KR100961934B1 - 단상유도전동기의 기동릴레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단상 유도전동기의 기동용 전압식 전자 릴레이에 관한 것으로서, 출력구동부, 전원부, 제1드라이빙부, 제2드라이빙부를 주요구성부로 하며, 여기에 결합부가 추가 구성되는 것이 가능한 단상유도 전동기의 기동용 릴레이를 제공한다.

따라서 본 발명은 간단하면서도 사용전압 범위가 넓고 소비전력이 적은 디스크리트 부품을 이용한 슈미트 트리거회로와 반도체 계전기기(Solid State Relays)의 고기능을 이용하므로써 쉽고 간편하게, 고기능의 단상유도 전동기의 기동용 릴레이를 제공할 수 있는 이점이 있다.

단상유도, 전동기, 모터, 기동, 릴레이, 트라이액, 리액터, 코어, 히스테리시스

Description

단상유도전동기의 기동릴레이{START RELAY FOR SINGLE PHASE INDUCTION MOTOR}

본 발명은 종래의 전압식 전자기동릴레이의 개량 발명에 관한 것이다.

종래에는 단상유도전동기의 기동용 전압식 릴레이는, 일반적으로 사용되는 범용의 AC 릴레이와는 다르게 온오프 히스테리시스(On-Off hysteresis) 폭이 40~50%정도로 넓게 동작 되도록 설계되어 원심스위치와 동일한 특성을 가지는 (기계식 작동의) "전압식 AC 기동릴레이"를 사용했으나, 접점의 마모 용착 등의 결함이 있어서, 널리 사용되지 못하고 트라이액을 이용한 전자식으로 점차 대체되고 있는 실정이다.

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이러한 단상유도전동기의 기동과 관련된 종래기술의 하나로, 대한민국 공개특허공보 제10-1984-0003933호 '단상유도전동기 기동용 전압식 전자릴레이'를 들 수 있다.

이 종래의 '단상유도전동기 기동용 전압식 전자릴레이'는 트랜지스터의 전자사태효과를 이용한 히스테리시스 온 오프 특성을 가지는 회로이다. 아울러 이 '단상유도전동기 기동용 전압식 전자릴레이'는 원심력 기동스위치와 같은 운전특성을 내면서도 값싸게 제조 할 수 있으며 소형으로 제조할 수 있다.
하지만, 이러한 종래의 '단상유도전동기 기동용 전압식 전자릴레이'는 트랜지스터의 전자사태 효과는 트랜지스터의 제조회사에서 규격을 정해서 균일하게 생산하는 특성이 아니며 균일한 특성의 트랜지스터를 선별해서 구매하기가 어려운 실정으로 사용이 어려워서, 균일한 특성이 요구되는 기동릴레이의 생산에는 문제가 많아서 실용되고 있지 않고, 현재는 설정이 임의대로 가능한 IC를 이용한 슈미트 트리거회로 등으로 구현 되어지는 온 오프 히스테리시스 폭이 설정된 제품이 널리 실용되고 있는 실정이다.
그러나 IC,를 이용한 제품은 주변회로가 복잡하고 사용부품수가 많으며, 수 십 볼트의 저 전압과 정 전압으로 구동되어야하므로 구동전류가 많아서 전원 회로에서 차지하는 부품의 부피가 크고 노이즈나 사용 온도범위가 좁다는 단점이 있다.

종래 '단상유도전동기 기동용 전압식 전자릴레이'에 있어서, 110V/220V 겸용모터용이 주로 생산되고 필요한 전자릴레이도 주로 110V용으로 생산되었다. 근래에는 전원전압이 220V로 승압되고 따라서 요구되는 모터출력도 증가되고 있는 추세이다. 따라서 전자릴레이도 220V 전용이고 출력용량도 고 용량이 요구되고 있다.

따라서 종래에는 승압을 위해서, 비교적 값이 싼 저압용 트라이액을 직렬로 접속해서 사용하고. 기동콘덴서에 충전되어 있는 직류 전압에 의한 트라이액의 소손을 방지하기 위해 직렬로 리액터코일을 삽입하거나 제로크로스 스위칭 기능이 있는 트라이액 출력 형 포토커플러를 사용하는 등 여러 가지 방안이 제시되고 있었다.

그러나 트라이액을 직렬연결해서 사용하면은 문제로, 생산되는 트라이액의 오프저항이 균일하지 않아서 저항값이 낮은쪽 보다는 높은쪽으로 전압이 더 걸리는 전압쏠림현상이 발생되어 양쪽에 고르게 걸리지 않는다. 따라서 한쪽 트라이액에 정격을 넘는 전압이 걸리게 되고, 이렇게 장시간 사용하게 되면 한쪽이 점점 열화 되어 어느 시점에는 파손되는 폐단이 있다.
또한 제로크로스 스위칭기능이 있는 포토커플러를 사용한 콘덴서전류의 방전전류에 의한 트라이액의 손상 방지효과는, 단기적으로는 상당한 효과가 있어서, 괜 찬은 것 같으나, 제로크로스스위칭이란 원리적으로 수 십 볼트 미만에는 작동하지 않으므로 완전하지는 못해서, 장시간 사용시에 트라이액에 가해지는 반복되는 전기적인 쑈크로 조금씩 손상되고 가중되어서 결국에는 파괴되는 지경에 이르고 말게 되는 결함이 있었다.
또한 종래의 IC를 이용한 슈미트트리거회로 제품은 주변회로가 복잡하고 사용부품수가 많으며, 수십 볼트의 저전압과 정전압으로 구동되어야 하므로 구동전류가 많아서 전원 회로에서 차지하는 부품의 부피가 크고 노이즈에 약하고 사용 온도범위가 좁다는 단점이 있다.

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또한 종래의 전압식 단상유도전동기 기동릴레이에 사용되는 릴레이는 통상적인 구조의 AC릴레이로는 온오프 히스테리시스 폭이 기동릴레이 용으로는 적합하지 않아서 히스테리시스 폭이 많게 되도록 가동편의 가동간격을 넓인 특수한 구조의 전압식 전용 기동릴레이를 사용하고 있는 실정이다.

아울러 앞서 설명한 것 이외에도 IC를 이용한 종래의 단상유도전동기 기동릴레이는 디스크리트(discrete) 회로에 비해서 주변회로부품이 많이 필요하고 저 임피던스로 작동되고 수십 볼트의 저전압과 정전압으로 구동되므로, IC의 구동에 필요한 전류가 많아서 간이형 전원으로는 안되고 안정된 전원회로가 필요하기 때문에 제조비용이 더 들고 부피를 많이 차지하게 된다.

따라서 이러한 기계식 접점을 사용하는 원심력스위치나 전압식 릴레이는 설치의 불편함과 크기도 커지고 접점의 마모나 용착 등 결점이 많아서 내구성이 필요한 전동기에서는 트라이액을 이용한 전자식으로 대체 돼가고 있는 실정이다.

그러나 전원전압이 220V로 승압 되었으나 전자식 기동릴레이는 아직도 경제 성과 안정성 등 기술적인 한계를 넘지 못하여 일반적으로 널리 보급되고 있지 못한 실정이다.

전자식 단상전동기 기동릴레이의 기술적인 문제로 해결되어야 하는 과제는, 사용되는 트라이액의 전기적 사용제한 규격인 내전압과 '전압상승률(dv/dt)'이다. 이 내전압과 '전압상승률(dv/dt)'로 인해 트라이액의 케소드(K)와 애노드(A)사이에 순간적이나마 이 규격을 넘는 전압이나 전류가 트라이액에 가해지면 트라이액이 소손되기 때문에, 사용되는 트라이액의 규격 이내로 제한하는 것이 요구된다.

따라서 반복되는 기동에도 트라이액이 열화되고 소손되는 것을 방지하기 위해 트라이액과 직렬로 리액터를 연결하도록 회로를 구성하여 전압상승률이 감소되도록 사용하기도 한다. 아울러 이러한 리액터는 회로중의 기동콘덴서에 충전되어 있는 DC 전압이 순간적으로 방전되는 시간동안 포화되지 않고 리액턴스 값을 유지할 수 있도록 용량을 충분하게 설계해줄 필요가 있다. 리액턴스 값을 올리기 위해서는 코일 턴 수를 늘리거나 코어를 크게 해서 코어의 Q값을 올려주어야 하는데, 종래에는 수십 암페어가 흐르는 기동전류에 코어가 포화되지 않도록 직경1mm 정도의 코일로 공심코일 권선을 하거나 막대형 페라이트코어에 권선한 리액터를 사용하는 경우가 많았다. 이 경우 코어의 Q값이 적어 코일 턴 수를 늘려야 했는데, 그렇게 되면 리액터의 크기가 커지게 되어, 좁은 공간에 설치되어야 하므로, 부피를 크게 할 수 없어서 필요한 용량의 수분의 일 크기로 제조 및 설치되어서, 전동기의 기동시간이 조금만 길어도 과도한 기동전류를 감당하지 못하고 리액터가 과열 파손되는 등 고장의 주원인이 됨은 물론, 비좁고 작은 공간에 실장 해야 하는 제조여건 상 애로가 많고 완성 후 사용이 불편하게 된다.

종래에는 이러한 이유로 리액터를 사용하지 않아도 될 수 있도록 트라이액의 드라이브회로에 제로전압 스위칭 기능이 내장된 포토커플러를 사용하고 동시에 기동콘덴서에 병렬로 방전저항을 부착하는 등 여러 가지 방안이 고려되었지만 이러한 방법은 콘덴서전압의 방전 시정수 이내의 촌동기동에는 효과가 반감되고, 근본적으로 제로크로스 스위칭기능은 수십 볼트 미만에는 작용하지 못하므로 조금씩 전기적 쇼크가 누적되어 결국 파괴영역에 이르는 상황을 근본적으로 해결해 주지는 못하여, 결국 대부분 리액터를 부착하여 실용하고 있는 실정이다.

아울러 1마력이하의 소 용량의 전동기에서는 가능하지만, 수마력의 대용량 전동기에 있어 리액터만으로 상기 문제를 해결하기 위해 모터용량에 비례해서 증가하는 기동전류를 감당해 주기에는 리액터가 너무 커지고 부피를 많이 차지하게 된다.

따라서 기동콘덴서에 충전된 DC 전압이 방전 시에 트라이액의 전압상승률(dv/dt) 규격 이내에 들어 트라이액이 소손되는 것을 방지하기 위해서는, 충분한 리액턴스 값과 포화자속밀도가 높은 리액터가 필수적으로 요구되며, 사용의 편리를 위해서 소형일 뿐만 아니라, 제조 또한 쉬운 리액터 기술 또한 절실히 요청되고 있는 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기동코일에 기동전류를 스위칭하는 출력구동부와, 상기 출력구동부로 입력되는 교류전압을 정류하여 출력하는 전원부와, 상기 전원부의 출력을 입력받아 기동릴레이를 작동시키기 위한 초기의 신호를 출력하는 제1드라이빙부와, 상기 제1드라이빙부에서 출력되는 초기의 신호를 증폭하여 출력시키는 제2드라이빙부를 구비하는 단상유도전동기의 기동릴레이에 있어서,
상기 출력구동부는 단상유도전동기의 기동릴레이로 흐르는 기동전류를 스위칭시키기 위해, 상기 단상유도전동기의 기동릴레이를 기동시키기 위한 기동콘덴서를 기동릴레이에 직렬로 연결하고, 리액터코일(CH70) 및 트라이액(TRI1,TRI2)을 상기 기동콘덴서와 직렬식 회로노드 형태로 연결구성하며, 기동릴레이의 오프시 온오프(on-off) 상태 변화에 따른 저항 불균일로 인한 전압쏠림을 방지하기 위해 상기 트라이액에 전압밸런스용 더미저항(R54,R55)을 병렬로 연결 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이를 제공하는데 있다.

이러한 본 단상유도전동기의 기동릴레이에 있어, 상기 리액터코일은 14~24mm 규격의 표준형 일반 CT용 보빈에 권선하고 Q값을 조정하기 위해 규소강판재질의 일반 CT용 E자형 코어를 2~5장씩 겹친 후 교차 적층하여 에어겝(air gap)을 형성하고, 상기 에어겝(air gap) 사이에 I자형 코어를 2~3장씩 끼워 넣어 동작전류의 최대치에서도 상기 리액터코일의 코어가 포화되는 일이 없도록 상기 에어겝(air gap)의 크기 및 형태를 조정함으로써 상기 I자형 코어가 포화되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 단상유도전동기의 기동릴레이에 있어, 상기 출력구동부는 단상유도전동기의 기동코일과 기동콘덴서 사이에 리액터코일(H70)과 트라이액(TRI1,TRI2)이 직렬로 접속 형성되되, 상기 트라이액(TRI1,TRI2)과 병렬로 더미용 저항(R54,R55)이 구성되며; 상기 전원부는 출력구동부의 출력측이 연결된 상기 기동코일 양단의 전압을 브리지정류 방식으로 정류하고 콘덴서(C21)로 필터하여 단상유도전동기의 속도에 따르는 전원이 출력되도록 구성되고; 상기 제1드라이빙부는 전원부의 출력측에 연결된 저항(R31, R32)을 가변시킴으로써 바이패스 되는 전류를 가감하여 단상유도전동기의 속도에 따르는 전압으로 출력되도록 구성되며; 상기 제2드라이빙부는 제1드라이빙부로부터의 출력에 따라 드라이브되도록 릴레이(RL1)의 1차측에 접속하고, 상기 릴레이(RL1)의 2차측을 상기 출력구동부의 트라이액(TRI1,TRI2) 각각의 게이트에 접속하도록 구성하므로써, 릴레이(RL1) 자체의 물리적 히스테리시스 특성에 따른 출력특성을 가지도록 구성되는 것이 가능하다.

또한 본 단상유도전동기의 기동릴레이에 있어, 상기 제1드라이빙부는 트랜지스터(Q1, Q2)와, 저항(R41, R42, R43, R44, R45, R46)을 포함하되 제1단의 입력 및 출력단자가 제2단의 입력 및 출력단자에 상호 교차되도록 연결되는 슈미트트리거(Schmitt triger)회로로 구성되며; 상기 제2드라이빙부는 상기 제1드라이빙부로부터의 출력에 따라 드라이브되도록 릴레이(RL1)의 1차측에 접속하고, 상기 릴레이(RL1)의 2차측을 상기 출력구동부의 트라이액(TRI1,TRI2)에 접속하도록 구성되는 것도 가능하다.

또한 본 단상유도전동기의 기동릴레이에 있어, 상기 제1드라이빙부는 출력구동부의 출력측이 연결된 기동코일의 일단을 다이오드(D10), 저항(R21, R22, R23, R24), 콘덴서(C11)로 구성되는 회로노드에 접속하고, 직렬 형태로 연결된 상기 저항(R21, R22, R23, R24)에 접속 출력시켜 다음 단으로 드라이빙하며; 상기 제2드라이빙부는 트랜지스터(Q1, Q2)와, 저항(R41, R42, R43, R44, R45, R46)을 포함하되 제1단의 입력 및 출력단자가 제2단의 입력 및 출력단자에 상호 교차되도록 연결되어 히스테리시스 폭을 조절하는 공지의 슈미트트리거(Schmitt triger)회로 형태로 구성되는 것이 가능하다.
아울러 본 단상유도전동기의 기동릴레이는, 상기 제2드라이빙부로부터의 출력에 따라 제로크로싱(Zero-Crossing) 상태로 제어되는 SCR 출력형 반도체 계전기(Solid State Relays; SSR12)를 경유하여 출력구동부를 제어하도록 연결하는 결합부가 추가로 구성되고; 상기 제2드라이빙부로부터의 출력에 따라 제로크로싱(Zero-Crossing) 상태로 제어되는 2련 내장형 반도체 계전기(Solid State Relays ; SSR13)를 경유하여 출력구동부를 제어하도록 연결하는 결합부가 추가로 구성되며; 상기 제2드라이빙부로부터의 출력에 따라 제로크로싱(Zero-Crossing) 상태로 제어되는 반도체계전기(Solid State Relays; SSR12)와 리액터코일(CH70)를 포함하여 구성되고; 상기 제2드라이빙부로부터의 출력에 따라 제로크로싱(Zero-Crossing) 상태로 제어되는 포토커플러와 리액터코일(CH70)를 포함하여 구성되는 것이 가능하다.

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이외에도 본 발명에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이에서의 각 구성부 및 각각에 대한 상세한 기술내용을 제공하며 이러한 각 구성 및 기술내용은 각각 개별 적이거나 서로 복합적으로 실시될 수 있다.

따라서 이러한 본 발명은 복잡하고 부품 수가 많은 종전의 전자식 기동릴레이에 비해 부품수가 적고, 내구성이 높으며, 제조가 쉽고, 염가이면서도 소형으로 제작할 수 있는 효과가 있다.

종래에는 고내전압을 위해 트라이액을 2개 직렬로 연결해서 사용할 경우, 안정성이 떨어지며 기동릴레이가 원인 모르게 소손되거나 작동불능이 되는 현상이 발생되곤 하였다.

본 발명에서는 이러한 현상의 원인이 되는, 오프저항의 언밸런스(unbalance) 및 전압쏠림현상으로 인한 기동릴레이의 소손을 근본적으로 방지하기 위해 밸런스(balance)용 더미저항을 함께 구성하여 전압쏠림현상을 방지하므로 써, 안정적이고 효율적으로 트라이액의 내전압을 높여주며 안정성과 내구성을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 반도체 계전기(Solid State Relays),의 내장된 다양한 기능, 예컨대 구동전류가 적고 출력 특성이 좋은 SCR 출력 형 및 MOS FET 출력 형, 저전류에서 도 출력특성이 뛰어난 고 전류출력 형, 제로크로스 스위칭기능 내장형, 등 다양한 소자를 필요에 따라 이용할 수 있으므로 선택의 범위가 넓고 사용에도 편리한 효과가 있다.

또한, 단지 트랜지스터 2개와 저항 몇 개만으로 구성할 수 있는 디스크리 트(discrete) 형 슈미트트리거회로를 채택하고 있어, 값싸게 제조함과 동시에 내부임피던스를 높게 설계할 수 있으며, 구동용 전원전압을 수십 볼트에서 수백 볼트까지 다양하게 사용할 수 있다.

아울러, AC전원전압을 감압하지 않고도 그대로 정류해서 사용하도록 전원회로를 구성하고 있어 일반 전원회로에 소요되는 비용과 부피를 작게 설계할 수 있고, 반도체 계전기(Solid State Relays)나 포토커플러 및 트라이액을 직접적으로 구동 가능하도록 구성한 장점도 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 있어 리액터는 규소강판재질의 일반 CT 용 E자 및 I자형 코어를 채택함으로써 포화자속밀도가 높고 성능이 좋은 리액터를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 값싸고 소형으로 제조가 가능하며 좁은 공간에 실장하기가 용이한 효과가 있다.

이외에도 출력 측으로 리액터를 설치하고 제로크로스 스위칭기능의 반도체 계전기(Solid State Relays)를 채택한 드라이버회로를 같이 사용함으로써, 서지전압에 대한 내력을 이중으로 보호하여 안정성을 더욱 높이면서도 리액터의 크기를 줄여 소형으로 제조함으로써 이용의 편리성을 높이는 등, 다양한 효과를 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 단상유도전동기의 기동릴레이를 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명 일실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이의 동작을 설 명하기 위한 특성곡선을 나타낸 것이다.

그리고, 도 2는 본 발명 일실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이의 회로도이다.

본 실시예의 단상유도전동기의 기동릴레이(10)는, 출력구동부(110), 전원부(120), 제1드라이빙부(130), 제2드라이빙부(140)로 크게 구분할 수 있다.

상기 출력구동부(110)는 기동전류를 스위칭 시키기 위해 기동콘덴서와 함께 리액터와 트라이액을 포함한 상태로 전압쏠림을 방지하도록 전압밸런스용 저항을 병행 구성하여 회로루프를 형성한다.

그리고 전원부(120)는 입력되는 교류전압을 정류하여 출력한다.

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또한 드라이빙 제어를 위해, 상기 제1드라이빙부(130)는 전원부(120)의 출력을 입력받아 단상유도전동기의 속도를 조절하기 위한 제어신호를 출력시키며, 상기 제2드라이빙부(140)는 제1드라이빙부(130)의 출력을 입력받아 출력구동부(110)의 트라이액을 스위칭 구동시켜 드라이빙 시킨다.

이러한 구성을 갖는 본 실시예의 단상유도전동기의 기동릴레이(10)를 보다 자세히 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 단상유도전동기의 기동릴레이(10)는 콘덴서 기동형 단상유도전동기(M)의 기동코일단자(5)와 기동콘덴서(C64)의 사이에 출력구동부(110)로서 두 트라이액(TRI1, TRI2)과 다수의 저항(R51, R52, R54, R55), 리액터코일(CH70)이 연결된 상태로 구성되며, 기동코일양단 5,6에는 전원부(120)로서 저항(R35), 콘덴서(C22, C21), 브리지정류회로(D32)가 형성되어 있다.

그리고 제1드라이빙부(130)는 저항(R31, R32)을 통해 시정수를 변화시키는 형태로 구성되어 있으며, 제2드라이빙부(140)는 출력구동부(110)의 두 트라이액(TRI1, TRI2)을 드라이브하기 위해 릴레이(RL1)를 애노드 A와 게이트 G의 전극 양단에 연결하므로써, 전체적으로 반도체와 릴레이의 조합에 의한 하이브리드회로로 구성되어 있다.

이러한 본 단상유도전동기의 기동릴레이(10)의 각 구성부를 좀더 자세히 살펴보면, 출력구동부(110)는 기동코일과 기동콘덴서 간 공진전압을 이용한 전동기 등 고전압이 유기되는 전동기에 필요한 고전압용 기동릴레이로, 출력구동부(110)는 내전압을 높여 주기 위해 2개의 트라이액(TRI1, TRI2)을 직렬로 접속하고, 두 트라이액(TRI1, TRI2)의 오프(Off)시에 오프저항의 불균일에 의해서 두 트라이액(TRI1, TRI2)에 걸리는 전압이 한쪽으로 치우쳐 어느 한쪽 소자가 소손되고 나머지 소자도 연달아 소손되는 것을 방지하기 위해 더미저항(R54, R55)을 병렬로 구성하고 있다.
이를 통해 두 트라이액(TRI1, TRI2)을 직렬연결 사용에 따른 부품의 불균일에 의해 전압 쏠림으로 인한 성능악화를 방지하고 내구성과 안정성을 향상시킴으로써 직렬연결사용으로 인한 불안정성을 해결한 것으로, 특히 장시간 사용시에 원인 모르게 발생하는 고장의 원인까지도 해결하고 있다.

본 실시예에 있어 리액터코일(CH70)은 기동콘덴서(C64)에 잔류되어 충전되어있는 DC 전압이 전원 오프시나 재기동시 런닝콘덴서(C65)를 경유해서 방전할 때에 두 트라이액(TRI1, TRI2)에 걸리는 전압이, 트라이액의 전압상승률(dv/dt) 허용전압인 그래프곡선 91을 벗어나지 않게 하기 위해, 그래프곡선 92의 범위 내에 되도록 코어 Q값을 설정하고 리액턴스를 조정하여 형성한 것이다.

여기서 그래프곡선 93은 리액터코일(CH70)이 없을 경우이고, 그래프곡선 94는 리액터의 설계가 잘못된 경우의 특성을 도시한 것이다.
종래에는 일반적으로 110V용 전동기에서 직경 1mm 정도의 코일을 공심으로 권선하거나 막대형 페라이트코어에 권선하는 구조의 리액터로 150uH~ 200uH를 사용하는 경우가 많았으며, 일반적으로 220V 전용은 300~400uH의 리액터가 필요하다.
따라서 위의 값을 충족하는 리액터를 제작하기 위해서는 부피가 커지고, 좁은 공간에 실장이 어려워지는 문제점이 있다.

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본 실시예에서는 이를 해결하기 위하여 리액터 코일 회전(턴, turn) 수를 수분의 일로 줄이고 14~22mm 규격품인 일반 소형 CT 트랜스용 보빈에, E자형 규소박판 코어만으로 2~5장식 포개서 좌우로 교차 적층해서 사용하거나, I자형 코어를 한두장 끼워 넣어서 코어의 공극을 적절하게 조정해주는 방법으로, 코어가 포화되지 않도록하여 포화자속밀도를 조정한다. 따라서 페라이트코어에 비해 포화자속밀도가 수배 높은 규소강판코어를 사용하므로써, 코일의 턴 수를 수분의 일로 줄이고서도 소형이면서 필요한 리액턴스 값의 리액터를 제작할 수 있다.

종래에는 이러한 E자 혹은 I자형 규소강판코어가 리액터의 재료로 사용되지 못한 것은, 수십 암페어가 흐르는 전동기 기동전류에 코어가 포화되어서 리액터의 기능을 하지 못하기 때문이었다.

그러나 본 실시예에서는 코어를 적층 시 I자형 코어를 사용하지 않거나, 적층하는 수를 적절히 조절하거나, E자형 코어만을 좌우로 1~3장 교차적층해서 사용하므로 써 코어의 공극을 적절하게 조절해주는 방법으로 코어가 포화되지 않도록 하여 기술적인 문제를 해결하고 있으며, 또한 규소강판코어는 페라이트 코어보다는 포화자속밀도가 높아서 리액터를 소형으로 제조하기가 유리하다는 것도 리액터(CH70) 실험으로 확인하여 리액터의 형성시 이를 이용하고 있다.

본 실시예에 있어 리액터는 두 트라이액(TRI1, TRI2)에 가해지는 전압의 전압상승률(dv/dt)을 둔화시키기 위해 사용되는 것으로, 리액터를 설계할 때는 콘덴서의 방전곡선 93과 트라이액의 전압상승률(dv/dt) 허용곡선 91을 넘지 않도록, 코어 크기와 에어겝(air gap)을 조절해서 설계하는 것이 중요하며, 실험결과 본 리액터의 코어는 포화곡선 92와 같은 특성을 보여 본 실시예의 단상유도전동기의 기동릴레이(10)가 목표로 하는 성능을 발휘하는 데 근간이 되고 있다.

종래에는 전동기가 주로 110/220V 겸용전동기로서 기동코일에 걸리는 전압이 110V내외이기 때문에, 사용되는 트라이액의 내전압도 400V급이면 충분하고 사용되는 리액터의 리액턴스 값도 150mH 정도이면 만족이 되었다.

그러나 220V 전용전동기에서는 사용되는 트라이액의 내전압이 1200V급 이상이 필요하며 리액터의 리액턴스 값도 300~350mH 정도 이상이 필요하다. 따라서 종래의 개념으로는 리액터 크기도 2배 이상이 필요하며 이 경우 실장공간의 부족이나 동반되는 발열 문제 등은 난제이다.

본 실시예에서는 페라이트코어보다 포화 자속밀도가 높은 16~24mm 규격의 일반 트랜스용 보빈 및 규소강판 코어를 적용하여 이러한 문제들을 해결하고 있을 뿐만 아니라, 규소강판코어를 2~5장씩 포개서 좌우로 교차하여 적층하고 I자형코어를 사용하지 않거나 조금씩 가감 사용하는 방법으로 에어갭(air gap)을 적절히 조절하여, 콘덴서에 충전되는 DC전압이 리액터를 통해서 방전할 때 방전전류곡선이 트라이액의 전압상승률(dv/dt)규격 허용곡선범위 이내로 되도록 하고 있다. 아울러 리액터의 Q값과 코일의 턴수를 가감하여 필요한 리액턴스 값이 300~450mH가 되도록 하고 리액터의 Q값을 높여 주므로써, 사용하는 코일의 길이를 수분의 일로 줄이고 부피비를 줄일 수 있게 한 것이다.

이외에도 또 다른 방법으로 O자형 링 페라이트코어를 사용하거나 O자형 링 규소강판코어를 사용하는 것도 바람직하다.

따라서 이렇게 포화 자속밀도가 높은 규소강판의 E자형 코어를 I자형 코어 없이 좌우로 교차적층하거나 E자형 코어와 I자형 코어를 사용하므로 써, 종래보다 수분의 1 크기로도 안정성이 확보된 더 많은 리액턴스 값의 리액터를 형성할 수 있게 된다.

여기에다가 본 실시예에서는 전압쏠림 방지용 더미저항(R54,R55)을 부착하므로 써 보다 안정되게 트라이액을 직렬연결 사용할 수 있게 구성하고 있어, 값비싼 고 내압 트라이액을 1개만 사용한 것에 비해 제조원가를 줄일 수 있는 부수적인 효과도 거두고 있다.

이러한 특성을 갖는 소자들이 채택되어 구성된 본 단상유도전동기의 기동릴레이(10)의 작동을 도3에 의해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전원이 인가되면 릴레이(RL1)의 접점이 노멀온(normal-ON) 상태이기 때문에 트라이액을 바로 온(ON) 시켜서 전동기는 즉시 기동을 시작한다. 전동기가 기동하여 가속되면 기동코일의 양단, 단자5, 6에는 전동기의 속도에 비례하는 AC전압이 발생한다.

전동기 기동코일 양단 5,6에 접속된 전원부(120)에서는 전류제한용 저항(R35)과 콘덴서(C22)의 리액턴스 저항에 의해 전압이 떨어진다. 이후 브리지정류회로(D32)를 거쳐 전파 정류되고 필터콘덴서(C21)로 필터되어 DC전압으로 전환되며 이 DC 출력전압은 기동코일전압과 비례한 전압으로 출력된다.

본 실시예에 있어 저항(R31, R32)에 의한 제1드라이빙부(130)는 전동기 속도가 정격속도의 70%정도에 도달해서, 콘덴서(C21)의 DC 전압이 부하에 접속된 릴레이(RL1)의 동작시킬 수 있는 전압에 이를 수 있도록 저항값을 조정하여 설정한다.
따라서 전동기 속도가 정격속도의 70%정도가 되면 릴레이(RL1)가 온(ON)되고 따라서 두 트라이액(TRI1, TRI2)이 오프(Off)되어 기동이 완료된다.

본 실시예는 릴레이 자체의 물리적 히스테리시스 효과를 이용한 기동릴레이이다. 종래에는 DC 릴레이 자체의 히스테리시스특성을 이용하지 않고 단지 IC회로와 트라이액의 중간 드라이브를 연결시키는 구성만 가능하여, 히스테리시스특성을 가지도록 추가적인 IC회로가 필요하였을 뿐만 아니라 부품 수가 많아지고 전원회로가 별도로 필요하였다. 아울러 트라이액의 직렬연결 사용시 문제되는 전압쏠림현상으로 인해 직렬연결의 목적인 내전압상승효과가 반감되고 소자의 수명이 단축되어서, 수백만회 사용의 수명보장이 필요한, 반도체 무접점회로의 장점인 반영구적인 수명을 보장하기가 어려운 단점이 있었다.

본 실시예에 있어 저항(R54, R55)은 두 트라이액(TRI1, TRI2) 오프시에 각각의 트라이액에 걸리는 전압을 균일하게 걸리도록 하는 균형용 더미저항이다.

트라이액은 오프(Off)상태일 때의 저항값이 각각 다르고 사용중에는 열, 고전압 스트레스 등 여러 가지요인으로 오프 저항값이 점점 낮아지며, 그러한 정도는 부품마다 다르다. 따라서 직렬로 연결하여 사용할 때 저항값이 낮은 쪽에는 전압이 적게 걸리고 높은 쪽으로 더 많은 전압이 걸리는 쏠림현상이 발생한다.

이렇게 불균일하게 걸리는 전압부담률은, 사용초기에는 부작용이 적게 느껴지지만 수백회 이상의 기동을 반복하는 사이에 한쪽이 조금씩 더 게이트저항 및 오프저항이 낮아지며 열화 되고, 그 폭은 더욱 증폭되어 결국 한쪽소자에 걸리는 전압은 정격을 넘는 전압이 걸리게 되어 전체가 파괴되는 현상까지 발생하게 된다.

본 실시예에서는 더미저항(R54, R55)이 구성되어, 것보기 내부저항을 대폭 줄여서 트라이액의 오프저항이 어느 정도 변화되어도 전체적인 것보기 저항치는 변화가 무시되도록 하여 항상 균형이 맞게 전압분담이 되도록 하는 역할을 한다.

또한 본 실시 예에서는 별도의 전원회로나 복잡한 부품이 필요하지 않으며 온 딜레이 없이 바로 동작할 뿐만 아니라, 전동기와의 접속단자가 3개로 적으며 값싸고 쉽게 제조할 수 있는 장점이 있다.

일반적으로 소형 DC 릴레이는, AC 릴레이보다 소형으로 제작이 가능하고 진동이 적고 일반적인 보급형 릴레이에서도 단상 전동기 기동릴레이에서 요구하는 40~50%정도의 온오프(On-Off) 히스테리시스 폭을 가지고 있다.

본 실시예에서는 DC 릴레이 자체가 가지고 있는 40~50%정도인 물리적 히스테리시스 특성을 그대로 이용한 것으로, 기동코일 전압이 전동기 속도의 70%정도에서 릴레이의 동작전압이 되어서 릴레이가 온(On)되고, 한번 온(On)되면 그 상태를 유지하고 전동기 속도가 과부하 등으로 속도가 줄어서 기동코일 전압이 40%이하 일때 오프(Off)되므로, 따라서 반대로 두 트라이액(TRI1, TRI2)도 70%정도에서 오프(Off)되고 다시 40%이하에서 온(On)된다.

이러한 온(On)시점과 오프(Off)시점이 다르게 작동하는 히스테리시스 특성은 기동릴레이가 오프(Off)되는 시점의 채터링(chattering)을 방지하는 효과가 있으며 저전압 상태에서나 과부하시에 불필요하게 기동릴레이가 다시 온 되어서, 기동전류가 흘러 모터가 소손되는 것을 방지하기위해서는 꼭 필요한 특성인 것이다.

릴레이 코일과 병렬로 접속되는 저항(R31,R32)에 의한 제1드라이빙부(130)는 릴레이의 동작전압을 조정하는 전류 바이패스 저항으로 가변저항(R32)을 조정하여 바이패스(bypass)되는 전류를 가감하여서, 사용되는 부품의 제조오차를 보정하고 릴레이의 오프전압을 설정한다. 통상 마이크로 DC릴레이의 소비전력은 0.3~0.5W로 조정저항은 수분 의 1와트 이하인 소형 저항으로도 충분하다. 릴레이를 제어하기 위한 부품이 전원부(120)와 제1드라이빙부(130)는 단지 저항2개로 구성되어서, 소형이며 간단하고 값싸게 제조할 수 있다.

도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이에 대한 회로도이다.

본 도 3에 도시된 본 실시예의 단상유도전동기의 기동릴레이(10) 역시 앞서 설명한 출력구동부(110), 전원부(120), 제1드라이빙부(130), 제2드라이빙부(140)로 구성되되, 결합부(145)가 추가된 것이 특징이 있다.

즉 도시된 바와 같이 본 단상유도전동기의 기동릴레이(10)에서는, 제2드라이빙부(140)로서 슈미트트리거회로의 콜렉터 측 부하저항을 높게 설계하여 내부임피던스를 높이고 고전압용 소형 트랜지스터를 사용해서 설계하므로써 전원전압을 감압없이 반파정류해서 그대로 이용하도록 하여 전원회로를 간략하게 사용할 수 있게 하였으며, 저전압의 보급형인 두 트라이액(TRI1, TRI2)을 2개 직렬연결사용하여 제조비용을 줄이고 드라이브에 고전압형인, 1개의 반도체계전기(SSR12)를 채택하여 구성하고 있다.

이를 통해 제2드라이빙부(140)의 슈미트트리거회로와 트라이액사이의 전위차를 해결하고 반도체계전기(SSR12)의 다양한 기능을 사용하여 제품의 기능과 신뢰도를 높일 수 있으며, 또한 슈미트트리거회로의 전원회로에 사용되는 콘덴서(C13)와 두 트랜지스터(Q1, Q2)의 내전압을 전원전압 이상으로 높이지 않아도 되는 효과가 있다.

또한 반도체계전기(SSR12) 대신 다양한 기능이 내장된 포토커플러를 사용해도 무방하다.

본 실시예에 있어 제2드라이빙부(140)로 채택하고 있는 에미터 결합형 슈미트트리거회로는 도시된 바와 같이, 두 트랜지스터(Q1과 Q2)의 각 제1입력단자가 또다른 각각의 제2입력단자에 서로 교차되도록 바이어스되고, 상기 두 트랜지스터(Q1, Q2)의 각 출력단자가 서로 연결상태로 출력되도록 구성된다.

즉 본 실시예에 있어 제2드라이빙부(140)의 에미터 결합형 슈미트트리거회로는, 전체적으로 에미터 결합형이 되도록 두 트랜지스터(Q1, Q2)가 같은 방향을 취하되 컬렉터 저항(R41, R44)에 의해 바이어스되고, 제1트랜지스터(Q1)의 컬렉터가 제2트랜지스터(Q2)의 베이스로 연결되며 제1드라이빙부(130)의 출력을 입력받는 제1트랜지스터(Q1)의 컬렉터가 저항(R43)을 통해 제2트랜지스터(Q2)의 베이스로 연결되고, 두 트랜지스터(Q1, Q2)의 에미터가 서로 연결되어 출력되도록 구성됨으로써, 더욱 안정된 상태에서 스위칭(switching)하여 드라이빙(driving)시키게 된다.

이러한 본 제2드라이빙부(140)의 에미터 결합형 슈미트트리거회로는 부하가 모두 전원의 한쪽 방향인 두 트랜지스터(Q1, Q2)의 콜렉터측에 접속되므로 부하저항으로 수백 킬로옴[KΩ]의 고저항을 사용할 수 있어서, 내부 임피던스(impedance)를 높게 설계하여, 용이하게 두 고전압 트랜지스터(Q1, Q2)의 내전압 한계인 수백 볼트까지 전원전압을 높게 설계가 가능한 이점이 있다.

도시한 바와 같이 슈미트트리거회로를 채택하고 있는 제2드라이빙부(140)는 라인전압인 LINE1, LINE2에 접속된 다이오드(D14), 저항(R60), 콘덴서(C13)로 구성된 전원부(120)를 통해 전원을 공급받는다.

전원이 인가되면 제2트랜지스터(Q2)는 바이어스저항(R41)에 의해 바이어스되어 온(ON)되고, 따라서 부하저항(R44)을 거쳐서 전류를 직접 흘려주어 반도체계전기(SSR12)의 내부 LED를 점등하고 또한 내부 SCR, 혹은 MOS FET를 도통시키고, 따라서 두 트라이액(TRI1, TRI2)을 도통시킨다. 이때의 전류는 수십 킬로옴[KΩ]인 저항(R44)의 저항 값에 의해서 반도체 계전기(SSR12)의 정격 드라이브전류로 조절되어 흐르게 된다.

전동기 기동코일 양단의 전압은 다이오드(D10), 다수의 저항(R21, R22, R23, R24), 콘덴서(C11)로 연결되고 필터되며 두 저항(R23, R24)에 의해 분압되도록 구성되는 제1드라이빙부(130)로부터 출력되어, 제1트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가된다.

전동기 속도가 증가하여 정격속도의 70% 정도가 되어 저항(R24) 양단 전압[반도체계전기(SSR12)내부 LED의 양단전압과 공통 에미터 저항(R46), 및 제1트랜지스터(Q1)의 베이스 에미터 전압을 합한 전압]이 기준전압보다 높아지면 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되고 제2트랜지스터(Q2)가 오프(Off)된다.

제2트랜지스터(Q2)가 오프(Off)되면 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전위가 하이(high)가 되고 반도체계전기(SSR12)가 오프(Off)되며, 따라서 히스테리시스 폭을 설정하는 동상피드백 저항(R43)을 통하여 공급되는 전류에 의해 제1트랜지스터(Q1)의 베이스전위는 더욱 올라가고, 따라서 더욱더 완전하게 온(ON)되어 상태를 유지한다. 따라서 오프동작시에 채터링(chattering)이 방지되고 전원이 오프(Off)되거나 과부하 등으로 전동기 속도가 40%이하가 되지 않는 한 다시는 오프(Off)되지 않고 그 상태를 유지한다. 따라서 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되고 제2트랜지스터(Q2)가 오프(Off)되면 두 트라이액(TRI1, TRI2)이 오프(Off)되어 전동기가 기동 완료된다.

이때 제2트랜지스터(Q2)의 부하저항(R44)은 수십 킬로옴[KΩ]의 낮은 저항 값으로 설정하여 반도체계전기(SSR12)의 정격 드라이브전류가 흐르게 하며, 제1트랜지스터(Q1)의 부하저항(R41)은 수 백 킬로옴[KΩ]의 고저항으로 설계하여 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되어도 반도체계전기(SSR12)는 온(ON)되지 않고 반도체계전기(SSR12)의 동작전류 이하가 되게 충분히 고저항으로 설정한다.

따라서 제2트랜지스터(Q2)가 온(ON)되면 반도체계전기(SSR12)가 온(ON)되며 두 트라이액(TRI1, TRI2)이 온(ON)되어 전동기가 기동하며 전동기속도가 70%에 이르러 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되면 반도체계전기(SSR12)가 오프(Off)되고 두 트라이액(TRI1, TRI2)이 오프(Off)된다.

이때 부하저항(R44)은 전원전압이 전동기가 기동이 불가능 할 정도로 저전압이 되면 반도체계전기(SSR12)가 오프(Off)될 수 있도록 적당한 값으로 설정한다.

따라서 기동이 불가능 할 때는 기동전류가 흐르지 않도록 하여 전동기의 소손을 방지하는 효과가 있다.

또한 슈미트트리거회로의 기준전압 발생용 저항R46을 적절히 조절하므로써 전원전압과 연동해서 기동릴레이의 온오프(On-Off)전압이 연동되도록 하여, 저전압 상태에서의 기동이 원만히 될 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 반도체계전기(SSR12)의 제로크로스 스위칭 기능과, 리액터코일(CH70)을 병용하므로써 고 마력 전동기에서 필요한 리액터 크기를 줄이면서도 안전성을 높이는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이에 대한 회로도이다.

본 실시예의 단상유도전동기의 기동릴레이(10)는 그 구성과 동작이 앞서 도 3의 회로와 거의 같으며, 저전압의 보급형 두 트라이액(TRI1, TRI2)을 2개 직렬연결 사용하고, 여기에 저전압형의 보급형, 반도체계전기릴레이(SSR13)를 직렬연결 사용한 예이다. 트라이액과 반도체계전기릴레이(SSR13)를 모두 직렬연결 사용하므로써 염가형의 보급형 부품을 사용할 수 있어서 제조원가를 줄일 수 있다.

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이에 대한 회로도이다.

본 실시예는 도 2를 통해 설명한 단상유도전동기의 기동릴레이(10)에서 제1드라이빙부(130)로 슈미트트리거회로를 110/220[V] 겸용이 가능하도록 적용시킨 실시예로서, 릴레이(RL1)의 온오프(On-Off)특성을 보다 정밀제어하게 한 것에 큰 특징이 있다.

따라서 전반적인 동작은 앞서 설명한 도 2 단상유도전동기의 기동릴레이(10)와 대부분 같고 DC릴레이(RL1)를 자체의 히스테리시스특성에 따르지 않고 트랜지스터(Q1,Q2), 다수의 저항(R41R,42,R43,R44,R45,46)으로 구성한 제1드라이빙부(130)에 의해 정밀하게 드라이빙하게 된다.

아울러 이러한 구성을 통해 처음 전동기 전원이 인가되면 초기에는 정류된 전원전압인 콘덴서(C21)의 전압이 바이어스저항(R45)에 인가되어 제2트랜지스터(Q2)가 먼저 온(ON)되고, 에미터측 공통부하저항(R46)에는 전압강하에 의해 기준전압이 발생된다. 동시에 두 저항(R41, R42)으로 분할된, 저항(R42) 양단의 전압은 제1트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되나 기준전압인 저항(R46)의 양단전압 이하이기 때문에, 제1트랜지스터(Q1)는 오프(Off)상태, 콜렉터전압은 하이(high)상태, 따라서 릴레이(RL1)는 오프(Off)상태, 제2트랜지스터(Q2)는 바이어스저항(R45)에 의해 바이어스 되어 온(ON)상태이고, 따라서 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전압은 로우(low)상태이다.

또한 필터콘덴서(C21) 양단의 전원전압은 두 저항(R41, R42)으로 분압되어 두 트랜지스터(Q1, Q2)에 의해 슈미트트리거회로의 제1트랜지스터(Q1)의 베이스에 가해진다. 전동기 속도가 정격의70%정도가 되면 필터콘덴서(C21) 양단의 전원전압이 저항(R46)의 양단전압과 제1트랜지스터(Q1)의 베이스-에미터 간을 넘는 전압이 되면, 제1트랜지스터(Q1)가 온 되고 콜렉터측이 로우가 되며 따라서 릴레이(RL1)가 온(ON)되고 동시에 제1트라이액(TRI1)은 오프(Off)된다. 또한 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되면서 제2트랜지스터(Q2)가 오프(Off)되고 콜렉터측이 하이(high)가 되고, 저항(R43)에 의해서 정궤환 바이어스 전압이 제1트랜지스터(Q1)의 베이스에 더해져서 더욱 확실하게 제1트랜지스터(Q1)를 온(ON)상태로 유지한다.

이 과정에서 히스테리시스폭은 저항(R43)의 저항값에 따라서 정해지며, 오프(Off)시에 채터링(chattering)을 방지하고 운전시 과부하로 속도가 줄어들 경우 등에도 설정속도인 40%이하가 되기 전에는 제1트랜지스터(Q1)가 오프(Off)되지 않게 적당한 40~50%폭을 가지도록 저항(R43)값을 설정한다.

따라서 전동기속도가 정격속도의 70%정도에 이르면 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되고 따라서 릴레이(RL1)가 온(ON)되며 제1트라이액(TRI1)이 오프(Off)되어 기동이 완료된다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이에 대한 회로도이다.

본 실시예의 단상유도전동기의 기동릴레이(10)에서는, 앞서와 달리 제1드라이빙부(130)는 저항을 통해 시정수를 변화시키는 형태로, 제2드라이빙부(140)는 슈미트트리거회로를 채택하여 구성한 것에 큰 특징이 있다.

아울러 트라이액(TRI1)의 드라이브에 필요한 전원전압을 러닝(Runing) 콘덴서(C65) 양단의 전압을 이용한 것으로 트라이액(TRI1)의 게이트단자의 전위와 제2드라이빙부(140)를 구성하는 슈미트트리거회로의 전위가 같기 때문에, 포토커플러 등 추가부품이 필요 없이 그대로 직접 연결 사용할 수 있어서 회로구성이 간편하며 전자식으로 구성되어 보다 제조비용을 줄이고 간편하고 소형으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

이를 보다 자세히 살펴보면, 본 실시예에 있어 제2드라이빙부(140)인 슈미트트리거회로의 전원은 러닝(Runing) 콘덴서(C65) 양단이자 다이오드(D14), 저항(R60), 콘덴서(C13)로 구성된 전원부(120)로부터 전원을 공급받는다.

전동기 전원이 인가되면 제2트랜지스터(Q2)는 바이어스저항(R41)에 의해 바이어스 되어 온(ON)되고, 따라서 부하저항(R44)을 거쳐서 에미터 공통저항(R46)을 경유해서 트라이액(TRI1)의 게이트에 마이너스 전류를 직접 흘려주어 트라이액을 도통시킨다. 이때의 게이트전류는 수십 킬로옴[KΩ]인 저항(R44)의 저항값에 의해서 정격전류로 제한되어 흐르게 된다.

또한 전동기 기동코일 양단의 전압은 다이오드(D10), 다수의 저항(R21, R22, R23, R24), 콘덴서(C11)로 구성된 제1드라이빙부(130)에 의해서 정류되고 필터되어 저항(R23, R24, R52)에 의해 분압되고, 저항(R24, R52) 양단의 전압은 제1트랜지스터(Q1)의 베이스에 가해진다.

이를 통해, 전동기 속도가 증가하여 정격속도의 70% 정도가 되고 제1트랜지스터(Q1)의 베이스전압이 저항(R46) 양단의 기준전압보다 높아지면 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되고 제2트랜지스터(Q2)가 오프(Off)된다. 제2트랜지스터(Q2)가 오프(Off)되면 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전위가 하이(high)가 되고 따라서 히스테리시스 폭을 설정하는 동상 피드백저항(R43)을 통하여 공급되는 전류에 의해 제1트랜지스터(Q1)의 베이스전위는 더욱 올라가고, 따라서 더욱더 완전하게 온(ON) 상태를 유지한다. 따라서 오프(Off) 동작시에 채터링(chattering)이 방지되고 전원이 오프(Off)되거나 과부하 등으로 전동기속도가 40%이하가 되지 않는 한 다시는 오프(Off)되지 않고 그 상태를 유지한다. 따라서 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되고 제2트랜지스터(Q2)가 오프(Off)되면 트라이액(TRI1)이 오프(Off)되어 전동기가 기동완료 한다.

이때 제2트랜지스터(Q2)의 부하저항(R44)은 수십 킬로옴[KΩ]의 낮은 저항값으로 선택하거나 설정하여 트라이액(TRI1)의 게이트에 정격 바이어스전류가 흐르게 동작시키는 것이 바람직하며, 제1트랜지스터(Q1)의 부하저항(R41)은 수 백 킬로옴[KΩ]의 고저항으로 설계하여 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되어 제1트랜지스터(Q1)와 부하저항(R44)를 경유한 전류가 흘러도, 패스용 저항(R52)으로 바이패스되어 트라이액(TRI1)이 온(ON)되지 않도록, 트라이액(TRI1)의 동작전류 이하가 되게 충분히 고저항 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

따라서 제2트랜지스터(Q2)가 온(ON)되면 트라이액(TRI1)은 온(ON)되며, 제1트랜지스터(Q1)가 온(ON)되면 트라이액(TRI1)이 오프(Off)된다.

전동기의 전원전압은 라인 전선의 길이 굵기 등 여러 가지 요인으로 변동한다. 따라서 기동시의 전압상태에 따라 전동기 기동릴레이도 온오프(On-Off)전압을 연동해서 가변해 주면 원활하게 기동이 이루어진다.

본 발명의 저항(R44)과 제2트랜지스터(Q2)를 경유하여 저항(R46)을 흐르는 전류로 발생되는 저항(R46) 양단의 전압은 두 트랜지스터(Q1,Q2)에 의한 제2드라이빙부(140)인 슈미트트리거회로의 기준전압으로 작용하며 이 전압은 전원전압과 비례해서 항상 변동된다. 따라서 기동릴레이의 온오프(On-Off) 전압도 전원전압과 연동되어 자동으로 가변되는 효과가 있다.

본 실시예에 있어, 제2드라이빙부(140)인 슈미트트리거회로는 부하가 모두 전원의 한쪽방향인 두 트랜지스터(Q1, Q2)의 콜렉터 측에 접속되기 때문에, 부하저항으로 수백 킬로옴[KΩ]의 고저항을 사용할 수 있어서, 내부임피던스를 높게 설계하여, 두 고전압 트랜지스터(Q1,Q2)의 내전압 한계인 수백볼트까지 전원전압을 높게 용이한 설계가 가능한 이점이 있다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이에 대한 회로도이다.

본 실시예의 단상유도전동기의 기동릴레이(10)에서는, 앞서와 달리 제1드라이빙부(130)와 제2드라이빙부(140)와의 사이를 포토커플러(PC10)를 이용하여 연결하고 있는 것에 큰 특징이 있다.

트라이액(TRI1)의 드라이브에 필요한 전압을 LINE1, LINE2의 전원전압을 이용한 것으로 전 전자식으로 구성되었으며, 사용되는 콘덴서(C13)와 두 트랜지스터(Q1,Q2)의 내압을 전원전압 이상으로 높이지 않아도 되는 효과가 있다.

이를 위하여 기동코일 일단인 단자 5에 기동콘덴서(C64)를 접속하고 기동콘덴서(C64) 일단과 전원한쪽 LINE1에 트라이액(TRI1)을 접속하고 전원양단인 LINE1과 LINE2에 저항(R60), 다이오드(D14), 필터콘덴서(C13)을 설치하여 반파정류 전원회로를 구성하고 두 트랜지스터(Q1,Q2)에 의한 슈미트 트리거 회로로 히스테리시스 특성을 가지는 드라이브회로를 구성한 것이다. 제1트랜지스터(Q1)의 부하저항(R41,R45)는 포토커플러(PC10)의 내부 트랜지스터가 내전압이 수십 볼트로 낮으므로, 부하저항을 분할하므로써 포토커플러(PC1), 내부 트랜지스터에 걸리는 전압을 낮추어주는 효과가 있다.

포토커플러(PC10)는 기동코일과 슈미트 트리거회로간의 전위차를 해소하기 위한 것으로, 본 실시예에 있어 다이오드(D10), 다수의 저항(R21,R22,R23,R24), 콘덴서(C11)로 이루어지는 제1드라이빙부(130)의 저항(R24) 양단전압이 상승하면, 포토커플러(PC10), 내부의 발광 다이오드와 트랜지스터를 온(ON)시키고 따라서 제1트랜지스터(Q1)을 온(ON)시키며 제2트랜지스터(Q2)를 오프(Off)시키고 또한 트라이액을 오프(Off)시키는 과정으로 동작하여, 본 실시예의 단상유도전동기의 기동릴레이(10)를 정확하고 정밀하게 기동시키게 된다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예들을 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허 청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술 분야에서 있을 수 있으며, 따라서 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

도 1은 본 발명 일실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이의 동작을 설명하기 위한 특성곡선을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명 일실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이의 회로도.

도 3 ~ 도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단상유도전동기의 기동릴레이들에 대한 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 단상유도전동기 기동릴레이

110 : 출력구동부

120 : 전원부

130 : 제1드라이빙부

140 : 제2드라이빙부 145 : 결합부

Claims (10)

1. 기동코일에 기동전류를 스위칭하는 출력구동부와, 상기 출력구동부로 입력되는 교류전압을 정류하여 출력하는 전원부와, 상기 전원부의 출력을 입력받아 기동릴레이를 작동시키기 위한 초기의 신호를 출력하는 제1드라이빙부와, 상기 제1드라이빙부에서 출력되는 초기의 신호를 증폭하여 출력시키는 제2드라이빙부를 구비하는 단상유도전동기의 기동릴레이에 있어서,

   상기 출력구동부는 단상유도전동기의 기동릴레이로 흐르는 기동전류를 스위칭시키기 위해, 상기 단상유도전동기의 기동릴레이를 기동시키기 위한 기동콘덴서를 기동릴레이에 직렬로 연결하고, 리액터코일(CH70) 및 트라이액(TRI1,TRI2)을 상기 기동콘덴서와 직렬식 회로노드 형태로 연결구성하며, 기동릴레이의 오프시 온오프(on-off) 상태 변화에 따른 저항 불균일로 인한 전압쏠림을 방지하기 위해 상기 트라이액에 전압밸런스용 더미저항(R54,R55)을 병렬로 연결 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 리액터코일은

   14~24mm 규격의 표준형 일반 CT용 보빈에 권선하고 Q값을 조정하기 위해 규소강판재질의 일반 CT용 E자형 코어를 2~5장씩 겹친 후 교차 적층하여 에어겝(air gap)을 형성하고, 상기 에어겝(air gap) 사이에 I자형 코어를 2~3장씩 끼워 넣어 동작전류의 최대치에서도 상기 리액터코일의 코어가 포화되는 일이 없도록 상기 에어겝(air gap)의 크기 및 형태를 조정함으로써 상기 I자형 코어가 포화되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 출력구동부는 단상유도전동기의 기동코일과 기동콘덴서 사이에 리액터코일(H70)과 트라이액(TRI1,TRI2)이 직렬로 접속 형성되되, 상기 트라이액(TRI1,TRI2)과 병렬로 더미용 저항(R54,R55)이 구성되며;

   상기 전원부는 출력구동부의 출력측이 연결된 상기 기동코일 양단의 전압을 브리지정류 방식으로 정류하고 콘덴서(C21)로 필터하여 단상유도전동기의 속도에 따르는 전원이 출력되도록 구성되고;

   상기 제1드라이빙부는 전원부의 출력측에 연결된 저항(R31, R32)을 가변시킴으로써 바이패스 되는 전류를 가감하여 단상유도전동기의 속도에 따르는 전압으로 출력되도록 구성되며;

   상기 제2드라이빙부는 제1드라이빙부로부터의 출력에 따라 드라이브되도록 릴레이(RL1)의 1차측에 접속하고, 상기 릴레이(RL1)의 2차측을 상기 출력구동부의 트라이액(TRI1,TRI2) 각각의 게이트에 접속하도록 구성하므로써, 릴레이(RL1) 자체의 물리적 히스테리시스 특성에 따른 출력특성을 가지도록 구성되는;

   것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1드라이빙부는 트랜지스터(Q1, Q2)와, 저항(R41, R42, R43, R44, R45, R46)을 포함하되 제1단의 입력 및 출력단자가 제2단의 입력 및 출력단자에 상호 교차되도록 연결되는 슈미트트리거(Schmitt triger)회로로 구성되며;

   상기 제2드라이빙부는 상기 제1드라이빙부로부터의 출력에 따라 드라이브되도록 릴레이(RL1)의 1차측에 접속하고, 상기 릴레이(RL1)의 2차측을 상기 출력구동부의 트라이액(TRI1,TRI2)에 접속하도록 구성되는;

   것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1드라이빙부는 출력구동부의 출력측이 연결된 기동코일의 일단을 다이오드(D10), 저항(R21, R22, R23, R24), 콘덴서(C11)로 구성되는 회로노드에 접속하고, 직렬 형태로 연결된 상기 저항(R21, R22, R23, R24)에 접속 출력시켜 다음 단으로 드라이빙하며;

   상기 제2드라이빙부는 트랜지스터(Q1, Q2)와, 저항(R41, R42, R43, R44, R45, R46)을 포함하되 제1단의 입력 및 출력단자가 제2단의 입력 및 출력단자에 상호 교차되도록 연결되어 히스테리시스 폭을 조절하는 공지의 슈미트트리거(Schmitt triger)회로 형태로 구성되는;

   것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 제2드라이빙부는

   상기 제1드라이빙부와의 전위차 해소를 통해 드라이빙하기 위해, 상기 제1드라이빙부의 출력단에 포토커플러(photo coupler, PC10)를 추가하고 이의 출력을 입력받도록 연결구성되는;

   것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.
7. 청구항 1항에 있어서,

   상기 제2드라이빙부로부터의 출력에 따라 제로크로싱(Zero-Crossing) 상태로 제어되는 SCR 출력형 반도체 계전기(Solid State Relays; SSR12)를 경유하여 출력구동부를 제어하도록 연결하는 결합부가 추가로 구성되는;

   것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.
8. 청구항 1항에 있어서,

   상기 제2드라이빙부로부터의 출력에 따라 제로크로싱(Zero-Crossing) 상태로 제어되는 2련 내장형 반도체 계전기(Solid State Relays ; SSR13)를 경유하여 출력구동부를 제어하도록 연결하는 결합부가 추가로 구성되는;

   것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.
9. 청구항 1항에 있어서,

   상기 제2드라이빙부로부터의 출력에 따라 제로크로싱(Zero-Crossing) 상태로 제어되는 반도체계전기(Solid State Relays; SSR12)와 리액터코일(CH70)를 포함하여 구성되는;

   것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.
10. 청구항 1항에 있어서,

    상기 제2드라이빙부로부터의 출력에 따라 제로크로싱(Zero-Crossing) 상태로 제어되는 포토커플러와 리액터코일(CH70)를 포함하여 구성되는;

    것을 특징으로 하는 단상유도전동기의 기동릴레이.

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