KR20090004004A - 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치 - Google Patents

삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 3상전원(R,S,T)이 인가되는 전원입력부(10)와, 메인전자접촉기(MCM)를 통해 전원입력부(10)의 각 라인에 고정자권선의 3단자(u,v,w)가 결선되는 유도전동기(20)와, 상기 메인전자접촉기(MCM)과 유도전동기(20) 사이의 각 라인에 접속되는 가변용량 또는 탭부착 리액터(R)와, 상기 리액터(R)에 병렬접속되는 바이패스전자접촉자(MCB)와, 부하검출센서(40)와, 상기 전류검출부(30) 또는 상기 부하검출센서(40)가 전동기의 무부하를 검출하면 상기 바이패스전자접촉자(MCB)를 오프하여 리액터(R)에 의해 저감된 저감된 전류를 인가하고 상기 전류검출부(30) 또는 부하검출센서(40)가 부하를 검출하면 바이패스전자접촉자(MCB)를 온하여 정격전류를 인가하는 구동제어부(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치가 제공된다.
유도전동기, 리액터, 무부하, 절전

Description

삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치 {Reactor type electric power saving apparatus to drive the three phase induction motor}
본 발명은 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 간단한 구조에 의해 삼상유도전동기의 무부하 작동시에 소비전력을 대폭 줄일 수 있도록 된 새로운 구조의 삼상유도전동기의 절전구동장치에 관한 것이다.
삼상유도전동기를 시동하는 일반적인 방법으로 직입기동과 스타-델타시동이 있다. 직입시동은 충분히 큰 시동토크를 얻을 수 있으나 시동시에 대전류가 흘러서 설비코스트가 높은 스타-델타시동에 의하면 시동시의 전류가 낮게 억제되므로 그만큼 시동토크를 절감할 수 있는 장점이 있다.
한편, 종래의 삼상유도전동기를 운전하는 경우에 절전을 위해서 전동기에 부하상태에 따라 전동기에 가해지는 전력을 펄스폭변조에 의해 제어 또는 인버터를 이용한 제어방법 사용되었다. 그러나 이러한 펄스폭 변조나 인버터에 의한 제어방법은 이를 구현하는 장치는 구조가 복잡하여 코스트가 많이 드는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 초기시동시나 무부하시에 리액터에 의한 전류제어를 통해 소비전력을 대폭 줄일 수 있는 새로운 구조의 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 한 특징에 따르면, 3상전원(R,S,T)이 인가되는 전원입력부(10)와, 메인전자접촉기(MCM)를 통해 상기 전원입력부(10)의 각 라인에 고정자권선의 3단자(u,v,w)가 결선되는 3선제어식 유도전동기(20)와, 상기 메인전자접촉기(MCM)과 유도전동기(20) 사이의 각 라인에 접속되는 가변용량 또는 탭부착 리액터(R)와, 상기 리액터(R)에 병렬접속되는 바이패스전자접촉자(MCB)와, 상기 전원입력부(10)의 후단에 설치되는 전류검출부(30) 또는 유도전동기의 부하상태를 검출하는 부하검출센서(40)와, 상기 전류검출부(30) 또는 상기 부하검출센서(40)가 전동기의 무부하를 검출하면 상기 바이패스전자접촉자(MCB)를 오프하여 리액터(R)에 의해 저감된 저감된 전류를 인가하고 상기 전류검출부(30) 또는 부하검출센서(40)가 부하를 검출하면 바이패스전자접촉자(MCB)를 온하여 정격전류를 인가하는 구동제어부(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 3상전원(R,S,T)이 인가되는 전원입력부(10)와, 메인전자접촉기(MCM)를 통해 상기 전원입력부(10)의 각 라인에 고정자권선의 1차측 3단자(u,v,w)가 결선되는 6선제어식 유도전동기(20)와, 상기 유도전동기(20)의 2차측 3단자(x,y,z)와 전원입력부(10) 사이의 각 라인에 접속되는 가변용량 또는 탭부착 리액터(R)와, 상기 리액터(R)에 병렬접속되는 바이패스전자접촉자(MCB)와, 상기 전원입력부(10)의 후단에 설치되는 전류검출부(30) 또는 유도전동기의 무부하상태를 검출하는 부하검출센서(40)와, 상기 전류검출부(30) 또는 상기 부하검출센서(40)가 전동기의 무부하를 검출하면 상기 바이패스전자접촉자(MCB)를 오프하여 리액터(R)에 의해 저감된 저감된 전류를 인가하고 상기 전류검출부(30) 또는 부하검출센서(40)가 부하를 검출하면 바이패스전자접촉자(MCB)를 온하여 정격전류를 인가하는 구동제어부(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 구동제어부(100)는 시동스위치(PB2)가 눌려지면 바이패스전자접촉기(MCB)를 오프하고 저전압시동타이머(TR1)의 설정시간이 경과되면 바이패스전자접촉기(MCB)를 온시키는 저전압시동부(110)와, 무부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간 경과후 바이패스전자접촉기(MCB)를 오프시키고 부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)를 오프하여 바이패스전자접촉기(MCB)를 온시키는 무부하운전전환부(120)로 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 구동제어부(100)는 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간보다 긴 설정시간의 운전정지타이머(TR3)를 구비한 무부하운전정지부(130)를 더 포함하며, 무부하신호 검출 후 운전정치타이머(TR3)의 설정시간이 경과되면 메인전자접촉기(MCM)를 차단하는 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 구동제어부(100)는 마이컴(MIC)에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도 전동기의 리액터식 절전구동장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 전동기의 시동시에는 리액터(R)를 통해서 교류전원을 인가함으로써 저전압으로 시동하고, 이후에는 바이패스전자접촉기(MCB)를 통해서 정격전압의 부하운전으로 전환시키고, 부하운전 중에 무부하상태가 검출되면 바이패스전자접촉기(MCB)를 오프하여 다시 리액터(R)를 통해 저전압 저전력의 운전모드로 전환함으로써, 기존의 유도전동기의 구조에 약간의 구성의 부가를 통해 무부하시의 전력소비를 대폭 줄일 수 있어서, 구조가 간단하여 제작코스트가 절감되면서도 절전효과가 우수한 유도전동기의 절전구동장치가 제공된다.
아울러 무부하 운전이 장시간 지속되는 경우에는 전동기의 운전을 완전히 정 지시키고 부하가 발생되면 자동으로 시동할 수 있어서 불필요한 전동기의 전력소모를 방지함으로써, 더욱 경제적인 전동기의 구동을 달성할 수 있다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다. 도 1은 본 발명에 따른 유도전동기의 3선제어식 결선을 보여주는 도면이고, 도 2는 이 유도전동기의 구동제어부(100)의 회로도이다. 도시된 바와 같이, 전원입력부(10)를 통해 인가된 3상 교류전원(R,S,T)이 메인전자접촉기(MCM)를 통해 유도전동기(20)의 고정자권선의 3단자(u,v,w)에 연결되고, 이 메인전자접촉기(MCM)와 유도전동기(20) 사이의 각 라인에 접속되는 탭부착 리액터(R)가 구비된다. 그리고 이 리액터(R)에 병렬적으로 상기 메인전자접촉기(MCM)와 유도전동기(20) 사이에 바이패스전자접촉기(MCB)가 접속된다.
그리고 상기 전원입력부(10)의 후단에는 전류검출부(30)가 접속되고, 또한 유도전동기의 부하측에 설치되어 부하여부를 검출하는 부하검출센서(40)가 구비된다. 이 부하검출센서(40)는 전동기의 용도에 따라 온도센서, 압력센서, 리미트스위치 등 다양한 센서로 이루어질 수 있다. 그리고 전동기의 시동조건과 부하상태에 따라 상기 바이패스전자접촉자(MCB)를 온오프 제어하는 구동제어부(100)가 구비된다. 한편 리액터(R) 중 어느 한 소자에는 과전류를 검출하기 위한 전압검출기(CV)가 2차측에 구비된다.
도 2는 본 발명에 따른 유도전동기의 6선제어식 결선을 보여주는 도면으로 서, 전원입력부(10)를 통해 인가된 3상전원(R,S,T)이 메인전자접촉기(MCB)를 통해 유도전동기(20)의 1차측 고정자권선의 3단자(u,v,w)에 연결되고, 2차측 고정자권선의 3단자(x,y,z)과 전원입력부(10) 사이에는 탭부착 리액터(R)이 연결된다. 또한, 이 리액터(R)와 병렬적으로 바이패스전자접촉기(MCB)가 유도전동기(20)와 전원입력부(10) 사이에 접속된다. 나머지 구성은 상기 도 1의 3선제어식 결선과 동일하다.
도 3은 본 발명에 따른 구동제어부(100)를 릴레이회로로 구성한 것을 보여주는데, 도시된 바와 같이, 시동스위치(PB2)와 정지스위치(PB1)를 포함하고, 시동스위치(PB2)가 눌려지는 시동초기에는 메인전자접촉기(MCM)을 온하고 바이패스전자접촉기(MCB)를 오프함으로써, 교류전원이 리액터(R)를 통해서 유도전동기(30)에 인가되도록 한다. 그러면, 이 리액터(R)의 리액턴스에 의해 전류의 흐름을 억제하여 저감된 전류가 전동기에 인가되어 저전압으로 시동하고 저전압시동타이머(TR1)의 설정시간(t1)이 경과되면 바이패스전자접촉기(MCB)를 온시키는 저전압시동부(110)와, 외부 부하검출센서(40) 또는 전류검출부(30)의 전류검출기(CT1,CT2)로부터 무부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2)이 경과된 후에 바이패스전자접촉기(MCB)를 오프시켜서 전동기를 저전압의 무부하운전모드로 운전하고 무부하상태가 종료되면 무부하지연타이머(TR2)를 오프시켜서 바이패스전자접촉기(MCD)를 온시키는 무부하운전전환부(120)를 포함한다.
아울러, 본 발명에 따르면 무부하운전상태가 상당 시간동안 지속되면 전동기의 운동을 정지시키는 무부하운전정지부(130)를 구비한다. 무부하운전정지부(130)는 상기 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간(t2)보다 긴 설정시간(t3)을 가진 운전 정지타이머(TR3)를 포함하는데, 이 운전정지타이머(TR3)는 무부하지연타이머(TR2)의 온과 동시에 온되어, 무부하운전이 상당한 시간, 예를 들면 1분 내지 10분 동안 지속되면 운전정지타이머(TR3)가 작동되어 메인전자접촉기(MCM)를 차단하도록 구성된다. 그 외에도 본 발명에 따르면, 상기 전류검출부(30)의 전류검출기(CT1,CT2)에서 과전류가 검출되면 회로를 차단하는 과전류차단부(140)를 더 포함한다.
이러한 구성에 따른 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 시동스위치(PB2)를 누르면 릴레이(RY)가 작동되어 메인전자접촉기(MCM)가 온되고, 저전압시동타이머(TR1)이 온되지만 아직 그 설정시간(t1)이 도달되지 않아서 바이패스전자접촉기(MCB)는 오프상태이므로 유도전동기(20)로 인가되는 전원은 리액터(R)를 통해서 전압강화되어 저전압으로 시동된다. 그리고 저전압시동타이머(TR1)의 설정시간(t1)이 경과되면 타이머(TR1)의 접점이 온되면서 바이패스전자접촉기(MCB)가 온되면서 전원은 이 리액터(R)를 거치지 않고 바이패스하여 직접 유도전동기(20)에 정격전압이 인가되므로, 정상적인 부하운전이 수행된다. 한편 이러한 정상적인 부하운전시에는 상기 부하검출센서(40)에 의해 부하검출릴레이(AX1)가 온상태로 유지되고, 이에 따라 무부하지연타이머(TR2)나 운전정지타이머(TR3)는 오프상태로 유지된다.
전동기의 부하운전 중에 부하검출센서(40)가 무부하를 검출하면, 부하검출릴레이(AX1)가 오프되어 무부하지연타이머(TR2) 전단의 릴레이접점(AX1)이 도통되고, 이에 직렬접속된 릴레이(AX2)접점이 작동되지 않고 도통상태가 유지되므로 무부하지연타이머(TR2)가 온되어 설정시간(t2) 경과 후에 타이머(TR2)접점이 전환되어 바 이패스전자접촉기(MCB)가 오프되어 리액터(R)를 통해 전원이 유도전동기(20)로 인가되므로 저전압의 절전운전을 개시한다. 타이머(TR2)에서 설정된 지연시간(t2)은 무의미한 순간적 부하변동에는 반응하지 않도록 하기 위한 것이다.
다음에, 무부하운전상태의 전동기에 새로이 부하가 걸리면, 부하검출릴레이(AX1)가 온되고 릴레이(AX1)접점이 오프되어 무부하지연타이머(TR2)가 오프되어 바이패스전자접촉기(MCB)가 온되어 다시 전동기가 정격전압에 의해 운전된다. 한편, 무부하운전상태에서 전류검출기(CT1,CT2)와 연동되는 부하검출릴레이(OCR-L)가 부하를 검출하면, 보조릴레이(AX2)가 온되어 보조릴레이(AX2)의 접점이 오프되어 무부하지연타이머(TR2)가 오프되어 타이머(TR2)의 접점이 복귀되므로 바이패스전자접촉기(MCB)가 온되어 정격부하상태로 전환된다. 이와 같이 부하검출릴레이(OCR-L)는 부하검출센서(40)가 무부하를 검출하였음에도 불구하고 전류검출기(CT1,CT2)의 검출전류가 상승하여 부하를 검출하는 경우에, 전동기를 정격전압모드로 전환하도록 한다.
한편, 무부하운전정지부(130)의 운전정지타이머(TR3)는 상기 부하검출센서(40)의 무부하검출시에 부하검출릴레이(AX1)가 오프됨으로써 작동이 개시되며, 상기 무부하지연타이머(TR2)보다 긴 설정시간(t3)을 가져서, 그 설정시간이 경과되면 타이머(TR3)접점을 작동하여 메인전자접촉기(MCM)를 차단시킨다. 그 후 부하검출센서(40)가 다시 부하가 검출되면 릴레이(AX1)가 동작하여 운전정지타이머(TR3)가 오프되면서 초기 저전압 시동모드로 전환된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 전술한 바와 같은 전동기의 절전구동의 제어가 마이컴(MIC)에 의해 수행되는 것이다. 즉, 마이컴(MIC)의 입력측에는 시동스위치(PB2)와 정지스위치(PB1)가 구비되고, 타이머릴레이 등의 설정시간을 조절하는 UP-DOWN 스위치와 리셋스위치가 구비된다. 또한, 유도전동기(20)의 전원입력부(10)에 접속된 전류검출기(CT1,CT2)의 검출신호가 입력되고, 리액터(R)의 어느 한 소자의 2차측에 접속되는 전압검출기(CV)의 단자가 접속되고 아울러, 외부의 부하검출센서(40)의 검출신호가 입력되는 단자(SC)가 구비된다.
또한, 마이컴(MIC)의 출력측에는 메인전자접촉기(MCM)를 온오프하는 릴레이(RY1)와, 바이패스전자접촉기(MCB)를 온오프하는 릴레이(RY2)가 구비된다. 이에 따라, 전동기의 시동초기에는 마이컴(MIC)이 릴레이(RY1)를 온시키고 릴레이(RY2)를 오프시켜서 리액터(R)에 의해 전압강하된 전원을 전동기(20)에 인가하고, 설정시간(t1)이 경과되면 릴레이(RY2)를 온시켜서 전원이 리액터(R)를 바이패스하여 정격전압으로 정상운전시킨다. 또한, 운전중에 전류검출기(CT1,CT2) 또는 외부 부하검출센서(40)로부터 무부하신호가 검출되면 다시 릴레이(RY2)를 오프시켜서 저전압 절전운전을 행하고, 다시 부하가 검출되면 릴레이(RY2)를 온시켜서 정격전압의 정상운전을 행한다.
도 5는 본 발명에 따른 전류의 흐름도로서, 전동기 운전 중에 무부하가 검출되면 스타결선으로 전환된 본 발명의 경우가 종래의 무부하 상태에서 흐르는 전류에 비해 소비전류가 대폭 감소되어 높은 절전효과를 얻는 것을 보여준다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 결선도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 결선도
도 3은 본 발명의 일 실시예의 구동회로도
도 4는 본 발명에 다른 실시예의 구동회로도
도 5는 본 발명에 따른 전류흐름도

Claims (5)

  1. 3상전원(R,S,T)이 인가되는 전원입력부(10)와, 메인전자접촉기(MCM)를 통해 상기 전원입력부(10)의 각 라인에 고정자권선의 3단자(u,v,w)가 결선되는 3선제어식 유도전동기(20)와, 상기 메인전자접촉기(MCM)과 유도전동기(20) 사이의 각 라인에 접속되는 가변용량 또는 탭부착 리액터(R)와, 상기 리액터(R)에 병렬접속되는 바이패스전자접촉자(MCB)와, 상기 전원입력부(10)의 후단에 설치되는 전류검출부(30) 또는 유도전동기의 부하상태를 검출하는 부하검출센서(40)와, 상기 전류검출부(30) 또는 상기 부하검출센서(40)가 전동기의 무부하를 검출하면 상기 바이패스전자접촉자(MCB)를 오프하여 리액터(R)에 의해 저감된 저감된 전류를 인가하고 상기 전류검출부(30) 또는 부하검출센서(40)가 부하를 검출하면 바이패스전자접촉자(MCB)를 온하여 정격전류를 인가하는 구동제어부(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치.
  2. 3상전원(R,S,T)이 인가되는 전원입력부(10)와, 메인전자접촉기(MCM)를 통해 상기 전원입력부(10)의 각 라인에 고정자권선의 1차측 3단자(u,v,w)가 결선되는 6선제어식 유도전동기(20)와, 상기 유도전동기(20)의 2차측 3단자(x,y,z)와 전원입력부(10) 사이의 각 라인에 접속되는 가변용량 또는 탭부착 리액터(R)와, 상기 리액터(R)에 병렬접속되는 바이패스전자접촉자(MCB)와, 상기 전원입력부(10)의 후단 에 설치되는 전류검출부(30) 또는 유도전동기의 무부하상태를 검출하는 부하검출센서(40)와, 상기 전류검출부(30) 또는 상기 부하검출센서(40)가 전동기의 무부하를 검출하면 상기 바이패스전자접촉자(MCB)를 오프하여 리액터(R)에 의해 저감된 저감된 전류를 인가하고 상기 전류검출부(30) 또는 부하검출센서(40)가 부하를 검출하면 바이패스전자접촉자(MCB)를 온하여 정격전류를 인가하는 구동제어부(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동제어부(100)는 시동스위치(PB2)가 눌려지면 바이패스전자접촉기(MCB)를 오프하고 저전압시동타이머(TR1)의 설정시간이 경과되면 바이패스전자접촉기(MCB)를 온시키는 저전압시동부(110)와, 무부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간 경과후 바이패스전자접촉기(MCB)를 오프시키고 부하신호가 검출되면 무부하지연타이머(TR2)를 오프하여 바이패스전자접촉기(MCB)를 온시키는 무부하운전전환부(120)로 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 구동제어부(100)는 무부하지연타이머(TR2)의 설정시간보다 긴 설정시간의 운전정지타이머(TR3)를 구비한 무부하운전정지부(130)를 더 포함하며, 무부하신호 검출 후 운전정치타이머(TR3)의 설정시간이 경과되면 메인전 자접촉기(MCM)를 차단하는 것을 특징으로 하는 삼상유도전동기의 리액터식 절전구동장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동제어부(100)는 마이컴(MIC)에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 삼상유도 전동기의 리액터식 절전구동장치.
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