KR100243339B1 - 개선된 정지기술을 갖는 모우터제어기 - Google Patents

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Abstract

전기 모우터는 3상(A)(B)(C)의 교류전압전원에 의하여 전압이 인가되는 제1, 제2 및 제3 고정자권선을 갖는다. 각 다이리스터 스위치조립체가 트리거신호로 도통될 때에 각 고정자권선을 각 상의 교류전압에 결합한다. 모우터속도가 제1 예상레벨 이상일때에 다이리스터 스위치조립체가 상기 제1 및 제2 고정자 권선을 통하여 전류를 인가하기 위하여 제3 권선을 통하여 유도된 역기전력 전압의 극성과 반대인 위상(A)(B) 사이의 전압극성에 응답하여 트리거 된다. 그러나, 모우터 속도가 제1 예상레벨 이하일 때에 다이리스터 스위치 조립체는 상기 제2 및 제3 고정자 권선을 통하여 전류를 인가하기 위하여 제3 권선을 통하여 유도된 역기전력 전압의 극성과 반대인 위상(B)(C) 사이의 전압 극성에 응답하여 트리거된다. 따라서 모우터 속도가 제2 예정레벨 이하로 더욱 감속될 때에 전류가 위상(B)(C)사이의 전압의 모든 싸이클 중에 상기 제2 및 제3 고정자 권선을 통하여 인가된다.

Description

개선된 정지기술을 갖는 모우터 제어기
제1도는 본 발명에 따른 3상 전기모우터용 제어기의 개략다이아그램.
제2a도와 제2b도는 AC전원의 위상라인 사이의 전압과 모우터 권선의 역기전력 전압의 파형을 보인 파형도.
제3a도와 제3b도는 모우터를 제동하기 위한 제어기작동의 흐름도.
본 발명의 교류전기모우터에 인가되는 전원을 제어하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 모우터를 정지시키기 위하여 인가되는 전원을 조절하는 장치에 관한 것이다. 통상의 모우터제어기는 교류전원선에 모우터 고정자권선을 연결하는 다이리스터를 갖는다. 예를들어 3상 모우터에 있어서는 각 상의 AC 라인이 트라이액이나 한쌍의 역으로 연결된 실리콘 제어정류기(SCR)로 구성된 다이리스터 스위치로 모우터내의 각 권선에 결합된다. 제어기 내의 회로는 전원전압의 각 반싸이클동안에 다이리스터 스위치를 트리거시키는 정확한 시간을 결정한다. 다이리스터 스위치는 각 전원라인의 전압의 위상관계로 결정된 순서에 따라 트리거된다. 이러한 순서는 모든 다이리스터 스위치를 반복하여 트리거시키도록 순환하며 동일 순서로 이들을 재트리거시키므로서 반복한다. 다이리스터 스위치가 트리거되었을때에 다이리스터 스위치는 이를 통하여 흐르는 교류가 영교차 되어 이 영교차시간에 도통상태가 유지되도록 재트리거될 때까지 도통상태를 유지한다. 영전류 교차에 대한 스위치의 트리거시간을 조절하므로서 이들이 도통되는 시간을 변화시켜 모우터에 인가되는 전압의 양을 제어할 수 있다.
모우터를 기동시키기 위하여, 종래의 모우터 제어기는 전압의 점진적인 증가를 위하여 다이리스터 스위치의 트리거시간을 변화시킨다. 이렇게 하므로서, 처음에는 이들 스위치가 각 전압의 반사이클에서 비교적 늦게 트리거되어 짧은 시간동안만 도통된다. 그리고 트리거 시간은 다이리스터 스위치의 도통시간을 길게하고 모우터가 최고속도에 이를 때까지 모우터에 보다 많은 양의 전압을 인가하기 위하여 각 반사이클에서 점진적으로 빨라지게 된다.
이들 모우터 제어기는 모우터가 정지될 때에 모우터를 제동하기 위한 메카니즘을 갖지 아니한다. 모우터를 정지시키기 위한 조작자의 입력에 응답하여 기본적인 제어기가 단순히 전원을 차단하여 모우터가 마찰만으로 감속되어 정지될 수 있도록한다. 만약에 모우터가 관성이 큰 기계적인 부하에 결합되어 있다면 전원이 차단된 후에도 얼마동안은 모우터와 부하가 계속하여 운동할 것이다. 대부분의 모우터응용산업분야에서, 구동기구의 편리하고 효율적인 이용을 위하여 이러한 연속운동은 가능한 한 빨리 정지하는 것이 중요하다. 단순히 모우터가 스스로 정지하도록 방치하는 것은 만족스럽지 못하다. 지금까지는 기계적인 브레이크가 구동기구에 결합되어 전원이 차단될 때에 제동토록 되어 있다.
다른 방법으로서 제동작용이 이루어지도록 교류모우터의 고정자권선이 직류가 인가되는 것이 있었다. 교류모우터를 전기적으로 제동키 위하여 회전자의 회전방향과 반대방향의 토오크를 발생하는 것이 필요하다. 이를 "역 모우터 토오크"라 한다. 종래기술의 직류주입방법에 있어서는 토오크가 고정자권선에 인가된 직류에 의하여 발생된 안정자계하에서 회전하려고 하는 회전자에 의하여 발생된다. 회전자자화의 회전방향은 고정자권선에 인가된 직류에 의하여 발생된 자계의 방향을 유도한다.
고정자의 자계와 스스로 정렬하려는 회전자 자화의 경향은 외전자에 대한 제동효과를 보이는 정렬토오크를 발생한다. 잘 알려진 바와같이 이러한 토오크는 고정자자계강도, 회전자 자화량과 이들 사이의 각도의 싸인을 곱한 것과 같다.
근래에는 적당한 순간에 교류전원으로부터 모우터에 전원을 인가하므로서 역 모우터 토오크를 발생하기 위해 모우터제어기에 정지기술이 결합되어 사용되고 있다. 모우터에 대한 전류 공급이 차단된 후에 회전자 자화는 1-2초의 시간이 경과한 후에 감소되기 시작한다. 이러한 시간동안에 회전자와 이에 관련된 자화는 고정자에 대하여 회전하고 고정자권선을 통하여 "역기전력"으로 불리는 전압을 유도한다. 이 전압은 시간에 대하여 싸인곡선을 그리며 변화하고 회전자 자화가 해당권선의 축선과 정렬될 때에 영점을 통과한다. 고정자 전류가 없는 고정자권선에 유도된 역기전력 전압의 관측으로 회전자 자화의 방향을 알 수 있다.
또한 역기전력 전압을 전류가 고정자 코일에 인가되었을 때에 회전자자화와 고정자 자계의 방향사이의 각도를 나타낸다. 따라서 제동토오크를 발생하기 위하여 고정자에 전류펄스를 인가하는 싯점은 고정자 권선을 통한 역기전력 전압파형으로 부터 결정될 수 있다. 특히 제동효과는 회전자 자화의 방향의 고정자 전류에 의하여 발생될 자계의 방향을 유도할때에 전류펄스가 고정자 권선을 통과하는 경우에 나타난다. 교류전류를 인가하므로서 발생된 정렬토오크는 회전자의 회전방향과 반대방향이므로 제동토오크를 가하게 된다.
종래에도 3상 모우터 제어기가 모우터의 한 고정자권선을 통한 역기전력의 전압을 감지하였다. 감지된 역기전력의 전압과 다른 두 고정자 권선에 공급되는 상사이의 전원전압이 반대극성인 경우에 전류가 다른 두 고정자권선에 인가된다. 종래의 정지기술은 모우터를 충분히 정지시키기 위한 주어진 시간동안에 동일한 고정자 권선에 전류를 인가하였다. 이러한 기술내용이 미국특허제 4 833 386호에 상세히 수록되어 있다.
모우터가 그 자신의 최고속도의 약 10%의 속도로 감속될 때에 다른 두 권선을 통하여 보내진 전류는 가끔 정방향 모우터 토오크를 발생하였다. 이러한 정방향 모우터 토오크는 모우터의 회전자를 가속시켜 정지시간을 약간 연장시켰다. 그럼에도 불구하고 이러한 기술을 모우터의 전체제동 효과에서 단순히 전원을 차단하는 것보다는 모우터를 보다 빠르게 정지시킬 수 있었다.
제동중에 가속되는 것을 방지하기 위하여, 본 발명자들은 역기전력을 감지하는데 사용된 동일한 권선과 다른 모우터 권선중의 하나를 통하여 제동전류를 인가하였다. 종래의 기술과 같이, 전류가 인가될 두 권선의 전원위상사이의 전압에 대하여 반대극성을 갖는 감지된 역기전력의 전압에 응답하여 전류가 인가되었다. 비록 후자의 기술이 저속에서 역모우터토오크를 균일하게 발생하였으나 이러한 기술은 최고속도의 90%에 해당하는 고속으로 급작스러운 정방향 모우터 토오크를 발생하였다.
교류모우터는 모우터에 인가되는 전류를 차단하고 점진적으로 감소하는 회전자의 자력(磁力)에 의하여 발생된 역기전력의 전압을 감지하므로서 정지된다. 감지된 역기전력의 전압에 응답하여 전류는 모우터의 운동을 저지하는 토오크를 발생토록 모우터에 주기적으로 재인가된다.
특히 3상모우터는 A,B및 C로 표시되는 3개의 고정자권선을 갖는다. 3상 전원으로부터의 전류가 권선(C)에 흐르지 않을때에 권선(C)에 유도된 역기전력의 전압이 감지된다. 처음에 권선(A)(B)의 전원위상사이의 전압이 감지된 역기전력의 전압에 대하여 반대극성 일때에 언제나 이들 권선에 전류가 인가된다. 모우터가 최고속도에 가까울때에 반대극성상태는 교류전압의 여러 싸이클중에서 한번만 나타난다.
속도가 떨어지면 반대극성상태는 보다 빈번히 나타나고 전류가 권선(A)(B)에 보다 자주 인가된다. 실제로 이러한 변화는 연속된 전류인가사이의 시간간격이 작을때에 일어나 속도가 예정치이하가 됨을 알 수 있다. 따라서 해당 전원위상을 통한 전압의 극성이 권선(C)에서 유도된 역기전력과 반대극성일때에 언제나 권선(B)(C)에 전류가 인가된다.
우선실시형태에 있어서, 속도가 더 떨어져 제 2 예정치 이하로 떨어질때에 전류가 역기전력전압에 관계없이 전원전압의 모든 싸이클 중에 모우터에 인가된다.
본 발명의 목적은 다양한 모우터 부하로부터의 효과를 보상하도록 3상 모우터의 속도를 전기적으로 감속시키기 위한 기술을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모우터자화의 위치표시기로서 모우터의 역기전력을 이용하는데 있다. 이러한 표시에 응답하여 역모우터 토오크를 발생하기 위해 언제 어떻게 모우터에 전류를 인가할 것인가하는 결정이 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 한 쌍의 권선에 대한 전원전압과 한 권선에서 감지된 역기전력이 반대극성일때에 3상 모우터의 한쌍의 권선에 전류를 공급하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 모우터 속도에 따라 전류가 인가되는 쌍의 권선을 선택하는데 있다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 제 1 도에서 보인 예시의 모우터제어기(20)로서 상세히 설명될 것이다. 교류전기모우터(10)는 중앙접속점(15)에서 Y자형으로 결합된 3개의 모우터 고정자권선(11)(12)(13)을 갖는다. 화살표(19)는 모우터 회전자의 회전방향을 나타낸다. 고정자권선(11)(12)(13)는 다이리스터 스위치 모듈(14)과 3개의 전원선(A)(B)(C)에 의하여 3상 전원에 연결된다. 전원선(A)의 교류전압은 전원선(B)에 전압을 유도하고 이는 다시 전원선(C)의 전압을 유도한다. 스위치모듈(14)은 역병렬 연결형 SCR(16)(17)(18)을 갖는다. 각 SCR의 쌍은 각 전원선(A)(B)(C)를 각 고정자권선(11)(12)(13)에 연결한다. 제어될 전류의 레벨에 따라 SCR 대신에 트라이액이 사용될 수 있다.
SCR(16-18)은 이후 상세히 설명되는 바와같이, 마이크로컴퓨터(21), 전압비료기(22)(55)(65), 두개의 영전압교차검출기(58)(68)와, 다른 소자로 연결된 두개의 차동증폭기(50)(60)을 포함하는 제어회로에 의하여 작동된다. 마이크로컴퓨터(21)는 한 집적회로패키지에 타이머회로, 판독전용메모리와 임의접근메모리가 내장된 것으로 상업적으로 입수가능한 것이며 어느 것이나 좋다. 모우터 제어기(20)의 작동을 제어하기 위한 프로그램은 판독전용메모리에 기억되는데, 이에 대하여서는 모우터제어기의 작동에 대하여 설명할 때에 상세히 설명될 것이다.
마이크로컴퓨터(21)는 3개의 라인(26)(27)(28)을 갖는 병렬의 출력포트를 갖는다. 하나의 출력라인(26)은 펄스변성기(31)에 의하여 전원선(A)에 대한 제 1 쌍의 SCR의 게이트 단자에 결합된다. 다른 트리거출력라인(27)(28)은 유사한 펄스변성기(32)(33)에 의하여 각 전원선(B)(C)에 대한 제 2 및 제 3 쌍의 SCR(17)(18)의 각 게이트단자에 결합된다.
마이크로컴퓨터(21)는 3개의 라인(26)(27)(28)에 적시의 다이리스터 트리거펄스를 발생한다. 각 트리거펄스는 비교적 짧은 시간을 가지나 해당 SCR을 도통상태에 놓이도록하는데 충분하며 이는 뒤 따르는 교류의 진폭이 영점에 이를 때까지 도통상태가 유지된다.
A 및 B위상 전원은 다른 쌍의 저항(51)(52)에 의하여 제 1 차동증폭기(50)의 각 비반전 및 반전입력에 별도로 결합된다. 또한 비반전입력은 저항(53)으로 접지 연결된다. 궤환저항(54)이 제 1 차동 증폭기(50)의 출력과 그 반전입력사이에 연결된다. 제 1 차동 증폭기(50)의 출력은 반전입력이 저항(56)을 통하여 접지된 제 2 전압비교기(55)의 비반전입력에 연결된다. 제 2 전압비교기(55)의 출력은 마이크로컴퓨터(21)의 한 병렬입력포트라인에 연결된다. 이 입력의 레벨의 A 및 B위상 전원선 사이의 전압(Vab)에 대한 극성을 나타낸다.
또한 제 1 차동증폭기(50)의 출력은 제 1 차동증폭기(50)의 전압출력과 전원성(A)(B)사이의 전압(Vab)이 0볼트가 될때에 이를 감지하는 제 1 영교차검출기(60)에 연결된다. 제 1 영교차검출기(60)로부터의 출력신호는 마이크로컴퓨터(21)의 다른 입력라인에 연결된다.
저항(62)은 저항(52)으로 B위상전원선에 비반전입력이 연결된 제 2 차동증폭기(60)의 반전입력에 C위상전원선을 결합한다. 또한 비반전입력은 저항(63)을 통하여 접지된다. 궤환저항(64)은 제 2 차동증폭기(60)의 출력과 그 반전입력 사이에 연결된다. 제 2 차동증폭기(60)의 출력은 저항(66)을 통해 반전입력이 접지된 제 3 전압비교기(65)의 비반전입력에 연결된다. 제 3 전압비교기(65)의 출력은 마이크로컴퓨터 병렬입력포트의 다른 라인에 연결된다. 이 입력의 레벨은 B 및 C위상전원선 사이의 전압(Vab)에 대한 극성을 나타낸다.
아울러, 제 2 차동증폭기(60)의 출력은 제 2 차동증폭기(50)의 출력전압과 전원선(B)(C)사이의 전압(Vab)가 0볼트가 될때까지 감지하는 제 2 영교차검출기(68)에 연결된다. 제 2 영교차검출기(68)로부터의 출력신호는 마이크로컴퓨터(21)의 또 다른 입력라인에 연결된다.
3개의 단자(41)(42)(43)각 각 고정자 권선(11-13)을 모우터제어기(20)에 연결한다. 3개의 등가저항(34-36)이 공통접속점(37)이 접지된 Y연결의 단자(41-43)에 결합된다. 각 저항(34)(35)(36)양단의 전압은 각 고정자권선(11)(12)(13)의 전압과 동일하다. Y저항연결의 공통접속점(37)에서 전위는 모우터권선의 중앙접속점(15)에서의 전위와 동일하고 접지전위와 동일하다.
제 1 비교기(22)는 제 3 고정권선(13)의 양단전압을 감지한다. 한쌍의 저항(23)(24)은 분압기를 구성토록 제 3 고정자 권선단자(43)와 접지사이에 직렬로 연결된다. 두 저항(23)(24)사이의 분압기의 접속점은 제 1 전압비교기(22)의 비반전입력에 결합된다. 이 분압기는 제 3 고정자권선 전압(Vc)를 제 1 비교기(22)의 전압레벨까지 감소시킨다. 이 비교기(22)의 반전입력은 직접 접지된다. 비교기 출력은 마이크로컴퓨터(21)의 병력입력포트라인에 연결된다.
마이크로컴퓨터(21)의 부가적인 입력포트라인은 두개의 수동푸쉬버튼 스위치(71)(72)에 연결된다. 또한 이들 입력포트라인은 한 쌍의 풀업(pull-up) 저항(74)(76)으로 모우터제어기(20)의 정전원전압(V+)에 결합된다. 스위치(71)(72)의 작동으로 해당 마이크로컴퓨터 입력라인은 접지된다. 제 1 스위치(71)는 모우터(10)를 기동시키도록 작동되며 제 2 스위치(72)는 이후 상세히 설명되는 바와같이 모우터를 제동시키도록 작동된다.
사용자가 모우터를 기동시키고자할때에 스위치(71)를 순간적으로 폐쇄시켜 마이크로컴퓨터(21)가 통상의 모우터기동소프트웨어 루우틴으로 작동되기 시작토록 한다. SCR쌍은 3개의 전원선의 전압의 위상관게에 따라 예정된 원형의 순서로 트리거된다. 소프트웨어 루우틴은 점진적으로 각 SCR쌍의 결합된 위상라인(A)(B)(C)의 전압의 각 반싸이클에서 연속적으로 빠르게 SCR(16-18)쌍은 트리거시킨다. 따라서, 각 SCR쌍은 이들이 정바이어스되는 동안에 전원선 전압의 모든 반 싸이클 동안에 트리거되어 도통될 것이다. 이때에 모우터는 최고속도에 이른다. 이후에 SCR쌍은 관련된 위상 전압의 모든 반싸이클 동안에 계속하여 트리거되므로서 도통상태가 된다.
순간적으로 스위치(72)를 폐쇄하므로서 사용자는 모우터제어기의 제동기능이 발휘되도록하여 단순히 전원을 차단하는 것보다 빠르게 모우터를 정지시킬 수 있다. 이러한 제동조작에는 역모우터 토오크를 발생시켜 모우터회전자를 감속시키는 전자계를 발생하기 위한 특정시간에 모우터(10)에 교류펄스를 인가하는 것이 포함된다. 이러한 기능은 두 고정자권선(11),(12) 또는 (13)에 대한 순간전원전압의 극성이 역기전력 유도전압의 극성과 반대가 될 때에(즉, 이들 전압의 하나는 접지전위에 대하여 정전압이고 다른 하나는 부전압이다), 교류전기를 인가하여 행하여질 수 있다는 것이 알려져 있다. 역기전력은 회전자가 감속될 때에 이 회전자의 자력과 이러한 자력에 의하여 형성된 회전자계에 의하여 나타난다. 본문에 사용된 "역기전력 전압"과 "역기전력 유도전압"이라는 용어는 전원선으로부터 전원의 모우터에 인가되지 않는 시간동안 이러한 회전자계에 의해 모우터의 권선에 유도된 전압을 나타낸다.
특히, 제 1 도에서, 제 3고정자권선(13)을 통하여 유도된 역기전력 전압(Vc)은 전압비교기(22)에 의하여 감지된다. 이 전압비교기의 출력의 회로접지전위에 대하여 감지된 역기전력 전압의 극성을 나타낸다. 위상라인(A)(B)사이의 교류전원전압(Vab)의 극성은 제 2 전압비교기(55)에 의하여 감지된다. 각 전원전압(Vab)의 영전압교차가 검출기(60)에 의하여 감지된 후에 마이크로컴퓨터(21)는 두 감지된 전압표본의 극성을 시험한다. 만약 이들 극성이 반대이고 모우터가 비교적 고속인 경우에 A와 B전원선의 SCR(16)(17)은 영교차후 일정한 시간이 지난후 이들의 게이트 전극에 인가된 짧은 펄스에 의하여 트리거된다. 이러한 지연시간은 전원전압의 반주기까지 설정될 수 있다. 지연시간이 짧으면 짧을 수록 모우터에 보다 많은 전류가 인가되고 제동효과가 보다 커진다. 트리거되었을 때에 SCR(16)(17)은 교류전원전류(Iab)가 제로암페어를 통과할 때까지 모우터에 전류를 인가하며 교류가 제로암페어가 될때에 SCR은 마이크로컴퓨터(21)에 의하여 트리거될 때까지 자동적으로 턴-오프된다.
모우터(10)가 감속하므로서 위상관계는 고정자권선(13)에서 유도된 역기전력전압(Vc)과 전원선 전압(Vab)사이로 변화한다. 따라서 위상라인(A)(B)의 제 1 및 제 2 쌍의 SCR(16)(17)은 보다 빈번히 트리거되어 제동력을 증가시킨다. 제 2a도의 파형(I)(II)은 제동중 두 점진적으로 떨어지는 속도에서 제 1 및 제 2 고정자권선(11)(12)을 통하여 흐르는 전류(Iab)를 개념적으로 설명한 것이다. 여기에서 도시된 패턴이외의 다른 패턴이 있을 수도 있다.
전류파형(I)에서, 제 1 및 제 2 쌍의 SCR(16)(17)은 전원선 전압(Vab)의 정 반싸이클중에만 트리거된다. 모우터가 최고속도의 약 50%로 감속되는 경우 파형(II)에서 보인 바와같이 정 반싸이클중의 트리거링 사이의 부 반싸이클중에도 부가적인 트리거가 이루어진다. 이때에 위상라인(A)(B)의 SCR은 교류전원선 전압의 모든 3번째 반싸이클에서 트리거된다. 이로써 모우터 속도는 약 50%로 감속됨을 알 수 있다.
이러한 속도의 감속이 이루어졌을 때에 마이크로컴퓨터(21)는 제 1 및 제 2 쌍의 SCR(16)(17)을 트리거시키는 것으로부터 전환하여 모우터를 감속시키기 위해 고정자권선(12)(13)에 전원을 인가하도록 위상전원선(B)(C)의 제 2 및 제 3 쌍의 SCR(17)(18)을 트리거시킨다. 제 1 및 제 2 고정자권선(11)(12)에 전원을 계속 인가하므로서 정방향모우터토오크의 버어스트가 발생하므로 사용된 고정자권선을 바꾸어주므로서 이러한 버어스트를 제거할 수 있다. 그러나 제 2 및 제 3 고정자권선(12)(13)에 전원을 인가하는 시기를 결정하기 위하여 이들 권선에 연결된 위상 전원선(B)(C)사이의 전압극성이 역기전력 전압극성과 비교되어야 한다.
모우터(10)의 계속된 감속은 제 2b도의 파형에서 보인 바와같이 전원전압(Vbc)의 모든 싸이클중에 위상라인(B)(C)의 SCR이 트리거되어 이루어진다. 비록 이러한 파형이 정 반싸이클중의 트리거링을 보이고 있으나 이러한 트리거링은 정 또는 부 반싸이클중에 일어날 수도 있다. SCR이 전원 전압의 모든 싸이클중에 트리거될때에 모우터(10)는 완전히 정지되는 것에 매우 근접하게 되며 이후에 짧은 시간이 지난후 SCR의 트리거링이 종료될 수 있다. 또한 미국특허 출원제07/343,439호에 기술된 바와같이 여러가지 모우터정지검출기술의 하나가 모우터에 대하여 전원을 차단하는 시기를 결정토록 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서 모우터를 정지시키기위한 기술은 제 1 도에서 보인 바와같이 제어기(20)의 마이크로컴퓨터(21)에 대한 소프트웨어 루우틴으로 수행된다. 제 3a도에서 소프트웨어 루우틴은 단계(100)에서 시작하며 이 단계에서 마이크로컴퓨터(21)는 이러한 루우틴에 사용되는 변수와 계수가 기억되어 있는 기억장소를 초기화한다. 초기화작업이 완료되면 마이크로컴퓨터(21)는 단계(100)에서 제 1 영교차검출기(58)로부터의 입력을 검색하여 위상라인(A)(B)사이에서 전압이 영교차가 일어났는가하는 것을 판정한다. 만약에 이러한 일이 일어나지 않았다면 프로그램수행은 제 1 영교차검출기(58)를 검색토록 계속된다.
이러한 전압교차가 이루어질 때에는 언제나 마이크로컴퓨터(21)가 영점교차가 이루어진 시간을 기억토록 기억장소에 그 타이머의 현재값(TIME)을 기억시키며 이는 단계(106)에서 Tvo로 지정되어 있다. 그리고 단계(108)에서 A 및 B위상라인 사이의 순간적인 극성(제 1 전압비교기 55에 의하여 감지된 극성)이 마이크로컴퓨터 메모리에 기억된다. 단계(110)에서 일정한 지연시간이 기억된 영교차시간 Tvo에 가산되어 역방향모우터 토오크를 발생하기 위하여 A 및 B위상라인에 결합된 SCR(16)(17)을 트리거시키는 시간(TFIRE)을 결정한다. 지연시간이 짧으면 짧을수록 전압 반싸이클에서 SCR이 보다 빠르게 트리거될 것이며 제동력이 보다 강하게 된다. 선행트리거링으로부터 SCR을 통한 교류전류가 제로가 되어 SCR이 턴-오프될때까지 이들 SCR이 트리거되지 않도록 최소 지연시간이 제공된다.
이후에, 마이크로컴퓨터 타이머값(TIME)이 단계(112)에서 트리거링 시간(TFIRE)과 반복하여 비교된다. SCR이 트리거되는 시간일때에는 프로그램 수행은 단계(114)로 전진하고 여기에서 마이크로컴퓨터(21)는 전압비교기(22)로부터 입력레벨을 시험하여 제 3 고정자권선(13)을 통하여 유도된 역기전력 전압(Vc)의 극성을 검출한다. 이러한 역기전력유도전압의 감지는 SCR이 트리거되기 전인 시간(TFIRE)에 이루어지므로 전원이 모우터(10)를 통하여 흐르지 않을때에 전압이 감지된다. 이로써 제 3 고정자권선(13)을 통하여 감지된 전압은 고정자권선(11)(12)을 통하여 흐르는 전원전류(Iab)의 유도결합에 의하지 아니하고 단순히 역기전력에 의하여 발생될 수 있도록 한다.
그리고 프로그램수행은 단계(116)로 전진하고, 여기에서 감지된 역기전력전압(Vc)의 극성이 단계(108)에서 이미 기억된 위상라인(A)(B)사이의 전압이 모두 접지전위에 대하여 정전압 또는 부전압인 경우에 마이크로컴퓨터 메모리의 반싸이클 카운터가 단계(118)에서 증분된다. 이 카운터는 전원전압의 반싸이클의 수, 그리고 SCR의 트리거링 사이의 시간의 양을 도표로 작성한다. 그리고 프로그램은 단계(104)로 복귀하여 다른 영점전원전압교차를 대기한다.
그러나, 감지된 역기전력전압(Vc)의 극성이 위상라인(A)(B)을 통한 전압(Vab)의 극성과 반대이면 프로그램수행이 단계(120)로 전진한다. 여기에서 제 1 및 제 2 쌍의 SCR(16)(17)이 출력라인(26)(27)과 변성기(31)(32)를 통하여 이들의 게이트전극에 짧은 펄스를 인가하므로서 마이크로컴퓨터(21)에 의하여 트리거된다. 이러한 트리거링으로 순방향 바이어스형 SCR(16)(17)이 도통되게하므로서 제 1 및 제 2 고정자권선(11)(12)을 통하여 교류(Iab)를 보낸다. 이 전류(Iab)는 회전자로부터의 자계와 상호작용하여 회전자를 감속시키는 전자계를 발생한다. 특히, SCR(16)(17)은 전자계상호작용이 모우터에서 역방향토오크를 발생할 시간에 트리거된다. 트리거되었을때에 SCR은 교류전자(Iab)가 제로가 될때까지 도통상태를 유지한다. 그리고 SCR이 턴-오프되고 다시 트리거될때까지 이러한 상태가 유지된다.
SCR의 트리거링에 이어서, 마이크로컴퓨터(21)는 SCR이 전원전압의 모든 3번째 반싸이클중에서 트리거되는지의 여부를 결정한다. 이때에 단계(122)에서 판독시 반 싸이클 카운터가 2의 값을 갖는 것으로 표시된다. 모우터 제동이 시작될 때에 수회의 전원전압싸이클에서 특정전압 극성의 관계로 비교적 고속의 제동이 이루어진다. 따라서 반 싸이클 카운터는 단계(122)에서 시험될때에 2보다 큰값을 가질 것이다. 이와같은 경우 프로그램 수행은 단계(124)로 전진하고, 여기에서 반싸이클 카운터는 프로그램 수행이 단계(104)로 복귀되기 전에 제로로 리셋트되어 위상라인(A)(B)을 통한 전압(Vab)의 다른 영교차를 대기한다.
따라서, 모우터(10)는 제동이 시작되기 전에 그 최고속도의 약 50%로 감속될 것이다. 이때에 제 1 및 제 2 SCR(16)(17)은 제 2a도의 파형(II)으로 보인 바와같이 위상라인(A)(B)사이의 전압의 모든 3번째 반싸이클 중에 트리거될 것이다. 이때에, 단계(122)에서 시험된 반 싸이클 카운터값은 최종적으로 전압(Vab)와 역기전력 전압(Vc)이 반대극성을 가지므로 단계(118)에서 수행된 카운터의 2회 증분으로 2의 값을 가질 것이다. 단계(122)에서 반싸이클 카운터가 2의 값을 가질때에 프로그램 수행은 단계(126)로 진행되고 여기에서 반 싸이클 카운터는 제로로 리셋트된다.
이미 언급된 바와같이 제 3 고정자권선(13)에서 감지된 역기전력에 응답하여 제 1 및 제 2 고정자권선(11)(12)을 통해 전류를 보내도록 SCR을 트리거시키므로서 제동중에 고속의 모우터속도에서 역방향 토오크를 발생한다. 그러나, 이러한 전류의 인가는 때때로 저속에서 정방향 토오크의 버어스트를 발생한다. 따라서, 중간속도에서는 모우터 속도를 더욱 감속시키기 위하여 제 2 및 제 3 고정자권선(12)(13)을 통하여 전원선(B)(C)로부터 전류를 인가하는 변화가 이루어진다. 우선실시형태에 있어서, 이러한 변화가 일어나는 중간속도는 모우터 최고속도의 약 50%이다. 이러한 속도는 제 1 및 제 2 쌍의 SCR(16)(17)이 전원전압이 모든 3번째 반싸이클에서 트리거됨을 나타낸다. 그러나, 다른 중간속도에서도 변화가 일어날 수 있을 뿐만 아니라 이러한 속도를 검출하기 위하여 다른 기술이 이용될 수도 있다. 예를들어 SCR트리거링 사이의 시간간격을 측정하기 위하여 마이크로컴퓨터 타이머와 같은 타이머가 사용될 수 있다. 시간간격이 주어진 크기(예를들어 25밀리초)이하로 감소될 때에 이러한 변화가 일어난다.
변화시에 프로그램수행은 제 3b도의 단계(130)로 전진하고, 여기에서 마이크로컴퓨터는 제 2 영교차검출기(68)로부터의 입력을 검색하여 전원선(B)(C)을 통한 전압(Vbc)이 제로가될 때를 검출한다. 또한 다른 전원선사이의 전압의 위상이 고정 시간관계를 가지므로 전압(Vbc)의 영교차는 전압(Vbc)의 영교차로부터 결정될 수 있다. 프로그램수행은 전압(Vbc)의 영교차가 검출될 때까지 단계(130)에 머문다. 이후에 마이크로컴퓨터(21)는 SCR이 트리거될 때를 결정하는 단계(106)-(114)와 유사한 단계(133-140)을 수행한다. 그러나, 전자의 단계에서는 위상라인(B)(C)을 통한 전압의 극성을 감지하여 제 2 및 제 3 쌍의 SCR(17)(18)을 트리거시켜 고정권선(12)(13)을 통하여 전류를 인가할 때를 결정한다.
단계(142)에서, MODE로 지정된 플래그의 검색이 이루어져 제동루우틴이 모우터가 정지되도록하는 최종단계에 있는지를 결정한다. 처음에 이 플래그는 제로가 될 것이며 프로그램 수행이 단계(144)로 전진하여 역기전력 전압(Vc)과 전원선(B)(C)를 통한 전압(Vbc)사이의 극성관계가 결정된다. 만약에 이들 극성이 동일하다면 반싸이클 카운터가 단계(130)로 복귀하기전에 단계(146)에서 증분되고 전원전압(Vbc)의 다른 영교차를 대기한다. 극성이 서로 반대이면 프로그램수행이 단계(148)로 전진한다.
프로그램수행이 전진하므로서 반싸이클 카운터가 검사된다. 처음에 반싸이클 카운터는 SCR트리거링 사이에서 전원전압(Vbc)의 반싸이클은 1 이상이 될 것이므로 1보다 큰 값을 가질 것이다. 따라서, 마이크로컴퓨터(21)에 의한 프로그램 수행은 단계(150)로 전진하고 여기에서 반싸이클 카운터는 B 및 C위상라인의 제 2 및 제 3 SCR(17)(18)이 단계(12)(13)을 통하여 전류가 인가되므로서 역방향 모우터 토우크를 발생한다. 특히 이 전류는 전류(Iab)가 고정자권선(12)(13)을 통하여 보내어질 때보다 반대전압극성 상태의 검출후 약간 다른 시간에서 모우터에 전자계를 발생한다. 이러한 후자의 전류인가로 저속에서 회전자의 회전자계에보다 적합하게 시간이 마추어진 전자계를 발생한다. 따라서 제 2 및 제 3 고정자권선(12)(13)에 대한 전류의 인가로 모우터 정지단계후 후반부에 제동효과를 개선한다.
실제로 모우터가 그 최고속도의 약 30%로 감속되므로 전원 전압(Vbc)의 모든 다른 반싸이클(즉 모든 정 반싸이클 또는 모든 부 반싸이클)중에 트리거링이 이루어질 것이다. 이때에 반싸이클 카운터는 단계(148)에서 마이크로컴퓨터(21)에 의하여 검사될 때에 1의 값을 가질 것이다. 모든 다른 전압싸이클 중에 SCR이 트리거되는 최초시간에 MODE변수가 단계(154)에서 증분된다. 그리고 지연타이머에는 지연시간이 입력되고 단계(156)에서 모우터를 제동시키기 위하여 얼마나 오랫동안 전원이 인가될 것인가하는 것을 나타내기 시작한다. 그리고 위상라인(B)(C)의 두 SCR(17)(18)이 단계(152)에서 트리거된다.
그리고나서, 프로그램 수행은 매 시간마다 판정블럭(142)으로부터 연속트리거모우드의 단계(160)로 분기되고 여기에서 제 2 및 제 3 쌍의 SCR(17)(18)이 역기전력전압에 관계없이 전원전압(Vbc)의 모든 정 반싸이클 중에 트리거된다. 정반싸이클의 선택은 임의적인 것이며 모든 부 반싸이클이 사용될 수 있다. 이러한 프로그램분기의 초기에 마이크로컴퓨터(21)는 전압비교기(65)의 출력을 시험하여 B 및 C위상라인 사이의 전원전압(Vbc)가 접지전위에 대하여 정전압인가하는 것을 판정한다. 만약 전원전압이 정전압이라면 제 2 및 제 3 쌍의 SCR(17)(18)은 단계(164)로 전진하기전에 단계(162)에서 트리거된다. 그렇지 않으면 전원전압(Vbc)의 부 반싸이클중에 프로그램수행이 직접단계(160)로부터 단계(164)로 전진한다. 이때에 지연 타이머가 제동과정이 종료되어야할 것인가하는 것을 판정하도록 검색된다. 만약 이러한 고정이 계속한다면 마이크로컴퓨터(21)에 의한 프로그램수행이 단계(130)로 복귀한다.

Claims (17)

  1. 3상(A)(B)(C)의 교류전압전원에 의하여 전압이 인가되는 제 1, 제 2 및 제 3권선을 갖는 전기모우터를 제어하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치가 트리거신호에 의하여 도통될 때에 제 1, 제 2 및 제 3 권선을 각각 3상(A)(B)(C)의 전원에 결합시키는 제 1, 제 2 및 제 3 스위칭 수단과, 부모우터 토오크를 발생토록 상기 스위칭 수단에 트리거신호를 인가하기 위한 수단으로 구성되고, 모우터의 속도가 제 1 예정레벨 이상일 때에 트리거신호가 상기 제 3 권선에서 유도된 역기전력 전압의 극성에 대하여 반대인 전원의상(A)(B)사이의 전압극성에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 스위칭 수단에 인가되며, 모우터의 속도가 제 1 예정레벨 이하일 때에 트리거신호가 상기 제 3 권선에서 유도된 역기전력 전압의 극성에 대하여 반대인 상(B)(C)사이의 전압극성에 응답하여 상기 제 2 및 제 3 스위칭 수단에 인가됨을 특징으로 하는 장치.
  2. 청구범위 제1항에 있어서, 제 1 예정레벨과 모우터속도의 관계를 검출하기 위한 수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  3. 청구범위 제2항에 있어서, 상기 관계검출수단이 상기 스위칭 수단에 트리거신호를 인가하는 사이에 경과하는 시간의 간격을 결정하기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
  4. 청구범위 제2항에 있어서, 상기 제 1 관계검출수단이 상기 스위칭수단에 트리거신호를 인가하는 사이에 일어나는 전원으로부터의 교류전압의 반싸이클의 수를 계수하기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
  5. 청구범위 제1항에 있어서, 모우터의 속도가 제 1 예정레벨보다 느린 제 2 예정레벨 이하일 때에 역기전력전압에 관계없이 전원으로부터의 교류전압의 모든 싸이클 중에 상기 한 쌍의 스위치 수단에 트리거신호를 인가하기 위한 제 3 수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  6. 청구범위 제5항에 있어서, 제 2 예정레벨과 모우터 속도의 관계를 검출하기 위하여 상기 스위칭수단에 트리거신호를 인가하는 사이에 경과하는 시간의 간격을 결정하기 위한 수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  7. 청구범위 제5항에 있어서, 제 2 예정레벨과 모우터속도의 관계를 검출하기 위하여 상기 스위칭 수단에 트리거신호를 인가하는 사이에 일어나는 전원으로부터의 교류전압의 반싸이클의 수를 계수하기 위한 수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  8. 3상(A)(B)(C)의 교류전압전원에 의하여 전압이 인가되는 제 1, 제 2 및 제 3권선을 갖는 전기모우터의 속도를 감속시키기 위한 장치에 있어서, 상기 장치가 트리거신호로 도통될 때에 제 1, 제 2 및 제 3 권선을 각각 3상(A)(B)(C)의 전원에 결합시키기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 스위칭수단, 모우터의 상기 제 3권선을 통하여 유도된 역기전력전압의 극성을 감지하기 위한 제 1 수단, 전원의 상(A)(B)사이의 전압극성을 감지하기 위한 제 2 수단, 전원 상(B)(C)사이의 전압극성을 감지하기 위한 제 3 수단, 모우터의 속도가 제 1 예정레벨이상일 때에 상기 제 3 권선을 통하여 유도된 역기전력전압의 극성에 반대인 상(A)(B)사이의 전압 극성에 응답하여 제 1 및 제 2 스위칭 수단에 트리거신호를 인가하기 위하여 제 1 및 제 2 감지수단에 응답하는 제 1 수단과, 모우터의 속도가 제 1 예정레벨 이하일 때에 상기 제 3권선을 통하여 유도된 역기전력전압의 극성에 반대인 상(B)(C)사이의 전압극성에 응답하여 제 2 및 제 3 스위칭 수단에 트리거신호를 인가하기 위하여 제 1 및 제 3 감지수단에 응답하는 제 2 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
  9. 청구범위 제8항에 있어서, 모우터속도가 제 1 예정레벨이상일때를 검출하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 스위칭수단에 트리거신호를 인가하는 사이에 경과하는 시간의 간격을 결정하기 위한 수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  10. 청구범위 제8항에 있어서, 모우터속도가 제 1 예정레벨 이상일 때를 검출하기 위하여 전원의 상(A)(B)사이의 교류전압의 반 싸이클의 수를 계수하기 위한 수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  11. 청구범위 제8항에 있어서, 모우터속도가 제 1 예정레벨보다 느린 제 2 예정레벨 이하일때에 전원의 상(B)(C)사이의 교류전압의 모든 싸이클 중에 상기 제 2 및 제 3 스위칭 수단에 트리거신호를 인가하기 위한 제 3 수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  12. 청구범위 제11항에 있어서, 모우터속도가 제 2 예정레벨 이상일때를 검출하기 위하여 상기 제 2 및 제 3 스위칭수단에 트리거신호를 인가하는 사이에 경과하는 시간의 간격을 결정하기 위한 수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  13. 청구범위 제11항에 있어서, 모우터속도가 제 2 예정레벨 이상일때를 검출하기 위하여 상기 제 2 및 제 3 스위칭수단에 트리거신호를 인가하는 사이에 일어나는 전원의 상(B)(C)사이의 교류전압의 반 싸이클의 수를 계수하기 위한 수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  14. 트리거신호에 의하여 도통될 때에 제 1, 제 2 및 제 3 스위칭수단에 의하여 각 3상(A)(B)(C)의 교류전압에 제 1, 제 2 및 제 3 권선이 결합되는 전기 모우터의 속도를 감속시키는 방법에 있어서, 이 방법이 모우터의 상기 제 3권선을 통하여 유도된 역기전력 전압의 극성을 감지하는 단계, 전원의 상(A)(B)(C)사이의 전압의 극성을 감지하는 단계, 전원의 상(B)(C)사이의 전압의 극성을 감지하는 단계, 상(A)(B)사이의 전압의 극성이 제 3 권선을 통하여 유도된 역기전력전압의 극성과 반대이고 모우터의 속도가 제 1 예정레벨의 이상일 때에 상기 제 1 및 제 2 스위칭수단에 트리거신호를 인가하는 단계와, 상(B)(C)사이의 전압의 극성이 상기 제 3 권선을 통하여 유도된 역기전력 전압의 극성과 반대이고 모우터의 속도가 제 1 예정레벨이하일 때에 상기 제 2 및 제 3 스위칭수단에 트리거신호를 인가하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구범위 제14항에 있어서, 제 1 예정레벨과 모우터속도의 관계를 검출하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 스위칭수단에 트리거 신호를 인가하는 사이에 경과하는 시간의 간격을 결정하는 단계가 구성되어 있음을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구범위 제14항에 있어서, 모우터의 속도가 제 1 예정레벨보다 느린 제 2 예정레벨 이하일 때에 교류전압의 모든 싸이클중에 한쌍의 상기 스위칭수단에 트리거신호를 인가하는 단계가 구성되어 있음을 특징으로 하는 방법.
  17. 청구범위 14항에 있어서, 모우터속도가 제 1 예상레벨보다 느린 제 2 예정레벨 이하일때에 상(B)(C)사이의 교류전압의 모든 싸이클 중에 상기 제 2 및 제 3 스위칭 수단에 트리거신호를 인가하는 단계가 구성되어 있음을 특징으로 하는 방법.
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