KR101301518B1 - 아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함한 삼상 전동기용 기동 회로 - Google Patents

아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함한 삼상 전동기용 기동 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼상 전동기 구동을 위한 개폐 회로의 신뢰성을 높이기 위하여 개폐 접점의 전기적 아크를 제한하고 동시에 모터 보호기능을 포함하는 일체형 기동장치에서 가격 경쟁력을 높이기 위해 주요 전자부품을 다목적으로 사용하여 회로를 단순화한 삼상 전동기용 기동 회로에 관한 것이다.
본 발명의 기동 회로는 구동회로와, 교류전원을 입력받아 정류하여 DC전원을 출력하는 정류기와, 스톱 스위치(STOP), 런 스위치(RUN), 작동 표시LED(LED1)나 정지표시LED(LED2)를 점등시키기 위한 제4 계전기(RLY4)와, 정류기의 직류전압을 기준전압과 비교하여 전원 온/오프를 검출하기 위한 제1 비교기(104)와, 제1 계전기 코일(RLY1 COIL)을 마이컴(110)의 OUT1 제어에 따라 여자시키기 위한 제1 트랜지스터(Q1), 제2 계전기 코일(RLY2 CIOL)과 제3 계전기 코일(RLY3 COIL)을 마이컴(110)의 OUT4 제어에 따라 여자시키기 위한 제2 트랜지스터(Q2), 제4 계전기 코일(RLY4)을 마이컴(110)의 OUT5 제어에 따라 여자시키기 위한 제3 트랜지스터(Q3)와, 상기 IN1~IN5신호와 COMP1, COMP2, ADC1, ADC2를 입력받아 OUT1 내지 OUT5를 출력하여 아크없는 접점 제어기능과, 과전류 보호기능, 역률 감지기능, 불평형 전류 보호기능을 처리하는 마이컴(110)으로 구성된다.

Description

아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함한 삼상 전동기용 기동 회로{Motor starter circuit including sparkless switches and low-cost motor protections for three phase induction motors}
본 발명은 삼상 유도 전동기용 기동 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼상 전동기 구동을 위한 개폐 회로의 신뢰성을 높이기 위하여 개폐 접점의 전기적 아크를 제한하고 동시에 모터 보호기능을 포함하는 일체형 기동장치에서 가격 경쟁력을 높이기 위해 주요 전자부품을 다목적으로 사용하여 회로를 단순화한 삼상 전동기용 기동 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 삼상 전동기는 단상 전동기와 같이 최초 기동을 위한 기동회로가 필요 없으나 3상 전동기의 온/오프나 정역 제어시에 계전기를 보호할 필요가 있기 때문에 3상 전동기에서도 계전기를 보호하고 소프트 스타트를 제어하기 위한 일종의 기동시 보호회로가 필요하다. 즉, 삼상 전동기에서도 전원이 인가된 상태에서 계전기의 접점이 전환되면 아크가 발생되어 계전기가 자주 손상되는 문제점이 있으므로 계전기를 보호하기 위한 회로가 필요하다.
(특허문헌 1) KR10-1029924 B1
(특허문헌 2) KR10-1078122 B1
본 발명은 삼상 전동기 구동을 위한 개폐 회로의 신뢰성을 높이기 위하여 개폐 접점의 전기적 아크를 제한하고, 동시에 모터 보호기능을 포함하는 일체형 기동장치에서 가격 경쟁력을 높이기 위해 주요 전자부품을 다목적으로 사용하여 회로를 단순화한 삼상 전동기용 기동 회로를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 회로는, 제어회로의 제어에 따라 구동회로가 삼상 전동기를 구동하도록 된 삼상 전동기용 기동회로에 있어서,
상기 구동회로는
제1 상(L1)을 삼상모터의 제1 권선(W1)에 연결 혹은 차단하기 위한 제1 계전기(RLY1)와, 제2 상(L2)을 삼상모터의 제2 권선(W2)에 연결 혹은 차단하기 위한 제2 계전기(RLY2)와, 제2 계전기(RLY2)에 병렬로 연결되는 제2 트라이악(TR2)과, 제3 상(L3)을 삼상모터의 제3 권선(W3)에 연결 혹은 차단하기 위한 제3 계전기(RLY3)와, 제3 계전기(RLY3)에 병렬로 연결되는 제3 트라이악(TR3)과, 제1 계전기(RLY1)의 출력을 제1 권선(W1)으로 연결하는 선로에 직렬로 연결된 제1 NTC(NTC1)와, 제2 계전기(RLY2)의 출력을 제2 권선(W2)으로 연결하는 선로에 직렬로 연결된 제2 NTC(NTC2)와, 제3 계전기(RLY3)의 출력을 제3 권선(W3)으로 연결하는 선로에 직렬로 연결된 제3 NTC(NTC3)와, 입력전압을 기준전압과 비교하는 제2 비교기(102)와, 제1 NTC 전압을 마이컴(MCU)으로 전달하기 위한 ADC1 단자와, 제1 계전기의 출력을 감지하기 위한 제1 입력단자(IN1), 제2 계전기의 출력을 감지하기 위한 제2 입력단자(IN2), 제3 계전기의 출력을 감지하기 위한 제3 입력단자(IN3), 제2 NTC의 전압을 검출하기 위한 제4 입력단자(IN4), 제3 NTC의 전압을 검출하기 위한 제5 입력단자(IN5), 제2 트라이악(TR2)의 게이트를 제어하기 위한 제2 출력단자(OUT2), 제3 트라이악(TR3)의 게이트를 제어하기 위한 제3 출력단자(OUT3)로 구성되고,
상기 제어회로는
교류전원을 입력받아 정류하여 DC전원을 출력하는 정류기와, 스톱 스위치(STOP), 런 스위치(RUN), 작동 표시 LED(LED1)나 정지 표시 LED(LED2)를 점등시키기 위한 제4 계전기(RLY4)와, 정류기의 직류전압을 기준전압과 비교하여 전원 온/오프를 검출하기 위한 제1 비교기(COMP1)와, 제1 계전기 코일(RLY1 COIL)을 마이컴(110)의 OUT1 제어에 따라 여자시키기 위한 제1 트랜지스터(Q1), 제2 계전기 코일(RLY2 CIOL)과 제3 계전기 코일(RLY3 COIL)을 마이컴(110)의 OUT4 제어에 따라 여자시키기 위한 제2 트랜지스터(Q2), 제4 계전기 코일(RLY4)을 마이컴(110)의 OUT5 제어에 따라 여자시키기 위한 제3 트랜지스터(Q3)와,
상기 IN1~IN4신호와 COMP1, COMP2, ADC1, ADC2를 입력받아 OUT1 내지 OUT5를 출력하여 아크없는 접점 제어기능과, 과전류 보호기능, 역률 감지기능, 불평형 전류 보호기능을 처리하는 마이컴(MCU)으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 삼상 기동 회로에서 반도체(TRIAC) 접점 및 계전기 접점을 병렬 연결하고 각 접점을 순차적으로 제어하여 전기적 아크에 의한 개폐기의 주된 불량 원인인 접점의 누적 마모, 소손을 제한할 수 있으며, 개폐기, 모터보호기기, 제어기기 회로의 일체형 설계를 통해 배전함의 공간 활용도 및 단가 경쟁력을 높이고, 시스템 고장 진단을 용이하게 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, NTC (Negative Temperature Coefficient) Thermistor 저항을 이용해 전동기의 과부하 감지 회로를 간단히 구현하고, 동시에 선간 전압, 상 전류의 위상비교를 통한 불평형 전류, 역률 및 고장원인을 감지하여 별도의 전류 감지 센서없이 모터 보호를 구현할 수 있다. 또한, NTC 적용을 통해 추가비용 없이 기동(돌입)전류를 제한하는 소프트 스타터(Soft starter) 기능을 구현할 수 있고, 고장 전류로 인한 내부 반도체 부품의 손상도 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 삼상 전동기의 구동회로를 도시한 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 삼상 전동기의 구동회로를 제어하기 위한 제어회로를 도시한 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 삼상 전동기의 제어회로에 사용되는 마이콤의 입출력 단자를 도시한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에서 아크없는 기동 절차를 도시한 도시한 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에서 과전류 보호절차를 도시한 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에 사용되는 NTC 소자의 전압-전류 특성 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에서 역률 감지절차를 도시한 순서도,
도 8은 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에서 불평형 보호절차를 도시한 순서도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 삼상 전동기의 구동회로를 도시한 회로도이다.
본 발명에 따라 아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함하는 삼상 전동기용 기동 회로의 구동회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 상(L1)을 삼상모터의 제1 권선(W1)에 연결 혹은 차단하기 위한 제1 계전기(RLY1)와, 제2 상(L2)을 삼상모터의 제2 권선(W2)에 연결 혹은 차단하기 위한 제2 계전기(RLY2)와, 제2 계전기(RLY2)에 병렬로 연결되는 제2 트라이악(TR2)과, 제3 상(L3)을 삼상모터의 제3 권선(W3)에 연결 혹은 차단하기 위한 제3 계전기(RLY3)와, 제3 계전기(RLY3)에 병렬로 연결되는 제3 트라이악(TR3)과, 제1 계전기(RLY1)의 출력을 제1 권선(W1)으로 연결하는 선로에 직렬로 연결된 제1 NTC(NTC1)와, 제2 계전기(RLY2)의 출력을 제2 권선(W2)으로 연결하는 선로에 직렬로 연결된 제2 NTC(NTC2)와, 제3 계전기(RLY3)의 출력을 제3 권선(W3)으로 연결하는 선로에 직렬로 연결된 제3 NTC(NTC3)와, 입력전압을 기준전압과 비교하는 제2 비교기(102a)와, 제1 NTC 전압을 마이컴(110)으로 전달하기 위한 ADC1 단자와, 제1 계전기의 출력을 감지하기 위한 제1 입력단자(IN1), 제2 계전기의 출력을 감지하기 위한 제2 입력단자(IN2), 제3 계전기의 출력을 감지하기 위한 제3 입력단자(IN3), 제2 NTC의 전압을 검출하여 제4 입력단자(IN4)로 출력하기 위한 광 격리기(Q4;Opto-isolator) 및 비교기(102b)와, 제3 NTC의 전압을 검출하여 제5 입력단자(IN5)로 출력하기 위한 광 격리기(Q5;Opto-isolator) 및 비교기(102c)와, 제2 트라이악(TR2)의 게이트를 제어하기 위한 제2 출력단자(OUT2)와, 제3 트라이악(TR3)의 게이트를 제어하기 위한 제3 출력단자(OUT3)로 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 삼상 전동기의 구동회로를 제어하기 위한 제어회로를 도시한 회로도이고, 도 3은 본 발명에 따른 삼상 전동기의 제어회로에 사용되는 마이콤의 입출력 단자를 도시한 개략도이다.
발명에 따라 아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함하는 삼상 전동기용 기동 회로의 제어회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 교류전원을 입력받아 전파 정류하여 24V DC전원을 출력하는 전파 정류 브릿지(FB)와, 스톱 스위치(STOP), 런 스위치(RUN), 작동 표시 LED(LED1)나 정지 표시 LED(LED2)를 점등시키기 위한 제4 계전기(RLY4)와, 전파 정류된 24V 직류를 기준전압과 비교하여 전원 온/오프를 검출하기 위한 제1 비교기(104)와, 제1 계전기 코일(RLY1 COIL)을 마이컴(110)의 OUT1 제어에 따라 여자시키기 위한 제1 트랜지스터(Q1), 제2 계전기 코일(RLY2 CIOL)과 제3 계전기 코일(RLY3 COIL)을 마이컴(110)의 OUT4 제어에 따라 여자시키기 위한 제2 트랜지스터(Q2), 제4 계전기 코일(RLY4)을 마이컴(110)의 OUT5 제어에 따라 여자시키기 위한 제3 트랜지스터(Q3)와 24V DC를 5 V DC로 안정화시키는 레귤레이터(106)로 구성된다.
또한 마이컴(110)은 도 3에 도시된 바와 같이, IN1~IN5신호와 COMP1, COMP2, ADC1, ADC2를 입력받아 후술하는 바와 같은 제어 알고리즘에 따라 OUT1 내지 OUT5를 출력하여 전체 동작을 제어한다.
도 4는 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에서 아크없는 기동 절차를 도시한 도시한 순서도이다.
본 발명에 따른 아크없는 기동절차는 계전기 접점 양단에 발생하는 전기적 아크를 제한하기 위해 접점의 이동 중에는 모터에 인가되는 전원을 차단하거나 접점 양단에 병렬 연결된 트라이악(TRIAC;TR2,TR3)이 온(On) 상태를 유지하도록 하는 계전기 코일(RLY COIL) 및 트라이악(TRIAC)을 제어하는 것이다.
도 4를 참조하면, Run(Push button)이 클로즈(Close) 상태가 되면 제어회로에 24V DC 전원이 공급되고, 정전압 IC(106)를 거쳐 MCU(110) 전원에 5V DC 이하의 전원이 공급된다(S101,S102). MCU(110)는 24V DC의 전압상태는 비교기(104)의 COMP1단자를 통해 입력받고, COMP1 입력이'1' 이 되면 OUT5에 '1' 신호를 주어 자기유지 접점인 제4 계전기(RLY4)를 클로즈(Close)시키고, 필요 시 LED1(발광다이오드 or LAMP)를 통해 전동기의 운전상태를 표시한다(S103~S105).
이어 MCU(110)는 IN1, IN2, IN3 입력신호 중 하나 이상에서 '1'이 감지되면, '1'이 감지된 상의 개폐기 접점의 고장으로 판단하여 OUT5에 '0'신호를 인가하여 제4 계전기(RLY4)를 오픈(Open)시킨다. 필요시 LED2를 통해 전동기의 정지/고장 상태를 표시한다(S106,S127,S128).
상기 IN1, IN2, IN3 입력이 모두 '0' 이면, MCU(110)는 개폐기 접점이 정상인 것으로 판단하여 OUT1에 '1' 신호를 주어 제1 계전기(RLY1)를 클로즈(Close)한다(S107).
IN1 입력신호가 '1'이 되어 제1 계전기(RLY1)의 클로즈(Close) 상태가 확인되면, MCU(110)는 OUT2, OUT3에 '1' 신호를 주어 트라이악(TR2, TR3)을 온(On)시키고, 이에 따라 삼상 전동기의 권선(W1~W3)에는 3상 구동전원이 인가된다(S108~S110).
이 때, NTC1, NTC2, NTC3는 돌입전류(Inrush current)를 제한하고, 일정시간(수 초 이내)동안 저항 값은 점차 감소하여 정상운전 상태가 된다(Soft starter)(S111,S112)
IN2, IN3 입력신호가 '1'이 되어 트라이악(TR2, TR3)의 온(On) 상태가 확인되면, OUT4에 '1' 신호를 주어 제2 계전기(RLY2)와 제3 계전기(RLY3)를 클로즈(Close)시킨다(S114). 이때 본 발명에서는 접점 이동 중 트라이악(TR2, TR3)이 온(On) 상태이므로 제2 계전기(RLY2)와 제3 계전기(RLY3)의 접점 이동 시 전기적 아크는 제한된다.
접점 이동 시간(수십 ms 이내)이 경과하면, MCU(110)는 OUT2, OUT3에 '0' 신호를 주어 트아이악(TR2, TR3)을 오프(Off)시킨다(S115,S116).
만일, 전동기 운전이 완료되어 정지버튼(Stop; Push button)이 오픈(Open) 상태가 되거나, 24V DC의 전압이 기준전압 이하로 감소하여 COMP1 입력신호가 '0'이 되면, 먼저 OUT2, OUT3에 '1' 신호를 주고, 트라이악(TRIAC)의 동작시간(수 ms 이내) 안에 트라이악(TR2, TR3)이 온(On)상태가 되면, OUT4에 '0' 신호를 주어 제2 계전기(RLY2)와 제3 계전기(RLY3)를 오픈(Open)시킨다(S117~S120).
접점 이동 시간(수십 ms 이내)이 경과하면, MCU(110)는 다시 OUT2, OUT3에 '0' 신호를 주어 트라이악(TR2, TR3)은 오프(Off) 상태가 된다(S121,S122). IN2, IN3 입력신호가 '0'이 되어 접점 이동이 확인되면, MCU(110)는 OUT1에 '0' 신호를 주고 제1 계전기(RLY1)를 오픈(Open)시킨다(S123,S124). IN1 입력신호가 '0'이 되면 모든 구동회로 접점이 오픈(Open) 상태이므로 OUT5에 '0' 신호를 주어 모터 운전 상태 접점인 제4 계전기(RLY4)는 오픈(Open) 상태가 된다(S125,S126).
도 5는 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에서 과전류 보호절차를 도시한 순서도이고, 도 6은 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에 사용되는 NTC 소자의 전압-전류 특성 그래프이다.
본 발명에 따른 과전류 보호는 별도의 전류센서 없이 모터의 전류를 감시하기 위해 NTC1 저항의 양단전압을 ADC1(Analog Digital Converter)에서 입력받아 전류치(I = NTC1 전압 / NTC1 저항)를 연산한다. 일반적으로, NTC는 전류 감지용 센서로 이용되지는 않으나 NTC는 도 6에 도시된 바와 같이, 고유의 전압-전류 특성을 갖고 있으므로 본 발명에서는 전압을 감지하여 전류를 추정하는 방식으로 과전류 보호용으로 응용한다.
도 5를 참조하면, 전동기의 운전 중 NTC1이 발열(Self heated) 되면서 발생하는 저항의 감소율은 전류의 증가율보다 커지므로, NTC1 전압은 상기 발열의 포화시점(Thermal equilibrium)까지 전류에 반비례하여 감소한다. 이 때, ADC1은 NTC1 전압을 지속적으로 감지하되 그 감소율인 DV/DT를 함께 기억하여, NTC1 전압이 전류설정 감지용 입력 신호인 ADC2 입력 값과 비교하여 작아지고, 이 후, 과부하 보호 동작 지연 시간(Inverse time characteristic, class 10) 동안 DV/DT ≤ 0가 유지되면 과부하로 인식하고, 구동전원을 차단한다(S201~S204).
만일, 구속 등의 사고 전류가 발생하면 NTC1 전압은 옴의 법칙이 적용되어 사고전류에 비례하여 급격히 증가하므로, DVn+1 >> DVn, 즉시 구동전원을 차단한다. DV/DT 감지 주기는 NTC1의 V-I 동작특성, R-T 동작특성, 부품크기 및 취부방법, 외함 및 주변온도, 저항(R25), 발열특성, 허용전류 및 기타 제품 설계 및 적용방법에 따라 가변적이므로 여기서는 생략한다.
도 7은 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에서 역률 감지절차를 도시한 순서도이다.
통상, 전동기의 역률은 정격부하에서 최적화되도록 설계되고 부하가 감소할 수록 낮아져 일반적으로 정격부하의 50% 이하에서 급격히 감소한다.
도 7을 참조하면, NTC1 전압은 내부 COMP2의 (+)단자에 입력되고, (-)단자에는 위상반전을 확인하기 위한 내부 REF(Zero-cross Reference) 전압과 비교된다. IN2를 통해 입력되는 W1 선간 전압의 위상반전 발생시점으로부터 COMP2 출력을 통해 L1 상 전류의 위상반전 지연 시점을 위상각으로 바꾸어 연산하면, 역률이 '1'일 경우 30°가 되고, 코일 특성에 의한 역률 감퇴가 발생하면 상기 30°에 추가되어 위상 각이 발생하게 된다. 정격부하 이상에서 역률이 0.82 이상이 되면, 위상 각은 65°( =cos-1(0.82) + 30°) 이하가 되나, 경 부하가 발생해 역률이 약 0.70 이하로 감퇴하면 위상 각은 75°(= cos-1(0.7) + 30°) 이상이 된다.
이 같은 역률 감지 기능은 별도의 전류감지 회로가 없이 입력전원 효율 감시는 물론 경 부하 또는 부족전류 보호를 포함한 다양한 용도에 활용될 수 있다. 특히, 부하 량에 따른 역률 변동을 감지하여, 구동 전원을 제어하면 정격 이하의 부하 비중에 대한 로드 리미터(Load Limiter) 기능도 구현할 수 있다. 이 때, ADC2의 입력 신호를 역률 설정 값으로 입력받아 상기 검출된 역률과 비교하여 검출 값이 설정된 설정 값을 초과하면 구동전원을 차단한다(S301~S304).
도 8은 본 발명에 따른 삼상 전동기 기동회로에서 불평형 보호절차를 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, L2 상 전류 및 L3 상 전류의 위상반전을 광 격리기(Opto-isolator)와 비교기(Comparator)를 거처 각각 IN4, IN5로 입력 받아, L2 상 전류를 기준으로 그 시간차를 위상 각으로 바꾸어 연산하면 정상 운전시, L3 상과 L2 상 전류간에는 120°의 위상 차가 발생 된다. 불평형 전류 발생 시 그 크기 및 고장전류 발생 위치에 따라 상기 위상 각이 증가하거나 감소하면, 그 변동 분에 반비례하는 동작시간에 구동전원을 차단한다. 결상 전류로 인하여 IN4 또는 IN5의 위상반전신호가 상실되면 각 L2 또는 L3 상에 결상이 발생한 것으로 인식하고, L1 상에 결상이 발생하면 상기 위상 차가 180°에 가까워 짐을 확인하여 즉시 구동전원을 차단한다(S401~S409).
이와 같은 본 발명의 아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함한 삼상 전동기용 기동 회로는 첫째, 아크 없는 개폐기 접점 이동 순서를 정함에 있어서 RLY1 접점이동 중에는 TR2, TR3, RLY2, RLY3는 모두 Open 상태이고, RLY2, RLY3 접점 이동 중에는 각각 병렬 연결된 TR2, TR3가 On 상태를 유지하고, 둘째 모터 스타터의 개폐기, 과부하 보호기, 제어회로 등을 일체형으로 구성하여 배전함의 공간활용도를 높이고 자기 구동전원 상태확인 등의 자기 진단기능을 추가하여 시스템 에러의 가능성을 줄이며, 셋째 단가 경쟁력을 높이기 위해 NTC를 기동전류를 제한하고, 전류감지 센서를 대체하며, 개폐기 내부 접점회로를 보호하는 다목적으로 사용하고, 넷째 NTC 저항을 이용하여 모터 전류를 감시하고, DV/DT를 확인하여 과부하 여부를 확인하며, 다섯째 L2-L1 선간 전압의 위상반전과 NTC1 전류의 위상반전을 비교하여 역률 및 부하 상태를 확인하고, 여섯째 L2, L3 상 전류위상을 NTC2, NTC3의 위상반전 회로를 통해 감지하여 불평형(결상) 전류를 보호하는 특징이 있다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
102,104: 비교기 106: 레귤레이터
FB: 전파 정류 브릿지 RLY1~RLY4: 계전기
TR2,TR3: 트라이악 110: MCU

Claims (4)

  1. 제어회로의 제어에 따라 구동회로가 삼상 전동기를 구동하도록 된 삼상 전동기용 기동회로에 있어서,
    상기 구동회로는
    제1 상(L1)을 삼상모터의 제1 권선(W1)에 연결 혹은 차단하기 위한 제1 계전기(RLY1)와, 제2 상(L2)을 삼상모터의 제2 권선(W2)에 연결 혹은 차단하기 위한 제2 계전기(RLY2)와, 제2 계전기(RLY2)에 병렬로 연결되는 제2 트라이악(TR2)과, 제3 상(L3)을 삼상모터의 제3 권선(W3)에 연결 혹은 차단하기 위한 제3 계전기(RLY3)와, 제3 계전기(RLY3)에 병렬로 연결되는 제3 트라이악(TR3)과, 제1 계전기(RLY1)의 출력을 제1 권선(W1)으로 연결하는 선로에 직렬로 연결된 제1 NTC(NTC1)와, 제2 계전기(RLY2)의 출력을 제2 권선(W2)으로 연결하는 선로에 직렬로 연결된 제2 NTC(NTC2)와, 제3 계전기(RLY3)의 출력을 제3 권선(W3)으로 연결하는 선로에 직렬로 연결된 제3 NTC(NTC3)와, 입력전압을 기준전압과 비교하는 제2 비교기(102)와, 제1 NTC 전압을 마이컴(110)으로 전달하기 위한 ADC1 단자와, 제1 계전기의 출력을 감지하기 위한 제1 입력단자(IN1)와, 제2 계전기의 출력을 감지하기 위한 제2 입력단자(IN2)와, 제3 계전기의 출력을 감지하기 위한 제3 입력단자(IN3)와, 제2 NTC의 전압을 검출하기 위한 제4 입력단자(IN4)와, 제3 NTC의 전압을 검출하기 위한 제5 입력단자(IN5)와, 제2 트라이악(TR2)의 게이트를 제어하기 위한 제2 출력단자(OUT2)와, 제3 트라이악(TR3)의 게이트를 제어하기 위한 제3 출력단자(OUT3)로 구성되고,
    상기 제어회로는
    교류전원을 입력받아 정류하여 DC전원을 출력하는 정류기와, 스톱 스위치(STOP), 런(RUN) 스위치, 작동표시LED(LED1)나 정지표시LED(LED2)를 점등시키기 위한 제4 계전기(RLY4)와, 정류기의 직류전압을 기준전압과 비교하여 전원 온/오프를 검출하기 위한 제1 비교기(104)와, 제1 계전기 코일(RLY1 COIL)을 마이컴(110)의 OUT1 제어에 따라 여자시키기 위한 제1 트랜지스터(Q1)와, 제2 계전기 코일(RLY2 CIOL)과 제3 계전기 코일(RLY3 COIL)을 마이컴(110)의 OUT4 제어에 따라 여자시키기 위한 제2 트랜지스터(Q2)와, 제4 계전기 코일(RLY4)을 마이컴(110)의 OUT5 제어에 따라 여자시키기 위한 제3 트랜지스터(Q3)와,
    상기 IN1~IN5신호와 COMP1, COMP2, ADC1, ADC2를 입력받아 OUT1 내지 OUT5를 출력하여 아크없는 접점 제어기능과, 과전류 보호기능, 역률 감지기능, 불평형 전류 보호기능을 처리하는 마이컴(110)으로 구성된 것을 특징으로 하는 아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함한 삼상 전동기용 기동 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 과전류 보호기능은
    별도의 전류센서 없이 모터의 전류를 감시하기 위해 NTC1 저항의 양단전압을 ADC1에서 입력받아 전류치(I = NTC1 전압 / NTC1 저항)를 연산하여 기준치를 초과하면 과전류로 판단하여 구동전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함한 삼상 전동기용 기동 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 역률 감지기능은
    별도의 전류감지 회로없이 NTC1 전압을 내부 COMP2의 (+)단자에 입력받고, (-)단자에는 위상반전을 확인하기 위한 내부 REF(Zero-cross Reference) 전압과 비교하여 IN2를 통해 입력되는 W1 선간 전압의 위상반전 발생시점으로부터 COMP2 출력을 통해 L1 상 전류의 위상반전 지연 시점을 위상각으로 바꾸어 연산하여 역률을 산출하고, ADC2의 입력 신호를 역률 설정 값으로 입력받아 상기 검출된 역률과 비교하여 검출 값이 설정된 설정 값을 초과하면 구동전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함한 삼상 전동기용 기동 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불평형 전류 보호기능은
    L2 상 전류 및 L3 상 전류의 위상반전을 광 격리기(Opto-isolator)와 비교기(Comparator)를 거쳐 각각 IN4, IN5로 입력받아, L2 상 전류를 기준으로 그 시간차를 위상 각으로 바꾸어 연산할 경우 L3 상과 L2 상 전류간에는 120°의 위상 차가 발생되면 정상 운전하고,
    불평형 전류 발생 시 그 크기 및 고장전류 발생 위치에 따라 상기 위상 각이 증가하거나 감소하면, 그 변동 분에 반비례하는 동작시간에 구동전원을 차단하고,
    IN4 또는 IN5의 위상 반전 신호가 상실되면 각 L2 또는 L3 상에 결상이 발생한 것으로 인식하여 구동전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 아크없는 개폐기 및 보호기능을 포함한 삼상 전동기용 기동 회로.
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