 된다.Looking at Equation 1, V (0) = 0, V (t) then controls the driving of the semiconductor switch 27R at an arbitrary angle so that the semiconductor switch 27R starts to drive. While the integrated value Idc of the measurement current by the half-cycle current integration calculation unit 307 is smaller than Idcref, V (t) continues to increase, and when Idc becomes larger, As a result, V (t) is no longer increased, and as a result, the load current of the motor 30 is limited to the value of Idcref.
여기서, Idcref는 해당 전동기(30) 정격전류의 수백 %에 해당하는 값으로, 직접전류보다 훨씬 작은 값으로 제한하므로 전원에 과부하가 걸리지 않도록 함과 동시에 유연한 기동이 가능한 값으로 설정되도록 한다. 그리고, 전동기(30)의 특성상 정격속도 부근으로 속도가 증가되면 부하전류가 급격히 떨어지므로 Idc는Idcref보다 작아진다. 이에 따라, 이때에도가 작용하므로 결국 정상 속도에서는 최대각으로 동작하여 소프트 스타트 동작을 완료하게 된다.Here, Idcref is a value corresponding to several hundred percent of the rated current of the motor 30, and is limited to a value much smaller than the direct current, so that the power supply is not overloaded, and at the same time, it is set to a value capable of flexible starting. In addition, if the speed increases near the rated speed due to the characteristics of the motor 30, the load current drops sharply, so that Idc becomes smaller than Idcref. Accordingly, even at this time , So eventually at normal speed Operation at each angle completes the soft start operation.
한편, 전동기(30)의 유연한 정지동작을 위한 제어과정을 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the control process for the flexible stop operation of the electric motor 30 will be described with reference to FIGS. 3, 5 and 6 as follows.
도 3에서 상기 설명과 같이 상기 반주기전류 적산 산출부(307)가 상기 전류검출부(24A)의 검출전류 및 영전압 검출부(302)의 검출결과를 근거로, 반주기 동안의 전류치를 적산하여 그 적산 결과를 유연기동 제어부(308) 및 유연정지 제어부(309)에 출력한다.In FIG. 3, the half cycle current integration calculation unit 307 integrates the current value during the half cycle based on the detection current of the current detection unit 24A and the detection result of the zero voltage detection unit 302 as described above. Is output to the flexible start control unit 308 and the flexible stop control unit 309.
또한, 정지전압 프로파일 발생부(314)는 다음의 [수학식3] 내지 [수학식5]를 연산하여 도 6의 (a)와 같은 전압 제어 프로파일을 생성한다. 상기 정지전압 프로파일 발생부(314)에서 도 6의 (a)와 같은 전압 제어 프로파일을 발생하기 위한 전압값및 시간값는 사용자가 표시/설정부(28)를 통해 입력하게 된다.In addition, the stop voltage profile generator 314 calculates the following Equations 3 to 5 to generate a voltage control profile as shown in FIG. The voltage value for generating the voltage control profile as shown in FIG. 6A in the stop voltage profile generator 314 And time value Is input by the user through the display / setting unit 28.
여기서,here,
참고로, 상기 K1∼K5는 정상상태시 전동기(30) 부하전류의 평균치()에 따른 값으로, 이는 전동기(30)의 부하의 종류에 따라 달라지는 값이며 실험적으로 결정된다.For reference, the K1 to K5 is the average value of the load current of the motor 30 in the steady state ( This value depends on), which is dependent on the type of load of the motor 30 and is determined experimentally.
이에 따라, 상기 유연정지 제어부(309)는 상기 반주기전류 적산 산출부(307)에서 출력되는 적산 전류값과 상기 정지전압 프로파일 발생부(314)에서 출력되는 전압 제어 프로파일을 근거로, 전동기(30)의 유연 정지동작을 위한각 제어신호를 생성하여 상기 위상각 제어전압 발생부(310)에 출력한다.Accordingly, the flexible stop control unit 309 based on the integrated current value output from the half-cycle current integration calculation unit 307 and the voltage control profile output from the stop voltage profile generator 314, the motor 30. For flexible stop motion Each control signal is generated and output to the phase angle control voltage generator 310.
한편, 시퀀스 제어부(312)는 사용자의 요구에 따라 도 4와 같은 동작 시퀀스 제어에 의해 유연한 기동 및 정지를 위한 선택신호(OPER_SEL)를 상기 위상각 제어전압 발생부(310)에 출력한다. 따라서, 상기 위상각 제어전압 발생부(310)는 상기 선택신호(OPER_SEL)에 따라 상기 유연기동 제어부(308)의 출력신호나 유연정지 제어부(309)의 출력신호를 선택하여 그에 따른 제어동작이 이루어지게 된다.On the other hand, the sequence controller 312 outputs a selection signal OPER_SEL for flexible start and stop to the phase angle control voltage generator 310 according to a user's request according to the operation sequence control shown in FIG. 4. Accordingly, the phase angle control voltage generator 310 selects an output signal of the flexible start controller 308 or an output signal of the flexible stop controller 309 according to the selection signal OPER_SEL, and performs a control operation accordingly. You lose.
상기 비교부(304)는 도 5에서와 같이, 상기 톱니파 발생부(303)에서 출력되는 톱니파와 위상각 제어전압 발생부(310)의 출력신호를 비교하여 그에 따른 게이트전압(),(),()을 출력한다.The comparison unit 304 compares the sawtooth wave output from the sawtooth wave generation unit 303 with the output signal of the phase angle control voltage generation unit 310 as shown in FIG. ), ( ), ( )
앤드게이트(305)는 상기 비교부(304)에서 게이트전압()이 "하이"로 출력되는 동안에 펄스발생부(311)의 출력신호가 실리는 형태로 앤드조합하여 출력한다. 또한, 다음 단의 앤드게이트(306)는 상기 시퀀스 제어부(312)로부터 게이트제어신호(SCR_BLOCK)가 "하이"로 입력될 때 상기 앤드게이트(305)의 출력신호를 그대로 반도체 스위치 구동부(26)에 전달하게 되므로 이때각 제어가 이루어진다. 하지만, 상기 앤드게이트(306)에 상기 게이트제어신호(SCR_BLOCK)가 "로우"로 입력될 때에는 상기 앤드게이트(305)의 출력신호가 차단되어 상기 반도체 스위치 구동부(26)의 구동이 중지된다.The AND gate 305 is connected to the gate voltage at the comparison unit 304. Outputs the pulse generator 311 while being output to " high ". In addition, the AND gate 306 of the next stage receives the output signal of the AND gate 305 to the semiconductor switch driver 26 as it is when the gate control signal SCR_BLOCK is input “high” from the sequence controller 312. Will be delivered at this time Each control is made. However, when the gate control signal SCR_BLOCK is input to the AND gate 306 as "low", the output signal of the AND gate 305 is cut off and the driving of the semiconductor switch driver 26 is stopped.
상기 시퀀스 제어부(312)는 운전상태 감시/보호부(316)로부터 입력되는 신호(TRIP_SIGNAL) 및 런/스톱 스위치의 출력신호(RUN/STOP)를 근거로 상기 게이트제어신호(SCR_BLOCK)를 발생한다.The sequence controller 312 generates the gate control signal SCR_BLOCK based on the signal TRIP_SIGNAL input from the operation state monitor / protector 316 and the output signal RUN / STOP of the run / stop switch.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 전자식 개폐기와 전자식 모터 보호릴레이(EMPR)가 직렬로 연결되어 전동기를 직접 기동하거나 스타-델타 결선 변경에 의한 소프트 스타터 등의 방식으로 전동기를 기동하는 시스템에서, 전동기를 아주 유연하게 정지시킬 수 있도록 함으로써, 전동기의 갑작스런 정지로 인하여 펌프 부하의 수격현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention provides an electric motor in a system in which an electronic switch and an electronic motor protection relay (EMPR) are connected in series to directly start the motor or start the motor by a soft starter by a star-delta connection change. By making it possible to stop very flexibly, there is an effect that can prevent the water hammer phenomenon of the pump load due to the sudden stop of the motor.
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