KR20230174561A - Hybrid starter for Direct-On-Line starting with current ratio increase/decrease control function - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 교류부하의 직입기동 시 트라이액의 급격한 전류 증감을 제한하고 단락사고로부터 하이브리드 릴레이 접점을 보호할 수 있는 직입 기동용 하이브리드 스타터를 개시한다.
개시된 하이브리드 스타터는 서로 병렬 연결된 제1 릴레이와 트라이액으로 이루어져 제어신호에 따라 교류전원을 부하에 연결 혹은 차단하기 위한 하이브리드 릴레이와, 부하전류의 변동비를 감지하여 부하를 보호하기 위한 전류 변류기와, 하이브리드 릴레이와 직렬 연결되어 하이브리드 릴레이 고장 및 초기값 설정 시 교류전원을 부하에서 차단하고 이 후에는 제어신호에 따라 교류전원을 부하에 연결 혹은 차단하기 위한 제2 릴레이와, 부하전원을 온 혹은 오프하기 위한 신호 입력수단과, 트립이나 레디 상태를 출력하기 위한 신호 출력수단과, 상기 신호 입력수단으로부터 입력된 신호와 상기 전류 변류기로부터 감지된 부하전류와 상기 하이브리드 릴레이의 양단 전압을 감지하여 기동시 정상이면 상기 신호 출력수단에 레디 상태를 표시하고, 단락이 검출되면 상기 신호 출력수단으로 트립 신호를 출력하도록 상기 하이브리드 릴레이와 제2 릴레이를 제어하는 마이크로 컨트롤 유닛을 포함하는 것이다.
An embodiment of the present invention discloses a hybrid starter for direct-on-line starting that can limit rapid increases and decreases in current of a triac and protect hybrid relay contacts from short-circuit accidents during direct-on-line starting of an AC load.
The disclosed hybrid starter consists of a first relay and a triac connected in parallel with each other, a hybrid relay to connect or cut off AC power to the load according to a control signal, a current transformer to protect the load by detecting the variable ratio of the load current, and a hybrid A second relay connected in series with the relay to cut off the AC power from the load when the hybrid relay fails and the initial value is set, and thereafter to connect or cut off the AC power to the load according to the control signal, and a second relay to turn the load power on or off. A signal input means, a signal output means for outputting a trip or ready state, a signal input from the signal input means, a load current detected from the current transformer, and a voltage at both ends of the hybrid relay are detected and, if normal at startup, the It includes a microcontrol unit that controls the hybrid relay and the second relay to display a ready state on the signal output means and output a trip signal to the signal output means when a short circuit is detected.

Description

전류비 증감제어 기능을 갖는 직입 기동용 하이브리드 스타터{Hybrid starter for Direct-On-Line starting with current ratio increase/decrease control function}Hybrid starter for Direct-On-Line starting with current ratio increase/decrease control function}

본 발명은 하이브리드 스타터의 개폐 접점에 적용되는 하이브리드 릴레이 보호에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류부하의 직입기동 시 입력전압 위상 및 부하전류 감지를 통해 트라이액의 급격한 전류비 증감(Critical rate of current rise and decrease, dI/dt and (dI/dt)c)을 제한하고 단락사고로부터 하이브리드 릴레이 접점을 보호하기 위한 직입 기동용 하이브리드 스타터에 관한 것이다.The present invention relates to hybrid relay protection applied to the opening and closing contacts of a hybrid starter, and more specifically, to detecting the input voltage phase and load current during direct starting of an AC load, to detect a sudden increase or decrease in the critical rate of current of the triac. This is about a hybrid starter for direct on-line start to limit rise and decrease, dI/dt and (dI/dt)c) and protect hybrid relay contacts from short circuit accidents.

일반적으로, 교류 전동기는 큰 기동전류에 의해 전동기에 열적인 손상이 올 수 있고 사용해야 하는 차단기의 용량이 커지는 등의 문제점이 있기 때문에 기동시 전압을 낮춰주는 다양한 감전압 기동법을 사용하고 있다. 이러한 기동법으로는 리액터 기동, Y-△ 기동, 소프트 스타터 등이 있다. 직입 기동(전전압 기동)은 모터의 정격전압으로 바로 기동하는 방식으로서, 이때 발생하는 기동전류는 정격전류의 5~8배 수준이고 기동토크는 정격토크의 100~200% 수준이므로, 기동시간이 짧은 반면 전압강하 또는 높아진 토크로 인한 기계적 손상여지가 많아 10마력 이하의 모터에 주로 사용된다.In general, AC motors have problems such as large starting currents that can cause thermal damage to the motor and the capacity of the circuit breaker that must be used increases, so various reduced voltage starting methods are used to lower the voltage at starting. These starting methods include reactor starting, Y-△ starting, and soft starter. Direct-on starting (full-voltage starting) is a method of starting directly at the rated voltage of the motor. The starting current generated at this time is 5 to 8 times the rated current and the starting torque is 100 to 200% of the rated torque, so the starting time is Although it is short, there is a lot of potential for mechanical damage due to voltage drop or increased torque, so it is mainly used for motors under 10 horsepower.

직입 기동 교류기기의 전원제어용 릴레이로는 기계식 릴레이와 반도체 릴레이(Solid state relay, SSR), 전자접촉기(Magnetic contactor), 그리고 하이브리드 릴레이(Hybrid relay) 등이 있다. 반도체 릴레이는 기계식 릴레이와 다르게 움직이는 접점을 포함하지 않으나 전류에 비례하는 내부 발열로 인해 별도의 방열회로를 포함하는 전자 스위치로 무 접점 릴레이라고 부른다. 전자접촉기는 기계식 릴레이와 같이 전자석에 의해 접점을 동작시키나 접점 내구성이 높아 산업용 모터부하에 주로 사용되고, 기계식 릴레이에 비하여 소음 및 진동이 많은 편이다.Relays for power control of direct-start AC devices include mechanical relays, solid state relays (SSRs), magnetic contactors, and hybrid relays. Unlike mechanical relays, semiconductor relays do not contain moving contacts, but are called non-contact relays as electronic switches that include a separate heat dissipation circuit due to internal heat generation proportional to the current. Like mechanical relays, electromagnetic contactors operate contacts by electromagnets, but their contact durability is high, so they are mainly used for industrial motor loads, and produce more noise and vibration than mechanical relays.

하이브리드 릴레이는 기계식 릴레이와 반도체 릴레이를 병렬로 결합하되 소프트 스타터와 달리 직입기동 또는 정격전압 기동에 사용되므로 삼상전원 연결 시에도 2상만 연결하여 제어할 수 있다는 특징이 있다. 제어방식과 관련하여 보다 두드러진 특징은 기계식 접점의 이동 중인 매우 짧은 시간(수 ms)에 한해 반도체 릴레이가 온/오프 되는 원리이므로 반도체 접점 내부 발열 없이도 병렬 연결된 기계식 접점의 불꽃(arc)은 감소되고, 소음 및 진동이 제한적이며 접점수명은 전자 접촉기의 수 배 이상 연장될 수 있다. 따라서 하이브리드 릴레이는 전기적 노이즈(EMI)없이 부하전류 제어가 용이하고 발열이 없어 별도의 방열판이 필요 없으므로 기계식 릴레이와 반도체 릴레이 기술의 장점만을 포함하는 기술이다.Hybrid relays combine mechanical relays and semiconductor relays in parallel, but unlike soft starters, they are used for direct-line starting or rated voltage starting, so they can be controlled by connecting only two phases even when connected to three-phase power. A more notable feature related to the control method is the principle that the semiconductor relay turns on/off only for a very short period of time (several ms) while the mechanical contact point is moving, so the spark (arc) of the mechanical contact point connected in parallel is reduced without internal heat generation of the semiconductor contact point, Noise and vibration are limited, and contact life can be extended several times that of an electromagnetic contactor. Therefore, hybrid relay is a technology that includes only the advantages of mechanical relay and semiconductor relay technology because it is easy to control load current without electrical noise (EMI) and does not generate heat, so it does not require a separate heat sink.

한편, 하이브리드 스타터는 상기 하이브리드 릴레이 회로를 사용하되 CT 변류기와 같은 별도의 전류감지 회로를 더해 과전류를 포함한 다양한 전류고장으로부터 부하 측을 보호하도록 구성한 것이다. 특히, 산업용 모터에 사용되는 하이브리드 모터 스타터는 단락보호 유형에 따라 그 사용환경이 구분될 수 있는데, 보다 상세하게는 단락사고로 인한 차단기(MCB) 동작 후 또는 모터 스타터의 과전류 보호 시 내부 릴레이 접점소손(IEC60947-4)에 관한 것으로, 타입 1은 재사용을 요구하지 않으나 타입 2는 이를 요구하고 있다.Meanwhile, the hybrid starter uses the hybrid relay circuit above, but adds a separate current detection circuit such as a CT current transformer to protect the load from various current faults, including overcurrent. In particular, the usage environment of hybrid motor starters used in industrial motors can be divided depending on the type of short-circuit protection. More specifically, internal relay contact burnout occurs after the circuit breaker (MCB) operates due to a short-circuit accident or during overcurrent protection of the motor starter. (IEC60947-4), Type 1 does not require reuse, but Type 2 requires it.

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종래의 하이브리드 릴레이는 전기적 노이즈(EMI)나 기계식 접점 불꽃(아크)이 감소하는 장점에도 불구하고 제어방식의 한계로 정격전류의 6-7배에 이르는 기동전류 내성이 요구되는 산업용 AC 모터에는 그 적용이 어려운 실정이다. 즉, 하이브리드 릴레이의 접점 전환 시 또는 온/오프 시 트라이액 전류 변동비(dI/dt)는 높은 기동전류로 인해 급격히 증가할 수 있고, 잦은 기동/정지나 릴레이 바운싱(Bouncing) 등의 이유로 짧은 주기 안에 접점 전환이 반복되어 발생하면 트라이액의 전기적 특성이 저하되어 아크 제어 기능이 감퇴할 수 있다. 특히, 단락 기동 중 외부 차단기(MCB) 또는 퓨즈(Fuse)의 동작지연으로 인해 트라이액에 고장전류가 인가되고 전류 변동비가 사양이 요구하는 임계치를 초과하거나 최대허용전류(정격전류의 약 10배)를 넘게 되면 트라이액의 영구적 손상이 발생하고, 트립 복귀 시 재사용이 불가하므로 모터 스타터의 단락보호유형 타입 2 요구사항을 만족할 수 없게 된다. Although the conventional hybrid relay has the advantage of reducing electrical noise (EMI) or mechanical contact spark (arc), it is applied to industrial AC motors that require starting current tolerance of 6-7 times the rated current due to limitations in the control method. This is a difficult situation. In other words, the triac current fluctuation ratio (dI/dt) can rapidly increase due to the high starting current when the contact point of the hybrid relay is switched or turned on/off, and within a short period due to frequent starting/stopping or relay bouncing, etc. If contact switching occurs repeatedly, the electrical characteristics of the triac may deteriorate and the arc control function may deteriorate. In particular, a fault current is applied to the triac due to a delay in the operation of the external circuit breaker (MCB) or fuse during short-circuit operation, and the current fluctuation ratio exceeds the threshold required by the specification or the maximum allowable current (approximately 10 times the rated current). If it is exceeded, permanent damage to the triac will occur, and reuse upon trip recovery will not be possible, making it impossible to satisfy the short-circuit protection type type 2 requirements of the motor starter.

또한, 하이브리드 릴레이를 AC 모터에 적용하기 어려운 다른 이유는 다음과 같다. 트라이액의 급격한 전류 변동비를 감소하기 위해 주로 사용되는 옵티컬 트라이액(Opto-traic)과 RC 스누버(Snubber)회로의 조합은, 트라이악의 급격한 전압 변동비(dV/dt)c로 인한 오 동작으로부터(False turn-on) 트라이액을 보호하기 위한 것이나 하이브리드 릴레이와 같이 병렬 연결된 기계식 릴레이의 순간적인 접점 전환 시 기계식 릴레이 접점 양단의 전기적 노이즈(EMI) 및 불꽃(Arc)을 옵티컬 트라이액의 동작지연시간 또는 게이트 전류 지연시간 동안 온전히 차단할 수 없으므로 사용 목적인 아크 없는 개폐기능을 충족하기 어렵게 된다.Additionally, other reasons why it is difficult to apply hybrid relays to AC motors are as follows. The combination of optical triac (Opto-traic) and RC snubber circuit, which is mainly used to reduce the rapid current fluctuation ratio of the triac, prevents malfunction due to the rapid voltage fluctuation ratio (dV/dt)c of the triac ( False turn-on) This is to protect the triac, but when the instantaneous contact point of a mechanical relay connected in parallel, such as a hybrid relay, is switched, electrical noise (EMI) and sparks (Arc) on both ends of the mechanical relay contact point are reduced by the operation delay time of the optical triac or Since it cannot be completely blocked during the gate current delay time, it becomes difficult to achieve the arc-free switching function that is intended for use.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위해 제안하는 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 하이브리드 릴레이 온 시 입력전압 위상감지를 통해 단락사고로 인한 고장전류를 미리 예측하여 트라이액을 급격한 전류비 증가로부터 보호하고, 이 후 릴레이 접점 전환은 안정적인 DC 트라이액 게이트 전류를 영점전류에서 지연시간 없이 인가하여 트라이액의 급격한 전류비 증감(dI/dt & (dI/dt)c)을 제한하여 전기적 노이즈(EMI)가 전혀 없이 아크 없는 개폐를 구현하며, 나아가 모터 스타터의 단락보호유형 타입 2를 만족시킬 수 있는 직입 기동용 모터 스타터를 제공하기 위한 것이다.The present invention is proposed to solve these conventional problems, and the technical problem to be solved by the present invention is to predict in advance the fault current due to a short circuit through detection of the input voltage phase when the hybrid relay is turned on, and to use the triac to reduce the rapid current ratio. Afterwards, the relay contact switching applies a stable DC triac gate current without delay at the zero point current, limiting the rapid increase/decrease of the triac current ratio (dI/dt & (dI/dt)c) to prevent electrical noise. The purpose is to provide a motor starter for direct on-line starting that implements arc-free switching without any (EMI) and further satisfies the motor starter's short-circuit protection type type 2.

본 발명의 실시예는 교류부하의 직입기동 시 트라이액의 급격한 전류 증감(Critical rate of current rise and decrease, dI/dt and (dI/dt)c)을 제한하고 단락사고로부터 하이브리드 릴레이 접점을 보호할 수 있는 직입 기동용 하이브리드 스타터를 개시한다.An embodiment of the present invention limits the rapid current increase and decrease (Critical rate of current rise and decrease, dI/dt and (dI/dt)c) of the triac when starting an AC load directly and protects the hybrid relay contact from short circuit accidents. A hybrid starter for direct-on starting that can be started is disclosed.

개시된 하이브리드 스타터는 서로 병렬 연결된 제1 릴레이와 트라이액으로 이루어져 제어신호에 따라 교류전원을 부하에 연결 혹은 차단하기 위한 하이브리드 릴레이와, 부하전류의 변동비를 감지하여 부하를 보호하기 위한 전류 변류기와, 제어신호에 따라 하이브리드 릴레이 고장 또는 초기값 설정시 교류전원을 부하로부터 차단하기 위한 제2 릴레이와, 부하전원을 온 혹은 오프하기 위한 신호 입력수단과, 트립이나 레디 상태를 출력하기 위한 신호 출력수단과, 상기 신호 입력수단으로부터 입력된 신호와 상기 전류 변류기로부터 감지된 부하전류와 상기 하이브리드 릴레이의 양단 전압을 감지하여 기동시 정상이면 상기 신호 출력수단에 레디 상태를 표시하고, 단락이 검출되면 상기 신호 출력수단으로 트립 신호를 출력하며, 상기 하이브리드 릴레이 온 시 미리 설정된 입력전압파형의 낮은 시점에서 감소된 단락전류를 인가하고 단락사고로 인한 고장 전류를 미리 예측하여 급격한 전류비 증가로부터 상기 트라이액을 보호하고, 문제가 없을 경우에는 안정적인 DC 트라이액 게이트 전류를 영점전류에서 지연시간 없이 상기 트라이액의 게이트에 인가하여 릴레이 접점 전환시 트라이액의 급격한 전류비 증감(dI/dt & (dI/dt)c)을 제한하도록 상기 하이브리드 릴레이와 제2 릴레이를 제어하는 마이크로 컨트롤 유닛을 포함하는 것이다.The disclosed hybrid starter consists of a first relay and a triac connected in parallel with each other, a hybrid relay to connect or disconnect AC power to the load according to a control signal, a current transformer to protect the load by detecting the variable ratio of the load current, and a control signal. A second relay for blocking the AC power from the load when the hybrid relay fails or the initial value is set according to the signal, a signal input means for turning on or off the load power, and a signal output means for outputting a trip or ready state, The signal input from the signal input means, the load current detected from the current transformer, and the voltage at both ends of the hybrid relay are detected, and if normal during startup, a ready state is displayed on the signal output means, and if a short circuit is detected, the signal output means is displayed. Outputs a trip signal, applies a reduced short-circuit current at a low point of the preset input voltage waveform when the hybrid relay is turned on, predicts a fault current due to a short-circuit accident in advance, and protects the triac from a sudden increase in current ratio, If there is no problem, a stable DC triac gate current is applied to the gate of the triac without delay time at the zero point current to prevent a rapid increase or decrease in the current ratio (dI/dt & (dI/dt)c) of the triac when the relay contact is switched. It includes a microcontrol unit that controls the hybrid relay and the second relay to limit.

상기 마이크로 컨트롤 유닛은 전원인가 시 초기값 설정단계에서 교류전원의 반주기(T)를 저장하고, 제1 릴레이 온(RL1 ON) 명령을 통해 제1 트랜지스터(TR1)를 턴온시키고, 실제 제1 릴레이의 접점(RL1-s)이 온되기까지의 시간을 카운트하여 '오퍼레이팅 타임(To)'으로 설정하며, 제1 릴레이 오프(RL1 OFF) 명령을 내리고, 실제 제1 릴레이의 접점(RL1-s)이 오프되기까지의 시간을 카운트하여 '릴리즈 타임(Tr)'으로 설정하는 것이다.The microcontrol unit stores the half cycle (T) of the AC power in the initial value setting stage when power is applied, turns on the first transistor (TR1) through the first relay on (RL1 ON) command, and actually turns on the first relay. The time until the contact point (RL1-s) is turned on is counted and set as 'operating time (To)', the first relay off (RL1 OFF) command is issued, and the contact point (RL1-s) of the first relay is actually turned on. The time until it turns off is counted and set as 'release time (Tr)'.

상기 마이크로 컨트롤 유닛은 접점 전환 시 제1 코일전압 지연시간(Td1 = T-To) 또는 제2 코일전압 지연시간(Td2 = T-Tr)을 보정하여 차기 기동 정지 시 영점전류 동기화를 최적화하는 것이다.The microcontrol unit optimizes zero current synchronization at the next start and stop by correcting the first coil voltage delay time (Td1 = T-To) or the second coil voltage delay time (Td2 = T-Tr) when switching contact points.

상기 마이크로 컨트롤 유닛은 기동 정지 시 트라이액 게이트 전류 인가 주기를 영점전류의 반주기(T)보다 T/6 시점 앞서 인가하고, 반주기(T)보다 T/6시점 지연시켜 총 2T/6 시점으로 고정하여 DC 전원회로의 효율을 최적화시킨 것이다.When starting and stopping, the microcontrol unit applies the triac gate current application period T/6 time points before the half cycle (T) of the zero point current, and delays it by T/6 time points beyond the half cycle (T), fixing it to a total of 2T/6 time points. The efficiency of the DC power circuit has been optimized.

또한, 개시된 다른 실시예의 하이브리드 스타터는, S, T, R 삼상 중 어느 한상에 연결된 제1 하이브리드 스타터와, S, T, R 삼상 중 상기 제1 하이브리드 스타터가 연결되지 않는 다른 어느 한상에 연결된 제2 하이브리드 스타터와, 상기 제1 하이브리드 스타터의 신호 출력수단을 상기 제2 하이브리드 스타터의 신호 입력수단으로 연결하고, 상기 제2 하이브리드 스타터의 신호 출력수단을 상기 제1 하이브리드 스타터의 신호 입력수단으로 연결하여 어느 하나의 하이브리드 스타터가 트립될 경우, 다른 하이브리드 스타터에 트립신호를 전달하여 상기 제1 하이브리드 스타터와 상기 제2 하이브리드 스타터가 함께 트립되도록 된 것이다.In addition, the hybrid starter of another disclosed embodiment includes a first hybrid starter connected to any one of the three phases S, T, and R, and a second hybrid starter connected to any other phase to which the first hybrid starter is not connected among the three phases S, T, and R. A hybrid starter and a signal output means of the first hybrid starter are connected to a signal input means of the second hybrid starter, and a signal output means of the second hybrid starter is connected to a signal input means of the first hybrid starter. When one hybrid starter trips, a trip signal is transmitted to the other hybrid starter so that the first hybrid starter and the second hybrid starter trip together.

본 발명의 실시예에 따르면, 교류부하의 직입기동 시 입력전압 및 부하전류 위상 감지를 통해 트라이액의 급격한 전류 증감(Critical rate of current rise and decrease, dI/dt and (dI/dt)c)을 제한하고, 단락사고로부터 하이브리드 릴레이 접점을 보호할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, the rapid current increase and decrease (Critical rate of current rise and decrease, dI/dt and (dI/dt)c) of the triac is detected through detection of the input voltage and load current phase during direct starting of the AC load. It has the effect of limiting and protecting the hybrid relay contacts from short circuit accidents.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 하이브리드 릴레이 온 시 입력전압 위상감지를 통해 단락사고로 인한 고장전류를 미리 예측하여 트라이액을 급격한 전류비 증가로부터 보호하고, 이 후 릴레이 접점 전환은 안정적인 DC 트라이액 게이트 전류를 영점전류에서 지연시간 없이 인가하여 트라이액의 급격한 전류비 증감(dI/dt & (dI/dt)c)을 제한하여 온전히 아크 없는 개폐를 구현하며, 나아가 모터 스타터의 단락보호유형 타입 2를 만족시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when the hybrid relay is turned on, the fault current due to a short circuit is predicted in advance through detection of the input voltage phase to protect the triac from a sudden increase in current ratio, and then the relay contact point is switched to a stable DC triac. By applying the gate current without delay at zero current, the sudden increase/decrease of the triac's current ratio (dI/dt & (dI/dt)c) is limited to achieve completely arc-free switching, and furthermore, the motor starter's short circuit protection type type 2. It has the advantage of satisfying .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터의 동작 절차를 도시한 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 단상 모터에 적용한 예의 동작 타이밍도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 3상 모터에 적용한 예,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 3상 모터에 적용한 예의 정상 동작시 타이밍도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 3상 모터에 적용한 예의 단락 기동시 타이밍도이다.
1 is a schematic diagram showing a hybrid starter for direct-on starting according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a flowchart showing the operation procedure of a hybrid starter for direct-on starting according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is an operation timing diagram of an example of applying a hybrid starter for direct on-line start to a single-phase motor according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is an example of applying the hybrid starter for direct-on starting according to an embodiment of the present invention to a three-phase motor;
Figure 5 is a timing diagram during normal operation when the hybrid starter for direct-on-line starting according to an embodiment of the present invention is applied to a three-phase motor;
Figure 6 is a timing diagram at the time of short-circuit start when the hybrid starter for direct-on-line start according to an embodiment of the present invention is applied to a three-phase motor.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.The technical problems achieved by the present invention and its implementation will become clearer through preferred embodiments of the present invention described below. The following examples are merely illustrative for illustrating the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a hybrid starter for direct-on starting according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, DC 전원부(110), ADC1(122)과 ADC2(124)가 내장된 마이크로 컨트롤 유닛(MCU;120), 제1 릴레이(RL1), 트라이액(Q1), 제2 릴레이(RL2), 전류 변류기(CT), 제1 트랜지스터(TR1), 제2 트랜지스터(TR2), 제1 옵티컬 디바이스(130), 제2 옵티컬 디바이스(140)로 구성되어 L1 라인과 L2 라인으로 입력되는 단상 교류전원을 단상 부하(10)에 연결한다. 여기서, 제1 릴레이(RL1)와 트라이액(Q1)은 하이브리드 릴레이(150)를 구성하고, ADC1(122)은 하이브리드 릴레이 양단 전압 감지용 Analog-to-Digital 모듈이며, ADC2(124)는 부하전류 감지용 Analog-to-Digital 모듈이다.As shown in FIG. 1, the hybrid starter 100 for direct-on-line starting according to an embodiment of the present invention includes a micro control unit (MCU; 120) with a built-in DC power supply unit 110, ADC1 (122), and ADC2 (124). , first relay (RL1), triac (Q1), second relay (RL2), current transformer (CT), first transistor (TR1), second transistor (TR2), first optical device 130, It consists of 2 optical devices 140 and connects single-phase AC power input to the L1 line and L2 line to the single-phase load 10. Here, the first relay (RL1) and the triac (Q1) constitute the hybrid relay 150, ADC1 (122) is an analog-to-digital module for detecting the voltage across both ends of the hybrid relay, and ADC2 (124) is the load current. This is an Analog-to-Digital module for detection.

도 1을 참조하면, DC 전원부(110)는 L2선로와 뉴트럴(N) 선로에 연결되어 교류(AC)전원을 입력받아 24V DC, 5VDC를 출력하고, 단상 부하(10)는 일단이 L1선로와 연결되고 타단이 제2 릴레이 접점(RL2-s)과 제1 릴레이 접점(RL1-s)을 통해 L2 선로와 연결되며, 전류 변류기(CT)는 L2 선로에 흐르는 부하전류를 감지하여 ADC2(124)로 전달할 수 있도록 되어 있다.Referring to Figure 1, the DC power supply unit 110 is connected to the L2 line and the neutral (N) line to receive alternating current (AC) power and output 24V DC and 5VDC, and the single-phase load 10 has one end connected to the L1 line and It is connected and the other end is connected to the L2 line through the second relay contact point (RL2-s) and the first relay contact point (RL1-s), and the current transformer (CT) detects the load current flowing in the L2 line and ADC2 (124) It is designed to be passed on.

하이브리드 릴레이(150)는 서로 병렬로 연결된 제1 릴레이(RL1)와 트라이액(Q1)으로 구성된다. 제1 릴레이(RL1)는 릴레이 코일(RL1-coil)과 릴레이 접점(RL1-s)을 포함하는 기계식 릴레이로서, 제1 트랜지스터(TR1)가 턴온되면 24V DC 전압에 의해 제1 릴레이 코일(RL1-coil)이 여자되어 릴레이 접점(RL1-s)이 연결되고, 제1 트랜지스터(TR1)가 턴오프되면 릴레이 코일(RL1-coil)이 소자되어 릴레이 접점(RL1-s)이 차단되도록 되어 있다. 제1 릴레이 접점(RL1-s)의 양단에는 트라이액(Q1)의 메인 터미널(M1,M2)이 병렬로 연결되어 있고, 트라이액의 게이트(G)는 MCU(120)의 출력단자(O3)와 연결되어 있다. 이러한 하이브리드 릴레이(130)의 접점 상태(전압)는 저항(R1,R2)을 통해 ADC1(122)으로 전달되어 MCU(120)가 인식할 수 있도록 되어 있다.The hybrid relay 150 consists of a first relay (RL1) and a triac (Q1) connected in parallel with each other. The first relay (RL1) is a mechanical relay including a relay coil (RL1-coil) and a relay contact (RL1-s). When the first transistor (TR1) is turned on, the first relay coil (RL1- coil) is excited and the relay contact point (RL1-s) is connected, and when the first transistor (TR1) is turned off, the relay coil (RL1-coil) is deactivated and the relay contact point (RL1-s) is blocked. The main terminals (M1, M2) of the triac (Q1) are connected in parallel to both ends of the first relay contact (RL1-s), and the gate (G) of the triac is connected to the output terminal (O3) of the MCU (120). is connected to The contact state (voltage) of this hybrid relay 130 is transmitted to ADC1 (122) through resistors (R1 and R2) so that the MCU (120) can recognize it.

제2 릴레이(RL2)는 릴레이 코일(RL2-coil)과 릴레이 접점(RL2-s)을 포함하는 기계식 릴레이로서, 제2 트랜지스터(TR2)가 턴온되면 24V DC 전압에 의해 제2 릴레이 코일(RL2-coil)이 여자되어 릴레이 접점(RL2-s)이 연결되고, 제2 트랜지스터(TR2)가 턴오프되면 릴레이 코일(RL2-coil)이 소자되어 릴레이 접점(RL2-s)이 차단되도록 되어 있다.The second relay (RL2) is a mechanical relay including a relay coil (RL2-coil) and a relay contact (RL2-s). When the second transistor (TR2) is turned on, the second relay coil (RL2- coil) is excited and the relay contact point (RL2-s) is connected, and when the second transistor (TR2) is turned off, the relay coil (RL2-coil) is deactivated and the relay contact point (RL2-s) is blocked.

제1 옵티컬 디바이스(130;Optical device 1)는 외부 Start/Stop 입력 신호용 광 디바이스로서, 컨트롤 패널의 기동 스위치(미도시)로부터 ON/OFF 신호를 광신호로 입력받아 MCU(120)의 입력단자(I1)로 전달하고, 제2 옵티컬 디바이스(140; Optical device 2)는 외부 Ready 출력 신호용 광 디바이스로서 MCU(120)의 출력단자(O4)에 연결되어 시동준비(Ready) 광신호를 컨트롤 패널로 출력한다. 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 스타터(100)를 3상 부하에 사용할 경우에는 제2 옵티컬 디바이스(140)의 광출력이 다른 제 2 하이브리드 스타터의 제1 옵티컬 디바이스(130)의 광입력 회로와 직렬로 연결되어 제 1 하이브리드 스타터 트립시 함께 동작 정지할 수 있다.The first optical device 130 (Optical device 1) is an optical device for an external Start/Stop input signal. It receives the ON/OFF signal as an optical signal from the start switch (not shown) of the control panel and transmits it to the input terminal of the MCU 120. I1), and the second optical device 140 (Optical device 2) is an optical device for an external Ready output signal and is connected to the output terminal (O4) of the MCU 120 to output a Ready optical signal to the control panel. do. When the hybrid starter 100 according to an embodiment of the present invention is used for a three-phase load, the optical output of the second optical device 140 is in series with the optical input circuit of the first optical device 130 of another second hybrid starter. It is connected to and can stop operation together when the first hybrid starter trips.

제1 트랜지스터(TR1)는 MCU(120)의 제어에 따라 제1 릴레이(RL1)를 구동하기 위한 것이고, 제2 트랜지스터(TR2)는 MCU(120)의 제어에 따라 제2 릴레이(RL2)를 구동하기 위한 것이다.The first transistor TR1 is for driving the first relay RL1 under the control of the MCU 120, and the second transistor TR2 is for driving the second relay RL2 under the control of the MCU 120. It is for this purpose.

마이크로 컨트롤 유닛(MCU;120)은 다음에 자세히 설명하는 바와 같이 하이브리드 릴레이 온 시 입력전압 위상감지를 통해 단락사고로 인한 고장 전류를 미리 예측하여 급격한 전류비 증가로부터 트라이액(Q1)을 보호하고, 안정적인 DC 트라이액 게이트 전류를 영점전류에서 지연시간 없이 트라이액 게이트(G)에 인가하여 릴레이 접점 전환시 트라이액의 급격한 전류비 증감(dI/dt & (dI/dt)c)을 제한하여 온전히 아크 없는 개폐를 구현하며, 이에 따라 모터 스타터의 단락보호유형 타입 2를 만족시킬 수 있도록 한다.As described in detail below, the microcontrol unit (MCU) 120 predicts the fault current due to a short circuit through detection of the input voltage phase when the hybrid relay is turned on, and protects the triac (Q1) from a sudden increase in current ratio. By applying a stable DC triac gate current to the triac gate (G) without delay time at zero point current, the rapid increase/decrease of the triac current ratio (dI/dt & (dI/dt)c) when switching relay contacts is limited to completely prevent the arc. It implements seamless switching and thus satisfies the short circuit protection type 2 of the motor starter.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터의 동작 절차를 도시한 순서도로서, 도 2a는 전원 인가시 파라메터를 산출하고 기동하는 동작 절차를 도시한 순서도이고, 도 2b는 정지시 동작 절차를 도시한 순서도이다.Figure 2 is a flowchart showing the operation procedure of a hybrid starter for direct-on starting according to an embodiment of the present invention. Figure 2a is a flowchart showing the operation procedure for calculating parameters and starting when power is applied, and Figure 2b is an operation when stopped. This is a flowchart showing the procedure.

먼저, 본 발명의 실시예에서는 MCU(120)가 제1 트랜지스터(TR1)를 온시키기 위한 신호(RL1 ON 명령)를 출력한 후 실제 제1 릴레이 접점(RL1-s)이 연결되어 부하 전원이 온되기까지의 시간을 '오퍼레이팅 타임(To; operating time)'이라고 정의하고, MCU(120)가 제1 트랜지스터(TR1)를 오프시키기 위한 신호(RL1 OFF 명령)를 출력한 후 실제 제1 릴레이 접점(RL1-s)이 차단되어 부하 전원이 오프되기까지의 시간을 '릴리즈 타임(Tr; release time)'이라고 정의한다.First, in an embodiment of the present invention, after the MCU 120 outputs a signal (RL1 ON command) for turning on the first transistor TR1, the actual first relay contact point RL1-s is connected and the load power is turned on. The time until operation is defined as 'operating time (To; operating time)', and after the MCU 120 outputs a signal (RL1 OFF command) to turn off the first transistor TR1, the actual first relay contact ( The time until RL1-s) is blocked and the load power is turned off is defined as 'release time (Tr; release time)'.

도 2a를 참조하면, 교류전원이 입력되어 DC 전원부(110)에 의해 제어회로에 전원이 공급되면, MCU(120)가 ADC1(122)을 통해 선로 L1의 하이브리드 릴레이 상태 전압을 모니터링한다(S101,S102). 모니터링 결과 일정시간(예컨대, 입력주파수 1주기) 동안 전압이 감지되지 않으면, 제 1 릴레이(RL1), 제 2 릴레이(RL2) 및 트라이액(Q1)이 오프 상태(0V)이므로 오퍼레이팅 타임(To)과 릴리즈 타임(Tr)과 같은 파라메터 산출절차를 수행한다.Referring to FIG. 2A, when AC power is input and power is supplied to the control circuit by the DC power supply unit 110, the MCU 120 monitors the hybrid relay state voltage of line L1 through ADC1 122 (S101, S102). As a result of monitoring, if the voltage is not detected for a certain period of time (e.g., 1 cycle of input frequency), the first relay (RL1), the second relay (RL2), and the triac (Q1) are in the off state (0V), so the operating time (To) and release time (Tr).

오퍼레이팅 타임(To) 파라미터 산출단계(S103)에서는 MCU(120)가 제1 릴레이 온(RL1 ON) 명령을 통해 제1 트랜지스터(TR1)를 턴온시키고, 이후 실제 제1 릴레이의 접점(RL1-s)이 온되어 ADC1(122)의 전압이 Vcc가 되기까지의 시간을 카운트하여 '오퍼레이팅 타임(To)'이라는 파라메터로 내장 메모리에 저장한다.In the operating time (To) parameter calculation step (S103), the MCU (120) turns on the first transistor (TR1) through the first relay on (RL1 ON) command, and then turns on the actual contact point (RL1-s) of the first relay. The time until the voltage of ADC1 (122) is turned on and the voltage of ADC1 (122) becomes Vcc is counted and stored in the built-in memory as a parameter called 'operating time (To)'.

이어 릴리즈 타임(Tr) 파라미터 산출단계(S104)에서는 MCU(120)가 제1 릴레이 오프(RL1 OFF) 명령을 내리고, 실제 제1 릴레이의 접점(RL1-s)이 오프되어 ADC1(122)의 전압이 0V가 되기까지의 시간을 카운트하여 '릴리즈 타임(Tr)'이라는 파라메터로 내장 메모리에 저장한다.Then, in the release time (Tr) parameter calculation step (S104), the MCU (120) issues a first relay off (RL1 OFF) command, and the contact point (RL1-s) of the first relay is actually turned off, so that the voltage of ADC1 (122) is turned off. The time until it reaches 0V is counted and stored in the internal memory as a parameter called ‘release time (Tr)’.

그리고 제 1, 2 릴레이(RL1, RL2) 및 트라이액(Q1)의 접점 상태가 모두 정상이면, MCU(120)가 시동준비(Ready) 출력 신호용 제2 옵티컬 디바이스(Optical device 2;140)을 온(On)시키고, 기동 준비 상태로 전환한다(S105).And if the contact states of the first and second relays (RL1, RL2) and the triac (Q1) are all normal, the MCU (120) turns on the second optical device (Optical device 2; 140) for the ready output signal. (On) and switches to start-up preparation state (S105).

기동준비 상태에서 기동 스위치가 온되어 제1 옵티컬 디바이스(Optical device 1;130))의 입력신호(On)가 확인되면, MCU(120)는 제2 트랜지스터(TR2)를 턴온시켜 제 2 릴레이(RL2)를 여자시키고, ADC1(122)을 통해 입력전압파형이 감소하는 것을 확인한 후, 하이브리드 릴레이의 단락보호전압(Short ciruit protective voltage, 예: 7~12V) 확인시점까지 기다린다(S108). 여기서, 단락보호전압은 단락상태에서의 회로 임피던스를 고려하여 보호 동작 시 트라이액의 급격한 전류비 증가 임계치(dI/dt)기준을 초과하지 않게 미리 설정할 수 있으나 회로 임피던스 확인이 어려울 경우, 트라이액 게이트 전류 인가시간이 입력전압 파형의 영점전압 시점보다 최대한 가까우나 빠른 시점에 종료되도록 설정한다.When the start switch is turned on in the start ready state and the input signal (On) of the first optical device (Optical device 1; 130) is confirmed, the MCU 120 turns on the second transistor (TR2) to transmit the second relay (RL2). ), check that the input voltage waveform decreases through ADC1 (122), and wait until the hybrid relay's short circuit protective voltage (e.g., 7~12V) is confirmed (S108). Here, the short-circuit protection voltage can be set in advance so as not to exceed the threshold (dI/dt) for rapid current ratio increase of the triac during protection operation by considering the circuit impedance in the short-circuit state. However, if it is difficult to check the circuit impedance, the triac gate Set the current application time so that it ends as close to but earlier as possible than the zero point voltage of the input voltage waveform.

ADC1(122)을 통해 단락보호전압이 확인되면, MCU(120)는 단락 여부를 확인하기 위해 트라이액 게이트 전류(Gc1)를 매우 짧은 주기(예, 100㎲)에 한해 인가하고, ADC2(124)로 순간적인 전류 상승치를 확인하여 회로 임피던스 또는 정상파형(Full since wave)에서의 최대전류를 산출한다(S109). 이 때 트라이액 게이트 전류(Gc1)는 부하전류의 위상반전 이 전에 차단하는데, 이 것은 고장전류가 입력전압 사인파형이 수 V 이하인 상태에서는 위상반전이 발생시점까지 회로 인덕턴스(L)에 의해 지연되는 특성(Time constant(τ) = Inductance(uH) / Resistance(m-ohm)을 이용한 것으로, 부하전류(I)는 다음 수학식 1과 같이 계산된다.When the short circuit protection voltage is confirmed through ADC1 (122), the MCU (120) applies the triac gate current (Gc1) only for a very short period (e.g., 100 ㎲) to check for short circuit, and ADC2 (124) Check the instantaneous current rise and calculate the maximum current in the circuit impedance or steady waveform (Full since wave) (S109). At this time, the triac gate current (Gc1) is blocked before the phase inversion of the load current. This means that when the fault current is less than a few V of the input voltage sine waveform, the triac gate current (Gc1) is delayed by the circuit inductance (L) until the phase inversion occurs. Using the characteristic (Time constant (τ) = Inductance (uH) / Resistance (m-ohm)), the load current (I) is calculated as follows in Equation 1.

예컨대, 단락보호전압(V)=12V, 400V 변압기 저항(R)=5m-ohm, 인덕턴스(L)=0.1mH, 트라이액 게이트전류 인가시간=100uS, 전류비 상승 임계치 dI/dt = 50A/us 일 경우, 실제 감지전류 I는 다음 수학식 2와 같이 12A로 임계치인 50A보다 낮게 된다,For example, short circuit protection voltage (V) = 12V, 400V transformer resistance (R) = 5m-ohm, inductance (L) = 0.1mH, triac gate current application time = 100uS, current ratio increase threshold dI/dt = 50A/us. In this case, the actual sensing current I is 12A, which is lower than the threshold of 50A, as shown in Equation 2 below,

만일 산출된 최대전류(V/R)가 미리 설정된 보호전류치를 초과할 경우, 바로 트립하고 하이브리드 스타터(100)는 OFF 상태를 유지한다(S115,S116). 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 스타터(100)를 3상 전동기에서 사용할 경우에는 나중에 자세히 설명하는 바와 같이 2개의 하이브리드 스타터(100-1,100-2)를 사용하므로 제2 옵티컬 디바이스(Optical device 2;140)의 기동준비(Ready) 신호출력을 정지시키고, LED가 소등하면서 위상각이 120도 지연되는 상에 연결된 다른 하이브리드 스타터의 제1 옵티컬 디바이스(Optical device 1(Start/Stop;130)에 정지신호가 입력되게 하여 제 1, 2 하이브리드 스타터(100-1,100-2) 모두 트립 상태를 유지하게 한다.If the calculated maximum current (V/R) exceeds the preset protection current value, it trips immediately and the hybrid starter 100 maintains the OFF state (S115, S116). When using the hybrid starter 100 according to an embodiment of the present invention in a three-phase electric motor, two hybrid starters 100-1, 100-2 are used as will be described in detail later, so a second optical device (Optical device 2; 140) is used. ) stops the Ready signal output, and as the LED turns off, a stop signal is sent to the first optical device (Optical device 1 (Start/Stop) 130) of another hybrid starter connected to the phase whose phase angle is delayed by 120 degrees. input so that both the first and second hybrid starters (100-1,100-2) maintain the trip state.

한편, 산출된 최대전류(12A)가 상기 실시예와 같이 미리 설정된 허용전류(50A) 미만일 경우, 영점 전압에서 트라이액 게이트 전류(Tc2)를 짧은 주기 동안 다시 인가하여 트라이액(Q1)을 온시키고, 제1 코일전압 지연시간(Td1 = T-To, 여기서 'T는 반주기') 후 RL1 ON 명령으로 제1 트랜지스터(TR1)를 턴온시켜 제1 릴레이 코일(RL1-coil)을 여자시킨다(S111,S112). 만일, 입력전압의 반 주기(T)가 오퍼레이팅 시간(To)보다 작을 경우, 그 차이만큼 먼저 RL1 코일(RL1-coil)을 여자시킨다. 본 발명의 실시예에서는 이해의 편의를 위해 반주기(T)가 오퍼레이팅 타임(To)보다 크거나 같은 것으로 가정한다. 이후 저장된 오퍼레이팅 타임(To)에 따라 반 주기 후 영점전류 근사치에서 부하전류는 트라이액(Q1)에서 제 1 릴레이 접점(RL1-s)으로 전환되어 정상 운전을 시작하게 된다. 이와 같이 영점전류 근사치에서 전환이 이루어지므로 트라이액 전류는 급격한 전류비 감소 임계치(dI/dt)c를 초과하지 않게 된다.Meanwhile, if the calculated maximum current (12A) is less than the preset allowable current (50A) as in the above embodiment, the triac gate current (Tc2) is reapplied for a short period at the zero point voltage to turn on the triac (Q1). , After the first coil voltage delay time (Td1 = T-To, where 'T is half cycle'), the first transistor (TR1) is turned on with the RL1 ON command to excite the first relay coil (RL1-coil) (S111, S112). If the half cycle (T) of the input voltage is smaller than the operating time (To), the RL1 coil (RL1-coil) is excited first by the difference. In an embodiment of the present invention, for convenience of understanding, it is assumed that the half-cycle (T) is greater than or equal to the operating time (To). Afterwards, according to the stored operating time (To), after a half cycle, the load current is switched from the triac (Q1) to the first relay contact (RL1-s) at the approximate zero point current, and normal operation begins. Since the transition is made at the approximate zero point current in this way, the triac current does not exceed the rapid current ratio decrease threshold (dI/dt)c.

이 때, MCU(120)는 트라이액 전류의 위상반전을 감지하고 있었으므로 차기에는 이전에 비해 영점전류에 가까운 시점에 하이브리드 접점 전환이 이뤄지도록 제1 코일전압 지연시간(Td1=T-To)을 보정한다(S113).At this time, the MCU (120) was detecting the phase reversal of the triac current, so in the next time, the first coil voltage delay time (Td1 = T-To) was set so that the hybrid contact point transition occurs at a point closer to the zero point current than before. Calibrate (S113).

그리고 부하전류 공급이 제 1 릴레이 접점(RL1-s)으로 전환되면, 트라이액을 오프시켜 정상 운전을 시작하게 된다(S114). And when the load current supply is switched to the first relay contact (RL1-s), the triac is turned off and normal operation begins (S114).

다른 한편, 트라이액 DC 게이트 전류(Gc3) 인가시간은 전원부(110)의 소모전력과 상관이 있어 최소화할 필요가 있는데, 삼상전원 연결 시 하이브리드 릴레이의 순차적 상 개입에 의한 전류위상변화(저항부하의 경우 최대 30도 진상, -T/6)를 보상하기 위해 입력전압의 반 주기보다 T/6 이전(T - T/6)시점부터 게이트 전류를 인가하기 시작한다. 그리고 게이트 전류 인가주기는 기계식 릴레이 접점 바운싱(Bouncing)을 고려하여 최소시간을 미리 설정할 수 있다. 단, 모터와 같은 인덕티브 부하의 전류지연 또는 불평형 전류 등을 고려하여 (T+T/6) 시점까지 총 2T/6 (예컨대, 전원주파수가 60Hz인 경우 2.8ms)시간으로 초기값을 설정할 수 있다. 그러나 잦은 기동 정지가 필요한 현장에 사용되거나 기계식 릴레이의 마모(Mechanical fatigue)로 인해 접점 바운싱(Bouncing) 회수가 증가하는 경우, 트라이액(Q1)의 급격한 전류비 변동은 시간을 두고 반복 누적되고 전기적 특성저하로 이어질 수 있다. 예를 들어, 트라이액에서 기계식으로의 접점 전환 시점이 영점전류위상에서 다소 빠르거나 느려 트라이액 전류 감소비(dI/dt)c가 임계치를 초과하면 트라이액 전압 변동비(dV/dt)c의 특성저하로 인해 트라이액은 게이트 전류가 없어도 부하전류 차단 시점까지 강제 온 상태를 유지할 수 있고(Falso trun on), 정지 시 하이브리드 릴레이의 부하전류 차단 기능이 일시적으로 상실 되어 직렬 연결된 제 2 릴레이(RL2) 접점에 아크가 발생하게 된다. 따라서 MCU(120)는 매 기동 시마다 트라이액 전류의 위상반전을 감지하여 차기에는 이전에 비해 영점전류에 가까운 시점에 하이브리드 접점전환이 이뤄지도록 상기 코일전압 지연시간(T-To)을 보정하는 것이다.On the other hand, the triac DC gate current (Gc3) application time is related to the power consumption of the power supply unit 110 and needs to be minimized. When connecting a three-phase power supply, the current phase change (resistive load) due to sequential phase intervention of the hybrid relay In this case, to compensate for the maximum lead of 30 degrees (-T/6), the gate current begins to be applied from T/6 before the half cycle of the input voltage (T - T/6). Additionally, the minimum time for the gate current application period can be set in advance by considering mechanical relay contact bouncing. However, considering the current delay or unbalanced current of inductive loads such as motors, the initial value can be set to a total time of 2T/6 (e.g., 2.8ms if the power frequency is 60Hz) until (T+T/6). there is. However, when used in a field that requires frequent starting and stopping, or when the number of contact bouncing increases due to mechanical fatigue of the mechanical relay, rapid changes in the current ratio of the triac (Q1) accumulate over time and change the electrical characteristics. may lead to degradation. For example, if the point of contact transition from triac to mechanical is somewhat fast or slow in the zero current phase and the triac current reduction ratio (dI/dt)c exceeds the threshold, the characteristics of the triac voltage variation ratio (dV/dt)c Due to the drop, the triac can be forced to remain on until the load current is cut off even if there is no gate current (Falso trun on), and when it stops, the load current cutoff function of the hybrid relay is temporarily lost and the second relay (RL2) connected in series. An arc occurs at the contact point. Therefore, the MCU 120 detects the phase reversal of the triac current at every startup and corrects the coil voltage delay time (T-To) so that the hybrid contact point transition occurs at a point closer to the zero current than before.

도 2b를 참조하면, 정상운전 중 부하전류를 ADC2(124)를 통해 지속적으로 감지하다가 제1 옵티컬 디바이스(Optical device 1; 130)를 통해 Off 신호(STOP 명령)가 입력되거나 트립(Trip)이 발생되면, MCU(120)는 영점전류에서 미리 저장된 릴리징 타임(Tr)에 따라 제2 코일전압 지연시간(Td2 = T-Tr) 이후, RL1 OFF 명령으로 제1 트랜지스터(TR1)를 턴오프시켜 제1 릴레이 코일전원을 차단하고, 이어지는 영점전류에서 부하전류를 제 1 릴레이 접점에서 병렬 연결된 트라이액(Q1)으로 바이패스시키기 위해 영점전류 T/6 이전(T - T/6)시점부터 (T+T/6) 시점까지 총 2T/6 시간동안 게이트 전류(Gc3)를 인가하여 트라이액(Q1)을 턴 온시키고(S201~S203) 트라이액 전류의 급격한 전류비 증가(dI/dt)를 제한한다(S204). 만일 이 때 트라이액 전류 증가비 (dI/dt)가 임계치를 초과하면 트라이액은 영구적 손상이 발생할 수 있다. 따라서 기동 시와 마찬가지로 제2 코일전압 지연시간(Td2=T-Tr)을 보정하고, 트라이액(Q1)이 오프되어 트라이액 전류가 차단되면 제2 릴레이(RL2)를 개방한다(S205~S207).Referring to Figure 2b, during normal operation, the load current is continuously detected through ADC2 (124), and then an Off signal (STOP command) is input through the first optical device (Optical device 1; 130) or a trip occurs. If so, the MCU 120 turns off the first transistor TR1 with the RL1 OFF command after the second coil voltage delay time (Td2 = T-Tr) according to the release time (Tr) previously stored at the zero point current, In order to cut off the relay coil power and bypass the load current from the subsequent zero point current from the first relay contact point to the triac (Q1) connected in parallel, (T + T) from the time before the zero point current T/6 (T - T/6) /6) Turn on the triac (Q1) by applying the gate current (Gc3) for a total of 2T/6 time (S201 to S203) and limit the rapid current ratio increase (dI/dt) of the triac current ( S204). If the triac current increase ratio (dI/dt) exceeds the critical value, the triac may be permanently damaged. Therefore, as at startup, the second coil voltage delay time (Td2 = T-Tr) is corrected, and when the triac (Q1) is turned off and the triac current is blocked, the second relay (RL2) is opened (S205 to S207) .

한편, 정상운전 중 단락이 발생하여 부하전류가 트라이액 최대전류 임계치를 초과하면, 외부 차단기(MCB)가 동작하고, 부하전류가 안정되는 시점까지(예컨대, 최대 100ms) 기다린 후 트립한다(S211~S214). 따라서 외부 차단기 동작전류는 트라이액 최대전류 임계치 보다 낮아야 한다.On the other hand, if a short circuit occurs during normal operation and the load current exceeds the triac maximum current threshold, the external circuit breaker (MCB) operates, waits until the load current stabilizes (e.g., up to 100 ms), and then trips (S211~) S214). Therefore, the external breaker operating current must be lower than the triac maximum current threshold.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 단상 모터에 적용한 예의 동작 타이밍도로서, (A)는 하이브리드 릴레이 접점 전압(H.R contact voltage;ADC1)을 도시한 파형도이고, (B)는 상 전류(Phase current;ADC2)를 도시한 파형도이며, (C)는 트라이액 접점 상태(Triac contact Status;Q1)를 도시한 파형도이고, (D)는 트라이액 게이트 전류(Triac gate current;G)를 도시한 파형도이며, (E)는 제1 릴레이 접점의 상태(Relay contact Status;RL1)를 도시한 파형도이고, (F)는 제1 릴레이 코일의 전압(Relay coil Voltage;RL1)을 도시한 파형도이다.Figure 3 is an operation timing diagram of an example of applying a hybrid starter for direct starting according to an embodiment of the present invention to a single-phase motor, where (A) is a waveform diagram showing the hybrid relay contact voltage (H.R. contact voltage (ADC1)), and (B) ) is a waveform diagram showing the phase current (ADC2), (C) is a waveform diagram showing the triac contact status (Q1), and (D) is a waveform diagram showing the triac gate current (Triac gate current). Current; G), (E) is a waveform diagram showing the state of the first relay contact (Relay contact Status; RL1), and (F) is a waveform diagram showing the voltage of the first relay coil (Relay coil Voltage; This is a waveform diagram showing RL1).

도 3을 참조하면, 전원이 온되면 MCU(120)는 ADC1(122)을 통해 하이브리드 릴레이(HR) 접점의 전압이 감소하는 것을 모니터링하다가 도 3의 (A)와 같이 단락보호전압(Short ciruit protective voltage)이 확인되면, 도 3의 (D)와 같이 단락여부를 검출하기 위해 매우 짧은 주기(수십 uS)의 트라이액 게이트 전류(Gc1)를 인가하고, ADC2(124)로 순간적인 전류 상승치를 확인하여 정상파형(Full since wave)에서의 최대전류를 산출하여 단락여부를 판단한다. 이 때 트라이액 게이트 전류 인가시간은 위상반전이 발생하기 이전에 차단한다.Referring to FIG. 3, when the power is turned on, the MCU (120) monitors a decrease in the voltage of the hybrid relay (HR) contact point through ADC1 (122) and then detects a short circuit protection voltage (Short ciruit protective voltage) as shown in (A) of FIG. When voltage) is confirmed, the triac gate current (Gc1) of a very short period (several tens of uS) is applied to detect a short circuit as shown in (D) of Figure 3, and the instantaneous current rise value is checked with ADC2 (124). Then, determine whether there is a short circuit by calculating the maximum current in the steady waveform (Full since wave). At this time, the triac gate current application time is cut off before phase inversion occurs.

단락이 검출되지 않으면, MCU(120)는 도 3의 (D)와 같이 영점 전압에서 트라이액 게이트 전류(Gc2)를 짧은 주기 동안 다시 인가하고, 코일전압 지연시간(Td1=T-To, 여기서 T는 반주기) 후 제1 트랜지스터(TR1)를 구동하여 제1 릴레이 코일(RL1-coil)을 여자시키며, 이에 따라 제1 릴레이 접점(RL1-s)이 도 3의 (E)와 같이 To시간 후 영점전류 위치에서 온되게 한다. 이때, 영점전류 이전 T/6 시점에 트라이액 게이트(G)에 전류를 인가한 후 영점전류 이후 T/6 시점까지 지속되게 하여 전원부(110)의 효율을 개선시킨다. 즉, 트라이액(Q1) DC 게이트 전류 인가시간은 전원부 소모전력과 상관이 있어 최소화할 필요가 있는데, 본 발명의 실시예에서는 부하 타입에 따른 순차적 상 개입에 의한 전류위상변화(예컨대, 저항부하의 경우 최대 30도 진상, -T/6)를 보상하기 위해 입력전압의 반 주기보다 T/6 이전(T-T/6)시점부터 게이트 전류를 인가하기 시작한다. 그리고 게이트 전류 최소인가시간은 릴레이 바운싱 시간 또는 모터와 같은 인덕티브 부하의 전류지연 등을 고려하여 (T+T/6) 시점까지 총 2T/6 (예컨대, 전원주파수가 60Hz인 경우 2.8ms)시간으로 초기값을 설정할 수 있다.If a short circuit is not detected, the MCU 120 reapplies the triac gate current (Gc2) at the zero point voltage for a short period as shown in (D) of FIG. 3, and the coil voltage delay time (Td1 = T-To, where T (half cycle), drives the first transistor (TR1) to excite the first relay coil (RL1-coil), and accordingly, the first relay contact (RL1-s) reaches zero after the To time as shown in (E) of FIG. 3. Turn it on at the current position. At this time, the current is applied to the triac gate (G) at T/6 before the zero point current and continues until T/6 after the zero point current to improve the efficiency of the power supply unit 110. In other words, the triac (Q1) DC gate current application time is correlated with the power consumption of the power supply and needs to be minimized. In the embodiment of the present invention, the current phase change due to sequential phase intervention according to the load type (e.g., the resistive load) In order to compensate for a maximum lead of 30 degrees (-T/6), the gate current begins to be applied from T/6 before the half cycle of the input voltage (T-T/6). And the minimum gate current application time is a total of 2T/6 (e.g., 2.8ms if the power frequency is 60Hz) until (T+T/6) considering relay bouncing time or current delay of inductive load such as motor. You can set the initial value with .

이후, 제1 옵티컬 디바이스(Optical device 1;130)를 통해 오프(Off) 신호가 입력되면, MCU(120)는 운전 중 부하전류를 ADC2(124)를 통해 지속적으로 감지하다가 도 3의 (F)와 같이 영점전류에서 릴리즈 타임(Tr)을 뺀 제2 코일전압 지연시간(Td2 = T-Tr) 이후 제1 트랜지스터(TR1)를 턴오프시켜 제1 릴레이 코일전원을 차단하고, 도 3의 (D)와 같이 입력전압의 반주기보다 T/6 이전(T-T/6)시점부터 게이트 전류를 인가하여(T+T/6) 시점까지 총 2T/6(예컨대 전원주파수가 60Hz인 경우 2.8ms)시간 동안 게이트 전류를 유지시킨다.Thereafter, when an Off signal is input through the first optical device (Optical device 1; 130), the MCU (120) continuously detects the load current during operation through ADC2 (124) and then detects the load current through ADC2 (124) in FIG. 3 (F). As shown, after the second coil voltage delay time (Td2 = T-Tr) obtained by subtracting the release time (Tr) from the zero current, the first transistor (TR1) is turned off to block the first relay coil power, and the first relay coil power is blocked, as shown in (D) of FIG. 3. ), for a total of 2T/6 (e.g., 2.8ms if the power frequency is 60Hz) from the time T/6 before the half cycle of the input voltage (T-T/6) until the time the gate current is applied (T+T/6). Maintain the gate current.

이에 따라 전동기 정지(STOP)시에도 영점전류에서 제 1 릴레이 접점(RL1-s)에서 병렬 연결된 트라이액(Q1)으로 부하전류를 바이패스시켜 아크 발생과 트라이액 전류의 급격한 전류비 증가(dI/dt)를 제한할 수 있다. Accordingly, even when the motor is stopped (STOP), the load current is bypassed from the first relay contact (RL1-s) to the triac (Q1) connected in parallel at the zero point current, resulting in arc generation and a sudden increase in the current ratio of the triac current (dI/ dt) can be limited.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 3상 모터에 적용한 예로서, S상에 제 1 하이브리드 스타터(100-1)가 연결되어 있고, T상에 제 2 하이브리드 스타터(100-2)가 연결되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 S상과 T상에 제 1 및 제 2 하이브리드 스타터(100-1,100-2)가 각각 연결된 것으로 설명하나 R, S상 또는 T, R상에 제 1 및 제 2 하이브리드 스타터(100-1,100-2)를 각각 순서대로 연결해도 동작 특성에는 차이가 없다.Figure 4 is an example of applying the hybrid starter for direct-on starting according to an embodiment of the present invention to a three-phase motor, in which the first hybrid starter (100-1) is connected to the S phase and the second hybrid starter (100-1) is connected to the T phase. -2) is connected. In the embodiment of the present invention, the first and second hybrid starters (100-1,100-2) are described as connected to the S phase and the T phase, respectively, but the first and second hybrid starters (100-1,100-2) are connected to the R and S phases or the T and R phases. Even if you connect 100-1,100-2) in each order, there is no difference in operation characteristics.

도 4를 참조하면, 3상 전동기(20)의 U권선은 릴레이를 통해 R 상에 연결되고, V권선은 제1 하이브리드 스타터(100-1)를 통해 S 상에 연결되며, W 권선은 제2 하이브리드 스타터(100-2)를 통해 T상에 연결되어 있다. 또한 하이브리드 스타터(100)를 3상에 사용할 경우에는 제1 하이브리드 스타터(100-1)의 옵티컬 디바이스 2(140)의 출력이 제2 하이브리드 스타터(100-2)의 옵티컬 디바이스 1(130)의 입력으로 연결되고, 제2 하이브리드 스타터(100-2)의 옵티컬 디바이스 2(140)의 출력이 제1 하이브리드 스타터(100-1)의 옵티컬 디바이스 1(130)의 입력으로 연결되어 어느 하나의 하이브리드 스타터가 트립될 경우 다른 하이브리드 스타터도 트립되어 제1 하이브리드 스타터(100-1)와 제2 하이브리드 스타터(100-2)가 모두 트립될 수 있도록 되어 있다.Referring to Figure 4, the U winding of the three-phase electric motor 20 is connected to the R phase through a relay, the V winding is connected to the S phase through the first hybrid starter 100-1, and the W winding is connected to the second phase. It is connected to the T phase through the hybrid starter (100-2). Additionally, when the hybrid starter 100 is used in three phases, the output of optical device 2 (140) of the first hybrid starter (100-1) is the input of optical device 1 (130) of the second hybrid starter (100-2). is connected, and the output of optical device 2 (140) of the second hybrid starter (100-2) is connected to the input of optical device 1 (130) of the first hybrid starter (100-1), so that any one hybrid starter When tripped, other hybrid starters are also tripped so that both the first hybrid starter (100-1) and the second hybrid starter (100-2) are tripped.

즉, 제1 하이브리드 스타터(100-1)에서 산출된 최대전류가 미리 설정된 보호전류를 초과할 경우, 제1 하이브리드 스타터(100-1)는 트립됨과 아울러 OFF 상태로 전이되면서 제2 옵티컬 디바이스(Optical device 2;140)의 기동준비(Ready) 신호출력을 정지시키고, LED가 소등되면서 위상각이 120도 지연되는 상에 연결된 제 2 하이브리드 스타터(100-2)의 제1 옵티컬 디바이스(Optical device 1;130)에 트립(Off)신호가 입력되게 한다. 이에 따라 제 1, 2 하이브리드 스타터(100-1,100-2)는 모두 트립 상태로 전이된다.That is, when the maximum current calculated from the first hybrid starter (100-1) exceeds the preset protection current, the first hybrid starter (100-1) trips and transitions to the OFF state, thereby causing the second optical device (Optical The Ready signal output of device 2; 140 is stopped, the LED is turned off and the phase angle is delayed by 120 degrees. The first optical device (Optical device 1; 130), a trip (Off) signal is input. Accordingly, the first and second hybrid starters 100-1 and 1100-2 all transition to the trip state.

이와 같이 제1 하이브리드 스타터(100-1)와 제2 하이브리드 스타터(100-2)의 동작은 어느 하나의 하이브리드 스타터에서 트립이 발생할 경우, 다른 하이브리드 스타터도 함께 트립시킨다는 점을 제외하고는 앞서 설명한 단상 실시예의 하이브리드 스타터(100)의 동작과 동일하므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.In this way, the operations of the first hybrid starter (100-1) and the second hybrid starter (100-2) are similar to the single phase described above, except that when a trip occurs in any one hybrid starter, the other hybrid starter also trips. Since it is the same as the operation of the hybrid starter 100 of the embodiment, further description will be omitted.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 3상 모터에 적용한 예의 정상 동작시 동작 타이밍도로서, (A)는 S상과 T상의 전류 파형을 도시한 것이고, (B)는 제1 하이브리드 스타터의 트라이액 접점 상태를 도시한 것이며, (C)는 제1 하이브리드 스타터의 트라이액 게이트 전류 파형을 도시한 것이고, (D)는 제1 하이브리드 스타터의 제1 릴레이 접점의 상태를 도시한 것이다. 또한 (E)는 제2 하이브리드 스타터의 트라이액 접점 상태를 도시한 것이고, (F)는 제2 하이브리드 스타터의 트라이액 게이트 전류 파형을 도시한 것이며, (G)는 제2 하이브리드 스타터의 제1 릴레이 접점의 상태를 도시한 것이다.Figure 5 is an operation timing diagram during normal operation of the example of applying the hybrid starter for direct-on-line starting according to an embodiment of the present invention to a three-phase motor. (A) shows the current waveforms of the S phase and T phase, and (B) shows the current waveforms of the S phase and T phase. It shows the state of the triac contact of the first hybrid starter, (C) shows the triac gate current waveform of the first hybrid starter, and (D) shows the state of the first relay contact of the first hybrid starter. It was done. Additionally, (E) shows the triac contact state of the second hybrid starter, (F) shows the triac gate current waveform of the second hybrid starter, and (G) shows the first relay of the second hybrid starter. It shows the state of the contact point.

도 5를 참조하면, 제1 하이브리드 스타터(100-1)와 제2 하이브리드 스터타(100-2)는 단락보호전압이 감지되면, 매우 짧은 주기의 제1 게이트 전류(Gc1)를 인가하여 단락여부를 체크한 후 시동시 단락이 발생되지 않을 경우에는 바로 이어서 매우 짧은 주기의 제2 게이트 전류(Gc2)를 인가하여 영점전압에서 스위칭이 이루어지게 하고, 반주기(T)보다 T/6 앞서 게이트 전류(Gc3)를 인가한 후 반주기(T)보다 T/6 이후까지 인가하여 게이트 전류(Gc3)의 주기가 2T/6가 되게 한다. Referring to FIG. 5, when the first hybrid starter (100-1) and the second hybrid starter (100-2) detect a short-circuit protection voltage, they apply a first gate current (Gc1) of a very short period to check whether a short-circuit exists. After checking, if a short circuit does not occur during startup, the second gate current (Gc2) of a very short period is applied immediately to enable switching at the zero point voltage, and the gate current (Gc2) is applied T/6 before the half cycle (T). After applying Gc3), it is applied until T/6 after the half cycle (T) so that the cycle of the gate current (Gc3) is 2T/6.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 직입 기동용 하이브리드 스타터를 3상 모터에 적용한 예의 단락 기동시 동작 타이밍도로서, (A)는 S-R 단락(S-R shorted), T-R 단락(T-R shorted), S-T 단락(S-T shorted)에 의한 트립시 전류 파형을 도시한 것이고, (B)는 S-R 단락(S-R shorted)시 제1 하이브리드 스타터의 트라이액 게이트 전류 파형을 도시한 것이며, (C)는 S-R 단락(S-R shorted)시 제2 하이브리드 스타터의 트라이액 게이트 전류 파형을 도시한 것이다. (D)는 T-R 단락(T-R shorted)시 제1 하이브리드 스타터의 트라이액 게이트 전류 파형을 도시한 것이고, (E)는 T-R 단락(T-R shorted)시 제2 하이브리드 스타터의 트라이액 게이트 전류 파형을 도시한 것이다. 또한 (F)는 S-T 단락(S-T shorted)시 제1 하이브리드 스타터의 트라이액 게이트 전류 파형을 도시한 것이고, (G)는 S-T 단락(S-T shorted)시 제2 하이브리드 스타터의 트라이액 게이트 전류 파형을 도시한 것이다.Figure 6 is an operation timing diagram during short-circuit start in the example of applying the hybrid starter for direct-on-line start to a three-phase motor according to an embodiment of the present invention. (A) shows S-R shorted, T-R shorted, and S-T shorted. (B) shows the current waveform at the time of tripping due to (S-T shorted), (B) shows the triac gate current waveform of the first hybrid starter when S-R shorted (S-R shorted), (C) shows the current waveform at the triac gate when S-R shorted (S-R shorted) ) shows the triac gate current waveform of the second hybrid starter. (D) shows the triac gate current waveform of the first hybrid starter when T-R shorted, and (E) shows the triac gate current waveform of the second hybrid starter when T-R shorted. will be. Additionally, (F) shows the triac gate current waveform of the first hybrid starter when S-T is shorted, and (G) shows the triac gate current waveform of the second hybrid starter when S-T is shorted. It was done.

도 6을 참조하면, 제1 하이브리드 스타터(100-1)는 S 상에 연결되어 있고, 제2 하이브리드 스타터(100-2)는 T 상에 연결되어 있다. Referring to FIG. 6, the first hybrid starter 100-1 is connected to the S phase, and the second hybrid starter 100-2 is connected to the T phase.

S-R 단락(S-R shorted)시 제1 하이브리드 스타터(100-1)는 도 6의 (B)와 같이 트라이액 게이트 전류(Gc1)를 통해 S-R 단락을 검출하게 되고, 이에 따라 제1 하이브리드 스타터(100-1)가 트립되면서 제2 옵티컬 디바이스(140)-제1 옵티컬 디바이스(130) 간의 트립 신호 전달을 통해 제2 하이브리드 스타터(100-2)도 트립시킨다.When S-R shorted (S-R shorted), the first hybrid starter (100-1) detects the S-R short circuit through the triac gate current (Gc1) as shown in (B) of FIG. 6, and accordingly, the first hybrid starter (100-1) As 1) is tripped, the second hybrid starter 100-2 is also tripped through the transfer of a trip signal between the second optical device 140 and the first optical device 130.

T-R 단락(T-R shorted)시 제1 하이브리드 스타터(100-1)는 도 6의 (D)와 같이 트라이액 게이트 전류(Gc1)를 통해 단락을 검출하지 못해 트라이액 게이트 전류(Gc2)를 인가하게 되나 제2 하이브리드 스타터(100-2)가 도 6의 (E)와 같이 트라이액 게이트 전류(Gc1)를 통해 T-R 단락을 검출하게 되고, 이에 따라 제2 하이브리드 스타터(100-2)가 트립되면서 제2 옵티컬 디바이스(140)-제1 옵티컬 디바이스(130) 간의 트립 신호 전달을 통해 제1 하이브리드 스타터(100-1)도 트립시킨다.When T-R is shorted (T-R shorted), the first hybrid starter (100-1) fails to detect the short circuit through the triac gate current (Gc1) as shown in (D) of FIG. 6 and applies the triac gate current (Gc2). The second hybrid starter (100-2) detects a T-R short circuit through the triac gate current (Gc1) as shown in (E) of FIG. 6, and accordingly, the second hybrid starter (100-2) trips and the second The first hybrid starter 100-1 is also tripped by transmitting a trip signal between the optical device 140 and the first optical device 130.

S-T 단락(S-T shorted)시 제1 하이브리드 스타터(100-1)는 도 6의 (F)와 같이 트라이액 게이트 전류(Gc1)를 통해 단락을 검출하지 못해 트라이액 게이트 전류(Gc2)를 인가하게 되나 제2 하이브리드 스타터(100-2)가 도 6의 (G)와 같이 트라이액 게이트 전류(Gc1)를 통해 S-T 단락을 검출하게 되고, 이에 따라 제2 하이브리드 스타터(100-2)가 트립되면서 제2 옵티컬 디바이스(140)-제1 옵티컬 디바이스(130) 간의 트립 신호 전달을 통해 제1 하이브리드 스타터(100-1)도 트립시킨다.When S-T is shorted (S-T shorted), the first hybrid starter (100-1) does not detect the short circuit through the triac gate current (Gc1) as shown in (F) of FIG. 6, and thus applies the triac gate current (Gc2). The second hybrid starter (100-2) detects the S-T short circuit through the triac gate current (Gc1) as shown in (G) of FIG. 6, and accordingly, the second hybrid starter (100-2) trips and the second The first hybrid starter 100-1 is also tripped by transmitting a trip signal between the optical device 140 and the first optical device 130.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.In the above, the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, but those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.

10: 단상 부하 20: 3상 부하
100,100-1,100-2: 하이브리드 스타터 110: 전원부
120: 마이크로 컨트롤 유닛(MCU) 122: ADC1
124: ADC2 130: 제1 옵티컬 디바이스
140: 제2 옵티컬 디바이스 150: 하이브리드 릴레이
10: single-phase load 20: three-phase load
100,100-1,100-2: Hybrid starter 110: Power unit
120: Micro control unit (MCU) 122: ADC1
124: ADC2 130: first optical device
140: second optical device 150: hybrid relay

Claims (5)

서로 병렬 연결된 제1 릴레이와 트라이액으로 이루어져 제어신호에 따라 교류전원을 부하에 연결 혹은 차단하기 위한 하이브리드 릴레이;
부하전류를 감지하여 부하를 보호하기 위한 전류 변류기(CT);
릴레이 양단전압 또는 단락보호전압 감지회로;
상기 하이브리드 릴레이와 직렬 연결된 제2 릴레이;
부하전원을 온 혹은 오프하기 위한 신호 입력수단;
트립이나 레디 상태를 출력하기 위한 신호 출력수단; 및
상기 신호 입력수단으로부터 입력된 신호와 상기 하이브리드 릴레이의 양단 전압을 감지하다가 기동 시 입력전압이 감소하여 미리 설정된 단락보호 동작전압이 확인되면 트라이액 게이트 전류를 인가하고 감지된 전류를 통해 단락사고로 인한 고장 전류가 예측되면 트라이액 전류의 위상반전 이전에 게이트 전류를 차단하여 보호 트립하고, 고장 전류가 예측되지 않으면 상기 전류 변류기로부터 감지된 부하전류를 지속적으로 감지하다가 영점전류에서 상기 하이브리드 릴레이의 접점 전환을 유도하고 트라이액의 급격한 전류비 증감(dI/dt, (dI/dt)c)을 제한하는 마이크로 컨트롤 유닛을 포함하는 직입 기동용 하이브리드 스타터.
A hybrid relay consisting of a first relay and a triac connected in parallel to each other to connect or block AC power to the load according to a control signal;
Current transformer (CT) to detect load current and protect the load;
Relay both ends voltage or short-circuit protection voltage detection circuit;
a second relay connected in series with the hybrid relay;
Signal input means for turning on or off load power;
Signal output means for outputting a trip or ready state; and
The signal input from the signal input means and the voltage at both ends of the hybrid relay are detected, and when the input voltage decreases during startup and the preset short circuit protection operating voltage is confirmed, the triac gate current is applied and the detected current is used to prevent short circuit accidents. If a fault current is predicted, a protective trip is performed by blocking the gate current before the phase inversion of the triac current. If a fault current is not predicted, the load current detected from the current transformer is continuously detected and the contact point of the hybrid relay is switched at the zero point current. A hybrid starter for direct-on-line starting that includes a microcontrol unit that induces and limits the sudden increase or decrease in current ratio (dI/dt, (dI/dt)c) of the triac.
제1항에 있어서, 상기 마이크로 컨트롤 유닛은
전원인가 시 초기값 설정단계에서 교류전원의 반주기(T)를 미리 지정하고,
제 2 릴레이가 오프된 상태에서 제1 릴레이 온(RL1 ON) 명령을 통해 제1 트랜지스터(TR1)를 턴온시키고, 실제 제1 릴레이의 접점(RL1-s)이 온되기까지의 시간을 카운트하여 '오퍼레이팅 타임(To)'으로 설정하며,
제1 릴레이 오프(RL1 OFF) 명령을 내리고, 실제 제1 릴레이의 접점(RL1-s)이 오프되기까지의 시간을 카운트하여 '릴리즈 타임(Tr)'으로 설정하는 것을 특징으로 하는 직입 기동용 하이브리드 스타터.
The method of claim 1, wherein the microcontrol unit
When applying power, specify the half cycle (T) of the AC power in advance in the initial value setting step,
When the second relay is off, the first transistor (TR1) is turned on through the first relay on (RL1 ON) command, and the time until the contact point (RL1-s) of the first relay is actually turned on is counted to ' Set to 'Operating Time (To)',
A hybrid for direct starting, characterized by issuing a first relay off (RL1 OFF) command, counting the time until the contact point (RL1-s) of the first relay is actually turned off, and setting it as 'release time (Tr)'. Starter.
제1항에 있어서, 상기 마이크로 컨트롤 유닛은
기동 시 제1 코일전압 지연시간(Td1 = T-To)을 통해 트라이액에서 릴레이로의 접점 전환을 영점전류에 동기화시켜 트라이액의 급격한 전류비 감소((dI/dt)c)를 제한하고 정지 시에는 제2 코일전압 지연시간(Td2 = T-Tr)을 통해 릴레이에서 트라이액으로의 접점 전환을 영점전류에 동기화시켜 트라이액의 급격한 전류비 증가(dI/dt)를 제한하고, 접점 전환이 완료되면 부하전류 위상과 비교하여 상기 제1, 2 코일전압 지연시간(Td1, Td2)을 각각 보정하여 차기 기동 정지 시 영점전류 동기화를 최적화하는 것을 특징으로 하는 직입 기동용 하이브리드 스타터.
The method of claim 1, wherein the microcontrol unit
At startup, the contact transition from the triac to the relay is synchronized to the zero point current through the first coil voltage delay time (Td1 = T-To), thereby limiting the rapid decrease in the triac current ratio ((dI/dt)c) and stopping. At this time, the contact transition from the relay to the triac is synchronized to the zero point current through the second coil voltage delay time (Td2 = T-Tr) to limit the rapid increase in the triac current ratio (dI/dt), and the contact transition is When completed, the first and second coil voltage delay times (Td1, Td2) are respectively corrected in comparison with the load current phase to optimize zero current synchronization at the next start and stop.
제1항에 있어서, 상기 마이크로 컨트롤 유닛은
기동 정지 시 트라이액 DC 게이트 전류 인가 시간은 하이브리드 접점 전환이 이뤄지는 영점전류보다 T/6 시점 앞서 인가하기 시작하여, 영점전류보다 T/6시점 지연시켜 총 2T/6 시점으로 고정하고 DC 전원회로의 효율을 최적화시킨 것을 특징으로 하는 직입 기동용 하이브리드 스타터.
The method of claim 1, wherein the microcontrol unit
When starting and stopping, the triac DC gate current application time begins to be applied T/6 times before the zero point current at which the hybrid contact point is switched, and is delayed by T/6 points compared to the zero point current, fixed to a total of 2T/6 points, and the DC power circuit A hybrid starter for direct-on start, characterized by optimized efficiency.
S, T, R 삼상 중 어느 한 상에 연결된 제1 하이브리드 스타터;
S, T, R 삼상 중 상기 제1 하이브리드 스타터가 연결된 상과 120도 지연된 다른 한상에 연결된 제2 하이브리드 스타터; 및
상기 제1 하이브리드 스타터의 신호 출력수단을 상기 제2 하이브리드 스타터의 신호 입력수단으로 연결하고, 상기 제2 하이브리드 스타터의 신호 출력수단을 상기 제1 하이브리드 스타터의 신호 입력수단으로 연결하고
제 1, 2 하이브리드 스타터는 상기 청구항 1항의 단락보호 동작을 순차적으로 각각 수행하다가 어느 하나의 하이브리드 스타터가 트립될 경우, 다른 하이브리드 스타터에 트립신호를 전달하여 상기 제1 하이브리드 스타터와 상기 제2 하이브리드 스타터가 함께 트립되도록 된 직입 기동용 하이브리드 스타터.
A first hybrid starter connected to any one of the three phases S, T, and R;
A second hybrid starter connected to the other phase of the three phases S, T, and R, which is delayed by 120 degrees from the phase to which the first hybrid starter is connected; and
Connecting the signal output means of the first hybrid starter to the signal input means of the second hybrid starter, and connecting the signal output means of the second hybrid starter to the signal input means of the first hybrid starter;
The first and second hybrid starters sequentially perform the short-circuit protection operation of claim 1, and when one hybrid starter trips, a trip signal is transmitted to the other hybrid starter to protect the first hybrid starter and the second hybrid starter. A hybrid starter for direct on-line starting that trips together.
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