KR100220871B1 - 유도 전동기의 유도 전압 저감 방법 및 유도 전압 저감 장치 - Google Patents

유도 전동기의 유도 전압 저감 방법 및 유도 전압 저감 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 유도 전동기의 고속 권선 구동시에 있어서의 저속 권선에 발생하는 유도 전압을 저감할 수 있는 유도 전압 저감 방법 및 유도 전압 저감 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
Y 결선된 각 상의 권선(C1C3)의 권선 전환에 의해 구동 제어를 행하는 유도 전동기에 있어서, 권선 전환을 행하는 전환 수단(1, S1S2)과, 이 전환 수단(1, S1S2)의 전환 동작을 제어하는 제어 수단(2)을 구비하고, 제어 수단(2)에 의해 고속 권선 구동시에는 고속 권선(C1)을 제외한 권선(C2, C3)을 분단하도록 전환 수단(1, S1

Description

유도 전동기의 유도 전압 저감 방법 및 유도 전압 저감 장치
제1도는 본 발명의 유도 전동기의 유도 전압 저감을 실시하기 위한 실시예 1의 구성도.
제2도는 본 발명 실시예 1의 저속시의 결선 상태도.
제3도는 본 발명 실시예 1의 고속시의 결선 상태도.
제4도는 본 발명 실시예 1의 각 권선에 있어서의 인가 전압 및 유도 전압을 설명하는 도면.
제5도는 본 발명 유도 전동기의 유도 전압 저감을 실시하기 위한 실시예 2의 구성도.
제6도는 본 발명 실시예 2의 저속시의 결선 상태도.
제7도는 본 발명의 실시예 2의 고속시의 결선 상태도.
제8도는 본 발명의 실시예 2의 권선만의 구성도.
제9도는 실시예 2의 저속시의 권선의 결선 상태도.
제10도는 본 발명 실시예 2의 고속시의 권선의 결선 상태도.
제11도는 유도 전동기의 출력 특성도.
제12도는 종래의 Y 결선의 유도 전동기의 유도 전압을 설명하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : MMC1, MMC2 전환 회로 2 : 제어 회로
3 : 속도 검출기 S1, S2 : 전환 스위치
C1C3 : 권선
본 발명은 교류 전동기의 구동 방식에 관한 것으로, 특히 유도 전동기의 저속 권선에 발생하는 유도 전압을 저감하는 방식에 관한 것이다.
유도 전동기에 있어서는 1차 권선의 전환에 의해 동일 1차 전류치에서 저속 회전으로 큰 토크를 발생시킬 수 있다. 이 경우에는 유도 전동기를 Y-Y 결선으로 하고, U상, V상, W상 각 상의 1차 권선 전체에 전류를 공급하는 제1단자와, 각 권선의 일부에만 전류를 공급하는 제2단자를 각 권선의 중간에 설치하는 구성으로 하고 있다. 그리고, 1차 권선의 전환은 저속 회전시에는 상기 제1단자에만 전력을 공급하여 각 권선 전체에 전류를 공급하는 한편, 고속 회전시에는 상기 제2단자에만 전력을 공급하여 각 권선의 일부에만 전류를 공급함으로써 행해지고, 이 전환에 따라 여자(勵磁) 전환을 행하고 있다.
그리고, 저속 회전시에 있어서는 1차 권선의 권수를 많게 함으로써 같은 전류치에서 로터(rotor)측의 2차 전류를 증가시켜 출력 토크를 증대시키고 있다.
상기의 유도 전동기에서의 고속 권선 구동시에 있어서, 전류의 공급을 받지 않는 저속 권선에 유도 전압이 발생하고, 이 유도 전압에 의해 권선의 절연이 파괴될 우려가 있다는 문제가 있다.
제12도는 종래의 Y 결선 유도 전동기의 유도 전압을 설명하는 도면이고, 제12도에 있어서 U상, V상, W상의 각 상은 직렬 접속된 고속 권선(C1)과 저속 권선(C2)을 Y 결선함으로써 구성되고, 고속 권선(C1)은 각각 중간 단자(U2, V2, W2)를 가지고, 저속 권선(C2)은 각각 단자(U1, V1, W1)를 가지고 있다.
여기에서, U상을 예로서 유도 전압에 대하여 설명한다. 고속 권선 구동시에는 중간 단자(U2)를 사용하여 고속 권선(C1)에만 전류를 공급하고 저속 권선(C2)에는 전류의 공급을 하지 않는다. 그러나, 저속 권선(C2)에는 고속 권선(C1)에 인가되는 전압에 의해 유도 전압이 발생하고 그 유도 전압은 고속 권선(C1)과 저속 권선(C2)의 권수에 비례한다. 통상, 저속 회전시에 있어서의 출력 토크를 증대시키기 위하여 저속 권선(C2)의 권수를 고속 권선(C1)의 권수보다 많게 설정하고 있기 때문에 저속 권선(C2)에 유도되는 전압은 고속 권선(C1)에 인가되는 전압보다도 높아진다.
예를 들면, 고속 권선(C1)에 대한 저속 권선(C2)의 권선 비율을 1:4로 하고 고속 권선(C1)에의 인가 전압을 200V로 하면, 저속 권선(C2)에는 200(V)×4=800(V)의 유도 전압이 발생하여 권선의 절연이 파괴될 우려가 있다.
종래, 이 유도 전동기의 고속 권선 구동시에 있어서의 저속 권선에 발생하는 유도 전압에 대해서는 특별한 대책은 행해져 있지 않고, 권선비를 유도 전압을 고려하여 설정하고 있다.
그래서, 본 발명은 상술한 종래의 유도 전동기에 있어서의 유도 전압의 문제점을 해결하여, 유도 전동기의 고속 권선 구동시에 있어서의 저속 권선에 발생하는 유도 전압을 저감할 수 있는 유도 전압 저감 방법 및 유도 전압 저감 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 제1발명은, 각 상의 권선이 Y 결선된 유도 전동기의 권선 전환에 의해 구동 제어를 행하는 유도 전동기의 유도 전압 저감 방법에 있어서, 고속 권선 구동시에는 고속 권선을 제외한 권선을 분단하고, 고속 권선에 전압을 인가하고, 이 분단된 권선에 유도되는 유도 전압의 절대치를 저감하여 상기 목적을 달성하는 것이다.
본 출원의 제2발명은, Y 결선된 각 상의 권선의 권선 전환에 의해 구동 제어를 행하는 유도 전동기에 있어서, 권선 전환을 행하는 전환 수단과, 이 전환 수단의 전환 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 제어 수단에 의해 고속 권선 구동시에는 고속 권선을 제외한 권선을 분단하도록 전환 수단을 제어하여 분단된 권선 유도 전압의 절대치를 저감하여 상기 목적을 달성하는 것이다.
또한, 본 출원의 제2발명의 실시 형태는, 각 상의 권선을 소정 권선수 비율의 복수의 분단 권선으로 구성하고, 전환 수단을 구성하는 전환 스위치에 의해 그 분단 권선을 접속하고, 전환 스위치의 개폐에 의해 저속 권선의 분단 및 접속을 행하는 것이다.
본 출원의 제3발명은, 각 상의 권선이 Y 결선된 유도 전동기의 권선 전환에 의해 구동 제어를 행하는 유도 전동기의 유도 전압 저감 방법에 있어서, 고속 권선 구동시에는 권선의 일부를 Δ 결선으로 전환시켜 고속 권선과 저속 권선의 권선비를 저감시킴으로써, 저속 권선에 유도되는 유도 전압의 절대치를 저감하여 상기 목적을 달성하는 것이다.
본 출원의 제4발명은 Y 결선된 각 상의 권선의 권선 전환에 의해 구동 제어를 행하는 유도 전동기에 있어서, 권선 전환을 행하는 전환 수단과, 이 전환 수단의 전환 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 제어 수단에 의해서는 고속 권선 구동시에는 권선의 일부를 Δ 결선으로 전환하도록 전환 수단을 제어하여 권선비를 저감하고, 저속 권선의 유도 전압의 절대치를 저감하여 상기 목적을 달성하는 것이다. 또한, 본 출원의 제4발명의 실시 형태는, 각 상의 권선을 소정 권선수 비율로 감겨진 복수의 분단 권선을 포함하고, 각 상의 분단 권선의 일단은 전환 수단을 구성하는 전환 스위치에 접속되고, 전환 스위치의 개폐에 따라서 각 상의 저속 권선의 분단 및 접속을 행함으로써 Y 결선과 Δ 결선의 전환을 행하는 것이다.
또한, 본 출원의 제2 및 제4발명의 실시 형태에 있어서, 제어 수단의 전환 수단에 대한 제어는 유도 전동기의 속도에 따라서 수행된다.
본 발명에 있어서의 전환 수단은 각 상의 권선의 권선 전환을 행하는 기능을 갖는 수단으로서, 권선의 분단 및 접속을 행하는 전환 스위치를 포함하는 것이며, 이 전환 스위치는, 본 출원의 제2발명에 있어서는 각 상의 권선을 구성하는 복수의 분단 권선의 분단, 접속을 행하며, 본 출원 제4발명에 있어서는 각 상의 권선의 단부의 분단, 접속을 행하는 것이다. 또한, 전환 수단은 다른 상의 권선간의 분단, 접속 및 권선과 전원간의 분리, 접속을 행할 수 있는 것으로 예를 들면, 릴레이 등의 콘택터로 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 제어 수단은 전환 수단의 전환 동작을 제어하는 기능을 갖는 수단으로서, 예를 들면 속도 검출기 등으로부터 얻어진 유도 전동기의 속도에 따라서 전환 동작의 내용 및 시기를 설정하고, 전환 수단에 제어 신호를 송출하는 것으로 예를 들면, 처리를 행하는 CPU나 전환 동작의 내용 등을 저장하는 메모리 등에 의해 구성할 수 있는 것이다.
본 출원의 제1발명에 의하면, 각 상의 권선이 Y 결선된 유도 전동기의 권선 전환에 의한 구동 제어에 있어서, 유도 전동기의 고속 권선 구동시에 각 상의 권선에서 고속 권선을 제외한 권선을 분단하고, 이 분단에 의해 고속 권선에의 전압 인가에 의해 발생되는 전압 유도를 분단한 각 권선 단위로 하는 것이다. 유도 전압의 발생을 분단한 각 권선 단위로 함으로써, 발생하는 유도 전압의 절대치를 저감시킬 수 있고, 이 유도 전압의 저감에 따라서 절연 파괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 출원의 제2발명에 의하면, Y 결선된 각 상의 권선의 권선 전환에 의해 구동 제어를 행하는 유도 전동기에 있어서, 제어 수단은 유도 전동기의 고속 권선 구동시에 전환 수단에 대하여 제어를 행한다. 이 제어 수단의 제어에 의해 전환 수단은 유도 전동기의 각 상의 권선에서 고속 권선을 제외한 권선을 분단한다.
이 권선의 분단은 각 상의 권선을 구성하는 소정 권선수 비율로 분할된 복수의 분단 권선을 전환 수단을 구성하는 전환 스위치의 개폐에 의한 분단 및 접속하여 행할 수 있고, 이 분단에 의해 고속 권선으로의 전압 인가에 따라 발생되는 전압 유도를 분단한 각 분단 권선 단위로 하고, 발생하는 유도 전압의 절대치를 저감시켜 권선의 절연 파괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3발명에 의하면, 각 상의 권선이 Y 결선된 유도 전동기의 권선 전환에 의한 구동 제어에 있어서, 유도 전동기의 고속 권선 구동시에는 Y결선된 권선의 일부를 Δ 결선으로 전환하여, 이 Δ 결선에 의해 고속 권선과 저속 권선의 권선비를 저감시킴으로써, 저속 권선에 유도되는 유도 전압의 절대치를 저감시킬 수 있어 권선의 절연 파괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 출원의 제4발명에 의하면, Y 결선된 각 상의 권선의 권선 전환에 의해 구동 제어를 행하는 유도 전동기에 있어서, 제어 수단은 유도 전동기의 고속 권선 구동시에 전환 수단에 대하여 제어를 행한다. 이 제어 수단의 제어에 의해, 전환 수단은 고속 권선 구동시에 권선의 결선을 변경하여 권선의 일부를 Δ 결선으로 전환한다. 이 Y 결선과 Δ 결선의 전환은 각 상의 권선을 구성하는 소정 권선수 비율로 감겨진 복수의 분단 권선 중의 각 상의 분단 권선의 일단을 전환 수단을 구성하는 전환 스위치의 개폐에 의해 분단 및 접속하여 행할 수 있고, 이 Δ 결선으로의 전환에 의해 Y 결선에 의한 구동과 비교하여 많은 권선을 사용하고, 그 결과 저속 권선과 고속 권선의 비율을 저감하여 저속 권선에 유도되는 유도 전압의 절대치를 저감시킬 수 있어 권선의 절연 파괴를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
[실시예 1]
[실시예 1의 구성]
먼저, 실시예 1의 구성에 대하여 설명한다. 제1도는 본 발명의 유도 전동기의 유도 전압 저감 방법을 실시하기 위한 실시예 1의 구성 및 유도 전동기의 유도 전압 저감 장치의 실시예 1의 구성을 설명하는 블럭도이다.
제1도에 도시한 유도 전동기는 도시하지 않은 전원과 Y-Y 권선(스타-스타 권선)으로 구성된다. 이 Y-Y 권선의 유도 전동기는 일반적으로 Y-Y 권선 전환 방식으로서 알려진 구동 방식에 의해 구동되는 것이다. 도면에 있어서, 참조 부호(C1C3)는 유도 전동기의 스테이터(stator)의 권선, 참조 번호(1)는 이 권선의 전환을 행하기 위한 전환 회로, 참조 부호(S1, S2)는 전환 스위치, 참조 번호(2)는 전환 회로(1)의 전환을 제어하는 제어 회로, 참조 번호(3)는 유도 전동기의 회전 속도를 검출하는 속도 검출기를 도시하고 있다. 그리고, 이하에서는 전환 회로(1)와 전환 스위치(S1, S2)를 합쳐서 전환 수단으로서 설명한다.
도시하는 유도 전동기의 결선열은 3상(U상, V상, W상)인 경우를 도시하고 있고, 각 상은 복수로 분단된 권선(C1, C2 및 C3)를 포함하고 있다. 이하, U상을 예로서 설명한다. 각 상의 권선(C1)의 일단은 다른 상의 권선(C1)의 단부와 접속되어 중점을 구성하고, 권선(C1)의 다른 쪽 단은 전환 스위치(S1)을 통하여 권선(C2)의 일단에 접속됨과 동시에, 전환 스위치(S2)를 통하여 전원(도면 중의 R상)에 접속되어 있다. 또한, 권선(C2)의 다른 쪽 단은 전환 스위치(S2)를 통하여 권선(C3)의 일단에 접속되어 있다. 그리고, 권선(C3)의 다른 쪽 단은 전환 스위치(S1)를 통하여 전원측(도면 중의 R상)에 접속된다.
다른 V상 및 W상의 권선에 대해서도 상기 U상과 마찬가지로 결선되고 결선(C1) 및 저속 권선(C3)의 단부는 각각 전원측의 S상, T상에 접속되어 있다. 그리고, 이 결선 구성에서는 권선(C1)은 고속 권선을 형성하고, 권선(C2, C3)은 저속 권선을 형성하고 있다.
그리고, 각상의 저속 권선을 구성하는 권선의 분단 갯수 및 권선수는 유도 전동기의 출력 특성 및 저속 권선에 발생하는 유도 전압의 절대치 등의 조건에 따라서 정해질 수 있다. 이 저속 권선의 분단 및 권선수와의 관계에 대해서는 실시예의 작용의 항에서 설명한다.
각 권선간을 접속하는 전환 스위치(S1, S2)는 예를 들면, 릴레이 등의 컨택터로 구성할 수 있고, 전환 회로(1)로부터의 전환 신호에 따라 개폐 동작을 행한다.
제1도에서는 이 전환 회로(1)로부터 전환 스위치(S1, S2)로의 전환 신호를 * 부호를 부여한 화살표로 도시하고 있다.
전환 회로(1)는 상기 전환 스위치(S1, S2)와 함께 전환 수단을 구성하고 있고, 전환 스위치(S1, S2)의 전환에 의해 권선 전환 동작을 행하는 회로이며, 도면 중의 전환 스위치(S1) 및 전환 스위치(S2)는 동시에 전환 동작이 행해진다.
또한, 제어 회로(2)는 예를 들면, 프로세서(CPU), ROM, RAM 등의 메모리, A/D 변환기 등으로 구성되고, 전원을 제어함과 동시에 유도 전동기의 속도에 따라서 상기 전환 회로(1)를 제어한다. 이 유도 전동기의 속도는 예를 들면, 유도 전동기에 설치된 속도 검출기(3)로부터 얻어지는 검출 속도를 이용할 수 있다.
그리고, 제1도의 구성에서는 권선(C1)을 고속 권선, 권선(C2, C3)을 저속 권선으로 하는 예를 도시하고 있지만, 권선의 구분은 이것에 한정되지 않고 권선의 분단 갯수를 다르게 할 수도 있고 또한, 고속과 저속의 중간 속도 영역에서 사용하는 권선을 형성할 수도 있다. 이 경우에 있어서도, 적어도 고속 권선 구동시에는 고속 권선 이외의 권선을 분단하는 구성으로 한 것이다.
[실시예 1의 작용]
다음에, 상기 실시예 1의 구성에 있어서의 유도 전압 저감의 작용에 대하여 설명한다.
제2도는 상기 실시예 1의 구성에 있어서, 전환 스위치(S1)를 온으로 하고 전환 스위치(S2)를 오프로 한 경우의 결선 상태를 도시하고 있다. 한편, 제3도는 상기 실시예 1의 구성에 있어서, 전환 스위치(S1)를 오프로 하고 전환 스위치(S2)를 온으로 한 경우의 결선 상태를 도시하고 있다.
제2도의 결선 상태는 전환 스위치(S1)를 온으로 함으로써 유도 전동기의 각 상 중의 권선(C1C3)을 직렬 접속하고 또한, 전환 스위치(S1)를 온으로 하고, 전환 스위치(S2)를 오프로 함으로써 전원으로부터의 전류를 저속 권선(C3)의 단자에 공급하여 고속 권선(C1)과, 저속 권선(C2, C3)을 여자하여 유도 전동기의 저속 권선 구동을 행한다. 이 저속 권선 구동에 있어서는 저속 영역에서 높은 토크를 발생시킨다. 예를 들면, 고속 권선(C1)의 권선수를 1T로 하고, 저속 권선(C2, C3)의 권선수를 각각 2T로 하면, 저속 권선 구동시에 있어서의 권선수는 5T가 되어 제11도에 도시한 바와 같이, 저속의 회전수에서 높은 토크를 발생시킬 수 있다.
또한, 제3도의 결선 상태는 전환 스위치(S1)를 오프로 함으로써 유도 전동기의 각 상 중의 권선(C1C3)을 분리하여 각 권선을 분단하고 또한, 전환 스위치(S1)를 오프로 하고 전환 스위치(S2)를 온으로 함으로써 전원으로부터의 전류를 고속 권선(C1) 단자에 공급하져 저속 권선 구동시에만 사용하는 저속 권선을 고속 권선(C1)으로부터 분리한 상태에서 고속 권선(C1)만을 여자하여 유도 전동기의 고속 권선 구동을 행한다. 이 고속 권선 구동에 있어서는 고속 영역에서 높은 토크를 발생시킨다. 예를 들면, 상기와 같이 고속 권선(C1)의 권선수를 1T로 하고 저속 권선(C2, C3)의 권선수를 각각 2T로 하면, 고속 권선 구동시에 있어서의 권선수는 고속 권선(C1)의 권선수 1T 만으로 되어, 제11도에 도시한 바와 같이, 고속의 회전수에서 높은 토크를 발생시킬 수 있다.
그리고, 제11도에는 권선수가 2T인 경우의 회전수에 대한 출력 특성도 도시되어 있다. 이 출력 특성은 예를 들면, 고속 권선의 권선수를 2T로 한 경우, 권선(C2)만을 구동 권선으로 하는 경우, 권선(C2)의 권선수를 1T로 하고 고속 권선과 함께 구동 권선으로 하는 경우 등에 있어서 얻을 수 있다.
다음에, 실시예 1에 있어서의 각 권선의 전압 상태를 설명한다. 제4도는 각 권선에 있어서의 인가 전압 및 유도 전압을 설명하는 도면이며, 제4도의 (a)는 실시예 1에 있어서의 권선의 전압 상태를 도시하고, 제4도의 (b)는 종래의 유도 전동기에 있어서의 권선의 전압 상태를 도시하고 있다. 그리고, 도면에서는 1상분의 권선을 도시하고, 각 권선 중 권선(C1)의 권선수를 1T, 권선(C2, C3)의 권선수를 각각 2T로 하는 경우를 도시하고 있다. 따라서, 고속 권선 구동시와 전압 권선 구동시의 권선의 수는 각각 1T 및 5T가 된다.
종래의 유도 전동기에 있어서는 제4도의 (b)에 도시한 바와 같이, 고속 권선 구동시에 있어서 고속 권선(C1)에 예를 들면, 200V의 구동 전압을 인가하면 고속 권선(C1) 이외의 권선(C2, C3)에 유도 전압이 발생한다. 이 유도 전압의 절대치는 권선(C2와 C3)이 접속되어 있기 때문에 각 권선의 권선수의 합인 4T에 비례하여 800V가 유도되게 된다. 이 고속 권선(C1) 이외의 권선(C2, C3)에 유도되는 유도 전압의 절대치는 절연 파괴를 일으키는 전압(예를 들면, 600V 정도)을 초과하게 된다.
이에 비하여, 본 발명의 실시예 1에서는 제4도의 (a)에 도시한 바와 같이, 고속 권선 구동시에 있어서 고속 권선(C1)에 동일하게 200V의 구동 전압을 인가하면, 고속 권선(C1) 이외의 권선(C2, C3)에 유도 전압이 발생한다. 이 유도 전압의 절대치는 권선(C2와 C3)이 분단되어 있기 때문에 각 권선의 권선수인 2T에 비례하여 각각 400V가 유도되게 된다.
이 고속 권선(C1) 이외의 권선(C2, C3)에 유도되는 유도 전압의 절대치는 절연 파괴를 일으키는 전압(예를 들면, 600V 정도) 이내의 값이고, 권선의 절연 파괴를 방지할 수 있다.
그리고, 각 상의 권선에 있어서, 고속 권선을 제외한 권선의 분단된 수 및 그 분단 권선과 고속 권선의 권선수의 비율은 인가하는 전압치나 권선의 내절연 파괴 전압치 등의 유도 전동기의 조건에 따라서 각 분단 권선에 발생하는 유도 전압의 절대치가 내절연 파괴 전압치 이하로 되도록 설정할 수 있다.
[실시예 2]
[실시예 2의 구성]
다음에, 실시예 2의 구성에 대하여 설명한다. 제5도는 본 발명의 유도 전동기의 유도 전압 저감 방법을 실시하기 위한 실시예 2의 구성 및 유도 전동기의 유도 전압 저감 장치의 실시예 2의 구성을 설명하는 블럭도이다.
제2도에 도시한 유도 전동기는 상기 실시예 1과 마찬가지로, 도시하지 않은 전원과 Y-Y 권선(스타-스타 권선)이 구성된다. 이 Y-Y 권선은 일반적으로 Y-Y 권선 전환 방식으로서 알려진 구동 방식에 의해 유도 전동기를 구동하는 것이다. 도면에서 참조 부호(C1C3)는 유도 전동기의 스테이터의 권선, 참조 번호(1)는 이(C1C3) 권선의 전환을 행하기 위한 전환 회로, 참조 부호(MMC1, MMC2)는 전환 회로, 참조 번호(2)는 전환 회로(MMC1, MMC2)의 전환을 제어하는 제어 회로, 참조 번호(3)는 유도 전동기의 회전 속도를 검출하는 속도 검출기를 도시하고 있다.
그리고, 전환 회로(MMC1, MMC2)는 상수(number of phase)에 대응하는 전환 스위치를 가지고 있고 전환 수단을 구성하고 있다.
도시하는 유도 전동기의 결선예는 3상(U상, V상, W상)의 경우를 도시하고 있고, 각 상은 복수로 분단된 권선(C1 ,및 C2)을 포함하고 있다. 이하, U상을 예로서 설명한다. 권선(C1)의 일단(X 단자)은 전환 회로(MMC2)에 접속되고 다른 쪽 단(U2 단자)은 권선(C2)의 일단에 접속되는 한편 다른 전환 회로(MMC1)에 접속된다. 그리고, 권선(C2)의 다른 쪽 단부(U1 단자)는 전환 회로(MMC1)의 상기한 것과는 다른 단자에 접속되는 한편 전원측(도면 중의 R상)에 접속되어 있다.
다른 V상 및 W상의 권선에 대해서도 상기 U상과 동일하게 결선되고, 권선(C2)의 단부(U1, V1, W1)는 각각 전원측의 S상, T상에 접속되어 있다. 그리고, 이 결선 구성에서는 권선(C2)은 고속 권선을 구성하고, 권선(C1)은 저속 권선 구동시에만 사용되고 권선(C2)과 함께 저속 권선을 구성한다.
그리고, 각 상의 권선을 구성하는 권선의 분단 갯수 및 권선수는 유도 전동기의 출력 특성 및 고속 권선 구동시에 유도되는 유도 전압의 절대치 등의 조건에 따라서 정할 수 있다. 이 권선의 분단 및 권선수와 유도 전압과의 관계에 대해서는 이하에 도시하는 실시예의 작용의 항에서 설명한다.
각 권선간 및 권선과 전원을 접속하는 전환 회로(MMC1, MMC2) 중의 전환 스위치는 예를 들면, 릴레이 등의 컨택터로 구성할 수 있고 전환 회로(1)로부터의 전환 신호에 따라 개폐 동작을 행한다.
그리고, 전환 회로(MMC1)는 전원측 및 권선(C2)의 단부(V1)와 권선(C2)의 다른 쪽 단부 및 권선(C1)의 단부와의 사이(U2 단자)에 접속되어 제어 회로(2)로부터의 제어에 의해 그것들의 접속 및 분리를 행한다. 또한, 전환 회로(MMC2)의 한쪽 단자는 상호 접속에 의해 단락되어 있고, 다른 쪽 단자는 권선(C1)의 권선(C2)과 접속하고 있지 않은 측의 단부(X 단자)의 접속되어 제어 회로(2)로부터의 제어에 의해 각 상의 권선(C1)의 단자(Y 단자,Z 단자)의 접속 및 분리를 행한다.
전환 회로(MMC1 및 MMC2)에 있어서의 각 전환 스위치의 전환은 각 전환 회로 내에서 동시에 행해진다.
또한, 제어 회로(2)는 예를 들면, 프로세서(CPU), ROM, RAM 등의 메모리, A/D 변환기 등으로 구성되고, 전원을 제어함과 동시에, 유도 전동기의 속도에 따라서 상기 전환 회로(1)를 제어한다. 이 유도 전동기의 속도는 예를 들면, 유도 전동기에 설치된 속도 검출기(3)에서 얻어지는 검출 속도를 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예 2에서는 상기한 권선과 전환 회로와의 구성에 의해 고속 권선 구동시에 있어서, Y 결선의 권선을 Δ 결선으로 결선 전환을 행할 수 있고, 이 Δ 결선에 의해 본 발명의 목적을 달성한다. 이 전환 회로에 의한 Y 결선의 권선의 Δ 결선으로의 결선 전환의 작용에 대해서는 본 실시예 2의 작용의 항에서 설명한다.
또한, 제5도의 구성에 있어서는 권선(C2)을 고속 권선, 권선(C2)을 저속 권선 구동시에 사용하는 권선으로 하는 예를 도시하고 있지만, 권선의 구분은 이것에 한정되지 않고, 권선의 분단 갯수를 상이하게 할 수도 있고 또한, 고속과 저속의 중간 속도 영역에서 사용하는 권선을 형성할 수도 있다. 이 경우에 있어서도 적어도 고속 권선 구동시에는 각 상의 권선을 Δ 결선하는 구성으로 하는 것이다.
[실시예 2의 작용]
다음에, 상기 실시예 2의 구성에 있어서의 유도 전압 저감의 작용에 대하여 설명한다. 제6도는 상기 실시예 2의 구성에 있어서 전환 회로(MMC1)를 오프로 하고 전환 회로(MMC2)를 온으로 한 경우의 결합 상태를 나타내고, 또한, 제7도는 상기 실시예 2의 구성에 있어서 전환 회로(MMC1)를 온으로 하고, 전환 회로(MMC2)를 오프로 한 경우의 결선 상태를 도시하고 있다. 이하, U 상을 예로 들어 설명한다.
제6도의 결선 상태는 전환 회로(MMC1)를 오프로 함으로써, 권선(C1)과 권선(C2)의 중간 단자(U2 단자)로의 전류의 공급을 정지하고, 권선으로의 전류의 공급은 권선(C2)의 U1 단자에만 하고 또한, 전환 회로(MMC2)를 온으로 함으로써, 각 상의 권선(C1)의 X단자, Y단자 및 Z단자를 접속하여 중점을 형성하고, 고속 권선(C2)과 권선(C1)을 여자하여 유도 전동기의 저속 권선 구동을 행한다. 이 저속 권선 구동에 있어서는 상기 제11도에 도시한 바와 같이, 저속 영역에서 높은 토크를 발생시킬 수 있다.
또한, 제7도의 결선 상태는 전환 회로(MMC2)를 오프로 함으로써 각 상의 권선(C1)의 X단자, Y단자 및 Z단자의 접속을 분리하고 또한, 전환 회로(MMC1)를 온으로 함으로써 전원으로부터의 전류를 권선(C2)의 U1 단자 및 권선(C2)과 고속 권선(C1)의 중간 단자(W2 단자)에 공급하여, Y 결선을 Δ 결선으로 결선 변경하고, 이 Δ 결선한 고속 권선(C2)를 여자하여 유도 전동기의 고속 권선 구동을 행한다. 이 고속 권선 구동에 있어서는 고속 영역에서 높은 토크를 발생시킨다.
다음에, 실시예 2에 있어서의 각 권선의 전압 상태 및 Y 결선에서 Δ 결선으로의 결선 변경에 대하여 설명한다. 제8도는 본 발명의 실시예 2의 권선만의 구성을 도시하고 있고 예를 들면, U상의 권선에 있어서는 U1 단자에 고속 권선(C2)의 단부를 접속하고, U2 단자에 고속 권선(C2)의 다른 쪽 단부와 권선(C1)의 한쪽 단부를 접속하고, 또한 X 단자에 권선(C1)의 다른 쪽 단부를 접속하고 있다.
상기 제8도의 권선 구성에 있어서, 저속 권선 구동시에 있어서의 결선 상태를 제9도에 도시한다. 이 경우에는 상기한 바와 같이, 전환 회로의 동작에 의해 X단자, Y단자 및 Z단자가 접속되고, 전원 전압은 U1 단자 및 X 단자 사이의 고속 권선(C2)과 권선(C1)에 전압이 인가되어 유도 전동기는 Y 결선에 의해 구동된다. 이때, 상기한 종래의 유도 전동기와 마찬가지로 고속 권선 구동시와 저속 권선 구동시의 권선의 수를 1T 및 5T가 되도록, 고속 권선(C2)과 권선(C1)의 권선수를 예를 들면, 각각 2T,3T로 하면 고속 권선(C2)과 권선(C1)의 권선수의 비는 1.5(=3T/2T)가 된다.
한편, 상기 제8도의 권선 구성에 있어서, 고속 권선 구동시에 있어서의 결선상태를 제10도에 도시한다. 이 경우에는 제10도의 (a)에 도시한 바와 같이, 전환 회로의 동작에 따라 X단자, Y단자 및 Z단자의 접속은 분리되고, U1 단자와 W2 단자가 접속되어 고속 권선(C2)은 Δ 결선되게 된다.
제10도의 (b)는 제10도의 (a)에 도시한 Δ 결선을 Y 결선으로 표시한 전기적으로 등가인 상태를 도시하고 있고, U1 단자 및 W2 단자에 전원 전압을 인가한 경우의 U1 단자와 중점과의 사이의 등가 권선의 권선수는 고속 권선의 권선수를 2T로 하면 2T/31/2(약 1.15T)에 대응하게 된다. 따라서, 이 때의 고속 권선(C2)과 권선(C1)의 권선수의 비는 약 2.6[=3T/(2T/31/2)]이 된다.
이 고속 권선 구동시에 있어서의 유도 전압을 고속 권선 구동시와 전압 권선 구동시의 권선의 수를 모두 1T 및 5T로 한 경우에 있어서 제12도에 도시한 종래의 유도 전동기와 본 발명 실시예 2의 고속 권선 구동시의 권선비를 비교하면, 종래의 유도 전동기에서는 4(=4T/1T)인 것에 비하여 본 발명의 실시예 2에서는 약 2.6이 되어 권선비를 감소시킬 수 있다.
이러한 것은 종래의 유도 전동기에 있어서는 제4도의 (b)에 도시한 바와 같이, 고속 권선 구동시에 있어서 고속 권선(C1)에 예를 들면, 200V의 구동 전압을 인가하면, 고속 권선(C1) 이외의 권선(C2, C3)에 유도되는 유도 전압의 절대치는 권선(C2와 C3)은 접속되어 있기 때문에 각 권선의 권선수의 합인 4T에 비례하여 800V가 된다. 이 고속 권선(C1) 이외의 권선(C2, C3)에 유도되는 유도 전압의 절대치는 절연 파괴를 일으키는 전압(예를 들면, 600V 정도)을 초과하게 된다.
이에 비하여, 실시예 2에서는 Δ 결선으로 함으로써, 200V의 구동 전압을 인가하는데 비하여 권선(C1)의 유도 전압은 520V(=200×2.6)가 되고, 고속 권선(C2) 이외의 권선(C1)에 유도되는 유도 전압의 절대치는 절연 파괴를 일으키는 전압(예를 들면, 600V 정도) 이내의 값이 되어 권선의 절연 파괴를 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예 2에서는 고속 권선 구동시에는 권선의 일부를 Δ 결선으로 전환함으로써 고속 권선과 저속 권선과의 권선비를 저감시키고, 이에 따라 저속 권선에 유도되는 유도 전압의 절대치를 저감시켜 권선의 절연 파괴를 방지할 수 있다.
그리고, 각 상의 권선에 있어서, 고속 권선과 이 고속 권선을 제외한 권선의 권선수는 인가하는 전압치나 권선의 내절연 파괴 전압치 등의 유도 전동기의 조건에 따라서 권선에 발생하는 유도 전압의 절대치가 내절연 파괴 전압치 이하로 되도록 설정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 유도 전동기의 고속 권선 구동시에 있어서의 저속 권선에 발생하는 유도 전압을 저감할 수 있는 유도 전압 저감 방법 및 유도 전압 저감 장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 적어도 제1속도 권선 및 제2속도 권선 -상기 제2속도는 상기 제1속도보다 큼-을 구비하고 Y 결선된 유도 전동기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 제1속도 권선을 제1 및 제2부분으로 분할하는 단계; 상기 유도 전동기가 제1속도로 동작할 경우에는 상기 제1속도 권선의 상기 제1 및 제2부분을 전기적으로 직렬 접속하여 상기 제1속도 권선의 상기 제1 및 제2부분에 전압을 인가하는 단계; 및 상기 유도 전동기가 제2속도로 동작할 경우에는 상기 제1속도 권선의 상기 제1 및 제2부분을 전기적으로 분리하여 상기 제2속도 권선에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 적어도 제1속도 권선 및 제2속도 권선 -상기 제2속도는 상기 제1속도보다 큼-을 구비하고 Y 결선된 유도 전동기의 유도 전압 저감 장치에 있어서, 상기 제1속도 권선을 제1 및 제2부분으로 분할하는 분할 수단; 상기 제1속도 권선의 상기 제1 및 제2부분을 전기적으로 직렬 접속하거나 분리하는 전환 수단; 및 상기 전환 수단에 접속되어, 상기 유도 전동기가 제1속도에서 동작할 경우에는 상기 제1속도 권선의 제1 및 제2부분을 전기적으로 직렬 접속하여 상기 제1속도 권선의 상기 제1 및 제2부분에 전압을 인가하고, 상기 유도 전동기가 제2속도에서 동작할 경우에는 상기 제1속도 권선의 상기 제1 및 제2부분을 전기적으로 분리하여 상기 제2속도 권선에 전압을 인가하는 제어 수단을 포함하는 유도 전압 저감 장치.
  3. 제2항에 있어서, 각 상에 대응하는 각각의 권선은 선정된(predetermined) 권선수의 비를 가진 복수의 분리 가능한 권선을 포함하고, 상기 분리 가능한 권선은 상기 전환 수단을 구성하는 전환 스위치에 접속되어, 상기 전환 스위치를 개폐함으로써 분리 또는 접속되는 유도 전압 저감 장치.
  4. 적어도 제1속도 권선 및 제2속도 권선 -상기 제2속도는 상기 제1속도보다 큼-을 구비한 유도 전동기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 제1속도 권선을 제1 및 제2부분으로 분할하는 단계; 상기 유도 전동기가 제1속도로 동작할 경우에는 상기 제1속도 권선의 상기 제1 및 제2부분을 전기적으로 직렬 접속하여 상기 제1속도 권선의 상기 제1 및 제2부분에 전압을 인가하는 단계; 상기 유도 전동기가 제2속도로 동작할 경우에는 상기 제1속도 권선의 상기 제1 및 제2부분을 전기적으로 분리하여 상기 제2속도 권선에 전압을 인가하는 단계; 및 Y 결선에서 Δ 결선으로 변경하는 단계를 포함하는 방법.
  5. Y 결선된 복수의 이상(different phases) 권선을 구비하고 상기 권선의 결선 방법을 변경함으로써 제어되는 유도 전동기의 유도 전압 저감 장치에 있어서, 상기 권선의 결선 방법을 변경하기 위한 전환 수단; 및 상기 전환 수단의 전환 동작을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하되, 상기 제어 수단은 제2속도 권선이 구동되는 동안 상기 권선의 결선 방법이 Y 결선에서 Δ 결선으로 변경되도록 제어하여, 제1속도 권선 -상기 제2속도는 상기 제1속도보다 큼-에서 유도되는 전압의 절대치를 감소시키는 유도 전압 저감 장치.
  6. 제5항에 있어서, 각 상에 대응하는 각각의 권선은 선정된 권선수의 비를 가진 복수의 분리 가능한 권선을 포함하고, 상기 분리 가능한 권선이 상기 전환 스위치를 개폐함으로써 분리 또는 접속되도록 상기 분리 가능한 권선의 말단부(ends)가 상기 전환 수단을 구성하는 전환 스위치에 접속되어, 상기 권선의 결선 방법을 상기 Y 결선에서 상기 Δ 결선으로 변경하는 유도 전압 저감 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 유도 전동기의 속도에 따라 상기 전환 수단을 제어하는 유도 전압 저감 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 유도 전동기는 중간 영역(midd1e region)으로부터 연장된 3개의 권선 세트(sets)를 구비하고, 상기 각각의 권선 세트는 중간 영역 쪽의 내부 권선과 중간 영역으로부터 바깥쪽에 있는 외부 권선을 구비하며, 상기 각각의 권선 세트에 있어서, 상기 유도 전동기가 제1속도에서 동작할 경우에는 상기 제어 수단은 상기 내부 및 외부 권선이 직렬 접속되도록 하고 상기 내부 및 외부 권선에 전압을 인가하고, 상기 각각의 권선 세트에 있어서, 상기 유도 전동기가 제2속도에서 동작할 경우에는 상기 제어 수단은 상기 내부 권선은 분리되도록 하고 상기 외부 권선에 전압을 인가하는 유도 전압 저감 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 유도 전동기는 중간 영역(midd1e region)으로부터 연장된 3개의 권선 세트(sets)를 구비하고, 상기 각각의 권선 세트는 중간 영역 쪽의 내부 권선과 중간 영역으로구터 바깥쪽에 있는 외부 권선을 구비하며, 상기 전환 수단은 각각의 권선 세트의 상기 내부 및 외부 권선 사이에 전기적으로 접속되어 상기 유도 전동기가 제2속도로 동작할 경우 상기 외부 권선에 전압을 인가하기 위한 제1전환 회로; 및 각각의 권선 세트의 상기 내부 권선의 상기 중간 영역 쪽으로의 단자와 중간 영역 사이에 전기적으로 접속되어 상기 유도 전동기가 제1속도로 동작할 경우 상기 내부 및 외부 권선에 전압을 인가하기 위한 제2전환 회로를 포함하는 유도 전압 저감 장치.
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