KR100883507B1 - 삼상유도전동기의 절전구동장치 - Google Patents

삼상유도전동기의 절전구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼상유도전동기의 절전구동장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 메인전자접촉기(MCM)를 통해 상기 전원입력부(10)의 각 라인에 고정자권선의 1차측 3단자(u,v,w)가 결선되는 유도전동기(20)와, 유도전동기(20)의 고정자권선의 2차측 3단자(x,y,z)와 상기 전원입력부(10)의 각 라인 사이에 접속되는 델타전자접촉기(MCD)와, 유도전동기(20)의 고정자권선의 2차측 3단자(x,y,z)와 상기 전원입력부(10) 사이에 접속되는 스타전자접촉기(MCS)와, 델타전자접촉기(MCD)와 상기 스타전자접촉기(MCS)를 교호로 온오프하는 구동제어부(100)와, 상기 유도전동기(20)의 무부하상태를 검출하는 부하검출센서(40)를 포함하며, 상기 구동제어부(100)는 시동스위치(PB2)가 눌려지면 메인전자접촉기(MCM)과 스타전자접촉기(MCS)를 온시키며, 저전압시동타이머(TR1)의 설정시간(t1)이 경과되면 스타전자접촉기(MCS)를 오프시키고 델타전자접촉기(MCD)를 온시키는 스타델타전환부(110)와, 무부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2) 경과후 델타전자접촉기(MCD)를 오프시키고 스타전자접촉기(MCS)를 온시키고 부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)를 오프하여 델타전자접촉기(MCD)를 온하고 스타전자접촉기(MCS)를 오프시키는 무부하전환부(120)와, 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2)보다 긴 설정시간(t3)의 운전정지타이머(TR3)를 구비한 무부하운전정지부(130)로 구성되며, 부하검출센서(40)로부터 전동기의 무부하상태가 검출되면 상기 구동제어부(100)는 델타전자접촉기(MCD)를 오프하고 스타전자접촉기(MCS)를 온시켜서 저전압모드로 운전하고 무부하신호 검출 후 운전정지타이머(TR3)의 설정시간(t3)이 경과되면 메인전자접촉기(MCM)를 차단하여 전동기의 운전을 정지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 절전구동장치가 제공된다.
유도전동기, 델타결선, 스타결선, 무부하, 절전

Description

삼상유도전동기의 절전구동장치 {Electric power saving apparatus to control the three phase induction motor}
본 발명은 삼상유도전동기의 절전구동장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 삼상유도전동기의 무부하 작동시에 소비전력을 대폭 줄이고 불필요한 전력소모를 방지하는 새로운 구조의 삼상유도전동기의 절전구동장치에 관한 것이다.
삼상유도전동기를 시동하는 일반적인 방법으로 직입기동과 스타-델타시동이 있다. 직입시동은 충분히 큰 시동토크를 얻을 수 있으나 시동시에 대전류가 흘러서 설비코스트가 높은 스타-델타시동에 의하면 시동시의 전류가 낮게 억제되므로 그만큼 시동토크를 절감할 수 있는 장점이 있다.
한편, 종래의 삼상유도전동기를 운전하는 경우에 절전을 위해서 전동기에 부하상태에 따라 전동기에 가해지는 전력을 펄스폭변조에 의해 제어 또는 인버터를 이용한 제어방법 사용되었다. 그러나 이러한 펄스폭 변조나 인버터에 의한 제어방 법은 이를 구현하는 장치는 구조가 복잡하여 코스트가 많이 드는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 기존에 스타-델타시동방식으로 시동되는 삼상유도전동기에서 간단한 구조변경을 통해 무부하시에 소비전력을 대폭 줄일 수 있는 새로운 구조의 삼상유도전동기의 절전구동장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 3상전원(R,S,T)이 인가되는 전원입력부(10)와, 메인전자접촉기(MCM)를 통해 상기 전원입력부(10)의 각 라인에 고정자권선의 1차측 3단자(u,v,w)가 결선되는 유도전동기(20)와, 상기 유도전동기(20)의 고정자권선의 2차측 3단자(x,y,z)와 전원입력부(10)의 각 라인 사이에 접속되며 유도전동기의 고정자권선을 델타결선하는 델타전자접촉기(MCD)와, 상기 유도전동기(20)의 고정자권선의 2차측 3단자(x,y,z)와 전원입력부(10) 사이에 접속되며 유도전동기의 고정자권선을 스타결선하는 스타전자접촉기(MCS)와, 상기 델타전자접촉기(MCD)와 스타전자접촉기(MCS)를 상호 절환하여 온오프하는 구동제어부(100)와, 상기 유도전동기(20)의 무부하상태를 검출하는 부하검출센서(40)를 포함하며, 상기 구동제어부(100)는 시동스위치(PB2)가 눌려지면 메인전자접촉기(MCM)과 스타전자접촉기(MCS)를 온시키며, 저전압시동타이머(TR1)의 설정시간(t1)이 경과되면 스타전자접촉기(MCS)를 오프시키고 델타전자접촉기(MCD)를 온시키는 스타델타전환부(110)와, 무부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2) 경과후 델타전자접촉기(MCD)를 오프시키고 스타전자접촉기(MCS)를 온시키고 부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)를 오프하여 델타전자접촉기(MCD)를 온하고 스타전자접촉기(MCS)를 오프시키는 무부하전환부(120)와, 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2)보다 긴 설정시간(t3)의 운전정지타이머(TR3)를 구비한 무부하운전정지부(130)로 구성되며, 부하검출센서(40)로부터 전동기의 무부하상태가 검출되면 상기 구동제어부(100)는 델타전자접촉기(MCD)를 오프하고 스타전자접촉기(MCS)를 온시켜서 저전압모드로 운전하고 무부하신호 검출 후 운전정지타이머(TR3)의 설정시간(t3)이 경과되면 메인전자접촉기(MCM)를 차단하여 전동기의 운전을 정지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 절전구동장치가 제공된다.
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본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 구동제어부(100)는 마이컴(MIC)에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도 전동기의 절전구동장치가 제공된다.
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본 발명에 따르면, 전동기의 시동시에는 스타결선에 의해 저전압시동을 하고, 이후에는 델타결선에 의해 정격전압에 의한 운전을 행하다가, 무부하상태가 검출되면 이를 다시 스타결선으로 전환함으로써, 기존의 스타-델타시동방식을 취하는 유도전동기의 구조를 그대로 이용하면서 약간의 구성의 부가를 통해 무부하시의 전력소모를 대폭 줄일 수 있어서, 구조가 간단하여 제작코스트가 절감되면서도 절전효과가 우수한 유도전동기의 절전구동장치가 제공된다.
아울러 무부하 운전이 장시간 지속되는 경우에는 전동기의 운전을 완전히 정지시키고 부하가 발생되면 자동으로 시동할 수 있어서 불필요한 전동기의 전력소모를 방지함으로써, 더욱 경제적인 전동기의 구동을 달성할 수 있다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다. 도 1은 본 발명에 따른 삼상유도 전동기의 스타결선 및 델타결선을 보여주는 전동기 결선도이고, 도 2는 전동기의 구동제어부(100)의 회로도이다. 도시된 바와 같이, 전원입력부(10)를 통해 인가된 3상 교류전원(R,S,T)이 메인전자접촉기(MCM)를 통해 유도전동기(20)의 고정자권선의 1차측 3단자(u,v,w)에 연결되고, 유도전동기(20)의 고정자권선의 2차측 3단자(x,y,z)에는 고정자권선을 델타결선시키는 델타전자접촉기(MCD)와 스타결선시키는 스타전자접촉기(MCS)가 교호로 상호 절환가능하게 구비 된다. 그리고 전원입력부(10)의 후단에는 유입되는 전류를 검출하는 전류검출부(30)에는 전류검출기(CT1,CT2)가 구비된다.
도 2의 유도전동기를 구동제어회로를 참조하면, 시동스위치(PB2)와 정지스위치(PB1)를 포함하고, 상기 시동스위치(PB2)가 눌려지는 시동초기에는 메인전자접촉기(MCM)과 스타전자접촉기(MCS)를 온시켜서 전동기를 스타결선하여 저전압으로 시동하고, 저전압시동타이머(TR1)의 설정시간(t1), 예를 들면 5 내지 30초가 경과되면 역으로 스타전자접촉기(MCS)를 오프하고 델타전자접촉기(MCD)를 온시키는 스타델타전환부(110)와, 외부 부하검출센서(40)로부터 무부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2), 예를 들면5 내지 60초가 경과된 후에 델타전자접촉기(MCD)를 오프하고 스타전자접촉기(MCS)를 온시켜서 전동기를 저전압의 무부하운전모드로 운전하고, 무부하상태가 종료되면 무부하지연타이머(TR2)를 오프시켜서 델타전자접촉기(MCD)를 온하고 스타전자접촉기(MCS)를 오프시키는 무부하전환부(120)를 포함한다. 본 실시예에서는 무부하상태의 검출은 시스템 외부의 부하검출센서(40), 예를들면 온도센서, 압력센서, 리미트센서 등에 의해 검출되는 것으로 예시하였으나, 이와는 달리 전원입력부(10) 후단의 전류검출기(CT1,CT2)의 전류의 변동을 검출함으로써 무부하상태를 검출할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면 무부하운전상태가 상당 시간동안 지속되면 전동기의 운동을 정지시키는 무부하운전정지부(130)를 구비한다. 무부하운전정지부(130)는 상기 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2)보다 긴 설정시간(t3)을 가진 운전정지타이머(TR3)를 포함하는데, 이 운전정지타이머(TR3)는 무부하지연타이머(TR2) 의 온과 동시에 온되어, 무부하운전이 상당한 시간, 예를 들면 1분 내지 10분 동안 지속되면 운전정지타이머(TR3)가 작동되어 메인전자접촉기(MCM)를 차단하도록 구성된다. 그 외에도 본 발명에 따르면, 상기 전류검출기(CT1,CT2)에서 과전류가 검출되면 회로를 차단하는 과전류차단부(140)를 더 포함한다.
이러한 구성에 따른 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 시동스위치(PB2)를 누르면 릴레이(RY)가 작동되어 메인전자접촉기(MCM)와 스타전자접촉기(MCS)가 온되어 유도전동기(20)가 스타결선되어 저전력으로 시동개시된다. 한편, 시동스위치(PB2)의 누름과 동시에 저전압시동타이머(TR1)이 작동개시되어 소정의 설정시간(t1)이 경과되면 스타전자접촉기(MCS)를 차단하고 동시에 델타전자접촉기(MCD)를 온하여 유도전동기(20)를 델타결선으로 전환하여 정격전압으로 부하상태의 전동기를 운전한다. 이러한 정상적인 부하운전시에는 상기 부하검출센서(40)에 의해 부하검출릴레이(AX1)가 온상태로 유지되고, 이에 따라 무부하지연타이머(TR2)나 운전정지타이머(TR3)는 오프상태로 유지된다.
전동기의 부하운전 중에 부하검출센서(40)가 무부하를 검출하면, 부하검출릴레이(AX1)가 오프되어 무부하지연타이머(TR2) 전단의 릴레이접점(AX1)이 도통되고, 이에 직렬접속된 릴레이(AX2)접점이 작동되지 않고 도통상태가 유지되므로 무부하지연타이머(TR2)가 온되어 설정시간(t2) 경과 후에 타이머(TR2)의 접점이 전환되어 델타전자접촉기(MCD)가 오프되고 스타전자접촉기(MCS)가 온되어 유도전동기(20)가 스타결선을 이루어 저전압의 절전운전을 개시한다. 타이머(TR2)에서 설정된 지연시간(t2)은 무의미한 순간적 부하변동에는 반응하지 않도록 하기 위한 것이다.
다음에, 무부하운전상태의 전동기에 새로이 부하가 걸리면, 부하검출릴레이(AX1)이 온되고 릴레이(AX1)접점이 오프되어 무부하지연타이머(TR2)가 오프되어 타이머(TR2)의 접점이 먼저 스타전자접촉기(MCS)가 오프되고 델타전자접촉기(MCD)가 온되어 델타결선으로 전환되어 전동기가 정격전압으로 운전된다.
한편, 무부하운전상태에서 전류검출기(CT1,CT2)와 연동되는 부하검출릴레이(OCR-L)가 부하를 검출하면, 보조릴레이(AX2)가 온되어 보조릴레이(AX2)의 접점이 오프되어 무부하지연타이머(TR2)가 오프되어 타이머(TR)의 접점이 복귀되어 스타전자접촉기(MCS)가 오프되고 델타전자접촉기(MCD)가 온되어 정격부하상태로 전환된다. 이와 같이 부하검출릴레이(OCR-L)는 부하검출센서(40)가 무부하를 검출하였음에도 불구하고 전류검출기(CT1,CT2)의 검출전류가 상승하여 부하를 검출하는 경우에, 전동기를 정격전압모드로 전환시킬 수 있도록 한다.
한편, 무부하운전정지부(130)의 운전정지타이머(TR3)는 상기 부하검출센서(40)의 무부하검출시에 부하검출릴레이(AX1)가 오프됨으로써 작동이 개시되며, 상기 무부하지연타이머(TR2)보다 긴 설정시간(t3)을 가져서, 그 설정시간이 경과되면 타이머(TR3)접점을 작동하여 메인전자접촉기(MCM)를 차단시킨다. 그 후 부하검출센서(40)가 다시 부하를 검출하면 릴레이(AX1)가 동작하여 운전정지타이머(TR3)가 오프되면서 초기 저전압 시동모드로 전환된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예로서, 전술한 바와 같은 전동기의 절전구동의 제어가 마이컴(MIC)에 의해 수행되는 것이다. 즉, 마이컴(MIC)의 입력측에는 시동스위치(PB2)와 정지스위치(PB1)가 구비되고, 타이머릴레이 등의 설정시간을 조절하 는 UP-DOWN 스위치와 리셋스위치가 구비된다. 또한, 유도전동기(20)의 전원입력부(10)에 접속된 전류검출기(CT1,CT2)의 검출신호가 입력되고, 아울러, 외부의 부하검출센서(40)의 검출신호가 입력되는 단자(SC)가 구비된다.
또한, 마이컴(MIC)의 출력단에는 메인전자접촉기(MCM)를 온오프하는 릴레이(RY1)와, 델타전자접촉기(MCD)를 온오프하는 릴레이(RY2) 및 스타전자접촉기(MCS)를 온오프하는 릴레이(RY3)가 구비된다. 이에 따라, 전동기의 시동초기에는 마이컴(MIC)이 릴레이(RY1)과 릴레이(RY3)를 온시켜서 전동기를 스타결선하여 저전압기동을 행하고, 설정시간이 경과되면 릴레이(RY1)와 릴레이(RY2)를 온시켜서 전동기를 델타결선하여 정상 운전으로 전환시킨다. 또한, 운전중에 전류검출기(CT1,CT2) 또는 외부 부하검출센서(40)로부터 무부하신호가 검출되면 다시 릴레이(RY1)와 릴레이(RY2)를 온시켜서 스타결선의 저전압 절전운전을 행하고, 다시 부하가 검출되면 릴레이(RY1)와 릴레이(RY3)를 온시켜서 델타결선의 정격부하 운전을 행한다.
도 4는 본 발명에 따른 전류의 흐름도로서, 전동기 운전 중에 무부하가 검출되면 스타결선으로 전환된 본 발명의 경우가 종래의 무부하 상태에서 흐르는 전류에 비해 소비전류가 대폭 감소되어 높은 절전효과를 얻는 것을 보여준다.
도 1은 본 발명에 따른 전동기의 결선도
도 2는 본 발명의 일 실시예의 구동회로도
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 구동회로도
도 4는 본 발명에 따른 전류의 흐름상태도

Claims (5)

  1. 3상전원(R,S,T)이 인가되는 전원입력부(10)와, 메인전자접촉기(MCM)를 통해 상기 전원입력부(10)의 각 라인에 고정자권선의 1차측 3단자(u,v,w)가 결선되는 유도전동기(20)와, 상기 유도전동기(20)의 고정자권선의 2차측 3단자(x,y,z)와 전원입력부(10)의 각 라인 사이에 접속되며 유도전동기의 고정자권선을 델타결선하는 델타전자접촉기(MCD)와, 상기 유도전동기(20)의 고정자권선의 2차측 3단자(x,y,z)와 전원입력부(10) 사이에 접속되며 유도전동기의 고정자권선을 스타결선하는 스타전자접촉기(MCS)와, 상기 델타전자접촉기(MCD)와 스타전자접촉기(MCS)를 상호 절환하여 온오프하는 구동제어부(100)와, 상기 유도전동기(20)의 무부하상태를 검출하는 부하검출센서(40)를 포함하며,
    상기 구동제어부(100)는 시동스위치(PB2)가 눌려지면 메인전자접촉기(MCM)과 스타전자접촉기(MCS)를 온시키며, 저전압시동타이머(TR1)의 설정시간(t1)이 경과되면 스타전자접촉기(MCS)를 오프시키고 델타전자접촉기(MCD)를 온시키는 스타델타전환부(110)와, 무부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2) 경과후 델타전자접촉기(MCD)를 오프시키고 스타전자접촉기(MCS)를 온시키고 부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)를 오프하여 델타전자접촉기(MCD)를 온하고 스타전자접촉기(MCS)를 오프시키는 무부하전환부(120)와, 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2)보다 긴 설정시간(t3)의 운전정지타이머(TR3)를 구비한 무부하운전정지부(130)로 구성되며, 부하검출센서(40)로부터 전동기의 무부하상태가 검출되면 상기 구동제어부(100)는 델타전자접촉기(MCD)를 오프하고 스타전자접촉기(MCS)를 온시켜서 저전압모드로 운전하고 무부하신호 검출 후 운전정지타이머(TR3)의 설정시간(t3)이 경과되면 메인전자접촉기(MCM)를 차단하여 전동기의 운전을 정지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 절전구동장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 구동제어부(100)는 마이컴(MIC)에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도 전동기의 절전구동장치.
  5. 삭제
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