KR0153103B1

KR0153103B1 - 유도전동기의 입력전력 제어 장치

Info

Publication number: KR0153103B1
Application number: KR1019950012821A
Authority: KR
Inventors: 김태승; 홍순찬; 정승기; 이승철
Original assignee: 김태승; 주식회사동진모타메이트
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 1998-12-15
Also published as: KR960043462A; JP3053572B2; US5684377A; JPH09191690A

Abstract

본 발명은 유도전동기의 운전효율을 향상시킬 수 있는 유도전동기의 입력전력 제어 장치에 관한 것으로, 입력전력 제어부(6)는 유도전동기(2)가 소정부하조건하에서 정격속도로 구동하도록하기위하여 전력소자부(4)의 양단전압(Vsw2)이 검출될때 검출된 양단전압(Vsw2)에 대응하는 입력전력값이 기준값과 같아지도록 전력소자부(4)의 점호각을 제어한다. 또한, 입력전력 제어부(6)는 유도전동기(2)가 정격속도로 구동될 때 최소입력전력으로 구동되도록하기위하여, 상기 전력소자부(4)의 검출된 양단전압을 기준으로 그 양단전압보다 큰값을 변위에서 메모리 수단에 저장되어있는 각각의 입력전력을 가산한 제1입력전력값과 상기 양단전압보다 작은값의 변위에서 상기 메모리 수단에 저장되어있는 각각의 입력전력을 가산한 제2입력전력값이 서로 같아지도록 전력소자부(4)의 점호각을 증가 또는 감소하도록 제어한다.

Description

유도전동기의 입력전력 제어 장치

제1도는 본 발명에 따른 유도전동기의 입력전력 제어 장치의 일실시예를 나타낸 회로도.

제2도는 제1도의 입력전력 제어부의 상세 블록구성도.

제3(a)도 및 제3(b)도는 각기 제2도에 도시된 제1변환부의 상세 회로구성도 및 그의 각 부분별 신호를 나타낸 파형도.

제4(a)도 및 제4(b)도는 각기 제2도에 도시된 제2변환부의 상세 회로구성도 및 그의 각 부분별 신호를 나타낸 파형도.

제5(a)도 및 제5(b)도는 각기 제2도에 도시된 제1검출부의 상세 회로구성도 및 그의 각 부분별 신호를 나타낸 파형도.

제6(a)도 및 제6(b)도는 각기 제2도에 도시된 제2검출부의 상세 회로구성도 및 그의 각 부분별 신호를 나타낸 파형도.

제7(a)도 및 제7(b)도는 각기 제2도에 도시된 제3검출부의 상세 회로구성도 및 그의 각 부분별 신호를 나타낸 파형도.

제8(a)도 및 제8(b)도는 각기 제2도에 도시된 구동부의 상세 회로구성도 및 그의 각 부분별 신호를 나타낸 파형도.

제9도는 본 발명에 따른 유도전동기의 입력전력 제어 장치에 의해 입력전력을 제어하여 유도전동기를 제한된 범위의 정격속도내에서 일정한 회전속력으로 구동할 수 있는 방법을 설명하기 위한 그래프.

제10(a)도 및 10(b)도는 본 발명에 따른 유도 전동기의 입력전력 제어 방법의 일 실시예를 나타낸 것으로, 제2도의 마이크로컨트롤러의 소프트웨어에 따른 제어순서를 단계별로 나타낸 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 유도전동기 4 : 전력소자부

6 : 입력전력 제어부 41, 42, 43, 44, 45, 46 : 전력소자

61, 62 : 제1, 제2변환부 63, 64, 65 : 제1, 제2, 제3검출부

66 : 마이크로컨트롤러 67 : 구동부

본 발명은 유도전동기의 입력전력 제어에 관한 것으로 특히, 유도전동기의 운전효율을 향상시킬 수 있는 유도전동기의 입력전력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

삼상 또는 단상 형태의 교류 유도 전동기는 산업계의 동력으로 널리 사용하고 있다. 이러한 유도전동기에 정격전압을 인가하면, 전동기의 회전축에 인가된 부하의 크기에 따라 회전속력이 변화하며, 고정자측의 회전자계와 회전자의 회전속력차로 부터 회전력이 생기므로 중부하 보다는 경부하 조건일 수록 회전속력은 점차 빨라져서 무부하일 경우는 동기속력에 근접하는 특징이 있다.

이런한 유도전동기의 효율은 입력전력에 대하여 회전축에서 발생되는 기계적 출력의 비로써 나타낸다. 그러나 이러한 효율은 정격상태에서의 공칭효율이며 부하가 줄어들면 기계적인 출력에 대한 내부 손실성분의 비율이 커짐에 따라 효율이 점차 감소하며, 무 부하의 경우 기계적 출력은 거의 없고 내부 손실성분이 차지하는 비중이 커짐으로 효율은 0에 가깝게 된다.

유도전동기의 효율을 증대시키는 방법중의 하나는 유도전동기가 일정 속도로 주행할 때, 전동기에 인가되는 입력 전력을 제어하는 것으로 효율의 향상을 기할 수 있다. 그러나 유도 전동기의 효율향상을 위하여 인가전압을 낮추면 전기적 발생토크가 작아지므로 동일한 부하에 대하여 속력이 감소되는 특징이 있으며, 입력전압을 더욱 낮추어 부하토크 보다 적은 토크만이 발생될 경우 불안정한 운정영역으로 진전되어 실속(失速)하게 되는 경향이 있다.

그러므로, 본 발명은 유도전동기가 정격속도로 일정한 회전속력으로 운전되도록 유도전동기의 입력전력을 제어하는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 유도전동기의 운전상태에 따라 입력전력을 절감하여 유도전동기의 운전효율을 향상시킬 수 있는 유도전동기의 입력전력 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기위한 본 발명에 따른 유도전동기의 입력전력 제어장치는: 상기 전력소자부로의 입력전압을 이용하여 상전압을 검출하는 제1변환부; 상기 제1변환부에 의해 검출된 상전압을 단극성의 상전압신호로 변환하는 제2변환부; 상기 제1변환부에 의해 검출된 상전압을 이용하여 상기 입력전압의 위상을 검출하는 제1검출부; 상기 전력소자부의 입력전류를 검출하는 제2검출부; 상기 전력소자부로의 입력전압 및 그의 출력전압을 이용하여 상기 전력소자부의 양단전압을 검출하는 제3검출부; 상기 제2변환부에 의해 변환된 상전압신호와 상기 제2검출부에 의해 검출된 입력전류를 이용하여 상기 전력소자부의 입력전력을 계산하는 수단과, 상기 유도전동기를 소정 부하 조건하에서 정격속도로 구동시키는데 적합한 입력전력과 양단전압의 기준값을 저장하는 수단과, 상기 제3검출부에 의해 상기 전력소자부의 양단전압이 검출될 때 검출된 양단전압에 대응하는 입력전력값이 상기 저장수단에 저장된 기준값과 같아지도록 상기 전력소자부의 점호각을 제어하는 수단을 구비하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 이와 같은 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도를 참조하면, 유도전동기(2)에서 입력전력의 제어를 위한 본 발명 장치의 회로구성도로서, 유도전동기(2)의 각 상에 따른 각 신호의 흐름을 양방향으로 각각 제어하기 위해 각 상에 따른 각 단자마다 각각 역병렬 접속된 다수의 전력소자(41, 42, 43, 44, 45, 46)를 구비하여 삼상전원을 입력받아 유도전동기(2)에 인가하는 전력소자부(4)와, 전력소자부(4)의 입력전압, 입력전압위상, 입력전류 그리고 양단전압을 근거로 하여, 유도전동기(2)가 효율적으로 구동할 수 있도록 전력소자부(4)를 통하여 유도전동기(2)에 인가되는 전력을 제어하는 입력전력 제어부(6)를 포함한다.

전력소자부(4)는 유도전동기(2)의 각 상에 따른 신호의 흐름을 제어하기 위해 각 상에 따른 각 단자마다 각각 역병렬 접속된 다수의 제1 내지 제6실리콘 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier : SCR) 또는 트라이액(TRIode AC switch : TRIAC) 등의 전력용 반도체 스위칭 소자(41, 42, 43, 44, 45, 46)를 이용하여 삼상전원을 유도전동기(2)에 인가한다.

입력전력 제어부(6)는 전력소자부(4)의 입력전압(Va, Vb, Vc), 입력전압위상(Va1, Vb1, Vc1), 입력전류(Ia1, Ib1, Ic1) 그리고 양단전압(Vsw2)을 근거로 하여, 유도전동기(2)가 효율적으로 구동할 수 있도록 전력소자부(4)로 부터 유도전동기(2)에 인가되는 전력을 제어한다. 보다 상세히 말해서, 입력전력 제어부(6)는 전력소자부(4)의 입력전압(Va, Vb, Vc)의 위상을 검출하고, 검출된 위상을 제어하여 전력소자부(4)내 각 전력소자(41, 42, 43, 44, 45, 46)의 점호각을 조절함으로써 전력소자부(4)의 출력전압(Vr, Vs, Vt)을 제어한다.

제2도는 제1도의 입력전력 제어부(6)의 일 실시예를 나타낸 블록도로, 제1변환부(61), 제2변환부, 제1검출부(63), 제2검출부(64), 제3검출부(65), 마이크로컨트롤러(66) 및 구동부(67)를 구비한다.

제1변환부(61)는 전력소자부(4)에 인가되는 입력전압(Va, Vb, Vc)을 검출하기 위해 선간전압을 인가받아 상전압(Va1, Vb1, Vc1)으로 변환하여 출력하며, 제2변환부(62)는 제1변환부(61)로 부터 두 개의 상전압(Va1, Vb1)을 인가받아 마이크로컨트롤러(66)내 도시안된 A/D 변환기의 적절한 입력신호(Va2, Vb2)로 변환하여 출력한다.

제1검출부(63)는 제1변환부(61)로 부터 상전압(Va1, Vb1, Vc1)을 인가받아 입력전압(Va, Vb, Vc)의 위상(Vap, Vbp, Vcp)을 검출하여 마이크로컨트롤러(66)으로 제공하며, 제2검출부(64)는 전력소자부(4)의 입력전류(Ia2, Ib2)를 검출하여 마이크로컨트롤러(66)로 제공하고, 제3검출부(65)는 전력소자부(4)의 입력전압(Va, Vb, Vc) 및 출력전압(Vr, Vs, Vt)을 각각 인가받아 전력소자부(4)의 양단전압(Vsw2)을 검출하여 마이크로컨트롤러(66)에 제공한다.

마이크로컨트롤러(66)는 제3검출부(65)의 양단전압(Vsw2), 제2검출부(64)의 입력전류(Ia2, Ib2), 제1검출부(63)의 위상전압(Vap, Vbp, Vcp) 그리고 제2변환부(62)에 의해 변환된 위상전압신호(Va2, Vb2)를 인가받아 전력소자부(4)의 입력전력을 제어하여 유도전동기(2)가 정격속도로 구동하도록 하기 위한 점호가 제어 신호(Ga, Gb, Gc)를 출력하며, 구동부(67)는 마이크로컨트롤러(66)로부터의 점호각 제어 신호(Ga, Gb, Gc)를 인가받아 전력소자부(4)의 각 상에 따른 신호의 방향을 각각 제어하기 위한 구동신호(Sa, Sb, Sc)를 전력소자부(4)에 인가한다.

또한, 본 발명에 따르면, 유도전동기(2)가 정격속도로 구동되는 경우, 유도전동기(2)가 최소입력전력으로 구동되도록 하기위한 점호각 제어신호(Ga, Gb, Gc)를 출력하도록 구성된다.

상술한 제2도의 각 구성요소의 동작은 제3도 내지 제8도를 참조하여 하기와 같이 보다 상세히 설명된다.

제3(a)도를 참조하면, 제1변화부(61)의 상세 회로구성도가 도시된다.

제1변화부(61)에서, 상전압(Va1, Vb1, Vc1)의 검출을 위해 이용되는 삼상전원의 중성점에 대한 상전압(Va1, Vb1, Vc1)의 크기와 선간전압의 관계식은 다음과 같다.

먼저, a상을 예로 설명하면, a상과 b상의 선간전압(Va 및 Vb)를 입력으로 분압저항(R01, R02, R03)으로 구성함으로써 저항(R03) 양단에는 선간전압에 비례하는 크기로 감소된 신호가 생성된다.

저항(R04, R05, R06)들과 연산증폭기(OP1A)로 구성된 부궤환 차동증폭회로는 입력전압(Va, Vb, Vc)과 제1변환부(61)와의 전원분리와 검출된 상전압(Va1, Vb1, Vc1)의 크기를 비례적으로 변환시키기 위해 사용된다.

그리고 선간전압(Va, Vb, Vc)을 상전압(Va1, Vb1, Vc1)으로 변환하기 위하여는 위의 수식을 적용하여 a상의 경우 Vab와 -Vca를 더한 후 3분의 1로 감소시켜 Va1의 전압을 발생시킨다.

여기서, 실제 Va값의 크기와 Va1의 크기와의 관계에서 비례상수 값으로 변환비가 생기며, 비례관계는 분압저항(R01, R02)를 고정하고 저항(R03)을 가변하면 비례적으로 감소된 Vab1이되는데, 분압 저항치는 Vab1의 출력값이 회로전원의 범위내에 있어야 하므로 전원전압의 크기에 따라서 적절히 조정하면 된다.

이와 같은 Vab1의 전압 위상은 실제의 선간전압(Vab)의 위상과 같으며 이 전압은 b상 전압을 구하기 위한 항으로 이용되고, a상 전압을 얻기 위한 항으로 이용하기 위하여 저항(R09, R10)과 연산증폭기(OP1B)로 구성된 반전 증폭회로를 통과하면 -Vab1의 신호를 얻을 수 있다.

또한, 수식의 전개에 따라 상전압(Va1, Vb1, Vc1)은 선간전압의 차에 3분의 1을 곱하면 얻어지는데 이를 저항(R12, R13, R14)과 연산증폭기(OP1C)로 반전 가산기회로를 구성하면 최종출력인 상전압(Va1)이 생성되며, 삼상 전원전압 220[V]에서 실시 예에 대하여 각 부분에서 발생하는 신호의 파형은 제3(b)도와 같다. 또한, 삼상의 경우 각 상이 대칭이므로 b,c상의 경우도 120°의 위상차를 갖고 Vb1, Vc1과 같은 출력 파형이 대칭적으로 발생한다. 제1변환부(61)에 의해 검출된 상전압(Va1, Vb1, Vc1)은 제2변환부(62)와 제1검출부(63)로 제공된다.

통상적으로, 상전압(Va1, Vb1, Vc1)은 전원에 위상검출용 변압기를 이용하여 검출 할 수 있으며, 본 발명에 따른 실시예와 같이 회로의 소형화를 도모하기 위해 입력전압(Va, Vb, Vc)을 직접 접속하여 상전압(Va1, Vb1, Vc1)의 크기와 위상을 검출할 수 있도록 구성할 수 있다.

제4(a)도 및 제4(b)도는 제2도에 도시된 제2변환부(62)의 상세 회로구성도 및 그의 출력 파형도를 도시한다. 제2변환부(62)는 제1변환부(61)에 의해 생성된 두 개의 상전압 신호(Va1 및 Vb1)을 마이크로컨트롤러(66)내의 도시안된 A/D 변환기로의 입력신호로 변환하는 기능을 수행한다.

예로, A/D변환기의 입력신호가 0-5[V]의 단극성 신호이며, 검출된 상전압(Va1)이 ±5[V] 이내의 양극성 출력신호이면, 이 신호를 단극성의 신호로 하기 위하여 저항(R61, R62)과 연산증폭기(OP4A)의 반전증폭회로를 통하여 크기를 2분의 1로 감소시켜 ±2.5[V] 이내의 값으로한 후 저항(R63, R64)과 제너 다이오드(D1)로 구성되는 회로에서 발생된 기준전압 +2.5[V]를 더하면 0∼5[V] 내의 값으로 변환한다.

그리고 연산증폭기(OP4C)는 전술한 반전층폭회로의 출력 임피던스를 줄여 전압변동이 발생하는 것을 방지하며, 제너아이오드(D2)는 연산증폭기(OP4C)의 출력이 5[V]이상의 출력신호(Va2)로 발생되지 않도록 제한한다.

본 발명에서, 마이크로컨트롤러(66)에서 전력 계산시 입력전원의 3상 전압이 대칭일 경우 두상의 전압을 알면 나머지 한상의 전압을 알 수 있으므로, 본 발명에서는 a상과 b상 두개의 상 전압만을 변환한다. 제2변환부(62)에 의해 변환된 단극성의 상전압(Va2, Vb2)는 마이크로컨트롤러(66)로 제공된다.

제5(a)도 및 제5(b)도는 입력전압(Va, Vb, Vc)의 위상(Vap, Vbp, Vcp)을 검출하는 제1검출부(63)의 상세 구성과 그의 출력 파형을 도시한다.

도시된 바와 같이, 저항(R101)과 콘덴서(C3)를 포함하는 저역통과 필터는 상전압 신호(Va1)을 입력으로 할 때 영점 교차시 노이즈성분을 줄이기 위해 사용되며, 저항(R102)과 연산증폭기(OP6A)로 구성된 반전 비교회로는 필터를 통과한 신호(Vap1)를 영점을 기준으로 위상의 영점에서 출력(Vap2)이 전이하는 구형파를 생성한다. 다이오드(D5)와 반전증폭회로(OP6)는 출력신호(Vap2)를 통과시켜 0 ∼ 5[V]이내의 디지탈 신호로 변환된 위상 신호(Vap, Vbp, Vcp)(제5(b)도 참조)를 마이크로컨트롤러(66)로 제공한다.

제5(b)도에서, 제1검출부(63)에 의해 검출된 위상 신호(Vap, Vbp, Vcp)는 전력소자부(4)내 각 전력소자(41, 42, 43, 44, 45, 46)가 점호및 소호되는 점호각을 나타낸다. 예를 들면, 위상 신호(Vap, Vbp, Vcp)의 정극성 펄스는 순방향으로 도통되는 전력소자의 전도 주기를 나타내며, 정극성 펄스의 상승에지의 제로크로싱(zerocrossing)은 전력소자가 도통되는 트리거 시점을 나타낸다. 이러한 트리거 시점으로부터 지연된 거리를 통상 점호각이라 지칭한다. 따라서, 제로크로싱점을 지연시켜 점호각을 증가시키면 유도전동기(2)에 인가되는 입력전력이 감소되고, 이와 반대로 점호각을 감소시키면 유도전동기(2)에 인가되는 입력전력이 증가한다.

제6(a)도 및 제6(b)도는 입력전류(Ia2, Ib2)를 검출하는 제2검출부(64)의 상세 회로구성과 그의 출력 신호를 예시한다.

통상적으로, 유도전동기(2)의 입력전류(Ia2, Ib2)는 유도전동기(2)의 용량, 인가전압, 극수 그리고 결선방식등에 따라서 달라지며, 특히, 유도전동기(2)의 기동시 정격전류의 5∼7배 정도의 과전류가 흐른다. 이와 같은 전류검출을 위한 제2검출부(64)는 전류센서로서 홀(Hall)소자 또는 코아형의 센서를 사용하며, 입력단의 배율을 적절히 조정하기위한 배율저항(R202, R203, R204, R205)과 스위치(S1)를 포함한다.

배율저항치를 선택하기 위해 스위치(S1)를 조정한 후 연산증폭기(OP9A)로 구성된 반전증폭기를 통과하면 전류의 크기가 조정된 (Ia1)의 전류출력이 발생되며,전류(Ia1)를 마이크로컨트롤러(6)에서 처리하기에 적합한 디지탈 신호로 변환하기 위하여 저항(R208, R209)과 제너 다이오드(D11)로써 -2.5 [V]를 발생시킨 후 저항(R207, R210)과 연산증폭기(OP9B)로 구성한 반전증폭기를 통과시킴으로써 단극성의 전류(Ia2)를 생성한다. 상술한바와 마찬가지로 단극성 전류(Ib2)가 생성되며, 제2검출부(64)에 의해 검출된 단극성 전류(Ia2, Ib2)는 마이크로컨트롤러(66)로 인가된다.

제7(a)도 및 제7(b)도는 전력소자부(4) 양단전압을 검출하는 제3검출부(65)의 상세 회로구성도와 그의 출력파형을 예시한다.

먼저, 분압저항(R301, R302, R303)은 각상에 연결된 전력소자부(4)의 양단전압, 즉 전압(Va)과 (Vr)간의 전압의 크기를 줄이며, 저항(R304, R305, R306)과 연산증폭기(OP11A)로 구성된 차동 반전증폭기는 (Vra1)의 전압을 생성한다.

마찬가지로, b상과 c상에 해당하는 전압신호(Vsb1, Vtc1)도 상술한 바와 동일한 같은 방식으로 발생시킬 수 있는데, 이들 신호는 3상중 2상만이 도통되는 부분에서만 나타나므로 운전영역내에서 거의 서로가 중복되지 않는다.

저항(R309, R319, R329, R331)과 연산증폭기(OP11D)로 구성된 반전증폭회로는 상술한 세 개의 전압신호(Vra1, Vsb1, Vtc1)를 입력받아 출력전압(Vsw1)을 생성한다. 그러나, 반전증폭회로의 출력전압(Vsw1)은 양방향의 출력값을 갖기 때문에, 다수의 저항과 다이오드 그리고 연산증폭기(OP12A 및 OP12B)로 구성된 정류회로는 출력전압(Vsw1)을 정류함으로서 원하는 스위칭소자의 양단전압(Vsw2)을 생성한다. 제3검출부(65)에의해 검출된 스위칭 소자의 양단전압(Vsw2)는 또다시 제너다오드와 저항회로를 통하여 5[V]이상의 신호가 제거된다음 마이크로컨트롤러(66)로 입력된다.

제8(a)도 및 제8(b)도는 전력소자부(4)의 구동을 위한 구동부(67)의 상세 회로 구성도와 그의 출력신호의 파형을 도시한다.

구동부(67)는 마이크로컨트롤러(66)로부터 제공된 점호각 제어신호(Ga, Gb, Gc)에 따라 전력소자부(4)의 각 전력소자(41, 42, 43, 44, 45, 46)의 점호를 위한 구동신호를 제공하는 기능을 수행한다. 마이크로컨트롤러(66)에서 제공된 점호각 제어신호(Ga, Gb, Gc)는 연산증폭기(OP13A) 및 (OP13D)의 고주파 펄스 트레인과 합하여져 펄스 트랜스 구동용 트랜지스터(Q1)를 구동한다.

다음, 펄스 트랜스의 2차측은 역병렬 전력소자부(4)의 각각에 점호신호로 인가될 수 있도록 구동신호로서 발생된다. 전력소자(41, 42, 43, 44, 45, 46)의 소호는 자연 전류를 하므로 전압과 전류의 변화에 따라 수동적으로 동작하게 된다.

제9도는 유도전동기에 인가되는 삼상전원 입력전압이 220[V]이고, 삼상 주파수가 60[Hz]이고, 극수가 4극인 전동기에 있어서, 입력전력[%]과 전력소자부(4)의 양단전압에 대한 그래프를 도시한다. 동도면에서, 1775, 1770, 1765, 1760, 1755, 1750등과 같은 숫자는 유도전동기의 정격 속도(rpm)를 나타내며, 이들 숫자와 연관된 각각의 실선은 소정부하조건하에서 구동하는 유도전동기의 입력전력과 전력소자부의 양단전압과의 관계를 나타내며, 점선으로 표시된 속력제한선은 유도전동기가 최대효율을 발생할 수 있는 범위의 상한선을 의미하며, 작은 사각형을 갖는 점선의 최소 입력전력 점선은 상술한 속력제한선내에서 정격속도로 구동하는 유도전동기를 최소 입력전력으로 운전하기위한 기준을 나타낸다.

본 발명은 제9도의 그래프에 나타난바와같이 임의의 일정한 속력에 대하여 실선의 추이를 갖는 특징과 최소입력전력이 인가되는 점선의 추이를 갖는 특징을 이용하여 유도전동기의 입력전력을 제어하는 것으로 이하 제10도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제10(a)도,제10(b)도는 제2도의 마이크로컨트롤러(66)에 의해 수행되는 입력전력 제어방법으로서, 유도전동기가 최대효율을 발생할 수 있는 정격속도 근방으로 유도전동기의 속도를 제어한다음, 유도전동기로의 입력전력을 변동함으로써 최소전력을 발생하는 입력전력값을 찾는 동작을 수행하는 과정을 단계적으로 설명하는 플로우차트이다.

먼저, 제10(a)를 참조하면, 단계(660)에서, 소정샘플링주기로 A/D 변환 인터럽트가 발생될때마다 마이크로컨트롤러(66)는 제3검출부(65)에 의해 전력소자부(4)에서 검출되는 양단전압(Vsw2)을 샘플링하며, 제2변환부(62)와 제2검출부(64)에 의해 제공된 상전압(Va2,Vb2)와 입력전류(Ia2, Ib2)로부터 유도전동기(2)의 입력전력을 계산한다. 이때, 양단전압(Vsw2)의 샘플링 시점에서 계산된 입력전력이 도시안된 메모리내에 저장된다.

그 다음 단계(662)에서, 전원전압의 위상 검출 인터럽트가 발생하면, 제10(b)도에 도시된 바와 같은 입력전력제어를 행하는 프로그램이 수행된다.

단계(664, 666)에서, 인터럽트의 호출이 없는 시간영역에서는 기 설정된 내부 레지스터(register)와 기 설정된 조작스위치 그리고 LCD(Liquid Crystal Display) 표시기 등의 해당 주변장치를 초기화한 후, 조작스위치에 의한 운전 또는 비운전 등의 동작을 행하며, 기 설정되어 있는 표시기에는 전류, 전력 그리고 전력소자부(4)의 양단전압 등 내부 데이타를 표시한다.

제10(b)도는 제10(a)도의 입력전력 제어 단계(662)에서 수행되는 과정을 설명하는 흐름도를 예시한다.

먼저, 단계(670)는 일반적으로 유도전동기(2)의 기동시에 수행되는 모드 0의 동작과정으로서, 이 모드 0에서는 입력된 입력전류값을 유지하도록 제어되어 유도전동기(2)의 토크를 제한함으로써 유도전동기(2)의 회전속력을 부드럽게 상승시킨다. 다음, 유동전동기(2)의 속력이 충분히 상승되면 조작스위치에 의해 지정된 모드 1 또는 모드 2의 입력전력제어로 전환된다.

단계(672)에서는 제9도에 도시된 속력제한선 범위내에서 유도전동기를 소정 부하 조건하에서 일정한 정격속도로 구동시키기 위하여 전력소자부(4)의 점호각을 제어하는 모드 1를 수행한다. 모드 1 방식을 제9도에서 각 부하마다 정격속도를 나타내는 각각의 실선중에서 선택된 어느 하나의 소정부하 조건을 만족하는 실선에 근사하도록 유도전동기의 속도를 제어하는 것이다. 예를 들면, 현재 유도전동기의 소정부하조건을 충족하는 실선이 1765 속도를 갖는 실선이라고 가정하면, 이 실선상의 각점을 입력전력과 양단전압의 기준값으로 설정하고, 상술한 바와 같이 전력소자부(4)의 양단전압이 샘플링될 때 샘플링된 양단전압에 대응하는 계산된 입력전력값이 실선상의 기준값과 같아지도록 제어하는 것이다. 이를 위하여 마이크로컨트롤러(66)는 제1검출부(63)에 의해 검출된 위상신호(Vap, Vbp, Vcp)의 점호각을 제어하는 점호각 제어 신호(Ga, Gb, Gc)를 생성하여 구동부(67)로 제공한다. 본 발명에 있어서, 제9도에 도시된 각각의 실선상의 각점에서의 입력전력과 양단전압값은 기준값으로 기준값 테이블(도시안됨)에 저장될 수도 있다.

본 발명에 따른 전력소자부(4)의 점호각 제어는 상술한 바와 같이 샘플링된 양단전압값이 기준값 테이블에 저장된 기준값보다 적다면, 이후 샘플링될 양단전압값이 기준값보다 커질때까지 제 1의 기설정 양만큼 점호각을 증가시켜 유도전동기(2)로의 입력전압을 감소시키다. 이와 반대로, 샘플링된 양단전압값이 기준값 테이블에 저장된 기준값보다 크다면, 이후 샘플링될 양단전압이 기준값보다 작아질때까지 점호각을 제 1의 기설정 양만큼 감소시켜 유도전동기(2)로의 입력전압을 증가시킨다. 따라서, 전력소자부(4)의 점호각을 증가 또는 감소시킴으로써 구동부(67)에 의해 유도전동기의 입력전력이 조절되어 속도가 감소 또는 증가되므로써 제9도에 도시된 선택된 부하조건을 갖는 실선에 근접하는 정격속도로 제어된다.

단계(674)에서는 정격속도에 근접하게 구동하는 유도전동기를 최소입력전력으로 운전하는 모드 2를 수행한다. 모드 1에서 수행되는 바와 같이 유도전동기가 속력제한선내에서 정격속도로 구동하고 있다면, 현재의 전력소자부(4)의 샘플링된 양단전압을 기준으로 그 양단전압보다 큰값의 변위에서 상술한 메모리에 저장되어있는 각각의 입력전력을 모두 더하여 가산된 제 1 입력전력을 생성하고, 그 양단전압보다 작은값의 변위에서 상술한 메모리에 저장되어있는 각각의 입력전력을 모두 더하여 가산된 제 2 입력전력을 생성한다. 그 다음, 이들 제 1 및 2 입력전력을 서로 비교하여 제 1 검출부(63)에 의해 검출된 위상신호(Vap, Vbp, Vcp)의 점호각을 제어하는 점호각 제어 신호(Ga, Gb, Gc)를 발생하여 구동부(67)로 제공한다.

본 발명에 따른 점호각을 제어하는 방식은 제 1 입력전력이 제 2 입력전력보다 적으면, 유도전동기(2)로의 입력전압이 감소되도록 점호각을 제 2의 기설정양만큼 증가시키며, 이와 반대로, 제 1 입력전력이 제 2 입력전력보다 크면, 유도전동기(2)로의 입력전압이 증가되도록 점호각을 제 2의 기설정양만큼 감소시킨다. 그 결과, 점호각의 증가 및 감소에 따라 구동부(67)에 의해 유도전동기(2)로의 입력전압이 감소 및 증가되어 유도전동기92)가 최소 입력전력으로 동작되게된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 입력전력 제어부(6)가 전력소자부(4)의 입력전압, 입력전압위상, 입력전류 그리고 양단전압을 근거로 하여, 유도전동기(2)가 효율적으로 구동할 수 있도록 전력소자부(4)가 유도전동기92)에 인가하는 전력을 제어하므로써 유도전동기(2)에 인가되는 삼상전원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 것이다.

Claims

입력전력을 인가하는 전력소자부(4)를 갖는 유도전동기의 입력 전력 제어장치에 있어서, 상기 전력소자부(4)로의 입력전압(Va, Vb, Vc)을 이용하여 상전압(Va1, Vb1, Vc1)을 검출하는 제1변환부(61); 상기 제1변환부(61)에 의해 검출된 상전압(Va1,Vb1)을 단극성의 상전압신호(Va2, Vb2)로 변환하는 제2변환부(62); 상기 제1변환부(61)에 의해 검출된 상전압(Va1, Vb1, Vc1)을 이용하여 상기 입력전압(Va, Vb, Vc)의 위상신호(Vap, Vbp, Vcp)를 검출하는 제1검출부(63); 상기 전력소자부(4)의 입력전류(Ia2, Ib2)를 검출하는 제2검출부(64); 상기 전력소자부(4)로의 입력전압(Va, Vb, Vc) 및 그의 출력전압(Vr, Vs, Vt)을 이용하여 상기 전력소자부(4)의 양단전압(Vsw2)을 검출하는 제3검출부(65); 상기 제2변환부(62)에 의해 변환된 상전압신호(Va2, Vb2)와 상기 제2검출부(64)에 의해 검출된 입력전류(Ia2, Ib2)를 이용하여 상기 전력소자부(4)의 입력전력을 계산하는 수단과, 상기 유도전동기(2)를 소정 부하 조건하에서 정격속도로 구동시키는데 적합한 입력전력과 양단전압의 기준값을 저장하는 수단과, 상기 제3검출부(65)에 의해 상기 전력소자부(4)의 양단전압(Vsw2)이 검출될 때 검출된 양단전압(Vsw2)에 대응하는 입력전력값이 상기 저장수단에 저장된 기준값과 같아지도록 상기 제1검출부(63)에 의해 검출된 위상신호(Vap, Vbp, Vcp)의 점호각을 제어하는 점호각 제어 신호(Ga, Gb, Gc)를 발생하는 제1점호각 제어수단을 구비하는 마이크로컨트롤러(66); 상기 점호각 제어신호(Ga, Gb, Gc)에 따라 상기 전력소자부(4)를 구동하는 구동신호(Sa, Sb, Sc)를 발생하는 구동부(67)를 포함하는 것으로 하는 유도 전동기의 입력전력 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1점호각 제어 수단은: 상기 검출된 양단전압이 상기 기준값보다 적을때, 상기 검출된 양단전압이 상기 저장된 기준값보다 커질때까지 상기 점호각을 제1기설정 양만큼 증가시키고, 상기 검출된 양단전압이 상기 기준값보다 클 때, 상기 검출된 양단전압이 기준값보다 작아질때까지 상기 점호각을 제1기설정 양만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 입력전력 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러는: 상기 검출된 양단전압(Vsw2)에 대응하는 상기 전력소자부(4)의 입력전력값을 저장하는 메모리 수단과, 상기 전력소자부(4)의 검출된 양단전압을 기준으로 그 양단전압보다 큰값을 변위에서 상기 메모리 수단에 저장되어있는 각각의 입력전력을 가산한 제1입력전력값과 상기 양단전압보다 작은값의 변위에서 상기 메모리 수단에 저장되어있는 각각의 입력전력을 가산한 제2입력전력값을 서로 비교하는 수단과, 상기 비교수단의 결과에 따라 상기 유도전동기(2)가 최소전력으로 구동되도록 상기 제1검출부(63)에 의해 검출된 위상신호(Vap, Vbp, Vcp)의 점호각을 제어하는 점호각 제어 신호(Ga, Gb, Gc)를 발생하는 제2점호각 제어수단과를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 입력전력 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 제2점호각제어 수단은: 상기 제1입력전력이 제2입력전력보다 적으면, 상기 유도전동기(2)로의 입력전압이 감소되도록 상기 점호각을 제2기설정양만큼 증가시키며, 제1입력전력이 제2입력전력보다 크면, 상기 유도전동기(2)로의 입력전압이 증가되도록 상기 점호각을 제2기설정양만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 입력전력 제어장치