KR20080036317A - 고압 3상을 입력으로 동작하는 저압 단상 모터를 내장한밸브구동용 전동 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3상 고압을 입력받아 구동되는 단상 저압 모터를 내장한 밸브구동용 전동 액츄에이터(ELECTRIC ACTUATOR FOR VALVE CONTROL)에 관한 것으로서, 3상 고압을 입력받아 6개의 다이오드로 구성된 3상 정류부를 통해 입력전압의 1/2로 낮아진 직류전압을 다시 60Hz의 교류로 변환시키는 변환부와 제어용 스위치부와 모터부로 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.

FULL BRIDGE 단상 모터 3상 ACTUATOR

Description

고압 3상을 입력으로 동작하는 저압 단상 모터를 내장한 밸브구동용 전동 액츄에이터{SINGLE PHASE AC ELECTRIC ACTUATOR FOR VALVE CONTROL USING THREE PHASE AC}

도 1은 본 발명의 구체적인 회로도이며,

도 2는 본 발명의 파형도이며,

도 3은 일반적인 3상용 전동 액츄에이터의 구성을 설명한 회로도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 정류부 200 : 변환부

300 : 스위치부 400 : 모터부

밸브구동용 전동 액츄에이터는 모터와 감속기 및 제어회로로 구성되어 원거리에서도 조작을 통해 수문에 장착된 밸브(VALVE)를 열고 닫을 수 있는 장치로, 전기를 그 동력으로 한다. 밸브의 종류에 따라 다양한 종류의 액츄에이터가 제작되고 있고, 3상용 전원은 380V, 440V, 480V가 많이 사용되고, 단상의 경우는 220V가 주로 사용되고 있으나, 일반적으로 설치된 현장의 전원은 한 가지뿐인 경우가 많아, 소형의 모터를 사용하는 경우에도 전원은 3상을 사용해야 하는 경우가 많으며, 이로 인하여 다음과 같은 문제점이 발생한다.

첫 번째로 액츄에이터를 제조하기 위해서는 같은 전력이라도 단상 220V, 3상 380V, 3상 440V, 3상 480V등의 다양한 전압에 모터를 적용해야 하므로 관리비용 및 생산 비용의 증가가 크다.

두 번째로 3상 모터는 입력되는 3상의 상 회전 방향에 따라서 회전 방향이 결정되므로, 열림과 닫침의 방향이 정해져 있는 밸브구동용 전동 액츄에이터는 상의 회전방향을 검출하고 제어하기 위한 회로가 복잡해진다.

세 번째로 단상 모터를 정/역 제어 하기위해서 간단하게 1회로의 스위치나 릴레이(RELAY)가 사용되지만, 3상 모터의 경우에는 3상용 전자 접촉기(REVERSING CONTACTOR)가 필요하고 결선이 무척 복잡해진다.

도 3을 기준으로 기존의 3상 교류를 입력받는 밸브구동용 전동 액츄에이터를 더 상세히 설명하면 입력되는 3상의 전원을 상 방향 검출 장치인 P.D를 통해 현재 상의 방향이 정상인지, 역상인지를 검출하고 사용자의 닫침 명령이 입력되는 CL-SW와 열림 명령이 입력되는 OP-SW 및 닫침 한계 스위치인 CLS와 열림 한계 스위치인 OLS를 입력받은 CONTROLLER가 최종적으로 해당 전자 접촉기인 CC와 OC를 구동하여 액츄에이터를 운전하게 되며, 단상에 비해 제어가 복잡하다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 고압 3상을 입력으로 동작하는 저압 단상 모터를 내장한 밸브구동용 전동 액츄에이터에 대한 것이다. 입력되는 고압의 3상을 저압의 단상으로 변환하여 제어회로를 통해 단상의 저압 모터를 구동시켜 간단하게 제어를 수행할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고압 3상을 입력으로 동작하는 저압 단상 모터를 내장한 밸브구동용 전동 액츄에이터는 입력되는 3상 전압의 크기를 1/2로 줄이면서 맥동(RIPPLE)률을 줄일 수 있도록 3상 전파정류회로로 구성된 정류부(100)와 정류부를 통해 생성된 직류를 60Hz의 교류로 변환하는 4개의 반도체 스위치와 제어용 IC(201)로 구성된 변환부(200)와 액츄에이터를 운전하고 정지시키는 각종 스위치로 구성된 스위치부(300)와 단상 모터와 커패시터 C1로 구성된 모터부(400)로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 상술한 내용을 본 발명에 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 고압 3상을 입력으로 동작하는 저압 단상 모터를 내장한 밸브구동용 전동 액츄에이터의 구체적인 회로도로서, 입력되는 교류 3상 전원을 다이오드 D1부터 D6으로 구성된 3상 전파정류를 통해 직류로 변환한다. 이 때, 단상 전파정류를 통해서도 직류를 얻을 수 있지만, 맥동률을 낮추기 위해서는 대용량의 커패시터(CAPACITOR)를 사용해야 하므로, 신뢰성과 안정성 측면에서 다이오드 2개를 추가한 3상 전파정류의 형태로 구성한다.

일반적으로 사용하는 단상 220V에 비해 3상 전압은 380V에서 480V 정도로 약 2배가 높다. 따라서 이 문제를 해결하고 단상 모터를 사용하기 위해서는, 입력되는 3상 교류의 전압을 절반 정도로 줄일 필요가 있는데, 정류 과정에서 얻어지는 직류는 교류의 -극 부분이 제거되어 약 1/2배 정도이므로 강압 문제도 이 회로를 통해 해결할 수 있다.

정류부를 통해 얻어진 직류로는 단상 모터를 구동할 수 없으므로, 교류로 만드는 과정이 필요하다. 본 발명에서는 S1부터 S4까지 4개의 반도체 스위칭 소자로 구성된 변환부(200)를 통해 60Hz의 단상 교류를 발생시킨다. 듀티(DUTY)비를 50%하여 S1과 S4를 동시에 구동시키고, 이와 동시에 S2와 S3을 반대로 구동시키는 교번동작을 지속하면 단상모터를 구동시킬 수 있는 구형파 교류를 얻을 수 있으며, 이 전압은 입력된 3상 교류전압의 약 1/2에 해당한다. 제어용 IC(201)는 설정된 주파수에 따라 정확한 교류가 발생할 수 있도록 반도체 스위칭 소자인 S1 - S4를 제어한다. 스위치부(300)는 다양한 회로로 구성할 수 있으나, 기본적으로는 액츄에이터를 닫침으로 운전하는 스위치인 CL-SW와 열림으로 운전하는 OP-SW 및 닫침 운전의 한계점에서 열려 운전을 정지키는 닫침 한계 스위치인 CLS와 열림 운전의 한계점에서 열려 열림 운전을 정지시키는 열림 한계 스위치인 OLS를 통해 단상 모터와 커패시터 C1로 구성된 모터부(400)의 구동을 제어하게 된다.

도 2를 통해 입력되는 전압의 변화를 설명하면, (1)은 입력되는 3상 교류전압의 한 상을 나타내고, (2)는 정류부(100)의 D1 - D6의 다이오드를 거쳐 정류된 파형을 나타낸다. 3상 전파정류의 과정을 거치게 되면 커패시터를 통한 별도의 평활이 없어도 양호한 직류전압을 얻을 수 있으며, 이때, 입력되는 3상 교류의 -극이 제거되므로 입력전압의 크기에 비해 1/2배로 전압이 감소함을 보여준다. (3)은 정 류된 직류를 S1 - S4의 반도체 스위칭 소자를 통해 60Hz로 스위칭한 변환부(200)의 출력 파형을 나타내는데, (1)에서 보인 3상 입력전압의 절반에 해당하는 구형파 교류를 보여주며, 이 전압으로 모터부(400)을 구동하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 고압 3상을 입력으로 동작하는 저압 단상 모터를 내장한 밸브구동용 전동 액츄에이터는 생산과정에서 많은 관리의 어려움을 가져왔던 모터의 종류를 줄여 관리의 효율성을 증대시키고, 구조가 간단하여 신뢰성을 높일 수 있으며, 제품의 단가를 획기적으로 줄일 수 있도록 한 발명이다.

Claims (3)

1. 입력되는 3상 교류를 3상 전파 정류하는 정류부(100)와 정류된 직류를 60Hz의 구형파 교류로 변환하는 변환부(200)와 제어를 위한 각종 스위치로 구성된 스위치부(300)와 단상 모터로 이루어진 모터부(400)로 구성된 것을 특징으로 하는 고압 3상을 입력으로 동작하는 저압 단상 모터를 내장한 밸브구동용 전동 액츄에이터.
2. 제 1항에 있어서 6개의 다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 정류부(100)
3. 제 1항에 있어서 4개의 반도체 스위칭 소자와 제어용 IC로 구성된 것을 특징으로 하는 변환부(200)

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