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KR0132521B1 - 직류전동기 과전류 검출장치 - Google Patents

직류전동기 과전류 검출장치

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KR0132521B1
KR0132521B1 KR1019940031744A KR19940031744A KR0132521B1 KR 0132521 B1 KR0132521 B1 KR 0132521B1 KR 1019940031744 A KR1019940031744 A KR 1019940031744A KR 19940031744 A KR19940031744 A KR 19940031744A KR 0132521 B1 KR0132521 B1 KR 0132521B1
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Abstract

이 발명은 직류전동기 과전류 검출장치에 관한 것으로, 전동기에 흐르는 전류신호를 전압신호로 바꾸어 출력하는 신호변환수단과, 상기 신호 변환수단으로부터 입력되는 신호를 일정한 기준전압과 비교하여 기준전압을 초과하는 값을 적분하여 출력하는 신호적분수단과, 상기 신호 적분수단으로부터 입력된 신호를 일정한 기준전압과 비교하여 기준전압보다 클 경우에 과전류가 흐르고 있음을 판단하여 신호를 출력하는 과전류 판단수단으로 이루어져 있으며, 직류전동기에 흐르는 과전류를 검출하는 데에 있어서, 전동기 전류의 과전류분을 적분하여 그 신호를 비교기준전압과 비교하여 직류 전동기가 구속되었을때의 과전류를 검출하는 방법을 이용하여, 초기 시동에 의한 순간적인 과전류(SS1)나, 동작 중이라도 발생하는 순간적인 과전류(SS2), 그리고 기계적인 마찰력의 증가로 인한 미약한 과전류(SS3)의 경우를 실제적인 전동기 구속에 의해 나타나는 과전류(SS4)와 정확하게 구분하므로써, 기계장치가 구속되어 있을 때에는 초기 강제 동작을 하지 않고 적은 용량의 캐패시터를 사용하여 노이즈 및 순간 과부하에 대해 오동작하지 않고 정확하게 동작하며, 실제의 구속에 의한 큰 과전류에 대하여 빠르게 동작하는 직류전동기 과전류 검출장치에 관한 것이다.

Description

직류전동기 과전류 검출 장치
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 직류전동기 과전류 검출장치를 적용한 회로도
제2도는 (a)∼(d)는 제1도의 각 지점에서의 파형도
제3도는 일반적인 직류 전동기의 전류 파형도이다.
이 발명은 직류전동기 과전류 검출장치에 관한 것으로서, 더 상세히 말하자면, 직류 전동기에 흐르는 전류를 전압으로 바꾸어 기준전압보다 초과하는 값을 적분하여 직류 전동기가 구속되었을 때의 과전류를 검출하므로서 초기 강제 동작을 하지 않고, 적은 용량의 캐패시티(capacitor)를 사용하여 노이즈 및 순간 과부하에 강하며, 구속에 의한 큰 과전류에 대하여 빠르게 동작하는 직류전동기 과전류 검출장치에 관한 것이다.
제3도는 일반적인 직류 전동기의 전류 파형도이다.
일반적으로 전동기는 제3도와 같은 파형을 가지고 구동되는데, 처음에(t0) 전동기가 구동되기 시작하면 일정한 기간동안(A) 전류량이 많아졌다가 정상 동작상태로 돌아와서, 기계적인 구속이 있기 전까지(B) 동작 전류가 흐르면서 전동기가 구동된다.
상기와 같이 동작하다가, 기계적인 구속이 생기면 전동기는 구동되지 않고 전원은 계속 공급되므로 인해 구속 전류가 흐리게 되고, 이 전류가 전동기를 파손시킬 우려가 있다.
상기와 같은 기계적 릴레이(relay) 또는 반도체 전력 소자를 이용하여 직류 전동기를 동작시킬 때, 기계적 구속 등에 의해 직류 전동기가 손상되는 것을 피하기 위해 전원 공급을 중단시켜야 할 필요가 있다.
일반적으로 상기와 같이 전동기가 구속되었을 때에는 직류 전동기에 흐르는 과전류를 검출하여, 릴레이 또는 반도체 전력 소자를 오프(off)시키는 방법을 사용하고 있다.
그런데, 상기 과전류를 검출하는 데에 있어서, 초기 작동시 발생되는 과전류나 기계장치에 순간적으로 걸리는 것에 의한 과부하 때문에 발생하는 과전류에 대해서는 과전류 보호장치가 동작되지 않고 둔감하게 반응하는 것이 바람직하다.
종래에는, 초기 동작시 발생하는 과전류에 의한 오동작을 방지하기 위해, 초기 동작이 정상 동작으로 작동되기까지의 시간, 즉 약 0.2 - 04호의 초기 과도 시간 동안 과전류 검출을 하지 않는 방법을 취하고 있다.
그런데, 상기와 같은 방법은 초기 과도시간 동안 과전류 검출을 배제하기 위한 회로가 복잡하고, 또 그 시간동안의 회로가 구속되었을 경우에도 회로가 강제로 동작하므로 전동기에 무리가 되는 문제점이 있다.
그리고 종래의 방법에서 단순히 저역통과필터(LPF, Low-pass Filter)를 사용하여 초기 과도시간 동안 과전류를 해결하는 방법이 있으나, 이 때 사용되는 캐패시터의 용량이 커야 하는 문제점과 기계장치에 윤활유가 너무 적거나 온도가 낮은 상태에서 동작하는 중에 저주파수 성분이면서 기준 전류값보다 약간 상회하는 동작 전류값에서도 쉽게 오동작하는 경우의 문제점, 그리고 실제로 기계장치가 구속되는 경우에 그 응답속도가 느리다는 문제점이 있다.
따라서 이 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 과전류로부터 직류전동기를 보호하기 위해 직류 전동기에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 기준전압을 초과하는 값을 적분한 다음 비교기로 비교하여 직류 전동기가 구속되었을 때의 과전류를 검출하므로서, 기계장치가 구속되어 있을 때에는 초기 강제 동작을 하지 않고 적은 용량의 캐패시터를 사용하여 노이즈 및 순간 과부하에 대해 오동작하지 않고 정확하게 동작하며, 실제의 구속에 의한 큰 과전류에 대하여 빠르게 동작하는 직류전동기 과전류 검출 장치를 제공하는데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은,
전동기에 흐르는 전류 신호를 전압신호로 바꾸어 출력하는 신호변환수단과, 상기 신호변환수단으로부터 입력되는 신호를 일정한 기준전압과 비교하여 기준전압을 초과하는 값을 적분하여 출력하는 신호적분수단과, 상기 신호적분수단으로부터 입력된 신호를 일정한 기준전압과 비교하여, 기준전압보다 작을 경우에 과전류가 흐르고 있음을 판단하여 신호를 출력하는 과전류 판단수단으로 이루어져 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 설명한다.
제1도는 이 발명의 실시예에 다른 직류전동기 과전류 검출장치를 적용한 회로도이고, 제2도의 (a)-(d)는 제1도의 각 지점에서의 파형도이다.
제2도는 (a)는 초기에 입력되는 시동신호의 파형도이고, (b)는 시간의 흐름에 따른 전동기 전압과 제1비교기준전압의 파형도이고, (c)는 시간의 흐름에 따른 적분 전압과 제2비교기준전압의 파형도이고, (d)는 시간의 흐림에 따른 리셋신호의 파형도이다.
제1도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 직류전동기 과전류 검출장치의 구성은,
전동기 구동시키는 신호를 입력받는 신호입력단자(I)와 리셋(reset)신호를 입력받는 리셋단자(R)로부터 신호를 입력받아, 신호출력단자(O)를 통해 전동기 제어신호를 출력하는 제어부(10)와,
상기 제어부(10)로부터 출력되는 제어신호에 따라 동작되어, 전동기를 구동시킬 수 있는 신호를 출력하는 전동기 구동부(20)와,
상기 전동기 구동부(20)의 출력단자에 연결되어, 상기 전동기 구동부(20)로부터 입력되는 신호에 따라 구동되는 전동기(M)와, 상기 전동기(M)에 흐르는 전류신호의 값을 전압으로 변환하여 출력하는 신호변환부(30)와,
상기 신호변환부(30)로부터 입력되는 신호를 일정한 기준전압과 비교하여 기준전압을 초과한 값을 적분하여 출력하는 신호적분부(40)와,
상기 신호적분부(40)로부터 입력된 신호를 기준전압과 비교하여, 기준전압보다 작을 경우에 과전류가 흐르고 있음을 판단하여 상기 제어부(10)로 리셋신호를 출력하는 과전류 판단부(50)로 이루어져 있다.
상기 전동기 구동부(20)는 상기 제어부(10)의 출력단자(O)가 베이스(base) 단자로 연결되고 에미터(emitter)단자가 접지되어 있는 트랜지스터(Q2)와, 전원(VDC)이 일측단자에 연결되고 상기 트랜지스터(Q2)의 컬렉터(collecter) 단자가 신호입력단자에 연결된 릴레이(RY)로 이루어져 있다.
상기 릴레이(RY)는 전원(VDC)이 일측단자에 연결되고 상기 트랜지스터(Q2)의 컬렉터단자가 타측단자에 연결된 전자석(EM2)과, 상기 전자석(EM)의 일측단자에 일측단자가 연결되고 타측단자가 전동기(M)의 일측단자로 연결되어 있는 스위치(S2)로 이루어져 있다.
상기 신호변환부(30)는 상기 전동기(M)의 타측단자에 일측단자가 연결되어 있고 타측단자가 접지되어 있는 저항(Rs)으로 이루어져 있다.
상기 신호적분부(40)는 상기 신호변환부(30) 저항(Rs)의 일측단자에 일측단자가 연결되어 있는 입력저항(Rin)과, 상기 입력저항(Rin)의 타측단자가 반전입력단자에 연결되고 제1비교기준전압(Vref1)이 비반전입력단자에 연결되어 있는 연산증폭기(OP4)와, 상기 입력저항(Rin)의 타측단자에 일측단자가 연결되고 상기 연산증폭기(OP)의 출력단자에 타측단자가 연결된 캐패시터(Cin)로 이루어져 있다.
상기 과전류 판단부(50)는 상기 신호적분부(40)의 출력단자가 반전입력단자로 연결되고 제2비교기준전압(Vref2)이 비반전입력단자로 연결되어 있다.
상기와 같이 이루어져 있는 이 발명의 동작은 다음과 같다.
상기 제어부(10)의 신호입력단자(I)로 제2도의 (a)와 같은 구동신호(OS)가 입력되면, 제어부(10)에서 전동기 구동부(20)로 신호를 출력하여 트랜지스터(Q2)가 온(on)되고 그에 따라 상기 릴레이(RY)가 온되어 스위치(S2)가 닫히면서 전동기 구동 전원(VDC)이 전동기(M)에 전달되어 상기 전동기 (M)가 구동된다.
전동기(M)가 구동되면서 전동기 전류(IM)가 흐르게 되는데, 신호변환부(30)의 저항(Rs)에 의해 상기 전동기(M) 타측단자에서의 전동기 전압(Vs)이 제2도의 (b)와 같이 측정된다.
상기 신호적분부(40)는 상기 전동기 전압(Vs)을 입력저항(Rin)을 거쳐서 반전입력단자를 통해 입력받는다.
상기에서 입력저항(Rin)의 크기는 상기 신호변환부(30)의 저항(Rs)의 크기에 비해 훨씬 크므로, 저항(Rs)의 신호값에 영향을 미치지 않는다.
그리고, 상기에서 입력받은 신호를 제1비교기준전압(Vref1)과 비교하여 초과한 값을 적분한 뒤, 제2도의 (c)와 같이 적분 전압(Vamp)을 출력한다.
과전류 판단부(50)는 상기 신호적분부(40)에서 출력된 적분 전압(Vamp)을 반전입력단자를 통해 입력 받아서, 제2비교기준전압(Vref2)과 비교하여, 상기 적분전압(Vamp)이 제2비교기준전압(Vref2)보다 더 작을 경우에는 상기 제어부(10)로 제2도의 (c)와 같은 리셋신호(RS)를 출력시킨다.
상기 제어부(10)에서는 상기 과전류 판단부(50)에서 리셋신호가 출력되면, 상기 리셋신호를 리셋단자(R)를 통해 입력받아, 전동기를 오프(off)시키는 신호를 출력한다.
그런데 제2도에서의 (b)에서 보면, 초기 시동전원(OS)이 인가되어 전동기의 초기 작동으로 인해 순간적으로 과전류(SS1)가 생기는데, 이때의 전동기 전압(Vs)을 제1비교기준전압(Vref1)과 비교하면, 이때 감지된 전동기 전압(Vs)이 제1비교기준전압(Vref1)보다 크지만 이때의 과전류로 인해 전동기를 멈추어서는 안된다.
따라서, 제2도의 (c)에서 보는 것처럼 상기 전동기 전압(Vs)의 기준전압 초과분이 적분된 값인 적분 전압(Vamp)을 제2비교기준전압(Vref2)과 비교하였다.
상기와 같이 비교하면, 비록 초기 시동에 의한 과전류가 생겼지만 그 값이 전동기를 파손시킬만큼 전류량이 되지 않다고 판단하였기에, 전동기의 작동을 멈추는 리셋신호(RS)를 출력시키지 않는다.
그리고 전동기 구동 중에 순간적으로 구속이 생길 수가 있는데, 그러한 경우에도 순간의 과전류(SS2)가 발생한다.
그러나 이 경우에도 전동기 전압(Vs)은 제1비교기준전압(Vref1)보다 크지만 전동기의 동작을 멈추어야 하는 상황은 아니다.
따라서 적분 전압 (Vamp)을 구하여 이 값을 제2비교기준전압(Vref2)과 비교해 보면, 제2비교기준전압(Vref2)의 값이 더 크므로 리셋신호(RS)를 발생시키지 않는다.
그리고, 기계장치와 전동기 사이의 마찰력이 커짐으로 인해, 전류는 작지만 긴시간 동안 과전류(SS3)가 발생할 수 있는데, 이 경우에도 전동기가 파손될 만큼의 상황은 아니므로 전동기를 멈출 필요가 없다.
그러므로, 이때에도 적분 전압(Vamp)을 제1비교기준전압(Vref2)과 비교하면, 리셋신호(RS)를 발생시키지 않는다.
그런데 기계장치에 연결된 전동기의 동작이 완료되거나 제동되어 전동기가 구속된 경우에 발생되는 과전류(SS4)에 대해서는 전동기 전압(Vs)이 제1비교기준전압(Vref2)보다 큰 것은 물론, 적분 전압(Vamp)의 크기도 제2비교기준전압(Vref2)보다 크게 되어 리셋신호(RS)를 발생하게 되고, 제어부(10)에서는 이 신호를 입력받아서, 전동기(M)를 멈추는 신호를 출력하게 된다.
즉, 초기 시동에 의한 순간적인 과전류(SS1)나, 동작 중이라도 발생하는 순간적인 과전류(SS2), 그리고 기계적인 마찰력의 증가로 인한 미약한 과전류(SS3)의 경우를 실제적인 전동기 구속에 의해 나타나는 과전류(SS4)와 구분하여 신호를 처리할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 동작하는 이 발명의 효과는, 직류전동기에 흐르는 과전류를 검출하는 데에 있어서, 전동기의 과전류분을 적분하여 그 신호를 비교기준전압과 비교하여 직류 전동기가 구속되었을 때의 과전류를 검출하는 방법을 이용하여, 초기 시동에 의한 순간적인 과전류(SS1)나, 동작 중이라도 발생하는 순간적인 과전류(SS2), 그리고 기계적인 마찰력의 증가로 인한 미약한 과전류(SS3)의 경우를 실제적인 전동기 구속에 의해 나타나는 과전류(SS4)와 정확하게 구분하므로서, 기계장치가 구속되어 있을 때에는 초기 강제 동작을 하지 않고, 적은 용량의 캐패시터를 사용하여 노이즈 및 순간 과부하에 대해 오동작하지 않고 정확하게 동작하며, 실제의 구속에 의한 큰 과전류에 대하여 빠르게 동작하는 직류전동기 과전류 검출 장치를 제공하도록 한 것이다.

Claims (2)

  1. 한쪽 단자에는 전동기(M)에 흐르는 전류신호가 입력되고 다른쪽 단자에는 접지점이 연결되어 있는 저항(Rs)으로 이루어지며, 상기 저항(Rs) 양단의 전압신호를 출력하는 신호변환수단(30)과 ; 상기 신호변환수단(30)으로부터 출력된 상기 전압신호를 입력받는 입력저항(Rin), 상기 입력저항(Rin)을 통한 상기 전압신호를 반전 입력단자로 입력받고 일정 크기의 제1비교기준전압(Vref1)을 비반전 입력단자로 입력받는 제1연산증폭기(OP4) 및 상기 제1연산증폭기(OP4)의 반전 입력단자와 출력단자 사이에 연결된 커패키터(Cin)로 이루어지며, 상기 제1비교기준전압(Vref1)을 초과하는 상기 전압신호의 일부분만 적분하는 신호적분수단(40)과 ; 상기 신호적분수단(40)으로부터 입력된 신호를 반전 입력단자로 입력받고 일정 크기의 제2비교기준전압(Vref2)을 비반전 입력단자로 입력받는 제2연산증폭기(OP)로 이루어지며, 상기 신호적분수단(40)으로부터 입력된 신호가 상기 제2비교기준전압(Vref)보다 작을 경우에만 상기 전동기(M)에 과전류가 흐르고 있음을 나타내는 결과신호를 출력하는 과전류 판단수단(50)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 직류전동기 과전류 검출 장치
  2. 제1항에서, 상기 입력저항(Rin)은 상기 신호변환수단(30)의 저항(Rs)의 값보다 훨씬 크기 때문에 상기 저항(Rs)의 값에 영향을 끼치지 않는 것을 특징으로 하는 직류전동기 과전류 검출장치.
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