KR100562028B1

KR100562028B1 - 정부하대출력 특성 팬 구동회로

Info

Publication number: KR100562028B1
Application number: KR1020040000245A
Authority: KR
Inventors: 문형태
Original assignee: 주식회사 벤토피아
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2006-03-16
Also published as: CN1906844A; CN100442649C; KR20050071866A; WO2005067130A1

Abstract

본 발명은 정부하대출력 특성 팬 구동회로에 관한 것으로서, 특히 팬의 부하에 대해 정부하대출력 특성을 보이는 구동회로로서, 동일 환기구를 사용하는 여러 환풍기나 환배기관 등의 부하가 변동하는 환기팬에 대해 일정한 공기의 토출량을 낼 수 있도록 하는 것으로서, 본 발명의 정부하대출력 특성 팬 구동회로는, 팬(10) 구동을 위한 3상 유도 전동기(20)와; 상기 3상 유도 전동기(20)에 전원을 인가하는 전원부(30)와; 상기 3상 유도 전동기(20)에 연결되어, 2상의 위상차를 만들기 위한 캐패시터 C2(40)와; 상기 3상 유도 전동기(20)에 직렬로 연결되어, 상기 팬(10)에 걸리는 부하가 변하더라도 일정한 공기의 토출량을 만드는 임피던스부(50)로 구성되어, 환배기구의 부하가 변동하였을 때에도, 구동회로의 부하조건이 이에 따라 변동하면서 유도전동기의 회전수를 증감시킴으로써, 토출되는 공기의 양을 일정하게 유지시키는 효과가 있는 것이다.

팬, 환기팬, 환풍기, 정부하대출력 특성, 환배기구, 환배기관, 팬 구동회로.

Description

정부하대출력 특성 팬 구동회로 {Fan driving circuit for positive pressure-to-output characteristic}

도 1은 본 발명의 정부하대출력 특성 팬 구동회로의 일 실시예를 도시하는

회로도,

도 2는 본 발명의 정부하대출력 특성 팬 구동회로의 부하곡선과 동작점을

도시하는 도,

도 3은 본 발명의 정부하대출력 특성 팬 구동회로의 다른 일 실시예를

도시하는 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 팬 20 : 3상 유도 전동기

30 : 전원부 40 : 캐패시터 C2

50 : 임피던스부 51 : 캐패시터 C1

52 : 저항 R1 60 : 저항 R2

70 : 스위치

본 발명은 정부하대출력 특성 팬 구동회로에 관한 것으로서, 특히 팬의 부하에 대해 정부하대출력 특성을 보이는 구동회로로서, 동일 환기구를 사용하는 여러 환풍기나 환배기관 등의 부하가 변동하는 팬에 대해 일정한 공기의 토출량을 낼 수 있도록 하는 정부하대출력 특성 팬 구동회로에 관한 것이다.

기존의 상업용 환기팬의 구동 회로는 주로 유도 전동기를 사용하여, 임의 조건에서 일정 속도로 구동하도록 되어 있어서, 고온이나 고습 등의 조건이 충족되면, 팬이 장착된 유도 전동기에 전원을 인가하여 전동기를 회전시킴으로써, 환기를 발생시키게 된다.

일반적으로 2상이나 3상의 유도 전동기를 사용하는 경우에는, 캐패시터를 사용하거나, 유도 전동기 내부의 자기회로를 바꾸어서, 유도 전동기의 회전을 유발할 수 있도록 고안되어 있다.

이때, 외부에서 인가하는 전원이 일정 주파수, 일정 크기의 전압이면, 부하에 대해 부특성을 나타내므로, 팬의 토출구의 부하 압력이 증가하면, 팬에 걸리는 부하가 증가하고, 이에 따라 전동기에 걸리는 토크가 증가하여 회전자의 회전수가 감소하게 된다. 이에 따라서, 토출되는 공기의 양이 감소하게 되어, 결과적으로 환기되는 공기의 양도 감소되는 것이다.

이러한 현상에 대한 대책으로는, 저가형의 경우에는 아무런 대책이 없이 제조되는 것이 현실이지만, 고가형의 경우에는 압력측정 궤환 및 제어회로를 추가한 환기팬 제어회로(미국특허공개 US2001/0033147)를 추가함으로써, 이런 문제점을 해결하고 있다.

여기서, 고가형에 적용되는 기존의 방법(미국특허공개 US2001/0033147)은, 3상 유도 전동기의 제어를 위해, DC로 변환된 전압을 전원으로 사용하여 펄스폭 변조방식(PWM ; Pulse Width Modulation)으로 원하는 전압 파형을 발생시켜서, 유도 전동기를 회전시키며, 이때 DC Link 전류량을 측정하여 팬에 걸리는 부하량을 계산하고, 이것에 의하여 유도 전동기의 회전 속도를 높이는 제어를 수행하여 일정량의 공기를 토출하도록 제어하는 것이다.

그런데, 상기한 바와 같은, 기존의 환풍기 시스템은 토출구의 공기압력을 측정하거나, 전동기의 상전류 또는 DC Link의 전류 등을 측정하는 방법을 사용할 경우에는, 전체 시스템의 가격은 공기의 압력을 측정하는 압력센서와, 압력센서로부터의 신호를 처리하고 전동기 제어를 위한 명령을 만드는 마이크로 프로세서 때문에 고가가 될 수밖에 없으므로, 가정용이나 사무실 등의 작은 용량의 저가형으로는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 동일 환기구를 사용하는 여러 환풍기나 환배기관의 부하가 변동하는 팬에 대해, 고가의 장치를 사용하지 않고 도, 환배기구의 부하가 변동하였을 때, 구동회로의 부하조건이 변동하면서 유도전동기의 회전수를 증감시켜 토출되는 공기의 양을 일정하게 유지시키는 정부하대출력 특성 팬 구동회로를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은, 팬 구동을 위한 3상 유도 전동기와; 상기 3상 유도 전동기에 전원을 인가하는 전원부와; 상기 3상 유도 전동기에 연결되어, 2상의 위상차를 만들기 위한 캐패시터 C2와; 상기 3상 유도 전동기에 직렬로 연결되어, 상기 팬에 걸리는 부하가 변하더라도 일정한 공기의 토출량을 만드는 임피던스부를 구성함으로써 달성된다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 정부하대출력 특성 팬 구동회로의 일 실시예를 도시하는 회로도로서, 팬(10) 구동을 위한 3상 유도 전동기(20)와; 상기 3상 유도 전동기(20)에 전원을 인가하는 전원부(30)와; 상기 3상 유도 전동기(20)에 연결되어, 2상의 위상차를 만들기 위한 캐패시터 C2(40)와; 상기 3상 유도 전동기(20)에 직렬로 연결되어, 상기 팬(10)에 걸리는 부하가 변하더라도 일정한 공기의 토출량을 만드는 임피던스부(50)로 구성됨을 그 기술상의 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 정부하대출력 특성 팬 구동회로의 부하곡선과 동작점을 도시하는 도로서, 부하에 따라서 3상 유도 전동기(20 : 도1 참고)에 낮은 전압(A)이 인가되는 경우와 높은 전압(B)이 인가되는 각각의 경우에, 부하곡선(가)에 따라서 상기 전압(A)에서 동작되는 동작점(100)과 상기 전압(B)에서 동작되는 동작점(200)을 각각 도시하고 있다.

도 3은 본 발명의 정부하대출력 특성 팬 구동회로의 다른 일 실시예를 도시하는 회로도로서, 상기 임피던스부(50)에 직렬로 연결되는 저항 R2(60)와; 상기 저항 R2(60)에 병렬로 스위치(70)가 설치되어, 상기 저항 R2(60)에 흐르는 전류를 상기 스위치(70)가 단속하는 것을 도시하고 있다.

이하, 상기 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 아래와 같다.

3상 유도 전동기(20)의 부하로서 팬(10)을 장착한 환기 시스템의 정부하대속도 특성곡선을 만들기 위해, 종래의 기술인 상기 3상 유도전동기(20)의 캐패시터 구동회로에, 직렬부하로서 캐패시터 C1(51)과 저항R1(52)을 포함하는 임피던스부(50)를 추가함으로써, 일정한 크기와 주파수의 교류 전원에 대하여 캐패시터 C2(40)를 포함한 상기 3상 유도 전동기(20)와, 그 직렬부하인 상기 임피던스부(50)간의 전압 분배에 의하여, 상기 3상 유도 전동기(20)에 일정 크기의 교류 전압이 걸리게 된다.

이때, 도 2와 같은 부하 특성 곡선에 의한 토크 대 회전속도의 평형점에서 동작하게 되는데, 곡선 '가'는 팬의 부하 곡선이며, 곡선 'A'는 낮은 전압이 인가되었을 때의 상기 3상 유도 전동기(20)의 출력 특성 곡선이며, 곡선 'B'는 높은 전 압이 인가되었을 때의 출력 특성 곡선을 나타낸다.

여기서, 도 2를 참고하여 그 동작원리를 자세히 살펴보면, 상기 3상 유도 전동기(20)가 동작점(100)에서 일정 주파수로 돌다가, 팬의 부하가 증가하면, 상기 3상 유도 전동기(20)의 슬립이 증가하고, 이에 따라 상기 3상 유도 전동기(20)의 등가 임피던스가 줄어들어 전류가 증가하게 된다.

이때, 전류의 제곱에 비례하는 발생 토크에 의해, 속도는 급격히 증가하고 이에 따라 상기 3상 유도 전동기(20)의 등가 임피던스가 다시 증가하여 일정 직렬부하에 대해 분배되는 전압이 커져서(곡선 B), 새로운 동작점(200)에서 회전하게 된다.

즉, 도 2와 같은 부하 특성을 갖는 전동기와 팬의 부하 특성에서는, 부하가 증가하면 결과적으로 인가전압이 증가하여, 회전속도가 높은 동작점에서 안정상태를 이루게 된다.

반대로, 팬의 부하가 감소하면 순시적으로 등가저항이 커지면서 전류가 줄어들며, 이 때문에 속도가 급격히 줄어들고 등가 임피던스가 줄어들어 낮은 전압이 상기 3상 유도 전동기(20)에 걸리게 된다(곡선 A). 이에 따라, 새로운 동작점(100)에서 안정적으로 동작하게 된다.

즉, 팬에 걸리는 부하는 연속적으로 변하며, 동작점도 상기 3상 유도 전동기(20)가 낼 수 있는 최대속도 대 토크 동작점에서부터 최소점사이의 임의의 동작점을 유지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 3에서와 같이 스위치(70)와 저항 R2(60)를 회로에 병렬로 추가하 여, 직렬부하 저항을 크게 하여, 상기 3상 유도 전동기(20)의 회전을 낮게 유지하다가, 상기 스위치(70)를 연결하여 상기 저항 R2(60)로 흐르는 전류를 끊게되면, 상기 3상 유도 전동기(20)에 분배되는 전압이 급격히 증가함으로써 상기 팬(10)의 회전속도를 급격히 높이는 것 또한 본 발명의 다른 일 실시예라고 할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은, 환기 시스템이 아파트의 경우와 같이 저층과 고층이 공동 환기구를 사용하는 곳이나, 다수의 환기팬이 하나의 환기구를 사용하는 경우와 같이 환기팬에 걸리는 부하가 변동하는 곳에서, 마이크로 프로세서 및 압력센서 등의 고가의 제어장치 없이도, 거의 일정한 공기의 토출량을 유지할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims

팬 구동을 위한 3상 유도 전동기와;

상기 3상 유도 전동기에 전원을 인가하는 전원부와;

상기 3상 유도 전동기에 연결되어, 2상의 위상차를 만들기 위한 캐패시터 C2와;

상기 3상 유도 전동기에 직렬로 연결되어, 상기 팬에 걸리는 부하가 변하더라도 일정한 공기의 토출량을 만드는 임피던스부로 구성되는 것을 특징으로 하는 정부하대출력 특성 팬 구동회로.
제 1항에 있어서, 상기 임피던스부는 캐패시터 C1과; 상기 캐패시터 C1과 병렬로 연결되는 저항 R1으로 구성되는 것을 특징으로 하는 정부하대출력 특성 팬 구동회로.
제 1항에 있어서, 상기 임피던스부에 직렬로 연결되는 저항 R2와; 상기 저항 R2에 병렬로 스위치가 설치되어, 상기 저항 R2에 흐르는 전류를 상기 스위치가 단속하는 것을 특징으로 하는 정부하대출력 특성 팬 구동회로.