KR101540433B1

KR101540433B1 - 다기능 모터 보호장치

Info

Publication number: KR101540433B1
Application number: KR1020140104569A
Authority: KR
Inventors: 정성학; 김대희
Original assignee: (주)와이제이솔루션; 김대희
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2034-08-12

Abstract

본 발명은 다기능 모터 보호장치에 관한 것이다. 본 발명의 제 1 측면은, 모터 절연저항 측정, 모터의 사용시간 측정, 모터(1)와 입력 및 제어부(120) 사이에 형성된 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용횟수, 모터 베어링온도 측정, 그리고 모터 회전수 측정을 수행하는 입력 및 제어부(120); 및 입력 및 제어부(120)에 의해 측정된 각 정보를 구현하는 모니터링부(110); 를 포함하는 다기능 모터 보호장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은, 내부 인터페이스(130)로 접속된 모니터링부(110), 그리고 입력 및 제어부(120)를 포함하는 다기능 모터 보호장치(100)에 있어서, 입력 및 제어부(120)는, 3상 모터에 해당하는 모터(1)로 전원 공급 및 제어를 수행하며, 내부에는 모터(1)에 대한 측정을 위한 홀센서(Hall sensor)(122) 및 모터 베어링 온도측정 센서(124)를 구비하는 모터 제어 센터부(121); 홀센서(122)로부터 수신된 모터(1)에 대한 회전 속도를 측정하기 위한 주파수 신호를 전압으로 변환하는 주파수-전압 변환기(123); 모터 베어링 온도측정 센서(124)로부터 수신된 저항의 증가 정보를 미리 설정된 시간 동안 샘플링하여, 샘플링된 값을 획득하는 샘플링 회로부(125); 모터(1)의 전원단 U, V, W와 연결되어 모터(1)에 대한 절연저항을 측정하는 절연저항계 유닛부(126); 및 주파수-전압 변환기(123)로부터 수신된 전압 정보를 이용한 모터(1)에 대한 회전수(RPM)의 측정, 그리고 샘플링 회로부(125)로부터 수신된 샘플링된 값을 이용한 모터 베어링의 온도 측정을 수행하며, 절연저항계 유닛부(126)로부터 절연저항값을 수신하며, 측정된 회전수(RPM) 및 모터 베어링 온도 측정값, 그리고 절연저항값을 모니터링부(110)로 전송하여 구현되도록 하는 MPU(128); 를 포함하는 다기능 모터 보호장치를 제공함에 있다.

Description

다기능 모터 보호장치{multi-function motor protection apparatus}

본 발명은 다기능 모터 보호장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 모터에 대한 사용 및 관리 상태를 통합적으로 관리하기 위한 다기능 모터 보호장치에 관한 것이다.

전동기(이하, 모터)는 전기적 에너지(ENERGY)를 기계적 에너지(ENERGY)로 변환하는 기계로, 전기가 있는 한 가장 동력원으로 편리한 기계는 모터라는 것은 주지의 사실이다.

기동, 정지, 제어 등 취급 방법이 매우 간단하여 가정에서부터 공장 그리고 광산에 이르기까지 그의 응용 범위는 대단히 넓고 또한 종류도 다양하다. 특히, 유도 모터는 산업용으로 널리 사용되고 있다.

그러나 전 공정 자동화 관리체계(DCS)에서도 저압 모터는 관리 대상에서 제외되어 있는 현실이며, 어느 산업 현장이나 운영 모터의 80% 이상이 저압모터이고 사고 유발 확률이 가장 높은 대상이다.

또한, 모터에 대한 문제의 소지가 예상되어도 정기 운휴 일정을 기다리다가 도중에 재해 발생 절연 상태의 변화 추이를 장기적으로 관찰, 사전 정비 실현이 필요로 하고 있다.

뿐만 아니라, 이러한 모터는 전기적 및 기계적으로 모니터링 해야하는 다양한 파라미터들이 있다. 즉, 전기적 특성으로 부하의 특성, 정격 출력, 사용전압, 속도, 제동, 적용규격, 토크 특성, 온도상승 및 절연 특성 등이 있으나 현재는 이러한 광범위한 모터에 대한 모니터링 기술이 제공되고 있지 않은바, 모터에 대한 통합적인 모니터링을 위한 기술 개발이 요구되고 있다.

또한, 일반적인 모터의 결함은 전기적 결함과 기계적 결함으로 나눌 수 있다.

먼저, 전기적 원인에 대해서 살펴본다.

첫째로, "과부하"는 모터에 연결되어 있는 기계에 과중한 부하가 가해져 전동기에 열이 발생되어 그 열에 의해 권선의 절연이 파괴되어 소손을 발생시킨다.

둘째로, "결상"은 모터를 운전하기 위한 전선로에 3상 중 한 상의 결함으로 단상으로 운전될 경우(연결부위나 접촉기의 접점에서 많이 발생함) 모터는 회전 토오크의 부족으로 회전을 계속하지 못하고 정지하게 되며, 이때 건전상의 과도한 전류가 전동기의 소손을 발생시킨다.

셋째로, "층간단락"은 모터 권선 (coil) 중 한 상의 권선이 절연의 취약 또는 열화로 인해 같은 상의 코일(coil)이 서로 단락되어 소손을 발생시킨다.

넷째로, "선간단락"은 모터 권선의 열화로 인한 절연이 취약하게 되어 선간 교차 부분이 서로 단락을 일으켜 소손됨을 발생시킨다.

다섯째로, "권선지락"은 권선의 열화로 인한 또는 절연의 취약부분에서 전동기의 몸체로 누설전류가 흘렀을 때 그 누설전류의 흐름이 진행되면 1선 완전 지락 상태로 발전되어 모터 소손을 발생시킨다.

여섯째로, "순간 과전압의 유입"은 전선로에 유입되는 고전압으로 인해 권선의 내전압을 초과하여 유입되면 소손되나 피뢰기에 의해 보호되고 있어서 극히 희박한 현상에 해당한다.

한편, 기계적 원인에 대해서 살펴보면, 첫째로, "구속"은 모터가 과중량 부하로 인해 회전하지 못하고 정지된 상태를 말하며 계속적으로 전원이 투입되어 있을 경우로 이때 흐르는 전류는 정격전류의 약 6배가 흐르게 되며 계속 그 상태가 유지되면 발생되는 열에 의해 모터를 소손시킨다.

둘째로, "모터의 회전자의 고정자 접촉"은 모터의 축(shaft)의 이상으로 회전자가 고정자를 스치고 돌아갈 때 발생하는 열에 의해 모터 소손을 발생시킨다.

셋째로, "축 베어링의 마모나 윤활유의 부족"은 모터의 축 베어링에서 발생한 열이 전도에 의해 모터의 권선까지 온도 상승을 일으켜 소손을 발생시킨다.

현재 도 1과 같이 국내,외에 나와있는 모터보호계전기(EOCR: Electronic Overcurrent Relay)는 대부분이 전기적 결함 보호를 위한 장치이며, 일부장치에서 절연저항을 측정하는 기능을 추가한 장치도 있다.

그러나 현재는 기계적 결함으로부터 모터를 보호하고자 하는 장치는 개발되어 있지 않으므로 이에 대한 기술개발이 요구되고 있으며, 본 명세서에서는 기계적 결함으로부터 모터를 보호하고자하는 장치를 제공하자고 한다.

[관련기술문헌]

1. 직류 모터 구동부의 전류 모니터 장치(APPARATUS FOR MONITORING AN ELECTRIC CURRENT OF A DIRECT CURRENT MOTOR DRIVE) (특허출원번호 제10-2000-0061558호)

2. 모니터를 재위치시킬 수 있는 모터 구동 탑재 시스템(MOTORIZED MOUNTING SYSTEM CAPABLE OF REPOSITIONING AMONITOR) (특허출원번호 제10-2006-0094963호)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모터의 절연 불량으로 인한 모터 손상, 나아가 화재, 인명 피해로 인한 생산 손실을 예방하도록 하기 위한 다기능 모터 보호장치을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 모터에 대한 효율적이고 체계적 관리가 되고 있지 않은 문제점을 개선하고, 모터 및 전원 공급 선로의 체계적 절연저항 관리와 모터 보호기능을 복합적으로 관리하도록 하기 위한 다기능 모터 보호장치을 제공하기 위한 것이다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치는, 모터 절연저항 측정, 모터의 사용시간 측정, 모터(1)와 입력 및 제어부(120) 사이에 형성된 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용횟수, 모터 베어링온도 측정, 그리고 모터 회전수 측정을 수행하는 입력 및 제어부(120); 및 입력 및 제어부(120)에 의해 측정된 각 정보를 구현하는 모니터링부(110); 를 포함한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치는, 내부 인터페이스(130)로 접속된 모니터링부(110), 그리고 입력 및 제어부(120)를 포함하는 다기능 모터 보호장치(100)에 있어서, 입력 및 제어부(120)는, 3상 모터에 해당하는 모터(1)로 전원 공급 및 제어를 수행하며, 내부에는 모터(1)에 대한 측정을 위한 홀센서(Hall sensor)(122) 및 모터 베어링 온도측정 센서(124)를 구비하는 모터 제어 센터부(121); 홀센서(122)로부터 수신된 모터(1)에 대한 회전 속도를 측정하기 위한 주파수 신호를 전압으로 변환하는 주파수-전압 변환기(123); 모터 베어링 온도측정 센서(124)로부터 수신된 저항의 증가 정보를 미리 설정된 시간 동안 샘플링하여, 샘플링된 값을 획득하는 샘플링 회로부(125); 모터(1)의 전원단 U, V, W와 연결되어 모터(1)에 대한 절연저항을 측정하는 절연저항계 유닛부(126); 및 주파수-전압 변환기(123)로부터 수신된 전압 정보를 이용한 모터(1)에 대한 회전수(RPM)의 측정, 그리고 샘플링 회로부(125)로부터 수신된 샘플링된 값을 이용한 모터 베어링의 온도 측정을 수행하며, 절연저항계 유닛부(126)로부터 절연저항값을 수신하며, 측정된 회전수(RPM) 및 모터 베어링 온도 측정값, 그리고 절연저항값을 모니터링부(110)로 전송하여 구현되도록 하는 MPU(128); 를 포함한다.

이때, MPU(128)는, 모터(1)에 대한 사용시간 측정, 그리고 모터(1)와, 입력 및 제어부(120) 사이에 형성된 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용 횟수 측정을 수행한 뒤, 각 측정된 정보를 모니터링부(110)로 전송하여 구현되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 모터 베어링 온도측정 센서(124)는, Pt100Ω의 측온저항체 온도센서를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 입력 및 제어부(120)는, 3상 모터(1)의 u 단자와 절연저항계 유닛부(126) 사이의 R1을 갖는 선로로부터 분기되어 모터(1)로 공급되는 전압 중 잔류 전압에 대한 측정을 수행한 뒤, MPU(128)로 전송하는 잔류 전압 측정부(127); 를 더 포함하며, MPU(128)는, 잔류 전압 측정부(127)로부터 수신된 잔류 전압 정보를 모니터링부(110)로 전송하여 구현되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, MPU(128)는, 알람부(128a)에 대한 경보 출력 제어, 측정된 정보에 대한 내부 인터페이스(130)를 통한 모니터링부(110)로의 전송에 따른 FND(Flexible Numerical Display)(111a)를 통한 표시 제어, 모니터링부(110)의 조작 유닛(112)으로의 입력에 따른 조작 소프트웨어(SW)의 프로그램 구동 제어, 각 측정 정보에 따른 모터(1)에 대한 이상 발생시 모뎀을 이용한 SMS 전송 제어 및 알람부(128a)를 통한 음성 출력 제어, 외부 인터페이스(129)에 대한 제어를 통해 사물인터넷(Internet of Things: IoT) 제어를 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 알람부(128a)는, MPU(128)에 의해 측정된 회전수(RPM), 모터 베어링의 온도, 잔류 전압, 모터(1)에 대한 사용시간, 그리고 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용 횟수 각각이 개별적으로 미리 설정된 임계치 이상인 경우, 경보 출력을 위해 내부 인터페이스(130)를 통해 모니터링부(110)의 디스플레이 유닛(111)로의 출력을 제어하는 것이 바람직하다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 모터 보호방법은, 입력 및 제어부(120)가 모터 절연저항 측정, 모터의 사용시간 측정, 모터(1)와 입력 및 제어부(120) 사이에 형성된 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용횟수, 모터 베어링온도 측정, 그리고 모터 회전수 측정을 수행하는 제 1 단계; 및 모니터링부(110)가 입력 및 제어부(120)에 의해 측정된 각 정보를 구현하는 제 2 단계; 를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치은, 모터의 절연 불량으로 인한 모터 손상, 나아가 화재, 인명 피해로 인한 생산 손실을 예방하도록 하는 효과를 제공한다.

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치은, 모터에 대한 효율적이고 체계적 관리가 되고 있지 않은 문제점을 개선하고, 모터 및 전원 공급 선로의 체계적 절연저항 관리와 모터 보호기능을 복합적으로 관리하도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 모터보호계전기(EOCR: Electronic Overcurrent Relay)와의 구별을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치(100)을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 다기능 모터 보호장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 2의 다기능 모터 보호장치(100)에 대한 회로 설계를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 다기능 모터 보호장치(100) 중 모니터링부(110)의 외관을 나타내는 도면으로, 도 5a는 정면도, 도 5b는 후면도, 도 5c는 측면도, 도 5d는 상부도를 나타낸다.
도 6은 도 2의 다기능 모터 보호장치(100) 중 입력 및 제어부(120)의 외관을 나타내는 도면으로, 도 6a는 평면도, 도 6b는 정면도, 도 6c는 우측면도, 도 6d는 좌측면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치(100)의 적용예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치(100)에서의 절연저항 측정 개념을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치(100)을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 2의 다기능 모터 보호장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 4는 도 2의 다기능 모터 보호장치(100)에 대한 회로 설계를 나타내는 도면이다.

그리고, 도 5는 도 2의 다기능 모터 보호장치(100) 중 모니터링부(110)의 외관을 나타내는 도면으로, 도 5a는 정면도, 도 5b는 후면도, 도 5c는 측면도, 도 5d는 상부도를 나타낸다. 도 6은 도 2의 다기능 모터 보호장치(100) 중 입력 및 제어부(120)의 외관을 나타내는 도면으로, 도 6a는 평면도, 도 6b는 정면도, 도 6c는 우측면도, 도 6d는 좌측면도를 나타낸다.

먼저, 도 2 내지 도 6을 참조하면, 다기능 모터 보호장치(100)는 모니터링부(110), 그리고 입력 및 제어부(120)를 포함함으로써, 모터 절연저항 측정, 모터의 사용시간 측정, 모터(1)와, 입력 및 제어부(120) 사이에 형성된 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용횟수, 모터 베어링온도 측정, 그리고 모터 회전수 측정을 수행한다.

또한, 다기능 모터 보호장치(100)의 기능으로, 원격지 모니터링을 위한 홈네트워크형 시리얼 통신 출력(예: RS-485 출력), 경보출력, FND(Flexible Numerical Display) 표시기능, 조작 소프트웨어(SW) 프로그램 기능, 이상 발생시 모뎀을 이용한 SMS 기능, 이상 발생시 음성 출력기능, 사물인터넷(IOT) 기능을 내장한다.

그리고, 모니터링부(110)와 입력 및 제어부(120) 간에는 내부 인터페이스(130)로 연결된 구조를 갖으며, 내부 인터페이스(interface)(130)의 예로는 RS-232C로 형성되는 것이 바람직하다. 즉 RS-232C를 통해 컴퓨터 또는 데이터 단말 장치(DTE)에 해당하는 입력 및 제어부(120)와, 주변 장치 또는 데이터 회선 종단 장치(DCE)에 해당하는 모니터링부(110) 간에 상호 접속이 가능하다.

한편, 모니터링부(110)는 디스플레이 유닛(111) 및 조작 유닛(112)이 정면부에 형성된다(도 5a 참조). 여기서 디스플레이 유닛(111)은 7-segment 디스플레이에 해당하는 FND(Flexible Numerical Display)(111a), 그리고 측정 데이터 표시부(111b)를 포함한다.

입력 및 제어부(120)는 모터 제어 센터부(121), 홀센서(Hall sensor)(122), 주파수-전압 변환기(123), 모터 베어링 온도측정 센서(124), 샘플링 회로부(125), 절연저항계 유닛부(126), 잔류 전압 측정부(127), MPU(128), 알람부(128a) 및 외부 인터페이스(129)를 포함한다. 이하에서는 입력 및 제어부(120)의 각 구성요소를 중심으로, 다기능 모터 보호장치(100)에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.

모터 제어 센터부(121)는 R,S,T 3상 모터에 해당하는 모터(1)로 전원 공급 및 제어를 수행하며, 내부에는 모터(1)에 대한 측정을 위한 홀센서(Hall sensor)(122) 및 모터 베어링 온도측정 센서(124)를 구비한다.

홀센서(Hall sensor)(122)는 홀 효과(Hall effect)를 이용해 자기장을 감지함으로써, 모터의 회전 속도(rotation speed)를 측정한다. 즉, 홀센서(12)는 감지하는 홀 접압의 변화에 따른 주파수 신호를 주파수-전압 변환기(123)로 전송한다.

주파수-전압 변환기(123)는 홀센서(122)로부터 수신된 주파수 신호를 전압으로 변환하여 MPU(128)로 전송함으로써, MPU(128)에 의해 변환된 전압 정보에 따른 모터(1)에 대한 회전수(RPM)의 측정이 수행되도록 한다.

모터 베어링 온도측정 센서(124)는 모터 베어링에 대한 온도를 측정한 뒤, 모터 베어링 온도 정보를 구현하기 위한 저항의 증가 정보를 샘플링 회로부(125)로 전송하며, Pt100Ω의 측온저항체 온도센서를 사용한다. 일반적으로 Pt100Ω에서는 1도 증가에 저항이 0.391Ω이 증가하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

샘플링 회로부(125)는 모터 베어링 온도측정 센서(124)로부터 수신된 저항의 증가 정보를 미리 설정된 시간 동안 샘플링하여, 샘플링된 값을 MPU(128)로 전송함으로써, MPU(128)에 의해 샘플링된 값을 이용해 모터 베어링의 온도 측정이 수행되도록 한다.

절연저항계 유닛부(126)는 3상 모터(1)의 전원단 U, V, W와 연결되어 모터(1)에 대한 절연저항을 측정하여, MPU(128)로 전송한다.

잔류 전압 측정부(127)는 3상 모터(1)의 u 단자와 절연저항계 유닛부(126) 사이의 R1을 갖는 선로로부터 분기되어 모터(1)로 공급되는 전압 중 잔류 전압에 대한 측정을 수행한 뒤, MPU(128)로 전송한다.

잔류 전압 정보를 수신하는 이유는 모터(1) 운전 종료 후에도 완전히 전압이 방전되지 않고 남아 있게 되는데, 이 경우에는 정확한 절연측정이 되지 않을 뿐만아니라, 순간적인 임펄스 노이즈(noise)로 인해 다기능 모터 보호장치(100)에 소손이 발생할 수 있다. 따라서 잔류 전압을 측정하여야 한다.

MPU(128)는 상술한 주파수-전압 변환기(123)로부터 수신된 전압 정보에 따른 모터(1)에 대한 회전수(RPM)의 측정, 샘플링 회로부(125)로부터 수신된 샘플링된 값을 이용한 모터 베어링의 온도 측정, 잔류 전압 측정부(127)로부터 수신된 잔류 전압 정보의 수신, 그 밖에 모터(1)에 대한 사용시간 측정, 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용 횟수 측정을 수행한다.

또한, MPU(128)는 알람부(128a)에 대한 제어를 통해 경보 출력 기능, 측정된 정보에 대한 내부 인터페이스(130)를 통한 모니터링부(110)로의 전송에 따른 FND(Flexible Numerical Display)(111a)를 통한 표시 제어 기능, 모니터링부(110)의 조작 유닛(112)으로의 입력에 따른 조작 소프트웨어(SW)의 프로그램 구동 기능, 각 측정 정보에 따른 모터(1)에 대한 이상 발생시 모뎀을 이용한 SMS 전송 기능 및 알람부(128a)를 통한 음성 출력기능, 그 밖의 외부 인터페이스(129)에 대한 제어를 통해 사물인터넷(Internet of Things: IoT) 기능을 수행한다.

알람부(128a)는 MPU(128)에 의해 측정된 회전수(RPM), 모터 베어링의 온도, 잔류 전압, 모터(1)에 대한 사용시간, 그리고 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용 횟수 각각이 개별적으로 미리 설정된 임계치 이상인 경우, 경보 출력을 위해 내부 인터페이스(130)를 통해 모니터링부(110)의 디스플레이 유닛(111)로의 출력을 제어한다.

외부 인터페이스(129)는 입력 및 제어부(120)의 MPU(128)에 의한 원격지 모니터링을 위한 홈네트워크형 시리얼 통신 출력을 수행한다. 여기서 외부 인터페이스(interface)(129)는 RS-485 프로토콜에 의한 출력을 수행함으로써, RS-232C 방식에 의한 전송속도가 낮고 전송거리가 짧은 약점을 보완한다.

한편, 도 4와 같은 회로 및 구성요소를 갖는 모니터링부(110), 그리고 입력 및 제어부(120)에 의해, 모니터링부(110)는 디스플레이 유닛(111)의 FND(Flexible Numerical Display)(111a)로 측정을 위한 카운트 횟수로 0 내지 999,999까지 구현가능할 뿐만 아니라, 모터(1)에 대한 사용시간 측정시 0 내지 999,999 시간(114년)까지 가능하다. 또한, 모니터링부(110)는 Pt100Ω의 측온저항체 온도센서로 형성되는 모터 베어링 온도측정 센서(124)에 의해 모터 베어링에 대한 온도를 0 내지 100℃까지 구현 가능하며, 절연저항계 유닛부(126)에 의한 절연저항에 대해서 0.1 MΩ 내지 500 MΩ으로 구현가능하며, 홀센서(Hall sensor)(122)에 의해 측정되는 모터(1)의 회전수(RPM)에 대해서 0 내지 3000 RPM으로 구현가능하다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치(100)의 적용예를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 다기능 모터 보호장치(100)은 하나의 유닛(Unit)으로 하나의 시스템상에 빌트인(built-in) 된 것으로, W600×H300로 설치된 것을 나타낸다. 여기서 폭은 600 mm로 고정되나 높이는 300 mm 내지 900 mm 사이에서 가변될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다기능 모터 보호장치(100)에서의 절연저항 측정 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 절연저항계 유닛부(126)는 절연저항 측정시 전원 공급선 및 모터 고정자 권선의 1선과 대지간 등가 회로를 이용하여 수행한다. 즉 절연저항계 유닛부(126)는 도 7a의 원래의 회로에서 도 7b에 해당하는 1선과 대지간 측정 등가 회로로의 변환을 통해 절연저항에 대한 측정을 수행한다. 도 8의 예에서 "V = I×R"의 수식을 이용하면, 절연저항은 Z_L=500/I₀이며, 절연저항계 유닛부(126)에 의한 절연저항 측정범위(Measuring range)는 0.1 MΩ 내지 500 MΩ에 해당하는 것이 바람직하다.

그리고, 절연저항계 유닛부(126)는 절연저항 측정을 위해 Spot Reading법 또는 Short Time법, 시간 저항법, 그리고 단계 전압법(Step Voltage Method) 중 하나에 의해 수행한다.

먼저, Spot Reading법 또는 Short Time에 의한 경우 절연저항계 유닛부(126)는 미리 설정된 단시간 동안(예, 60초)에 피절연체에 접속한 뒤, 증가하고 있는 저항치 곡선에서 단지 어떤 한점의 값을 취한다. 취해진 한점의 값은 일반적으로 30초치 보다 적을 때도 있고 60초치보다 큰 때도 있다. 또한 온도나 습기는 물론 자신의 절연조건 역시 저항치에 영향을 미친다는 것을 가정하며, 과거, 한 번도 시험을 하지 않았던 기기에 대한 최초의 Spot Reading은 단지, 그 절연상태가 얼마나 양호한가를 혹은 불량한가를 대충 알아보는 것에 불과하다.

다음으로, 시간 저항법에 의하는 경우 절연저항계 유닛부(126)는 시간 저항법에 있어서는 온도의 영향을 전혀 받지 않으며, 과거 시험기록 없이도 때때로 명확한 자료를 제공하여 주는 장점을 제공한다. 시간 저항법은 양호한 절연의 흡수효과와 습기나 혹은 불량화한 절연의 흡수 효과를 비교하는데 근거를 두고 있으며, 연속적인 지시치를 특정시간에 취해서 그 지시치의 상이점을 주목하여 모니터링 한다. 양호한 절연은 흡수전류에 기인되어 어떤 시간을 지나서는 계속적인 저항치의 증가를 보여준다. 즉, 절연이 잘되어 있을 때에는 그 절연체의 Capacitance를 충전하는데 소요되는 시간 보다 흡수효과에 의한 시간이 더욱 길다는 것을 의미하며, 만약, 절연이 많은 습기에 차있거나 오염되어 있다면 흡수효과는 저항치를 감소시키면서 매우 일정한 값을 가지고 있는 높은 누설전류에 의해 엄폐되고 말 것인 것을 의미한다. 시간 저항법의 시험은 Spot Reading법으로 시험했을 때 절연이 좋은 상태를 나타낸 경우라 할지라도 보다 명확한 상황을 알려주는 장점을 제공한다.

마지막으로, 단계 전압법(Step Voltage Method)의 경우 절연저항계 유닛부(126)는 단계적으로 2가지 종류 혹은 그 이상의 전압(예를 들면 DC 500V, 1000V, 3000V 등)을 인가할 수 있는 다단가압장치(Multi-Voltage Instrument)가 필요하다. 절연저항계 유닛부(126)는 다단가압장치로서, 대상물이 더 높은 전압에서 절연이 저하하는가를 관찰함으로써, 높은 전압에서 절연저항치가 보다 저하되면 고전압에서만 나타나는 절연열화 징조로 판단한다. 단계 전압법의 기술적인 이론은, 기계적 손상을 입었거나 청결하고 건조한 절연물이 노화되면 낮은 전압을 가했을 때에는 별로 나타나지 않는다는 것이다. 그러나 시험전압을 기기의 정격전압에 가까운 값이나 그 이상의 값으로 인가키 위하여 단계적으로 증가시키면 부분적인 불량개소는 더욱 더 절연저항에 영향을 받는다. 이에 따라 부분적인 결함을 가진 권선저항은 일반적으로 그 권선 내부에 가해진 전압이 어떤 한계를 넘어 증가하면 급격히 감소한다. 이에 따라 단계 전압법(Step Voltage Method)은 각 단계에서 각 약 60초간 일정하게 전압을 가해 주어야 하며, 이 시간에 전 흡수전류가 소멸되지 않을 경우도 있겠으나 저항측이 동일한 근거에서 시행되는 것이므로 이 시험치는 가치가 있는 것이다. 시험결과는 절연재나 온도의 영향을 받지 않는 장점이 있으며, 이유는 절연저항의 절대치가 아닌 저항내의 변화(절연물의 변화)를 관찰한 것 이기 때문이다. 단계적 전압법은 다단 가압장치에서 얻을 수 있는 최고전압과 동일한 전압 또는 그 이상의 전압이 정격으로 되어 있는 기기의 절연속에 과다한 습기 또는 오염 여부를 결정하는데 도움이 된다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1: 모터
110: 모니터링부
111: 디스플레이 유닛
111a: FND(Flexible Numerical Display)
111b: 측정 데이터 표시부
112: 조작 유닛
120: 입력 및 제어부
121: 모터 제어 센터부
122: 홀센서(Hall sensor)
123: 주파수-전압 변환기
124: 모터 베어링 온도측정 센서
125: 샘플링 회로부
126: 절연저항계 유닛부
127: 잔류 전압 측정부
128: MPU
128a: 알람부
129: 외부 인터페이스
130: 내부 인터페이스

Claims

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내부 인터페이스(130)로 접속된 모니터링부(110), 그리고 입력 및 제어부(120)를 포함하는 다기능 모터 보호장치(100)에 있어서, 입력 및 제어부(120)는,
3상 모터에 해당하는 모터(1)로 전원 공급 및 제어를 수행하며, 내부에는 모터(1)에 대한 측정을 위한 홀센서(Hall sensor)(122) 및 모터 베어링 온도측정 센서(124)를 구비하는 모터 제어 센터부(121);
홀센서(122)로부터 수신된 모터(1)에 대한 회전 속도를 측정하기 위한 주파수 신호를 전압으로 변환하는 주파수-전압 변환기(123);
모터 베어링 온도측정 센서(124)로부터 수신된 저항의 증가 정보를 미리 설정된 시간 동안 샘플링하여, 샘플링된 값을 획득하는 샘플링 회로부(125);
모터(1)의 전원단 U, V, W와 연결되어 모터(1)에 대한 절연저항을 측정하는 절연저항계 유닛부(126); 및
주파수-전압 변환기(123)로부터 수신된 전압 정보를 이용한 모터(1)에 대한 회전수(RPM)의 측정, 그리고 샘플링 회로부(125)로부터 수신된 샘플링된 값을 이용한 모터 베어링의 온도 측정을 수행하며, 절연저항계 유닛부(126)로부터 절연저항값을 수신하며, 측정된 회전수(RPM) 및 모터 베어링 온도 측정값, 그리고 절연저항값을 모니터링부(110)로 전송하여 구현되도록 하는 MPU(128); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 모터 보호장치.
청구항 2에 있어서, MPU(128)는,
모터(1)에 대한 사용시간 측정, 그리고 모터(1)와, 입력 및 제어부(120) 사이에 형성된 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용 횟수 측정을 수행한 뒤, 각 측정된 정보를 모니터링부(110)로 전송하여 구현되도록 하는 것을 특징으로 하는 다기능 모터 보호장치.
청구항 2에 있어서, 모터 베어링 온도측정 센서(124)는,
Pt100Ω의 측온저항체 온도센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 다기능 모터 보호장치.
청구항 2에 있어서, 입력 및 제어부(120)는,
3상 모터(1)의 u 단자와 절연저항계 유닛부(126) 사이의 R1을 갖는 선로로부터 분기되어 모터(1)로 공급되는 전압 중 잔류 전압에 대한 측정을 수행한 뒤, MPU(128)로 전송하는 잔류 전압 측정부(127); 를 더 포함하며,
MPU(128)는, 잔류 전압 측정부(127)로부터 수신된 잔류 전압 정보를 모니터링부(110)로 전송하여 구현되도록 하는 것을 특징으로 하는 다기능 모터 보호장치.
청구항 2에 있어서, MPU(128)는,
알람부(128a)에 대한 경보 출력 제어, 측정된 정보에 대한 내부 인터페이스(130)를 통한 모니터링부(110)로의 전송에 따른 FND(Flexible Numerical Display)(111a)를 통한 표시 제어, 모니터링부(110)의 조작 유닛(112)으로의 입력에 따른 조작 소프트웨어(SW)의 프로그램 구동 제어, 각 측정 정보에 따른 모터(1)에 대한 이상 발생시 모뎀을 이용한 SMS 전송 제어 및 알람부(128a)를 통한 음성 출력 제어, 외부 인터페이스(129)에 대한 제어를 통해 사물인터넷(Internet of Things: IoT) 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 다기능 모터 보호장치.
청구항 6에 있어서, 알람부(128a)는,
MPU(128)에 의해 측정된 회전수(RPM), 모터 베어링의 온도, 잔류 전압, 모터(1)에 대한 사용시간, 그리고 전자 접촉기(Magnet contactor) 사용 횟수 각각이 개별적으로 미리 설정된 임계치 이상인 경우, 경보 출력을 위해 내부 인터페이스(130)를 통해 모니터링부(110)의 디스플레이 유닛(111)로의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 다기능 모터 보호장치.
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