KR200380870Y1 - 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 동일 환기구를 사용하는 여러 환풍기나 환배기관 등의 부하가 변동하는 팬에 대해 일정한 공기의 토출량을 낼 수 있도록 하는 정부하대출력 특성 팬 구동회로에 관한 것으로, 단상의 교류 전원을 공급하는 전원부(10)와, 팬(21)을 구동하기 위한 3상 유도 전동기(20) 사이에 구비되어 단상의 교류 전원을 3상으로 변환하기 위한 구동회로에 있어서, 상기 전원부(10)와 상기 3상 유도 전동기(20) 사이에 직렬 연결되는 임피던스부(30)와; 상기 전원부(10)와 상기 3상 유도 전동기(20) 사이에 상기 임피던스부(30)와 병렬 연결되는 캐패시터 C2(40)로 구성되어, 아파트 등의 환기 시스템과 같이 저층과 고층이 공동 환기구를 사용하는 곳이나 다수의 환기팬이 하나의 환기구를 사용하는 곳과 같이 환기팬에 걸리는 부하의 변동이 심한 곳에서도 일정한 환기 토출량을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로{Fan driving circuit for positive pressure-to-output characteristic}

본 고안은 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로에 관한 것으로, 특히 동일 환기구를 사용하는 여러 환풍기나 환배기관 등의 부하가 변동하는 팬에 대해 일정한 공기의 토출량을 낼 수 있도록 하는 정부하대출력 특성 팬 구동회로에 관한 것이다.

기존의 상업용 환기팬의 구동 회로는 주로 유도 전동기를 사용하여 임의 조건에서 일정 속도로 구동하도록 되어 있으며, 고온이나 다습 등의 조건이 충족되면 팬이 장착된 유도 전동기에 전원이 인가되어 환기가 이루어지도록 하고 있다.

일반적으로 2상이나 3상의 유도 전동기를 사용하는 경우에는 캐패시터를 사용하거나, 유도 전동기 내부의 자기회로를 바꿔서 유도 전동기의 회전을 유발할 수 있도록 고안되어 있다.

이때, 외부에서 인가하는 전원이 일정 주파수와 일정 크기의 전압이면, 부하에 대해 부특성을 나타내므로, 팬의 토출구의 부하 압력이 증가하면, 팬에 걸리는 부하가 증가하고, 이에 따라 전동기에 걸리는 토크가 증가하여 회전자의 회전수가 감소하게 된다. 이에 따라서, 토출되는 공기의 양이 감소하게 되어 결과적으로 환기되는 공기의 양도 감소하게 되는 것이다.

이러한 현상에 대한 대책으로는 저가형의 경우에는 아무런 대책이 없이 제조되는 것이 현실이며, 고가형의 경우에는 압력측정 궤환 및 제어회로를 추가한 환기팬 제어회로(미국특허 공개 US2001/0033147)를 추가함으로써, 이러한 문제점을 해결하고 있다.

상기 미국특허 공개 건은 3상 유도 전동기의 제어를 위해, 직류로 변환된 전압을 전원으로 사용하여 펄스폭 변조방식(PWM: Pulse Width Modulation)으로 원하는 전원 파형을 발생시켜서 유도 전동기를 회전시키며, 이때 DC link 전류량을 측정하여 팬에 걸리는 부하량을 계산하고, 이것에 의하여 유도 전동기의 회전 속도를 높이는 제어를 수행하여 일정량의 공기를 토출하도록 제어하는 것이다.

그런데, 상술한 바와 같이 종래의 환풍기 시스템은 토출구의 공기압력을 측정하거나, 전동기의 상전류 또는 DC link의 전류 등을 측정하는 방법을 사용할 경우에는 전체 시스템의 가격은 공기의 압력을 측정하는 압력센서와, 압력센서로부터의 신호를 처리하고 전동기 제어를 위한 명령을 만드는 마이크로 프로세서 때문에 고가가 될 수밖에 없으므로, 가정용이나 사무실 등의 작은 용량의 저가형으로는 적합하지 않은 문제점이 있다.

본 고안은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 동일 환기구를 사용하는 여러 환풍기나 환배기관 등의 부하가 변동하는 팬에 대하여 고가의 장치를 사용하지 않으면서도 환배기구의 부하가 변동 시에 구동회로의 부하조건이 변동하면서 유도 전동기의 회전수를 증감시켜 토출되는 공기의 양을 일정하게 유지시킬 수 있는 정부 대 출력 특성 팬 구동 회로를 제공하고자 한다.

이러한 본 고안의 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로는 단상의 교류 전원을 공급하는 전원부와 팬을 구동하기 위한 3상 유도 전동기 사이에 구비되어 단상의 교류 전원을 3상으로 변환하기 위한 구동회로에 있어서, 상기 전원부와 상기 3상 유도 전동기 사이에 직렬 연결되는 임피던스부와; 상기 전원부와 상기 3상 유도 전동기 사이에 상기 임피던스부와 병렬 연결되는 캐패시터 C2로써 달성된다.

도 1 및 도 2는 본 고안의 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로를 보여주는 도면으로, 도 1은 본 고안의 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로의 일례를 보여주는 회로도이며, 도 2는 본 고안의 정부하 대 출력 특성 팬 구동회로의 부하곡선과 동작점을 도시하는 도면이다.

본 고안의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참고하면, 본 고안의 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로는 단상의 교류 전원을 공급하는 전원부(10)와 팬을 구동하기 위한 3상 유도 전동기(20) 사이에 구비되어 단상의 교류 전원을 3상으로 변환하기 위한 구동회로에 있어서, 상기 전원부(10)와 상기 3상 유도 전동기(20) 사이에 직렬 연결되는 임피던스부(30)와; 상기 전원부(10)와 상기 3상 유도 전동기(20) 사이에서 상기 임피던스부(30)와 병렬 연결되는 캐패시터 C2(40)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안에 있어 상기 임피던스부(30)는 캐패시터 C1(31)과, 이 캐패시터 C1(31)과 병렬 연결되는 저항 R1(32)로 구성되는 것을 기술상의 특징으로 한다.

본 고안에 있어 임피던스부를 구성하는 캐패시터 대신에 인덕턴스를 이용할 수도 있으나, 전동기의 인덕턴스로 인하여 나타나는 전류의 전압에 대한 상지연(phase lag)을 보상하기 위하여 캐패시터를 사용하는 것이 환기 팬 시스템의 효율 면에서 유리하다.

도 2는 본 고안의 정부하 대 출력 특성 팬 구동회로의 부하곡선과 동작점을 도시하는 도면으로서, 곡선 'A'는 낮은 전압이 인가되었을 때의 3상 유도 전동기의 출력 특성 곡선이며, 곡선 'B'는 높은 전압이 인가되었을 때의 3상 유도 전동기의 출력 특성 곡선이며, 곡선 'C'는 팬의 부하 곡선이다.

또한, 도 2 상에는 부하에 따라서 3상 유도 전동기에 낮은 전압(A)이 인가되는 경우와 높은 전압(B)이 인가되는 각각의 경우에, 부하곡선 'C'를 따라서 낮은 전압(A)에서 동작되는 동작점(100)과 높은 전압(B)에서 동작되는 동작점(200)을 각각 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참고하여 본 고안에 따른 구동회로의 작동 예를 살펴보면 다음과 같다.

3상 유도 전동기(20)가 동작점(100)에서 일정 주파수로 회전하다가 팬(21)의 부하가 증가하게 되면, 3상 유도 전동기(20)의 슬립이 증가하게 되며, 따라서 3상 유도 전동기(20)의 등가 임피던스가 감소하여 전류가 증가하게 된다.

이때, 전류의 제곱에 비례하는 발생 토크에 의해, 속도는 급격히 증가하고 이에 따라 3상 유도 전동기(20)의 등가 임피던스가 다시 증가하여 일정 직렬 부하에 대해 분배되는 전압이 증가하여(곡선 B), 새로운 동작점(200)에서 회전이 이루어진다.

즉, 도 2와 같은 부하 특성을 갖는 전동기와 팬의 부하 특성에서는, 부하가 증가하면 결과적으로 인가전압이 증가하여 회전 속도가 높은 동작점에서 안정상태를 이루게 된다.

반대로, 팬의 부하가 감소하면 등가 저항이 커지면서 전류가 감소하며, 이에 따라 속도가 급격히 줄어들고 등가 임피던스가 줄어들어 낮은 전압이 3상 유도 전동기에 걸리게 된다(곡선 A). 이에 따라 새로운 동작점(100)에서 안정적으로 동작이 이루어진다.

즉, 팬에 작용하는 부하는 연속적으로 변화하며, 동작점도 3상 유도 전동기(20)가 낼 수 있는 최대속도 대 토크 동작점에서부터 최소점 사이의 임의의 동작점을 유지할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 본 고안의 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로는 부하가 변하더라도 고가의 제어장치가 필요 없이 일정한 환기 토출량을 유지할 수가 있으며, 특히 아파트 등의 환기 시스템과 같이 저층과 고층이 공동 환기구를 사용하는 곳이나 다수의 환기팬이 하나의 환기구를 사용하는 곳과 같이 환기팬에 걸리는 부하의 변동이 심한 곳에서도 일정한 환기 토출량을 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로의 일례를

보여주는 회로도,

도 2는 본 고안의 정부하 대 출력 특성 팬 구동회로의 부하곡선과

동작점을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전원부 20 : 3상 유도 전동기

21 : 팬 30 : 임피던스부

31 : 캐패시터 C1 32 : 저항 R1

40 : 캐패시터 C2

Claims (2)

1. 단상의 교류 전원을 공급하는 전원부와 팬을 구동하기 위한 3상 유도 전동기 사이에 구비되어 단상의 교류 전원을 3상으로 변환하기 위한 구동회로에 있어서,

   상기 전원부와 상기 3상 유도 전동기 사이에 직렬 연결되는 임피던스부와;

   상기 전원부와 상기 3상 유도 전동기 사이에 상기 임피던스부와 병렬 연결되는 캐패시터 C2로 구성되는 것을 특징으로 하는 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 임피던스부는 캐패시터 C1과, 이 캐패시터 C1과 병렬 연결되는 저항 R1로 구성되는 것을 특징으로 하는 정부하 대 출력 특성 팬 구동 회로.