KR20080099980A

KR20080099980A - 단상유도전동기 가동장치 및 가동방법

Info

Publication number: KR20080099980A
Application number: KR1020070045962A
Authority: KR
Inventors: 김세주
Original assignee: 웅진코웨이주식회사
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-14

Abstract

본 발명은 단상유도전동기를 가동시키는 장치 및 이러한 장치를 통한 가동방법에 관한 것으로서, 특히 외부온도의 영향을 받지 않는 스위치를 사용하여 단상유도전동기에 공급되는 가동전원을 일정시간이후 차단할 수 있는 장치 및 이러한 장치를 통한 단상유도전동기의 가동방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 단상유도전동기의 주권선으로 전압을 공급하는 전원부, 단상유도전동기를 가동시키기 위한 가동전원이 공급되는 보조권선과 직렬 연결되어 보조권선을 개폐하는 스위치부, 전원부에서 공급되는 전압의 측정값과 전압의 측정값에 따라 설정되는 차단시간이 저장되는 저장부 및, 전원부를 통해 공급되는 전압을 측정하여 저장부에 저장하고, 측정된 전압에 따라 스위치부에 가동전원이 공급되는 차단시간을 설정하여 저장부에 저장하며, 차단시간에 도달한 경우 스위치부를 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상유도전동기 가동장치 및 이러한 장치를 통한 단상유도전동기 가동방법이 제공된다.

전동기, 유도, 단상, 트라이악, PTC

Description

단상유도전동기 가동장치 및 가동방법{An Actuating Device for Single-Phase Induction Motor and Actuating Method thereby}

도 1은 종래의 기술에 의한 단상유도전동기 가동장치가 포함된 회로도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단상유도전동기 가동장치가 포함된 회로도.

도 3은 도 2의 가동장치를 통한 단상유도전동기 가동방법의 순서도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

100 : 제어부 200 : 저장부

300 : 스위치부 400 : 커패시터

500 : 전동기 600 : 과부하 방지장치

700 : 전원부

본 발명은 단상유도전동기를 가동시키는 장치 및 이러한 장치를 통한 가동방 법에 관한 것으로서, 특히 외부온도의 영향을 받지 않는 스위치를 사용하여 단상유도전동기에 공급되는 가동전원을 일정시간이후 차단할 수 있는 장치 및 이러한 장치를 통한 단상유도전동기의 가동방법에 관한 것이다.

단상유도전동기는 일반적으로 400W 이하의 소형전동기를 말하는데, 상용전원을 사용할 수 있어 산업용으로 사용되는 3상유도전동기에 반하여 가전기기와 같은 일상제품에 많이 사용된다. 대부분의 가정에서 흔히 볼 수 있는 선풍기, 냉장고, 세탁기, 에어컨 등과 같은 가전기기에서 회전날개, 컴프레서 등에 필요한 회전력을 제공하기 위해 장착된다.

3상유도전동기의 경우에는 3상의 교류를 사용하기 때문에 각각의 상에 공급된 전류가 가지는 위상차로 인해 회전자계가 발생하여 전동기를 회전시킬 수 있다. 반면에 단상유도전동기는 단상 권선에 교류전원이 공급되면 그에 대응한 유도전류가 흐르게 되고 단상유도전동기의 회전자 상하 부분의 도체에서 발생된 전자력은 서로 상쇄되어 회전력이 발생하지 않는다.

따라서 단상유도전동기를 가동하기 위해서는 위와 같은 평형상태의 자계를 불균형으로 만들어 최초의 가동토크를 발생시켜야 한다. 이를 위해서는 여러 가지 방법이 사용되고 있는데 일반적인 방법은 커패시터를 보조권선에 직렬로 삽입하여 가동토크를 얻는 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 기술에 의한 단상유도전동기 가동장치는, 단상유도전동기(2)의 주권선과 보조권선에 연결된 전원(1)과 과부하방지기(5)가 포함된 회로에서, 가동전원이 공급되는 단상유도전동기(2)의 보조권선 상에 직렬로 커패시 터(4)와 PTC(3)를 연결하는 것이 일반적이다.

여기서 '가동전원'이란 단상유도전동기(2)의 초기 가동토크를 발생시키기 위해 보조권선을 통해 공급되는 가동전류 또는 가동전압을 의미한다. 이러한 가동전원은 고전류, 고전압이므로 단상유도전동기(2)의 가동에 필요한 시간이 경과된 이후에는 이를 차단할 수 있는 스위치가 필요하다.

PTC(3)는 이러한 스위치 기능을 수행하는 것으로서, 온도가 상승하면 전기저항이 급격히 커지는 반도체소자로서 니크롬선을 대체하는 비교적 안전한 발열체이다.

다만 이러한 PTC(3)는 온도상승에 따라 전기저항이 커지므로 불필요한 전력소모가 초래되는 문제점이 있다. 또한 고온지역에서는 기후조건에 따라 PTC(3)가 오동작할 가능성이 크며, 내부 회로에서 발열되는 열이나 입력전압의 변동에 따라 오동작할 가능성 또한 크다.

더욱이 PTC(3)의 국내 연간 사용량은 전동기용의 경우 연간 수천 만개 이상의 부품이 사용되고 있는 것으로 알려지며, 원료가 대비 비교적 높은 가격의 상품으로서 비용절감 측면에서도 이를 대체할 수 있는 장치 및 방법이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 저비용으로 제조될 수 있으며 외부 온도변화에 영향 받지 않으면서 안정적이고 효율적으로 운용될 수 있는 단상유도전동기 가동장치 및 가동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 실시예에 따른 단상유도전동기 가동장치는, 단상유도전동기를 가동시키는 장치에 있어서, 상기 단상유도전동기의 주권선으로 전압을 공급하는 전원부; 상기 단상유도전동기를 가동시키기 위한 가동전원이 공급되는 보조권선과 직렬 연결되어 상기 보조권선을 개폐하는 스위치부; 상기 전원부에서 공급되는 전압의 측정값과 상기 전압의 측정값에 따라 설정되는 차단시간이 저장되는 저장부; 및, 상기 전원부를 통해 공급되는 전압을 측정하여 상기 저장부에 저장하고, 상기 측정된 전압에 따라 상기 스위치부에 상기 가동전원이 공급되는 차단시간을 설정하여 상기 저장부에 저장하며, 상기 차단시간에 도달한 경우 상기 스위치부를 차단하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스위치부는 트라이악(TRIAC)으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 실시예에 따라 제공되는 단상유도전동기 가동방법은, 단상유도전동기를 가동시키는 방법에 있어서, a) 상기 단상유도전동기에 공급되는 전압을 검출하는 단계; b) 상기 검출된 전압 값에 따라 상기 단상유도전동기의 보조권선으로 공급되는 가동전원의 공급시간으로서 차단시간을 설정하고 이를 저장하는 단계; c) 상기 차단시간에 도달할 때까지 상기 단상유도전동기를 가동하는 단계; 및, d) 상기 차단시간에 도달한 경우 상기 단상유도전동기에 공급되는 가동전원을 차단하기 위해 상기 보조권선에 직렬로 연결된 스위치부를 개방하는 단계;를 포함 하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 단상유도전동기 가동장치 및 가동방법의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단상유도전동기 가동장치는, 단상유도전동기(500)의 주권선(10)으로 전원을 공급하는 전원부(700), 보조권선(20)을 개폐하는 스위치부(300), 전원부(700)에서 공급되는 전압의 측정값 등이 저장되는 저장부(200) 및, 장치 전반을 제어하는 제어부(100)를 포함한다. 또한 단상유도전동기(500)로 공급되는 전원의 과부하를 방지하는 과부하방지장치(600)가 포함될 수 있다.

전원부(700)는 교류전원을 공급하며, 일반적으로 220V의 교류전원으로 제공된다. 알려진 바와 같이 이러한 교류전원 값은 실효값이므로 공급되는 교류전원 값은 시간에 따라 변화한다. 단상유도전동기(500)를 가동시키기에 필요한 교류전원의 범위는 165 내지 230V 이다.

전원부(700)는 단상유도전동기(500)와 주권선(10) 및 보조권선(20)을 통해 연결되며, 주권선(10)으로 주전원을 공급하고 보조권선(20)으로 가동전원을 공급한다. '가동전원'이란 앞서 언급한 것처럼 단상유도전동기(500)의 초기 가동토크를 발생시키기 위해 공급되는 전원을 의미한다.

도 2의 단상유도전동기(500) 가동장치는 일반적인 커패시터(400)를 통한 가동장치로서 보조권선(20)에 직렬로 커패시터(400)를 연결하여 단상유도전동기(500)의 가동토크를 발생시키는 원리는 종래의 기술에서 이미 설명하였다. 본 발명의 특 징은 단상유도전동기(500)를 가동시킨 후 커패시터(500)가 직렬 연결된 보조권선(20)에 공급되는 가동전원을 차단하는 장치 및 방법에 있으므로 이하에서는 이에 관해서 상세하게 설명한다.

스위치부(300)는 보조권선(20)에 커패시터(400)와 마찬가지로 직렬로 연결되어 보조권선(20)을 개폐한다. 스위치부(300)의 개폐 방식은 종래의 기술에 의한 PTC(3, 도 1 참조)에서처럼 온도상승에 따른 계폐 방식이 아니며, 제어부(100)에서 송출되는 제어신호에 따라 개폐된다. 바람직하게 스위치부(300)는 트라이악(TRIAC)으로 형성된다.

트라이악은 쌍방향 제어 정류소자로 알려져 있으며 애노드와 캐소드에 공급되는 전위에 따라 온/오프 될 수 있는 소자이다. 따라서 제어부(100)는 트라이악에 필요한 제어신호를 송출하여 트라이악의 계폐여부를 제어할 수 있다. 이러한 트라이악의 세부 구성과 기능에 대해서는 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

다만 트라이악의 경우 종래의 기술에서 주로 사용하는 PTC(3)에 비하여 가격 경쟁력이 높은 편이어서 PTC(3)를 트라이악으로 대체하는 경우 상당한 수준의 생산비용절감의 효과를 볼 수 있다. 기술 분야에서 트라이악의 가격수준은 PTC(3)의 절반 정도로 알려져 있다.

저장부(200)는 제어부(100)에서 측정하고 계산한 각종 데이터를 저장하고 제어부(100)에서 다시 읽을 수 있도록 하는 구성이다. 일반적인 메모리 칩이 적용될 수 있다.

제어부(100)는 일반적인 마이크로 프로세서로서, 장치 전반을 제어한다. 특 히 전원부(700)를 통해 공급되는 전압을 측정하고, 측정값을 저장부(200)에 저장하도록 제어한다. 또한 전압의 측정값에 따라 적절한 차단시간을 설정하여 저장부(200)에 저장한다.

여기서 '차단시간'이란 보조권선(20)을 통해 단상유도전동기(500)의 초기 가동을 위해 공급되는 가동전원이 공급되는 한계시간을 의미한다. 즉 사용자가 단상유도전동기(500)를 최초 구동하기 위해 전원부(700)를 통해 전원을 공급한 시간부터, 단상유도전동기(500)가 충분한 회전력을 얻게 된 때까지의 시간을 의미하며, 이 때 제어부(100)는 스위치부(300)에 제어신호를 송출하여 보조권선(20)을 개방한다.

PTC(3, 도 1 참조)를 이용한 종래의 기술에서는 PTC(3)의 온도변화에 만 의존하는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 단상유도전동기 가동장치는, 제어부(100)에서 전원부(700)를 통해 공급되는 전압 값을 사전에 측정하여 측정된 전압 값에 따라 적절한 차단시간을 설정한 후, 단상유도전동기(500)가 가동된 이후 차단시간에 도달하면 스위치부(300)를 개방하는 방식으로서, 외부 온도변화 또는 회로에 공급되는 전력에 따른 발열량과는 관계없이 단상유도전동기(500)의 가동을 제어할 수 있다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 단상유도전동기 가동방법에 대하여 상세하게 설명한다.

단계 "S10"은 제어부(100)에서 전원부(700)를 통해 공급되는 전압 값을 측정하는 단계이다.

단계 "S20"은 제어부(100)에서 측정한 전압 값에 따라 적절한 차단시간을 설정하고 이를 저장하는 단계이다. 전압 값이 크면 가동시간이 짧아지므로 차단시간도 짧게 설정하고, 전압 값이 작으면 가동시간이 길어지므로 차단시간도 짧게 설정한다. 이와 같은 차단시간의 설정은 제어부(100)에 내장될 수 있는 일반적인 연산회로(미도시)를 통해 적절하게 구현할 수 있다. 전압 값과 차단시간은 대수적으로 반 비례관계에 있으므로 이를 통해 적절한 함수 관계를 도출하는 것이 바람직하다. 다만 구체적인 수식은 공급되는 전압 값과 각각의 회로소자의 저항 값 등에 따라 다양한 변형이 가능할 것이다.

단계 "S30"은 단상유도전동기(500)를 가동하는 단계이다. 다만 설명의 편의를 위해 단계 "S10" 내지 "S30"을 구별하였으나, 각각의 단계는 선후에 있어 미소한 차이는 있을 수 있으나, 시간적으로 거의 동시적으로 수행된다.

단계 "S40"은 제어부(100)에서 미리 설정한 차단시간이 경과하였는지를 판단하는 단계이다. 차단시간의 경과여부를 보다 정확하게 확인하기 위해서 제어부(100)에는 별도의 타이머회로(미도시)가 포함될 수 있다.

단계 "S50"은 제어부(100)에서 차단시간이 경과한 것을 판단하면, 차단시간이 경과한 순간 스위치부(300)로 제어신호를 송출하여 스위치부(300)를 개방하는 단계이다. 따라서 보조권선(20)이 개방되면서 단상유도전동기(500)의 가동토크를 발생시키기 위한 가동전원의 공급이 차단되어 불필요한 전력소모 방지와 전동기의 과부하로 인한 손상 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 단상유도전동기 가동장치 및 가동방법에 의하면, 공급되는 전압에 따라 적절한 차단시간을 설정하여 운용되므로 불필요한 전력소모가 적고, 트라이악과 같은 저비용 소자를 활용할 수 있으므로 생산비용이 절감되는 효과가 있다. 또한 PTC와 같은 소자를 사용하지 않으므로 외부 또는 회로 내부의 온도 변화에 따른 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

단상유도전동기를 가동시키는 장치에 있어서,

상기 단상유도전동기의 주권선으로 전압을 공급하는 전원부;

상기 단상유도전동기를 가동시키기 위한 가동전원이 공급되는 보조권선과 직렬 연결되어 상기 보조권선을 개폐하는 스위치부;

상기 전원부에서 공급되는 전압의 측정값과 상기 전압의 측정값에 따라 설정되는 차단시간이 저장되는 저장부; 및,

상기 전원부를 통해 공급되는 전압을 측정하여 상기 저장부에 저장하고, 상기 측정된 전압에 따라 상기 스위치부에 상기 가동전원이 공급되는 차단시간을 설정하여 상기 저장부에 저장하며, 상기 차단시간에 도달한 경우 상기 스위치부를 차단하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상유도전동기 가동장치.
제1항에 있어서,

상기 스위치부는 트라이악(TRIAC)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 단상유도전동기 가동장치.
단상유도전동기를 가동시키는 방법에 있어서,

a) 상기 단상유도전동기에 공급되는 전압을 검출하는 단계;

b) 상기 검출된 전압 값에 따라 상기 단상유도전동기의 보조권선으로 공급되는 가동전원의 공급시간으로서 차단시간을 설정하고 이를 저장하는 단계;

c) 상기 차단시간에 도달할 때까지 상기 단상유도전동기를 가동하는 단계; 및,

d) 상기 차단시간에 도달한 경우 상기 단상유도전동기에 공급되는 가동전원을 차단하기 위해 상기 보조권선에 직렬로 연결된 스위치부를 개방하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상유도전동기 가동방법.