KR100608660B1 - Velocity control circuit for single phase induction motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단상 유도전동기의 속도제어회로에 관한 것으로, 가변속 범위를 확대시키기 위하여 위상각 제어를 적용하는 대신에, 주권선의 권선구조를 고속 및 저속에 따라 4극 2병렬 권선 또는 8극 직렬권선으로 채용함과 아울러, 각 속도모드에 따라 속도제어권선을 추가로 삽입하여 부하에 따라 보다 정밀한 다단계의 모터속도를 구현함으로써, 제품의 진동소음을 저감시킴과 아울러 모터의 최대토크 향상 및 손실저감을 통하여 모터의 성능을 향상시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 외전형 모터를 채용한 단상 유도전동기로서, 제1 스위치에 의해 개방 단자 또는 HOT단자가 일측에 접속되는 제1 권선과; 일측이 접지되고 상기 제2 권선에 접속되는 제3 권선과; 제3 스위치에 의해 개방단자가 일측에 접속되는 제4 권선과; 상기 제4 권선과 접속되고, 제2 스위치에 의해 상기 HOT단자 또는 접지단자가 접속되는 제2 권선을 포함하여 구성한다.The present invention relates to a speed control circuit of a single-phase induction motor, and instead of applying phase angle control to expand the variable speed range, the winding structure of the main winding is divided into four-pole two-parallel winding or eight-pole series winding according to high speed and low speed. In addition, by inserting additional speed control windings according to each speed mode to realize more precise multi-stage motor speed according to load, it reduces vibration noise of the product and improves maximum torque of motor and reduces loss. It is to improve the performance of the motor. To this end, the present invention is a single-phase induction motor employing an external motor, comprising: a first winding to which an open terminal or a HOT terminal is connected to one side by a first switch; A third winding having one side grounded and connected to the second winding; A fourth winding having an open terminal connected to one side by a third switch; And a second winding connected to the fourth winding and connected to the HOT terminal or the ground terminal by a second switch.
Description
도1은 일반적인 내전형 단상 유도전동기의 구조를 보인 개략도.1 is a schematic view showing the structure of a general electric propulsion single-phase induction motor.
도2는 종래 단상 유도전동기의 권선 배치를 보인 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing the winding arrangement of a conventional single-phase induction motor.
도3은 종래 단상 유도전동기의 매상 매극당 권선배치를 보인도.Figure 3 shows the winding arrangement per phase pole of the conventional single-phase induction motor.
도4는 종래 단상 유도전동기의 위상제어회로에 대한 구성을 보인 회로도.4 is a circuit diagram showing a configuration of a phase control circuit of a conventional single-phase induction motor.
도5는 본 발명 단상 유도전동기의 속도제어회로에 채용되는 외전형 모터의 구조를 보인 개략도.5 is a schematic view showing the structure of an abduction type motor employed in the speed control circuit of the single-phase induction motor of the present invention.
도6은 본 발명 단상 유도전동기의 속도제어회로에 대한 구성을 보인 회로도.6 is a circuit diagram showing the configuration of the speed control circuit of the single-phase induction motor of the present invention.
*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명********** Description of the symbols for the main parts of the drawings *****
L1~L4:권선 SW1~SW5:스위치L1 to L4: Winding SW1 to SW5: Switch
C1,C2:속도제어권선C1, C2: Speed control winding
본 발명은 단상 유도전동기의 속도제어회로에 관한 것으로, 가변속 범위를 확대시키기 위하여 위상각 제어를 적용하는 대신에, 주권선의 권선구조를 고속 및 저속에 따라 4극 2병렬 권선 또는 8극 직렬권선으로 채용함과 아울러, 각 속도모드에 따라 속도제어권선을 추가로 삽입하여 부하에 따라 보다 정밀한 다단계의 모터속도를 구현하도록 한 단상 유도전동기의 속도제어회로에 관한 것이다.The present invention relates to a speed control circuit of a single-phase induction motor, and instead of applying phase angle control to expand the variable speed range, the winding structure of the main winding is divided into four-pole two-parallel winding or eight-pole series winding according to high speed and low speed. In addition, the present invention relates to a speed control circuit of a single-phase induction motor, in which a speed control winding is additionally inserted according to each speed mode to realize a more precise multi-step motor speed according to a load.
일반적으로, 단상 유도전동기는 스테이터(고정자)와 그 스테이터(고정자)와의 전기력에 의한 자장의 발생에 의해 회전하는 로터로 구성되는데, 상기 스테이터는 메인권선과 보조권선이 전기각으로 각각 90도의 극축을 갖고서 권취된다.In general, the single-phase induction motor is composed of a rotor that rotates by the generation of a magnetic field due to the electric force between the stator (stator) and the stator (stator), wherein the main winding and the auxiliary winding each have a 90-degree polar axis of electric angle It is wound up with.
즉, 상술한 단상 유도전동기의 스테이터는 다수의 슬롯에 권취된 메인권선과 보조권선에 외부로부터의 교류전원이 투입되면 전류에 의한 회전자계의 형성에 의해 메인권선보다 전기적으로 90도로 극축이 앞선 보조권선이 우선적으로 회전하려는 힘이 작용하게 된다. That is, the stator of the single-phase induction motor described above has an auxiliary pole whose electrical axis is electrically 90 degrees ahead of the main winding by the formation of a magnetic field by electric current when the AC power from the outside is applied to the main winding and the auxiliary winding wound in the plurality of slots. The force on which the windings preferentially rotate is applied.
도1은 일반적인 내전형 단상 유도전동기의 구조를 보인 개략도로서, 단상 교류전압이 인가되면 고정자 권선(1차측 권선)에 역기전력이 발생하고, 또한 마그네틱 커플링에 의해 2차측 권선(회전자 도체)에 역기전력이 발생하며, 이 역기전력에 의하여 회전자의 속도에 따른 와전류의 크기가 변화여 회전자 도체의 회전토크(플래밍의 왼손법칙)가 발생되어 전기적인 입력을 기계적인 출력으로 변환하여 토크를 전달하게 된다.Fig. 1 is a schematic view showing the structure of a general electric withstand type single phase induction motor. When a single phase AC voltage is applied, back electromotive force is generated in the stator winding (primary side winding), and magnetic coupling is applied to the secondary side winding (rotor conductor). The counter electromotive force is generated, and the eddy current changes according to the speed of the rotor, and the rotating torque of the rotor conductor (flaming left hand law) is generated, converting the electrical input into a mechanical output and transmitting torque. Done.
도2는 종래 단상 유도전동기의 권선 배치를 보인 개략도로서, 주권선과 보조권선의 Phase Belt가 전기각도로 90도가 되도록 권선법을, 도3과 같이 동심권을 이용한 Conventional Winding 으로 권취한다.Figure 2 is a schematic diagram showing the winding arrangement of a conventional single-phase induction motor, winding the winding method so that the phase belt of the main winding and the auxiliary winding 90 degrees at an electric angle, as shown in Fig. 3 by conventional winding using concentric windings.
즉, 상기 단상유도전동기는 단상 전원 인가시, 교번자계의 발생으로 회전력 을 발생하지 못하므로 모터 내부에 별도의 보조권선을 삽입하는데, 이때 주권선과 보조권선의 Phase Belt가 전기각도로 90도가 되도록 한다.That is, the single-phase induction motor does not generate rotational force due to the alternating magnetic field when the single-phase power is applied, so that a separate auxiliary winding is inserted into the motor. In this case, the main belt and the phase belt of the auxiliary winding have an electric angle of 90 degrees. .
이때, 상술한 단상 유도전동기는, 도4와 같은 위상제어회로에 의해 속도를 가변하는데, 즉 정현적인 입력전압파형을, 트라이악의 게이트에 인가되는 펄스신호에 의한 점호각 제어로 원하는 출력전압을 크기를 변화시켜 모터에 인가함으로써, 모터의 운전속도를 가변한다.At this time, the single-phase induction motor described above varies the speed by the phase control circuit as shown in Fig. 4, that is, the sinusoidal input voltage waveform is increased by the firing angle control by the pulse signal applied to the triac gate. Is applied to the motor to change the operating speed of the motor.
상술한 단상 유도전동기의 가변속 범위를 확대하기 위하여, 위상제어를 수행하는 경우, 전압의 위상각 제어에 따른 모터의 역기전력 파형은 정현적이지 못하고, 공간 고조파 성분이 많이 함유하게 되고, 이에 따라 모터의 가진원 소스는 왜곡되어 위상각 제어를 수행하면 할수록 모터의 전자기 소음이 커지게 되는 문제점이 있다.In order to expand the variable speed range of the single-phase induction motor described above, when the phase control is performed, the counter electromotive force waveform of the motor according to the phase angle control of the voltage is not sinusoidal, and contains a large amount of spatial harmonics. The excitation source is distorted, and as the phase angle control is performed, the electromagnetic noise of the motor increases.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 가변속 범위를 확대시키기 위하여 위상각 제어를 적용하는 대신에, 주권선의 권선구조를 고속 및 저속에 따라 4극 2병렬 권선 또는 8극 직렬권선으로 채용함과 아울러, 각 속도모드에 따라 속도제어권선을 추가로 삽입하여 부하에 따라 보다 정밀한 다단계의 모터속도를 구현함으로써, 제품의 진동소음을 저감시킴과 아울러 모터의 최대토크 향상 및 손실저감을 통하여 모터의 성능을 향상시키도록 한 단상 유도전동기의 속도제어회로를 제공함에 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and instead of applying phase angle control to expand the variable speed range, the winding structure of the main winding is a 4-pole 2-parallel winding or an 8-pole series winding in accordance with high speed and low speed. In addition, by inserting additional speed control windings according to each speed mode to realize more precise multi-stage motor speed according to the load, it reduces vibration noise of the product and improves maximum torque and reduces loss of the motor. It is an object of the present invention to provide a speed control circuit of a single-phase induction motor to improve the performance of the motor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외전형 모터를 채용한 단상 유도전동기로서,
제1 스위치에 의해 개방 단자 또는 HOT단자가 일측에 접속되는 제1 권선과;
일측이 접지되고 상기 제2 권선에 접속되는 제3 권선과;
제3 스위치에 의해 개방단자가 일측에 접속되는 제4 권선과;
상기 제4 권선과 접속되고, 제2 스위치에 의해 상기 HOT단자 또는 접지단자가 접속되는 제2 권선을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, as a single-phase induction motor employing an abduction type motor,
A first winding to which an open terminal or a HOT terminal is connected to one side by a first switch;
A third winding having one side grounded and connected to the second winding;
A fourth winding having an open terminal connected to one side by a third switch;
And a second winding connected to the fourth winding and connected to the HOT terminal or the ground terminal by a second switch.
이하, 본 발명에 의한 단상 유도전동기의 속도제어회로에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation and effects of the speed control circuit of the single-phase induction motor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선,본 발명은, 단상 유도전동기의 가변속 범위 확대를 위하여, 도5와 같은 회전자 구조가 외전형으로 채용하여, 단위 체적당 토크 특성을 증가시킴으로써 위상제어시의 가변범위 확대가 용이하도록 하였음을 밝혀두는 바이다. First, in order to expand the variable speed range of the single-phase induction motor, the rotor structure as shown in FIG. 5 is adopted as an abduction type to increase the torque characteristic per unit volume to facilitate the expansion of the variable range in phase control. It is to be revealed.
도6은 본 발명 단상 유도전동기의 속도제어회로에 대한 구성을 보인 회로도이다.6 is a circuit diagram showing the configuration of the speed control circuit of the single-phase induction motor of the present invention.
도6에 도시한 바와 같이, 본 발명은 일정방향으로 권취되고, 제1 스위치(SW1)에 의해 개방단자(OPEN) 또는 HOT단자가 일측에 접속된 제1 권선(L1)에, 일측이 접지되고 상기 제1 권선(L1)과 동일방향으로 권취된 제3 권선(L3)을 접속하고, 상기 제1 권선(L1)과 동일방향으로 권취되고, 제3 스위치(SW3)에 의해 개방단자(OPEN)가 일측에 접속된 제4 권선(L4)을, 일측에 제2 스위치(SW2)에 의해 HOT단자 또는 접지단자(COM)가 접속되고 상기 제 1권선(L1)과 동일방향으로 권취되는 제2 권선(L2)을 접속하며, 상기 제3 스위치(SW3)에, 제1 속도제어권선(C1)을 제4 스위치(SW4)를 통해 병렬로 접속하거나, 직렬 연결된 제1,제2 속도제어권선(C1,C2)을 제5 스위치 (SW5)를 통해 병렬로 접속하도록 구성하며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.As shown in Fig. 6, the present invention is wound in a predetermined direction, and one side is grounded to the first winding L1 having the open terminal OPEN or HOT terminal connected to one side by the first switch SW1. The third winding L3 wound in the same direction as the first winding L1 is connected, wound in the same direction as the first winding L1, and opened by the third switch SW3. The second winding in which the HOT terminal or the ground terminal COM is connected to one side of the fourth winding L4 connected to one side by a second switch SW2 and wound in the same direction as the first winding L1. (L2) is connected, and the first speed control winding C1 is connected in parallel to the third switch SW3 via the fourth switch SW4, or the first and second speed control windings C1 connected in series. , C2 are configured to be connected in parallel via the fifth switch SW5, and this operation of the present invention will be described.
먼저, 마이크로컴퓨터(미도시)는 현재 모터의 운전모드를 감지하고, 그 운전모드에 근거하여 모터의 속도를 제어하기 위한 스위칭제어신호를 상기 제1,제2 스위치(SW1,SW2)에 인가한다.First, a microcomputer (not shown) senses a driving mode of a current motor and applies a switching control signal to the first and second switches SW1 and SW2 to control the speed of the motor based on the driving mode. .
만약, 현재 운전모드가 고속 운전모드이면 상기 마이크로컴퓨터(미도시)는 상기 제1 스위치(SW1,SW2)를, 제1 권선(L1)에 HOT 단자가 접속되도록 스위칭하고, 아울러 제2 스위치(SW2)를, 제2 권선(L2)에 접지단자(COM)가 접속되도록 스위칭한다.If the current operation mode is the high speed operation mode, the microcomputer (not shown) switches the first switches SW1 and SW2 so that the HOT terminal is connected to the first winding L1, and the second switch SW2. ) Is switched so that the ground terminal COM is connected to the second winding L2.
이에 따라, HOT단자에서 전류가 제1 권선(L1) 및 제3 권선(L3)을 통해 접지로 흐르게 되고, 이때 상기 제1,제3 권선(L1),(L3)은 N극의 자속을 발생한다.Accordingly, the current flows to the ground through the first winding L1 and the third winding L3 at the HOT terminal, and the first and third windings L1 and L3 generate magnetic flux of the N pole. do.
또한, 상기 HOT단자에서 전류가 제 4 권선(L4) 및 제2 권선(L2)을 통해 접지로 흐르게 되고, 이때, 상기 제2,제4 권선(L2,L4)은 S극의 자속을 발생한다.In addition, the current flows to the ground through the fourth winding L4 and the second winding L2 at the HOT terminal, and the second and fourth windings L2 and L4 generate magnetic flux of the S pole. .
이후, 상기 4극의 자속 변화에 의해 모터가 고속으로 회전하게 된다.
여기서, 본 발명에 적용되는 단상 유도전동기는 고정자에 의한 자기 플럭스가 대칭으로 발생하 평형상태로 유지되므로 유도전동기의 회전자가 회전할 수 없게 되는데, 이를 해결하기 위하여 모터 내부에 별도의 보조권선을 삽입하는데, 이때 주권선과 보조권선의 Phase Belt가 전기각도로 90도가 되도록 한다.
또 다른 방법으로, 상기 주권선에 초기 기동시에만 커패시터를 접속하여 위상차를 발생시킴으로써 불평형 상태로 만들수 있다.Thereafter, the motor rotates at a high speed by the change of the magnetic flux of the four poles.
Here, the single-phase induction motor to be applied to the present invention because the magnetic flux generated by the stator is symmetrically generated and maintained in an equilibrium state, so that the rotor of the induction motor cannot be rotated. At this time, the phase belt of the main winding and the auxiliary winding should be 90 degrees.
Alternatively, an unbalanced state can be achieved by connecting a capacitor to the main winding only at initial startup to generate a phase difference.
이때, 상기 고속으로 회전하는 모터의 속도를 다단계로 가변하기 위하여, 상기 마이크로컴퓨터(미도시)가 제3~제5 스위치(SW3~SW5)의 스위칭을 제어하는데, 예를 들어 고속모드에서 일정정도의 속도를 감소시키기 위하여 제3,제5 스위치 (SW3,SW5)를 오프시키고 제4 스위치(SW4)를 온시켜, 모터의 인덕턴스를 증가시켜 모터의 회전속도를 좀 더 감소시킨다.At this time, the microcomputer (not shown) controls the switching of the third to fifth switches SW3 to SW5 in order to vary the speed of the motor rotating at high speed in multiple stages. In order to reduce the speed of the motor, the third and fifth switches SW3 and SW5 are turned off and the fourth switch SW4 is turned on to increase the inductance of the motor to further reduce the rotation speed of the motor.
만약, 현재 모터부하가 저속 운전모드로 감지되면, 상기 마이크로컴퓨터(미도시)는 상기 제1 스위치(SW1)를, 제1 권선(L1)에 개방단자(OPEN)가 접속되도록 스위칭하고, 아울러 제2 스위치(SW2)를,제2 권선(L2)에 HOT단자가 접속되도록 스위칭한다.If the current motor load is detected in the low speed operation mode, the microcomputer (not shown) switches the first switch SW1 such that the open terminal OPEN is connected to the first winding L1, The second switch SW2 is switched so that the HOT terminal is connected to the second winding L2.
이에 따라, 상기 HOT단자에서 전류가 제2 권선(L2),제4권선(L4),제1 권선 (L1),제3 권선(L3)을 통해 접지로 흐르게 되어, 상기 제1~제4 권선(L1~L4)에는 동일한 방향의 전류가 흐르게 되어 동일 자속(N)이 발생한다. Accordingly, the current flows to the ground through the second winding L2, the fourth winding L4, the first winding L1, and the third winding L3 at the HOT terminal, and the first to fourth windings. Currents in the same direction flow through L1 to L4, and the same magnetic flux N is generated.
이때, 각 권선(L1~L4) 사이에는 가상의 자속(S)이 생성된다.At this time, a virtual magnetic flux (S) is generated between each winding (L1 ~ L4).
이에 따라, 8극의 자속변화에 의해, 모터가 저속으로 회전하게 된다. As a result, the motor rotates at a low speed due to the change of the magnetic flux of 8 poles.
즉, 고속인 경우에는 모터 권선을 4극 2병렬 권선구조(즉 Phase Belt가 전기각으로 90도)로 자속을 발생하고, 저속인 경우에는 모터권선을 8극 직렬 권선구조(즉 Phase Belt가 전기각으로 180도)로 자속을 발생하여 고속의 동기속도에 비해 1/2 속도로 감속한다. That is, at high speed, the motor winding generates magnetic flux in a 4-pole 2-parallel winding structure (that is, the phase belt is 90 degrees in electrical angle). The magnetic flux is generated at 180 degrees each and decelerated at 1/2 speed compared to the high speed synchronous speed.
이때, 상술한 고속모드에서와 마찬가지로, 저속모드에서도, 속도를 다단계로 가변할 수있다.At this time, as in the above-described high speed mode, the speed can be varied in multiple stages in the low speed mode.
다시 말해서,본 발명은 주권선의 권선구조를 고속 및 저속에 따라 4극 2병렬 권선 또는 8극 직렬권선으로 채용함과 아울러 속도제어권선을 추가로 삽입하여 저속 및 고속시의 공극 자속밀도는 동일하게 유지하면서 모터의 회전속도가변범위를 다단계로 확대할 수 있다.In other words, the present invention employs the winding structure of the main winding as a four-pole two-parallel winding or an eight-pole series winding according to the high speed and the low speed, and additionally inserts a speed control winding to make the air gap magnetic flux density at the low and high speeds the same. The motor speed range can be expanded in multiple stages while maintaining.
상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.The specific embodiments or examples made in the detailed description of the present invention are intended to clarify the technical contents of the present invention to the extent that they should not be construed as limited to these specific embodiments and should not be construed in consultation. Various changes can be made within the scope of.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 가변속 범위를 확대시키기 위하여, 주권선의 권선구조를 고속 및 저속에 따라 4극 2병렬 권선 또는 8극 직렬권선으로 채용함과 아울러, 각 속도모드에 따라 속도제어권선을 추가로 삽입하여 부하에 따라 보다 정밀한 다단계의 모터속도를 구현함으로써, 제품의 진동소음을 저감시킴과 아울러 모터의 최대토크 향상 및 손실저감을 통하여 모터의 성능을 향상시키는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention employs a winding structure of the main winding as a four-pole two-parallel winding or an eight-pole series winding according to high speed and low speed, and speed control according to each speed mode in order to expand the variable speed range. By inserting additional windings to realize more precise multi-stage motor speed according to the load, it reduces the vibration noise of the product and improves the performance of the motor through the maximum torque improvement and loss reduction of the motor.
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