KR20090032249A - 3상 유도전동기의 비상 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터에 고장이 발생하여 3상 유도전동기를 구동시키지 못할 경우에 외부로부터 입력되는 단상 교류전압으로 3상 유도전동기를 구동시킬 수 있도록 하는 3상 유도전동기의 비상 구동장치에 관한 것으로서 3상 유도전동기의 제 1 상 코일 및 제 2 상 코일과 커패시터를 직렬이 연결하여 단상 교류전압이 인가되게 하고, 또한 3상 유도전동기의 제 3 상 코일에 단상 교류전압이 인가되게 하여 3상 유도전동기를 단상 교류전압으로 구동시킨다.
Figure P1020070097300
3상 유도전동기, 인버터, 단상 교류전압, 3상 교류전압, 커패시터, 비상구동

Description

3상 유도전동기의 비상 구동장치{Emergency Operating Apparatus induction motor}
본 발명은 3상 유도전동기를 구동시키는 구동장치에 고장이 발생하였을 경우에 단상 교류전압을 이용하여 3상 유도전동기를 구동시키는 3상 유도전동기의 비상 구동장치에 관한 것이다.
3상 유도전동기는 가정용은 물론 산업용 및 농축사용 등을 비롯하여 다양한 용도로 다양한 환경의 실외에서 많이 사용되고 있다. 상기 3상 유도전동기를 구동시키는 구동장치로는 통상적으로 인버터를 많이 사용하고 있다. 상기 인버터는 3상 유도전동기의 운전속도를 가변 제어함으로써 사용자 또는 적용분야에서 필요로 하는 적절한 운전상태를 유지하게 된다.
도 1은 일반적인 인버터의 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 외부에서 공급되는 단상 교류전압이고, 부호 110은 직류전압 변환부이다. 상기 직류전 압 변환부(110)는 상기 단상 교류전압(100)을 정류기(112)로 정류하여 맥류 전압으로 변환하고, 그 맥류전압을 콘덴서(114)로 평활하여 리플 성분이 적은 직류 전압으로 변환한다.
부호 120은 제어부이다. 상기 제어부(120)는 예를 들면, 마이크로 컴퓨터 등으로 구성되는 것으로서 사용자의 회전속도 명령에 따라 소정의 주파수를 가지는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생한다.
부호 130은 스위칭부이다. 상기 스위칭부(130)는 복수의 스위칭 소자(132)들을 구비하고, 상기 제어부(120)가 발생하는 PWM 신호에 따라 복수의 스위칭 소자(132)들이 선택적으로 턴 온 및 턴 오프를 반복하면서 상기 직류전압 변환부(110)에서 출력되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환한다.
부호 140은 3상 유도전동기이다. 상기 3상 유도전동기(140)는 상기 스위칭부(130)가 변환한 3상 교류전압에 따라 구동된다.
이와 같이 구성된 인버터는 외부로부터 입력되는 단상 교류전압(100)이 직류전압 변환부(110)로 입력되어 정류기(102)에서 맥류 전압으로 정류되고, 정류된 맥류전압을 콘덴서(104)에 의해 평활되어 리플 성분이 적은 직류 전압으로 변환된 후 스위칭부(130)로 입력된다.
그리고 제어부(120)는 사용자의 명령에 따라 소정의 주파수를 가지는 PWM 신호를 발생하고, 발생한 PWM 신호들은 상기 스위칭부(130)의 복수의 스위칭 소자(132)들 각각에 구동신호로 인가된다.
그러면, 상기 스위칭부(130)의 복수의 스위칭 소자(132)들은 상기 PWM 신호에 따라 선택적으로 턴 온 및 턴 오프를 반복하게 되고, 복수의 스위칭 소자(132)들의 턴 온 및 턴 오프에 따라, 상기 직류전압 변환부(110)가 출력하는 직류전압이 3상 교류전압으로 변환되며, 그 변환된 3상 교류전압이 3상 유도전동기(140)에 인가되어 구동된다.
이러한 인버터는 정류기(112), 콘덴서(104) 및 스위칭 소자(132)를 비롯하여 각종 전자부품들로 구성되어 있으므로 실외에 설치하여 3상 유도전동기를 구동시킬 경우에 빗물이나 낙뢰 등에 의하여 고장이 발생될 확률이 매우 높다. 상기 인버터에 고장이 발생하였을 경우에 3상 유도전동기를 구동시키지 못하고, 이로 인하여 적용분야에 따라서는 커다란 피해를 유발할 수 있다.
외부로부터 입력되는 교류전압이 3상 교류전압일 경우에 3상 유도전동기의 각 상 단자들을 3상 교류전압에 직접 연결하여 3상 유도전동기를 일정한 속도로 구동시키는 것이 가능하다.
상기 3상 유도전동기를 3상 교류전압에 직접 연결하여 구동시키는 것은 3상 유도전동기를 인버터로 구동시키는 경우에 비하여 원하는 회전속도로 구동시키지는 못하므로 완전한 기능을 수행하지는 못하지만, 3상 유도전동기가 일정한 속도로 구동됨으로써 인버터가 수리되는 기간동안 본래의 기능을 어느 정도는 수행할 수 있 다.
그러나 일반 가정용 및 소규모 상업용 전압으로는 단상 교류전압이 공급되고 있다. 그러므로 인버터에 고장이 발생하여 인버터로 3상 유도전동기를 구동시키지 못할 경우에 단상 교류전압으로는 3상 유도전동기를 구동시키지 못하였다.
그러므로 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서 인버터에 고장이 발생하여 3상 유도전동기를 구동시키지 못할 경우에 외부로부터 입력되는 단상 교류전압으로 3상 유도전동기를 구동시킬 수 있도록 하는 3상 유도전동기의 비상 구동장치를 제공한다.
그러므로 본 발명의 3상 유도전동기의 구동장치의 바람직한 일 양태는 제 1 상 코일, 제 2 상 코일 및 제 3 상 코일이 Y 결선된 3상 유도전동기와, 상기 제 1 상 코일에 직렬 연결되는 커패시터를 구비하고, 상기 제 3 상 코일 및 상기 커패시터가 단상 교류전원의 일측단자에 접속되며, 상기 제 2 상 코일이 상기 단상 교류전원의 타측단자에 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 상 코일의 중성점 단자가 중성점에서 분리되어 상기 단상 교류전원의 타측단자에 접속되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 3상 유도전동기의 구동장치의 바람직한 다른 양태는 제 1 상 코일, 제 2 상 코일 및 제 3 상 코일이 Y 결선된 3상 유도전동기와, 단상 교류전원을 직류전압으로 변환하는 직류전압 변환부와, 상기 3상 유도전동기의 구동을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 직류전압 변환부가 변환한 직류전압을 스위칭시켜 상기 3상 유도전동기를 구동시키는 스위칭부를 포함하고, 상기 단상 교류전원이 제 1 및 제 2 스위치의 가동단자에 접속되어 상기 제 1 및 제 2 스위치의 일측 고정단자가 상기 직류전압 변환부의 입력단자에 접속되고, 상기 제 1 및 제 2 스위치의 타측 고정단자가 제 3 및 제 5 스위치의 타측 고정단자에 접속됨과 아울러 상기 제 2 스위치의 타측 고정단자가 커패시터를 통해 제 4 스위치의 타측 고정단자에 접속되며, 상기 제 3 내지 제 5 스위치의 일측 고정단자에 상기 스위칭부의 출력단자가 접속되며, 상기 제 3 내지 제 5 스위치의 가동단자가 상기 제 1 상 내지 제 3 상 코일에 각기 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 상 코일의 중성점 단자가 제 6 스위치의 가동단자에 접속되어 상기 제 6 스위치의 일측 고정단자가 상기 중성점에 접속되고, 상기 제 6 스위치의 타측 고정단자가 상기 제 5 스위치의 가동단자에 접속됨을 특징으로 한다.
본 발명은 3상 유도전동기를 구동시키는 인버터에 고장이 발생하였을 경우에 단상 교류전압으로 3상 유도전동기를 계속 구동시킴으로써 3상 유도전동기를 구동시켜 수행하던 소정의 작업을 계속 수행할 수 있다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다. 따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 2는 본 발명의 비상 구동장치가 결합된 인버터의 바람직한 일 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명은 단상 교류전압(100)이 제 1 및 제 2 스위치(200)(202)의 가동단자에 인가되게 접속되어 제 1 및 제 2 스위치(200)(202)의 일측 고정단자(a1, a2)가 직류전압 변환부(110)의 정류기(112)에 접속된다.
그리고 3상 유도전동기(140)의 제 1 상 내지 제 3 상 코일(142, 144, 146)의 일측단자가 제 3 내지 제 5 스위치(204, 206, 208)의 가동단자에 각기 접속되어 제 3 내지 제 5 스위치(204, 206, 208)의 일측 고정단자(a3, a4, a5)에는 스위칭부(130)의 출력단자가 각기 접속된다. 상기 제 3 스위치(204)의 타측 고정단자(b3)는 상기 제 2 스위치(202)의 타측 고정단자(b2)에 접속됨과 아울러 그 접속점이 커패시터(212)를 통해 상기 제 4 스위치(206)의 타측 고정단자(b4)에 접속되고, 제 5 스위치(208)의 타측 고정단자(b5)는 상기 제 1 스위치(200)의 타측 고정단자(b1)에 접속된다.
또한 상기 3상 유도전동기(140)의 제 3 상 코일(146)의 타측단자를 중성점(N)에서 분리하여 제 6 스위치(210)의 가동단자에 접속하고, 제 6 스위치(210)의 일측 고정단자(a6)를 3상 유도전동기(140)의 중성점(N)에 접속하며, 제 6 스위치(210)의 타측 고정단자(b6)를 상기 제 2 상 코일(144) 및 제 5 스위치(208)의 가동단자의 접속점에 접속한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 비상 구동장치는 인버터를 이용하여 3상 유도전동기(140)를 구동시킬 경우에 사용자가 제 1 내지 제 6 스위치(200, 202, 204, 206, 208, 210)의 가동단자를 모두 일측 고정단자(a1, a2, a3, a4, a5, a6)에 접속시킨다.
그러면, 외부로부터 입력되는 단상 교류전압(100)이 제 1 및 제 2 스위치(200, 202)를 통해 직류전압 변환부(110)의 정류기(112)로 입력되고, 스위칭부(130)가 출력하는 3상 교류전압이 제 3 내지 제 5 스위치(204, 206, 208)를 통해, 3상 유도전동기(140)의 제 1 상 내지 제 3 상 코일(142, 144, 146)의 일측단자에 인가됨과 아울러 3상 유도전동기(140)의 제 3 상 코일(146)의 타측단자가 스위치(210)를 통해 중성점(N)에 접속된다.
그러므로 종래와 마찬가지로 외부로부터 입력되는 단상 교류전압(100)을 직류전압 변환부(110)가 직류전압으로 변환하여 스위칭부(130)로 공급하고, 제어부(120)가 출력하는 PWM 신호에 따라 스위칭부(130)의 스위칭 소자들이 선택적으로 스위칭되며, 스위칭 소자들의 스위칭에 따라 상기 직류전압이 3상 교류전압으로 변 환되면서 3상 유도전동기(149)로 공급되어 3상 유도전동기(140)가 구동된다.
이와 같은 상태에서 스위칭부(130)의 스위칭 소자에 손상되는 등의 고장이 발생하여 3상 교류전압을 발생하지 못하게 되면, 사용자가 제 1 내지 제 6 스위치(200, 202, 204, 206, 208, 210)의 가동단자를 타측 고정단자(b1, b2, b3, b4, b5, b6)에 각기 접속시킨다.
그러면, 3상 유도전동기(140)의 제 1 상 코일(142) 및 제 2 상 코일(144)이 제 4 스위치(206)를 통해 커패시터(212)와 직렬로 연결되고, 그 직렬 연결된 제 1 상 코일(142), 제 2 상 코일(144) 및 커패시터(212)에 단상 교류전압(100)이 제 1 및 제 2 스위치(200, 202)를 통해 인가되며, 또한 단상 교류전압(100)이 제 1 스위치(200), 제 5 스위치(208) 및 제 6 스위치(210)와, 제 2 스위치(202) 및 제 3 스위치(204)를 통해 3상 유도전동기(140)의 제 3 상 코일(146)에 인가된다.
즉, 제 1 내지 제 6 스위치(200, 202, 204, 206, 208, 210)의 가동단자를 타측 고정단자(b1, b2, b3, b4, b5, b6)에 각기 접속시키면, 도 3에 도시된 바와 같이 직렬 연결되는 커패시터(212), 3상 유도전동기(140)의 제 1 상 코일(142) 및 3상 유도전동기(140)의 제 2 상 코일(144)에 단상 교류전압(100)이 인가됨과 아울러 3상 유도전동기(140)의 제 3 상 코일(146)에 단상 교류전압(100)이 인가된다.
즉, 공간적으로 120°의 위상차를 가지고 배치되어 있는 제 1 상 내지 제 3 상 코일(142, 144, 146)들 중에서 하나의 제 3 상 코일(146)을 Y 결선되었던 중성점(N)에서 분리되어 단상 교류전압(100)이 인가되고, 나머지 제 1 상 및 제 2 상 코일(142, 144)은 중성점(N)의 연결을 유지한 채 직렬 연결되고 여기에 커패시터(212)가 직렬 연결된 회로 형태로 단상 교류전압(100)이 인가된다.
상기 제 1 상 코일(142) 및 제 2 상 코일(144)은 극성이 반대인 상태로 직렬 연결되므로 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 상 코일(142)의 벡터(U1)와 제 2 상 코일(144)은 벡터(U2)가 결합되어 벡터(U12)를 형성하게 된다. 상기 벡터(U12)는 제 3 상 코일(146)의 벡터(U3)와 전기적으로 90°의 위상차를 갖게 된다.
그리고 제 1 상 코일(142) 및 제 2 상 코일(144)에 커패시터(212)가 직렬 연결되어 있으므로 단상 교류전압(100)의 위상이 커패시터(212)에 의해 90° 앞선 후 제 1 상 코일(142) 및 제 2 상 코일(144)에 인가되므로 제 1 상 코일(142) 및 제 2 상 코일(144)과, 제 3 상 코일(146)에 의해 3상 유도전동기(140)는 효과적으로 회전자계를 발생하게 되어 단상 유도전동기와 같이 구동된다.
도 5는 본 발명의 비상 구동장치가 결합된 인버터의 바람직한 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예는 제 5 스위치(210)를 사용하지 않고, 3상 유도전동기(140)의 제 3 상 코일(146)을 중성점(N)에 연결한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예는 상기한 일 실시 예에 비하여 3상 유도전동기(140)의 구동 성능이 떨어진다. 그러나 제 6 스위치(210)를 사용하지 않고, 3상 유도전동기(140)의 제 3 상 코일(146)을 중성점(N)에 그대로 연결하고 있으므로 3상 유도전동기(140)의 외부에 별도로 탭을 내어 스위치를 두지 않아도 가능하므로 제조가 간편하다.
그리고 상기한 본 발명의 비상 구동장치의 일 실시 예 및 다른 실시 예는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 인버터와 결합하여 구성하는 것이 가능하고, 또한 본 발명의 비상 구동장치를 별도로 구성하고, 인버터에 고장이 발생하였을 경우에 상기 별도로 구성한 본 발명의 비상 구동장치에 3상 유도전동기(140)를 연결하여 구동시킬 수도 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 인버터에 고장이 발생하여 3상 유도전동기를 구동시키지 못할 경우에 단상 교류전압을 이용하여 3상 유도전동기를 간단히 구동시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 인버터의 구성을 보인 회로도,
도 2는 본 발명의 비상 구동장치가 결합된 인버터의 바람직한 일 실시 예의 구성을 보인 회로도,
도 3은 본 발명의 비상 구동장치가 3상 유도전동기를 구동시키는 동작을 설명하기 위한 회로도,
도 4는 본 발명의 비상 구동장치에 따라 결선된 3상 유도전동기의 각 상의 벡터를 보인 도면, 및
도 5는 본 발명의 비상 구동장치가 결합된 인버터의 바람직한 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다.

Claims (4)

  1. 제 1 상 코일, 제 2 상 코일 및 제 3 상 코일이 Y 결선된 3상 유도전동기; 및
    상기 제 1 상 코일에 직렬 연결되는 커패시터를 구비하고,
    상기 제 3 상 코일 및 상기 커패시터가 단상 교류전원의 일측단자에 접속되며, 상기 제 2 상 코일이 상기 단상 교류전원의 타측단자에 접속된 3상 유도전동기의 비상 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 상 코일의 중성점 단자가 중성점에서 분리되어 상기 단상 교류전원의 타측단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 3상 유도전동기의 비상 구동장치.
  3. 제 1 상 코일, 제 2 상 코일 및 제 3 상 코일이 Y 결선된 3상 유도전동기;
    단상 교류전원을 직류전압으로 변환하는 직류전압 변환부;
    상기 3상 유도전동기의 구동을 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 직류전압 변환부가 변환한 직류전압을 스위칭시켜 상기 3상 유도전동기를 구동시키는 스위칭부를 포함하고,
    상기 단상 교류전원이 제 1 및 제 2 스위치의 가동단자에 접속되어 상기 제 1 및 제 2 스위치의 일측 고정단자가 상기 직류전압 변환부의 입력단자에 접속되고, 상기 제 1 및 제 2 스위치의 타측 고정단자가 제 3 및 제 5 스위치의 타측 고정단자에 접속됨과 아울러 상기 제 2 스위치의 타측 고정단자가 커패시터를 통해 제 4 스위치의 타측 고정단자에 접속되며, 상기 제 3 내지 제 5 스위치의 일측 고정단자에 상기 스위칭부의 출력단자가 접속되며, 상기 제 3 내지 제 5 스위치의 가동단자가 상기 제 1 상 내지 제 3 상 코일에 각기 접속된 3상 유도전동기의 비상 구동장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 상 코일의 중성점 단자가 제 6 스위치의 가동단자에 접속되어 상기 제 6 스위치의 일측 고정단자가 상기 중성점에 접속되고, 상기 제 6 스위치의 타측 고정단자가 상기 제 5 스위치의 가동단자에 접속됨을 특징으로 하는 3상 유도전동기의 비상 구동장치.
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