KR100320179B1 - Speed control apparatus by variable frequency for induction motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 관한 것으로, 종래에는 슬립을 이용하여 전동기의 속도를 가변하는 경우 효율이 저하되고, 가변속도의 범위가 축소되는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 입력되는 AC 220V의 전원전압을 브리지 다이오드를 이용하여 정류시켜 맥동전압을 출력하는 정류부(31)와, 상기 정류부(31)에서 출력되는 맥동전압을 평활시킨 직류전압을 출력하고, 역률을 제어하기 위한 평활부(32)와, 상기 평활부(32)에서 직류전압을 공급받고 제1, 제2 스위칭 제어신호에 의해 하위의 제4, 제2 스위칭소자(Q4),(Q2)가 온됨에 따라 그에 연동하여 상위의 제1, 제3스위칭소자(Q1),(Q3)가 온되어 유도전동기(34)를 구동시키게, 상기 스위칭소자(Q1-Q4)가 상기 유도전동기(34)와 함께 에이치 브리지형태로 구성되는 스위치 구동부(33)로 구성하여, 효율을 상승시키고, 속도 제어범위를 확장할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a speed control apparatus using a variable frequency of an induction motor. In the related art, when the speed of the motor is changed by using slip, the efficiency is lowered and the range of the variable speed is reduced. Therefore, the present invention rectifies the input power voltage of AC 220V using a bridge diode to output a pulsating voltage and a DC voltage smoothing the pulsating voltage output from the rectifier 31, power factor The smoothing unit 32 for controlling the voltage, and the lower fourth and second switching elements Q4 and Q2 are supplied by the smoothing unit 32 and the DC voltage is supplied by the first and second switching control signals. As it turns on, the first and third switching elements Q1 and Q3 of the upper side are turned on to drive the induction motor 34 so that the switching elements Q1 to Q4 are connected to the induction motor 34. Together with the switch drive unit 33 is configured in the form of an H bridge, to increase the efficiency and to extend the speed control range.
Description
본 발명은 단상 유도전동기를 주파수로 제어하여 고효율로 속도를 변화시킬 수 있도록 한 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 관한 것으로, 특히 속도 제어범위를 확장시킬 수 있도록 한 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed control apparatus using a variable frequency of an induction motor that can change speed with high efficiency by controlling a single phase induction motor. It relates to a speed control device.
도 1은 종래 단상 유도전동기의 위상제어에 의한 속도 제어장치에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시된 바와같이 팬(FAN)등을 구동하기 위한 유도 전동기(10)와, 게이트 구동신호에 따라 교류전원을 단속시켜 상기 유도 전동기(10)에 인가되는 전력을 통제하는 트라이악(Tr)과, 상기 트라이악(Tr)을 보호하기 위한 바리스터(20)로 구성된다.1 is a circuit configuration diagram of a speed control apparatus using a phase control of a conventional single-phase induction motor. As shown in FIG. 1, an induction motor 10 for driving a fan or the like and an AC power source according to a gate driving signal are shown. It consists of a triac (Tr) for controlling the power applied to the induction motor 10 by intermittent and a varistor 20 for protecting the triac (Tr).
이와같이 구성된 종래기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.Looking at the prior art configured as described above is as follows.
전원전압단에서 AC 220V의 전원전압을 공급하면, 미도시된 제로-크로스 검출수단에서 전원전압을 입력받아 제로-크로스 포인트를 검출한다.When the power supply voltage of AC 220V is supplied from the power supply voltage terminal, the zero-cross detection means receives a power supply voltage and detects a zero-cross point.
제로-크로스 포인트가 검출되면, 그 제로-크로스 포인트로 부터 위상 제어를 위한 소정시간후에 트라이악(Tr)의 게이트단자(G)로 구동신호를 제공한다.When a zero-cross point is detected, a drive signal is provided from the zero-cross point to the gate terminal G of the triac Tr after a predetermined time for phase control.
그러면 상기 트라이악(Tr)이 턴온되고, 전원전압단으로 부터의 교류전원이 상기 트라이악(Tr)과 병렬로 연결된 바리스터(20), 커패시터(C1)및 저항(R)에 의해 유도 전동기(10)에 도 2에 도시한 바와같은 전압이 공급된다.Then, the triac Tr is turned on, and the AC power source from the power supply voltage terminal is connected to the triac Tr in parallel by the varistor 20, the capacitor C1, and the resistor R to the induction motor 10. ) Is supplied with a voltage as shown in FIG.
즉, 바리스터(20), 커패시터(C1)및 저항(R)에 의해 위상 제어된 전압이 유도 전동기(10)에 공급된다.That is, the voltage controlled by the varistor 20, the capacitor C1, and the resistor R is supplied to the induction motor 10.
상기 위상 제어된 전압에 의해 슬립(slip)량을 조절하여 유도 전동기(10)의 속도를 조절한다.The speed of the induction motor 10 is controlled by adjusting the amount of slip by the phase controlled voltage.
이에따라 유도 전동기(10)가 구동하게 되어 팬을 구동시킨다.Accordingly, the induction motor 10 is driven to drive the fan.
이와같이 위상제어에 의한 유도 전동기의 토크 특성은 도 5에 도시된 바와같다.Thus, the torque characteristics of the induction motor by the phase control is as shown in FIG.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서, 슬립을 이용하여 유도 전동기의 속도를 가변하는 경우 효율이 저하되고, 가변속도의 범위가 축소되는 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, when the speed of the induction motor is changed by using slip, the efficiency is lowered and the range of the variable speed is reduced.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 단상유도전동기의 속도를 주파수로 가변시킬 경우 드웰(dwell) 제어를 통해 가변하도록 함으로써, 고효율의 운전이 가능하도록 한 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치를 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to change the speed of the single-phase induction motor to the frequency through the dwell (dwell) control, the variable of the induction motor to enable high efficiency operation It is to provide a speed control device by frequency.
본 발명의 다른 목적은 유도전동기를 드웰 제어를 통해 제어함으로써, 속도 제어 범위의 확장이 가능하도록 한 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a speed control apparatus using a variable frequency of an induction motor, which enables expansion of a speed control range by controlling an induction motor through dwell control.
도 1은 종래 유도전동기의 위상제어에 의한 속도 제어장치에 대한 회로 구성도.1 is a circuit configuration diagram of a speed control apparatus by phase control of a conventional induction motor.
도 2는 도 1에서, 위상 제어시 전동기에 인가되는 전압 파형도.FIG. 2 is a voltage waveform diagram applied to an electric motor in phase control in FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 대한 회로 구성도.Figure 3 is a circuit diagram of a speed control apparatus according to a variable frequency of the induction motor of the present invention.
도 4는 도 3에서, 저속 및 고속 구동시 스위치구동 펄스 파형도.FIG. 4 is a waveform diagram of a switch drive pulse at a low speed and a high speed drive in FIG. 3; FIG.
도 5는 도 1에서, 위상 제어시 토크 특성도.FIG. 5 is a torque characteristic diagram during phase control in FIG. 1; FIG.
도 6은 도 3에서, 주파수 제어시 토크 특성도.6 is a torque characteristic diagram at the time of frequency control in FIG.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
31 : 정류부32 : 평활부31: rectifying part 32: smoothing part
33 : 스위칭 구동부34 : 유도전동기33: switching driver 34: induction motor
Q1-Q4 : 트랜지스터Q1-Q4: Transistor
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 AC 220V의 전원전압을 브리지 다이오드를 이용하여 정류시켜 맥동전압을 출력하는 정류부와, 상기 정류부에서 출력되는 맥동전압을 평활시킨 직류전압을 출력하고, 역률을 제어하기 위한 평활부와, 상기 평활부에서 직류전압을 공급받고 제1, 제2 스위칭 제어신호에 의해 하위의 제4, 제2스위칭소자가 온됨에 따라 그에 연동하여 상위의 제1, 제3스위칭소자가 온되어 유도전동기를 구동시키게, 상기 제1, 제4 스위칭소자가 상기 유도전동기와 함께 에이치(H) 브리지형태로 구성되는 스위치 구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention rectifies a power supply voltage of AC 220V using a bridge diode to output a pulsating voltage, and outputs a DC voltage smoothing the pulsating voltage output from the rectifying unit, A smoothing unit for controlling and a lower first and third switching elements are interlocked with the DC voltage supplied from the smoothing unit and the lower fourth and second switching elements are turned on by the first and second switching control signals. The element is turned on to drive the induction motor, characterized in that the first and fourth switching element is composed of a switch driver configured in the form of an H (H) bridge with the induction motor.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와같이 입력되는 AC 220V의 전원전압을 브리지 다이오드를 이용하여 정류시켜 맥동전압을 출력하는 정류부(31)와, 상기 정류부(31)에서 출력되는 맥동전압을 평활시킨 직류전압을 출력하고, 역률을 제어하기 위한 평활부(32)와, 상기 평활부(32)에서 직류전압을 공급받고, 제1, 제2 스위칭 제어신호에 의해 하위의 제2, 제4스위칭소자(Q2),(Q4)가 온됨에 따라 그에 연동하여 상위의 제3, 제1스위칭소자(Q3),(Q1)가 온되어 유도전동기(34)를 구동시키게, 상기 스위칭소자(Q1-Q4)가 상기 유도전동기(34)와 함께 에이치 브리지형태로 구성되는 스위치 구동부(33)로 구성한다.3 is a circuit configuration diagram of a speed control apparatus using a variable frequency of the induction motor of the present invention. As shown in FIG. ), A DC voltage obtained by smoothing the pulsation voltage output from the rectifier 31, a smoothing unit 32 for controlling the power factor, and a DC voltage supplied from the smoothing unit 32, As the lower second and fourth switching elements Q2 and Q4 are turned on by the second switching control signal, the upper third and first switching elements Q3 and Q1 are turned on in association with the lower switching second and fourth switching elements Q2 and Q4. In order to drive the electric motor 34, the switching elements Q1-Q4 are composed of a switch driver 33 formed in an H bridge form together with the induction motor 34.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.
전원전압단으로 부터 AC 220V의 교류전원이 공급되면, 이를 정류부(31)에서 입력받아 브리지 다이오드를 이용하여 정류하고, 그 정류된 맥동전압을 평활부(32)로 출력시킨다.When AC power of AC 220V is supplied from the power supply voltage terminal, it is inputted from the rectifying unit 31 and rectified using a bridge diode, and the rectified pulsating voltage is output to the smoothing unit 32.
이에 상기 평활부(32)는 상기 정류부(31)로 부터 출력되는 맥동전압을 커패시터(C)를 이용하여 평활시켜 역률을 개선토록 함과 아울러 맥동전압을 직류전압으로 만들어 스위치 구동부(33)로 제공한다.Accordingly, the smoothing unit 32 smoothes the pulsating voltage output from the rectifying unit 31 by using the capacitor C to improve the power factor and provides the pulsating voltage as a DC voltage to the switch driver 33. do.
이때 미도시된 마이크로 컴퓨터에서 유도전동기(34)를 구동시키기 위하여 제1, 제2 스위칭 제어신호(S1),(S2)를 스위칭 구동부(33)의 스위칭소자(Q4),(Q2)로 인가하면, 상기 스위칭소자(Q4,Q1),(Q2,Q3)가 턴온 또는 턴오프되어 유도전동기(34)로 전압을 공급한다.In this case, when the first and second switching control signals S1 and S2 are applied to the switching elements Q4 and Q2 of the switching driver 33 in order to drive the induction motor 34 in the not shown microcomputer. The switching elements Q4 and Q1 and Q2 and Q3 are turned on or off to supply voltage to the induction motor 34.
여기서, 상기 상위의 제1,제3스위칭소자(Q1,Q3)는 피엔피(PNP) 트랜지스터 또는 P-채널 모스형 전계효과트랜지스터나 IGBT를 사용하고, 하위의 제2,제4스위칭소자(Q2,Q4)는 엔피엔(NPN) 트랜지스터 또는 N채널 모스형 전계효과트랜지스터나 IGBT를 사용한다.Here, the upper first and third switching elements Q1 and Q3 use a PNP transistor or a P-channel MOS field effect transistor or IGBT, and the lower second and fourth switching elements Q2. Q4) uses an NPN transistor or an N-channel MOS field effect transistor or IGBT.
가령 유도전동기(34)를 저속으로 구동시키고자 할 경우에는 마이크로 컴퓨터에서, 도4의(a)에서와 같이, 드웰타임(dwell time)을 작게한 고전위 펄스의 스위칭 제어신호(S1),(S2)를 출력한다. 즉, 고전위 펄스의 스위칭 제어신호(S1),(S2)를 교대로 출력함에 있어, 그 두 스위칭제어신호(S1),(S2)의 사이에 어느정도의 긴 시간차를 두고 출력한다.따라서, 상기 고전위 펄스의 스위칭제어신호(S1)가 출력된 상태에서는 하위의 제4스위칭소자(Q4)가 온되고, 그 제4스위칭소자(Q4)의 온에 의해 저항(R33)을 통해 상위의 제1스위칭소자(Q1)의 베이스에 저전위 신호가 인가되어 그 제1스위칭소자(Q1)도 온되며, 이에따라 평활부(32)로 부터 공급되는 전압에 의해 전류는 상위의 제1스위칭소자(Q1), 유도전동기(34) 및 하위의 제4스위칭소자(Q4)를 통해 흐르게 된다.또한, 상기 고전위 펄스의 스위칭제어신호(S2)가 출력된 상태에서는 하위의 제2스위칭소자(Q2)가 온되고, 그 제2스위칭소자(Q2)의 온에 의해 저항(R37)을 통해 상위의 제3스위칭소자(Q3)의 베이스에 저전위신호가 인가되어 그 제3스위칭소자(Q3)도 온되며, 이에따라 평활부(32)로 부터 공급되는 전압에 의해 전류는 상위의 제3스위칭소자(Q3), 유도전동기(34) 및 하위의 제2스위칭소자(Q2)를 통해 흐르게 된다.결국, 스위칭제어신호(S1)에 의해 하위의 제4스위칭소자(Q4) 및 상위의 제1스위칭소자(Q1)가 온된상태에서는 전류가 유도전동기(34)의 일측으로 부터 하측으로 흐르게 되고, 스위칭 제어신호(S2)에 의해 하위의 제2스위칭소자(Q2) 및 상위의 제3스위칭소자(Q3)가 온된상태에서는 전류가 상기와 반대로 유도전동기(34)의 타측으로 부터 일측으로 흐르게 되어, 상기 이에따라 유도전동기(34)는 회전하게 된다.For example, when the induction motor 34 is to be driven at a low speed, in the microcomputer, as shown in FIG. 4 (a), the switching control signal S1 of a high potential pulse having a small dwell time is reduced. Outputs S2). In other words, in outputting the switching control signals S1 and S2 of the high potential pulse alternately, the switching control signals S1 and S2 are output with a certain long time difference between the two switching control signals S1 and S2. In the state where the switching control signal S1 of the high potential pulse is output, the lower fourth switching element Q4 is turned on, and by turning on the fourth switching element Q4, the upper first switch is turned on through the resistor R33. The low potential signal is applied to the base of the switching element Q1 and the first switching element Q1 is also turned on. Accordingly, the current is higher by the voltage supplied from the smoothing unit 32. In addition, the induction motor 34 flows through the fourth switching device Q4 and the lower switch. In addition, when the switching control signal S2 of the high potential pulse is output, the second switching device Q2 is turned on. When the second switching element Q2 is turned on, a low potential signal is applied to the base of the upper third switching element Q3 through the resistor R37. The third switching element Q3 is also turned on, so that the current is supplied by the voltage supplied from the smoothing unit 32 to the upper third switching element Q3, the induction motor 34, and the lower second switching element. In the state where the lower fourth switching element Q4 and the upper first switching element Q1 are turned on by the switching control signal S1, current flows through the element Q2. When the lower second switching element Q2 and the upper third switching element Q3 are turned on by the switching control signal S2, the current flows from the one side to the lower side. From the other side to flow to one side, the induction motor 34 is rotated accordingly.
이와같은 방법에 의해 유도전동기(34)가 저속으로 회전하게 된다.In this way, the induction motor 34 rotates at a low speed.
그리고, 상기 유도전동기(34)를 고속으로 회전시킬 경우 도4의(b)에서와 같이 드웰 타임을 크게한다. 즉, 고전위 펄스의 스위칭 제어신호(S1),(S2)를 교대로 출력함에 있어, 그 두 스위칭 제어신호(S1),(S2)의 사이에 짧은 시간차를 두고 출력된다.When the induction motor 34 is rotated at high speed, the dwell time is increased as shown in FIG. That is, in alternately outputting the switching control signals S1 and S2 of the high potential pulse, the switching control signals S1 and S2 are output with a short time difference between the two switching control signals S1 and S2.
이상에서와 같이 유도전동기(34)를 저속으로 회전시킬 경우에는 드웰 타임을 작게 하고, 유도전동기(34)를 고속으로 회전시킬 경우에는 드웰 타임을 크게하여 회전시킨다.As described above, when the induction motor 34 is rotated at a low speed, the dwell time is decreased, and when the induction motor 34 is rotated at a high speed, the dwell time is increased.
이와같은 방법으로 유도전동기(34)를 회전시킬 때 발생되는 토크는 도 6에 도시한 바와같다.The torque generated when the induction motor 34 is rotated in this manner is as shown in FIG.
따라서 종래 슬립제어 방법으로 유도전동기(34)를 회전시킬 때 발생하는 도 5에 도시한 토크와 본 발명의 주파수제어로 유도전동기를 회전시킬 때 발생하는 도 6에도시한 토크를 비교해 보면, 본 발명이 모터의 고효율 부분을 이용하기 때문에 효율을 올릴 수 있다.Therefore, the torque shown in FIG. 5 generated when the induction motor 34 is rotated by the conventional slip control method is compared with the torque shown in FIG. 6 generated when the induction motor is rotated by the frequency control of the present invention. The efficiency can be increased by using the high efficiency part of this motor.
또한 속도 제어범위가 종래에 비해 확장 가능하다.In addition, the speed control range is expandable compared to the conventional.
따라서, 본 발명은 주파수조절로 모터를 구동시킴으로써, 효율을 상승시키고, 속도 제어범위를 확장할 수 있도록 한 효과가 있다.Therefore, the present invention has the effect of increasing the efficiency and extending the speed control range by driving the motor by frequency control.
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| KR20000054901A (en) | 2000-09-05 |
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