KR100258432B1 - 모터의 고조파전류 감쇄장치 - Google Patents

모터의 고조파전류 감쇄장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터의 고조파전류 감쇄장치에 관한 것으로, 정현파전압의 위상제어를 통해 비정현파전압으로 가변시켜 회전속도를 조절하는 모터에 있어서, E자코어와, 상기 E자코어에 권선된 코일 및 I자코어로 구성되는 리액터를 더 포함하며, 상기 리액터는 상기 모터로 공급되는 정격입력을 소정값으로 제한하고, 상기 E자코어와 I자코어는 그 크기와 재질이 소정크기 및 특정재질로 설정되는 한편, 상기 E자코어와 I자코어에 에어갭이 소정값으로 설정되며, 상기 E자코어에 권선되는 코일의 인덕턴스와 선경, 저항 및 권선수가 각각 소정값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 것으로, 정현파전압의 위상제어시에 발생되는 3고조파전류가 효과적으로 감쇄되므로 IEC규정에도 부하될 뿐만 아니라, 전력계통의 동작장애를 미연에 방지할 수 있고, 제품판매를 증진시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

모터의 고조파전류 감쇄장치{APPARATUS FOR REDUCING HARMONIC CURRENT IN MOTOR}
본 발명은 모터의 고조파전류 감쇄장치에 관한 것으로, 특히 청소기 모터의 구동시에 발생되는 고조파전류를 감쇄시킬 수 있도록 한 모터의 고조파전류 감쇄장치에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 통상적인 청소기 내의 모터구동회로는 도 1에 도시된 바와 같다.
도 1을 참조하면 알 수 있듯이, 전원공급부(10)로부터 공급되는 상용주파수를 갖는 교류전원이 모터(30)로 제공되어 모터(30)가 구동되고, 이에 연동되어 회전되는 임펠라에 의해 내부공기가 강제순환되어 청소기 외부와 내부의 압력차에 의해 발생되는 풍량에 의해 흡입구로부터 먼지 등의 오염물이 흡입되므로써 청소가 수행된다.
여기에서, 모터(40)로 공급되는 전압(V)과 전류(I)의 파형은 도 2에 도시된 바와 같다.
한편, 게이트신호에 따라 스위칭제어되는 트라이악(TRIAC : Triode AC Switch, 40)에 의해 전원공급부(10)로부터 공급되는 정현파 전압이 위상제어되어 비정현파 전압으로 가변된 다음 모터(30)로 공급되기 때문에 고조파전류가 발생된다.
최근에, 이러한 제품의 보급이 증가됨에 따라 전력계통으로 인입되는 고조파전류의 총량이 증가되어 전력용 콘덴서, 브레이커 등에 동작장애를 발생시킬 뿐만 아니라 변압기의 파괴 등을 유발하게 된다.
상기한 바와 같은 고조파전류로 인한 장애를 방지하기 위한 일환으로 IEC(International ElectrotechnIcal Commission : 국제전기표준회의)에서는 각 시험기관들이 연합하여 고조파전류를 제한하는 규격을 제정하였는데, 이러한 규정에 의하면 도 3에 나타낸 바와 같이, 90。위상에서 조절했을 때 청소기에서 발생되는 여러 고조파전류 중에, 문제가 되는 고조파전류는 3고조파전류(3rd Hamornic Current)이다.
따라서, 3고조파전류를 감쇄시키기 위한 기술에 대해 청소기와 관련된 여러 기술분야에서 다양하게 연구되고 있다.
한편, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 모터로부터 발생되는 고조파전류를 감쇄시킬 수 있는 모터의 고조파전류 감쇄장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모터의 고조파전류 감쇄장치는, 정현파전압의 위상제어를 통해 비정현파전압으로 가변시켜 회전속도를 조절하는 모터에 있어서, E자코어와, 상기 E자코어에 권선된 코일 및 I자코어로 구성되는 리액터를 더 포함하며, 상기 리액터는 상기 모터로 공급되는 정격입력을 소정값으로 제한하고, 상기 E자코어와 I자코어는 그 크기와 재질이 소정크기 및 특정재질로 설정되는 한편, 상기 E자코어와 I자코어의 에어갭이 소정값으로 설정되며, 상기 E자코어에 권선되는 코일의 인덕턴스와 선경, 저항 및 권선수가 각각 소정값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 모터의 고조파전류 감쇄장치는, 정현파전압의 위상제어를 통해 비정현파전압으로 가변시켜 회전속도를 조절하는 모터에 있어서, E자코어와, 상기 E자코어에 권선된 코일 및 I자코어로 구성되는 리액터 및, 상기 리액터의 E자코어에 끼워지는 ［자클립을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도1은 종래의 통상적인 청소기 내의 모터구동회로를 도시한 도면,
도2와 도3은 종래의 통상적인 모터구동시에 발생되는 고조파전류를 설명하기 위한 도면,
도4는 본 발명의 일실시예에 따라 고조파전류를 감쇄시키기 위해 리액터가 구비된 모터구동회로를 도시한 도면,
도5는 도4에 도시된 리액터의 구조를 도시한 도면,
도6과 도7은 리액터가 구비된 모터구동시에 발생되는 고조파전류를 설명하기 위한 도면,
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 고조파전류 감쇄장치의 구조를 도시한 도면,
도9와 도10은 본 발명에 따른 모터의 고조파전류 감쇄장치에 따른 고조파전류를 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 전원공급부 20 : 리액터
22 : E자코어 24 : 코일
26 : I자코어 28 : I자클립
30 : 모터 40 : 트라이악
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 고조파전류를 감쇄시키기 위해 리액터가 구비된 모터구동회로를 도시한 도면으로서, 전원공급부(10), 리액터(20), 모터(30) 및 트라이악(40)으로 구성되는데, 종래의 모터구동회로와 비교참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 모터의 고조파전류 감쇄장치는 리액터(20)가 더 구비되어 구성된다는 것이다.
도 4에 있어서, 리액터(20)는 전원공급부(10)로부터 공급되는 정현파 전압을 위상지연시켜 3고조파전류를 감쇄시키는 것으로, 도 5에 도시된 그 구조도를 참조하면 알 수 있듯이, E자코어(22)와, 상기 E자코어(22)에 권선된 코일(24)과, I자코어(26)로 구성된다.
여기에서, 리액터(20)는 모터(30)로 공급되는 정격입력을 소정값(바람직하게는, 1250~1300W 정도)으로 제한하며, 상기 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)와 I자코어(26)는 소정크기(바람직하게는 57 X 48)로 설정되고, 그 재질은 각각 G11A이며, E자코어(22)와 I자코어(26) 간의 에어갭(Airgap)은 소정값(바람직하게는, 1.0mm)으로 설정된다.
또한, 상기 E자코어(22)에 권선되는 코일(24)의 인덕턴스는 소정값(바람직하게는 10mH 정도)으로 설정되고, 코일(24)의 선경은 소정값(바람직하게는, 1.0Φ)으로 설정되며, 코일(24)의 저항(R)은 소정값(바람직하게는, 0.345Ω)으로 설정되고, 이때 코일(24)의 권선수는 소정범위(140~210)로 설정된다.
상기한 바와 같이 구성된 리액터(20)가 구비된 고조파전류 감쇄장치는, 전원공급부(10)로부터의 교류전원이 리액터(20)를 통해 모터(30)로 공급되어 모터(30)가 구동되고, 모터(30)의 회전에 연동되어 회전되는 임펠라에 의해 내부공기가 강제순환되어 청소기 외부와 내부의 압력차에 의해 발생되는 풍량에 의해 흡입구로부터 먼지 등의 오염물이 흡입되므로써 청소가 수행된다.
이때, 게이트신호에 따라 스위칭제어되는 트라이악(40)에 의해 정현파전압이 위상제어되므로써, 비정현파전압으로 가변되어 모터(30)로 공급되는데, E자코어(22)와, 이 E자코어(22)에 권선된 코일(24) 및 I자코어(26)로 구성된 리액터(20)를 통해 3고조파전류가 감쇄된다.
상세하게는, 리액터(20)를 통해 모터(30)로 공급되는 정격입력이 가변되어 3고조파전류가 감쇄되는데, 이에 대한 실험데이타는 하기 표1에 나타낸 바와 같다.
모터로 공급되는 정격입력에 따른 3고조파전류의 실험데이타
하모니 No. 정격입력(W) IEC규정 실험데이타 비고
3고조파전류 1333W 2.300A 2.627A FAIL
1361W 2.300A 2.650A FAIL
1391W 2.300A 2.720A FAIL
1256W 2.300A 2.214A PASS
1283W 2.300A 2.250A PASS
1302W 2.300A 2.280A PASS
여기에서, 리액터(20)를 통해 모터(30)로 공급되는 정격입력은 다양하게 가변시킬 수 있지만, 상기 표1에 나타낸 바와 같이, 그 범위가 약 1250W~1300W 정도일 때 3고조파전류가 감쇄된다.
이때, 소비전력은 입력드롭(Drop)을 감안해서 (1190W(하안규격)+100W(드롭율))~(1302W(3고조파전류 상한)+100W(드롭율)+20W(모터마진))=1290W~1422W이다.
특히, 리액터(20)를 통해 모터(30)로 공급되는 정격입력이 1320W 정도일 때 IEC규정에 부합될 뿐만 아니라 3고조파전류를 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.
그리고, 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)와 I자코어(26)의 크기가 소정값(L1 X L2, 바람직하게는 57 X 48mm)으로 설정되어 3고조파전류가 감쇄되는데, 이에 대한 실험데이타는 하기 표2에 나타낸 바와 같다.
리액터 크기에 따른 3고조파전류의 실험데이타
하모닉 No. 리액터크기(L1×L2) IEC규정 실험데이타 비고
3고조파전류 54×45 2.300A 2.320A FAIL
57×48 2.300A 2.260A PASS
여기에서, E자코어(22)와 I자코어(26)로 구성되는 리액터(20)의 크기는 다양할 수 있지만 상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 리액터(20)의 크기가 L1 X L2(57 X 48)일 때 3고조파 전류가 감쇄된다.
또한, 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)와 I자코어(26)의 재질이 G11A로 설정되어 3고조파전류가 감쇄되는데, 이에 대한 실험데이타는 하기 표3에 나타낸 바와 같다.
코어재질에 따른 3고조파전류의 실험데이타
하모닉 No. 코어재질 IEC규정 실험데이타 비고
3고조파전류 S20A 2.300A 2.308A~2.313A FAIL
S60 2.300A 2.304A FAIL
G11A 2.300A 2.254A~2.266A PASS
여기에서, 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)와 I자코어(26)의 재질은 다양할 수 있지만, 상기 표3에 나타낸 바와 같이, E자코어(22)와 I자코어(26)의 재질이 G11A일 때 3고조파전류가 감쇄된다.
또한, 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)와 I자코어(26)의 에어갭(d)이 소정간격(바람직하게는, 1.0mm)으로 설정되어 3고조파전류가 감쇄되는데, 이에 대한 실험데이타는 하기 표4에 나타낸 바와 같다.
에어갭에 따른 3고조파전류의 실험데이타
하모닉 No. 에어갭(d) IEC규정 실험데이타 비고
3고조파전류 0.5mm 2.300A 2.352A FAIL
1.0mm 2.300A 2.264A PASS
1.5mm 2.300A 2.323A FAIL
여기에서, 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)와 I자코어(26)간의 에어갭(d)은 다양할 수 있지만, 상기 표4에 나타낸 바와 같이, E자코어(22)와 I자코어(26)간의 에어갭(d)이 1.0mm일 때 3고조파전류가 효과적으로 감쇄된다.
그리고, E자코어(22)에 소정값(바람직하게는, 약10mH 정도)으로 설정된 인덕턴스에 의해 3고조파전류가 감쇄된다.
또한, 상세하게는, E자코어(22)에 권선된 코일의 선경이 소정값(바람직하게는, 1.0Φ)으로 설정되어 3고조파전류가 감쇄되는데, 이에 대한 실험데이타는 하기 표5에 나타낸 바와 같다.
코일선경에 따른 3고조파전류의 실험데이타
하모닉 No. 코일선경 IEC규정 실험데이타 비고
3고조파전류 0.8Φ 2.300A 2.320A FAIL
1.0Φ 2.300A 2.260A PASS
여기에서, E자코어(22)에 권선되는 코일(24)의 선경은 다양할 수 있지만, 상기 표5에 나타낸 바와 같이, E자코어(22)에 권선되는 코일(24)의 선경이 1.0Φ일때 3고조파전류가 감쇄된다.
그리고, 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)에 권선된 코일(24)의 저항(R)을 소정값(바람직하게는, 0.345Ω정도)로 설정되어 3고조파전류가 감쇄된다.
또한, 상세하게는, 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)에 권선된 코일(24)의 권선수를 소정수(바람직하게는, 140 내지 210 정도)로 설정되어 3고조파전류가 감쇄되는데, 이에 대한 실험데이타는 하기 표6에 나타낸 바와 같다.
코일의 권선수에 따른 3고조파전류의 실험데이타
하모닉 No. 코일권선수 IEC규정 실험데이타 비고
3고조파전류 종래 2.300A 2.674A FAIL
210 2.300A 1.9734A PASS
200 2.300A 1.9958A PASS
190 2.300A 2.010A PASS
180 2.300A 2.044A PASS
170 2.300A 2.085A PASS
160 2.300A 2.110A PASS
150 2.300A 2.112A PASS
140 2.300A 2.189A PASS
여기에서, 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)에 권선되는 코일(24)의 권선수를 다양하게 가변시킬 수 있지만, 상기 표6에 나타낸 바와 같이, 그 범위가 약140~210정도일 때 3고조파전류가 감쇄된다.
상기한 바와같이, 리액터(20)를 통해 모터(30)로 공급되는 정격입력을 소정값(바람직하게는, 1320W 정도)으로 제한하고, 상기 리액터(20)를 구성하는 E자코어(22)와 I자코어(26)의 크기를 소정크기(바람직하게는 57 X 48)로 설정하며, 그 재질을 각각 G11A을 사용하고, E자코어(22)와 I자코어(26) 간의 에어갭(Airgap)을 소정값(바람직하게는, 1.0mm)으로 설정하며, 또한 상기 E자코어(22)에 권선되는 코일(24)의 인덕턴스를 소정값(바람직하게는 10mH 정도)으로 설정하고, 코일(24)의 선경을 소정값(바람직하게는, 1.0Φ)으로 설정하며, 코일(24)의 저항(R)을 소정값(바람직하게는, 0.345Ω)으로 설정하고, 코일(24)의 권선수를 소정범위(140~210)로 설정함으로써, 3고조파전류를 감쇄시킬 수 있는 것이다.
도 6은 상기한 바와 같은 리액터(20)가 구비된 모터구동회로에서의 전압(V)과 전류(I)를 각각 나타내고, 도 7은 이에 따라 3고조파전류가 감쇄된 것을 실험데이타로서 각각 나타내며, 도6과 도7을 참조하면 알 수 있듯이, 정현파전압의 위상제어시에 발생되는 3고조파전류가 리액터(20)를 통해 감쇄된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 고조파전류 감쇄장치를 도시한 도면으로서, 도 5와 도 8을 비교참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 고조파전류 감쇄장치는 E자코어(22)의 외주면에 [자형의 클립(28)이 끼워진 형상으로 구성되는데, 이때 [자클립(28)은 그 두께(T)가 약0.5~2.5mm이고, 재질은 규소강판으로서, 반드시 E자코어(22)의 외주면에 밀착조립되어야 한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 다른 실시예에 따른 모터의 고조파전류 감쇄장치의 동작과정에 대하여 도 8 내지 도 10을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 전원공급부(10)로부터의 교류전원이 리액터(20)를 통해 모터(30)로 공급되어 모터(30)가 구동되고, 모터(30)의 회전에 연동되어 회전되는 임펠라에 의해 내부공기가 강제순환되어 청소기 외부와 내부의 압력차에 의해 발생되는 풍량에 의해 흡입구로부터 먼지 등의 오염물이 흡입되므로써 청소가 수행된다.
한편, 게이트신호에 따라 스위칭제어되는 트라이악(40)에 의해 정현파전압이 위상제어되므로써, 비정현파전압으로 가변되어 모터(30)로 공급되는데, 이때 E자코어(22)와, 이 E자코어(22)에 권선된 코일(24) 및 I자코어(26)로 구성된 리액터(20)를 통해 3고조파전류가 감쇄된다.
도 9는 상기한 바와 같은 E자코어(22)의 외주면에 [자클립(28)이 끼워진 상태에서 모터(30)로 공급되는 전압(V)과 전류(I)를 각각 나타내고, 도 10은 이에 따라 3고조파전류가 감쇄된 것을 실험데이타로서 각각 나타낸다.
도 9와 도 10을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 [자클립(28)이 E자코어(22)의 외주면에 끼워진 고조파전류 감쇄장치는, [자클립(28)이 끼워지지 않은 고주파전류 감쇄장치에 비해 정현파전압의 위상제어시에 발생되는 3고조파전류가 월등하게 감쇄되는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 이용하면, 정현파전압의 위상제어시에 발생되는 3고조파전류가 효과적으로 감쇄되므로, IEC규정에도 부합될 뿐만 아니라, 전력 계통의 동작장애를 미연에 방지할 수 있고, 제품판매를 증진시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (12)

  1. (정정)
    모터의 전원전류에 연결되는 두 개의 단자를 가진 코일과, 칼럼부에 3개의 병렬 돌기부를 가진 E자코어와, I자코어로 구성된 리액터를 구비하고,
    상기 E자코어와 I자코어는 각각 E자코어의 3개 돌기부와 I자코어 사이에 형성된 에어갭을 포함하며,
    상기 코일은 E자코어의 3개 돌기부중에 중심 돌기부상에 감겨져 있고,
    상기 I자코어의 반대방향에서 E자코어의 외주면에 끼워지는 클립과,
    상기 클립의 재질은 규소강판인 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리액터는 상기 모터로 공급되는 정격입력을 1320W 정도로 제한하는 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
  3. (정정)
    제1항에 있어서,
    상기 E자코어와 I자코어의 전체폭은 에어갭이 약 57.5mm~58.5mm이고, E자코어의 높이는 I자코어의 높이와 같은 대략 47.5mm~48.5mm인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 E자코어와 I자코어의 재질은 G11A인 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 E자코어와 I자코어의 에어갭은 1.0mm인 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코일의 인덕턴스는 10mH정도인 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코일의 선경은 1.0Φ인 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코일의 저항은 0.345Ω 정도인 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코일의 권선수는 140 내지 210정도인 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
  10. (삭제)
  11. (삭제)
  12. (정정)
    제1항에 있어서,
    상기 클립의 두께는 0.5~2.5mm인 것을 특징으로 하는 모터의 고조파전류 감쇄장치.
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