KR19990047872A

KR19990047872A - 모터의 위상제어 장치

Info

Publication number: KR19990047872A
Application number: KR1019970066425A
Authority: KR
Inventors: 김광수
Original assignee: 최진호; 삼성광주전자 주식회사
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-07-05

Abstract

본 발명은 모터의 위상제어 장치에 관한 것으로, 상용교류전원의 정현파전압을 위상제어하여 비정현파전압으로 가변시켜 회전속도를 조절하는 모터에 있어서, 상기 모터로 공급되는 상용교류전원의 피크부근을 제외한 나머지 구간 동안 상기 모터로 공급되는 상용교류전원의 위상제어를 위한 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부 및, 상기 모터로 상용교류전원이 공급되는 중에 상기 제어부로부터의 스위칭 제어신호에 의해 상기 모터로 공급되는 상용교류전원을 스위칭하여 상기 모터로 공급되는 사용교류전원을 위상제어하는 스위칭수단으로 구성되어, 모터의 구동 중에 상용교류전원의 피크부분을 제외한 나머지 구간에서 위상제어되므로, 모터로부터 고조파전류가 발생되는 것을 방지하여 전력계통의 동작장치를 미연에 방지할 수 있고, 모터의 최대출력을 얻을 수 있으며, IEC규정에도 부합될 뿐만 아니라, 제품판매를 증진시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

모터의 위상제어 장치

본 발명은 모터에 관한 것으로, 특히 청소기 등에 사용되는 모터의 위상제어시에 발생되는 고조파전류를 방지하면서 위상을 제어할 수 있도록 한 모터의 위상제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 통상적인 청소기 내의 모터구동회로는 도 1에 도시된 바와 같다.

도 1을 참조하면 알 수 있듯이, 전원공급부(10)로부터 공급되는 상용주파수를 갖는 교류전원이 모터(30)로 제공되어 모터(30)가 구동되고, 이에 연동되어 회전되는 임펠라에 의해 내부공기가 강제순환되어 청소기 외부와 내부의 압력차가 발생되고, 이에 따라 발생되는 풍량에 의해 흡입구로부터 먼지 등의 오염물이 흡입됨으로써 청소가 수행된다.

여기서, 전원공급부(10)로부터 모터(40)로 공급되는 상용교류전원의 전압(V)과 전류(I) 파형은 도 2에 도시된 바와 같다.

한편, 게이트신호에 따라 스위칭제어되는 트라이악(TRIAC : Triode AC Switch, 40)에 의해 전원공급부(10)로부터 공급되는 정현파 전압이 위상제어되어 비정현파 전압으로 가변된 다음 모터(30)로 공급되는데, 이때 위상제어시에 사용교류전원의 피크부근(예를 들면, 90±10°부근)에서 고조파전류가 발생된다.

최근에, 청소기 등과 같은 제품의 보급이 증가됨에 따라 전력계통으로 인입되는 고조파전류의 총량이 증가되어 전력용 콘덴서, 브레이커 등에 동작장애를 발생시킬 뿐만 아니라 변압기의 파괴 등을 유발하게 된다.

상기한 바와 같은 고조파전류로 인한 장애를 방지하기 위한 방법의 일환으로 IEC(International Electrotechnical Commission : 국제전기표준회의)에서는 각 시험기관들이 연합하여 고조파전류를 제한 하는 규격을 제정하였는데, 이러한 규정에 의하면 도 3에 나타낸 바와 같이, 상용교류전원의 피크부근(90±10°정도)에서 위상조절했을 때 청소기에서 발생되는 여러 고조파전류 중에, 문제가 되는 고조파전류는 3고조파전류(3rd Hamornic Current)이다.

따라서, 3고조파전류를 감쇄시키기 위한 기술에 대해 청소기와 관련된 여러기술분야에서 다양하게 연구되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 모터로부터 발생되는 고조파전류를 효과적으로 감쇄시키면서 모터의 위상을 제어할 수 있는 모터의 위상제어 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모터의 위상제어 장치는, 상용교류전원의 정현파전압을 위상제어하여 비정현파전압으로 가변시켜 회전속도를 조절하는 모터에 있어서, 상기 모터로 공급되는 상용교류전원의 피크부근을 제외한 나머지 구간 동안 상기 모터로 공급되는 상용교류전원의 위상제어를 위한 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부 및, 상기 모터로 상용교류전원이 공급되는 중에 상기 제어부로부터의 스위칭 제어신호에 의해 상기 모터로 공급되는 상용교류전원을 스위칭하여 상기 모터로 공급되는 상용교류전원을 위상제어하는 스위칭수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 통상적인 청소기 내의 모터구동회로를 도시한 도면,

도 2와 도 3은 종래의 통상적인 모터구동시에 발생되는 고조파전류를 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터의 위상제어 장치의 회로도,

도 5는 본 발명에 따라 모터의 위상을 제어하는 동작과정을 설명하기 위한 파형도,

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전원공급부 30 : 모터

100 : 제어부 110 : 포토트랜지스터

120 : IGBT구동부 122, 124 : IGBT

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터의 위상제어 장치의 회로도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 제로크로싱신호(Zero Crossing Signal)에 의해 상용교류전원의 피크부근을 제외한 나머지 구간 동안 모터(30)로 공급되는 상용교류전원의 위상을 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부(100)와, 상기 제어부(100)로부터 발생되는 스위칭 제어신호에 의해 스위칭되어 모터(30)로 공급되는 상용교류전원의 위상을 제어하는 스위칭수단(110, 120)으로 구성된다.

상기 스위칭수단은 상기 제어부(100)로부터의 스위칭 제어신호에 의해 절환되면서 구동전원을 절환하는 포토트랜지스터(110)와, 상기 포토트랜지스터(110)를 통해 공급되는 구동전원에 의해 모터(30)로 공급되는 상용교류전원을 스위칭하여 상용교류전원의 위상을 제어하는 IGBT구동부(120)로 구성된다.

여기서, IGBT구동부(120)는 제1IGBT(122), 제2IGBT(124), 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)를 포함하여 구성된다. 한편, 트라이악(TRIAC)은 전원공급부(10)로부터 모터(30)로 전류가 공급되는 중에는 턴오프가 불가능하기 때문에, 본 발명에서와 같이 전원공급부(10)로부터 모터(30)로 전류가 공급되는 중에 상용교류전원의 위상을 제어하기 위해 특별한 스위칭소자가 필요하며, 이를 위해 본 발명에서는 IGBT소자를 이용하였다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 모터의 위상제어 장치의 동작과정에 대하여 도 4와 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 모터(30)로 공급되는 상용교류전원은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같다.

한편, 모터(30)로 공급되는 상용교류전원의 위상제어시에 제어부(100)는 도 5의 (가)에 도시된 상용교류전원의 제로크로싱에 의해 발생되는 제로크로싱신호(ZCS, 도 5의 (나))에 따라 전원공급부(10)로부터 공급되는 상용교류전원의 피크부근을 제외한 나머지 구간 동안 모터(30)로 공급되는 상용교류전원의 위상을 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 발생한다.

즉, 제어부(100)는 전원공급부(10)로부터 모터(30)로 공급되는 상용교류전원의 피크부근에서 고조파전류가 발생되는 것을 방지하기 위해 90±10°, 270±10°, 450±10°, 630±10°...를 제외한 구간 동안 전원공급부(10)로부터 모터(30)로 공급되는 상용교류전원의 위상을 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 발생한다(도 5의 (다)).

그 다음, 제어부(100)로부터 발생되는 스위칭 제어신호에 의해 포토트랜지스터(110)가 스위칭되어 그에 따라 IGBT구동부(120)로 공급되는 구동전원이 절환되고, IGBT구동부(120)를 통해 전원공급부(10)로부터 공급되는 상용교류전원의 위상이 도 5의 (라)에 도시된 바와 같이 위상제어되어 모터(30)로 공급된다.

상세하게는, 전원공급부(10)로부터의 상용교류전원이 C1방향으로 모터(30)로 공급되는 경우, 제1IGBT(122), 제2다이오드(D2)를 통해 폐회로가 구성되어 모터(30)가 구동되고, 이때 제어부(100)로부터 발생되는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같은 스위칭 제어신호에 의해 포토다이오드(110)를 통해 공급되는 구동전원에 의해 제1IGBT(122)가 스위칭되므로, 전원공급부(10)로부터 모터(30)로 공급되는 상용교류전원의 위상이 도 5의 (라)에 도시된 바와 같이 제어된다.

그리고, 전원공급부(10)로부터의 상용교류전원이 C2방향으로 모터930)로 공급되는 경우, 제2IGBT(124), 제1다이오드(D1)를 통해 폐회로가 구성되어 모터(30)가 구동되고, 이때 제어부(100)로부터 발생되는 도 5의 (다)에 도시된 바와 같은 스위칭 제어신호에 의해 포토다이오드(110)를 통해 공급되는 구동전원에 의해 제2IGBT(124)가 스위칭되므로, 전원공급부(10)로부터 모터(30)로 공급되는 상용교류전원의 위상이 도 5의 (라)에 도시된 바와 같이 제어된다.

상술한 바와 같이, 본 발명을 이용하여, 제어부로부터 발생되는 스위칭 제어신호에 의해 포토트랜지스터를 통해 IGBT구동부로 구동전원이 절환되어 공급되고, 이에 따라 모터의 구동 중에 상용교류전원의 피크부분을 제외한 나머지 구간에서 위상제어되므로, 모터로부터 고조파전류가 발생되는 것을 방지하여 전력계통의 동작장치를 미연에 방지할 수 있고, 모터의 최대출력을 얻을 수 있으며, IEC규정에도 부합될 뿐만 아니라, 제품판매를 증진시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims

상용교류전원의 정현파전압을 위상제어하여 비정현파전압으로 가변시켜 회전속도를 조절하는 모터에 있어서, 상기 모터로 공급되는 상용교류전원의 피크부근을 제외한 나머지 구간 동안 상기 모터로 공급되는 상용교류전원의 위상제어를 위한 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부 및, 상기 모터로 상용교류전원이 공급되는 중에 상기 제어부로부터의 스위칭 제어신호에 의해 상기 모터로 공급되는 상용교류전원을 스위칭하여 상기 모터로 공급되는 상용교류전원을 위상제어하는 스위칭수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 모터의 위상제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭수단은, 상기 제어부로부터의 스위칭 제어신호에 의해 구동전원을 절환하는 제1절환수단과, 상기 제1절환수단을 통해 절환되면서 공급되는 구동전원에 의해 상기 모터로 공급되는 상용교류전원의 위상을 제어하는 제2절환수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 모터의 위상제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1절환수단은 포토트랜지스터인 것을 특징으로 하는 모터의 위상제어 장치.
제2항 또는 3항에 있어서, 상기 제2절환수단은 제1IGBT, 제2IGBT, 제1다이오드, 제2다이오드로 구성되며, 상기 모터로 상용교류전원이 공급되는 중에 상기 제1절환수단을 통해 공급되는 구동전원에 의해 상기 모터로 공급되는 상용교류전원의 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 모터의 위상제어 장치.