KR0169433B1

KR0169433B1 - 극수변환형 단상유도전동기

Info

Publication number: KR0169433B1
Application number: KR1019950022510A
Authority: KR
Inventors: 고권민
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 1999-04-15
Also published as: KR970008793A

Abstract

본 발명은 스위칭소자를 이용하여 고정자권선의 접속배선을 절환시켜줌으로써 고정자의 극수를 변환시켜 사용할 수 있도록 한 극수변환형 유도전동기에 관한 것이다. 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기는 2세트의 권선(10A,10B)으로 이루어지고 2극운전시에 사용되는 2극주권선(10)과 4세트의 권선으로 이루어지고 4극운전시에 사용되는 4극주권선(30)을 구비하여 극변환운전이 가능하도록 된 단상유도전동기에 있어서, 상기 2극주권선(10) 및 4극주권선(30)과 상호 소정의 각도를 형성하도록 배치된 4세트의 권선(20A-20D)을 가지는 4극보조권선(20)을 구비하여, 2극운전시에는 상기 4세트의 보조권선(20A-20D)중 쇄교되지 않는 2세트의 보조권선(20A,20B)을 사용하고, 4극운전시에는 상기 4세트의 보조권선(20A-20D)을 모두 사용하는 것을 특징으로 한다.

Description

극수변환형 단상유도전동기

제1도는 종래의 극수변환형 단상유도전동기의 구조도.

제2도의 (a) 및 (b)는 종래의 개량된 극수변환형 단상유도전동기의 2극운전시 및 4극운전시의 결선도.

제3도는 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기의 결선도.

제4도의 (a) 내지 (c)는 각각 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기에서 전기자권선의 내부구조를 보인 결선도.

제5도는 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기의 등가회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a,1b,1A,1B : 2극주권선 2a,2b,5A,5B : 2극보조권선

3a-3d,3A-3D : 4극주권선 4a-4d : 4극보조권선

10; 10A,10B : 2극주권선 20; 20A-20D : 4극보조권선

30; 30A-30D : 4극주권선 SW1,SW2 : 스위치

C : 콘덴서 AC : 상용교류전원

본 발명은 극수변환형 유도전동기에 관한 것으로, 특히 스위칭소자를 이용하여 고정자권선의 접속배선을 절환시켜줌으로써 고정자의 극수를 변환시켜 사용할 수 있도록 한 극수변환형 유도전동기에 관한 것이다.

일반적으로, 유도전동기의 속도를 제어하기 위한 방법중에서 비용의 상승을 억제하면서도 전동기의 토오크특성을 변동시키지 않는 방법으로 극수를 변환시키는 방법이 있다.

제1도는 종래의 일반적인 극수변환형 단상유도전동기의 구조도이고, 제2도의 (a) 및 (b)는 종래의 다른 실시예에 따른 극수변환형 단상유도전동기의 구조도이다. 제1도에 도시한 바와 같이, 종래의 일반적인 극수변환형 단상유도전동기는 주어진 고정자의 슬롯내에 권취된 2극주권선(1a,1b), 2극보조권선(2a,2b), 4극주권선(3a-3d) 및 4극보조권선(4a-4d)을 구비하여 2극운전시에는 2극주권선(1a,1b) 및 2극보조권선(2a,2b)을 사용하고, 4극운전시에는 4극주권선(3a-3d) 및 4극보조권선(4a-4d)을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방식은 충분하게 큰 대형전동기의 경우, 즉 고정자의 코어에서 요오크까지의 길이가 충분한 경우에만 적용이 가능하고, 소형전동기의 경우에는 슬롯의 면적이 충분히 크지 않기 때문에 4개의 권선을 권취하기가 사실상 어렵다는 문제점이 있었다. 나아가, 4개의 권선을 사용하는 경우에는 슬롯의 단면적증가에 기인한 고정자의 철손증가에 의하여 전동기의 효율의 저하 및 전류의 상승을 초래하는 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위하여, 즉 고정자의 슬롯의 면적을 적게 하는 외에 철손을 감소시킬 목적에서 제2도에 도시한 바와 같이 기존의 4개의 권선중에서 비교적 영향이 적은 보조권선을 공통으로 사용하는 방식이 제안되어 있다. 즉, 제2도에 도시한 바와 같이 2극주권선(1A,1B)과 4극주권선(3A-3D)을 사용하고 2극보조권선(5A,5B)을 2극 및 4극의 보조권선으로 공통으로 사용하는 방식이 제안되어 있다. 상기한 구성에 있어서 2극운전시에는 충분한 효율을 기대할 수가 있으나, 4극운전시에는 제2도의 (b)에 도시한 바와 같이 보조권선(5A,5B)에서 쇄교부분이 발생하기 때문에 전동기의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

한편, 일반적인 실험에 의하면 2극주권선만에 의한 운전시와 2극주권선 및 2극보조권선에 의한 운전시의 효율의 차이는 5% 내외인데 반하여, 4극주권선만에 의한 운전시와 4극주권선 및 4극보조권선에 의한 운전시의 효율의 차이는 8-9% 정도를 보이고 있다. 따라서, 2극운전시보다 4극운전시에 보조권선에 의한 효율의 증가분이 크다고 볼 수 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 4극운전시에 전동기의 효율저하를 막고, 2극운전시에 기존의 2극주권선만의 운전방식과 비교하여 주권선의 전류밀도를 감소시키고, 효율 및 역률개선을 달성할 수 있도록 한 극수변환형 단상유도전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 극수변환형 유도전동기는 2극주권선, 4극주권선, 4극보조권선 및 스위칭소자를 구비하여 2극운전시에는 2극주권선 및 4극보조권선중에서 자속쇄교가 발생하지 않는 권선을 사용하여 운전을 행하도록 하고 4극운전시에는 4극주권선과 4극보조권선을 모두 사용하여 운전을 행하도록 한 것을 특징으로 한다.

이하에는 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기의 양호한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

제3도는 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기의 결선도이다. 제3도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기는 주어진 고정자의 슬롯내에 2극주권선(10; 10A,10B)과 4극주권선(30; 30A,30D) 및 4극보조권선(20; 20A-20D)이 권취되고, 2극주권선(10; 10A,10B)과 4극주권선(30; 30A-30D)사이에는 스위칭소자(SW1)가 접속되고, 4극보조권선(20; 20A-20D)의 중간에는 스위칭소자(SW2)가 접속된다. 나아가 4극보조권선(20; 20A-20D)과 상용교류전원(AC)사이에는 위상발생용 콘덴서(C)가 양호하게 접속될 수 있다. 제3도에서 화살표는 전류의 방향을 나타내고, x표시는 전류의 유입방향을 나타내고, ·표시는 전류의 유출방향을 나타낸다. 전술한 구성에서 스위칭소자로는 릴레이스위치나 반도체로 이루어진 전력 스위칭소자, 예를 들어 트라이악등으로 구현될 수가 있다.

제4도의 (a) 내지 (c)는 각각 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기에서 전기자권선의 내부구조를 보인 결선도이다. 제4도의 (a)에 도시한 바와 같이, 2극주권선(10)은 복수개, 예를 들어 8개의 권선을 가지는 제1주권선(10A)이 상반부에 배치되고, 역시 8개의 권선을 가지는 제2주권선(20)이 하반부에 배치된다. 제1주권선(10)의 우측 최상단의 권선은 스위칭소자(SW1)를 경유하여 상용교류전원(AC)에 연결되는 한편 제2주권선(10B)의 우측 최하단의 권선과 연결되고, 제2주권선(10B)의 우측 최하단의 권선은 다시 제1주권선(10A)의 우측 최상단권선의 옆권선에 연결된다. 이렇게 지그재그로 연결된 후에 제2주권선(10B)의 우측 최상단의 권선은 제1주권선(10A)의 좌측 최상단의 권선에 연결되고, 제1주권선(10A)의 좌측 최상단의 권선은 제2주권선(10B)의 좌측 최하단의 권선과 연결된다. 이렇게 지그재그의 형태로 연결된 후에 제2주권선(10A)의 좌측 최상단의 권선은 상용교류전원(AC)의 나머지 단자에 연결된다. 상기한 구조로 이루어진 2극주권선(10)에 상용교류전류를 흘리면, 제1주권선(10A)과 제2주권선(10B)이 N극 및 S극으로 반전을 계속하면서 회전자계를 형성한다.

4극보조권선(20)은 제4도의 (b)에 도시한 바와 같이, 상측 수직선을 기준으로 시계방향으로 90도식 떨어져서 각각 복수개, 예를 들어 2개의 권선으로 이루어지는 제1 내지 제4의 보조권선(20A-20D)이 배치된다. 제1보조권선(20A)의 우측의 권선은 스위칭소자(SW1) 및 콘덴서(C)를 순차적으로 경유하여 상용교류전원(AC)의 일측단자에 연결되는 한편 제2보조권선(20B)의 상측의 권선에 연결되고, 제2보조권선(20B)의 상측의 권선은 다시 제1보조권선(20A)의 좌측의 권선에 연결된다. 이렇게 지그재그의 형태로 연결된 후에 제2보조권선(20B)의 하측의 권선은 스위칭소자(SW2)의 고정접점에 연결된다. 제3보조권선(20C)의 좌측의 권선은 스위칭소자(SW2)의 일가동접점(c)에 연결되는 한편 제4보조권선(20D)의 하측의 권선에 연결되고, 제4보조권선(20D)의 하측권선은 제3보조권선(20C)의 우측의 권선에 연결된다. 이렇게 지그재그형태로 연결된 후에 제4보조권선(20D)의 상측의 권선은 상용교류전원(AC)의 타측단자에 연결된다. 상용교류전원(AC)의 상기 타측단자는 또한 스위칭소자(SW2)의 일가동접점(d)에 연결된다. 상기한 구조를 가지는 4극보조권선(20)중에서 2극운전시에는 제1 및 제2보조권선(20A,20B)만 동작하여 N극 및 S극으로 반전을 계속함으로써 회전자계가 형성되고, 4극운전시에는 제1 내지 제4보조권선(20A-20d)이 모두 동작하여 N극 및 S극으로 반전을 계속함으로써 회전자계가 형성된다.

4극주권선(30)은 제4도의 (c)에 도시한 바와 같이, 좌측 수평선을 기준으로 시계방향으로 진행되는 4반원의 영역에 각각 복수개, 예를 들어 4개권선으로 이루어지는 제1 내지 제4주권선(30A-30D)이 배치된다. 제1주권선(30A)의 최상단의 권선은 스위칭소자(SW1)를 경유하여 상용교류전원(AC)에 연결되는 한편 제2주권선(30B)의 최상단의 권선에 연결되고, 제2주권선(30B)의 최상단의 권선은 다시 제1주권선(30A)의 최상단의 직하에 있는 권선에 연결된 후에 제2주권선(30B)의 최상단의 직하에 있는 권선에 연결된다. 이러한 방법으로 제1주권선(30A)의 상측의 2개의 권선은 인접한 제2주권선(30B)의 상측의 2개의 권선과 연결되는 한편 하측의 2개의 권선은 인접한 제4주권선(30D)의 상측의 2개의 권선과 연결되고, 제3주권선(30C)의 상측의 2개의 권선은 제2주권선(30B)의 하측의 2개의 권선과 연결되는 한편 하측의 2개의 권선은 제4주권선(30D)의 하측의 2개의 권선과 연결된다.

제5도는 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기의 등가회로도이다. 제5도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기에 상용교류전원(AC)에 인가된 상태에서 2극운전시의 경우에는 스위칭소자(SW1)의 가동철편이 일가동접점(a)에 연결됨으로써 2극주권선(10)에 전류가 인가되는 한편, 스위칭소자(SW2)의 가동철편이 일가동접점(d)에 연결됨으로써 콘덴서(C)를 통과한 전류가 위상차를 가지고 4극보조권선(30)의 일부인 제1 및 제2보조권선(30A,30B)을 통하여 흐르게 된다. 이에 따라, 회전자계가 형성되어 도시하지 않은 회전자를 회전시키게 된다.

한편, 4극운전시에는 스위칭소자(SW1)의 가동철편이 일가동접점(b)으로 절환되어 4극주권선(30)에 전류가 흐르는 한편, 스위칭소자(SW2)의 가동철편이 일가동접점(c)으로 절환되어 4극보조권선(20)의 모든 권선(20A-20D)에 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 회전자계가 형성되어 회전자를 전술한 2극운전시의 대략 반정도의 속도로 회전시키게 된다.

하기의 표에서는 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기의 2극운전시의 각종 전기적인 특성을 보이고 있는 바, 2극주권선만을 사용한 운전의 경우보다 2극주권선 및 4극보조권선의 일부를 사용한 운전의 경우에 효율 및 역률이 향상되고 2극주권선의 전류밀도가 감소되었음을 보여주고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 극수변환형 단상유도전동기에 따르면, 극변환운전시에 효율저하가 비교적 많이 발생하는 4극운전의 경우에 4극주권선 및 4극보조권선을 모두 사용하여 효율저하를 막고, 2극운전의 경우에는 2극주권선과 4극보조권선의 일부를 사용함으로써 기존의 2극주권선만의 운전방식과 비교하여 주권선의 전류밀도를 감소시키는 외에 효율 및 역률개선을 달성할 수가 있다.

Claims

2세트의 권선(10A,10B)으로 이루어지고 2극운전시에 사용되는 2극주권선(10)과 4세트의 권선으로 이루어지고 4극운전시에 사용되는 4극주권선(30)을 구비하여 극변환운전이 가능하도록 된 단상유도전동기에 있어서, 상기 2극주권선(10) 및 4극주권선(30)과 상호 소정의 각도를 형성하도록 배치된 4세트의 권선(20A-20D)을 가지는 4극보조권선(20)을 구비하여, 2극운전시에는 상기 4세트의 보조권선(20A-20D)중 쇄교되지 않는 2세트의 보조권선(20A,20B)을 사용하고, 4극운전시에는 상기 4세트의 보조권선(20A-20D)을 모두 사용하는 것을 특징으로 하는 극수변환형 단상유도전동기.