KR0132904B1

KR0132904B1 - 유도전동기의 구동 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR0132904B1
Application number: KR1019920703400A
Authority: KR
Inventors: 고세이 나까무라; 유끼오 가쓰자와; 야스유끼 나까자와
Original assignee: 이나바 세이우에몽; 화낙 가부시끼가이샤
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1992-12-29
Publication date: 1998-04-20
Also published as: DE69216062T2; JP3037471B2; WO1993001653A1; US5352964A; EP0547243A1; DE69216062D1; EP0547243A4; JPH0522990A; EP0547243B1; KR930701861A

Abstract

광범위한 회전영역에서 정출력을 발생시킬 수 있는 유도 전동기의 구동 제어 방법 및 장치. Y결선된 유도 전동기의 권선을 소정 비율(예컨대, 5대3)의 권선수로 2분할하고 2개의 분단권선(5t)및(3t)으로 한다. 저속시에는 전환 스위치(MC2)만을 온으로하고, 분단권선(5t및3t)에 전류를 흘린다. 중속시에는 전환 스위치 (MC3)만을 온으로 하고, 분단권선(5t)에만 전류를 흘린다. 고속시에는 전환 스위치(MC1)만을 온으로 하고, 분단권선(3t)에만 전류를 흘린다. 저속시에는 권선수를 많이 하고, 고속으로 됨에 따라서 권선수가 감소하도록 3단계로 전환하여, 유도 전동기를 구동 제어한다.

Description

[발명의 명칭]

유도전동기의 구동 제어 방법 및 장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 1실시예에 관한 유도 전동기의 구동제어 장치의 블록도,

제2도는 동 실시예에 있어서의 유도 전동기의 각상 권선, 단자 및 전환 회로(6)의 전환 스위치의 접속 관계를 나타내는 설명도,

제3도는 동 실시예에 있어서의 제어회로의 프로세서가 실시하는 처리의 플로우 챠아트.

제4도는 종래의 권선 전환에 의한 유도 전동기 제어에 있어서의 출력의 관계를 설명하는 그래프.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 유도 전동기의 구동 제어 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 저속에서 고속회전 영역가지 일정한 출력을 필요로 하는 공작 기계의 주축 구동용에 적합한 유도 전동기의 구동제어방법에 관한 것이다.

[배경기술]

근래의 유도 전동기는, 1차 권선의 전환과 슬립 제어에 의해, 동일한 1차 전류값으로, 저속 회전으로 큰 토오크를 발생시킬 수가 있도록 구성되어 있다. 종래의 1차 권선의 전환제어 있어서는 Y-Y결선된 전동기의 각상(各相)의 1차 권선의 전체에 전류를 공급하는 제1의 단자와, 각 권선의 중간에 각 권선의 일부에만 전류를 공급하는 제2의 단자를 설치하고,저속 회전시에는 상기 제1의 단자로부터만 전력을 공급하고, 각 권선 전체에 전류를 공급한다. 그리고, 고속 회전으로 되면 상기 제2의 단자로부터만 전류를 공급하고,각 권선의 일부에만 전류를 공급하고, 여자하도록 전환제어하고 있다. 상술한 바와같은 1차 권선의 전환에 의해서 전동기의 구동을 제어하는 경우, 일정 이상의 광범위한 회전 속도 영역에 있어서는 저속 권선과 고속 권선의 사이에 출력의 골(valley)이 발생하여, 광범위한 회전 속도 영역에 걸쳐서 정(定)출력을 얻을 수가 없다는 문제가 있었다. 제4도는 이와 같은 1차 권선 전환에 의한 전동기의 회전수에 대한 출력 특성을 나타낸 그래프이며, 저속용 권선으로 구동하고 있는 상태에서 전동기의 회전수가 저속용 권선 구동에 있어서의 고속 영역으로 되면 출력이 저하하고, 또, 이 시점에서 고속용 권선으로 접속을 전환시켜도 이 고속용 권선 구동의 저속 영역에서는 출력이 소정 토오크를 발생시킬 수 없어, 제4도에 사선(a)로 표시한 바와 같이 출력이 저하하는 골이 발생한다.

[발명의 개시]

본 발명의 목적은 상술한 골의 발생을 방지하고 광범위하게 일정 출력을 발생시킬 수 있는 유도 전동기의 구동 제어 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 구동 제어 장치는 일단이 전력 공급 단자에, 타단이 중성점에 각각 접속되어 Y결선된 각상 권선과, 상기 각상의 권선은 소정의 권선수비로 분단된 제1의 분단권선과 제2의 분단권선으로 이루어지고, 제1및 제2의 분단 권선의 분단점은 각각 제1및 제2의 중간 단자에 접속되어 있고, 상기 각 상의 제1의 중간 단자와 전력 공급 단자와의 사이에 삽입된 제1의 전환 스위치와, 상기 각상의 제1의 중간 단자와 상기 제2의 중간 단자간의 사이에 삽입된 제2의 전환 스위치와, 상기 각상의 제2의 분단권선의 중간 단자간에 삽입된 제3의 전환 스위치와, 상기 유도 전동기의 회전속도에 따라 상기 제1,제2 및 제3의 전환 스위치의 온/오프를 제어하는 전환 제어 수단을 구비한다. 또, 상기 장치를 사용하여 유도 전동기를 구동 제어하는데는 저속 회전시에 있어서, 제2의 전환 스위치만을 온(on)으로 하고, 각상 권선의 권선수를 최대로 하여 저속 영역에서도 높은 토오크를 출력할 수 있도록 한다. 중속 회전시에는 제1또는 제3의 전환스위치 중의 어느 한쪽만을 온으로 하여, 권수가 많은 분단 권선에만 전류를 공급하고,중속도 범위에서 높은 토오크를 발생할 수 있도록 한다. 고속 회전시에는 제1또는 제3의 전환 스위치 중의 다른 쪽의 전환 스위치만을 작동시켜서 권수가 적은 분단 권선에만 전류를 흘리고, 고속 영역에서 높은 토오크를 발생시킬 수 있도록 한다.

[발명을 실시하기 위한 가장 바람직한 형태]

제1도에 있어서, 유도 전동기(1)의 U,V 및 W의 각 권선은 Y-Y결선으로 구성되고, 후술하는 바와 같이 각 권선에는 권선 단자(U1,V1및W1)와 중간 단자(U2,U3,V2,V3,W2,W3)가 설치되어있다. 각 단자는 모터 콘트롤러(3)의 전환 회로(6)에 접속되고, 이 전환 회로(6)는 각상 마다 전자 접촉기 혹은 트라이액(무접점 스위치)등으로 구성된 3개의 전환 스위치(MC1-MC3)(제2도참조)를 가지며, 트랜지스터 인버터 등으로 구성된 파워 회로(5)로 부터 공급되는 전력을 상기 전환 스위치를 통하여 각상의 권선에 전력을 공급하도록 되어 있다. 제어회로(7)는 프로세서(CPU),ROM,RAM등의 메모리, LSI,A/D변환기 등으로 구성되고, 파워 회로(5)를 제어하는 동시에, 전동기(1)의 회전속도를 검출하는 회전 속도 센서(2)로부터의 검출속도에 따라서 상기 전환회로(6)의 전환 스위치를 전환하여 전동기(1)를 제어한다. 그리고 3상 교류 전원(4)은 모터 콘트롤러(3)에 전력을 공급한다. 상기 유도 전동기의 구동 제어 장치는 전동기(1)의 각 권선에 종래는 2개의 단자 밖에 설치되어 있지 않았던 것에 대하여 3개의 단자가 설치되어 있고, 전환 회로(6)는 종래이 장치에서는 각상의 2개 단자에 대하여 전환 접속하도록 되어 있었던 것에 대하여 3개의 단자에 대하여 전환 접속된다. 다음에 제2도를 참조하여 상기 유도 전동기(1)의 각상 권선과 단자 및 전환 회로(6)의 전환 스위치의 관계 관하여 상세히 설명한다. U,V및W상의 각 권선은 Y-Y결선으로 접속하고, U,V,W상(相)의 각 권선은 권수비가 3대 5로 되도록 각각 2분할된 2개의 분단 권선 (3t 및 5t)으로 구성되어 있다. 각 분단 권선(3t)의 일단은 중성점(N)에서 접속되고, 타단은 중간 단자(U3,V3,W3)에 접속되어 외부로 꺼내져 있다. 또 분단 권선(5t)의 분단점은 중간 단자(U2,V2,W2)에 접속되어 외부로 꺼내져 있다. 또,권선 단자(U1,V1,W1)는 각각 파워 회로(5)로 부터 전력이 공급되는 단자(U0,V0,W0)에 직접 접속되어 있다. 중간 단자(U3,V3,W3)는 전환 회로(6)내에 설치된 전환 스위치(MC1)의 접점을 통하여 전력 공급 단자(U0,V0,W0)에 각각 접속되어 있다. 중간 단자(U2,V2,W2)는 전환 스위치(MC2)의 접점을 통하여 각각 중간 단자(U3,V3,W3)에 접속되어 있다. 중간 단자(U2,V2,W2)는 전환 스위치(MC3)의 접점을 통하여 서로 접속되어 있다. 이상과 같이 유도 전동기(1)의 각상(各相)권선과 전환 스위치를 배설/접속하여 구성하므로써, 전환 스위치(MC1)만을 온으로 하고 다른 전환 스위치(MC2,MC3)를 오프로 하면, 전력 공급 단자(U0,V0,W0)로 부터 공급되는 전력은 전환 스위치(MC1)의 접점을 통하여 중간 단자(U3,V3,W3)에 공급되고, U,V,W상의 분단권선(3t)만이 작동하게 된다. 또, 전환 스위치(MC2)만을 온으로 하고 다른 전환 스위치(MC1,MC3)를 오프로 하면 권선 단자(U1,V1,W1)에 전력이 공급되어 각상의 분단권선(5t 및3t) ,즉 각상 권선의 전부가 작동하게 된다. 또 전환 스위치(MC3)만을 온으로 하고 다른 전환 스위치(MC1,MC2)를 오프로 하면, 이 전환 스위치(MC3)의 각 접점에 의해서 각 중간 단자(U2,V2,W2)가 접속되고, 이 접속점이 중성점으로 되고, 전력은 권선단자(U1,V1,W1)로 부터 공급되고, 각상의 분단 권선(5t)만이 작동하게 된다. 그래서 유도 전동기(1)의 회전속도 대역을 저속, 중속, 및 고속으로 구분하고 각 대역에 대하여 하기 표 1에 따라 상기 전환 스위치(MC1,MC2 및 MC3)을 온/오프 제어한다.

제3도는 콘트롤로(3)의 제어회로(7)의 프로세서가 실시하는 유도 전동기 제어의 처리의 플로우 챠아트이며, 프로세서는 소정 주기마다 이 처리를 실시한다. 먼저, 제어 회로의 메모리 중에 저속영역, 중속영역, 고속영역에 각각 대응하는 전동기 제어의 각종 파라미터, 즉, 전류 루우프 처리에 있어서의 전류 게인, 슬립제어에 있어서의 슬립 게인, 전압 제어에 있어서의 전압 게인,속도 제어에 있어서의 회전수 게인을 설정하여 기억시켜둔다. 그리고 전원을 투입하여 이 유도 전동기를 구동하면 스텝(S1)에 있어서, 제어회로(7)의 프로세서는 회전속도센서(2)에서 검출되는 회전속도가 저속 영역으로부터 중속 영역으로의 전환 속도로서 설정된 속도 이하인가 아닌가를 판단한다. 저속 영역이면, 스텝(S2)에서 전환 회로(6)의 전환 스위치(MC2)를 온,MC1 및 MC3을 오프시키는 신호를 전환 회로(6)에 출력하고 전환 스위치(MC2)를 온전환 스위치(MC2)가 온,MC1,MC3이 오프로된다. 그결과 U,V,W 각상의 분단권선(5t및 3t)에 전류가 흐르므로써, 저속 영역에서 높은 토오크가 발생할 수 있다. 다음에 스텝(S3)에서 메모리에 기억된 저속 영역에 대한 각종 파라미터의 값을 판독하고, 스텝(S9)으로 이행하여, 상기 판독된 파라미터값에 의거하여, 프로세서는 종래와 동일하게 파워 회로(5)를 제어하여 유도 전동기를 구동제어한다. 이상과 같이 전동기(1)에 부착된 회전 속도 센서(2)로 부터 검출되는 회전속도가 저속 영역인 동안은, 프로세서는 스텝 (S1,S2,S3및 S9)의 처리를 각 주기에 실시한다. 스탭(S4)에 있어서, 미리 설정된 저속 영역으로부터 중속 영역으로의 전환속도와 중속 영역으로부터 고속 영역에의 전환속도의 사이에 검출 속도가 도달되어 있는 것이 검출되면, 즉 중속 영역이라고 판단되면, 프로세서는 전환 스위치(MC3)를 온, MC1및 MC2를 오프로 전환하고, U,V,W 각상의 분단권선(5t)에만 전류를 흘리고, 각 분단권선(5t)에 의해 여자하고, 스텝(S6)에 있어서, 미리 설정되어 있는 중속 영역의 각종 파라미터를 판독하고, 파워 회로(5)를 제어하여 유도 전동기(1)를 구동한다. 이 경우에는 저속 영역에 있어서의 구동시 보다 여자되는 각상의 권선의 권수가 적게 되므로, 저속 영역 구동에 비하여 보다 고속으로 높은 토오크를 발생시킬 수 있게 된다. 회전 속도 센서(2)에서 검출되는 검출속도가 고속영역으로의 전환 속도 이상으로 되면 (저속 영역에서나 중속 영역에서도 없다고 판단 되었을때), 스텝(S7)으로 진행하고, 전환 스위치(MC1)를 온, MC2및 MC3을 오프로 하고, 스텝(S8)에서 고속 영역의 각 파라미터를 판독하고, 이 파라미터 값으로 유도 전동기(1)를 구동제어한다. 이 경우에는 전환 스위치(MC1)만이 온이기 때문에, 각 상의 분단 권선(3t)에만 전류가 흐르고, 고속 영역에서 높은 토오크를 발생시킬수 있도록 된다. 그리고, 상기 실시예에서는 중성점에 접속된 분단권선의 권수를 권선단자에 접속된 분단권선의 권수 보다 적게 하였으나, 반대로 하여도 좋다. 이 경우에는 중속 영역일때, 전환 스위치(MC1)만을 온으로 하고, 고속 영역일때 전환 스위치(MC3)만을 온으로한다. 또 상기 실시예에서는 각상 권선을 소정비로 2개로 분단하였으나 다시 분단수를 증가시켜 유도 전동기의 회전속도에 따라 각상 권선의 전류를 흘리는 권선의 권수를 전환시킬 수 있도록 구성할 수도 있다. 그러나 상기 실시예에 표시한 바와 같이 2분할할 정도로 충분히 넓은 범위로 정출력을 얻을 수가 있다. 본 발명은 각상의 권선을 소정 비율의 권선수로 분단하여 2개의 분단권선으로 하고, 유도 전동기의 속도에 따라 전환 스위치에 의해서 전류를 흘리는 분단권선을 선택/전환하므로써, 저속 영역에서는 각상 권선의 권수를 많이 하여 고속으로 됨에 따라서 이 권수를 감소시키도록 3단으로 전환할 수있도록 하였으므로, 저속 영역, 중속 영역, 고속영역의 전역에 걸쳐서 높은 토오크를 발생시킬 수가 있어, 광범위한 속도 영역에서 정출력을 얻을수가 있다.

Claims

일단이 전력 공급 단자에 접속되고 타단이 중성점에 각각 접속되어 Y결선된 각상(各相)권선과, 소정의 권선수비로 분단되어 형성된 상기 각각의 각상 권선을 위한 제1의 분단 권선과 제2의 분단 권선으로서, 상기 제1의 분단 권선과 제2의 분단권선의 분단점이 각각 제1및 제2의 중간단자에 접속된 제1의 분단 권선과 제2의 분단 권선과, 상기 각상의 제1의 중간 단자와 전력 공급 단자와의 사이에 삽입된 제1의 전환스위치와, 상기 각상의 제1의 중간단자와 상기 제2의 중간단자와의 사이에 삽입된 제2의 전환 스위치와, 상기 각상의 제2의 분단권선의 중간 단자 사이에 삽입된 제3의 전환 스위치와, 상기 유도 전동기의 회전 속도에 따라서 상기 제1,제2및 제3의 전환 스위치의 온/오프를 제어하는 전환 제어 수단을 구비한 유도 전동기의 구동제어장치.
일단이 전력 공급 단자에 접속되고 타단이 중성점에 각각 접속되어 Y결선된 각상(各相)권선과, 소정의 권선수비로 분단되어 형성된 상기 각각의 각상 권선을 위한 제1의 분단 권선과 제2의 분단 권선으로서, 상기 제1의 분단 권선과 제2의 분단권선의 분단점이 각각 제1및 제2의 중간단자에 접속된 제1의 분단 권선과 제2의 분단 권선과, 상기 각상의 제1의 중간 단자와 전력 공급 단자와의 사이에 삽입된 제1의 전환스위치와, 상기 각상의 제1의 중간단자와 상기 제2의 중간단자와의 사이에 삽입된 제2의 전환 스위치와, 상기 각상의 제2의 분단권선의 중간 단자 사이에 삽입된 제3의 전환 스위치와, 상기 유도 전동기의 회전 속도에 따라서 상기 제1,제2및 제3의 전환 스위치의 온/오프를 제어하는 전환 제어 수단을 구비한 유도 전동기의 구동제어장치를 사용하여 유도 전동기를 구동 제어하는 방법으로서, 유도 전동기의 회전속도가 저속 영역이면, 상기 제2의 전환 스위치를 온, 상기 제1및 제3의 전환 스위치를 오프로 전환하고, 중속 영역이면, 상기 제3의 전환스위치를 온, 상기 제1및 제2의 전환 스위치를 오프로 전환하고, 고속 영역이면, 상기 제1의 전환스위치를 온, 상기 제2및 제3의 전환 스위치를 오프로 전환하는 유도 전동기의 구동 제어 방법.
제2항에 있어서, 상기 제2의 분단권선의 권선수는 상기 제1분단권선의 권선수보다 많은 유도 전동기의 구동 제어 방법.
일단이 전력 공급 단자에 접속되고 타단이 중성점에 각각 접속되어 Y결선된 각상(各相)권선과, 소정의 권선수비로 분단되어 형성된 상기 각각의 각상 권선을 위한 제1의 분단 권선과 제2의 분단 권선으로서, 상기 제1의 분단 권선과 제2의 분단권선의 분단점이 각각 제1및 제2의 중간단자에 접속된 제1의 분단 권선과 제2의 분단 권선과, 상기 각상의 제1의 중간 단자와 전력 공급 단자와의 사이에 삽입된 제1의 전환스위치와, 상기 각상의 제1의 중간단자와 상기 제2의 중간 단자와의 사이에 삽입된 제2의 전환 스위치와, 상기 각상의 제2의 분단권선의 중간 단자 사이에 삽입된 제3의 전환 스위치와, 상기 유도 전동기의 회전 속도에 따라서 상기 제1,제2및 제3의 전환 스위치의 온/오프를 제어하는 전환 제어 수단을 구비한 유도 전동기의 구동 제어 장치를 사용하여 유도 전동기를 구동 제어하는 방법으로서, 유도 전동기의 회전속도가 저속 영역이면, 상기 제2의 전환 스위치를 온, 상기 제1및 제3의 전환 스위치를 오프로 전환하고, 중속 영역이면, 상기 제1의 전환스위치를 온, 상기 제2및 제3의 전환 스위치를 오프로 전환하고, 고속 영역이면, 상기 제3의 전환스위치를 온, 상기 제1및 제2의 전환 스위치를 오프로 전환하는 유도 전동기의 구동 제어 방법.
제4항에 있어서, 상기 제1의 분단권선의 권선수는 상기 제2분단권선의 권선수보다 많은 유도 전동기의 구동 제어 방법.