KR0160411B1

KR0160411B1 - 단상유도전동기

Info

Publication number: KR0160411B1
Application number: KR1019950002167A
Authority: KR
Inventors: 김효석
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1998-12-15
Also published as: KR960032872A

Abstract

본 발명은 단상유도전동기에 관한 것으로, 특히 상용전원운전에서의 최대출력 및 인버터운전에서의 감속출력이 가능하여 광범위하게 속도를 제어할 수 있는 단상유도전동기에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명의 단상유도전동기에서는 외부교류전원을 공급하는 전원단, 공급된 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 전원정류부, 상기 전원정류부에서 공급된 직류전원을 평활하는 평활회로부, 상기 평활회로부에서 공급된 직류전원을 다시 교류전원으로 변환시켜 전압과 주파수를 가변시키는 다수의 전력스위칭수단으로 이루어진 인버터 구동부 및 회전자, 주권선 및 보조권선으로 이루어진 유도전동부를 구비하는 단상유도전동기에 있어서, 상기 전원단에서 분기되어 상기 유도전동부에 직접적으로 상용교류 전원의 인가를 스위칭하는 제1스위치부와, 상기 유도전동부내의 보조권선에 전원단에서 직접 인가되는 상용교류전원 및 인버터구동에서의 출력된 전원을 스위칭하는 제3스위치부, 상기 제3스위치부와 유도전동부의 사이에 접속되어 상기 유도전동부를 운전 및 기동시키는 동작을 수행하는 기동콘덴서를 구비하여 상용전원 운전 및 인버터 절환운전이 가능한 것이다.

Description

단상유도전동기

제1도는 종래의 인버터 방식의 단상 유도전동기 회로도.

제2도는 본 발명에 따른 단상유도전동기의 회로도.

제3도는 본 발명에 따른 단상유도전동기의 또다른 실시예를 나타낸 회로도.

제4도는 본 발명의 단상유도전동기를 공기조화기에 적용시 압축기의 출력 특성을 도시한 그래프.

제5도는 본 발명의 단상유도전동기를 공기조화기에 적용시 압축기의 입력특성을 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전원정류부 2 : 평활회로부

3 : 인버터구동부 4 : 유동전동부

11-14 : 다이오드 TC-TS': 파워 트랜지스터

34 : 주권선 35 : 보조권선

36 : 회전자 37 : 권선부

60 : 전원단 61 : 제1 스위치부

62 : 제2스위치부 63 : 제3스위치부

64 : 기동콘덴서

일반적으로 압축기를 사용하는 냉장고나 에어컨 등의 가전제품에서 사용되는 단상유도전동기의 속도는 다음 식 1에 의하여 결정된다.

따라서, 단상유도전동기의 속도를 가변시키기 위하여는 상기 식 1에서 슬립(s), 주파수(f) 및 극수(p)를 변환시키게 된다.

그러나, 단상유도전동기에서 슬립과 극수는 제조 공정 단계에서 변경할 수밖에 없어 통상적으로 단상유도전동기에 인가되는 주파수를 변환하는 방법이 널리 사용되고 있다.

또한, 단상유도전동기의 효율을 높이기 위하여 주파수와 함께 전압도 가변시켜 단상유도전동기의 회전속도를 가변하고 이에 따라 냉장고 및 에어컨의 출력도 가변시키게 된다.

첨부된 도면 중 제1도는 종래의 인버터 방식의 단상 유도전동기 회로도이다.

이러한 종래의 인버터 방식의 단상유도전동기에서는 제1도에서 보는 바와 같이 외부전원을 공급하는 전원단(60)의 출력단에 브릿지 다이오드(D1-D4)로 구성되어 외부의 교류전원을 인가받아 직류전원으로 변환하는 전원정류부(1)가 접속되어 있으며, 전원정류부(1)의 출력단에 코일(L1)과 콘덴서(C1)로 구성되어 변환된 직류전원을 평활시키는 평활회로부(2)가 접속되고, 평활회로부(2)의 출력단에 파워 트랜지스터로 구성되어 직류전원을 다시 교류전원을 변환하여 전압과 주파수를 가변함으로써 유도전동기의 출력을 가변시키는 인버터구동부(3)가 접속되어 있으며, 상기 인버터구동부(3)의 부하측으로 유동전동부(4)가 접속되는 구성으로 이루어져 있다.

또한 유도전동부(4)는 회전자(36)과 권선부(37)로 이루어져 있으며, 권선부(37)는 운전권선인 주권선(34)과 기동권선인 보조권선(35)이 상호 병렬 접속되어 이루어져 있다.

이와 같은 구성을 지닌 종래의 인버터방식의 단상유도전동기에서는 전원단에서 공급받은 교류전원을 전원정류부(1)내의 브릿지 다이오드(D1-D4)의 작용에 의해서 직류전원으로 변환시키고, 변환된 직류전원은 평활회로부(2)내의 코일(L) 및 콘덴서(C)의 작용에 의하여 변환된 직류전압중에 포함된 리플성분을 제거하고 평활하여 인버터구동부(3)에 인가된다.

전원정류부(1)에서 변환된 직류전원을 인가받은 인버터구동부(3)에서는 파워 트랜지스터(TC-TS')에 펄스 폭을 변조하여 구동신호를 인가하는 PWM(Pluse Width Moudulation; 펄스 폭 변조)방식에 의한 주파수와 전압이 인가되므로 인버터구동부(3)의 출력단에 각각 식 2에서 보는 바와 같은 전압을 인가시켜줌으로써 C, R, S단에 공통단자 C에 대하여 S에는 π/2만큼 뒤진 전압, 공통단자 C에 대하여 R에는 π/2만큼 앞선전압을 유도전동부(4)에 인가하면 C-S간의 선간전압은 C-R간의 선간전압보다 π/2 전기각만큼 앞서게 되어 토오크를 발생시켜 회전자(36)을 회전시키는 동작을 한다.

상기와 같이 동작하는 종래의 인버터방식의 단상유도전동기에서의 정격전압은 주권선(34)에 인가되는 전압 즉, C-R간의 전압이고 보조권선(35)에 인가되는 전압 즉, C-S간의 전압과 그 크기가 같고 위상이 π/2만큼 앞서는 경우 R-S간에 인가되는 전압은 C-R단 전압의배이며 이 전압의 최대값은 인버터의 전원 교류전압에 제한을 받아 그 이하가 된다. 통상의 220V 60Hz인 경우에서 인버터 출력은 보조권선전압(35)이 주권선전압(34)보다 20% 정도 높은 것을 감안하면 최고 운전주파수는 40Hz 이내로 한정되어 운전주파수의 범위가 축소되고 이에 따라 단상유도전동기의 출력이 저하할 수밖에 없어 전동기의 초기운전시나 과다한 운전부하에서의 운전시에는 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 단상유도전동기는 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로써 단상유도전동기의 초기운전시나 과다한 운전부하에는 최대출력을 가능하게 하는 상용전원의 정격전압 운전뿐만 아니라 운전부하가 작거나 실온에 따라 출력을 가변시키는 인버터의 절환운전이 가능하도록 회로를 구성하여 광범위한 속도제어를 가능하게 함으로써 절전효과 및 단상유도 전동기의 신뢰성을 증대하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명의 단상유도전동기에서는 외부교류전원을 공급하는 전원단, 공급된 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 전원정류부, 상기 전원정류부에서 공급된 직류전원을 평활하는 평활회로부, 상기 평활회로부에서 공급된 직류전원을 다시 교류전원으로 변환시켜 전압과 주파수를 가변시키는 다수의 전력스위칭수단으로 이루어진 인버터구동부 및 회전자, 주권선 및 보조권선으로 이루어진 유도전동부를 구비하는 단상유도전동기에 있어서, 상기 전원단에서 분기되어 상기 유도전동부에 직접적으로 상용교류전원의 인가를 스위칭하는 제1 스위치부, 상기 유도전동부 내의 보조권선에 전원단에서 직접 인가되는 상용교류전원 및 인버터 구동부에서의 출력된 전원을 스위칭하는 제3스위치부, 상기 제3스위치부와 유도전동부의 사이에 접속되어 상기 유도전동부를 운전 및 기동시키는 동작을 수행하는 기동콘덴서를 구비하여 상용전원운전 및 인버터 절환운전이 가능한 것이다.

첨부된 제2도는 본 발명에 따른 단상유도전동기의 회로도이고, 제3도는 본 발명에 따른 단상유도전동기의 또다른 실시예를 나타낸 회로도이다.

이하 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 단상유도전동기는 제2도에서 보는 바와 같이 외부전원을 공급하는 전원단(60)의 출력단에 브릿지 다이오드(D1-D4)로 구성되어 외부의 교류전원을 인가받아 직류전원으로 변환하는 전원정류부(1)가 접속되어 있으며, 전원정류부(1)의 출력단에 코일(L1)과 콘덴서(C1)로 구성되어 변환된 직류전원을 평활시키는 평활회로부(2)가 접속되고, 평활회로부(2)의 출력단에 파워 트랜지스터(TC-TS')로 구성되어 직류전원을 다시 교류전원으로 변환하여 전압과 주파수를 가변함으로써 유도전동기의 출력을 가변시키는 인버터구동부(3)가 접속되어 있으며, 상기 인버터구동부(3)의 부하측으로 유도전동부(4)가 접속되는 구성에 부가하여 단상유도전동기에 교류전원을 공급하는 전원단(60)에서는 직접 분기되어 유도전동부(4)의 주권선(34)에 상용 교류전원의 인가를 스위칭하는 릴레이스위치로 이루어진 제1 스위치부(61)와, 인버터구동부(3)의 S단에 접속되어 유도전동부(4)의 보조권선(35)에 전원단(60)에서 공급되는 상용교류전원을 스위칭하는 릴레이스위치로 이루어진 제2스위칭부(62)와, 제2스위칭부(62)의 출력단에 접속되어 인가되는 전원에 위상차를 생성하여 줌으로써 유도전동부(4)를 기동시키는 운전콘덴서(64)로 이루어져 있다.

또한, 첨부된 제3도는 본 발명에 따른 단상유도전동기의 또다른 실시예를 나타낸 회로도로써 인버터구동부(3)내의 파워 트랜지스터(TC-TS')가 충분한 내압을 가지지 못할 경우에는 유도전동부(4)내의 주권선(34)에 전원단(60)에서 직접 인가되는 상용교류전원 및 인버터구동부(3)에서의 출력된 전원을 스위칭하는 제3스위칭부(63)를 제1스위치부(61)와 인버터구동부(3)의 C단 및 R단의 출력단 사이에 설치하여 구성하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 단상유도전동기의 상세한 동작과정을 제2도 내지 제3도에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 단상유도전동기에서는 기동초기시나 운전부하가 커 단상유도전동기가 최대출력으로 동작할 경우는 정지상태에서 미도시된 마이크로 컴퓨터에서 릴레이 스위치로 이루어진 제1 스위치부(61)에 제어신호를 출력하여 제1 스위치부(61)를 동작시키고 이에 따라 전원단(60)에서 공급되는 상용교류전원이 주권선(34)에 인가되고 즉, C-REKS의 전원으로 인가된다.

또한, 미도시된 마이크로컴퓨터에서는 제2스위치부(62)에 제어신호를 출력하여 제2스위치부(62)를 상용교류전원이 유도전동부(4)에 인가되도록 스위칭 동작시켜 상용교류전원이 기동콘덴서(64)의 작용에 의하여 주권선(34)에 인가되는 상용교류전원보다 그 크기가 같고 위상차를 지닌 전원이 보조권선(35)에 인가되어 즉, C-S간에 전원이 인가되어 단상유도전동기가 상용교류전원의 전원주파수에 따른 출력으로 동작한다.

만약, 단상유도전동기의 운전부하가 작거나 절전운전을 위하여 인버터운전으로 절환시킬 경우에는 먼저 미도시된 마이크로컴퓨터는 인버터구동부(3)내의 파워 트랜지스터(TC-TS')를 모두 오프시키고 제2 스위치부(62)에 제어신호를 출력하여 유도전동부(4)가 인버터구동부(3)를 통하여 전원을 인가받게 스위칭하고, 제1스위치부(61)에 제어신호를 출력하여 릴레이 스위치를 오프시킴으로써 유도전동부(4)를 전원으로부터 완전 차단시켜 유도전동부(4)를 정지시킨다.

이후, 정지상태에서 인버터구동부(3)의 전력스위칭수단인 파워 트랜지스터(TC-TS')를 인버터 구동방법에 따라 적절히 구동시킴으로써 전원단(60)에서 공급되는 상용교류전원은 전원정류부(1)와 평활회로부(2)에서 직류로 변환되고 인버터구동부(3)의 파워 트랜지스터(TC-TS')를 통하여 주파수와 전압이 가변된 교류전원이 유도전동부(4)의 C단과 R단 및 S단에 인가되어 단상유도전동기가 기동운전하게 되며, 이때 기동콘덴서(64)는 전원단(60)에서의 전원공급에서 분리된다.

첨부된 제3도는 본 발명에 따른 단상유도전동기의 또다른 실시예를 나타낸 회로도로써, 인버터구동부(3)내의 파워 트랜지스터(TC-TS')의 내압이 충분하지 않을 경우에는 유도전동부(4)의 주권선(34)에 전원단(60)에서의 상용교류전원을 스위칭하는 릴레이 스위치로 이루어진 제3 스위치부(63)는 인버터 구동부(3)의 C단 및 R단과 제1스위치부(61)를 접속하여 제2스위치부(62)와 동일하게 동작하게 된다.

제4도는 본 발명의 공기조화기 적용시 압축기의 출력특성을 도시한 그래프이고, 제5도는 본 발명의 공기조화기 적용시 압축기의 입력특성을 도시한 그래프로써, 본 발명의 단상유도전동기에서는 상용교류전원의 정격주파수인 60Hz로 압축기를 운전할 경우에는 제4도에서 보는 바와 같이 최대 6000kcal의 냉방능력을 나타내었으며, 인버터운전 즉, 20Hz, 25Hz, 30Hz, 37Hz의 주파수 운전으로 절환 하였을 경우에는 압축기를 비례적으로 감속운전하여 냉방능력 뿐만 아니라 제5도에서 보는 바와 같이 상용교류전원의 정격주파수인 60Hz로 압축기를 운전할 경우에는 최대로 전력이 소모되었으며, 인버터운전 즉, 20Hz, 25Hz, 30Hz, 35Hz, 37Hz의 주파수 전원으로 절환하였을 경우에는 소비전력도 역시 절감된다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에서는 단상유도전동기의 초기운전시나 과다한 운전부하에는 최대출력을 가능하게 하는 상용전원의 정격전압 운전뿐만 아니라 운전부하가 작거나 실온에 따라 출력을 가변시킬 필요가 있을 경우에는 인버터의 절환운전이 가능하도록 회로를 구성하여 광범위한 속도제어를 가능하게 함으로써 절전효과 및 단상유도전동기의 출력을 증대하는 장점이 있다.

Claims

상용교류전원을 공급하는 전원단(60), 공급된 상용교류전원을 직류전원으로 변환시키는 전원정류부(1), 상기 전원 정류부(1)에서 공급된 직류전원을 평활하는 평활회로부(2), 상기 평활회로부(2)에서 공급된 직류전원을 다시 교류전원으로 변환시켜 전압과 주파수를 가변시키는 다수의 전력 스위칭 수단으로 이루어진 인버터구동부(3) 및 회전자(36), 주권선(34) 및 보조권선(35)으로 이루어진 유도전동부(4)를 구비하는 단상유도전동기에 있어서, 상기 전원단(60)에서 분기되어 상기 유도전동부(4)에 직접적으로 상용교류전원의 인가를 스위칭하는 제1 스위치부(61), 상기 유도전동부(4)내의 보조권선(35)에 전원단(60)에서 직접 인가되는 상용교류전원 및 인버터구동부(3)에서의 출력된 전원을 스위칭하는 제2스위치부(62), 상기 제2스위치부(62)와 유도전동부(4)의 사이에 접속되어 상기 유도전동부(4)를 운전 및 기동시키는 동작을 수행하는 기동콘덴서(64)를 구비하여 상용전원운전 및 인버터 절환 운전이 가능한 것을 특징으로 하는 단상유도전동기.
상기 제1항에 있어서, 상기 인버터구동부(3)내의 전력스위칭수단은 6개의 파워 트랜지스터(TC-TR')와 쌍을 이루는 6개의 다이오드로 이루어진 것을 특징으로 하는 단상유도전동기.
상기 제1항에 있어서, 상기 제1스위치부(61)와 제2스위치부(62)는 마이크로컴퓨터의 제어신호에 의하여 접점이 연결되는 릴레이스위치로 이루어진 것을 특징으로 하는 단상유도전동기.
상기 제1항에 있어서, 상기 인버터구동부(3)내 파워트랜지스터(TC-TR')의 내압이 충분하지 않을 경우 상기 유도전동부(4)내의 주권선(34)에 전원단(60)에서 직접 인가되는 상용교류전원 및 인버터구동부(3)에서의 출력된 전원을 스위칭하는 제3스위치부(63)를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단상유도전동기.