KR100394022B1 - 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법 - Google Patents

Abstract

마찰 토크가 매우 큰 포일 베어링을 장착한 유도전동기의 기동 시에도 정상적으로 기동될 수 있도록 한 유도전동기의 기동전압 및 기동시간 제어방법에 관한 것으로, 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법에 있어서, 상기 유도전동기의 초기 기동전압 및 초기 기동시간을 설정하는 단계; 상기 설정된 초기 기동전압으로 상기 유도전동기가 기동되면 상기 초기 기동전압을 상기 유도전동기의 기동전압으로 설정하고, 기동되지 않으면 상기 초기 기동전압을 설정 전압변동치 단위로 증가시켜 유도전동기의 기동 여부를 확인하고 기동이 이루어지는 전압을 상기 유도전동기의 기동전압으로 설정하는 단계; 그리고, 상기 유도전동기의 기동전압이 설정되고 상기 설정된 초기 기동시간으로 기동되면 상기 초기 기동시간을 설정 기동시간 변동비 단위로 감소시켜 유도전동기의 기동 여부를 확인하고 기동이 이루어지는 최소의 기동시간을 상기 유도전동기의 기동시간으로 설정하는 단계를 포함하여 이루어지며, 기동시의 시작전압과 기동시간을 가변적으로 설정할 수 있으므로 기동시의 마찰 토크가 일반적인 볼 베어링에 비하여 매우 큰 포일 베어링을 장착한 유도전동기의 기동토크를 극복하고 신뢰성 있는 자속제어를 할 수 있는 효과가 있다.

Description

유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법{Method for controlling starting voltage/starting time of induction motor drive}

본 발명은 유도전동기에 관한 것으로, 특히 기동 토크가 큰 유도전동기의 기동전압 및 기동시간 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 유도전동기는 교류전원을 입력받아 구동되는 교류전동기의 일종으로서, 회전하지 않는 고정자와 회전할 수 있는 회전자로 이루어지며, 고정자 권선에 전류를 인가하여 회전자계가 발생되면 회전자 권선에 유도전류가 흘러서 토크가 발생되고, 이 토크에 의해 회전자가 회전하도록 구성된다.

이와 같은 유도전동기를 구동시키는 유도전동기 구동장치는 유도전동기로 공급되는 전원의 주파수 및 전압레벨을 조절함으로써 유도전동기의 속도를 제어한다. 즉, 목표로 하는 회전속도를 설정하고, 설정된 회전속도에 상응하는 주파수 및 전압레벨의 전원을 유도전동기로 공급함으로써 유도전동기의 속도를 제어할 수 있는 것이다.

또한, 유도전동기의 구동장치로 인버터를 사용하여 전압/주파수(V/F) 운전을 할 경우, 특히 대용량 인버터일 때 가제어 소자 구동회로상의 증폭기에서 소량의 오차, 가제어 소자의 상간 온도불평형 또는 모터 권선 저항의 차이 등으로 인하여 전동기에 상간 불평형 전류가 흐르게 되고 이로 인하여 수초간격으로 전류가 진동하거나 토크맥동등을 유발시킨다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 유도전동기의 구동장치 및 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 유도전동기의 구동장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 유도전동기의 주파수에 따른 전압변화를 나타낸 그래프이다.

일반적인 유도전동기의 구동장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 상용전원을 공급하는 전원공급부(1)와, 상기 전원공급부(1)로부터 공급되는 상용전원을 전파 정류하는 정류부(2)와, 상기 정류부(2)의 출력을 소정 전압으로 변압하는 플라이백 컨버터(3)와, 상기 플라이백 컨버터(3)의 출력전압을 주파수 변환하는 인버터(4)와, 상기 인버터(4)의 출력을 입력받아 구동하는 유도전동기(8)와, 상기 유도전동기(8)의 설정 회전속도에 따라 상기 인버터(4)에서 상기 유도전동기(8)로 공급되는 3상전압의 주파수를 조절하는 마이콤(5)과, 상기 마이콤(5)의 제어에 따라 상기 인버터(4)로 공급되는 전압을 조절하는 컨버터 구동부(6)와, 상기 마이콤(5)의 제어에 따라 상기 유도전동기(8)로 공급되는 주파수를 조절하는 인버터 구동부(7)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 유도전동기의 구동장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 정류부(2)는 상기 전원공급부(1)로부터 공급되는 상용교류전원(AC)을 전파 정류하여 상기 플라이백 컨버터(3)로 공급하고, 상기 플라이백 컨버터(3)는 상기 정류부(2)로부터 공급된 직류전압을 소정전압으로 변압하여 상기 인버터(4)로 공급한다.

이때, 상기 마이콤(5)은 상기 유도전동기(8)의 설정 회전속도에 따라 상기 플라이백 컨버터(3)의 출력전압을 조절하도록 제어하며, 상기 마이콤(5)의 제어에 따라 상기 플라이백 컨버터(3)가 구동되어 상기 인버터(4)로 공급되는 직류전압을 원하는 전압으로 조절한다.

그리고, 상기 인버터(4)는 상기 플라이백 컨버터(3)의 출력 전압을 주파수 변환하여 3상 전압을 상기 유도전동기(8)로 공급한다. 이때, 상기 마이콤(5)은 상기 유도전동기(8)의 설정 회전속도에 따라 상기 인버터(4)에서 상기 유도전동기(8)로 공급되는 3상전압의 주파수를 변환하도록 상기 인버터 구동부(7)를 제어하고, 상기 인버터 구동부(7)는 상기 마이콤(5)의 제어에 따라 상기 인버터(4)를 구동시켜 상기 유도전동기(8)로 공급되는 3상 전압의 주파수를 원하는 주파수로 조절한다.

이와 같이 상기 인버터(4)에서 출력되는 출력전압의 주파수 및 크기의 변화를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 볼 베어링(Ball Bearing)이 장착된 유도전동기를 자속 제어방식으로 구동하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이, 주파수에 따라 전압이 비례하는 사선모양(A)을 가지면서, 정해진 기동시간동안 출력되도록 인버터의 출력을 제어함을 알 수 있다.

즉, 유도전동기의 기동시 회전수가 없을때의 전압과 기동시간에 대한 명확한 규정이 없이도 기동 전류가 허용 가능한 최대 전류만 초과하지 않도록 하여 구동이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 종래 기술에 따른 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법은 설정된 전압/주파수 형태(V/F Pattern)에서는 일반적으로 주파수(F)가 0인 부분에서의 전압(V) 0 이거나 매우 낮게 일정하게 설정되어 있으므로 마찰 토크가 일반적인 볼 베어링(Ball Bearing)보다 큰 포일 베어링(Foil Bearing)이 장착된 유도전동기가 구동 되지 않는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 마찰 토크가 매우 큰 포일 베어링을 장착한 유도전동기의 기동 시에도 정상적으로 기동될 수 있도록 한 유도전동기의 기동전압 및 기동시간 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 유도전동기의 구동장치를 나타낸 블록도

도 2는 종래 기술에 따른 유도전동기의 인버터 출력전압에 따른 주파수 변화를 나타낸 그래프

도 3은 본 발명에 따른 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법을 나타낸 플로우차트

도 4는 본 발명에 따른 유도전동기의 인버터 출력전압에 따른 주파수 변화를 나타낸 그래프

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법은 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법에 있어서, 상기 유도전동기의 초기 기동전압 및 초기 기동시간을 설정하는 단계; 상기 설정된 초기 기동전압으로 상기 유도전동기가 기동되면 상기 초기 기동전압을 상기 유도전동기의 기동전압으로 설정하고, 기동되지 않으면 상기 초기 기동전압을 설정 전압변동치 단위로 증가시켜 유도전동기의 기동 여부를 확인하고 기동이 이루어지는 전압을 상기 유도전동기의 기동전압으로 설정하는 단계; 그리고, 상기 유도전동기의 기동전압이 설정되고 상기 설정된 초기 기동시간으로 기동되면 상기 초기 기동시간을 설정 기동시간 변동비 단위로 감소시켜 유도전동기의 기동 여부를 확인하고 기동이 이루어지는 최소의 기동시간을 상기 유도전동기의 기동시간으로 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는데 그 특징이 있다.

본 발명은 포일 베어링(Foil Bearing)이 장착된 유도전동기의 기동시 마찰 토크를 극복하기 위하여 마찰 토크를 회로적인 문제가 발생되지 않고 극복하도록 기동시의 시작전압인 기동전압과 기동시간 이라는 두 요소를 적절히 선택한다.

또한, 일반적으로 초고속 유도전동기의 고정자 저항 및 이를 포함한 임피던스는 저속형보다 매우 작으며 기동시의 전류는 주로 매우 작은 임피던스의 영향을 받게 되므로 기동시의 기동전압은 수식을 이용하여 그 값을 정하기가 어려우며 과도한 기동전압은 회로에 무리를 줄 수도 있기 때문에 이를 피하기 위한 안전한 기동전압을 찾는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법을 나타낸플로우차트이며, 도 4는 본 발명에 따른 인버터의 주파수에 따른 전압변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법은 도 3을 참조하면 먼저, 유도전동기의 초기 기동전압 및 초기 기동시간을 설정한다(S10). 이때, 초기 기동시간은 충분히 여유있게 설정한다.

이어서 기동 테스트가 실시되면 상기 설정된 초기 기동전압에 따라 기동이 성공되었는지 여부를 판단한다(S20∼30).

상기 판단 결과(S30), 상기 기동이 성공하지 않았으면 상기 초기 기동전압을 다음 수학식 1에 적용하여 새로운 기동전압을 산출하고, 상기 루틴(S20)으로 복귀한다(S40).

기동전압(New) = 기동전압(Old) + 전압 변동치

여기서, 전압 변동치는 사용자가 일정단위로 증가시키는 전압레벨 또는 일정단위로 증가되도록 설정된 전압레벨이다.

한편 상기 판단 결과(S30), 상기 기동에 성공하면 기동시의 전압을 기동전압으로 설정한다(S50).

그리고 다시 한번 기동 테스트를 실시하여 상기 설정된 초기 기동시간에 따라 기동이 성공되었는지 여부를 판단한다(S60∼70).

이어서 상기 판단 결과(S70), 상기 기동에 성공하였으면 상기 초기 기동시간을 다음 수학식 2에 적용하여 새로운 기동시간을 산출한다(S80).

기동시간(New) = 기동시간(Old) × 기동시간 변동비

여기서, 기동시간 변동비는 사용자가 일정단위로 조정하는 변동비율이거나, 기 설정된 변동비율이다.

또한 상기 판단 결과(S70), 상기 새로운 기동시간으로 기동 테스트를 실시하여 기동을 성공하지 않으면 이전에 테스팅했던 기동시간을 상기 유도전동기의 기동시간으로 설정한다(S90).

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법은, 임의로 설정된 초기 기동전압에서 기동이 되지 않는 경우 초기 기동전압에 소정의 전압 변동치를 가산시켜 조금씩 전압을 증가시키면서 기동이 가능한 전압을 찾아 이를 기동전압으로 설정한다.

또한, 기동전압이 설정되면 기동시간을 설정하게 되는데, 초기 기동시간을 충분히 긴 기동시간으로 설정한 후 소정의 기동시간 변동비를 승산 시켜 조금씩 기동시간을 낮추어 가면서 기동이 가능한 짧은 기동시간을 찾아 이를 기동시간으로 설정한다.

이와 같이 본 발명에 따른 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법에 따라 기동전압 및 기동시간을 설정함으로써 이는 도 4에 도시된 바와 같이, 기준 그래프의 형태(A)에서 기동전압은 소정레벨 증가한 상태이며 기동시간은 소정시간 감소한 상태의 그래프의 형태(B)가 나타남을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 기동시의 마찰 토크가 볼 베어링보다 매우 큰 포일 베어링을 장착한 유도전동기의 기동 토크를 이겨낼 수 있는 자속제어를 위한 전압/주파수 패턴 및 그 전압/주파수 패턴에서 기동전압과 기동시간 이라는 두 요소를 적절히 선택하여 적용한다.

한편 본 발명은 기동 토크가 큰 다른 모터의 구동도 가능하며 예를 들어 밀폐된 공간에서 냉매가 포함된 공기를 압축하는 냉방, 냉동용 압축기의 경우 큰 기동 토크를 필요로 하기 때문에 본 발명을 적용하면 모터의 기동성능 향상도 기대할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법은 기동시의 시작전압과 기동시간을 가변적으로 설정할 수 있으므로 기동시의 마찰토크가 일반적인 볼 베어링에 비하여 매우 큰 포일 베어링을 장착한 유도전동기의 기동토크를 극복하고 신뢰성 있는 자속제어를 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법에 있어서,

   상기 유도전동기의 초기 기동전압 및 초기 기동시간을 설정하는 단계;

   상기 설정된 초기 기동전압으로 상기 유도전동기가 기동되면 상기 초기 기동전압을 상기 유도전동기의 기동전압으로 설정하고, 기동되지 않으면 상기 초기 기동전압을 설정 전압변동치 단위로 증가시켜 유도전동기의 기동 여부를 확인하고 기동이 이루어지는 전압을 상기 유도전동기의 기동전압으로 설정하는 단계; 그리고,

   상기 유도전동기의 기동전압이 설정되고 상기 설정된 초기 기동시간으로 기동되면 상기 초기 기동시간을 설정 기동시간 변동비 단위로 감소시켜 유도전동기의 기동 여부를 확인하고 기동이 이루어지는 최소의 기동시간을 상기 유도전동기의 기동시간으로 설정하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 초기 기동전압으로 유도전동기가 기동되지 않으면 상기 초기 기동전압을 설정 전압변동치 단위로 증가시켜 유도전동기의 기동 여부를 확인하고 기동이 이루어지는 전압을 상기 유도전동기의 기동전압으로 설정하는 단계는

   상기 설정된 초기 기동전압으로 유도전동기가 기동되지 않으면 상기 초기 기동전압과 설정 전압 변동치를 가산시켜 새로운 기동전압을 산출하는 단계와,

   상기 산출된 새로운 기동전압으로 유도전동기가 기동되면 상기 새로운 기동전압을 유도전동기의 기동전압으로 설정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 설정된 초기 기동시간으로 기동되면 상기 초기 기동시간을 설정 기동시간 변동비 단위로 감소시켜 유도전동기의 기동 여부를 확인하고 기동이 이루어지는 최소의 기동시간을 상기 유도전동기의 기동시간을 설정하는 단계는

   상기 유도전동기의 기동전압이 설정되고 상기 초기 기동시간으로 기동되면 상기 초기 기동시간에 설정 기동시간 변동비를 승산하여 새로운 기동시간을 산출하는 단계와,

   상기 산출된 새로운 기동시간에 따라 상기 유도전동기가 기동되지 않으면 상기 유도전동기의 기동정지 이전의 기동시간을 상기 유도전동기의 기동시간으로 설정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 유도전동기의 기동전압/기동시간 제어방법.
5. 삭제