KR100814963B1 - 영전압 스위칭을 이용한 유도 가열기용 전원 공급방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원의 위상을 감지하여 전원의 위상이 영(0)일때 스위칭함으로써 제품을 충격 등으로부터 보호할 수 있는 영전압 스위칭을 이용한 유도 가열기용 전원 공급장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 3상 전원을 공급받아 각각 고전압 및 저전압으로 변압하는 변압부와, 상기 변압부로부터의 상기 3상 전원의 고전압 및 저전압의 위상을 검출하는 위상검출부와, 유도가열기로부터의 검출온도가 상기 제어온도보다 높으면 상기 3상 전원중 저전압의 위상이 영(0)인 경우에 상기 변압부로부터의 3상 전원중 저전압을 스위칭 온하도록 제어하고, 상기 검출온도가 상기 제어온도보다 낮으면 상기 3상 전원중 고전압의 위상이 영(0)인 경우에 상기 변압부로부터의 3상 전원중 고전압을 스위칭 온하도록 제어하는 제어부와, 상기 변압부로부터의 3상 전원중 고전압 또는 저전압을 스위칭 온하여 출력하는 스위칭부와, 상기 스위칭부로부터 스위칭된 고전압 또는 저전압의 위상 및 역률을 조정하여 상기 유도가열기에 공급하는 조정부를 포함한다.

전원 공급장치, 유도가열기, 위상 검출, 영(0)전압 스위칭

Description

영전압 스위칭을 이용한 유도 가열기용 전원 공급방법{POWER SUPPLY METHOD FOR INDUCTION HEATER USING ZERO VOLTAGE SWITCHING}

도 1은 종래의 유도가열기용 전원 공급장치의 일 예를 나타내는 회로도.

도 2의 (a) 및 (b)는 종래의 유도가열기용 전원 공급장치의 스위칭 동작 및 공급되는 전원의 전류 파형을 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치를 나타내는 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 일 예를 나타내는 회로도.

도 5는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급방법을 나타내는 동작흐름도.

도 6a는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 저전압 스위칭 동작을 나타내는 동작흐름도.

도 6b의 (1) 내지 (5)는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 저전압 스위칭 동작을 나타내는 개념도.

도 6c의 (1) 및 (2)는 영전압 스위칭하여 저전압을 선택하는 동작을 나타내는 그래프.

도 7a는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 고전압 스위칭 동작을 나타내는 동작흐름도.

도 7b의 (1) 내지 (5)는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 고전압 스위칭 동작을 나타내는 개념도.

도 7c의 (1) 및 (2)는 영전압 스위칭하여 고전압을 선택하는 동작을 나타내는 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치에 의해 공급되는 전원의 전류 파형을 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...전원부 200...변압부

300...위상검출부 400...스위칭부

500...조정부 600...유도가열기

700...제어부 410...제1 스위치그룹

420...제2 스위치그룹 430...제3 스위치그룹

S10, S40, S70...중복구간 스위치

S20, S50, S80...고전압용 스위치

S30, S60, S90...저전압용 스위치

PT1, PT2, PT3, PT4, PT5, PT6...위상검출기

본 발명은 유도가열기용 전원공급장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전원의 위상을 감지하여 전원의 위상이 영(0)일때 스위칭함으로써 제품을 충격 등으로부터 보호할 수 있는 영전압 스위칭을 이용한 유도 가열기용 전원 공급장치 및 방법에 관한 것이다.

코일에 교류 전류를 유입하면 코일 주변에 교번자속이 발생하여 자계를 형성한다. 상기 자계 속에 도전체를 위치시키면 상기 도전체에는 전자기 유도 작용에 의해 유도전류가 발생하게 된다. 상기 유도전류를 와전류라 하고 상기 도전체에 존재하는 고유저항과 와전류에 의해 주울(Joule)열이 발생한다.

이와 같이 발생하는 열에너지를 이용하여 금속 등의 도전체와 같은 피가열 물질을 가열하는 것을 유도가열이라 한다.

상기 유도가열을 이용하여 금속을 용해하거나 용해된 금속의 온도를 일정하게 유지시키기 위해서 사용되는 유도가열기는 산업현장에서 다양하게 이용된다. 상기 유도가열기에는 통상적으로 60Hz의 상용주파수를 갖는 3상의 교류전원이 인가되며, 이에 따라 전원을 공급해주기 위한 전원 공급장치가 필요하다.

상기 전원 공급장치는 유도가열기의 온도를 조절하기 위하여 고전압 또는 저전압을 선택하여 상기 유도가열기에 공급한다. 따라서, 상기 전원 공급장치는 고전압 또는 저전압을 선택하기 위한 스위치를 포함한다.

상기 스위치에는 주로 기계식 스위치의 일종인 ACB(Air Circuit Breaker, 기중차단기)가 사용된다. 그러나, ACB를 이용하여 고전압 또는 저전압을 스위칭하는 경우 스위치 접점에서의 스파크로 인한 조기 마모 현상이 발생한다. 더욱이 온도제어의 빈도를 높이게 되면, 계속적인 스위칭 작용에 의해 이러한 현상은 더욱 빈번해지므로 접점 마모가 가속화된다는 문제점이 있다. 또한, 스위칭시에 발생하는 스파크로 인해 유도가열기에 공급되는 전압에 서지(Surge)성 전압이 부가되어 전원의 불안정으로 인한 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

이에 따라, 근래의 유도가열기용 전원공급 장치에는 기계적 스위치를 대신하여 무접점 방식으로 스위칭하는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)스위치를 사용한다.

도 1은 종래의 SCR스위치를 사용한 유도가열기용 전원 공급장치의 일 예를 나타낸 회로도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 유도가열기용 전원 공급장치는 3상 전원을 공급하는 전원부(10), 상기 전원부(10)로부터의 3상 전원을 각각 고전압과 저전압으로 변압하는 변압부(20), 상기 변압부(20)로부터의 고전압 또는 저전압을 각각 선택하는 스위칭부(30), 상기 스위칭부(30)에 의해 선택된 전압의 위상 및 역률을 조정하는 조정부(40) 및 유도가열기(50)를 포함한다.

상기 전원부(10)는 각각 R, S, T상을 갖는 3상 전원을 상기 변압부(20)에 공급한다.

상기 변압부(20)는 변압기(T1, T2, T3)를 포함하여 상기 전원부(10)로부터의 R, S, T상을 갖는 3상의 전압을 각각 고전압과 저전압으로 변압한다.

상기 스위칭부(30)는 상기 변압부(20)로부터의 고전압 및 저전압을 각각 스위칭하는 하이-탭 스위치(S2, S5, S8)와 로-탭 스위치(S3, S6, S9)를 포함한다.

상기 하이-탭 스위치(S2, S5, S8)는 각 변압기(T1, T2, T3)의 고전압을 유도가열기(50)에 전달하여 온도가 낮아진 용해된 금속의 온도를 상승시킨다. 상기 로-탭 스위치(S3, S6, S9)는 각 변압기(T1, T2, T3)의 저전압을 유도가열기(50)에 전달하여 온도가 높아진 용해된 금속의 온도를 유지시킨다.

즉, 상기 스위칭부(30)는 상기 유도가열기(50)의 온도가 규정 온도 이하로 떨어지면 상기 하이-탭 스위치(S2, S5, S8)를 온(on)하고 상기 로-탭 스위치(S3, S6, S8)를 오프(off)하여 상기 변압부(20)으로부터의 고전압을 선택하여 출력한다. 이와 반대로, 상기 유도가열기(50)의 온도가 사전에 설정된 온도 이상으로 올라가면 상기 로-탭 스위치(S3, S6, S8)를 온(on)하고, 상기 하이-탭 스위치(S2, S5, S8)를 오프(off)하여 상기 변압부(20)로부터의 저전압을 선택하여 출력한다.

상기 하이-탭 스위치(S2, S5, S8)와 상기 로-탭 스위치(S3, S6, S8) 간의 절환시에는 순간적으로 전원이 출력되지 않는다. 따라서, 상기 스위칭부(30)는 상기 하이-탭 스위치(S2, S5, S8)에 병렬로 연결된 중복도통 스위치(S1, S4, S7)를 포함한다. 상기 중복도통 스위치(S1, S4, S7)는 상기 하이-탭 스위치(S2, S5, S8)와 상기 로-탭 스위치(S3, S6, S8) 간의 절환시에 스위칭 온(on)하여 고전압을 출력한다.

상기 조정부(40)는 상기 스위칭부(30)로부터의 고전압 또는 저전압의 위상평형을 조정하고, 상기 고전압 또는 저전압의 역률을 조정하여 상기 유도가열기(50) 에 전달한다.

상기 유도가열기(50)는 상기 조정부(40)로부터의 조정된 전원을 공급받아 금속 등의 피가열체를 가열한다.

도 2의 (a) 및 (b)는 종래의 유도가열기용 전원 공급장치의 스위칭 동작 및 공급되는 전원의 파형을 나타내는 그래프이다.

도 2의 (a)는 종래의 유도가열기용 전원 공급장치의 스위칭 동작을 나타내는 그래프이다.

도 1 및 도 2의 (a)를 참조하면, 상기 유도가열기(50)에 고전압을 공급하기 위해 하이-탭 스위치(S2)가 스위칭 온(On)하고, 이후 상기 유도가열기(50)에 저전압을 공급하기 위해 상기 하이-탭 스위치(S2)가 스위칭 오프(Off)하고 로우-탭 스위치(S3)가 스위칭 온(On)한다. 상기 하이-탭 스위치(S2)와 로우-탭 스위치(S3)간의 절환시 전원공급이 안되는 순간에는 상기 중복도통 스위치(S1)가 스위칭 온(On)한다.

도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 도시된 스위칭 동작에 따라 공급되는 전원의 파형을 나타내는 그래프이다.

도 1 내지 도 2의 (b)를 참조하면, 상기 하이-탭 스위치(S2)와 로우-탭 스위치(S3)간의 절환시에는 상기 유도가열기에 공급되는 전류의 파형이 일그러져있는 것을 볼 수 있다. 상기 일그러진 전류의 파형을 통상적으로 서지(Surge)성 전류라 한다.

이는 상기 변압부(20)로부터의 전압을 선택함에 있어서, 상기 전압의 위상을 고려하지 않고 임의적으로 스위칭함에 따라, 미처 공급되지 못한 여분의 전력과 스위칭 순간에 일어나는 스파크에 의해 발생한다.

상술한 바와 같이, 종래의 유도가열기용 전원 공급장치는 스위치에 인가되는 전압의 위상을 고려하지 않고 임의적으로 스위칭함으로써, 스위치에 충격을 주어 스위치의 수명을 단축시키는 문제점이 있다. 이는 제품의 신뢰성을 저하시키는 치명적인 문제점이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 스위치에 인가되는 전압의 위상을 감지하여 스위칭함으로써 스위치 등의 부품을 충격 등으로부터 보호할 수 있는 유도 가열기용 전원 공급장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 3상 전원을 공급받아 유도가열기에 공급하는 유도가열기용 전원 공급장치에 있어서, 상기 3상 전원을 공급받아 상기 3상 전원을 각각 고전압 및 저전압으로 변압하는 변압부와, 상기 변압부로부터의 상기 3상 전원의 고전압 및 저전압의 각 위상을 검출하는 위상검출부와, 상기 유도가열기로부터의 검출온도와 사전에 설정된 제어온도를 비교하여, 상기 검출온도가 상 기 제어온도보다 높으면 상기 위상검출부로부터의 상기 3상 전원중 저전압의 위상이 영(0)인 경우에 상기 변압부로부터의 3상 전원중 저전압을 스위칭 온하도록 제어하고, 상기 검출온도가 상기 제어온도보다 낮으면 상기 위상검출부로부터의 상기 3상 전원중 고전압의 위상이 영(0)인 경우에 상기 변압부로부터의 3상 전원중 고전압을 스위칭 온하도록 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 변압부로부터의 3상 전원중 고전압 또는 저전압을 스위칭 온하여 출력하는 스위칭부와, 상기 스위칭부로부터 스위칭된 고전압 또는 저전압의 위상 및 역률을 조정하여 상기 유도가열기에 공급하는 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 변압부로부터의 3상 전원의 고전압 및 저전압을 스위칭하는 제1 스위치 그룹, 제2 스위치 그룹 및 제3 스위치 그룹을 포함하며, 상기 제1 스위치 그룹, 제2 스위치 그룹 및 제3 스위치그룹은 각각 상기 제어부의 제어에 따라 상기 변압부로부터의 고전압을 선택하여 출력하는 고전압용 스위치와, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 변압부로부터의 저전압을 선택하여 출력하는 저전압용 스위치와, 상기 고전압용 스위치에 병렬로 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 고전압용 스위치와 저전압용 스위치의 절환시에 상기 변압부로부터의 고전압을 선택하여 출력하는 중복구간 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위상검출부는 복수의 위상검출기를 포함하며, 상기 복수의 위상 검출기는 상기 고전압용 스위치 및 저전압용 스위치에 각각 병렬로 연결되어 상기 변압부로터의 3상 전원의 고전압 및 저전압의 위상을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 3상 전원을 공급받아 유도가열기에 공급하는 유도가열기용 전원 공급방법에 있어서, 상기 유도가열기의 온도를 검출하는 단계;

상기 유도가열기로부터의 검출온도를 사전에 설정된 제어온도와 비교하는 단계; 및

상기 검출온도가 상기 제어온도보다 높으면 상기 3상 전원의 저전압의 위상을 검출하여 상기 저전압의 위상이 영(0)인 경우 상기 저전압을 스위칭 온하고, 상기 검출온도가 상기 제어온도보다 낮으면 상기 3상 전원의 고전압의 위상을 검출하여 상기 고전압의 위상이 영(0)인 경우 상기 고전압을 스위칭 온하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 고전압을 스위칭 온하는 단계는 상기 3상 전원의 저전압을 선택하는 저전압용 스위치를 스위칭 오프하는 단계와 상기 3상 전원의 고전압을 선택하는 중복구간 스위치를 스위칭 온하는 단계와, 상기 3상 전원의 고전압의 위상이 영(0)인 경우 상기 고전압을 선택하는 고전압용 스위치를 스위칭 온하는 단계와 상기 중복구간 스위치를 스위칭 오프하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저전압을 스위칭 온하는 단계는 상기 3상 전원의 고전압을 선택하는 고전압용 스위치를 스위칭 오프하는 단계와, 상기 3상 전원의 고전압을 선택하는 중복구간 스위치를 스위칭 온하는 단계와, 상기 3상 전원의 저전압의 위상이 영(0)인 경우 상기 저전압을 선택하는 저전압용 스위치를 스위칭 온하는 단계와, 상기 중복구간 스위치를 스위칭 오프하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치를 나타내는 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치는 3상전원을 공급하는 전원부(100), 상기 전원부(100)로부터의 3상전원을 각각 변압하는 변압부(200), 상기 변압부(200)로부터의 각 전압의 위상을 검출하는 위상검출부(300),상기 변압부(200)로부터의 전압을 선택하는 스위칭부(400), 상기 스위칭부(400)로부터의 선택된 전압의 위상 및 역률을 조정하는 조정부(500), 상기 조정부(500)로부터의 조정된 전원을 입력받아 피가열체를 가열하는 유도가열기(600) 및 상기 유도가열기(600)로부터의 온도를 검출하여 상기 스위칭부(400)의 스위칭을 제어하는 제어부(700)를 포함한다.

상기 전원부(100)는 산업현장에서 사용하는 R, S, T상을 갖는 3상 교류전원을 상기 변압부(200)에 공급한다.

상기 변압부(200)는 상기 전원부(100)로부터의 R, S, T상을 갖는 3상 교류전원을 입력받아 각각의 R, S, T상을 고전압을 갖는 교류전원 및 저전압을 갖는 교류전원으로 변압한다.

상기 위상검출부(300)는 상기 변압부(200)로부터의 고전압의 교류전원 및 저전압의 교류전원의 각 위상을 검출한다.

상기 스위칭부(400)는 상기 변압부(200)로부터의 고전압의 교류전원 또는 저전압의 교류전원을 선택하여 출력한다. 상기 위상검출부(300) 및 상기 스위칭부(400)의 세부적인 구성은 이후 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 조정부(500)는 상기 스위칭부(400)로부터의 선택된 고전압의 전원 또는 저전압의 전원의 위상 평형을 조정하고, 상기 선택된 고전압의 전원 또는 저전압의 전원의 역률을 조정하여 상기 유도가열기(600)에 전달한다.

상기 유도가열기(600)는 상기 조정부(500)로부터의 조정된 전원을 공급받아 금속 등의 피가열체에 온도를 부여하여, 상기 피가열체를 용해하거나 용해된 피가열체의 온도를 유지한다.

상기 제어부(700)는 상기 유도가열기(600)로부터의 온도에 따라 상기 스위칭 부(400)의 고전압의 전원 또는 저전압의 전원선택을 제어한다. 즉, 상기 유도가열기(600)로부터의 온도가 사전에 설정된 온도보다 낮으면 상기 스위칭부(400)가 고전압의 전원을 선택하도록 제어하고, 상기 유도가열기(600)로부터 검출된 온도가 사전에 설정된 온도보다 높으면 상기 스위칭부(400)가 저전압의 전원을 선택하도록 제어한다. 또한, 상기 제어부(700)는 상기 위상검출부(300)로부터의 상기 3상전원의 고전압 및 저전압 전원의 위상 정보를 전달받아, 상기 고전압의 전원 또는 저전압의 전원의 위상이 영(0)인 경우 상기 스위칭부(400)가 상기 고전압의 전원 또는 저전압의 전원을 선택하도록 제어한다.

도 4는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 전원부(100)는 R, S, T상을 갖는 3상의 교류전원을 변압부(200)에 전달한다.

상기 변압부(200)는 각각 R, S, T상의 교류전원을 고전압 및 저전압의 전원으로 변압하는 복수의 변압기(T10, T20, T30)을 포함한다. 즉, 상기 변압부(200)는 상기 복수의 변압기(T10, T20, T30)를 포함하여 R상의 교류전원을 변압기(T10)를 통하여 R상을 갖는 고전압의 교류전원 및 저전압의 교류전원으로 변압하고, S상의 교류전원을 변압기(T20)를 통하여 S상을 갖는 고전압의 교류전원 및 저전압의 교류전원으로 변압하며, 마찬가지로 T상의 교류전원을 변압기(T30)를 통하여 T상을 간 는 고전압의 교류전원 및 저전압의 교류전원으로 변압한다.

상기 위상검출부(300)는 복수의 위상검출기(PT1 내지 PT6)를 포함한다. 상기 복수의 위상검출기(PT1 내지 PT6)는 각각 상기 변압부(200)로부터의 3상의 고전압 및 저전압의 교류전원의 위상을 검출한다. 상기 복수의 위상검출기(PT1 내지 PT6)는 상기 스위칭부(400)의 각 스위치에 병렬로 연결된다.

상기 스위칭부(400)는 각각 변압된 R, S, T상의 교류전원을 선택하는 복수의 스위치그룹(410, 420, 430)을 포함한다.

상기 복수의 스위치그룹(410, 420, 430)은 각각 고전압의 교류전원을 선택하는 고전압용 스위치(S20, S50, S80)와, 저전압의 교류전원을 선택하는 저전압용 스위치(S30, S60, S90)를 포함한다. 상기 고전압용 스위치(S20, S50, S80) 및 상기 저전압용 스위치(S30, S60, S90)은 상기 위상검출부(300)의 복수의 위상검출기(PT1 내지 PT6)과 각각 병렬로 연결된다.

또한, 상기 복수의 스위치그룹(410, 420, 430)은 상기 고전압용 스위치(S20, S50, S80)에 병렬로 연결되어 상기 고전압용 스위치(S20, S50, S80)와 상기 저전압용 스위치(S30, S60, S90)간의 절환시에 스위칭하는 중복구간 스위치(S10, S40, S70)을 더포함한다.

상기 조정부(500)는 상기 R상을 갖는 선택된 교류전원과 상기 S상을 갖는 선 택된 교류전원 간의 위상 평형을 조정하는 제1 위상조정수단(Lb) 및 상기 S상을 갖는 선택된 교류전원과 상기 T상을 갖는 선택된 교류전원 간의 위상 평형을 조정하는 제2 위상조정수단(Cb)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 제1 위상조정수단(Lb)은 인덕터로 구성될 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 제2 위상조정수단(Cb)은 캐패시터로 구성될 수 있다.

이에 더하여, 상기 조정부(500)는 위상 조정된 교류전원의 역률을 조정하는 역률조정수단(Cp)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 역률조정수단(Cp)은 캐패시터로 구성될 수 있다.

상기 유도가열기(600)는 서로 병렬연결된 코일 및 저항을 포함하여 상기 조정부(400)로부터의 조정된 교류전원을 공급받아 금속 등의 피가열체에 온도를 부여한다.

상기 제어부(700)는 상기 유도가열기(600)로부터 검출된 온도(Ts)를 전달받고, 상기 위상검출부(300)의 각 위상검출기(PT1 내지 PT6)로부터 검출된 위상신호(PTs1 내지 PTs6)를 입력받는다. 상기 제어부(700)는 검출된 온도(Ts)를 사전에 설정된 온도와 비교하여 상기 스위칭부(400)에 포함된 각 스위치의 온(on) 오프(off)를 제어한다. 이때, 상기 위상신호(PTs1 내지 PTs6)에 따라 선택하고자 하는 교류전원의 위상이 영(0)일때 상기 스위치를 온(on) 또는 오프(off)하도록 제어한다.

도 5는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 제어부의 동작을 나타내는 동작흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전원 공급장치의 제어부의 동작을 볼 수 있다.

도 6a는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 저전압 스위칭 동작을 나타내는 동작 흐름도이다.

도 6a를 참조하면, 유도가열기의 온도를 유지하기 위해 저전압을 선택하는 동작의 흐름을 볼 수 있다.

도 6b는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 저전압 스위칭 동작을 나타내는 개념도이다.

도 6b를 참조하면, 도 6a의 저전압 스위칭 동작 흐름을 그래프를 통하여 보다 상세하게 볼 수 있다.

도 6c는 영전압 스위칭하여 저전압을 선택하는 동작을 나타내는 그래프이다.

도 6c를 참조하면, 도 5a 및 도 5b의 저전압 스위칭 동작에 있어서, 영전압 스위칭하여 저전압을 선택하는 동작을 상세히 볼 수 있다.

도 7a는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 고전압 스위칭 동작 을 나타내는 동작 흐름도이다.

도 7a를 참조하면, 유도가열기의 온도를 높이기 위해 고전압을 선택하는 동작의 흐름을 볼 수 있다.

도 7b는 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치의 고전압 스위칭 동작을 나타내는 개념도이다.

도 7b를 참조하면, 도 6a의 고전압 스위칭 동작 흐름을 그래프를 통하여 보다 상세하게 볼 수 있다.

도 7c는 영전압 스위칭하여 고전압을 선택하는 동작을 나타내는 그래프이다.

도 7c를 참조하면, 도 6a 및 도 6b의 rh전압 스위칭 동작에 있어서, 영전압 스위칭하여 고전압을 선택하는 동작을 상세히 볼 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치에 의해 공급되는 전원의 전류 파형을 나타내는 그래프이다.

도 8을 참조하면, 상기 유도가열기에 공급되는 전원의 전류 파형에 서지(Surge)성 전류가 급감한 것을 확인할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 첨부된 도면을 참조하여 제어부의 동작을 개략적으로 알아보기로 한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 먼저 제어부(700)는 사전에 제어하고자 하는 유도가열기(600)의 온도를 설정한다.(ST100) 이후, 상기 유도가열기(500)로부터 온도를 검출한다.(ST200) 상기 제어부(700)는 상기 검출된 온도(Ts)를 상기 사전에 설정된 온도와 비교하여(ST300), 상기 검출된 온도가 사전에 설정된 온도 이상이면 저전압용 스위치를 스위칭 온(on)(ST410)하도록 제어하고 상기 검출된 온도가 사전에 설정된 온도 이하이면 고전압용 스위치를 스위칭 온(on)(ST420)하도록 제어한다.(ST400) 마지막으로, 온도제어의 계속 여부를 판단한다.(ST500)

상기 유도기열기(600)의 온도에 따른 상기 제어부(700)의 스위치제어에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 6a를 참조하면, 제어부(700)는 유도가열기(600)의 온도를 검출하여 사전에 설정된 온도와 비교한 후, 상기 검출된 온도가 사전에 설정된 온도 이상이면 저전압용 스위치를 스위칭 온(on)하도록 제어한다. 상기 제어부(700)의 스위칭제어를 개략적으로 살펴보면, 먼저 상기 제어부(700)는 고전압용 스위치를 스위칭 오프(off)하도록 제어신호를 상기 스위칭부(400)에 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 고전압용 스위치를 단락(off)시킨다.(ST411)

그 다음으로, 상기 제어부(700)는 저전압용 스위치를 스위칭 온(on)제어하기에 앞서, 중복구간 스위치를 스위칭 온(on)하도록 제어신호를 상기 스위칭부(400) 에 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(600)의 제어신호에 따라 상기 중복구간 스위치를 도통(on)시킨다.(ST412)

이후, 상기 제어부(700)는 상기 저전압용 스위치를 스위칭 온(on)하도록 제어신호를 상기 스위칭부(400)에 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어신호에 따라 상기 저전압용 스위치를 도통(on)시킨다.(ST413)

마지막으로, 상기 제어부(700)는 상기 중복구간 스위치를 스위칭 오프(off)하도록 제어신호를 상기 스위칭부(400)에 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어신호에 따라 상기 중복구간 스위치를 단락(off)시킨다.(ST414)

상술한 저전압 스위칭 동작의 흐름을 도 6b를 참조하여 보다 상세하게 알아보기로 한다.

도 4 내지 도 6b를 참조하면, 상기 제어부(700)는 상기 R, S, T상을 갖는 저전압의 교류전원을 순차적으로 선택하도록 상기 스위칭부(300)에 스위칭 제어신호(ss30, ss60, ss90)를 순차적으로 전달한다.

이후, 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(600)의 제어신호에 따라 먼저 R상을 갖는 저전압(VR20)의 교류전원을 선택하기 위해 저전압용 스위치(S30)를 도통(on)시킨다.(도 6b의 (1))

그 다음으로는, 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(600)의 제어신호에 따라 S상을 갖는 저전압(VS20)의 교류전원을 선택하기 위해 저전압용 스위치(S60)를 도통(on)시킨다.(도 6b의 (2))

마지막으로, 상기 스위칭부(400)는 T상을 갖는 저전압(VT20)의 교류전원을 선택하기 위해 저전압용 스위치(S90)를 도통(on)시킨다.(도 6b의 (3))

상기 제어부(700)는 다음 동작을 위해서 상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)를 단락(off)하도록 제어신호(ss10, ss40, ss70)를 출력한다. 상기 스위칭부(300)는 상기 제어부(600)의 제어신호에 따라 상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)를 단락(off)시킨다.(도 6b의 (4))

이에 따라, 상기 스위칭부는 각 R, S, T상을 갖는 저전압의 교류전원을 조정부(400)에 전달하며, 상기 조정부(400)는 상기 저전압의 교류전원의 위상 평형 및 역률을 조정하여 상기 유도가열기(500)에 공급한다.

상술한 바와 같이, 상기 저전압의 교류전원의 위상을 검출하여 상기 교류전원의 위상이 영(0)인 경우, 상기 저전압용 스위치를 스위칭하는 동작을 보다 상세히 알아보기로 한다.

도 4 내지 도 6c의 (1) 및 (2)을 참조하면, 먼저 상기 저전압용 스위치(S30, S60, S90)에 유입되는 R, S, T상을 갖는 교류전원의 전압파형(VS30, VS60, VS90)을 볼 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 R, S, T상을 갖는 교류전원은 각각 120°의 위상 차이를 갖고 있다. 즉, 각 R, S, T상을 갖는 교류전원은 서로 다른 위치에서 영(0)전압을 갖는다.

우선, 상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)는 도통(on)되어 있다.

상기 제어부(600)는 상기 저전압용 스위치(S30)에 유입되는 저전압의 교류전 원(VS30)의 위상을 검출한다. 상기 저전압의 교류전원(VS30)의 위상이 영(0)이면, 상기 제어부(600)는 상기 스위칭부(300)에 스위칭 제어신호(ss30)을 전달한다. 상기 스위칭부(300)는 상기 제어부(600)의 제어신호에 따라 상기 저전압용 스위치(S30)을 도통(on)시킨다.

그 다음으로, 상기 제어부(600)는 상기 저전압용 스위치(S60)에 유입되는 저전압의 교류전원(VS60)의 위상을 검출한다. 상기 저전압의 교류전원(VS60)의 위상이 영(0)이면, 상기 제어부(600)는 상기 스위칭부(300)에 스위칭 제어신호(ss60)을 전달한다. 상기 스위칭부(300)는 상기 제어부(600)의 제어신호에 따라 상기 저전압용 스위치(S60)을 도통(on)시킨다.

마지막으로, 상기 제어부(600)는 상기 저전압용 스위치(S90)에 유입되는 저전압의 교류전원(VS90)의 위상을 검출한다. 상기 저전압의 교류전원(VS90)의 위상이 영(0)이면, 상기 제어부(600)는 상기 스위칭부(300)에 스위칭 제어신호(ss90)을 전달한다. 상기 스위칭부(300)는 상기 제어부(600)의 제어신호에 따라 상기 저전압용 스위치(S90)을 도통(on)시킨다.

이후, 상기 제어부(300)는 상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)를 오프(off)하도록 제어한다.

이하에서는, 유도가열기에 고전압의 교류전원을 공급하기 위한 동작을 설명하기로 한다.

도 7a를 참조하면, 제어부(700)는 유도가열기(600)의 온도를 검출하여 사전에 설정된 온도와 비교한 후, 상기 검출된 온도가 사전에 설정된 온도 이하이면 고전압용 스위치를 스위칭 온(on)하도록 제어한다. 상기 제어부(700)의 스위칭제어를 개략적으로 살펴보면, 먼저 상기 제어부(700)는 저전압용 스위치를 스위칭 오프(off)하도록 제어신호를 상기 스위칭부(400)에 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 저전압용 스위치를 단락(off)시킨다.(ST421)

그 다음으로, 상기 제어부(700)는 고전압용 스위치를 스위칭 온(on)제어하기에 앞서, 중복구간 스위치를 스위칭 온(on)하도록 제어신호를 상기 스위칭부(400)에 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(700)의 제어신호에 따라 상기 중복구간 스위치를 도통(on)시킨다.(ST422)

이후, 상기 제어부(700)는 상기 고전압용 스위치를 스위칭 온(on)하도록 제어신호를 상기 스위칭부(400)에 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어신호에 따라 상기 고전압용 스위치를 도통(on)시킨다.(ST423)

마지막으로, 상기 제어부(700)는 상기 중복구간 스위치를 스위칭 오프(off)하도록 제어신호를 상기 스위칭부(400)에 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어신호에 따라 상기 중복구간 스위치를 단락(off)시킨다.(ST424)

상술한 고전압 스위칭 동작의 흐름을 도 7b를 참조하여 보다 상세하게 알아보기로 한다.

도 4 내지 도 7b를 참조하면, 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(700)의 제 어신호에 따라 먼저 R상을 갖는 고전압(VR10)의 교류전원을 선택하기 위해 고전압용 스위치(S30)를 도통(on)시킨다.(도 7b의 (2))

이후, 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(600)의 제어신호에 따라 S상을 갖는 고전압(VS10)의 교류전원을 선택하기 위해 고전압용 스위치(S50)를 도통(on)시킨다.(도 7b의 (3))

마지막으로, 상기 스위칭부(400)는 T상을 갖는 고전압(VT10)의 교류전원을 선택하기 위해 고전압용 스위치(S80)를 도통(on)시킨다.(도 7b의 (4))

상기 제어부(700)는 다음 동작을 위해서 상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)를 단락(off)하도록 제어신호(ss10, ss40, ss70)를 상기 스위칭부(400)에 전달한다.

상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)의 단락은 상술한 바와 같이 3개의 스위치가 동시에 단락될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 제어부(600)는 상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)의 단락(off)도 상기 고전압용 스위치 및 저전압용 스위치의 도통(on)과 마찬가지로 순차적으로 단락(off)을 제어할 수 있다. 순차적으로 단락(off)을 제어하면, 고전압용 스위치와 저전압용 스위치의 절환시에 보다 적은 전원이 유입되어 스위칭시에 일어나는 서지(Surge)성 전류를 더욱 저감시킬 수 있다.

도 7b에서는 본 발명의 다른 실시형태로 상기 중복구간 스위칭(S10, S40, S70)의 순차적인 단락을 보여준다.

상기 제어부(600)는 상기 고전압의 교류전류 선택시와 같이 순차적으로 상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)를 단락(off)하도록 한다. 즉, 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(700)의 제어신호에 따라 상기 R상을 갖는 고전압의 교류전류를 선택하고, 이후 중복구간 스위치(S10)을 단락시킨다.

그 다음으로, 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(700)의 제어신호에 따라 상기 S상을 갖는 고전압의 교류전류를 선택하고, 이후 중복구간 스위치(S40)을 단락시킨다.

마지막으로, 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(700)의 제어신호에 따라 상기 T상을 갖는 고전압의 교류전류를 선택하고, 이후 중복구간 스위치(S70)를 단락(off)한다.(도 7b의 (3) 내지 (5)) (상술한 중복구간 스위치(S10, S40, S70)의 순차적인 단락은 저전압의 교류전류를 선택할 시에도 적용할 수 있다.)

상술한 바와 같이, 상기 스위칭부(400)는 각 R, S, T상을 갖는 고전압의 교류전원을 조정부(500)에 전달하며, 상기 조정부(500)는 상기 고전압의 교류전원의 위상 평형 및 역률을 조정하여 상기 유도가열기(600)에 공급한다.

상술한 바와 같이, 상기 고전압의 교류전원의 위상을 검출하여 상기 교류전원의 위상이 영(0)인 경우, 상기 고전압용 스위치를 스위칭하는 동작을 보다 상세히 알아보기로 한다.

도 4 내지 도 7c의 (1) 및 (2)을 참조하면, 먼저 상기 고전압용 스위치(S20, S50, S80)에 유입되는 R, S, T상을 갖는 교류전원의 전압파형(VS20, VS50, VS80)을 볼 수 있다.

우선, 상기 저전압용 스위치(S30, S60, S90)는 도통(on)되어 있다. 이후, 상기 제어부(700)는 상기유도가열기(600)에 고전압의 교류전원을 공급하기 위해 상기 저전압용 스위치(S30, S60, S90)을 오프(off)하도록 제어하고, 동시에 상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)를 온(on)하도록 스위칭 제어신호를 상기 스위칭부(400)에 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어신호에 따라 상기 저전압용 스위치(S30, S60, S90)을 단락(off)시키고, 동시에 상기 중복구간 스위치(S10, S40, S70)을 도통(on)시킨다.

먼저, 상기 제어부(700)는 상기 고전압용 스위치(S20)에 유입되는 저전압의 교류전원(VS20)의 위상을 검출한다. 상기 고전압의 교류전원(VS20)의 위상이 영(0)이면, 상기 제어부(700)는 상기 스위칭부(300)에 스위칭 제어신호(ss20)을 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(600)의 제어신호에 따라 상기 저전압용 스위치(S30)을 도통(on)시킨다. 이후, 상기 제어부(600)는 상기 중복구간 스위치(S10)을 오프(off)하도록 상기 스위칭부(700)에 스위치 제어신호(ss10)를 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어신호(ss10)에 따라 상기 중복구간 스위치(S10)을 단락(off)시킨다.

그 다음으로, 상기 제어부(700)는 상기 고전압용 스위치(S50)에 유입되는 고전압의 교류전원(VS50)의 위상을 검출한다. 상기 고전압의 교류전원(VS50)의 위상이 영(0)이면, 상기 제어부(700)는 상기 스위칭부(300)에 스위칭 제어신호(ss50)을 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(700)의 제어신호(ss50)에 따라 상기 고전압용 스위치(S50)을 도통(on)시킨다. 이후, 상기 제어부(700)는 상기 중복구간 스위치(S40)을 오프(off)하도록 상기 스위칭부(400)에 스위치 제어신호(ss40)를 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어신호(ss40)에 따라 상기 중복구간 스위치(S40)을 단락(off)시킨다.

마지막으로, 상기 제어부(700)는 상기 저전압용 스위치(S80)에 유입되는 고전압의 교류전원(VS80)의 위상을 검출한다. 상기 고전압의 교류전원(VS80)의 위상이 영(0)이면, 상기 제어부(700)는 상기 스위칭부(300)에 스위칭 제어신호(ss80)을 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어부(700)의 제어신호(ss80)에 따라 상기 고전압용 스위치(S80)을 도통(on)시킨다. 이후, 상기 제어부(700)는 상기 중복구간 스위치(S70)을 오프(off)하도록 상기 스위칭부(300)에 스위치 제어신호(ss70)를 전달한다. 상기 스위칭부(400)는 상기 제어신호(ss70)에 따라 상기 중복구간 스위치(S70)을 단락(off)시킨다.

도 2의 (b) 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 유도가열기용 전원 공급장치는 전원의 위상을 검출하여 영(0)전압일때 스위칭함으로써, 종래의 유도가열기용 전원 공급장치에서 공급하는 전원의 전류 파형에 나타나는 서지(Surge)성 전류가 급감한 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능 하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 발명의 유도가열기용 전원 공급장치는 변압된 교류전원의 위상을 검출하여 영(0)전압인 경우 스위칭함으로써, 공급되는 전원에 서지(Surge)성 전류를 급감시켜 스위치에 가해지는 충격 등을 저감시킬 수 있으며, 또한 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 3상 전원을 공급받아 유도가열기에 공급하는 유도가열기용 전원공급방법에 있어서,

   상기 유도가열기의 온도를 검출하는 단계;

   상기 유도가열기로부터의 검출온도를 사전에 설정된 제어온도와 비교하는 단계; 및

   상기 검출온도가 상기 제어온도보다 높으면 상기 3상 전원의 저전압의 위상을 검출하여 상기 저전압의 위상이 영(0)인 경우 상기 저전압을 스위칭 온하고, 상기 검출온도가 상기 제어온도보다 낮으면 상기 3상 전원의 고전압의 위상을 검출하여 상기 고전압의 위상이 영(0)인 경우 상기 고전압을 스위칭 온하는 단계

   를 포함하되,

   상기 고전압을 스위칭 온하는 단계는

   상기 3상 전원의 저전압을 선택하는 저전압용 스위치를 스위칭 오프하는 단계;

   상기 3상 전원의 고전압을 선택하는 중복구간 스위치를 스위칭 온하는 단계;

   상기 3상 전원의 고전압의 위상이 영(0)인 경우 상기 고전압을 선택하는 고전압용 스위치를 스위칭 온하는 단계; 및

   상기 중복구간 스위치를 스위칭 오프하는 단계

   로 이루어지고,

   상기 저전압을 스위칭 온하는 단계는

   상기 3상 전원의 고전압을 선택하는 고전압용 스위치를 스위칭 오프하는 단계;

   상기 3상 전원의 고전압을 선택하는 중복구간 스위치를 스위칭 온하는 단계;

   상기 3상 전원의 저전압의 위상이 영(0)인 경우 상기 저전압을 선택하는 저전압용 스위치를 스위칭 온하는 단계; 및

   상기 중복구간 스위치를 스위칭 오프하는 단계

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 영전압 스위칭을 이용한 유도가열기용 전원 공급방법.
5. 삭제
6. 삭제

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