KR20010093758A

KR20010093758A - 가변 타이밍을 가지는 테이블 구동 방정식을 사용하여마이크로 컨트롤러로 제어되는 전기 모터의 유연한 시동방법 및 그 시스템

Info

Publication number: KR20010093758A
Application number: KR1020010016412A
Authority: KR
Inventors: 댄 버틀러
Original assignee: 씨. 필립 채프맨; 마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2001-10-29
Also published as: TW522633B; JP2001298977A; EP1139554A3; EP1139554A2; CN1319944A

Abstract

전기 회로를 위한 향상된 전류 제한기는 전류 제한기, 클락, 메모리, 및 프로세서를 이용한다. 메모리는 제 1 차원에서 시간 데이터와 제 2차원에서 전류 데이터를 가지는 2차원 테이블을 포함한다. 제어 라인이 활성화될 때, 프로세서는 이산 타이밍 이벤트에서 클락으로부터 타이밍 데이터를 수신한다. 각 타이밍 이벤트에 대해, 프로세서는 2차원 테이블을 사용해서 전류 값을 검색한다. 그 후, 전류 값은 프로세서에 의해 회로에 공급되는 전류를 제한하는 전류 제한기로 인가된다. 검색 과정은 이산(반올림된) 타이밍 값, 선형 보간, 커브 피트 보간, 또는 프로세서에 의해 처리될 수 있는 다른 보간 기술을 이용할 수 있다. 2차원 테이블은 외부 소스로부터 미리 로드되어질 수 있거나, 대안적으로, 프로세서가 이산 시간 값과 전류 값을 계산하고 나서 장치를 동작하기 전에 2차원 테이블을 로드할 수 있다.

Description

가변 타이밍을 가지는 테이블 구동 방정식을 사용하여 마이크로 컨트롤러로 제어되는 전기 모터의 유연한 시동 방법 및 그 시스템{A Microcontroller Operated Electric Motor Soft Start Using A Table Driven Equation With Variable Timing}

본 발명은 전기 모터에 관한 것이다. 더욱 상세히 말하자면, 본 발명은 마이크로 컨트롤러를 사용하여 전기 모터의 시동 전압을 제어하는 시스템에 관한 것이다.

전기 파워 시스템에서 부하의 큰 부분은 전기 모터로 구성된다. 가정에서(에어콘, 헤어 드라이어, 믹서), 가게에서(공구, 팬), 회사에서(프린터, 전자 장치를 위한 냉각 팬), 그리고 물론 공장에서도 전기 모터가 도처에 존재한다. 비록 많은 형태의 전기 모터가 존재하지만, 적어도 90%는 유도 모터이다. 통상, 소형 전기 모터는 단상 유도가 기본으로 된다. 대형 모터는 삼상 유도 모터인 경향이 있다.

전형적인 유도 모터는 전압과 전류의 전기적 입력, 토크와 회전의 형태의 기계적 출력, 및 열에 의해 나타내는 손실을 가진다. 유도 모터는 회전하지 않는 고정자(stator)와 회전할 수 있는 회전자(rotor)를 기계적으로 가진다. 회전자의 회전을 허용하기 위해 회전자와 고정자 사이에 공기 틈이 존재한다.

토크 형태의 전기적 힘은 자력 선속과 상호 작용하는 전류에 의해 발생된다. 전계 회로는 자력 선속을 발생하기 위해 사용된다. 전기자 회로는 전류를 전송하기 위해 사용된다. 전계 회로는 비교적 작은 전류를 전송하는 많은 턴의 전선을 통상 가진다. 전기자는 비교적 큰 전류를 전송하는 소수 턴의 대형 전선을 일반적으로 가진다. 모터의 형태에 따라, 전계는 회전자 또는 고정자에 관계될 것이다. 전기자는 항상 전계와 반대이다. 유도 모터에 대해서, 전계는 고정자에 관계되고, 전기자는 회전자에 관계된다.

시동 특성

모터가 직접 라인에서 시동될 때 발생되는 큰 전류 때문에, 공급 시스템에방해를 피하기 위해 부과되는 일부 제한이 필요하다. 방해는 성가신 명멸이 빛에서, 그리고 TV 세트에서의 문제들을 발생하며, 극단적인 경우에서 민감한 계전기가 동작하도록 야기하거나, 방해가 중요한 기계 또는 의학 장비에서 발생할 수도 있다. 따라서, 모든 전력 공급 회사는 시동 전류를 최대 허용 가능한 레벨로 제한하고, 모든 대형 회사의 제한은 동일한 근거상에서 계산된다. 최대 전류는 전력 공급 회사 조절에서 지정된다.

일정 주파수 공급으로부터 작동될 때, 상삼 유도 모터는 부하 토크가 0에서 정격값까지 증가되는 것에 비례하여 1에서 5%만이 감소되는 속력을 가지는 일정 속력 드라이브를 반드시 구성한다. 대부분의 장치에서, 유도 모터는 고정자 단자를 직접 전기 공급에 연결하는 것에 의한 속력으로 시동될 수 있고, 멈춰질 수 있다. 이것은 기계에 회전 전계를 초래한다. 0 속력에서, 이러한 전계의 속도는 회전자의 속도에 비하여 높다. 만약 회전자 전류가 회전자 바의 저항에 의해서만 제한되면, 회전자 전류는 매우 높을 것이다. 그러나, 시동 전류는 고정자 및 회전자 도체 주변의 자기장을 위한 자속 쇄교수 경로로써 알려진 추가적 경로에 의해 제한된다. 통상, 시동 전류는 전전압에서 시동될 때 약 4에서 7시간 정격값으로 제한된다. 시동에서의 토크는 통상 1.75에서 2.5시간 정격 값의 범위에 있다.

만약 시동상에 고정자 전류가 전기 공급 시스템으로부터 허용될 수 있는 것보다 크면, 모터는 강압 변압기를 사용해서 약 70%에서 80%의 감소된 전압에서 시동될 수도 있다. 대안적으로, 고정자 권선은 시동하기 위해 Y회로에 연결될 수 있고, 속력이 정격 값에 접근함에 따라 델타로 전환될 수 있다. 그러한 수단은 시동토크를 상당히 감소시킨다. 75%까지의 시동 전압 감소는 56%까지의 전기 공급 감소를 초래하지만, 또한 전전압으로 제공될 수 있는 시동 토크의 56%만을 초래할 수 있다.

다른 모터 시동기는 시동 주기 동안 각 고정자 위상을 가지는 직렬 저항 또는 인덕턴스 코일을 삽입한다.

보호

기계의 도체 및 철 부분에서 전력 손실에 의해 생성되는 열과 마찰열은 모터의 열을 제한하기 위해 냉각 장치에 의해 제거되어야 한다. 보호 장치의 주된 목적은 모터의 가장 상하기 쉬운 부분인 권선의 절연의 손상을 막는 것이다. 저전력 모터에 대해, 온도 감응 장치는 때때로 모터 내에 장착되고, 만약 온도가 모터의 제한 값에 도달하면 전기 공급을 끊기 위해 사용된다. 대형 모터에 대해, 온도 감응 검출기는 고정자 권선에서 하나 이상의 위치에 삽입될 수도 있다.

회전자 감응 유도 모터

일부 특정한 유도 모터는 고정자 권선에서의 절연 코일과 유사한 회전자에서 의 절연 코일로 구성된다. 회전자 권선은 통상 회전자 축 내부에 장착되는 (슬립 링으로 알려진)절연 전도 링으로 만들어진 3개의 연결을 가지는 삼상 형태이다. 카본 브러쉬(carbon brush)는 외부 전기 연결에 제공된다.

모터의 슬립 링에 연결되는 3개의 저항기를 가지는 회전자 감응 유도 모터는 과도한 시동 전류없이 높은 시동 토크를 제공할 수 있다. 저항을 변경하는 것에 의해, 속력 제어도는 일부 형태의 기계 부하를 위해 제공될 수 있다. 그러나, 회전자회로 저항에서의 높은 손실 때문에 속력이 동기 값에 상당히 가깝지 않은 한 그러한 전동장치의 효율은 낮다. 대안으로써, 전자 정류기 인버터 시스템은 전력을 추출하고 전력을 다시 전기 공급 시스템에 제공하기 위해 회전자 슬립 링에 연결될 수 있다. 일반적으로 슬립 회복 시스템이라 불리는 이러한 장치는 속도 제어에 허용 가능한 효율을 제공한다.

유도 모터의 개발

유도 기계에서 회전 전계의 개발은 고정자 외면 주위와 이격되는 일단의 고정자 권선 세트에서 위상과 이격된 일단의 전류를 요구한다. 이것은 삼상 공급이 가능한 곳에서 수월하지만, 대부분의 상업용 및 가정용 공급은 통상 120 또는 240 볼트의 전압을 가지는 단상이다. 필수적인 회전 시계가 이러한 단일 위상 공급으로부터 발생될 수 있는 몇 가지 방법이 존재한다.

커패시터 유도 모터

커패시터 모터는 서로 90°로 이격된 모터의 고정자에 2개의 권선만을 가지는 것을 제외하고는 삼상 모터와 유사하다. 하나의 권선은 단상 공급에 직접 연결된다. 시동을 위하여, (통상 보조 권선이라 불리는) 나머지 권선 커패시터(전기 전하를 저장하는 장치)를 통해 동일한 공급에 연결된다. 커패시터의 효과는 회전자가 정지된 상태에서 제 2 세트 권선에 유입되는 전류가 약 90°또는 1/4 주기에 의해 제 1 세트의 권선에서의 전류를 유도하도록 하는 것이다. 따라서 회전 전계와 시동 토크가 제공된다.

모터 속력이 모터 속력의 정격값에 도달함으로써, 회전 전계를 유지하기 위해 보조 권선을 여자하는 것이 더 이상 필요하지 않다. 회전자 농형 바가 권선 a-a'을 지나감으로써 회전자 농형 바에서 발생되는 전류는 회전자 농형 바가 제 2 세트의 권선을 지나 회전됨으로써 무시할 수 있는 변경의 상태로 유지된다. 회전자는 연결된 제 1 세트의 권선만을 가지는 회전 전계를 계속해서 생성할 수 있다. 제 2 세트의 권선은 속력이 정격 값의 약 80%가 될 때 오픈되는 원심 스위치에 의해 통상 연결이 끊어진다.

커패시터 시동 유도 모터를 위한 전력 정격은 공급 라인에서 전압 강하의 제한 때문에 120 볼트 공급을 위한 약 2KW와 230 볼트 공급을 위한 10KW로 통상 제한된다. 여기서 전력 정격은 시동에서 다르게 발생될 것이다. 60Hz 공급상의 동기 속력의 전형적인 값은 각각 4극 및 6극 모터를 위해 분당 1,800 또는 1,200 회전이다. 저속 모터는 보다 많은 극으로 구성되지만 일반 모터보다는 적다.

모터의 효율은 다소 증가될 수 있고, 라인 전류는 2개의 커패시터를 사용하는 것에 의해 감소될 수 있다. 여기서 2개의 커패시터 중의 하나만이 정격 속력에 도달함으로써 회로(원심 스위치에 의하여)가 전환된다. 잔류 커패시터는 2상 공급에 유사한 앞선 전류를 계속해서 제공한다. 이러한 장치는 커패시터 시동, 커패시터 동작 모터로써 알려져 있다. 커패시터 유도 모터는 높은 시동 토크를 요구하는 대형 응용에 광범위하게 사용된다. 예를 들면, 냉동 압축기, 펌프, 및 컨베이어 등이 있다.

분상 모터

시동을 위한 회전을 제공하는 대체 수단은 보조 권선의 저항이 제 1 권선의저항보다 크기 위해 보조 권선이 소형 전도체의 많은 턴을 만드는 곳에 2개의 고정자 권선을 사용하는 것이다. 이것의 효과는 제 2 위상에서의 전류는 제 1 위상의 전류를 유도하지만, 정지 상태에서 약 20-30 도에 의해서만 유도하는 것이다. 전계는 크게 맥동하는 반면, 전계는 1.5에서 2.0시간 정격값의 시동 토크를 제공하기 위해 충분한 회전 구성 요소를 포함한다. 과열을 방지하기 위해, 보조 권선은 속력이 정격 값의 75-80%에 도달할 때 원심 스위치에 의해 분리된다. 분상 모터는 값싸게 제작되고 다수의 가정용 기계에 설치된다. 가정용 세탁기 장치에서와 같이 하나의 정상 속도가 요구되는 곳보다 더 많이 요구되는 곳에서, 분상 모터는 2개의 다른 극 쌍을 위한 권선이 존재한다. 여기서 2개의 다른 극 쌍 중의 하나는 저속을 위한 것이고 나머지는 고속을 위한 것이다.

셰이드형 모터

셰이드형 모터는 단상 전기 공급에 연결되는 주 권선이 제공된다. 더욱이, 셰이드형 모터는 회전 방향으로 주 권선 앞에 위치되는 영구 단락 회로 권선을 가진다. 이러한 제 2 권선은 셰이딩 코일로써 알려져 있고 하나 이상의 단락 회전으로 구성된다. 셰이딩 코일은 자기장이 둘러싸여 있고 따라서 정지 상태에서 회전 전계의 작은 구성 요소를 만드는 영역에서의 자기장의 확립을 지연시킨다. 시동 토크는 작은데, 통상 정격 토크의 30%에서 50%이다. 그 결과, 셰이드형 모터는 토크가 저속에서 낮고 속력과 함께 증가하는 팬과 같은 기계 부하에 대해서만 적합하다.

셰이드형 모터는 영구 단락 권선에서의 손실 때문에 비효율적이다. 그 결과,셰이드형 모터는 효율이 초기 가격보다 덜 중요한 곳에서 작은 전력 회전에서만 사용된다. 전형적인 효율은 대형 장치에서 30%까지이고 매우 작은 장치에서 5%보다 작다. 셰이드형 모터는 주로 팬 및 다른 소형 가정용 기계에 사용된다.

서보 모터

서보 모터는 서보 모터의 외면 주변에 서로에 관하여 90°로 이격된 2개의 고정 권선을 가지는 소형 유도 모터이다. 서보 모터는 통상 농형이지만 비교적 높은 저항 전도체로 만들어진다. 서보 모터의 목적은 동작의 어떠한 방향에서 제어되는 토크를 제공하는 것이다. 이것을 달성하기 위해, 하나의 권선은 단상, 일정 주파수 공급에 연결된다. 나머지 권선은 위상에서 90°로 이격된 동일한 주파수의 전압이 제공된다. 이러한 전압은 저전력 신호 입력을 가지는 전자 증폭기에 의해 제공된다. 서보 모터 토크는 이러한 제 2 권선에서의 전압에 대체로 비례하고, 따라서 신호 입력에 비례한다. 토크의 방향은 90°선행에서 90°지연까지 입력 신호를 변경하는 것에 의해 반전될 수 있다.

일부 서보 모터에서 회전자는 고정자와 고정 철 코어 사이의 공기 틈에 맞는 알루미늄 컵으로 구성된다. 이러한 회전자는 낮은 관성을 가지고 높은 가속을 할 수 있다. 서보 모터는 서보 모터의 높은 손실과 낮은 효율 때문에 저전력 회전에서만 만들어진다. 서보 모터는 위치 제어 시스템에서 사용된다.

선형 유도 모터

선형 유도 모터는 회전 토크보다 선형 힘과 운동을 제공한다. 선형 유도 모터의 형태와 작동은 회전 유도 기계에서 방사 공급 중단시키고 방사 공급 중단을넓게 펴지게 하는 것에 의해 구체화될 수 있다. 그 결과, 철 박판의 플랫 "고정자", 즉 상부 섹션은 운동 방향과 직각을 이루는 전도체를 가지는 삼상, 다극 권선을 진행시킨다. "회전자" 또는 하부 섹션은 철 박판과 농형 권선으로 구성되지만, 보다 일반적으로는 실리콘 또는 합판 철 등판 상에 배치되는 연속 구리 또는 알루미늄 시트로 구성된다.

선형 모터의 새로운 적용은 공공 교통 기관을 위한 고속 전송 수단에서이다. (상기에서 설명한 바와 같은) 고정자는 전송 수단의 하면에서 진행되고, 회전자는 철도 선로 상의 레일 사이에 위치된다. 이러한 형태의 추진력의 이점은 높은 가속과 제동이 비, 얼음 또는 급경사가 존재하는 곳에서 강철 레인에 강철 바퀴의 접합에 의존하지 않고 행해질 수 있다.

전기 전력은 전압이 인가된 레일 또는 고가선의 슬라이딩 연결을 통해 그러한 고속 전송 수단에 공급된다. 속력 제어와 제동을 제공하기 위해, 전송 수단에서의 전자 전력 조절 장치는 원하는 전압과 주파수의 삼상 출력을 만들어낸다.

전송 수단 추진력을 위한 대체 장치에서, 구리와 철 시트는 전송 수단의 하면에 설치될 수 있고, 고정자의 섹션은 때때로 철도 선로를 따라 설치될 수 있다. 이것은 전기 전력이 전송 수단 그 자체에 공급될 필요가 없는 이점을 가진다.

또한, 선형 유도 모터는 드라이브 컨버이어, 슬라이딩 도어, 섬유 셔틀, 및 기계 공구에 사용된다. 선형 유도 모터의 이점은 물리적 접촉이 요구되지 않고, 따라서 마멸과 유지가 최소화되는 것이다. 또 다른 형태에서, 선형 모터는 회전자가 액체 금속(즉, 나트륨 칼륨 합금의 수은)과 같은 전도 액체로 구성되는 전자기 펌프로써 사용된다.

선형 모터의 효율은 단 효과 때문에 회전 모터의 효율보다 다소 적다. 선형 모터의 "회전자"는 선형 모터가 "고정자"의 영향을 받음으로써 자화되어야만 한다. 이것은 제 1 극 또는 두 개의 극간 거리의 효과를 감소한다. 또한 공기 틈이 통상 회전 기계에서보다 크고 더 많은 전류가 공기 틈에 걸쳐 자계를 만드는데 요구되기 때문에, 입력 전류는 비교적 높다.

속력과 위치 제어를 위한 유도 모터

일정 주파수 공급에서, 유도 모터는 본질적으로 근접 일정 속력 드라이브이다. 그러나, 유도 모터는 제어 가능 전압, 제어 가능 주파수 삼상 공급을 공급하는 것에 의해 회전의 어떠한 방향에서 가속력 및 위치 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 전자 인버터에 의해 행해진다.

반도체 스위치(예를 들어, 트랜지스터 또는 사이리스터)를 사용해서, 유틸리티 공급은 고정자 권선에 제어되는 전압과 주파수의 3개의 근접 사인 입력의 세트로 전환된다. 모터의 속력은 초당 f 주기의 제어 주파수를 위해 분당 120f/p 회전의 동기 값에 접근할 것이다. abc에서 acb까지의 상순의 반전은 토크의 방향을 반전한다. 속도 또는 위치의 정밀한 제어를 위해, 축의 속력은 회전 속도계 또는 위치 센서에 의해 측정되고, 원하는 값을 나타내는 신호와 비교될 수 있다. 차이는 인버터 주파수를 제어하기 위해 사용된다. 통상, 전압은 자계 상수의 크기를 보존하기 위해 주파수에 따라 직접 변경한다.

동기 모터

동기 모터는 회전자가 기계에서 회전 시계와 같이 동일한 속력으로 회전하는 모터이다. 고정자는 통상 삼상이고 내부 외면 주위의 슬롯에 위치되는 권선을 가지는 원통 철 프레임으로 구성되는 유도 기계의 고정자와 유사하다. 차이는 회전자에 있다. 여기서 회전자는 슬립 링 또는 다른 수단을 통해 직류의 소스에 연결되는 절연 권선을 통상 포함한다.

동기 모터의 동작 원리는 삼상 교류 공급에 연결되는 고정자 권선을 고려하는 것에 의해 이해할 수 있다. 고정자 전류의 효과는 f Hz의 주파수와 p 극을 위해 분당 120 f/p 회전으로 회전하는 자계를 확립하는 것이다. 또한, 회전자 상의 p극 계자 권선에서의 직류는 회전자 속력으로 회전하는 자계를 만들 것이다. 2개의 자계는 서로 일직선으로 되는 경향이 있다. 부하 토크를 가지지 않는 상태에서, 2개의 자계는 일직선으로 되는 것이 가정될 수도 있다. 기계 부하가 공급됨으로써, 회전자 슬립은 고정자의 회전 전계에 관해서 다수의 도를 지원하여, 토크를 개발하고 이러한 회전 전계에 의해 주변에 계속해서 발생된다. 전계 사이의 각은 부하 토크가 증가됨에 따라 증가한다. 최대 이용 가능한 토크는 회전자 전계가 고정자 전계에 지연되는 각이 90°일 때 고정자 및 회전자 전류의 주어진 크기로 획득된다. 더 많은 부하 토크의 적용은 모터를 멈추게 할 것이다.

동기 모터의 하나의 이점은 기계의 자계가 전계 권선에서 직류에 의해 발생될 수 있어서 고정자 권선이 인가된 고정자 전압을 가지는 위상에서 전류의 전력 구성 요소만을 제공할 필요가 있는 것이다. 즉, 동기 모터는 단위 전력 요소로 작동할 수 있다. 이러한 상태는 고정자 권선에서 손실과 열을 최소화한다.

고정자 전기 입력의 전력 요소는 전계 전류의 조절에 의해 직접적으로 제어될 수 있다. 만약 전계 전류가 자계를 제공하기 위해 요구되는 값 이상으로 증가되면, 고정자 전류는 이러한 과도 자화를 보상하는 구성 요소를 포함하도록 변경된다. 그 결과, 전체 고정자 전류는 위상에서 고정자 전압을 유도하고, 따라서 변압기와 유도 모터와 같은 다른 장치를 자화하기 위해 필요로 되는 리액턴스 볼트 암페어를 전력 시스템에 제공한다. 그러한 유도 전력 요소에서 대형 동기 모터의 작동은 다른 방법으로 저전력 요소 부하가 요구될 수도 있는 추가적 전기 공급 비율을 피하기 위해 가공 공장에서 전기 부하의 전반적인 전력 요소를 증가하는 효과적인 방법일 수도 있다.

삼상 동기 모터는 통상 300KW 이상의 크고 상당한 정상 기계 부하가 존재하고, 유도 전력 요소를 작동하기 위한 능력이 중요한 산업적 환경에서 삼상 동기 모터의 다수의 적용을 찾을 수 있다. 이러한 전력 레벨 하에서, 동기 기계는 통상 유도 기계보다 비싸다. 일부 예에서, 동기 기계는 전체 공장 전력 요소를 향상시키는 유일한 목적을 위해 설치된다. 이러한 경우에, 동기 기계가 공급 라인에 걸쳐 연결되는 커패시터로써 동일 전력 요소 보정을 제공하기 때문에 동기 기계는 동기 커패시터로 불린다.

전계 전류는 슬립 링을 통해 외부적으로 제어되는 정류기로부터 공급될 수 있다. 즉 대형 모터에서 전계 전류는 회전 변압기 또는 생성기를 가지는 축 장착 (shaft-mounted) 정류기에 의해 제공될 수도 있다.

직류를 전송하는 전계 권선만을 가지는 동기 모터는 자기 시동되지 않을 것이다. 동기 속력 이외의 임의의 속력에서, 임의의 속력의 회전자는 회전 전계가 저속의 가동 회전자를 반복해서 지나감으로써, 0 평균값의 진동 토크를 느낄 것이다. 통상, 유도 기계의 권선과 유사한 단락 회로 권선은 시동 토크를 제공하기 위한 회전자가 추가된다. 동기 모터는 전전압 또는 감소된 고정자 전압의 상태로 시작되고 통상 과도한 유도 전압으로부터 동기 모터를 보호하기 위해 단락 회로의 전계 권선을 가지는 동기 속력의 약 95%까지 획득된다. 그 후, 전계 전류가 인가되고, 회전자는 회전 시계를 가지는 동기를 획득한다.

이러한 추가 회전자 권선은 동기될 때 회전자의 부하에서 갑작스런 변경에 의해 발생될 수도 있는 임의의 진동을 멈추게 하는 회전자 권선의 추가적인 특성 때문에 제동 권선으로써 통상 참조된다. 부하 변경의 조절은 회전자 전계가 고정자 전계를 지연시키는 각에서 변경을 수반하고 따라서 순간 속도에서 단기 변경을 수반한다. 이들은 제동 권선에서 유도되는 전류를 발생하여 속력 변경을 방해하기 위해 작용되는 토크를 발생한다.

동기 모터를 위한 보호는 대형 유도 모터에 사용되는 보호와 동일하다. 온도는 고정자와 전계 권선에서 감지되고, 전기 공급을 끊기 위해 사용될 수도 있다. 상당한 열은 시동 동안 회전자 제동 권선에서 발생되고, 타이머는 제한된 시간 간격 내에서 반복되는 시동을 막기 위해 설치된다.

영구 자석 모터

동기 기계에 대한 자계는 전계 권선보다는 영구 자석을 사용하는 것에 의해 제공될 수도 있다. 이것은 전계 전류의 슬립 링과 외부 소스에 대한 필요성을 제거하고, 간단하고 튼튼한 회전자를 제공한다. 그러나 영구 자석 모터는 고정자 전력 요소를 제어하는 수단을 가지지 않는다.

회전자는 네오디뮴 붕소 철, 사마륨 코발트, 또는 페라이트로 만들어진 유향 자석을 방사상으로 가지는 형태일 수 있다. 만약 기계가 제동 권선을 포함하지 않는다면, 기계는 일정 주파수 공급으로 시작될 수 없다. 이러한 형태의 모터를 위한 주된 응용은 고정자가 가변 주파수, 가변 전압 소스로부터 공급되는 가변 속도 드라이브이다. 시동 능력이 요구되는 곳에서, 영구 자석은 회전자 철에 삽입되고, 제동 권선은 회전자 표면의 슬롯에 설치된다.

영구 자석 모터의 대안 형태는 8극 동기 모터이다. 원주의 유향 자석은 선속을 철극에 제공한다. 여기서 이러한 자석은 공기 틈에서 차례대로 방사 전계를 설정한다. 이러한 형태는 페라이트 자석을 사용하는 소형 모터에 특히 적합하다.

이력 모터

동기 모터의 독특한 특성은 속력이 공급 주파수에 유일하게 참조되는 것이다. 그 결과, 일부 특정한 형태의 동기 모터는 시계, 테이프 레코더, 및 전화전보와 같은 장치에서 광범위한 응용으로 발견된다. 가장 광범위하게 사용되는 것 중의 하나는 회전자가 고탄소강과 같은 반영구자석 재료의 링으로 구성되는 이력 모터이다. 전속력에서, 이력 모터는 영구자석 기계로써 동작한다. 만약 속력이 동기를 잃어 회전자를 끌어당기는 것에 의해 감소되면, 고정자 전계는 회전자 재료를 고정자 전계의 이력 루프 주변에서 주기적으로 자화되도록 야기시켜, 그 결과 회전자 전계는 소수의 각도에 의해 고정자 전계를 지연시키고 계속해서 토크를 발생한다. 이력모터는 신뢰할 수 있는 시동 토크를 제공하고, 매우 조용하다. 이력 모터의 효율은 낮고, 응용은 소전력 정격으로 제한된다.

자기 저항 모터

이러한 종류의 기계는 힘이 자계를 전송하는 철 시스템에서 임의의 공기 틈의 부피를 최소화하는 경향이 확립되는 원리에 의하여 동작한다. 통상, 회전자는 전기 권선을 가지지 않는 4개의 철 극으로 구성된다. 고정자는 각각 전류 전송 코일을 가지는 6극을 가진다. 도에서 나타낸 상태에서, 전류는 단지 제 1 세트의 코일을 통해 지나가서 제 1 세트의 코일과 연관되는 고정자의 극을 가지는 2개의 회전자의 극을 일직선으로 맞추는 회전자에 의하여 토크를 발생한다. 이제 전류는 제 1 세트의 코일에서 끊어지고 제 2 세트의 코일로 연결된다. 이것은 제 2 세트의 코일과 연관되는 고정자 극을 가지는 2개의 회전자 극을 일직선으로 맞추는 회전자에 의하여 역시침 토크를 발생한다. 그 후, 이러한 진행은 제 3 세트의 코일과 연관되고 나서 제 4 세트의 코일과 연관되는 고정자로 반복된다. 토크는 코일 전류의 크기에 의존하지만 토크의 극성과는 독립적이다. 회전 방향은 코일이 가해지는 나머지를 변경하는 것에 의해 변경될 수 있다.

고정자 코일에서 전류는 코일을 직류 전압 소스에 연결하는 반도체 스위치에 의해 통상 제어된다. 모터 축에 장착되는 위치 센서로부터의 신호는 적절한 순간에 스위치를 작동시키기 위해 사용된다.

홀 효과(Hall effect)를 근거로 하는 자기 센서가 빈번하게 사용된다. (홀 효과는 반도체 소재가 전류를 전송하고 전류에 수직인 자기장에 위치될 때 반도체소재에 횡방향 전기장의 발달을 수반한다.) 전반적인 시스템은 자기 동기 모터 드라이브로써 알려져 있다. 자기 동기 모터 드라이브는 광범위하고 제어되는 속력 범위 이상으로 동작한다.

자기 저항 모터를 위한 일부 다른 형상이 존재한다. 하나의 형태에서, 회전자는 회전자를 통해 방사 커트 또는 슬롯을 가지는 철 링으로 구성된다. p극 회전자는 p 섹터, 즉 아크를 가진다. 자력 선속은 이러한 회전자 링의 아크 주위로 이동하여 인접 고정자 극 사이의 경로를 모두 갖춘다.

또 다른 형태에서, 회전자는 철극 극을 가지지만 전계 권선을 가지지 않는다. 고정자는 원통형이고 일정 주파수 공급에 연결되는 삼상 권선을 포함한다. 제동 권선은 기계가 유도 모터로써 시작할 수 있기 위해 회전자 표면에 끼워진다. 회전자가 고정자의 회전 전계를 가지는 동기를 획득한 후, 회전자는 일정 속력으로 동기 모터로써 동작한다.

단상 동기 모터

회전 시계는 단상 유도 모터에서와 같이 동일한 방법을 사용하는 것에 의해 단상 소스로부터 동기 모터에 발생될 수 있다. 공급에 직집적으로 연결된 주 고정자 권선의 상태에서, 보조 권선은 커패시터를 통해 연결될 수도 있다. 대안적으로, 보다 높은 저항의 제동 권선이 사용될 수도 있다. 소형 시계 모터를 위해, 고정자의 셰이드형 구조가 이력 형태 회전자(상기 참조)와 연관해서 광범위하게 사용된다. 단상 동기 모터의 효율은 매우 낮아서 통상 2%보다 적지만 가격도 또한 낮다.

직류 정류자 모터

DC 모터의 기본 형태에서, 정상 자계는 고정자의 극에 의해 회전자에 걸쳐 발생된다. 극은 직류를 전송하는 계자 코일에 의해 둘러싸여 질 수도 있거나, 극은 영구 자석을 포함할 수도 있다. 회전자 또는 전기자는 슬롯에 제공되는 코일을 가지는 철 코어로 구성된다. 코일의 단부는 회전자 축에 장착되는 정류자 스위치의 바에 연결된다. 정상 흑연 브러쉬는 외부 단자를 유도한다. 직류 공급은 양단자로 들어가는 전기자 단자에 연결되는 것으로 가정한다. 이러한 전류는 역시침 방향 토크를 발생하기 위해 자력 선속과 서로 작용한다. 여기서 이러한 전류는 차례대로 회전자를 가속한다. 회전자가 약 120°회전하였을 때, 공급에서 전기자 코일까지의 연결은 정류자에 의해 반전된다. 전기자 코일에서 전류의 새로운 방향은 역시침 방향 토크를 계속해서 발생할 정도의 것이다. 회전자가 역시침 방향으로 회전함으로써, 속력에 비례하는 전압은 전기자 코일에서 생성된다. 이러한 코일 전압이 교대로 발생되는 반면, 정류자 작용은 지시된 극성을 가지는 모터 단자에 단일 방향성 전압을 발생한다. 전기 입력은 이러한 단자 전압과 입력 전류의 발생일 것이다. 기계 출력 전력 회전자 토크 및 속력의 발생일 것이다.

실제 DC 모터에서, 전기자 권선은 슬롯에서 다수의 코일로 구성된다. 여기서 각 코일은 p극을 위해 회전자 외면의 1/p의 간격으로 놓여진다. 소형 모터에서 코일의 수가 6 정도로 작은 반면, 대형 모터에서 코일의 수는 300 정도로 크다. 코일은 모두 일련으로 연결되고, 각 접점은 정류자 바에 연결된다. 만약 전류가 포지티브 브러쉬에 들어가면, 코일 전류는 지시된 방향을 가진다. 극 아래의 모든 코일은 토크 발생에 기여한다.

자동차 팬에서 사용되는 직류 정류자 모터와 같은 전형적인 소형 DC 모터는 페라이트 영구 자속 재료로 만들어진 2개의 극을 포함한다. 예를 들면, 자동차의 시동 모터에서와 같이 보다 높은 토크가 요구될 때, 네오디뮴 철 붕소와 같은 보다 강한 자석이 사용될 수도 있다. 이러한 모터의 단자가 베터리와 같은 일정 직류 전압 소스에 연결될 때, 초기 전류는 전기자 권선 및 브러쉬의 저항에 의해서만 제한될 것이다. 전계를 가지는 이러한 전류의 상호 작용에 의해 발생되는 토크는 회전자를 가속한다. 전압은 속력에 비례하는 권선에서 생성된다. 이러한 전압은 소스의 전압에 반대하고, 따라서 전류와 토크를 감소한다. 기계적 부하가 없는 상태에서, 생성된 전압은 소스 전압과 거의 동등한 값으로 상승하여 단지 충분한 전류가 마찰 토크를 위해 제공되는 것을 가능케 한다. 부하 토크의 인가는 회전자의 속력을 늦추어서 생성된 전압을 감소시키고 전류를 증가시키고 부하 토크와 일치되는 토크를 발생한다. 대형 모터에서, 전기자 권선 저항은 너무 낮아서 시동상의 전류를 정류자에 의해 전환되는 값으로 제한하지 못한다. 이러한 모터는 일련으로 전기자 공급에 연결되는 저항으로 통상 시작된다. 이러한 저항은 속도가 증가함에 따라 스테이지에서 통상 감소된다.

일부 형태의 영구 자석 정류자 모터는 일정 전압 공급에 연결될 때 속력 제어를 위한 공급을 가지지 않는다. 만약 속력 조절을 원한다면, 영구 자속 전계는 전계 코일을 가지는 철 극에 의해 대체될 수 있다. 이러한 코일은 전기자를 위해 또는 분리 공급에서와 같이 동일 공급으로부터 전류가 제공될 수 있다. 가변 직렬 레지스터는 전계 전류를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 최대 전계 전류와 최대 자력 선속의 상태에서, 생성된 전압은 비부하 속력의 최소 값에서 공급 전압과 동등할 것이다. 부하가 가해짐에 따라, 속력은 다소 감소될 것이고, 전기자 전류는 요구되는 토크를 발생하기 위해 증가될 것이다. 만약 계자 전류가 감소되면, 모터는 동일한 전압을 생성하기 위해 감소되는 선속을 통해 보다 빠르게 회전해야만 한다. 비부하 속력은 증가될 것이다. 주어진 정격 전기자 전류에 대해서, 이용 가능한 토크는 감소되는 선속 때문에 감소될 것이다. 그러나 모터는 보다 높은 속력 및 보다 낮은 토크로 동일한 기계 전력을 제공할 수 있다.

조절 가능한 전계 전류를 가지는 정류자 모터는 분권 모터 또는 단독으로 여기 모터로써 알려져 있다. 통상, 이용 가능한 속력 범위는 2에서 1보다 작지만, 특정한 모터는 10에서 1 까지의 속력 범위를 제공할 수 있다.

또 다른 형태의 정류기 모터는 전기자기 동일한 전류를 전송하는 바와 같이 비교적 소수의 회전을 가지는 전계 코일이 동일한 전류를 전송하는 직권 모터이다. 높은 값의 전류의 상태에서, 선속이 높아서, 토크를 높이고 속력을 낮추게 한다. 전류가 감소됨에 따라, 토크는 감소되고 속력은 증가된다. 종래에, 그러한 모터는 지하철 열차와 포크 리프트 트럭과 같은 전기 운송 수단에서 광범위하게 사용되었다.

대형 DC 모터는 고정자 요구에서 요구되는 철의 두께를 감소하고 전기자 코일 상의 단접속의 길이를 감소하기 위해 4개 이상의 극을 통상 가진다. 또한, 이러한 모터는 주극 사이에 위치되는 추가적인 소형 극, 즉 보극을 가지고, 공급 전류를 전송하는 코일을 가진다. 이러한 극은 각 전기자 코일이 정류자에 의해 단락됨으로써 각 전기자 코일에서 작은 전압을 생성하기 위해 설치된다. 이것은 코일에서 전류의 고속 반전을 돕고 정류기 불꽃을 막는다.

DC 정류기 모터는 속력 혹은 속력 반전, 또는 양자 모두의 정밀한 제어가 요구되는 금속 공장, 제지 공장, 로봇, 및 기계 공구에서 널리 사용되었다. 전계는 통상 일정 전계 전류를 가지는 분리된 전압 소스로부터, 또는 영구 자석으로부터 공급된다. 전기자는 제어 가능한 전압 소스로부터 공급된다. 속력은 대체로 소스 전압에 비례하게 된다. 제어되는 비율로 전기자 공급 전압의 반전은 모터를 반전한다.

교류 정류기 모터

특정한 방식으로 설계된 직렬 정류기 모터는 단상 교류 전압으로부터 동작될 수 있다. 공급 전류가 반전될 때, 자계 및 전기자 전류가 반전된다. 따라서, 토크는 동일한 방향으로 유지된다. 교류 정류기 모터는 교류 정류기 모터가 직류 전압 공급 또는 60 헤르쯔 교류 전압 공급으로 사용될 수도 있기 때문에 때때로 교류 직류 모터로 불린다. 교류 정류기 모터는 믹서, 휴대용 공구, 및 진공 청소기와 같은 그러한 소형 가정용 기계에서 광범위하게 적용된다.

일부 시동 전류 제한이 사용될 수 있는 반면, 시동 전류 제한은 특별히 유연성이 있는 것은 아니다. 그러므로, 전기 모터에 시동 전류를 조절하는 추가적인 방법이 당업계에서 필요하다. 본 발명의 목적은 전기 모터의 시동 전류를 조절하기 위해 유일하고 융통성 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 전기 모터와 같은 회로 또는 장치로 유입되는 전류의 양을 조절하거나 다른 방법으로 제한하기 위해 사용되는 프로세서 및 메모리를 제공하는 것에 의해 종래 기술에서의 고유 문제를 해결한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 미리 로드되어지는 일련의 전류 값을 가지는 1차원 테이블을 포함한다. 내부 클락 또는 주변 장치에 의해 제공되는 시스템 시간은 테이블로부터 원하는 전류 값을 검색하기 위해 1차원 테이블에서의 인덱스로써 사용된다. 전류 값은 전류를 그러한 전류 값으로 제한하기 위해 당해 회로로 인가된다.

본 발명의 대체 실시예에서, 메모리에서 2차원 테이블은 일련의 시간 값(하나의 "컬럼"에서) 및 전류 값(나머지 "컬럼"에서)으로 미리 로드되어진다. 파워 업 상태를 초기화하면, 프로세서는 클락으로부터 시간 입력을 수신한다. 하나의 실시예에서, 클락은 집적 회로 칩 내에서 마이크로 프로세서와 함께 존재한다. 대체 실시예에서, 시스템 클락은 프로세서에 시간 값을 입력하기 위해 사용된다. 다른 경우에서, 프로세서는 전류 제한 값을 결정하거나 다른 방법으로 계산하기 위해 클락의 시간 값과 데이터를 2차원 배열로 이용한다. 전류 제한 값은 회로에 입력되는 전류를 제한하기 위해 프로세서에 의해 FET 스위치(DC) 또는 트라이액 제어기(AC)와 같은 전류 제한기로 인가된다. 클락으로부터 새로운 시간 값을 획득하고 상응하는 새로운 전류 제한을 인가하는 프로세스는 통상 정상 상태 전류 값이 획득될 때까지 반복된다. 이러한 발명은 전기 모터에 시동 전류를 제한하는데 특히 적합하지만, 이러한 발명은 또한 다른 적용에 사용할 수 있다.

하나의 실시예에서, 클락의 시간 값은 가장 근접한 이산 시간 값으로 반올림되고, 전류 값을 검색하고 이산 전류 값을 전류 제한기에 제공하기 위해 테이블의 오프셋으로써 사용된다.

대체 실시예에서, 클락의 시간 값은 특정한 클릭 시간 값을 위한 전류 값을 계산하기 위해 보간 처리에서 이용된다. 보간 처리는 선형, 커브 피트, 스플라인 피트(spline fit) 또는 당업계에서 알려진 임의의 다른 적용일 수 있다. 미리 정의된 2차원 테이블을 이용하는 것은 프로세서의 응답을 증가시킨다. 여기서 프로세서의 응답은 RL 또는 RC 회로의 일차 과도 응답의 전형적인 로그 값을 계산하는 것으로 교체된다. 본 발명과는 달리, 종래 기술 해결책의 실시간 로그 계산은 감소된 응답과 능력에 상당하여 광대한 코딩과 상당한 프로세싱 전력을 요구하였다.

본 발명의 바람직한 실시예의 다른 및 추가적인 목적은 첨부 도면을 참조하여 하기의 설명에 의해 특징 및 이점이 명백하게 될 것이다.

도 1은 시간에 따른 전류 제한을 나타낸 그래프.

도 2는 본 발명의 전류 제어기의 회로도.

도 3은 본 발명의 실시예의 동작을 나타낸 플로우챠트.

도 4는 본 발명의 컴퓨터 구조의 개략도.

도 5는 테이블이가 생성되기 전에 본 발명의 대체 실시예의 테이블의 메모리 다이어그램.

도 6은 테이블이 생성된 후 본 발명의 대체 실시예의 테이블의 메모리 다이어그램.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 나타낸 플로우차트.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1차원 테이블을 나타낸 도면.

본 발명은 직류(DC) 및 교류(AC) 회로에 적용할 수 있다. 본 발명은 예를 들어 전기 모터에 시동 전류를 제한하는데 특히 적합할 수 있다.

도 1은 일반적으로 다음 방정식에 따라 작용하는 RC(저항/커패시터)의 전형적인 희망 응답을 나타낸다.

여기서 I는 전류, t는 순시 시간, r은 저항, c는 당해 회로의 용량이다.

종래 기술에서, 시동 신호와 정상 상태 값간의 임의의 주어진 순시 시간에서제한하는 전류 값은 프로세서에 의해 계산되었다. 이러한 계산은 광대한 코딩과, 그 결과, 상당한 프로세서 작동 주기를 요구하였다. 사실, 이러한 계산은 많은 프로세서 능력을 요구하여, 보다 빠르고 고가의 프로세서가 요구되었다. 실시간에서 방정식을 계산하는 대신, 본 발명은 0과 255의 시간 값간의 방정식을 나타내는 미리 계산된 테이블을 만드는 것을 요구한다. 여기서 테이블은 각각 0과 100으로 정상화된다. 본 발명에 의하면, RC를 가변하여 시간을 100%로 변경하는 대신, 테이블이 되는 비율은 시동 동작을 변경시킨다. 따라서, 본 발명은 실시간 계산을 요구하는 종래 기술 장치에서보다 덜 우세한 마이크로 프로세서가 이용되는 것을 가능케 한다.

도 2는 작동에서 본 발명의 일반적인 배치를 나타낸다. 회로(10)는 클락(22)에 연결된 마이크로 프로세서 시스템(20)으로 구성된다. 본 발명의 대체 실시예에서, 클락(22)는 마이크로 프로세서 시스템(20)에 통합된다. 전력 공급(28)은 입력 라인(30, 32)을 통해 전력을 회로(10)에 제공한다. 회로(10)는 주 부하, 도 2의 경우에서는, 모터(18)를 회로의 나머지 부분에 연결하는 출력 라인(40, 42)이 제공된다. 전류 제한기(26) 모터(18)로 인가되는 전류를 제한하기 위해 사용된다. 전류 제한기(26)은 마이크로 프로세서 시스템(20)에 의해 제어된다. 전압 조절기(23)는 시스템 전압을 마이크로 프로세서 시스템(20)에 적합한 레벨로 전환시킨다. 전압 조절기(23)와 마이크로 프로세서 시스템(20) 사이에 위치하는 제어 라인(24)은 마이크로 프로세서 시스템(20)을 활성화하기 위해 사용된다.

마이크로 프로세서(20)의 상세한 구 성요소는 도 4에서 나타낸다. 도 4에서도시한 바와 같이, 마이크로 프로세서(20)는 프로세서(21)와 메모리(23)로 구성된다. 도 2와 일치하는 바와 같이, 클락(22)는 마이크로 프로세서 시스템(20), 특히 프로세서(21)에 연결된다. 또한 프로세서(21)는 (도 2의) 제어 라인(24)으로부터의 입력 라인(25)과 (또한 도 2에서 도시된) 전류 제한기(26)에 연결된 전류 제한기 신호 라인(27)이 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 도 4의 메모리(23)은 1차원 테이블을 포함한다. 도 8은 일련의 전류 값(802)을 가지는 1차원 테이블(800)를 나타낸다. 시간 값은 일련의 전류 값(802)로부터 추정된다. 클락(22)으로부터 획득된 시간 값은 테이블로부터 도 2의 전류 제한기(26)로 인가되는 특정한 전류 값(802)을 반환하기 위하여 메모리(23)에서 1차원 테이블이 오프셋으로써 사용된다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예의 작동을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 프로세스는 단계 700에서 시작한다. 단계 702에서, 시간 인덱스(time index)는 클락으로부터 임펄스 또는 신호에 의해 0으로 설정된다. 클락 입력 신호가 요구되지는 않지만, 클락 입력 신호는 클락 및 시간 인덱스가 일부 방식에서 동기되는 바람직한 실시예 내에서 고려된다. 단계 704에서, 시간 인덱스의 값은 테이블의 크기와 비교된다. 만약 시간 인덱스가 전류 값의 수가 1차원 테이블에 들어가는 것보다 크면, 단계 712에서 전류 값은 풀 온(full on)으로 설정되고, 단계 714에서 작동은 종료된다. 만약 그렇지 않다면, 실행은 시간 인덱스가 1차원 테이블로부터 상당하는 전류 값을 검색하는 오프셋으로써 사용되는 단계 706으로 이동한다. 검색된 전류 값은 회로로 인가된다. 단계 708에서, 한 주기의 지연이 존재한다. 지연 주기는당업계에서 또는 소프트웨어로 알려진 설계의 간단한 회로로 수행된다. 그 후, 시간 인덱스는 단계 710에서 증가된다. 지연(단계 708)에서와 같이, 시간 인덱스 증가의 설계는 간단한 회로 또는 소프트웨어로 수행될 수 있다. 더욱이, 당업계에서의 숙련자는 1차원 테이블에서 일련의 전류 값이 반전될 수 있고 단계 710은 동일한 결과를 획득하기 위해 감소 단계가 될 수 있는 것을 인식할 수 있다. 한번 단계 710이 완료되면, 실행은 더 처리하기 위해 단계 704로 되돌아간다. (시간 인덱스) 증가 값과 지연 시간(단계 708)은 모터 또는 당해 회로에 연결된 다른 장치 상의 램프 비율을 함께 제어하는 것을 주목해야 한다.

본 발명의 대체 실시예에서, 도 4의 메모리(23)은 2차원 테이블을 포함한다. 2차원 테이블의 제 1 차원(컬럼)은 시간 값을 포함하고, 2차원 테이블의 제 2 차원(컬럼)은 상당하는 전류 제한 값을 포함한다. 표 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전형적인 2차원 테이블을 나타낸다. 특히, 좌측 컬럼은 시간 값을 포함하고, 우측 컬럼은 당해 회로(10)의 동작을 제한하는 원하는 전류를 나타내는 시간 대 전류 포맷에서 인접 시간 값에 상당하는 전류 값을 포함한다.

시간 값	전류 값
0	5
1	9
2	13
3	17
4	21
5	25
6	28
7	32
8	35
9	38
...	...
96	96
97	97
98	98
99	99
100	100

표 1에서 나타낸 테이블이 메모리(23)내에서 프로세서(21)에 의해 메모리(23)에 저장된 2차원 데이터의 접근 및 검색을 촉진하는 다양한 방식으로 저장될 수 있는 것을 당업계에서의 숙련자에 의해 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 2차원 배열은 일련의 스택, 버퍼, 레지스터, 또는 일련의 데이터를 저장하는 알려진 다른 방법으로 저장될 수 있다. 본 발명의 동작은 임의의 특정한 형태의 저장 매커니즘에 의존하지 않는다. 본 발명은 2차원 배열을 형성하는 데이터가 적시의 방식으로 프로세서(21)에 의해 접근될 수 있는 것만을 요구한다.

또한, 도 4의 메모리(23)은 2차원 배열보다 많은 차원(즉 n 차원)을 가지는 테이블을 포함할 수도 있다. 적어도 차원(컬럼)중의 하나는 시간 값을 보유하는 반면, 나머지 차원은 상당하는 전류 제한 값을 포함한다. 차원은 미리 로드되어지는 전류 제한 값 또는 시간 값의 차이를 나타내는 세트를 보유한다. 프로세서(21)은 임의의 특정한 시간에서 회로(10)로 인가되는 특정한 전류 값을 결정하기 위해 전류 제한 값 또는 시간 값의 세트를 선택할 수도 있다. 표 2는 n차원 테이블의 예를 나타낸다.

시간 값	전류 값(1)	전류 값(n-1)	전류 값(n)
0	5	...	2
1	9	...	6
2	13	...	10
3	17	...	14
4	21	...	18
5	25	...	22
6	28	...	26
7	32	...	30
...	...	...	...
99	99	...	99
100	100	...	100

다중 차원 테이블의 이점은 전류 제한 컬럼 중의 하나가 특정한 유연한 시동 동작을 제공하기 위해 미리 선택될 수 있는 것이다. 다른 상황에서, 나머지 전류 제한 값 컬럼 중의 하나는 대체 시동 동작을 회로에 제공하기 위해 선택될 수 있다. 특정한 전류 제한 값 컬럼의 소정은 영구적이거나, 소프트웨어 또는 사용자에 의해 조작되는 스위치에 의해 행해질 수 있다. 다중 시간 및/또는 전류 제한 컬럼은 회로를 위한 다양한 시작 동작을 제공한다. 본 발명의 대체 실시예에서, 일련의 전류 제한 값은 비소멸성 메모리인 메모리(23)에 미리 로드되어진다.

표 1 및 2에서 설명된 바와 같은 미리 로드되어진 테이블의 대안으로, 프로세서(21)은 메모리(23)에서 미리 로드되어진 저항 및 용량으로부터 테이블을 생성할 수 있다. 한번 테이블이 생성되면, 계산된 값은 미래의 유연한 시동에 대해 방정식의 실시간 계산이 존재하지 않는 이후의 검색을 위해 메모리(23)에 저장된다.

도 5는 프로세서(21)가 테이블을 생성하기 전의 메모리 할당을 나타낸다. 용량 레지스터(234) 및 저항(236)은 미리 로드되어진 값을 보유한다. 오프셋 레지스터(230)는 메모리(23) 내에 포함된 테이블에서 타이밍 및 전류 값을 위한 포인터로써 공급된다. 나머지 레지스터(238 및 240)는 개개의 시간과 전류 제한 값이 계산되거나 로드되어질 때까지 초기에 비어있게 된다. 도 6은 테이블이 생성된 후의 메모리 할당을 나타낸다. 레지스터(238)는 생성된 시간 값으로 채워지게 된다. 레지스터(240)는 전류 제한 값으로 채워지게 된다. 그 결과, 테이블은 회로의 유연한 시동을 위해 미리 계산된 시간과 전류 값을 포함하는 것으로 만들어진다.

만약 전력 공급(28)이 AC 전력 공급이면, 전류 제한기(26)는 트라이액 제어기, 또는 유사한 혹은 동등한 AC 전류 제한기일 수 있다. 만약 전력 공급(28)이 DC 전력 공급이면, 전류 제한기(26)는 FET 스위치(파워 FET), 또 다른 형태의 패스 트랜지스터, 또는 유사한 혹은 동등한 DC 전류 제한기일 수 있다. 특정한 형태의 전류 제한기는 본 발명의 작용에 중요하지 않다. 본 발명의 전류 제한기는 마이크로 프로세서 시스템(20)의 메모리(23)내에 포함되는 전류 동작에 따라 회로(10)로 전류 입력을 제한하는 능력을 가지는 임의의 전류 제한기일 수 있다.

본 발명의 방법은 도 3의 플로우챠트에서 나타난다. 도 3에서 도시한 바와 같이, 진행은 단계 100에서 시작한다. 단계 102에서, 신호는 통상 제어 라인(24; 도 2를 참조)을 단락함으로써 회로에 가하기 위해 수신된다. 단계 104에서, 마이크로 프로세서(20)는 클락(222)으로부터 시간 값을 수신한다. 시간 값이 수신된 후, 2차원 테이블은 클락(22)에 의해 인식된 순시 시간에 대한 전류 제한을 결정하기위해 적절한 데이터를 검색하는 것으로 접근된다. 본 발명은 전류 제한기(26)로 인가되는 전류 제한 값을 결정하거나 다른 방법으로 계산하기 위해 다양한 범위의 알고리즘을 이용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 클락(22)로부터 수신된 시간 값은 2차원 테이블(단계 106과 114)의 제 1 차원에서 가장 근접한 특정한 시간 값에 상당하는 이산 시간 값으로 반올림된다. 대체 실시예에서, 선형 보간 전류 제한은 (2차원 테이블의 제 1 차원으로부터의) 시간 값과 상당하는 2개의 전류 값을 검색하고, 시간 값과 전류 값을 다음 방정식에 적용하는 것에 의해 계산된다.

여기서, t₁및 t₂는 클락(22)로부터 수신된 시간 값 t에 가장 근접한 2차원 테이블의 제 1 차원에서 2개의 시간 값에 해당하고, i₁과 i₂는 t₁과t₂에 해당되는 2차원 테이블에서의 전류 값이다.

대안적으로, 스플라인 피트 보간(spline fit interpolation), 에이트킨 보간(Aitken interpolation), 베셀의 보간 공식(Bessel's interpolation), 에버리트 보간(Everett interpolation), 외삽법(extrapolation), 유한차, 가우스의 보간 공식, 헤르밋 보간(Hermite interpolation), 라그랑지 보간 다항식(Lagrange interpolation polynomial), 뉴튼 코트 공식(Newton-Cotes formulas), 뉴튼의 분할차 보간 공식(Newton's Divided Difference interpolation formula), 접촉 보간(Osculating interpolation), 티엘리의 보간 공식(Thiele's interpolation formula) 또는 당업계에서 알려진 다른 보간 알고리즘과 같은 커브 피트보간(curve fit interpolation)이 본 발명(단계 110)에서 사용될 수 있다.

모든 경우에서, 한번 전류 제한이 반환되면, 전류 제한은 도 3의 단계 116에서 프로세서(20)에 의해 전류 제한기(26)로 인가된다. 단계 118에서, 체크는 클락(22)에 의해 수신되는 현재 시간 값이 메모리(23) 내에 포함되는 2차원 테이블에서 정상 상태 시간 값에 상당하는지의 여부, 즉 만약 클락 값이 2차원 테이블에서 마지막(가장 높은) 시간 값에 상당하는지의 여부를 결정하게 된다. 만약 그렇다면, 진행은 단계 120에서 종료된다. 그렇지 않다면, 새로운 시간 값은 클락(22)으로부터 수신되고, 작동은 도 3에서 도시한 바와 같이 단계 104에서 시작하는 것을 반복한다.

그러므로, 본 발명은 목적을 이행하고, 결론과 언급된 이점, 및 고유한 다른 이점을 달성하도록 되어 있다. 본 발명이 특히 바람직한 실시예를 참조하는 것에 의해 도시 및 설명되고, 정의되었지만, 그러한 참조는 본 발명에 제한을 내포하지 않고, 그러한 제한은 추론되어지는 것이 아니다. 당업자에게 상기되는 바와 같이, 본 발명은 상당한 변경, 교체, 대안, 및 동등한 형상 및/또는 작용이 가능하다. 본 발명이 나타내고 설명되는 바람직한 실시예는 단지 본보기이고, 본 발명의 포괄적인 범위가 아니다. 따라서, 본 발명은 모든 사항에서 동등한 것에 모든 인식범위를 주면서, 첨부된 청구범위의 정신과 범위에 의해서만 제한되도록 지향하고 있다.

Claims

회로에 전류를 제어하는 프로세서 제어 시스템에 있어서,

상기 회로에 상기 전류를 조절하기 위해 구성되고 배열되는 전류 제한기;

시간 표시기를 공급하기 위해 구성되고 배열되는 클락;

값의 2차원 테이블을 저장하기 위해 구성되고 배열되는 메모리;

상기 전류 제한기를 제어하고, 상기 메모리에서 상기 2차원 테이블에 접근하고, 상기 클락으로부터 상기 시간 표시기로 시간 값을 수신하기 위해 구성되고 배열되는 프로세서를 포함하고,

상기 테이블은 타이밍 값을 포함하는 제 1 차원과 전류 값을 포함하는 제 2 차원을 가지고, 상기 프로세서는 상기 클락으로부터 상기 시간 표시기의 기능으로써 상기 2차원 테이블로부터 제한하는 전류 값을 검색하고, 상기 회로에 입력 전류를 제한하기 위해 상기 제한하는 전류 값을 상기 전류 제한기로 인가하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 2차원 테이블은 외부 소스로부터 미리 로드되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 2차원 테이블은 상기 프로세서로부터 미리 로드되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 전류 제한기는 전계 효과 트랜지스터 스위치인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 전류 제한기는 패스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 전류 제한기는 트라이액 제어기인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
회로에 전류를 제어하는 방법에 있어서,

(a) 회로에 전류를 인가하는 신호를 수신하는 단계;

(b) 클락으로부터 시간 값을 수신하는 단계;

(c) 프로세서를 가지는 메모리에서 2차원 테이블로부터 전류 값과, 상기 클락으로부터 상기 시간 값을 결정하는 단계; 및

(d) 상기 전류 값에 따라 상기 회로에 상기 전류를 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항에 있어서, 상기 결정 단계는,

(c1) 반올림된 시간 값을 형성하기 위해 상기 2차원 테이블에서 상기 클락으로부터 상기 시간 값을 이산 시간 값으로 반올림하는 단계; 및

(c2) 상기 2차원 테이블에서 반올림된 시간 값을 검색하고, 상당하는 전류 값을 반환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항에 있어서, 상기 결정 단계는,

(c1) 상기 프로세서가 2개의 인접한 시간 값 상태에 따라 상기 클락으로부터 상기 시간 값과 상기 2차원 테이블로부터 상당하는 전류 값을 사용하여 전류 값을 선형적으로 보간하는 단계; 및

(c2) 상기 보간된 전류 값을 반환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항에 있어서, 상기 결정 단계는,

(c1) 상기 프로세서가 2개의 인접한 시간 값 상태에 따라 상기 클락으로부터 상기 시간 값과 상기 2차원 테이블로부터 상당하는 전류 값을 사용하여 전류 값을 커브 피트로 보간하는 단계; 및

(c2) 상기 보간된 전류 값을 반환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
회로에 전류를 제어하는 방법에 있어서,

(a) 회로로 특정한 전류를 인가하는 신호를 수신하는 단계;

(b) 클락으로부터 시간 값을 수신하는 단계;

(c) 프로세서를 가지는 메모리에서 3차원 이상의 테이블로부터 전류 값과, 상기 클락으로부터 상기 전류 값을 결정하는 단계; 및

(d) 상기 전류 값에 따라 상기 회로에 상기 전류를 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11항에 있어서, 상기 결정 단계는,

(c1) 반올림된 시간 값을 형성하기 위해 상기 3차원 이상의 테이블에서 상기 클락으로부터 상기 시간 값을 이산 시간 값으로 반올림하는 단계; 및

(c2) 상기 3차원 이상의 테이블의 미리 선택된 컬럼에서 상기 반올림된 시간 값을 검색하고 상당하는 전류 값을 반환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11항에 있어서, 상기 결정 단계는,

(c1) 상기 프로세서가 2개의 인접한 시간 값 상태에 따라 상기 클락으로부터 상기 시간 값과 상기 3차원 이상의 테이블의 미리 선택된 컬럼으로부터 상당하는 전류 값을 사용하여 전류 값을 선형적으로 보간하는 단계; 및

(c2) 상기 보간된 전류 값을 반환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11항에 있어서, 상기 결정 단계는,

(c1) 상기 프로세서가 2개의 인접한 시간 값 상태에 따라 상기 클락으로부터 상기 시간 값과 상기 3차원 이상의 테이블의 미리 선택된 컬럼으로부터 상당하는 전류 값을 사용하여 전류 값을 커브 피트로 보간하는 단계; 및

(c2) 상기 보간된 전류 값을 반환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
회로에 전류를 제어하는 프로세서 제어 시스템에 있어서,

상기 회로에 상기 전류를 조절하기 위해 구성되고 배열되는 전류 제한기;

시간 표시기를 공급하기 위해 구성되고 배열되는 클락;

값의 테이블을 저장하기 위해 구성되고 배열되는 메모리;

상기 전류 제한기를 제어하고, 상기 메모리에서 상기 테이블에 접근하고, 상기 클락으로부터 상기 시간 표시기로 시간 값을 수신하기 위해 구성되고 배열되는 프로세서를 포함하고,

상기 테이블은 시간 값을 포함하는 적어도 2차원과 전류 값을 포함하는 적어도 2차원을 가지며, 상기 프로세서는 상기 클락으로부터 상기 시간 표시기의 기능으로써 상기 테이블로부터 제한하는 전류 값을 검색하고, 회로에 입력 전류를 제한하기 위해 상기 제한하는 전류 값을 상기 전류 제한기로 인가하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 15항에 있어서, 상기 테이블은 외부 소스로부터 배열에 미리 로드되어지는 3차원 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 15항에 있어서, 상기 테이블은 상기 프로세서로부터 배열에 미리 계산되는 3차원 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 15항에 있어서, 상기 전류 제한기는 전계 효과 트랜지스터 스위치인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 15항에 있어서, 상기 전류 제한기는 패스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 15항에 있어서, 상기 전류 제한기는 트라이액 제어기인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
회로에 전류를 제어하는 프로세서 제어 시스템에 있어서,

상기 회로에 상기 전류를 조절하기 위해 구성되고 배열되는 전류 제한기;

시간 표시기를 상기 프로세서에 공급하기 위해 구성되고 배열되는 클락;

값의 테이블을 저장하기 위해 구성되고 배열되는 메모리;

상기 전류 제한기를 제어하고, 상기 메모리에서 상기 테이블에 접근하고, 상기 클락으로부터 상기 시간 표시기로 시간 값을 수신하기 위해 구성되고 배열되는 프로세서를 포함하고,

상기 테이블은 시간 값을 포함하는 1 차원과 전류 제한 값을 포함하는 적어도 2개의 추가 차원을 가지며, 상기 프로세서는 상기 클락으로부터 상기 시간 표시기의 기능으로써 상기 테이블로부터 제한하는 전류 값을 검색하고, 상기 회로에 입력 전류를 제한하기 위해 상기 제한하는 전류 값을 상기 전류 제한기로 인가하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 21항에 있어서, 상기 다중 차원 테이블은 외부 소스로부터 미리 로드되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 21항에 있어서, 상기 다중 차원 테이블은 상기 프로세서로부터 미리 로드되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 21항에 있어서, 상기 전류 제한기는 전계 효과 트랜지스터 스위치인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 21항에 있어서, 상기 전류 제한기는 패스 트랜지스터인 특징으로 하는 제어 시스템.
제 21항에 있어서, 상기 전류 제한기는 트라이액 제어기인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
회로에 전류를 제어하는 프로세서 제어 시스템에 있어서,

상기 회로에 상기 전류를 조절하기 위해 구성되고 배열되는 전류 제한기;

시간 표시기를 상기 프로세서에 공급하기 위해 구성되고 배열되는 클락;

값의 테이블을 저장하기 위해 구성되고 배열되는 메모리;

상기 전류 제한기를 제어하고, 상기 메모리에서 상기 테이블에 접근하고, 상기 클락으로부터 상기 시간 표시기로 시간 값을 수신하기 위해 구성되고 배열되는 프로세서를 포함하고,

상기 테이블은 시간 값을 포함하는 적어도 2차원과 전류 값을 포함하는 1차원을 가지며, 상기 프로세서는 상기 클락으로부터 상기 시간 표시기의 기능으로써 상기 테이블로부터 제한하는 전류 값을 검색하고, 상기 회로에 입력 전류를 제한하기 위해 상기 제한하는 전류 값을 상기 전류 제한기로 인가하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 27항에 있어서, 상기 다중 차원 테이블은 외부 소스로부터 미리 로드되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 27항에 있어서, 상기 다중 차원 테이블은 상기 프로세서로부터 미리 로드되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 27항에 있어서, 상기 전류 제한기는 전계 효과 트랜지스터 스위치인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 27항에 있어서, 상기 전류 제한기는 패스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 27항에 있어서, 상기 전류 제한기는 트라이액 제어기인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 메모리는 비소멸성 메모리인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
회로에 전류를 제어하는 프로세서 제어 시스템에 있어서,

상기 회로에 상기 전류를 조절하기 위해 구성되고 배열되는 전류 제한기;

시간 인덱스;

전류 값의 1차원 테이블을 저장하기 위해 구성되고 배열되는 메모리;

상기 전류 제한기를 제어하고, 상기 메모리에서 상기 1차원 테이블에 접근하기 위해 보다 더 구성되고 배열되는 프로세서를 포함하고,

상기 프로세서는 상기 1차원 테이블로부터 제한하는 전류 값을 검색하기 위해 상기 시간 인덱스를 사용하고, 상기 회로에 입력 전류를 제한하기 위해 상기 제한하는 전류 값을 상기 전류 제한기로 인가하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 34항에 있어서, 상기 1차원 테이블은 외부 소스로부터 미리 로드되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 34항에 있어서, 상기 1차원 테이블은 상기 프로세서로부터 미리 로드되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 34항에 있어서, 상기 전류 제한기는 전계 효과 트랜지스터 스위치인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 34항에 있어서, 상기 전류 제한기는 패스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 34항에 있어서, 상기 전류 제한기는 트라이액 제어기인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 34항에 있어서, 상기 전류의 램프 비율을 상기 회로에 제어하기 위해 상기 시간 인덱스와 함께 사용되는 지연을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
회로에 전류를 제어하는 방법에 있어서,

(a) 시간 인덱스를 0으로 설정하는 단계;

(b) 상기 시간 인덱스가 메모리에 저장된 1차원 테이블의 크기보다 작은지를 검색하는 단계;

(c) 만약 상기 시간 인덱스가 전류 값을 풀 온으로 설정하는 상기 1차원 테이블의 크기보다 작지 않으면, 다른 방법으로 오프셋으로써 상기 시간 인덱스를 사용해서 상기 1차원 테이블로부터 상기 전류 값을 검색하는 단계;

(d) 상기 전류 값에 따라 상기 회로에 상기 전류를 제한하는 단계;

(e) 상기 시간 인덱스를 증가하는 단계; 및

(f) 단계 (b)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.