KR20180127648A - 연속적인 용량 제어 시스템을 갖는 모터 구동 컨슈머를 구비한 장치의 전기 모터를 보호하기 위한 방법 및 그러한 모터의 선택 - Google Patents

연속적인 용량 제어 시스템을 갖는 모터 구동 컨슈머를 구비한 장치의 전기 모터를 보호하기 위한 방법 및 그러한 모터의 선택 Download PDF

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Abstract

컨슈머의 용량 또는 동력을 제어하기 위한 제어기를 장착한 모터 구동식 컨슈머의 전기 모터를 보호하기 위한 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
- 모터에 대한 직접 측정에 의해 모터의 열적 조건을 판단하는 단계; 및
- 상기 판단 단계에서 판단된 열적 조건의 함수로써 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력을 제한하는 단계.

Description

연속적인 용량 제어 시스템을 갖는 모터 구동 컨슈머를 구비한 장치의 전기 모터를 보호하기 위한 방법 및 그러한 모터의 선택
본 발명은 연속적인 용량 제어 시스템을 갖는 모터 구동 컨슈머(consumer)의 전기 모터에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은, 이에 한정되지는 않지만, 전기 모터로 구동되고 기체를 압축하기 위한 압축기의 형태로 이루어진 컨슈머에 관한 것이다.
압축기의 경우, 컨슈머의 용량은 압축기가 공급할 수 있는 압축 가스의 최대 유동, 예컨대 압축되어 흡입될 기체에 부과된 입구 조건을 사용하여 단위 시간 당 리터로 표현된다. 압축기의 최대 용량은 압축기의 최대 동력에 밀접하게 의존하고, 이에 의해 상기 동력은 상기한 용량과 압축기의 출력에서의 압력에 의존한다.
압축기를 사용하면, 용량은, 예를 들어 전기 모터의 속도를 제어하여 압축기의 출력에서 특정 압력을 유지함으로써 제어될 수 있다. 이러한 제어를 사용할 때, 이 압력은 예를 들어 하강하는 데, 그 이유는 압축된 기체의 소비가 증가한 다음, 용량을 제어하기 위한 제어기가 모터의 속도를 증가시킬 것이고, 그에 의해 공급되는 압축된 가스의 유동을 증가시키고, 그에 의해 압축기로부터의 하류 압력을 증가시키기 때문이다.
이 경우, 용량은 이처럼 속도를 제어함으로써 제어된다.
다른 종류의 용량 제어 압축기들이 공지되어 있고, 이들 압축기는 가변 입구 베인(vane) 또는 가변 출구 베인을 장착하고 있으며, 이들 베인들은 압축기의 종축을 따라 회전될 수 있고, 이런 방식으로 압축기를 통한 기체의 유동에 영향을 미칠 수 있다.
압축기의 동력은 주변 조건에 의존한다고 알려져 있다. 예를 들어, 차가운 입구 온도 및 높은 주변 압력은 흡입된 기체의 입구 밀도를 증가시킬 것이고, 이는 용량 증가와 동력 소모를 야기한다.
추가로, 주로 손실과 누설의 증가 때문에, 동력은 수명 전체에 걸쳐서 증가될 수 있다고 알려진다.
전기 모터는 일반적으로 압축기 장치에서 두 번째로 값비싼 부품이기 때문에, 부품의 치수 설계에서 위험을 감수할 수 없다. 동작 조건 및 노화 거동과 관련된 불확정성은 모터의 치수를 필요이상으로 높이기 위해 중요한 타협안을 초래한다.
중요한 전기 모터 결함들은, 예를 들어 고온에서 권선들의 절연 열화와 더 고온에서 윤활류의 열화로 인한 반마찰 베어링의 결함으로 인해 주로 열적으로 관련된다. 이들 온도는 주로 기계적인 부하 및 모터의 냉각 조건에 의해 영향을 받는다.
다음 방법들은 요즈음 전기 모터를 보호하기 위해 적용된다.
모터를 보호하기 위한 첫 번째 공지 방법은 동력의 추정을 기반으로 하는 부품들의 보수적인 선택 및 가상의 최악 시나리오에서 냉각 조건의 보수적인 선택에 달려 있다.
설계 시에 모터의 동력 및 냉각 조건은 최악의 동작 조건과 노화로 인한 가장 열악한 성능 감소 인자의 가정을 기반으로 추정된다.
이들 조건은 일반적으로 압축기 제조업자에 의해 추정되고, 반면에 전기 모터의 필요 치수의 판단은 일반적으로 모터 공급업자에 의해 수행되어, 이에 의해 매우 비현실적이지만 가능한 상황이 일반적으로 가정된다.
첫 번째 공지 방법의 단점은 수명의 동작 시간 대부분에 대하여 일반적으로 20%의 인자만큼 전기 모터의 필요 이상의 치수화(overdimensioning)를 보장한다는 점이다. 따라서, 장치의 수명 비용이 상당히 증가한다.
실제로, 필요 이상의 치수화는 두 가지 레벨, 즉 최악의 경우에서 동력의 과도한 추정으로 인한 압축기 제조업자의 레벨과 최악의 파워 및 냉각 명세서에 기반한 모터의 열적 조건의 추정과 결합된 추정 때문에 모터 공급업자의 레벨에서 일어난다.
또 다른 장점은 상기 방법이 전기 모터의 수명 동안 추정 및 가정을 타당하게 하거나 존중받게 하는 보장을 실시간으로 제공하지 않는다는 점이다. 실제로, 모터의 수명 감소와 예상치 않은 때이른 고장은 발생할 수 있는 요소들이다.
두 번째 공지 방법은 전기 모터의 추정치 및 냉각 조건을 기반으로 하는 ‘과부하’에 달려 있다.
이 두 번째 방법은 전형적으로:
- 연속적인 용량 제어 시스템을 갖는 압축기;
- 냉매, 예를 들어 공기 또는 물에 의해 냉각되는 전기 모터;
- 전기 모터의 한 상(phase) 또는 모든 상에서 (평균) 전류를 측정하는 측정 장치; 및
- 냉매의 온도를 측정하는 측정 도구를 사용한다.
이 두 번째 방법을 사용하면, 현재의 기계 동력은 본 전류 측정 및 온도 그리고 전압, 동력 인자 및 모터 손실에 관련된 가정을 기반으로 제어 시스템에 의해 추정된다.
이 경우, 모터의 현재 냉각 조건은 측정된 냉매의 입구 온도, 냉매의 밀도의 (암시된) 가정, 냉각 유동 및 열 전달 성능을 기반으로 추정된다. 현재의 이러한 실제 냉각 조건은 이후 모터 공급업자에 의해 제공되는 변환 규칙들을 기반으로 현재의 최대 허용가능한 기계 동력으로 변환된다.
추정된 현재의 기계 동력이 최대 허용 가능한 기계 동력을 초과한다는 것을 제어 시스템이 검출하면, 압축기의 최대 용량은 과부하에 대항하여 전기 모터를 보호하도록 한도가 정해진다(즉, 제한된다). 전형적으로, PI 또는 PID 제어 회로가 활성화되어 추정된 현재 기계 동력을 현재 최대로 허용 가능한 기계 동력의 설정점까지 감소시킨다. 동력이 특정 시간 동안 임계치 미만으로 감소되었을 때 상기 제어 시스템은 일반적으로 더 많은 용량을 점차적으로 가능하게 한다.
모터를 보호하기 위한 이러한 두 번째 방법은 두 가지 이점, 즉:
- 압축기 제조업자의 명세서들은, 거의 있을 수 없지만 가능한 현실적인 최악의 조건들로부터 완화될 수 있다는 것과,
- 모터의 특정 형태의 실시간 보호가 있음을 제공한다.
그럼에도 불구하고, 상기 두 번째 방법은 보다 구체적으로는 다음의 많은 단점들을 가진다:
- 상기 방법은 모터의 열적 조건의 추정에 대해 간접적이어서, 사실 아래에 있는 간접 인자들 모두 올바르게 평가되지 않고, 결과적으로 필요 이상의 치수화에 의해 보상되어야만 하고, 이는 모터의 비용 가격을 증가시킨다는 점;
- 전압의 편차;
- 모터 상들의 불균형;
- 냉매의 낮은 밀도;
- 냉매의 불충분한 유동;
- 마지막에 언급된 부착물 때문에 (내부) 열 교환기에 걸친 불충분한 열 전달;
- 측정된 전류의 부정확성 등;
- 모터 공급업자가 여전히 두 가지 파라미터를 기반으로만 모터의 열적 조건을 평가해야만 하기 때문에, 변환 규칙을 특정함에 있어서 모터 공급업자가 보수적이라는 점;
- 전형적으로, 너무 짧은 전류의 시간 상수들 때문에 그 시스템이 불안정하다는 점;
- 측정된 전류의 짧은 변화가 제어 시스템의 불필요한 반응을 야기할 수 있다는 점;
시동 동안 높은 전류가 발생하기 때문에 모터의 시동을 걸 때, 모터를 보호하기 위한 방법이 일시적으로 스위치를 오프해야만 한다는 점;
전류를 측정하기 위한 측정 도구가 비싸다는 점;
그 시스템이 각 모터 크기 및 설치 때마다 구성되어야만 하는 점;
더 큰 모터들의 경우, 전류를 측정하기 위한 측정 도구가 전형적으로 고객 수준으로 제공되어야만 하고, 이는 다음 이유들 때문에 커니셔닝(commissioning)을 복잡하게 한다는 점:
압축기 제어 시스템에 대한 물리적인 연결이 이루어져야 함;
외부 전류 신호의 인/아웃 인터페이스가 커미셔닝 동안 조정되어야만 하는데, 이는 너무 힘들어서 결코 거의 수행되지 않는다는 점;
전류를 측정하기 위한 도구의 정밀도가 모터의 설계 동안 알려지지 않아서, 최악 시나리오에서 값이 추정되어야만 하는 데, 이는 추가적인 필요 이상의 치수화를 은연중에 일으킨다는 점;
그 시스템이 두 입력 신호, 즉 서로 비교될 수 없는 전류 및 온도에 의존하여, 자기 진단/평가가 이행될 수 없다는 점.
본 발명의 목적은 상기한 단점들 및 기타 단점들 중 하나 이상에 대한 해결책을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 컨슈머의 용량 또는 동력을 제어하기 위한 제어기를 장착한 모터 구동식 컨슈머의 전기 모터를 보호하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 모터에 대한 직접 측정에 의해 모터의 열적 조건을 판단하는 단계; 및
- 상기 판단 단계에서 판단된 열적 조건의 함수로써 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력을 제한하는 단계.
이런 방식으로, 전기 모터의 열적 조건의 직접 측정을 기반으로, 예를 들어 하나 이상의 권선들(U-V-W) 및/또는 하나 이상의 베어링들의 온도의 직접 측정에 의해 압축기의 용량에 한도를 두는 새로운 제어 방법이 제안된다.
이러한 경우, 전기 모터는 컨슈머의 용량을 제어하기 위한 제어기에 직접 연결되는 권선들 및/또는 베어링들의 온도를 위한 센서들을 장착하고 있다. 제어기는 압축기의 유동 용량의 한도를 정할 것이고, 열적 한계들 중 하나에 도달되거나 초과되면, 즉 측정된 온도들 중 하나가 온도의 기설정 최대값에 도달하거나 초과하면, 동력의 한도를 정할 것이고, 이에 의해 센서들 각각에 대하여 또는 센서들 중 적어도 일부에 대하여, 해당하는 최대 온도가 특정된다.
모터의 열적 조건의 평가는 모터 설계자들이 사용하는 다음의 측정된 온도들 중 하나 또는 모든 가능한 조합에 달려 있을 수 있다:
- 권선들을 따라서 하나 이상의 위치에서 측정된 하나 이상의 권선(들)의 절대 온도;
- 모터 권선과 냉매의 입구 온도 사이의 온도차, ΔT;
- 하나 이상의 베어링, 즉 모터의 구동단 위의 하나 이상의 베어링(DE) 및/또는 모터의 비구동단 위의 하나 이상의 베어링(NDE)의 절대 온도.
본 발명에 따른 방법의 직접 접근은 위에서 기술된 바와 같이 모든 유형의 추정 및 가정에 대한 필요를 없앤다. 이는 필요 이상의 치수화가 방지될 수 있고 더 적은 비용이 드는 더 작은 모터가 이로부터 생겨날 수 있다는 이점을 제공한다. 실제로, 압축기 제조업자들의 명세서는 매우 비현실적이지만, 가능한 조건에서 현실적인 최악의 조건까지 완화될 수 있고, 모터 공급업자를 위해, 모터의 열적 조건의 추정과 관련된 모든 가정이 제거될 수 있다.
또 다른 이점은 온도를 측정하기 위한 센서들이 전류를 측정하기 위한 측정 도구보다 훨씬 값싸다는 점인데, 이는 모터 구동 컨슈머의 설계 비용을 추가로 감소시키거나, 동일한 비용에 대하여 모터의 열적 조건의 보다 정확한 평가 및 이로부터 생기는 모터의 보호을 위해 많은 센서들이 사용될 수 있게 한다.
또 다른 이점은 온도 한계들이 일반적으로 보편적이고 모터 크기에 무관하여, 구성이 덜 필요하다는 점이다.
게다가, 모터 공급업자들은 전형적으로 옵션으로서 기설치된 센서들을 제공하는 데, 이는 압축기 제조업자를 위한 통합 및 물류의 관점에서 이점을 제공한다.
또 다른 이점은 장치가 압축기 제조업자에 의해 완전히 준비되고 검사될 수 있고 커미셔닝 동안 연결, 조정, 확인 등과 같은 행위들이 제거될 수 있다는 점이다.
추가적인 이점은 장치의 열적 시간 응답이 훨씬 더 느리다는 점인데, 이는 우선적으로 제어 시스템의 동역학을 훨씬 덜 불안정하게 만든다.
또 다른 잉여 이점은, 본 발명에 따른 방법을 적용하면, 전류 피크의 결과로 모터 셧다운을 방지하기 위해 시동 동안 제어 시스템의 스위치를 오프하는 것이 필요하지 않다. 시동 시에 모터를 과열시키는 데 필요한 시간은 시동 시간보다 더 길다.
바람직하게는, 3상 모터를 사용하면, 세 권선의 온도가 측정된다. 이후, 자기 진단 시스템은 센서들 중 하나의 고장을 검출하여 모터와 구동 컨슈머의 원치않는 너무 때이른 즉각적인 셧다운을 방지하기 위해 실행될 수 있다. 센서들의 자기 진단의 관점으로부터, 상기 방법은, 예를 들어 차이가 너무 클 때 결함 있는 센서를 검출하고, 그런 다음 검사 또는 다른 행위 후 이 결함 있는 센서로부터의 신호를 무시할 수 있게 하기 위해 세 개의 센서로부터의 각 신호를 나머지 두 개의 센서로부터의 신호와 비교하도록 구성될 수 있다.
많은 독립적인 센서들의 이점은 통계적 관점에서, 하나의 (전류) 측정 도구의 경우에서보다 정확성이 상당히 높다는 점이다.
전기 모터를 보호하기 위한 방법은, 예를 들어 속도를 조절함으로써, 유동을 제어하는 입구 가이드 베인(inlet guide vanes) 및/또는 출구 가이드 베인(outlet guide vanes), 쓰로틀 밸브 등을 제어함으로써 동력을 줄이기에 적합한 연속적인 용량 제어 시스템을 장착하고 있는 기타 유형의 구동 컨슈머들, 예컨대 익스팬더(expanders), 펌프, 환풍기, 냉각기 등에 적용될 수 있다.
특히, 상기 방법은 가변 입구 가이드 베인(IGV)을 갖는 원심력 압축기에 적용하기에 적합하다.
본 발명은 또한 컨슈머의 용량 또는 동력을 제어하기 위한 제어기를 장착한 모터 구동 컨슈머의 모터를 보호하기 위한 장치에 관한 것으로서, 이에 의해 상기 장치는 모터에 대한 직접 측정에 의해 모터의 열적 조건을 판단하기 위한 센서들을 구비하고, 상기에서 판단된 열적 조건의 함수로써 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력을 제한하기 위한 수단을 구비한다.
바람직하게는, 장치의 설계 동안, 장치가 의도하는 명목상 동작 조건들에서 모터의 최대 용량이 관련된 명목상 동작 조건들에서 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력에 해당하는 컨슈머의 동력과 같아지거나 바람직하게는 그보다 최대 5% 이하만큼 더 커도록 모터가 선택된다.
본 발명은 또한 명목상 동작 조건을 위한 이러한 장치의 설계 동안 전기 모터를 선택하기 위한 방법에 관한 것으로서, 관련된 명목상 동작 조건들에서 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력에 해당하는 컨슈머의 동력과 같거나 다소 큰 동력을 갖도록 모터가 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 컨슈머의 용량을 제어하기 위한 제어기를 장착한 컨슈머를 구동하기 위한 본 발명에 따른 장치의 명목상 동작 조건을 위한 설계 동안 전기 모터를 선택하기 위한 방법에 관한 것으로서, 관련된 명목상 동작 조건들에서 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력에 해당하는 컨슈머의 동력과 같거나 다소 큰 동력을 갖도록 모터가 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이점은 심각한 필요 이상의 치수화 및 불충분한 냉각 등의 파멸 시나리오를 고려할 필요 없이 모터가 적합한 동력을 갖고서 선택될 수 있다는 점이다.
본 발명의 특징들을 보다 잘 나타내는 의도를 갖고서, 컨슈머의 모터를 보호하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 장치의 몇몇 바람직한 응용들이 어떠한 제한적 성질 없이 첨부한 도면들을 참조하여 실시예를 통하여 이하에서 설명되고, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시하고;
도 2는 도 1의 장치의 이형이지만 모터의 잉여 냉각을 갖는 장치를 도시하고;
도 3은 도 1의 장치의 또 다른 이형을 도시한다.
실시예로서, 세 개의 권선(5), 보다 구체적으로는 각 상(phase) 마다 하나의 권선을 갖는 3상 전기 모터(4)에 의해 기계적으로 구동되는 압축기 소자(3)의 형태로 이루어진 컨슈머(consumer, 2)를 갖는 장치(1)가 도 1에 도시되어 있다.
모터(4)는 베어링들, 즉 모터(4)의 구동단(DE) 위의 하나 이상의 베어링(12) 및 모터(4)의 비구동단(NDE) 위의 하나 이상의 베어링(13)에 의해 하우징에 회전 가능하게 부착되는 로터를 포함한다.
압축기 소자(3)는 압축될 가스의 공급을 위한 입구(6)와 압축된 가스를 압축된 가스를 위한 분배망(8)으로 공급하기 위한 출구(7)를 구비한다.
압축기 소자(3)는 압축기 소자(3)의 용량, 즉 유동 또는 동력을 제한하는 수단(9)을 더 구비하고, 이에 의해 이 경우, 이들 수단(9)은 쓰로틀 밸브(10)에 의해 또는 대안적으로 입구(6) 내의 입구 가이드 베인들에 의해 형성된다.
이 경우, 이들 수단(9)은 하나 이상의 상기한 권선들(5)의 온도를 직접 측정하기 위한 센서들(14) 및/또는 하나 이상의 베어링(12 및/또는 13)의 온도를 직접 측정하기 위한 센서들(15)로부터 생긴 신호들의 함수로써 제어기(11)에 의해 제어되고, 이에 의해 이 경우, 이들 신호들은 전기 배선(16)을 통하여 제어기(11)에 피드백된다.
도 1의 실시예에서, 각 권선(5) 및 각 베어링(12 및 13)은 이러한 센서(14 또는 15)를 구비하고 있다.
관련된 각 센서(14 및/또는 15)의 경우, 제어기(11)는 권선(5) 및 베어링(12)의 온도의 기설정 최대값을 갖는 데, 이러한 기설정 최대값을 넘어서면, 온도의 추가적인 상승을 방지하고 과열에 대해 모터를 보호하기 위해 압축기 요소의 최대 용량이 제한되어야만 한다.
이를 위해, 센서(14 및/또는 15)를 이용하여 측정된 온도는 대응하는 각 센서(14 및/또는 15)에 대한 사전 입력 최대값과 연속적으로 또는 특정 빈도로 비교된다.
측정된 온도들 중 하나가 해당 값에 도달하거나 해당 값을 초과하자마자, 예를 들어 쓰로틀 밸브(10) 또는 입구 가이드 베인의 전체 범위의 5-10%의 양이 되는 각도에 대하여 쓰로틀 밸브(10) 또는 입구 가이드 베인이 설정된 값만큼 닫혀지도록 함으로써 압축기 요소(3)의 최대 용량 및/또는 최대 동력이 제한되도록 제어기가 프로그램된다.
감소된 최대 용량에서 시간이 흐른 후, 측정된 모든 온도가 모든 센서에서 설정된 하한 임계치 미만으로 떨어지면, 제어기(11)는, 주어진 동작 조건에서 그 시점에 압축기가 손상 위험 없이 최대 용량을 공급하도록, 측정된 온도가 설정된 하한 임계치에 도달할 때까지 쓰로틀 밸브(10)의 열림을 다시 단계적으로 조금씩 증가시켜줌으로써 다시 최대 허용 가능한 용량을, 설정된 기간 후 또는 그 외에, 예를 들어 장치(1)가 설계되었던 초기 최대값까지 다시 증가시키도록 구성된다.
각 센서의 설정된 온도 최대값들 및 설정된 온도 하한 임계치들은 동일하거나 다를 수 있다.
제어기(11)는 관련된 세 개의 센서(14)에 의해 측정된 온도들을 상호 비교함으로써 권선들(5) 위의 센서들(14)의 조건을 자기 진단하기 위한 알고리즘을 선택적으로 구비할 수 있고, 이에 의해 이 센서(14)에 의해 측정된 온도가 다른 두 개의 센서(14)에 의해 측정된 온도와 특정 설정값보다 많이 다르면, 센서가 결함이 있는 것으로 간주한다. 이러한 경우에, 제어기(11)는 결함이 있는 센서(14)로부터의 측정을 무시할 수 있고/무시하거나 필요하면 센서를 체크하고/체크하거나 교체할 수 있도록 조작자에게 알릴 수 있다.
도 2의 장치의 경우, 주변 공기를 냉매(18)로써 모터(4) 주위에 불어넣는 팬(17)에 의해 형성되는 냉각(16)이 제공되고 냉매(18)의 입구 온도를 측정하기 위한 추가적인 센서(19)가 제공된다는 점에서 도 1의 장치와는 다르다.
각 센서(14 및 15)의 경우, 또는 이들 중 적어도 일부의 경우, 관련 센서(14 또는 15)의 측정 온도와 추가 센서(19)에 의해 측정된 냉매의 입구 온도 간 온도 차이에 대한 최대값이 제어기(11)에 사전에 입력된다.
이 경우, 본 발명에 따른 방법은 다음의 대안적인 또는 추가적인 단계들을 포함한다:
- 적어도 하나의 센서(14 또는 15)에 대하여, 상기한 냉매(18)의 입구 온도와 관련 센서(14 또는 15)의 측정 온도 사이의 온도 차이를 판단하는 단계;
- 이 온도 차이를 관련 센서(14 또는 15)에 대한 온도 차이의 해당 사전 입력 최대값과 연속적으로 또는 시간 간격을 갖고서 비교하는 단계;
- 상기 센서들 중 적어도 하나의 온도 차이가 해당 최대값에 도달하였거나 초과하였으면, 기설정 각도에 대해 쓰로틀 밸브(10)를 돌림으로써 압축기 소자(3)의 용량 및/또는 동력을 제한하는 단계.
측정된 절대 온도 또는 온도 차이를 근거로 하는 압축기 소자(3)의 용량의 한계는 별도로 또는 조합하여 적용될 수 있다.
도 3은 도 1의 장치와 같은 본 발명에 따른 대안적인 장치를 도시하지만, 압축기 소자(3)의 용량 또는 동력을 제어하기 위한 수단(9)이 도 1의 쓰로틀 밸브(10) 또는 입구 가이드 베인을 대체하는, 모터(4) 및 그에 따른 압축기 소자(3)의 가변 속도 제어기(20)에 의해 형성된다는 점에서 차이를 가진다.
이 경우, 과열에 대한 모터(4)의 보호는 도 1의 장치의 경우에서와 유사한 알고리즘에 의해 수행될 수 있지만, 이 경우 속도를 특정 값만큼 감소시키는 제어기(11)에 의해 용량이 제한된다는 차이를 가진다.
도 1의 구현예와의 추가적인 차이는 마지막 실시예의 경우, 모든 권선(5)과 모든 베어링(12, 13)이 센서(14 또는 15)를 구비하는 것은 아니라는 점이며, 많은 센서(14)가 관련 권선(5)의 길이에 걸쳐서 하나의 권선(5)에 제공된다.
컨슈머(2)의 용량을 제어하기 위한 수단(9)은 위에서 기술된 쓰로틀 밸브(10), 입구 가이드 베인 또는 가변 속도 제어기(20)로 한정되지만, 다른 방식, 예를 들어 가변 디퓨저 베인 등의 형태로 실현될 수 있다. 많은 종류의 수단들(9)의 조합 또한 부분적 가능성을 갖는다.
본 발명은 컨슈머(2)로써 압축기 소자(3)에 대한 적용에 한정되지는 않지만, 예를 들어 익스팬더, 펌프, 환풍기, 냉각기 등에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 전류 측정 또는 추정된 파라미터들을 사용하는 것이 아니라, 직접 온도 측정만을 기반으로 한다.
본 발명은 실시예로서 기술되고 도면들에 도시된 구현예들에만 한정되지는 않지만, 이러한 방법 및 장치는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서 다른 이형들에 따라 실현될 수 있다.

Claims (24)

  1. 컨슈머의 용량 또는 동력을 제어하기 위한 제어기를 장착한 모터 구동식 컨슈머의 전기 모터를 보호하기 위한 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    모터에 대한 직접 측정에 의해 모터의 열적 조건을 판단하는 단계; 및
    상기 판단 단계에서 판단된 열적 조건의 함수로써 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력을 제한하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터는 하나 이상의 전기 권선과 하나 이상의 베어링을 구비하고, 이에 의하여 모터의 열적 조건을 판단하기 위해, 상기 방법은 하나 이상의 권선 및/또는 하나 이상의 베어링의 온도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 온도를 측정하기 위하여, 그의 신호가 상기 제어기로 피드백되는 하나 이상의 센서가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모터의 적어도 하나의 권선에 대하여, 둘 이상의 센서가 상기 권선의 길이를 따라 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 센서들의 적어도 일부의 각각을 보호하기 위해, 상기 온도의 최대값이 상기 제어기로 사전에 입력되고, 상기 방법은 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    - 적어도 하나의 센서에 대하여 측정된 온도를 사전에 입력된 해당 최대값과 연속적으로 또는 특정 시간 간격으로 비교하는 단계;
    - 상기 센서의 측정된 온도가 해당 최대값에 도달하였거나 초과하였으면, 상기 컨슈머의 최대 용량 및/또는 최대 동력을 제한하는 단계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센서의 온도가 해당 최대값 미만으로 떨어졌으면, 관련돤 상기 최대값이 도달될 때까지 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력이 다시 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 온도를 측정하기 위한 둘 이상의 센서를 구비하고, 상기 방법은, 이들 센서들 중 적어도 하나에 대하여 측정된 온도가 해당 최대값에 도달하였거나 초과하였으면, 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 모터는 권선들의 온도를 측정하기 위한 셋 이상의 센서를 구비하고, 상기 방법은 상기 센서들에 의해 측정된 온도들의 상호 비교에 의해 상기 센서들의 자기 진단을 수행하고, 이 센서에 의해 측정된 온도가 나머지 센서들에 의해 측정된 온도와 특정 설정값보다 많이 다르면 상기 센서를 결함 있는 센서로 간주하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 냉매를 이용한 냉각을 구비하고, 상기 센서들의 적어도 일부의 각각에 대하여, 관련 상기 센서의 측정된 온도와 상기 냉매의 입구 온도 간 온도 차이에 대한 최대값이 사전에 제어기에 입력되고, 이에 의해 상기 방법은 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    - 냉각 입력에서 상기 냉매의 입구 온도를 판단하는 단계;
    - 적어도 하나의 센서에 대하여, 상기한 냉매의 입구 온도와 관련 센서의 측정 온도 사이의 온도 차이를 판단하는 단계;
    - 이 온도 차이를 관련 센서에 대하여 사전에 입력된 온도 차이의 해당 최대값과 연속적으로 또는 시간 간격을 갖고서 비교하는 단계;
    - 상기 센서들 중 적어도 하나의 온도 차이가 해당 최대값에 도달하였거나 초과하였으면, 상기 컨슈머의 최대 용량 및/또는 최대 동력을 제한하는 단계.
  10. 제5항 및/또는 제9항에 있어서, 상기 측정된 온도들 및/또는 온도 차이들이 각 센서에 대한 설정값 미만으로 떨어진 후, 설정된 시간 간격 또는 다른 간격의 경과 후, 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력은 다시 더 높게 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터의 열적 조건의 판단은 다음 특징들 중 하나 또는 이들 특징들 중 임의 조합에 의존하는 것을 특징으로 하는 방법:
    - 상기 권선의 길이에 걸쳐서 상기 권선의 하나의 단일 지점에서 또는 많은 지점에서, 상기 권선들 중 적어도 하나 또는 모두의 절대 온도;
    - 적어도 하나의 권선과 냉매의 입구 온도 사이의 온도차;
    - 적어도 하나의 베어링의 절대 온도.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨슈머는 다음의 비한정적인 목록 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법:
    - 압축기;
    - 익스팬더;
    - 펌프;
    - 환풍기;
    - 냉각기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨슈머는 상기 동력을 제한하기 위한 수단을 구비하고, 이에 의해 이들 수단의 용량이 상기 제어기에 의해 제어되는 것으 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 용량 또는 동력을 제한하기 위한 상기 수단은 다음의 비한정적인 목록 중 하나 이상의 수단에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법:
    - 가변 입구 베인(IGV 또는 입구 가이드 베인);
    - 가변 디퓨저 베인(diffuser vanes);
    - 쓰로틀 벨브;
    - 가변 속도.
  15. 제12항 및 제14항에 있어서, 상기 컨슈머는 최대 열림부터 최대 닫힘까지의 범위에 대하여 회전될 수 있는 제어되는 가변 입구 베인들을 갖는 원심력 압축기이고, 이에 의해 상기 측정 온도 또는 상기 온도 차이의 상기한 최대값이 도달되거나 초과되면, 상기 컨슈머의 용량 또는 동력을 제한하기 위해, 상기 입구 베인들은 열림부터 닫힘까지의 회전 방향으로 상기 범위의 5-10%에 걸쳐 회전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제12항 및 제14항에 있어서, 상기 컨슈머는 상기 모터의 속도 제어를 갖는 압축기이고, 이에 의해 상기 측정된 온도 또는 상기 온도 차이의 상기한 최대값이 도달되거나 초과되면, 상기 컨슈머의 용량 또는 동력을 제한하기 위해, 상기 속도는 5-10% 하향 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 온도 측정만을 근거로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 컨슈머의 용량 또는 동력을 제어하기 위한 제어기를 장착한 모터 구동 컨슈머의 모터를 보호하기 위한 장치로서, 상기 모터에 대한 직접 측정에 의해 상기 모터의 열적 조건을 판단하기 위한 센서들을 구비하고, 상기에서 판단된 열적 조건의 함수로써 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력을 제한하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전기 모터는 하나 이상의 전기 권선과 하나 이상의 베어링을 구비하고, 상기 모터의 열적 조건을 판단하기 위한 상기 수단은 하나 이상의 권선의 온도를 측정하기 위한 하나 이상의 센서 및/또는 하나 이상의 베어링의 온도를 측정하기 위한 하나 이상의 센서에 의해 형성되고, 이에 의해 상기 온도의 최대값은 상기 센서들의 적어도 일부의 각각에 대하여 설정되고, 이에 의해 상기 측정된 온도가 해당 설정 최대값에 도달되거나 초과하면, 상기 제어기는 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력을 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 전기 모터는 냉매를 이용한 냉각 및 상기 냉각의 입력에서 상기 냉매의 입구 온도를 측정하기 위한 센서를 구비하고, 이에 의해 관련 센서의 측정된 온도와 상기 냉매의 입구 온도 사이의 온도 차이에 대한 최대값은 상기한 센서들의 적어도 일부의 각각에 대하여 설정되고, 이에 의해 상기 온도 차이가 해당 설정 최대값에 도달하거나 초과하면, 상기 제어기는 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력을 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기한 센서들의 온도만을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터의 최대 동력이 관련된 명목상 동작 조건들에서 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력에 해당하는 컨슈머의 동력과 같거나 다소 커도록, 설계 동안 상기 전기 모터가 명목상 동작 조건을 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터의 최대 동력이 관련된 명목상 동작 조건들에서 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력에 해당하는 컨슈머의 동력보다 최대 5%, 바람직하게는 최대 2%, 더욱 바람직하게는 최대 1% 커거나 바람직하게는 상기 동력과 같도록, 설계 동안 상기 전기 모터가 명목상 동작 조건을 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 명목상 동작 조건들을 위한 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 장치의 설계 동안 전기 모터를 선택하고, 상기 컨슈머의 용량 또는 동력을 제어하기 위한 제어기를 장착한 컨슈머를 구동하기 위한 방법으로서, 관련된 명목상 동작 조건들에서 상기 컨슈머의 최대 용량 또는 최대 동력에 해당하는 상기 컨슈머의 동력과 같거나 다소 큰 동력을 갖도록 모터가 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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