KR100934191B1 - 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기 - Google Patents

단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부에서 공급되는 단상 전원의 위상을 보상하여 3상으로 변환하고, 기동 콘덴서 및 기동 스위치를 통하여 기동 토크를 향상시키며 고정자 권선의 접속 배선을 절환시켜 고정자의 자극수를 4극 또는 8극으로 변환시켜 사용할 수 있도록 하는 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기에 관한 것으로, 전원공급부(100)를 통하여 외부로부터 공급되는 상용전원 라인(L1, L2) 중 어느 한 라인(L1)으로부터 전원을 전송받아 위상을 보상하여 새로운 1상의 전원을 생성하여 출력하는 위상보상용 콘덴서(300)와; 상기 4극/8극 극수변환 모터(600)에 공급되는 3상 전원의 결선 극수를 선택하는 극수선택 스위치(200)와; 상기 전원공급부(100)의 교류전원 두 라인(L1, L2)과 위상보상용 콘덴서(300)를 통하여 위상이 보상된 1상의 라인(C1)을 포함하는 3상 전원을 4극/8극 극수변환 모터(600)에 공급하되, 상기 극수선택 스위치(200)의 설정에 따라 3상 전원의 결선 극수를 변환하여 4극/8극 극수변환 모터(600)에 공급하는 극수변환 스위치(500);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
극수변환, 유도전동기, 모터, 4극/8극, 위상보상 콘덴서, 기동 콘덴서

Description

단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기 {Three Phase Induction Motor for Pole-Change with Single Phase Input having Explosion-Proof Type for Vapor Recovery System}
본 발명은 극수변환 3상 유도전동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부에서 공급되는 단상 전원의 위상을 보상하여 3상으로 변환하고, 기동 콘덴서 및 기동 스위치를 통하여 기동 토크를 향상시키며 고정자 권선의 접속 배선을 절환시켜 고정자의 자극수를 4극 또는 8극으로 변환시켜 사용할 수 있도록 하는 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기에 관한 것이다.
휘발유 등의 유류를 운반 차량에서 주유소 지하탱크로 넣거나 주유소 지하탱크에 저장된 유류를 자동차에 넣을 때 유증기가 발생하게 되는데, 이 유증기는 휘발성유기화합물(VOCs)로서 중축신경계, 말초신경계, 호흡기, 심장순환계 장애 등을 일으키는 대표적인 환경오염 물질이다.
따라서, 유류를 넣을 때 발생하는 유증기를 회수하는 시스템이 필수적으로 요구되는데, 유증기 회수 시스템은 유류 운반 차량에서 주유소 지하탱크에 기름을 넣은 과정에서 발생하는 유증기를 압력을 이용하여 운반 차량으로 회수하거나, 주유소 저장탱크에서 자동차에 유류를 공급하는 주유 건에 압력 노즐을 설치하여 유증기를 회수할 수 있도록 하고 있다.
상기 유증기 회수 시스템에는 유증기를 회수하기 위한 압력을 발생시키는 전동기가 구비되는데, 이 전동기는 설치 장소의 특성상 방폭형으로 제작되어야 한다. 즉, 전동기의 동작 환경인 주유소에서는 유류의 인화 및 폭발 위험이 있기 때문에 방폭형 인증을 받은 것에 한하여 사용되고 있다.
이러한 유증기 회수 시스템용 방폭형 전동기로 사용되는 3상 유도전동기가 있다. 일반적으로 3상 단일권선 배열을 갖는 3상 유도전동기는 3상 전원에 의해 고장자의 극수 변환이 이루어져 유도 전류가 발생함으로써 회전자를 회전시키게 된다.
이러한 3상 유도전동기를 구동하기 위해서는 3상 전원이 필요한데, 통상 3상 전원은 단상 전원을 인버터를 통하여 3상 전원으로 변환한 후 3상 유도전동기에 공급하게 된다. 하지만, 단상 전원을 3상 전원으로 변환하는 인버터는 정류기와 콘덴서, 스위칭 소자 등 다양한 전자부품들로 이루어져 있기 때문에 제작 비용이 많이 소요되고 고장이 발생하는 경우 수리가 어려워 유지관리비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
한편, 3상 유도전동기는 극수변환 모터로 동작하여 고속용과 저속용으로 사용되는데, 고속용으로 사용되는 경우 3상 유도전동기는 4극을 형성하여 고속으로 동작하고, 저속용으로 사용되는 경우 8극을 형성하여 저속으로 동작하게 된다. 이러한 극수변환 3상 유도전동기를 통하여 고속 또는 저속으로 사용하는 경우, 4극 또는 8극을 형성하기 위하여 유도전동기의 결선을 교체하여야 하는 문제점이 있었다. 즉, 단일권선 배열을 갖는 3상 유도전동기를 고속용 또는 저속용으로 사용하고자 하는 경우 유도전동기의 고정자 권선 결선을 바꿔주어야 하는 번거로운 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 극수변환 3상 유도전동기에서 위상보상 콘덴서를 통하여 단상 전원의 위상을 보상하여 3상으로 변환하고 기동 콘덴서 및 기동 스위치를 통하여 3상 유도전동기의 기동 토크를 향상시킬 수 있도록 하며, 극수변환 3상 유도전동기의 고정자 권선의 접속 배선을 절환시켜 고정자의 자극수를 4극 또는 8극으로 변환시켜 사용할 수 있도록 하는 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기는 3상 4극/8극 극수변환 모터 권선의 결선을 전환하여 모터의 고정자 극수를 변환하는 극수변환 3상 유도전동기에 있어서, 전원공급부를 통하여 외부로부터 공급되는 상용전원 라인 중 어느 한 라인으로부터 전원을 전송받아 위상을 보상하여 새로운 1상의 전원을 생성하여 출력하는 위상보상용 콘덴서와; 상기 4극/8극 극수변환 모터에 공급되는 3상 전원의 결선 극수를 선택하는 극수선택 스위치와; 상기 전원공급부의 교류전원 두 라인과 위상보상용 콘덴서를 통하여 위상이 보상된 1상의 라인을 포함하는 3상 전원을 4극/8극 극수변환 모터에 공급하되, 상기 극수선택 스위치의 설정에 따라 3상 전원의 결선 극수를 변환하여 4극/8극 극수변환 모터에 공급하는 극수변환 스위치;를 포함하여 이루어진다.
상기 극수변환 스위치는 극수선택 스위치의 4극 선택에 따라 4극/8극 극수변환 모터의 4극용 리드선에 교류전원 및 위상보상용 콘덴서로부터 전송되는 3상 전원을 각각 공급하는 제1스위치와, 상기 극수선택 스위치의 4극 선택에 따라 4극/8극 극수변환 모터의 8극용 리드선을 공통 연결시켜 제1스위치와 함께 2병렬 결선을 형성하는 제3스위치와, 상기 극수선택 스위치의 8극 선택에 따라 4극/8극 극수변환 모터의 8극용 리드선에 교류전원 및 위상보상용 콘덴서를 통하여 전송되는 3상 전원을 각각 공급하여 1병렬 결선을 형성하는 제2스위치를 포함하여 이루어진다.
상기 위상보상용 콘덴서는 전원공급부의 교류전원 라인 중 다른 한 라인으로부터 전원을 공급받아 위상을 보상하여 극수변환 스위치에 공급함으로써 4극/8극 극수변환 모터의 회전방향이 반대로 변경되게 된다.
한편, 상기 극수변환 3상 유도전동기에는 4극/8극 극수변환 모터의 초기 기동시 구동되어 4극/8극 극수변환 모터의 기동 리드선에 기동 토크를 공급하는 기동 콘덴서와, 상기 기동 콘덴서의 동작을 단속하는 기동 스위치를 포함하는 기동부가 더 구비된다.
본 발명에 따른 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기는 위상보상용 콘덴서를 이용하여 단상 전원의 위상을 보상하 여 극수변환 3상 유도전동기를 구동시킬 수 있도록 함으로써 제조 비용을 절감할 수 있고, 기동 콘덴서 및 기동 스위치를 통하여 극수변환 3상 유도전동기의 기동 토크를 향상시킬 수 있으며, 극수선택 스위치 및 극수변환 스위치를 통하여 극수변환 3상 유도전동기의 고정자 권선의 접속 배선을 절환시킬 수 있도록 함으로써 별도의 결선 교체 없이 고정자의 자극수를 4극 또는 8극으로 변환시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기의 전체적인 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 극수변환 3상 유동전동기는 위상보상용 콘덴서(300)를 통하여 전원공급부(100)로부터 공급되는 상용전원의 단상 위상을 보상하여 3상 위상으로 변환한 후 3상 4극/8극 극수변환 모터(600)에 구동 전원을 공급하고, 극수선택 스위치(200) 및 극수변환 스위치(500)를 통하여 3상 전원의 극수를 4극 또는 8극으로 변환하여 4극/8극 극수변환 모터(600)의 입력 결선에 공급하며, 기동부(400)를 통하여 4극/8극 극수변환 모터(600)의 기동 토크를 향상시킬 수 있도록 하는 단상 극수변환 3상 유도전동기이다.
상기 위상보상용 콘덴서(300)는 전원공급부(100)를 통하여 입력되는 상용전원의 2상 전원 중 1상의 위상을 변환하여 다른 하나의 1상을 만들어주어 3상 위상 전원으로 변환함으로써 3상 극수변환 모터(600)에 3상 전원을 공급할 수 있도록 하는 콘덴서이다.
상기 극수선택 스위치(200)는 4극/8극 극수변환 모터(600)의 극수를 4극 또는 8극으로 선택하는 스위치이며, 극수변환 스위치(500)는 상기 극수선택 스위치(200)의 선택에 따라 출력되는 전원의 극수를 변환하여 4극/8극 극수변환 모터(600)에 공급하는 스위치이다. 상기 극수변환 스위치(500)에는 4극/8극 극수변환 모터(600)의 4극 구동을 위한 제1스위치(510) 및 제3스위치(530)와, 8극 구동을 위한 제2스위치(520)가 구비된다.
상기 기동부(400)는 4극/8극 극수변환 모터(600)의 초기 기동시 기동 토크를 향상시키기 위한 장치로서, 이 기동부(400)에는 4극/8극 극수변환 모터(600)의 초기 기동시 동작되어 기동 토크를 높여주는 기동 콘덴서(420)와, 상기 기동 콘덴서(420)의 동작을 제어하는 기동 스위치(410)가 구비되어 있다. 상기 기동 콘덴서(420)는 4극/8극 극수변환 모터(600)의 초기 기동시 구동되어 4극/8극 극수변환 모터(600)에 기동 토크를 공급하며, 4극/8극 극수변환 모터(600)가 기동하여 속도가 일정 수준에 도달하면 기동 스위치(410)에 의해 동작이 차단되게 된다.
상기 4극/8극 극수변환 모터(600)는 3상 전원을 통하여 구동되는 극수변환 모터로서, 이 4극/8극 극수변환 모터(600)에는 코일이 권선되어 있는데, 공급되는 3상 전원의 결선 위치에 따라 고속회전용 4극 또는 저속회전용 8극으로 동작하게 된다.
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 4극/8극 극수변환 모터의 결선도 일례를 나타낸 것이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 4극/8극 극수변환 모터(600)의 결선에는 4극용으로 구동하기 위한 3개의 리드선(U1, V1, W1)과, 8극으로 구동하기 위한 3개의 리드선(U2, V2, W2)과, 극수변환 모터(600)의 초기 기동을 위한 1개의 기동 리드선(T)이 형성된다.
상기 극수변환 모터(600)의 4극용 리드선(U1, V1, W1)에 3상(R, T, S) 전원이 공급되고 8극용 리드선(U1, V1, W1)이 공통(COMMON)으로 연결되는 경우 이 극수변환 모터(600)는 고속회전을 위한 4극으로 구동되고, 극수변환 모터(600)의 8극용 리드선(U2, V2, W2)에 3상의 전원이 각각 공급되고 4극용 리드선(U1, V1, W1)이 개방되는 경우 이 극수변환 모터(600)는 저속회전을 위한 8극으로 구동된다.
한편, 극수변환 모터(600)의 기동 리드선(T)에는 극수변환 모터(600)의 초기 기동시 기동 토크를 공급하는 기동 전원이 공급되는데, 이 기동 전원은 기동 콘덴서(420)로부터 공급된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 극수변환 3상 유도전동기의 극수 변환 개념을 나타내는 결선도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 극수변환 3상 유도전동기의 위상보상용 콘덴 서(300)는 전원공급부(100)의 두 입력 라인(L1, L2) 중 어느 한 라인(L1)으로부터 전원을 공급받아 위상을 변환하여 새로운 1상의 전원을 생성하고 이를 극수변환 스위치(500)의 제1스위치(510) 및 제2스위치(520)에 전송함으로써, 제1스위치(510) 및 제2스위치(520)에는 전원공급부(100)로부터 공급되는 2상과 위상보상용 콘덴서(300)로부터 공급되는 1상을 통하여 3상의 전원이 공급되게 된다. 한편, 상기 위상보상용 콘덴서(300)의 전원 입력 라인(L1)이 다른 라인(L2)으로 변경되면 4극/8극 극수변환 모터(600)의 회전 방향은 반대가 된다.
상기 극수선택 스위치(200)는 극수변환 스위치(500)의 각 스위치(510)(520)(530) 접점을 변경하여 4극/8극 극수변환 모터(600)에 4극 3상 전원 또는 8극 3상 전원을 공급하게 된다. 상기 극수변환 스위치(500)는 극수선택 스위치(200)의 4극 선택시 제1스위치(510) 및 제3스위치(530)가 턴온되고, 극수선택 스위치(200)의 8극 선택시 제2스위치(520)가 턴온된다.
본 발명의 실시예에서 상기 극수변환 스위치(500)의 제1스위치(510)와 제2스위치(520) 및 제3스위치(530)는 각각 마그네틱 스위치(MS1, MS2, MS3)로 이루어지는데, 이 마그네틱 스위치(MS1, MS2, MS3)는 극수선택 스위치(200)에 선택에 따른 마그네틱 코일(mc1(511), mc2(512), mc3(513))을 통하여 그 접점이 변경되는 스위치이다.
상기 제1스위치(510)는 극수선택 스위치(200)의 4극 선택시 턴온되어 4극/8극 극수변환 모터(600)의 4극용 리드선(U1, V1, W1)에 3상 전원을 공급하는 스위치로서, 이 제1스위치(510)의 입력단은 전원공급부(100)의 두 라인(L1, L2)과 위상보 상용 콘덴서(300)의 출력 라인과 연결되어 3상 전원을 공급받고, 출력단은 4극/8극 극수변환 모터(600)의 4극용 리드선(U1, V1, W1)과 각각 연결되어 3상 전원을 공급하게 된다. 상기 제3스위치(530)는 극수선택 스위치(200)의 4극 선택시 턴온되어 4극/8극 극수변환 모터(600)의 8극용 리드선(U2, V2, W2)을 공통으로 연결시키게 된다. 따라서, 상기 제1스위치(510)와 제3스위치(530)는 극수선택 스위치(200)의 4극 선택시 턴온되어 4극/8극 극수변환 모터(600)의 리드선(U1, V1, W1, U2, V2, W2)과 2병렬(2Y) 결선을 수행하여 3상 전원을 공급함으로써 4극/8극 극수변환 모터(600)가 4극으로 고속 회전할 수 있도록 한다.
상기 제2스위치(520)는 극수선택 스위치(200)의 8극 선택시 턴온되어 4극/8극 극수변환 모터(600)의 8극용 리드선(U2, V2, W2)에 3상 전원을 공급하는 스위치로서, 이 제2스위치(520)의 입력단은 전원공급부(100)의 두 라인(L1, L2)과 위상보상용 콘덴서(300)의 출력라인과 연결되어 3상 전원을 공급받고, 출력단은 4극/8극 극수변환 모터(600)의 8극용 리드선(U2, V2, W2)과 각각 연결되어 3상 전원을 공급하게 된다. 상기 제2스위치(520)의 턴온 동작시 제1스위치(510) 및 제3스위치(530)는 오프된 상태를 유지하게 되는데, 제2스위치(520)는 극수선택 스위치(200)의 8극 선택시 4극/8극 극수변환 모터(600)의 리드선(U2, V2, W2)과 1병렬(1Y) 결선을 수행하여 3상 전원을 공급함으로써 4극/8극 극수변환 모터(600)가 8극으로 저속 회전할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 극수변환 3상 유도전동기의 기동 개념을 나 타내는 결선도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기동부(400)에는 기동 콘덴서(420) 및 기동 스위치(410)가 구비되는데, 상기 기동 스위치(410)는 전자식 스위치로 전원공급부(100)와 위상보상용 콘덴서(300)와 연결되어 전원을 공급받아 구동되며, 기동 콘덴서(420)는 위상보상 콘덴서(300)로부터 전원을 공급받아 구동되며 4극/8극 극수변환 모터(600)의 기동 리드선(T)에 기동 전원을 공급하게 된다.
상기 기동 콘덴서(420)는 전자식 기동 스위치(410)에 의해 동작이 제어되는데, 이 기동 스위치(410)는 4극/8극 극수변환 모터(600)의 초기 기동시 기동 콘덴서(420)를 동작시켜 기동 리드선(T)을 통하여 4극/8극 극수변환 모터(600)에 기동 토크를 공급하며, 모터(600)가 구동되면 기동 콘덴서(420)를 통하여 4극/8극 극수변환 모터(600)에 공급되는 기동 토크를 차단시켜 모터(600)가 정상적인 운전상태로 운전을 지속할 수 있도록 한다. 본 발명의 실시예에서 상기 기동 콘덴서(420)를 통하여 기동 토크가 200％ 이상 향상되게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 극수변환 3상 유도전동기는 위상보상용 콘덴서(300)를 통하여 전원공급부(100)의 전원 위상을 보상하여 3상 전원으로 변환하며, 극수선택 스위치(200) 및 극수변환 스위치(500)를 통하여 3상 전원의 극수를 4극 또는 8극으로 변환하여 4극/8극 극수변환 모터(600)에 공급하며, 기동 스위치(410) 및 기동 콘덴서(420)를 통하여 4극/8극 극수변환 모터(600)의 기동 토크를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기의 전체적인 블록 구성도이다.
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 4극/8극 극수변환 모터의 결선도 일례,
도 4는 본 발명에 따른 극수변환 3상 유도전동기의 극수 변환 개념을 나타내는 결선도 일례,
도 5는 본 발명에 따른 극수변환 3상 유도전동기의 기동 개념을 나타내는 결선도 일례이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 전원공급부 200 : 극수선택 스위치
300 : 위상보상용 콘덴서 400 : 기동부
410 : 기동 스위치 420 : 기동 콘덴서
500 : 극수변환 스위치 510 : 제1스위치
520 : 제2스위치 530 : 제3스위치
600 : 4극/8극 극수변환 모터

Claims (4)

  1. 3상 4극/8극 극수변환 모터 권선의 결선을 전환하여 모터의 고정자 극수를 변환하는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기에 있어서,
    전원공급부(100)를 통하여 외부로부터 공급되는 상용전원 라인(L1, L2) 중 어느 한 라인(L1)으로부터 전원을 전송받아 위상을 보상하여 새로운 1상의 전원을 생성하여 출력하는 위상보상용 콘덴서(300)와;
    상기 4극/8극 극수변환 모터(600)에 공급되는 3상 전원의 결선 극수를 선택하는 극수선택 스위치(200)와;
    상기 전원공급부(100)의 교류전원 두 라인(L1, L2)과 위상보상용 콘덴서(300)를 통하여 위상이 보상된 1상의 라인(C1)을 포함하는 3상 전원을 4극/8극 극수변환 모터(600)에 공급하되, 상기 극수선택 스위치(200)의 설정에 따라 3상 전원의 결선 극수를 변환하여 4극/8극 극수변환 모터(600)에 공급하는 극수변환 스위치(500);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 극수변환 스위치(500)는,
    상기 극수선택 스위치(200)의 4극 선택에 따라 4극/8극 극수변환 모터(600)의 4극용 리드선(U1, V1, W1)에 교류전원 및 위상보상용 콘덴서(300)로부터 전송되 는 3상 전원을 각각 공급하는 제1스위치(510)와,
    상기 극수선택 스위치(200)의 4극 선택에 따라 4극/8극 극수변환 모터(600)의 8극용 리드선(U2, V2, W2)을 공통(COMMON) 연결시켜 제1스위치(510)와 함께 2병렬(2Y) 결선을 형성하는 제3스위치(530)와,
    상기 극수선택 스위치(200)의 8극 선택에 따라 4극/8극 극수변환 모터(600)의 8극용 리드선(U2, V2, W2)에 교류전원 및 위상보상용 콘덴서(300)를 통하여 전송되는 3상 전원을 각각 공급하여 1병렬(1Y) 결선을 형성하는 제2스위치(520)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 위상보상용 콘덴서(300)는 전원공급부(100)의 교류전원 라인(L1, L2) 중 다른 한 라인(L2)으로부터 전원을 공급받아 위상을 보상하여 극수변환 스위치(500)에 공급함으로써 4극/8극 극수변환 모터(600)의 회전방향이 반대로 변경되는 것을 특징으로 하는 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 극수변환 3상 유도전동기에는
    상기 4극/8극 극수변환 모터(600)의 초기 기동시 구동되어 4극/8극 극수변환 모터(600)의 기동 리드선(T)에 기동 토크를 공급하는 기동 콘덴서(420)와, 상기 기동 콘덴서(420)의 동작을 단속하는 기동 스위치(410)를 포함하는 기동부(400)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 단상 전원으로 구동되는 유증기 회수 시스템용 방폭형 극수변환 3상 유도전동기.
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