KR101057498B1

KR101057498B1 - Ｄｃ 모터 구동제어장치

Info

Publication number: KR101057498B1
Application number: KR1020080057750A
Authority: KR
Inventors: 송인환
Original assignee: 송인환
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2011-08-22
Also published as: KR20090131812A

Abstract

본 발명은 ＤＣ 모터 구동제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터가 기동될 때 점진적으로 전압이 가해지도록 소프트 스타트 유닛을 구비함으로써 돌입 전류를 제한함과 동시에 모터에 가해지는 물리적 부담을 감소시킬 수 있고, 가변 저항을 구비하여 수동으로 모터의 속도를 조절할 수 있으며, 모터에 걸린 부하를 고려하여 회전력이 유지되도록 역기전력을 이용하여 토크를 보상할 수 있는 ＤＣ 모터 구동제어장치를 제공하기 위한 것이다.

그 기술적 구성은 교류 전원을 인가받아 전파 정류를 실시하는 제1 정류기; 상기 제1 정류기로 정류된 전원을 입력받아 감압, 맥류 필터링 및 평활시켜 출력하는 구동 전원부; 상기 구동 전원부의 전원으로 릴레이가 동작되고, 상기 릴레이와 병렬로 연결된 콘덴서가 충전될 때까지 전원을 서서히 증가시키는 소프트 스타트 유닛; 상기 제1 정류기로 정류된 전원을 입력받고 상기 콘덴서가 충전되면, 상기 가변 저항값을 증감되도록 조작하여 모터의 속도를 조절하는 발진 주파수를 출력하는 속도 조절부; 상기 발진 주파수에 따라 실리콘 정류 제어기의 도통각이 결정되면 상기 도통각에 따라 증감된 직류 전압을 출력하는 제2 정류기; 상기 모터에 걸린 부하에 따라 발생하는 역기전력으로 각 구성 요소가 손상되지 않도록 부(-) 역기전력을 제거하고, 정(+) 역기전력은 상기 속도 조절부로 입력되도록 구비되는 부 역기전력 제거부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

소프트 스타트, 모터, DC, 속도, 토크, 회전력, 보상, 제어, 구동

Description

ＤＣ 모터 구동제어장치{DRIVING CONTROL DEVICE OF A DIRECT CURRENT MOTOR}

본 발명은 ＤＣ 모터 구동제어장치에 관한 것으로, 모터에 가해지는 전원을 점진적으로 증가시킴으로써 모터의 소프트 스타트 동작이 가능하고, 모터의 속도를 가변 저항을 이용하여 수동으로 조절할 수 있으며, 모터에 걸린 부하 크기에 따른 회전 토크도 보상가능한 ＤＣ 모터 구동제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 모터(Electric Motor)는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기 에너지를 역학적 에너지로 변환시키는 장치로서, 전원의 종류에 따라 DC 모터와 AC 모터로 분류된다.

DC 모터와 AC 모터는 모두 동일한 원리로 동작하고, 전류가 흐르는 도체를 자기장 내에 놓으면, 자기장 방향에 수직한 방향으로 전자기적인 힘(로렌츠 힘)이 발생한다.

모터 내부에 자석을 놓아 자기장을 만들고, 축에 연결된 도선에 전류를 흘리면 전자력이 발생하여 플레밍의 왼손 법칙에 따라 회전하게 되면서 동력을 창출하 며, 도선에 작용하는 전자기력은 자기장의 세기, 전류의 세기 및 도선의 길이에 비례한다.

상술한 DC 모터는 내부의 전기자가 180도 회전할 때마다 방향을 바꾸는 방법에 따라, 브러쉬를 사용한 브러쉬 부착 전동기와 전자 스위칭 기술을 이용한 브러쉬레스(Brushless) 전동기로 구분되며, 속도, 토크 및 회전 방향의 제어가 용이한 장점이 있다.

그러나, 이와 같은 모터에 걸린 부하의 증가에 따른 역기전력이 발생한 경우, 반대로 흐르는 전류에 의해 모터를 구동하는 회로 구성 소자에 손상을 가할 수 있고, 모터 기동시 초기 부하를 고려하지 못하여 서서히 속도가 증가되지 않는 경우, 돌입 전류가 10배 내지 수십 배까지도 증가하여 과전류가 발생 및 인가되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 모터 기동시 소프트 스타트(Soft-Start) 유닛을 이용하여 모터의 속도를 점진적으로 증가시킴으로써 돌입 전류의 과도한 증가를 막을 수 있는 ＤＣ 모터 구동제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 부하의 크기에 따라 발생되는 역기전력을 이용함으로써, 모터에 걸리는 전압을 조절할 수 있어 모터 회전력에 따른 토크를 보상할 수 있는 ＤＣ 모터 구동제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 교류 전원의 전파 제어에 의해 생성된 직류 전원을 가변시킴으로써 모터 속도를 조절할 수 있는 ＤＣ 모터 구동제어장치를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 교류 전원을 인가받아 전파 정류를 실시하는 제1 정류기; 상기 제1 정류기로 정류된 전원을 입력받아 감압, 맥류 필터링 및 평활시켜 출력하는 구동 전원부; 상기 구동 전원부의 전원으로 릴레이가 동작되고, 상기 릴레이와 병렬로 연결된 콘덴서가 충전될 때까지 전원을 서서히 증가시키는 소프트 스타트 유닛; 상기 제1 정류기로 정류된 전원을 입력받고 상기 콘덴서가 충전되면, 상기 가변 저항값을 증감되도록 조작하여 모터의 속도를 조절하는 발진 주파수를 출력하는 속도 조절부; 상기 발진 주파수에 따라 실리콘 정류 제어기의 도통각이 결정되면 상기 도통각에 따라 증감된 직류 전압을 출력하는 제2 정류기; 상기 모터에 걸린 부하에 따라 발생하는 역기전력으로 각 구성 요소가 손상되지 않도록 부(-) 역기전력을 제거하고, 정(+) 역기전력은 상기 속도 조절부로 입력되도록 구비되는 부 역기전력 제거부를 포함한다.

그리고, 상기 제1 정류기는 4 개의 다이오드(D3, D4, D5, D6)로 구성된 브릿지 회로인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동 전원부는 상기 브릿지 회로를 통해 전파 정류된 전원을 감압하기 위해 병렬로 연결된 콘덴서(C4) 및 저항(R13); 상기 콘덴서(C4) 및 저항(R13)를 거친 전원의 맥류를 필터링하는 다이오드(D8, D9, D10, D11); 상기 다이오드(D8, D9, D10, D11)를 거친 전원을 완전한 직류로 변환하기 위한 평활 콘덴서(C5)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 소프트 스타트 유닛은 상기 콘덴서(C5)와 병렬로 연결되어 전원이 인가되면 접점이 떨어지는 릴레이(RY1); 전원이 인가되면 상기 릴레이(RY1)와 분리되어 기 설정된 용량만큼의 전원을 충전하는 콘덴서(C6); 상기 콘덴서(C6)와 병렬로 연결되며, 전원이 끊기면 상기 릴레이(RY1)와 접촉되어 상기 콘덴서(C6)에 충전된 전력을 방전시키는 저항(R12); 상기 콘덴서(C6)에 충전된 전력이 상기 속도 조절부로 인가되지 못하도록, 단방향으로만 전류를 인가시키는 다이오드(D12)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 속도 조절부는 상기 콘덴서(C6)가 충전 완료되는 동안 전원이 서서히 입력되며, 입력된 전원이 증감되도록 조작되는 가변 저항(VR1); 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 발진용으로 이용되는 콘덴서(C2); 상기 콘덴서(C2)와 병렬로 연결되어 상기 가변 저항(VR1)을 통해 증감된 전원의 부(-) 전압을 제거하는 다이오드(D7); 상기 제1 정류기를 거친 전원이 제1 베이스로 입력되고, 상기 다이오드(D7)를 거친 전원이 에미터로 입력되어 제2 베이스로 증감된 발진 주파수를 출력하는 단접합 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 정류기는 상기 증감된 발진 주파수가 입력되어 도통각이 조절됨으로써 상기 모터로 증감된 직류 전압을 출력하는 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2); 상기 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)와 브릿지 회로를 이루는 다이오드(D3, D4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 부 역기전력 제거부는 상기 제2 정류기와 병렬로 연결되어 상기 모터에서 발생된 부(-) 역기전력을 제거하도록 구비된 다이오드(D1); 상기 다이오드(D1)와 병렬로 연결되어 전원 라인의 서지 전압 및 과전압을 제거하는 바리스터(TNR)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 모터에 걸린 부하에 따라 증감되는 역기전력은 상기 다이오드(D3, D4)를 통해 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 에미터로 입력되고, 상기 역기전력에 따라 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 제2 베이스에서 출력된 발진 주파수는 상기 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)의 도통각을 변경시켜 상기 모터의 토크를 보상하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 모터에 인가되는 전압을 점진적으로 증가시키는 소프트 스타트 기능을 구비함으로써 서지 전압에 의한 모터의 손상을 최소화시킬 수 있고, 소프트 스타트 기능을 구현하는 회로의 구성이 간단하여 제조 단가 및 제품 복잡도가 낮아질 수 있으며, 모터 종류에 따라 소프트 스타트 유닛의 구성 요소를 조절함으로써 용이하게 변경 및 적용가능하고, 모터의 속도를 가변 저항을 이용하여 수동으로 조절할 수 있고, 이와 동시에 모터에 걸린 부하를 역기전력을 이용하여 사용자가 설정한 속도에 맞는 회전력을 가질 수 있도록 토크를 보상하는 등의 효과를 거둘 수 있다.

본 발명은 교류 전원을 브릿지 회로를 통해 전파 정류하고, 감압 및 평활 회로를 통해 소프트 스타트 유닛을 구동시키며, 모터의 초기 돌입 전류를 점진적으로 증가시키기 위해 릴레이 및 충전을 위한 콘덴서를 구비하고, 사용자의 조작으로 인해 모터의 속도를 조절할 수 있도록 가변 저항을 구비하며, 상기 가변 저항을 통한 전류는 단접합 트랜지스터의 에미터로 입력되어 발진 신호를 출력하고, 상기 에미터로 입력된 전압의 크기에 따라 발진 주파수가 달라지며, 상기 발진 주파수는 시리콘 제어 정류기로 입력되어 증감된 도통각에 의해 모터로 가해지는 전압이 조절되고, 상기 모터에 걸린 부하의 크기에 따라 발생되는 역기전력을 이용하여 토크를 보상할 수 있도록 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치를 개략적으로 도시한 구성블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치(1)는 제1 정류기(10), 구동 전원부(20), 소프트 스타트 유닛(30), 속도 조절부(40), 제2 정류기(50), 부 역기전력 제거부(60)를 포함한다.

상기 제1 정류기(10)는 4 개의 다이오드가 직, 병렬로 연결되어 브릿지 회로(Bridge Circuit)를 구성함으로써, 교류 전원을 입력받아 전파 정류시켜 출력하도록 구비된다.

그리고, 구동 전원부(20)는 상기 제1 정류기(10)에서 정류한 전압을 입력받아 상기 소프트 스타트 유닛(30) 내의 릴레이를 구동시키기 위해 감압시키고, 맥류(脈流)를 완전한 직류로 변환시켜 상기 소프트 스타트 유닛(30)으로 전달한다.

더불어, 소프트 스타트 유닛(Soft Start Unit, 30)은 상기 속도 조절부(40)로 공급되는 전압이 서서히 증가하도록 구비되며, 이에 따라 모터로 인가되는 출력 전압도 천천히 올라가는 소프트-스타트 동작이 가능해진다.

또한, 상기 소프트 스타트 유닛(30)에서 서서히 증가된 전압은 속도 조절부(40)로 공급되며, 사용자가 속도 조절을 위한 가변 저항을 조작하면, 조작에 따라 0V 내지 90 V 사이의 증감된 전압은 모터로 출력되도록 이루어진다.

그리고, 제2 정류기는 2 개의 다이오드와 2 개의 실리콘 제어 정류기(SCR: silicon controlled rectifier)로 이루어져 모터로 인가되는 교류 전압을 다시 한번 정류하고, 상기 실리콘 제어 정류기의 실리콘은 발진 주파수에 따라 도통각이 변하는 소자로도 변경가능하다.

더불어, 상기 부 역기전력 제거부(60)는 모터에 걸린 부하 크기에 따라 발생될 수 있는 전원과 반대 방향으로 발생되는 역기전력이 제1 정류기(10)를 거쳐 상기 속도 조절부(40)로 재공급될 수 있도록, 제1 정류기(10) 측으로 전류가 흐르도록 구비된다.

상술한 역기전력이 제1 정류기(10) 측으로만 흐르도록 하는 이유는 모터에 걸린 부하가 커질수록 역기전력은 상기 부하에 비례하게 커지기 때문에, 상기 부하에 비례하는 전압이 모터로 가해질 수 있도록 상기 역기전력을 이용하여 전압을 조절하기 위함이다.

따라서, 상술한 구성 요소에 의해 사용자가 모터로 인가되는 전압을 조절할 수 있고, 모터가 기동될 때 모터에 가해지는 전압을 서서히 증가시키는 소프트 스타팅을 가능케하며, 모터에 걸린 부하에 비례하는 회전 토크를 모터가 가질 수 있도록 역기전력을 이용하여 출력 전압을 조절할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치의 제1 정류기를 굵게 도시한 회로도이며, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 제1 정류기(10)는 4 개의 다이오드(D3, D4, D5, D6)가 브릿지 회로(Bridge Circuit)를 이루고 있다.

여기서, 입력 전원은 D3 와 D5 사이에 입력되어 공급되고, D4와 D6 사이에 입력되어 공급된다.

따라서, 교류 입력 전원 220V 를 전파 정류를 위한 단상 브리지 정류회로를 구성하게 되며, 이와 같이 교류가 정류된 전원은 구동 전원부(20)로 입력되어 소프트 스타트 유닛(30)의 구동을 위한 전원을 생성하게 된다.

덧붙여서, 전원이 온(ON) 되었음을 알리는 LED 가 구비되며, 이를 통해 사용자는 ＤＣ 모터 구동제어장치(1) 전원의 온/오프(ON/OFF) 여부를 확인할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 구동 전원부를 굵게 도시한 회로도이고, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 구동 전원부(20)는 상기 제1 정류기(10)를 통해 1차적으로 정류된 전원을 상기 소프트 스타트 유닛(30)에 맞도록 변환시키며, 이를 위하여 콘덴서(C4), 저항(R13), 4 개의 다이오드(D8, D9, D10, D11), 콘덴서(C5)를 포함하여 이루어진다.

즉, 콘덴서(C4), 저항(R13)은 병렬로 연결되어 상기 소프트 스타트 유닛(30) 내의 릴레이(RY1)를 구동시키기 위해, 전압을 강하시키고, 4 개의 다이오드(D8, D9, D10, D11)는 전류의 방향이 한 방향으로 흐르도록 구비되는 것이다.

여기서, 콘덴서(C5)는 상기 릴레이(RY1)를 구동시키기 위한 평활 콘덴서(Smoothing Circuit)이며, 교류를 직류로 변환할 때 완전한 직류로 얻기 위해 구 비되고, 교류를 직류로 바꾸는 여러 과정 가운데 맥류(脈流)를 완전한 직류로 바꾸어주며, 정류 회로 및 정전압 회로와 함께 전원공급장치의 핵심이 되는 정류 회로의 일부이다.

덧붙이면, 교류를 직류로 바꾸는 것을 정류라 하는데, 교류를 직류로 바꿀 때에는 여러 단계를 거쳐야만 완전하고 안전한 직류가 되며, 교류 전원을 소자를 구동시키기 위한 전원으로 쓰기 위해서는 교류 전압을 낮추는 감압회로가 요구되고, 이는 상기 콘덴서(C4)와 저항(R13)에서 낮추어준다.

그리고, 전압이 낮아진 교류 전원을 정류 회로에서 + 전압만 존재하는 맥류로 걸러주는데, 여기서 맥류란 + 전압만 가진 전류이지만, 전압이 안정되지 않아 아직 완전한 직류가 아닌 전류를 말한다.

상술한 맥류는 다이오드(D8, D9, D10, D11)를 통해 걸러지며, 이렇게 걸러진 맥류는 다시 완전한 직류로 바뀌는 과정을 거치는데, 이때 사용되는 회로가 평활 회로이며, 본 발명에서는 콘덴서(C5)가 이용된다.

이에 따라, 상기 콘덴서(C5)는 전압이 바뀌는 맥류를 정현파의 완전한 직류로 바꾸어주는 역할을 하며, 높은 전압은 낮추어 주고, 낮은 전압은 높여서 일정한 전압을 유지시켜 릴레이(RY1) 코일에 공급한다.

이와 같이, 릴레이(RY1)를 구동시키기 위한 직류는 상기 소프트 스타트 유닛(30)으로 출력된다.

도 4는 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 소프트 스타트 유닛을 굵 게 도시한 회로도이며, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 소프트 스타트 유닛(Soft Start Unit, 30)은 릴레이(RY1), 다이오드(D12), 콘덴서(C6), 저항(R12)로 이루어진다.

상기 릴레이(RY1)는 전원이 공급되었을 때 접점이 떨어지는 b 형 접점을 가지고 있으며, 이에 따라 전원이 공급되지 않았을 경우에는 폐회로를 형성하고, 저항(R12)을 통해 콘덴서(C6)에 충전된 전력을 방전시키도록 구비된다.

그리고, 전원이 공급되는 경우에는 상기 콘덴서(C6)가 릴레이(RY1)의 접점이 떨어지므로, 상기 콘덴서(C6)의 용량이 가득하게 충전될 때까지 상기 릴레이(RY1)에 관계없이 전력을 공급받을 수 있다.

이를 통하여, 상기 소프트 스타트 유닛(30)은 상기 속도 조절부(40)로 초기 전원이 급격히 공급되는 것을 방지할 수 있고, 상기 콘덴서(C6)의 용량만큼의 전력이 투입될 때까지는 상기 속도 조절부(40)로 전력을 서서히 공급하며, 모터(M)로 출력되는 초기 구동 전압이 급격히 상승하지 않아 고장 및 오작동을 방지할 수 있도록 이루어진다.

또한, 상기 다이오드(D12)는 콘덴서(C6)는 가변 저항(VR2)에 걸리는 전압보다 높은 전압으로 충전되므로, 높은 전압이 속도 조절부(40)에 걸리는 것을 방지하기 위하여, 상기 다이오드(D12)가 존재함으로써 모터(M)의 구동 전압에 상기 콘덴서(C6)가 영향을 줄 수 없게 된다.

그리고, 상기 저항(R12)은 상기 릴레이(RY1)의 접점이 붙었을 때, 즉 전원이 투입되지 않아 폐회로를 형성하고 있을 경우에 상기 콘덴서(C6)에 충전된 전력이 방전될 수 있도록 구비된다.

따라서, 다시 전원이 투입될 때마다, 모터(M)에 가해지는 출력 전압이 천천히 올라가는 소프트-스타트 동작이 가능하게 되며, 다이오드(D12)는 단방향으로 절연되어 콘덴서(C6)의 충전된 전압은 속도 조절부(40)에 영향을 주지 않게 되고, 전원이 끊겨 콘덴서(C6)의 리셋(RESET)이 요구되는 경우에는 상기 저항(R12)을 통해 신속히 방전시킴으로써, 전원이 재투입되면 소프트 스타트 유닛(30)이 재동작 가능하도록 구성되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 속도 조절부를 굵게 도시한 회로도이고, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 속도 조절부(40)는 2 개의 가변 저항(VR1, VR2), 6 개의 저항(R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11), 2 개의 커페시터(C2, C3), 다이오드(D7), 단접합 트랜지스터(UniJunction Transistor, Q3)를 포함하여 이루어진다.

우선, 제1 정류기(10)를 통해 정류된 전원은 저항(R9)을 통해 가변 저항(VR2)으로 출력되고, 가변 저항(VR2)은 출력 전압을 제한 및 조정하며, 이렇게 제한 및 조정된 전압은 저항(R10)을 통해 가변 저항(VR1)으로 입력된다.

상술한 가변 저항(VR1)은 사용자가 모터(M)의 속도를 조절할 수 있도록 외부에 스위치가 구비됨으로써, 사용자의 조작에 따라 저항값이 증감될 수 있으며, 이에 따라 가변 저항(VR1)으로 증감된 전압은 저항(R8)을 통해 단접합 트랜지스터(Q3)로 입력된다.

여기서, 저항(R8)과 단접합 트랜지스터(Q3)의 에미터 사이에는 다이오드(D7)와 콘덴서(C2)가 병렬로 연결되는데, 상기 다이오드(D7)는 부(-) 전압 필터로 동작하며, 콘덴서(C2)는 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 발진용으로 이용된다.

따라서, 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 에미터로 사용자의 조작으로 증감된 전압이 입력되게 되며, 단접합 트랜지스터(Q3)의 제1 베이스로는 상기 저항(R6)을 통해 입력된 전압이 입력되어 제2 베이스로 출력된다.

여기서, 단접합 트랜지스터(Q3)는 1 개의 접합만을 가진 트랜지스터로써, 한 개의 베이스에 직류 전류를 가한 상태에서, 중앙의 에미터 접합의 전압, 전류 특성을 가해주면 부성 저항이 나타나는 소자이다.

이에 따라, 상기 저항(R6)과 병렬로 연결된 저항(R7), 콘덴서(C3)로 필터링된 전류가 상기 단접합 트랜지스터(Q3)로 인가되면, 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 에미터로 인가되는 전압에 따라 저항(R5)을 통해 출력되는 전압값이 조절될 수 있다.

따라서, 가변 저항(VR1)을 통해 증감된 전압은 단접합 트랜지스터(Q3)의 에미터로 입력되고, 이에 따라 상기 단접합 트랜지스터(Q3)는 증감된 전압을 출력할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 제2 정류기를 굵게 도시한 회로도이며, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2 정류기(50)는 2 개의 저항(R3, R4)과 2 개의 다이오드(D3, D4)와 2 개의 실리콘 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier, Q1, Q2)가 모터(M)로 출력되는 측에 연결되며, 상기 모터(M)로 입력되는 출력 전압을 최종적으로 정류하게 된다.

여기서, 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)는 PNPN 구조의 스위칭 소자인 사이리스터 중에서, 3 단자로 단방향만 스위칭 특성을 가지고, 역방향은 저지 상태가 되는 소자로서, N 형층 또는 P 형층을 게이트 단자로서 스위칭 출력 제어에 사용한다.

또한, 상기 저항(R3, R4)은 상기 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)로 동일한 전류가 걸리도록 분배용으로 구비되었으며, 상기 저항(R3, R4)으로 나누어진 신호는 상기 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)를 트리거(Trigger)하게 된다.

따라서, 상기 다이오드(D3, D4)는 입력단과 연결되고, 상기 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)는 출력단과 연결되어 브릿지 정류 회로를 구성하며, 모터(M)로 입력되는 전원을 최종적으로 정류하도록 이루어진다.

여기서, 상기 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)의 게이트로 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 변경된 발진 주파수가 입력되고, 상기 변경된 발진 주파수에 따라 도통각이 변경되기 때문에, 상기 가변 저항(VR1)의 설정에 의해 수동으로 모터(M)의 전압을 조정할 수 있다.

또, 상기 모터(M)를 제어함에 있어서, 상기 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)의 게이트 신호는 전원 신호와 항상 동기되어 있다.

도 7은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 부 역기전력 제거부를 굵 게 도시한 회로도이며, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 부 역기전력 제거부(60)는 다이오드(D1)와 바리스터(TNR)가 모터(M)와 연결된 출력단에 병렬로 연결된다.

여기서, 다이오드(D1)는 모터(M)에서 발생한 역기전력으로 인하여 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)의 트리거를 방해하므로, 프리휠 다이오드로 부성(-) 전압을 완벽하게 제거한다. 그리고, 바리스터(TNR)는 전원 라인의 서지 전압 및 과전압 제거에 이용된다.

상술한 역기전력(Counter Electromotive Force)은 상기 모터(M)에 걸린 부하의 크기에 따라 증감되며, 증감된 역기전력은 회로의 전류 방향과 반대 방향으로 걸리게 된다.

즉, 역기전력이란 회로 내의 임피던스 양 단에는 전류와 반대 방향으로 전위차가 발생하는데, 전원의 기전력과 반대 방향의 기전력이 발생하는 것을 일컫는다.

따라서, 상기 모터(M)에 걸린 부하의 크기에 따라 역기전력의 크기도 증감되는데, 상기 역기전력을 이용하여 모터(M)의 회전력 및 토크를 보상하기 위하여, 상기 역기전력은 상기 다이오드(D3, D4)를 통하여 입력되어 상기 단접합 트랜지스터(Q3)로 입력되어야 한다.

이를 위하여, 상기 역기전력이 다이오드(D3, D4) 측으로 걸리게 하기 위해서는, 상기 다이오드(D1)의 에노드(+) 단자는 상기 다이오드(D3, D4)의 캐소드(-) 단자와 연결된다.

도 8은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치의 토크 보상 과정을 설명하기 위한 회로도이며, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 역기전력이 상기 다이오드(D3, D4)로 입력되면, 이는 다이오드(D5, D6)->저항(R9)->저항(R8)를 통하여 단접합 트랜지스터(Q3)의 에미터 단자로 입력된다.

이에 따라, 모터에 부하가 발생되면, 그 부하의 크기에 따라 역기전력도 다르게 발생되므로, 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 에미터로 입력된 전압에 따라 발진 신호 주파수가 달라지고, 이에 따라 모터(M)의 회전력을 유지하기 위해 토크 보상을 실시할 수 있다.

즉, 모터(M)에 부하가 강하게 걸리면, 역기전력도 강하게 발생되기 때문에, 강한 역기전력은 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 에미터 및 제2 베이스에도 높은 신호로 나타나기 때문에, 상기 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)의 도통각을 넓혀서 모터(M)로 가해지는 전압을 높게 하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 DC 모터 구동제어장치(1)는 부하의 크기에 관계없이, 사용자가 설정한 모터(M)의 속도를 유지할 수 있도록, 모터(M)의 회전력을 출력 전압을 통해 보상할 수 있기 때문에, 사용자가 설정한 속도에 맞는 모터(M)의 토크가 유지될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치를 개략적으로 도시한 구성블록도.

도 2는 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치의 제1 정류기를 굵게 도시한 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 구동 전원부를 굵게 도시한 회로도.

도 4는 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 소프트 스타트 유닛을 굵게 도시한 회로도.

도 5는 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 속도 조절부를 굵게 도시한 회로도.

도 6은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 제2 정류기를 굵게 도시한 회로도.

도 7은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치 중 부 역기전력 제거부를 굵게 도시한 회로도.

도 8은 본 발명에 따른 ＤＣ 모터 구동제어장치의 토크 보상 과정을 설명하기 위한 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>

1: ＤＣ 모터 구동제어장치

10: 제1 정류기 20: 구동 전원부

30: 소프트 스타트 유닛 40: 속도 조절부

50: 제2 정류기 60: 부 역기전력 제거부

Claims

교류 전원을 인가받아 전파 정류를 실시하는 제1 정류기;

상기 제1 정류기로 정류된 전원을 입력받아 감압, 필터링 및 평활시켜 출력하는 구동 전원부;

상기 구동 전원부의 전원으로 릴레이(RY1)가 동작되고, 상기 릴레이(RY1)의 접점과 병렬로 연결된 콘덴서(C6)가 충전될 때까지 전압을 서서히 증가시키는 소프트 스타트 유닛;

상기 콘덴서(C6)가 충전된 후, 가변저항(VR1)의 저항값이 증감되도록 조작하여 모터의 속도를 조절하는 발진 주파수를 출력하는 속도 조절부;

상기 발진 주파수에 따라 도통각이 결정되면 상기 도통각에 따라 증감된 직류 전압을 출력하는 제2 정류기;

상기 모터에 걸린 부하에 따라 발생하는 역기전력이 상기 제1 정류기를 거쳐 상기 속도 조절부로 입력되도록 구비되는 부 역기전력 제거부

를 포함하는 ＤＣ 모터 구동제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 정류기는

4 개의 다이오드(D3, D4, D5, D6)가 브릿지 회로를 구성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 ＤＣ 모터 구동제어장치.
청구항 2에 있어서,

상기 구동 전원부는

상기 브릿지 회로를 통해 전파 정류된 전원을 감압하기 위해 구비되되, 상호 병렬로 연결된 콘덴서(C4) 및 저항(R13);

상기 콘덴서(C4) 및 저항(R13)를 거친 전원의 맥류를 필터링하는 다이오드(D8, D9, D10, D11);

상기 다이오드(D8, D9, D10, D11)를 거친 전원을 평활하기 위한 평활 콘덴서(C5)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 모터 구동제어장치.
청구항 3에 있어서,

상기 소프트 스타트 유닛은

상기 콘덴서(C5)와 코일 쪽에 병렬로 연결되어 전원이 인가되면 접점이 떨어지는 릴레이(RY1);

상기 릴레이(RY1)의 접점이 떨어지면 기 설정된 용량만큼의 전원을 충전하는 콘덴서(C6);

상기 콘덴서(C6)와 병렬로 연결되며, 상기 릴레이(RY1)의 접점이 붙으면 상기 콘덴서(C6)에 충전된 전력을 방전시키는 저항(R12);

상기 콘덴서(C6)에 충전된 전력이 상기 속도 조절부로 인가되지 못하도록, 단방향으로만 전류를 인가시키는 다이오드(D12)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 모터 구동제어장치.
청구항 4에 있어서,

상기 속도 조절부는

상기 콘덴서(C6)가 충전 완료되는 동안 전압을 서서히 증가시키며, 입력된 전압이 증감되도록 조작되는 가변 저항(VR1);

상기 가변 저항(VR1)을 통해 증감된 전원의 부(-) 전압을 제거하는 다이오드(D7);

상기 제1 정류기를 거친 전원이 제1 베이스로 입력되고, 상기 다이오드(D7)를 거친 전원이 에미터로 입력되어 제2 베이스로 증감된 발진 주파수를 출력하는 단접합 트랜지스터(Q3);

상기 다이오드(D7)과 병렬 연결되되, 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 발진용으로 이용되는 콘덴서(C2);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 모터 구동제어장치.
청구항 5에 있어서,

상기 제2 정류기는

상기 증감된 발진 주파수가 입력되어 도통각이 조절됨으로써 상기 모터로 증감된 직류 전압을 출력하는 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)와 다이오드(D3, D4)가 브릿지 회로를 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 모터 구동제어장치.
청구항 6에 있어서,

상기 부 역기전력 제거부는

상기 제2 정류기와 병렬로 연결되어 상기 모터에서 발생된 부(-) 역기전력을 제거하도록 구비된 다이오드(D1);

상기 다이오드(D1)와 병렬로 연결되어 전원 라인의 서지 전압 및 과전압을 제거하는 바리스터(TNR)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 모터 구동제어장치.
청구항 7에 있어서,

상기 모터에 걸린 부하에 따라 증감되는 역기전력은 상기 다이오드(D3, D4)를 통해 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 에미터로 입력되고, 상기 역기전력에 따라 상기 단접합 트랜지스터(Q3)의 제2 베이스에서 출력된 발진 주파수는 상기 실리콘 제어 정류기(Q1, Q2)의 도통각을 변경시켜 상기 모터의 토크를 보상하는 것을 특징 으로 하는 ＤＣ 모터 구동제어장치.