KR20000054901A - 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치 - Google Patents

유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 관한 것으로, 종래에는 슬립을 이용하여 전동기의 속도를 가변하는 경우 효율이 저하되고, 가변속도의 범위가 축소되는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 입력되는 AC 220V의 전원전압을 브리지 다이오드를 이용하여 정류시켜 맥동전압을 출력하는 정류부(31)와, 상기 정류부(31)에서 출력되는 맥동전압을 평활시킨 직류전압을 출력하고, 역률을 제어하기 위한 평활부(32)와, 상기 평활부(32)에서 직류전압 공급시 스위칭 제어신호에 따라 유도전동기(34)의 구동시키고, 스위칭소자(Q1-Q4)가 상기 유도전동기(33)와 함께 하이 브리지형태로 구성되는 스위치 구동부(34)로 구성하여, 효율을 상승시키고, 속도 제어범위를 확장할 수 있도록 한 것이다.

Description

유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치{SPEED CONTROL APPARATUS BY VARIABLE FREQUENCY FOR INDUCTION MOTOR}
본 발명은 유도전동기를 주파수로 제어하여 고효율로 속도를 변화시킬 수 있도록 한 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 관한 것으로, 특히 속도 제어범위를 확장시킬 수 있도록 한 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 유도전동기의 위상제어에 의한 속도 제어장치에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시된 바와같이, 팬(FAN)을 구동하기 위한 전동기(10)와, 게이트 구동신호에 따라 교류전원을 단속시켜 상기 전동기(10)에 인가되는 전력을 통제하는 트라이악(Tr)과, 상기 트라이악(Tr)을 보호하기 위한 바리스터(20)로 구성된다.
이와같이 구성된 종래기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
전원전압단에서 AC 220V의 전원전압을 공급하면, 미도시된 제로-크로스 검출수단에서 전원전압을 입력받아 제로-크로스 포인트를 검출한다.
제로-크로스 포인트가 검출되면, 트라이악(Tr)의 게이트단자(G)로 구동신호를 제공한다.
그러면 상기 트라이악(Tr)이 턴온되고, 전원전압단으로 부터의 교류전원이 상기 트라이악(Tr)과 병렬로 연결된 바리스터(20), 커패시터(C)및 저항(R)에 의해 전동기(10)에 도 2에 도시한 바와같은 전압이 공급된다.
즉, 바리스터(20), 커패시터(C)및 저항(R)에 의해 위상 제어된 전압이 전동기(10)에 공급된다.
상기 위상 제어된 전압에 의해 슬립(slip)량을 조절하여 전동기(10)의 속도를 조절한다.
이에따라 전동기(10)가 구동하게 되어 팬을 구동시킨다.
이와같이 위상제어에 의한 전동기의 토크 특성은 도 5에 도시된 바와같다.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서, 슬립을 이용하여 전동기의 속도를 가변하는 경우 효율이 저하되고, 가변속도의 범위가 축소되는 문제점이 있다.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 유도전동기를 속도를 주파수로 가변시킬 경우 드웰(dwell) 제어를 통해 가변하도록 함으로써, 고효율의 운전이 가능하도록 한 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 유도전동기를 드웰 제어를 통해 제어함으로써, 속도 제어 범위의 확장이 가능하도록 한 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 유도전동기의 위상제어에 의한 속도 제어장치에 대한 회로 구성도.
도 2는 도 1에서, 위상 제어시 전동기에 인가되는 전압 파형도.
도 3은 본 발명 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 대한 회로 구성도.
도 4는 도 3에서, 저속 및 고속 구동시 스위치구동 펄스 파형도.
도 5는 도 1에서, 위상 제어시 토크 특성도.
도 6은 도 3에서, 주파수 제어시 토크 특성도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
31 : 정류부32 : 평활부
33 : 스위칭 구동부34 : 유도전동기
Q1-Q4 : 트랜지스터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 AC 220V의 전원전압을 브리지 다이오드를 이용하여 정류시켜 맥동전압을 출력하는 정류부와, 상기 정류부에서 출력되는 맥동전압을 평활시킨 직류전압을 출력하고, 역률을 제어하기 위한 평활부와, 상기 평활부에서 직류전압 공급시 스위칭 제어신호에 따라 유도전동기의 구동시키고, 스위칭소자가 상기 유도전동기와 함께 하이 브리지형태로 구성되는 스위치 구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 AC 220V의 전원전압을 브리지 다이오드를 이용하여 정류시켜 맥동전압을 출력하는 정류부(31)와, 상기 정류부(31)에서 출력되는 맥동전압을 평활시킨 직류전압을 출력하고, 역률을 제어하기 위한 평활부(32)와, 상기 평활부(32)에서 직류전압 공급시 스위칭 제어신호에 따라 유도전동기(34)의 구동시키고, 스위칭소자(Q1-Q4)가 상기 유도전동기(33)와 함께 하이 브리지형태로 구성되는 스위치 구동부(34)로 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
전원전압단으로 부터 AC 220V의 교류전원이 공급되면, 이를 정류부(31)에서 입력받아 브리지 다이오드를 이용하여 정류하고, 그 정류된 맥동전압을 평활부(32)로 출력시킨다.
이에 상기 평활부(32)는 상기 정류부(31)로 부터 출력되는 맥동전압을 커패시터(C)를 이용하여 평활시켜 역률을 개선토록 함과 아울러 맥동전압을 직류전압으로 만들어 스위치 구동부(33)로 제공한다.
이때 미도시된 마이크로 컴퓨터에서 유도전동기(34)를 구동시키기 위하여 스위칭 제어신호를 스위칭 구동부(33)의 스위칭소자(Q1-Q4)로 인가하면, 상기 스위칭소자(Q1-Q4)가 턴온 또는 턴오프되어 유도전동기(34)로 전압을 공급한다.
여기서 상기 제1,제3트랜지스터(Q1,Q3)는 피엔피(PNP) 트랜지스터 또는 P-채널 모스형 전계효과트랜지스터나 IGBT를 사용하고, 제2,제4트랜지스터(Q2,Q4)는 엔피엔(NPN) 트랜지스터 또는 N채널 모스형 전계효과트랜지스터나 IGBT를 사용한다.
가령 유도전동기(34)를 저속으로 구동시키고자 할 경우에는 마이크로 컴퓨터에서, 도 4a에서와 같이, 먼저 제1,제4트랜지스터(Q1,Q4)로 하이, 제2,3트랜지스터(Q2,Q3)로 로우상태의 스위칭 제어신호를 각각 인가한다.
그러면 상기 제1트랜지스터(Q1)는 오프되고, 이에따라 저항(R37)을 통해 로우신호가 제3트랜지스터(Q3)로 인가됨에 따라 온된다.
그리고 제2트랜지스터(Q2)는 로우신호에 의해 오프되고, 제4트랜지스터(Q4)는 온상태가 된다.
이에따라 평활부(32)로 부터 공급되는 전압에 의해 전류는 제3트랜지스터(Q3)와 제4트랜지스터(Q4)를 통해 흐르다가 제1,제4트랜지스터(Q1,Q4)로 로우신호를 공급하면 제1,제4트랜지스터(Q1,Q4)는 온되고, 제2,제3트랜지스터(Q2,Q3)는 오프상태가 되어 유도전동기(34)가 회전하게 된다.
그러다가 다시 제2,제3트랜지스터(Q2,Q3)로 하이상태의 스위칭 제어신호를 인가하면, 제1,제2트랜지스터(Q1,Q2)가 온되고, 나머지 제3,제4트랜지스터(Q3,Q4)는 오프상태가 되어 전류는 제1,제2트랜지스터(Q1,Q2)를 통해 흐르게 된다.
이때 유도전동기(34)는 여력회전을 하게 된다.
그러다가 다시 제2,제3트랜지스터(Q2,Q3)로 로우상태의 스위칭 제어신호를 인가하면, 제1,제4트랜지스터(Q1,Q4)는 오프되고, 제2,제3트랜지스터(Q2,Q3)은 온되어 전류는 제3, 제2트랜지스터(Q3,Q2)를 통해 흐르게 된다.
그러면 제3,제4트랜지스터(Q3,Q4)는 턴온되고, 제1,제2트랜지스터(Q1,Q2)는 턴오프되어 전류가 제3트랜지스터(Q3)→유도전동기(34)→제4트랜지스터(Q4)로 흐른다.
따라서 상기 유도전동기(34)가 회전하게 된다.
이후에 제1,제4트랜지스터(Q1,Q4)의 게이트에 로우상태의 스위칭 제어신호를 인가하여 오프상태인 제1트랜지스터(Q1)는 온시키고, 온상태인 제4트랜지스터(Q4)는 오프시킨다.
이에따라 유도전동기(34)는 다시 회전하게 된다.
이와같은 방법에 의해 유도전동기(34)가 저속으로 회전하게 된다.
그리고, 상기 유도전동기(34)를 고속으로 회전시킬 경우 도 4b에서와 같이 드웰 타임을 크게한다.
이상에서와 같이 유도전동기(34)를 저속으로 회전시킬 경우에는 드웰 타임을 작게 하고, 유도전동기(34)를 고속으로 회전시킬 경우에는 드웰 타임을 크게하여 회전시킨다.
이와같은 방법으로 유도전동기(34)를 회전시킬 때 발생되는 토크는 도 6에 도시한 바와같다.
따라서 종래 슬립제어 방법으로 유도전동기(34)를 회전시킬 때 발생하는 도 5에 도시한 토크와 본 발명의 주파수제어로 유도전동기를 회전시킬 때 발생하는 도 6에 도시한 토크를 비교해 보면, 본 발명이 모터의 고효율 부분을 이용하기 때문에 효율을 올릴 수 있다.
또한 속도 제어범위가 종래에 비해 확장 가능하다.
따라서, 본 발명은 주파수조절로 모터를 구동시킴으로써, 효율을 상승시키고, 속도 제어범위를 확장할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 입력되는 AC 220V의 전원전압을 브리지 다이오드를 이용하여 정류시켜 맥동전압을 출력하는 정류부와, 상기 정류부에서 출력되는 맥동전압을 평활시킨 직류전압을 출력하고, 역률을 제어하기 위한 평활부와, 상기 평활부에서 직류전압 공급시 스위칭 제어신호에 따라 유도전동기의 구동시키고, 2개의 상위 스위칭소자와 2개의 하위 스위칭소자가 상기 유도전동기와 함께 하이 브리지형태로 구성되는 스위치 구동부로 구성된 것을 특징으로 하는 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 2개의 상위 스위칭소자는 피엔피 트랜지스터, P-채널 모스형 전계효과트랜지스터나 IGBT를 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 2개의 하위 스위칭소자는 엔피엔 트랜지스터 또는 N채널 모스형 전계효과트랜지스터나 IGBT를 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 유도전동기의 가변 주파수에 의한 속도 제어장치.
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