KR0123002Y1 - 유도전동기의 제동회로 - Google Patents

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KR0123002Y1 KR2019950000835U KR19950000835U KR0123002Y1 KR 0123002 Y1 KR0123002 Y1 KR 0123002Y1 KR 2019950000835 U KR2019950000835 U KR 2019950000835U KR 19950000835 U KR19950000835 U KR 19950000835U KR 0123002 Y1 KR0123002 Y1 KR 0123002Y1
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Abstract

본 고안은 전압/주파수 제어방식에 의해 운용되는 유도전동기에서 직류전류를 사용하여 제동하는 유도전동기의 제동회로에 관한 것이다. 이를 위한 본 고안은, 전압/주파수 제어방식을 위해 전압형 PWM 인버터를 채용한 3상 유도전동기의 제동회로에 있어서, 상기 유도전동기에 인가되는 각 상전류를 검출하고, 이 상전류의 합의 크기를 소정의 기준직류전류의 크기와 비교하는 전류비교부와, 상기 전류비교부와 접속되어 상기 상전류의 합의 크기가 상기 기준직류전류의 크기보다 크면, 상기 인버터에서 출력되는 상기 각 상전류의 출력이 소정 시간동안 차단되도록 지연시간을 제공하는 시간지연부, 및 상기 시간지연부와 접속되어 상기 시간지연부에서 제공되는 지연시간동안 상기 각 상전류의 출력을 차단하는 출력차단부를 구비하여, 상기 유도전동기의 제동을 위한 직류전압의 입력시에 상기 기준직류전류에 따라 소정의 제동토크가 발생되도록 하는 점에 그 특징이 있다.

Description

유도전동기의 제동회로
제1도는 본 고안에 따른 유도전동기의 제동방식 원리를 설명하기 위해 도시한 그래프.
제2도는 본 고안에 따른 유도전동기의 제동회로를 도시한 회로 구성도.
제3도는 본 고안에 따른 유도전동기의 제동회로의 동작파형을 도시한 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전류비교부 11 : 비교기
20 : 시간지연부 30 : 출력차단부
31 : 인버터 c1 : 콘덴서
본 고안은 유도전동기의 제동회로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전압/주파수 제어방식에 의해 운용되는 유도전동기에서 직류전류를 사용하여 제동하는 유도전동기의 제동회로에 관한 것이다.
일반적으로 유도전동기의 속도는 N=(1-s)Ns, Ns=120f/p라는 식으로 표시된다(여기서, Ns는 동기속도를 말한다). 그러므로, 유도전동기의 속도를 제어하려면 슬립(s), 주파수(f), 극수(p)의 3가지 요소중 어느 하나를 변화시켜야 한다. 이중에서 가장 효율적인 방법은 주파수를 변화시키는 방법이라고 할 수 있다. 그리고, 이와같이 주파수를 변화시킬 때, 통상 적정 토오크(torque)와 높은 효율을 유지하기 위하여 주파수와 함께 전압도 비례적으로 가변시켜 주게 된다. 이것을 전압(V)/주파수(F) 방식(일명 V/F방식)이라고 하며, 원하는 속도 지령에 대응하는 주파수에 대해 직접적으로 비례하는 전압을 출력하는 방식이다. 오늘날, 유도전동기의 속도제어는 주로 이 방식을 채용하고 있다. 이 방식은 시스템 구현이 용이하고 사용자가 시스템을 운영함에 있어 별어려움이 없어 산업현장에 널리 보급되어 사용되고 있는 실정이다.
유도전동기는 고정자 권선의 전압/전류의 변화에 의해 고정자와 회전자간의 자속을 유도해 낸다. 그러므로, 직류전동기나 교류전동기처럼 자속의 세기가 일정하지 않으며, 일정하게 유지하는 것이 어려워 동작특성이 복잡하고 제어가 그만큼 어렵다. 한편, 이 자속의 크기는 정상상태에서 근사적으로 출력전압과 주파수의 비, 즉 V/F에 비례한다. 그러므로, 주파수를 일정하게 유지하면 발생 자속이 거의 일정하여 직류전동기나 교류 동기전동기와 같은 토크 특성을 얻을 수 있게 된다. 이것은 다시 말해 전동기의 원하는 속도에 대해 전동기의 극수등을 참조하여 출력 주파수를 결정하고, 그 출력 주파수에 비례하는 전압을 전동기에 인가하게 되는 것을 말한다. 그런데, 상용전원의 전압과 주파수는 거의 일정하게 유지되고 있음으로, 이를 가변전압, 가변주파수를 변화시키기 위하여 PWM(pulse width modulation) 방식의 인버터(interter)가 널리 사용되어 왔다. 이 PWM 방식은 출력전압의 크기를 등가의 펄스폭으로 변조시켜 인가하는 방식으로서 증폭 트랜지스터의 열손실을 막기 위한 필수적인 방식이다.
그리고, 상기와 같이 V/F 제어방식에 의해 운용되는 유도전동기는 고정자에 인가되는 상기 인버터의 V/F 제어출력을 중단하고 이것에 직류전압 또는 직류전류를 인가함으로써 제동할 수 있는데, 이를 직류제동방식(또는 발전제동, 저항제동)이라고 한다. 즉, 상기와 같이 유도전동기의 고정자에 인가되는 상기 인버터의 V/F 제어출력을 중단하고 고정자에 직류전압 또는 직류전류를 인가하면, 유도전동기는 회전자를 전기자로 하는 교류발전기가 되어 상기 회전자에 전압이 유도되고 회전자 전류가 흘러 전류를 소비하게 됨으로 제동이 걸리게 되도록 하는 것이다. 이를 에너지 변환측면에서 살펴보면, 유도전동기의 운동에너지가 유도전동기에 존재하는 저항성분에서 열에너지로 변환되어 유도전동기의 회전이 멈추게 되는 것이다.
그런데, 상기 직류제동방식은 소정의 직류전류를 인가하는 방식과 직류전압을 인가하는 방식으로 구별할 수 있는데, 직류전류를 인가하는 방식은 전류제어형 인버터에 적용되므로 전압을 제어하는 상기 V/F 제어형 인버터에는 적용이 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 직류전압 인가방식이 V/F 제어형 인버터와 병용되어 보편적으로 사용되어지고 있다.
그러나, 상기 V/F 제어형 인버터를 채용한 유도전동기에서 직류전압을 인가하여 제동하는 직류전압 제동방식은 아래와 같은 문제점을 가지고 있다.
첫째 : 유도전동기의 제동토크는 근사적으로 전류크기에 비례함으로, 전압으로 제어할 경우, 제동토크의 양을 예측할 수가 없다. 따라서, 인가하는 전압값은 시행착오에 의해 원하는 제동토크를 발생하도록 조절하는 것이 요구된다.
둘째 : 상기 V/F 제어형 인버터에서 출력되는 제동직류전압에 따른 전류의 크기가 유도전동기의 종류나 부하상태에 따라 크게 변동한다. 따라서, 과전류의 발생이나 인버터 스위칭소자에 무리를 줄 가능성이 큰 문제점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소정의 요구되는 제동토크를 정확하게 제공할 수 있으며, 인버터의 스위칭소자를 보호하고 그 소자가 안정적인 동작을 하도록 전류의 크기를 적절히 제한할 수 있는 유도전동기의 제동회로를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 유도전동기의 제동회로는, 전압/주파수 제어방식을 위해 전압형 PWM 인버터를 채용한 3상 유도전동기의 제동회로에 있어서, 상기 유도전동기에 인가되는 각 상전류를 검출하고, 이 상전류의 합의 크기를 소정의 기준직류전류의 크기와 비교하는 제1수단과, 상기 상전류의 합이 크기가 상기 기준직류전류의 크기보다 크면, 상기 인버터에서 출력되는 상기 각 상전류의 크기를 감소시키고, 상기 상전류의 합의 크기가 상기 기준직류전류의 크기보다 작으면, 상기 인버터에서 출력되는 상기 각 상전류의 크기를 증가시키는 제2수단을 포함하며, 상기 제2수단은 각 상전류가 소정의 직류전류값을 갖도록 반복 동작하는 점에 그 특징이 있다.
또한, 본 발명 유도전동기의 제동회로에 있어서, 상기 제2수단에서 상기 상전류의 합의 크기가 상기 기준직류전류의 크기보다 크면, 상기 인버터의 출력을 소정시간동안 중단하는 점에도 그 특징이 있다.
그리고, 상기 본 발명에 따른 유도전동기의 제동회로의 다른 실시예에 의한 유도전동기의 제동회로는, 전압/주파수 제어방식을 위해 전압형 PWM 인버터를 채용한 3상 유도전동기의 제동회로에 있어서, 상기 유도전동기에 인가되는 각 상전류를 검출하고, 이 상전류의 합의 크기를 소정의 기준직류전류의 크기와 비교하는 전류비교부와, 상기 상전류의 합의 크기가 상기 기준직류전류의 크기보다 크면, 상기 인버터에서 출력되는 상기 각 상전류의 출력이 소정 시간동안 차단되도록 지연시간을 제공하는 시간지연부, 및 상기 시간지연부에서 제공되는 지연시간동안 상기 각 상전류의 출력을 차단하는 출력차단부를 구비하여, 상기 유도전동기의 제동을 위한 직류전압의 입력시에 상기 기준직류전류에 따라 소정의 제동토크가 발생되도록 하는 점에 그 특징이 있다.
또한, 본 발명 유도전동기의 제동회로에 있어서, 상기 전류비교부는 비교기를 포함하고, 상기 시간지연부는 콘덴서를 포함하며, 상기 출력차단부는 복수의 AND 게이트를 포함하여 구성된 점에도 그 특징이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 고안에 따른 유도전동기의 제동회로의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.
본 고안에 따른 유도전동기의 제동회로는, 전압/주파수 제어방식을 위해 전압형 PWM 인버터(31)를 채용한 3상 유도전동기(M)에서, 소정의 요구되는 제동토크를 정확하게 제공할 수 있으며, 상기 인버터(31)의 스위칭소자(미도시)를 보호하고 그 소자가 안정적인 동작을 하도록 전류의 크기를 적절히 제한하는 것으로서, 상기 유도전동기(M)에 인가되는 각 상전류(ia, ib, ic)의 합의 크기를 소정의 기준직류전류(idc)의 크기와 비교하는 전류비교부(10)와, 전류비교부(10)와 접속되어 상기 상전류(ia, ib, ic)의 합의 크기가 상기 기준직류전류(idc)의 크기보다 크면, 인버터(31)에서 출력되는 각 상전류(ia, ib, ic)의 출력이 소정 시간동안 차단되도록 지연시간을 제공하는 시간지연부(20), 및 상기 시간지연부(20)와 접속되어 시간지연부(20)에서 제공되는 지연시간동안 인버터(31)에서 출력되는 각 상전류(ia, ib, ic)를 차단하는 출력차단부(30)를 구비하여 구성되어 있다. 여기서, 전류비교부(10)는 비교기(11) 및 상기 각 상전류(ia, ib, ic)와 연관된 다이오드(D1, 2, 3)를 포함하고, 시간지연부(20)는 콘덴서(C1)와 저항(R1) 및 직렬접속된 두개의 인버터(IN1, 2)를 포함하며, 출력차단부(30)는 상기 시간지연부(20)에서 출력되는 신호를 각각 입력받아 이에 따른 출력을 인버터(31)에 입력시키는 복수의 AND 게이트(G1, 2..6)를 포함하여 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 고안에 따른 유도전동기의 제동회로를 참조하면서 본 고안의 제동회로의 작용 및 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1도를 참조하면서 본 발명에 따른 유도전동기의 제동방식의 원리를 간략하게 설명한다.
우선, 전동기에 제동을 위한 적절한 직류전압(제1a도)을 인가한다. 그러면, 전류는 전동기의 인덕턴스(induntance) 성분에 의해 제1b도와 같이 점차적으로 증가한다(구간 a). 상기 인덕턴스 성분에 의해 점차적으로 증가하는 전류의 크기가 설정된 제동전류(i)의 크기를 초과하는 경우에는 제1c도와 같이 인버터의 출력을 소정의 정해진 시간동안(구간 b) 차단하여 전류를 감소시킨다. 그 다음, 소정시간(구간b)이 지나면, 다시 인버터의 출력을 제1c도에 도시된 바와 같이 구간 c동안 전동기에 인가하여 전류를 인가시킨다. 그리고, 상기와 같이 전류가 증가하다가 상기 설정된 제동전류(i)의 크기를 초과하게 되면, 전술한 바와 같이 인버터의 출력을 소정시간동안 차단한다. 이와 같은 과정을 반복함으로써 제동에 필요한 전류를 적절한 크기로 조절할 수 있게 되는 것이다.
상술한 바와 같은 유도전동기의 제동방식의 원리에 따라 제2도 및 제3도를 참조하면서 본 발명 유도전동기의 제동회로를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
제2도를 참조하면, 제동을 위해 유도전동기(M)에 인가되는 3상전류(ia, ib, ic)가 소정의 센서수단(미도시)에 의해 검출되어 전류비교부(10)에 인력된다(제3b도). 이때, 소정의 제어장치, 예를 들면 마이크로컨트롤러(미도시)에서도 제3b도와 같은 기준제동전류(idc)를 전류비교부(10)에 제공한다. 전류비교부(10)에 입력된 3상전류(ia, ib, ic)는 다이오드(D1, 2, 3)를 경우하여 합산된다. 합산된 상기 3상전류는 비교기(11)에 입력되어 기준제동전류(idc)와 비교되는데, 만일 합산된 3상전류의 크기가 기준제동전류(idc)보다 크면, 비교기(11)의 출력단은 로우(low)가 되어 콘덴서(c1)를 방전시키고, 만일 합산된 3상전류의 크기가 기준제동전류(idc)보다 작으면, 비교기(11)의 출력단은 하이(high)가 되어 콘덴서(c1)를 충전시킨다.
따라서, 상기 콘덴서(c1)의 충방전에 따라 제3b도의 CL과 파형과 같은 신호가 발생되고, 이 신호가 인버터(IN1,2)를 경유하게 되면, 제3c도와 같은 지연신호가 발생되게 된다. 이와 같이 콘덴서(c1)의 충방전에 따라 발생된 지연신호는 출력차단부(30)의 각 AND 게이트(G1,2..6)에 입력된다. 상기 지연신호가 출력차단부(30)의 각 AND 게이트(G1,2..6)에 입력되면, 출력차단부(30)는 상기 지연신호의 파형에 따라 인버터(31)에서 출력되는 상전류(ia, ib, ic)를 차단하게 된다. 즉, 상기 지연신호의 로우구간동안(콘덴서가 방전되는 시간)은 인버터(31)에서 출력되는 상전류(ia, ib, ic)가 차단되고, 하이구간동안(콘덴서가 충전되는 시간)은 인버터(31)에서 상전류(ia, ib, ic)가 출력된다.
즉, 제3d도와 같이 제동을 위한 직류전압(Va, Vb, Vc)이 출력차단부(30)를 경유하여 인버터(31)에 제공되더라도 합산된 상전류(ia, ib, ic)의 크기가 기준제동전류(idc)보다 크게 되면, 상기 직류전압(Va, Vb, Vc)은 인버터(31)에 인가되지 않기 때문에 상전류(ia, ib, ic)의 출력이 차단되며, 합산된 상전류(ia, ib, ic)의 크기가 기준제동전류(idc)보다 작게 되면 인버터(31)에 상기 직류전압(Va, Vb, Vc)이 인가되기 때문에 상전류(ia, ib, ic)가 발생된다. 여기서, 상기 직류전압(Va, Vb, Vc)은 제3c도에 도시되어 있는 바와 같은 미도시된 마이크로컨트롤러에서 제공되는 제동전압신호(Vaa, Vbb, Vcc)와 소정의 삼각파전압이 비교됨으로써 제공될 수 있으며, 이를 위해 복수의 비교기와 저항기 및 인버터가 구비된다(제2도).
따라서, 상술한 바와 같이 상전류(ia, ib, ic)의 크기가 기준제동전류(idc)보다 크면, 인버터(31)의 출력을 차단하고, 상전류(ia, ib, ic)의 크기가 기준제동전류(idc)보다 작으면, 인버터(31)에서 제동을 위한 상전류(ia, ib, ic)를 출력하는 동작을 반복함으로써 유도전동기(M)에 인가되는 제동직류전류의 크기를 일정하게 유지할 수 있게 되는 것이다.
본 고안에 따른 유도전동기의 제동회로는 과전류 제한기에도 적용이 가능한데, 이는 기준제동전류(idc)를 소정의 과전류제한치로 설정한 후 유도전동기를 정상적으로 회전운동시키다가 부하변동등의 요인에 의해 과전류가 발생할 경우 출력전압을 차단시킨 다음 일정시간후에 재운전함으로써 과전류를 제한할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 고안에 따른 유도전동기의 제동회로는 소정의 요구되는 제동토크를 정확하게 제공할 수 있으며, 인버터의 스위칭소자를 보호하고 그 수자가 안정적인 동작을 하도록 전류의 크기를 적절히 제한할 수 있기 때문에 유도전동기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다.

Claims (7)

  1. 전압/주파수 제어방식을 위해 전압형 PWM 인버터를 채용한 3상 유도전동기의 제동회로에 있어서, 상기 유도전동기에 인가되는 각 상전류를 검출하고, 이 상전류의 합의 크기를 소정의 기준직류전류의 크기와 비교하는 제1수단과, 상기 상전류의 합의 크기가 상기 기준직류전류의 크기보다 크면, 상기 인버터에서 출력되는 상기 각 상전류의 크기를 감소시키고, 상기 상전류의 합의 크기가 상기 기준직류전류의 크기보다 작으면, 상기 인버터에서 출력되는 상기 각 상전류의 크기를 증가시키는 제2수단을 포함하며, 상기 제2수단은 상기 각 상전류가 소정의 직류전류값을 갖도록 반복동작하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제동회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2수단에서 상기 상전류의 합의 크기가 상기 기준직류전류의 크기보다 크면, 상기 인버터의 출력을 소정시간동안 중단하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제동회로.
  3. 전압/주파수 제어방식을 위해 전압형 PWM 인버터를 채용한 3상 유도전동기의 제동회로에 있어서, 상기 유도전동기에 인가되는 각 상전류를 검출하고, 이 상전류의 합의 크기를 소정의 기준직류전류의 크기와 비교하는 전류비교부와, 상기 전류비교부와 접속되어 상기 상전류의 합의 크기가 상기 기준직류전류의 크기보다 크면, 상기 인버터에서 출력되는 상기 각 상전류의 출력이 소정 시간동안 차단되도록 지연시간을 제공하는 시간지연부, 및 상기 시간지연부와 접속되어 상기 시간지연부에서 제공되는 지연시간동안 상기 각 상전류의 출력을 차단하는 출력차단부를 구비하여, 상기 유도전동기의 제동을 위한 직류전압의 입력시에 상기 기준직류전류에 따라 소정의 제동토크가 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제동회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전류비교부는 비교기를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제동회로.
  5. 제3항에 있어서, 상기 시간지연부는 콘덴서를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제동회로.
  6. 제3항에 있어서, 상기 출력차단부는 복수의 AND 게이트를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제동회로.
  7. 제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 지연시간은 상기 콘덴서의 충방전에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제공회로.
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