KR101291079B1 - Ｓｆ６ 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터 및 모터 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터 및 모터 제어방법에 관한 것으로, 그 구성은 F6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터, 하우징; 상기 하우징에 내설된 축의 외주면을 따라 등간격 배치되는 회전자; 상기 회전자를 감싸도록 하우징 내에 구비되는 고정자; 상기 축 단부에 구비되어 회전자의 회전상태를 감지하는 센서; 및 상기 회전자와 연결되어 회전자에 전원을 공급하는 케이블;을 포함하여 이루어지며, 그 방법은 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터는 토오크 제어 방식과 위치 제업 방식을 이용해 제어되도록 한다.

Description

ＳＦ６ 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터 및 모터 제어방법{Structure and control of multi-phase disc type motor for SF6 gas circuit-breaker}

본 발명은 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터 구조 및 모터 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고정자와 회전자를 디스크형으로 형성시키고 다상의 코일을 권선시켜 서보모터를 대신하여 최대토크와 위치제어를 최적화를 통해 차단기 제어를 효율적으로 할 수 있게 하는 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터 및 모터 제어방법에 관한 것이다.

통상 차단기는 고정부와 가동부가 접촉되어 있는 상태에서 정상전류 및 고장전류를 흘려야 하고, 전력계통에 이상이 발생하여 고장전류가 흐르게 되면 회로를 차단하여 부하 및 기타 전력기기를 보호해야 한다. 차단기의 가동부는 접점, 노즐, 파퍼실 등으로 구성되어 있으며, 구동부와 연결되어 차단을 위해 가스를 압축하고 뿜어 주는 역할을 하는 부분이다. 이와 같은 차단기에 있어서 고장전류를 차단하고 극간의 절연을 신속하게 회복하기 위해서는 구동부가 아크를 소호하기 위한 파퍼실의 상승된 압력 및 가동부의 무게를 충분히 감당할 수 있는 힘이 있어야 하며, 동작특성의 변화가 없어야 한다.

현재 대용량 차단기의 경우 공압 및 유압 조작기가 주로 사용되고 있으며, 저조작력을 필요로 하는 차단기의 경우 압축 스프링 및 모터 드라이브 방식의 구동부가 사용되고 있다.

공압 및 유압 조작기의 경우 큰 힘을 발휘할 수 있지만 작동 유체가 누설될 수 있고 소음이 크다는 단점이 있다.

또한 스프링 조작기는 스프링을 압축시켜 필요한 힘을 얻는 방식으로 간단하고 제조비용은 저렴하지만 스프링의 탄성이 일정하지 않고 동작특성에 대한 신뢰성이 낮은 단점이 있다.

그리고 모터 드라이브의 경우 큰 힘을 내기 어렵고 서보모터의 비용이 상당히 고가여서 유지보수 비용이 상당히 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고정자와 회전자를 디스크형으로 형성시키고 다상의 코일을 권선시켜 서보모터를 대신하여 최대토크와 위치제어를 최적화를 통해 차단기 제어를 효율적으로 할 수 있게 하는 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터 및 모터 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명의 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터, 하우징; 상기 하우징에 내설된 축의 외주면을 따라 등간격 배치되는 회전자; 상기 회전자를 감싸도록 하우징 내에 구비되는 고정자; 상기 축 단부에 구비되어 회전자의 회전상태를 감지하는 센서; 및 상기 회전자와 연결되어 회전자에 전원을 공급하는 케이블;을 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 고정자는 다수개의 영구자석과 내주면을 따라 등간격 배치되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 영구자석은 원주를 중심으로 서로 다른 극성을 갖게 배치되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 회전자는 원주를 중심으로 다수개의 접점부가 배치되고 상기 접점부와 연결되는 코일이 권치된 것이 바람직하다.

그리고 상기 접점부는 11개인 것이 바람직하다.

그리고 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터에는 제어부가 더 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제어부는 전원을 공급받아 회전자의 접점부 각각에 공급하는 다수개의 스위칭 소자; 공급되는 전류를 측정하는 전류센서; 상기 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스폭변조(PWM)를 생산하는 제어기;로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터 제어 방법은, SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터는 토오크 제어 방식과 위치 제어 방식을 이용해 제어되도록 한다.

그리고 상기 토오크 제어 방식은, 특정 회전각까지 큰 토크를 축에 가함으로써 속도를 증가시키는 방식이며, 실제 차단이 이루어 지는 구간으로 임의의 각도로 조절이 가능하다.

그리고 상기 위치 제어 방식은, 회전각부터 목표위치까지 인가되는 전류를 적절히 조절함으로써 속도를 감소시키는 방식으로 최종 위치에서 발생할 수 있는 기계적 손상을 방지한다.

본 발명에 따르면, 고정자와 회전자를 디스크형으로 형성시키고 다상의 코일을 권선시켜 서보모터를 대신하여 최대토크와 위치제어를 최적화를 통해 차단기 제어를 효율적으로 할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 고정자를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 회전자를 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터 제어부를 나타내는 회로도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 디스크형 모터(10)는 하우징(11), 회전자(13), 고정자(14), 센서(15) 및 케이블(16)을 포함한다.

상기 하우징(11)은 중심 부분으로 내설되는 축(12)을 포함하며, 상기 축(12)은 외측의 차단기 측과 연결된다.

상기 회전자(13)는 상기 축(12) 외주면에 구비되며 등간격 배치된 접점부(13a)와 상기 접점부(13a)와 접점된 상태로 회전자에 권치되는 코일(13b)이 구비된다. 도면상에 도시하고 있지는 않지만 상기 코일은 절연체에 의해 감싸진 형태를 하고 있다.

상기 고정자(14)는 내주면 원주 중심으로부터 방사 형태로 다수개의 영구자석(14a)이 구비되며 상기 영구자석은 원주를 따라 서로 다른 극성이 엇갈리게 배치된다.

상기 센서(15)는 축(12) 단부에 배치되어 축(12)의 회전량을 감지하도록 구성되어 있다.

상기 케이블(16)은 상기 회전자(13)의 접점부와 각각 접점되어 회전자에 외부로부터 공급되는 전원을 공급한다.

예컨대 본 발명의 디스크형 모터는 하우징에 내설된 회전자와 고정자가 회전자 양측에 각각 배치되고 회전자는 축에 배치되어 케이블로부터 공급된 전원이 회전자에 공급되면 회전자에 공급된 전원에 의해 자기장이 발생하게 되고 발생된 자기장은 이웃한 고정자의 자기장 변화를 통해 회전하게 된다. 회전하는 회전자는 축을 회전시켜 결과적으로 축 단부에 연결된 차단기를 동작시키기 된다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 회전자를 회전시키는 전원의 변화는 제어부(20)에 의해 이루어진다.

상기 제어부(20)는 외부로부터 전원을 공급하는 전원(21)과 상기 전원(21)을 전달하는 스위칭 소자(27a)들이 다수개 배치되는 IGBT-s(27)와 디스크형 모터(10)로 공급하는 게이트 드라이브(22)와 공급된 전원의 전류를 측정하는 전류센서(23)와 상기 전류센서를 통과한 아날로그 직류 전류값을 주기적으로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하여 제어기(35)로 공급하는 A/D 변환기(24)와 제어신호(26)를 통해 공급되는 전원을 제어하고 상기 스위칭 소자(27a)들의 제어하기 위한 펄스폭변조(PWM) 신호를 생성하는 제어기(25)로 이루어진다.

즉, 상기 제어부는 전원(21)으로부터 전류를 회전자의 11상 접점부(13a) 각각에 공급하고, IGBT-s(27)은 전원과 전원과 모터(10)의 회전자(13)의 11상 접점부(13a) 각각을 연결한다. 그리고 전류센서(23)는 전원(21)으로부터 스위칭 소자(27a)들을 통해 디스크형 모터(10)에 공급된 전류를 감지하고 제어기(25)는 스위칭 소자(27a)를 제어하여 전력을 디스크형 모터(10)의 각 접점부(13a)들에 공급하기 위한 펄스폭변조(PWM) 신호들을 생성한다. 제어기에 의한 펄스폭변조 신호는 설정된 시간만큼 ON/OFF 되어 디스크형 모터를 제어한다. 이를 통해 디스크형 모터를 동작시키기 된다.

한편 디스크형 모터 제어 방법은 토오크 제어 방식과 위치제어 방식을 이용하는 것으로 최초 회전구간(약 0°~ 120°까지의 구간)에서는 토오크 제어 방식을 이용하고, 그 이상 구간에서는 위치제어 방식을 이용하여 펄스폭변조 신호의 ON/OFF 시간을 조절함으로써 인가되는 전류를 제어하는 것이 가능해진다.

상기 토오크 제어방식은 처음부터 특정 회전각까지 큰 토크를 축에 가함으로써 속도를 증가시키는 방식이고, 위치제어 방식은 특정 회전각부터 끝까지 인가되는 전류를 적절히 조절함으로써 속도를 감소시키는 방식이다.

이렇게 마지막 구간에서 속도를 감소시킴으로써 최종위치에서 발생할 수 있는 디스크형 모터와 차단기 측의 기계적인 손상을 방지할 수 있다.

본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

Claims (10)

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8. SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터는 토오크 제어 방식과 위치 제어 방식을 이용해 제어되도록 하는 것을 특징으로 하고,
   상기 토오크 제어 방식은, 최초의 회전구간 0°~ 120°까지의 구간에서 토크를 축에 가함으로써 차단이 일어날 수 있는 속도로 전류의 펄스폭변조 신호의 ON/OFF 시간을 조절하고,
   상기 위치 제어 방식은, 차단 동작 후 임의시점에서 최종위치까지 속도를 감소시켜 구동부와 차단기 측의 기계적인 손상을 방지토록 전류의 펄스폭변조 신호의 ON/OFF 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 SF6 가스차단기 조작기용 다상 디스크형 모터 제어 방법.
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