KR20140051827A

KR20140051827A - 단상 유도 모터의 시동방법, 단상 모터의 시동장치 및 그 시동시스템

Info

Publication number: KR20140051827A
Application number: KR1020137023305A
Authority: KR
Inventors: 마르셀로 자넬라토; 클라우디오 브루닝; 마르코스 로베르토 드 소자
Original assignee: 월풀 에쎄.아.
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2014-05-02
Also published as: EP2683072A2; CN103493359A; WO2012116425A3; CN103493359B; MX2013009682A; JP2014507107A; WO2012116425A2; ES2539783T3; US20140132199A1; US9184678B2; EP2683072B1; EP2683072B8; BRPI1101069A2

Abstract

본 발명은 실행 권선(B1)과 시동 권선(B2)를 가진 고정자, 닫힘 상태에서 교류 전압공급 소스(F)에 시동 권선(B2)을 연결하는 시동 장치(29), 모터의 시동이 종료되었을 때 개방 위치로 이동하는 시동 스위치(S1),시동 스위치와 시동 스위치(S1)를 통해서 흐르는 전류 신호를 전류 센서(RS)로 수신하고 전압 제로-크로싱 센서(SV)로부터 비롯되는 전류신호를 수신하는 전자 신호처리장치(30)로 구성된 단상 유도모터의 시동 장치에 관한 것이며, 여기서 제어 유니트(30)는 전압 및 전류 제로-크로싱 센서, 및 타임 센서이 의한 신호의 해석에 따라 시동 스위치(S1)의 개폐를 지시한다.

Description

단상 유도 모터의 시동방법, 단상 모터의 시동장치 및 그 시동시스템{METHOD FOR STARTING A SINGLE-PHASE INDUCTION MOTOR, STARTING DEVICE FOR A SINGLE-PHASE MOTOR AND STARTING SYSTEM THEREFOR}

본 발명은 크기와 동작 부하에 따라 상기 모터의 시동 시간을 최적화하도록 특별히 설계된 단상 유도 모터의 시동방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전기 모터에, 특히 단상 유도 모터에 사용되는 전자시동 장치의 유형에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 여기에 제안된 장치와 방법을 포함하는 단상 유도 모터의 시동 시스템에 관한 것이다.

단상 유도 모터는 자체의 단순성, 견고성과 높은 성능으로 인해 널리 사용된다. 그들의 응용은, 일반적으로 가전제품, 냉장고, 냉동고, 에어컨, 밀폐형 압축기, 세탁기, 모터 펌프, 선풍기 및 일부 산업용 응용(applications)에서 발견된다.

알려진 유도 모터는 일반적으로 케이지 로터와 두 개의 권선을 포함하는 권선이 감긴 고정자로 구성되어 있고, 그들 중 하나는 실행 권선(running winding)이고, 다른 하나는 시동 권선(starting winding)이다. 압축기의 정상 작동 중에, 동작 권선에는 교류 전류가 공급되고, 시동 권선에는 시동 동작의 초기에 일시적으로 공급되어 회전자를 가속하여 로터를 시동하는데 필요한 조건인 회전 자기장을 고정자 내에 만든다.

회전 자기장은 제1 권선(winding)을 통해 흐르는 순환 전류에 비해 바람직하게는 90도에 가까운 각도에서 시간적으로 지연된 전류를 시동 권선에 공급하여 얻을 수 있다. 두 권선에 흐르는 전류 사이의 위상차이는 권선의 제조 특성 또는, 전형적으로는 시동 권선과 직렬로 연결하지만, 권선 중 하나와 직렬로 외부 임피던스를 설치하여 얻을 수 있다. 모터의 시동 과정 동안에 시동권선을 통과하는 순환 전류의 값은 일반적으로 높으므로, 모터의 가속을 일으키기 위해 요구되는 시간이 지난 후 이 전류를 인터럽트(interrupt)할 일부 유형의 스위치를 사용할 필요가 있다.

매우 높은 효율이 요구되는 모터에서, 동작 커패시터로 불리는 커패시터가 시동 권선과 직렬로 연결되어 있기 때문에 시동 권선은 시동 주기가 종료된 후 완전히 꺼지지는 않고, 충분한 전류를 공급하여 모터의 최대 토크와 그 효율을 높인다.

통상 모터 동작 동안에 시동 권선과 직렬로 연결된 영구적인 임피던스를 사용한 이러한 구성을 가진 모터에서, 다수의 PTC-형 시동 장치가 알려져 있으며, 미국 특허 문헌 제5053908호 및 제5051681호와 본 발명과 동일한 출원인에 의하여 공동 출원 중인 국제 특허 출원 WO 02109624(A1)에서 인용된 바와 같이, 전자기계식 릴레이(electromechenical relay)형, 일정 시간 후 작동하도록 장치한 타임드형(timed) 뿐만 아니라 PTC가 설정된 타임 주기(RSP) 후 전류의 흐름을 인터럽트하는 장치와 직렬로 연결된 결합형이 있다.

동작 커패시터를 사용하지 않은 "분상(split-phase)" 단상 모터 시동에 널리 사용되는 구성 요소 중 하나는 전자기계식 릴레이형이다. 그것의 광범위한 사용은 낮은 제조비용과 기술의 단순성과 관련되어 있다. 반면에, 전자기계식 릴레이형은 많은 중요한 한계를 드러내며, 그 가운데에는 전기 모터의 각 사이즈를 위한 특정 구성요소의 설계에 대한 필요성, 동작 커패시터가 사용되는 고효율 엔진에서의 사용 불가, 작동 시 전자파 잡음과 소리의 발생 및 구성요소의 마모(wearing)등이 있다.

전자기계식 릴레이형의 대안은 PTC-형("positive temperature coefficient-type")이다. 이 구성요소는 동작 커패시터와 관련되어 응용되는 고효율엔진에 널리 사용된다. 그것은 움직이지 않는 부품을 가진 세라믹 칩의 사용을 포함함으로, 그것의 원리는 전기기계식 릴레이형의 많은 한계를 해결한다. 동작은 세라믹칩의 열을 기반으로 하기 때문에, 저항을 증가시키고, 그 결과 순환 전류의 제한을 초래하여, 잔여 전력 소모가 동작의 전체 기간에 걸쳐 발생한다.　

이러한 구성 요소의 또 다른 한계는 연속 시동 사이에 필요한 시간 간격과 관련되어 있다. 주요 장점 중 하나는 단일 구성요소를 사용하여 특정 전압(115V또는 220V)의 모터 세트의 시동을 가능하게 할 수 있다는 것이나, 고려중인 특징이 제2 권선의 통전 시간을 최적화하는 것일 때는 한계가 있다. 전도 시간이 세라믹칩의 볼륨에 직접 비례하고, 순환전류에 반비례하며 큰 모터에 적용할 경우에 시동 시간의 감소를 초래하고, 작은 모터일 경우에 너무 긴 타임주기를 초래한다. 이러한 두 사실은 큰 모터의 불충분한 시동과 작은 모터의 시동 주기 동안 높은 에너지 소비를 초래한다.

일정 시간 후 작동하도록 장치한 타임드(timed)형 시동 구성 요소는 PTC의 잔여 소비의 주요 단점을 제거하는 한편, 그러나, 그들은 크기가 다른 모터에 요구되는 시동 시간을 적용하도록 허용하지 않는다. 그 개념은 다른 모터 크기에 대한 최적의 시동 시간을 제공하는 회로의 크기를 고려하지 않으며, 그래서 몇 가지 모델을 가져야 하고, 그들 각각은 주어진 시동시간에 세팅되고, 전기 모터의 특정 제품군에 맞게 할 필요가 있으며 탈-표준화를 초래하여, 제조라인의 변경을 증가시키고, 재고를 높인다. 이러한 장치는 스타트업 순간에 동작 조건을 고려하지 않고, 그래서 최악의 조건을 위한 크기로 만들고, 그리하여 시동 시간을 증가시킨다.

위에 비추어, 본 발명은 특히 동작 파워(operating power) 측면에서, 넓은 범위의 모터의 시동 시간을 최적화할 수 있는 단상 모터 시동의 새로운 방법을 제공한다. 또한, 장치 및 시동 시스템은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 제공된다.

본 발명이 해결하려는 과제는 동작 파워(operating power) 측면에서, 넓은 범위의 모터의 시동 시간을 최적화할 수 있는 단상 모터 시동 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 간단하고 강력한 토폴로지를 가진 효율적인 시동 장치를 제공하여 i)잔여 전력 소비가 제거되는 일정 시간 후 작동하도록 한 장치(timed device)의 이점을 제공하여, 저렴한 비용 시스템으로 대규모 사용; ii) 동일한 공급 전압의 특정 모터 군(family)을 취급하기 위한 필요한 부품수의 감소; iii) 각각 다른 크기의 전기 모터에서 시동 시간이 최적화되는 전기기계식 릴레이의 특징을 제공하는 동작 커패시터를 가진 고효율 모터를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 사이즈와, 사이즈와 관련된 모터 부하의 함수(function)로 시동 시간을 최적화하는 단일 스트로크 유도 모터의 시동방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 공급 네트워크 전압에 대한 시동 시간을 자동으로 최적화하는 단일 스트로크 유도 모터의 시동방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 무시해도 좋을 전력 소비를 가진 단상 유도 모터의 시동을 위한 전자 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는시동 커패시터 또는 모터의 시동 권선과 직렬로 연결된 임의의 다른 임피던스와 결합하여 함께 동작할 수 있는 단상 유도 모터의 시동을 위한 전자적 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 상기 공급 네트워크에서 발생되는 과도상태 또는 교란에 취약하지 않은 단상 유도 모터의 시동을 위한 전자 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 서모스탯 접속 장치(thermostat contact)를 습기 없이 유지하기 위해 소량의 열을 발생하도록 사용되는 임피던스(저항)를 서모스탯 접속장치에 병렬로 연결시키는 일부 냉동시스템의 장치와 결합하여 동작할 수 있는 단상 유도 모터의 시동에 대한 전자 장치를 제공하는데 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 단상유도 모터의 시동 방법에서, 모터는 로터와 실행 권선(B1)과 시동 권선(B2)을 갖는 고정자(M)로 구성되고, 시동권선(B2)은 시동장치(28)와 전기적으로 연결되며, 시동장치(28)와 실행 권선(B1)은 전기적으로 교류전원(F)에 연결되며, a) 먼저 교류 전압소스(F)에 의해 공급되는 교류 전압신호가 제로를 크로스하는 하나 이상의 소스 타임주기(Tfon)를 시동장치를 통해 측정하는 단계; b) a)단계에서 측정된 타임주기 동안 시동 장치(28)에서 내부 타임베이스(Tref)를 생성하는 단계; c) 단상 모터의 제2 전원공급 순간(T2)에 시동 스위치(S1)을 닫고, 모터의 시동 권선(B2)에 전류 공급을 시작하는 단계; d) 시동 타임주기가 제로를 교차(cross)할 때 시동 권선(B2) 전압의 시동타임 주기(Tpar)를 한번 이상 측정하는 단계; e) 시동 권선(B2)을 통해서 흐르는 전류가 제로를 교차(cross)하는 시동 타임주기(Tpar)와 내부 타임베이스(Tref)를 비교하는 단계; f) 단계(e)에서 얻은 비교를 바탕으로 시동 권선(B2)을 통해서 흐르는 전류와 내부 타임베이스(Tref)사이의 위상 차이(Df)를 계산하는 단계; 및 g) 시동 장치(28)가 시동 권선(B2)을 통과하여 흐르는 전류와 미리 설정된 시동 위상 경계(Lfap)보다 큰 값의 내부 타임베이스(Tref)사이의 위상 차이(Df)를 검출할 때 상기 단계f)의 계산에 기초하여 시동 스위치(S1)을 개방하는(opening) 단계를 포함하는 단상유도 모터의 시동 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 시동 스위치(S1)와 서로 전기적으로 병렬로 연결된 적어도 하나의 직류소스(29), 직류소스에 의하여 전기를 공급받는 적어도 하나의 전자 신호처리 장치(30), 제어 단자(26)를 통해서 시동 스위치(S1)에 연결되어 전기적으로 동작하는 전자 신호처리 장치(30), 전자 신호처리 장치(30)와 시동 스위치(S1)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전압 제로-크로싱 센서, 전자 신호처리 장치(30)와 시동 스위치(S1)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 제로-크로싱 센서, 시동 스위치(S1)를 통해서 단상 유도모터의 시작 및/또는 정지를 촉진시키도록 구성된 시동 장치로 구성된 단상 유도모터(28)의 시동 장치를 구현하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 로터와 실행 권선과 시동 권선을 가진 고정자(M)로 구성된 단상 유도모터의 시동을 위한 시스템에서, 교류 전압소스(F)에 접촉 단자를 통해 전기적으로 연결된 시동 스위치, 상기 시동 스위치는 전기적으로 교류 전압소스(F)에 시동 권선의 제1 단자를 연결하도록 구성되고; 시동 스위치의 접촉 단자로부터 공급되는 직류 소스(29)와; 직류 소스에 의해 공급되어 시동 스위치(S1)와 연결되어 동작하는 전자 신호처리장치(30)와; 시동 권선(B2)의 전류가 제로를 크로스하는 순간 또는 타임주기를 검출하도록 구성된 시동 권선(B2)의 전류 제로-크로싱 센서(RS)와; 시동 스위치(S1)의 단자사이의 전압이 제로를 크로스하는 순간 또는 타임 주기를 검출하도록 구성된 시동 스위치(S1)의 단자에서의 전압 제로-크로싱 센서(VS)와; 모터의 시동 권선(B2)에 전류의 공급을 시작하기 위하여 시동 스위치(S1)를 닫도록 구성된 시스템; 및 시동 권선(B2)에 흐르는 전류와 교류전압소스(F)로부터의 전압 신호사이의 위상 검출 시 시동 스위치(S1)를 열도록 구성된 시스템으로 구성된 단상 유도모터의 시동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 동작 파워(operating power) 측면에서, 넓은 범위의 모터의 시동 시간을 최적화할 수 있는 단상 모터 시동 방법을 제공할 수 있는 유리한 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 잔여 전력 소비가 제거되는 일정 시간 후 작동하도록 한 장치(timed device)의 이점을 제공하여, 저렴한 비용 시스템으로 대규모로 사용하며, 동일한 공급 전압의 특정 모터 군(family)을 취급하기 위한 필요한 부품수를 감소시키고, 각각 다른 크기의 전기 모터에서 시동 시간이 최적화되는 전기기계식 릴레이의 특징을 제공하는 동작 커패시터를 가진 고효율 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 사이즈와, 사이즈와 관련된 모터 부하의 함수(function)로 시동 시간을 최적화하는 단일 스트로크 유도 모터의 시동방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 공급 네트워크 전압에 대한 시동 시간을 자동으로 최적화하는 단일 스트로크 유도 모터의 시동방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 무시해도 좋을 전력 소비를 가진 단상 유도 모터의 시동을 위한 전자 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 시동 커패시터 또는 모터의 시동 권선과 직렬로 연결된 임의의 다른 임피던스와 결합하여 함께 동작할 수 있는 단상 유도 모터의 시동을 위한 전자적 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 상기 공급 네트워크에서 발생되는 과도상태 또는 교란에 취약하지 않은 단상 유도 모터의 시동을 위한 전자 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 서모스탯 접속 장치(thermostat contact)를 습기 없이 유지하기 위해 소량의 열을 발생하도록 사용되는 임피던스(저항)를 서모스탯 접속장치에 병렬로 연결시키는 일부 냉동시스템의 장치와 결합하여 동작할 수 있는 단상 유도 모터의 시동에 대한 전자 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 이하의 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명한다:
도 1은 본 발명의 목적인 전자 시동장치 및 시스템의 바람직한 실시 예의 개략적인 다이어그램을 보여준다.
도 2는 본 발명의 개시에 따라 전자 시동장치의 전압 파형이 도시된 그래프를 나타낸다.
도 3은 시동 장치의 제어장치에 의해 수행된 타임베이스 설정을 도시한 그래프를 보여준다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다.

본 발명의 목적을 살펴본다. 본 발명의 제1 목적은 간단하고 강력한 토폴로지를 가진 효율적인 시동 장치를 제공하는데 있으며, 그것은: i)잔여 전력 소비가 제거되는 일정 시간 후 작동하도록 한 장치(timed device)의 이점을 제공하여, 저렴한 비용 시스템으로 대규모 사용; ii) 동일한 공급 전압의 특정 모터 군(family)을 취급하기 위한 필요한 부품수의 감소; iii) 각각 다른 크기의 전기 모터에서 시동 시간이 최적화되는 전기기계식 릴레이의 특징을 제공하는 동작 커패시터를 가진 고효율 모터의 사용을 허용한다.

본 발명의 제2 목적은 사이즈와, 사이즈와 관련된 모터 부하의 함수(function)로 시동 시간을 최적화하는 단일 스트로크 유도 모터의 시동방법을 제공하는 것이다.본 발명의 또 다른 목적은 공급 네트워크 전압에 대한 시동 시간을 자동으로 최적화하는 단일 스트로크 유도 모터의 시동방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 무시해도 좋을 전력 소비를 가진 단상 유도 모터의 시동을 위한 전자 장치를 제공하는 것이다.또한, 본 발명의 목적은 시동 커패시터 또는 모터의 시동 권선과 직렬로 연결된 임의의 다른 임피던스와 결합하여 함께 동작할 수 있는 단상 유도 모터의 시동을 위한 전자적 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 공급 네트워크에서 발생되는 과도상태 또는 교란에 취약하지 않은 단상 유도 모터의 시동을 위한 전자 장치를 제공하는 것을 목표로 삼는다.

마지막으로, 본 발명의 목적은 서모스탯 접속 장치(thermostat contact)를 습기 없이 유지하기 위해 소량의 열을 발생하도록 사용되는 임피던스(저항)를 서모스탯 접속장치에 병렬로 연결시키는 일부 냉동시스템의 장치와 결합하여 동작할 수 있는 단상 유도 모터의 시동에 대한 전자 장치를 제공하는 것이나, 그러나 그것은 또한 전자장치의 일부 형태의 동작을 혼란시키거나 또는 방해하는 압축기 단자에 잔류 전압 현상을 유도하여 그러한 잔류 전압을 압축기의 작동 상태로 잘못 해석할 수 있다.

도 1은 본 발명 목적의 바람직한 실시 예를 도시한 것이다.

특히, 본 발명은 효율적이고 단순화된 방법으로 상기 모터의 점화 및 셧다운(shutdown)을 위한 수단을 제공하도록 구성된 단상 유도모터에 시동장치(28)를 제공한다.도 1에서 볼 수 있듯이, 이 장치(28)는 시동 스위치와 전기적으로 서로 병렬로 연결된 적어도 하나의 직류 소스(29)로 구성되어 있다. 바람직하게는, 단일 직류소스(29)에 적합하도록 제안하나, 그러나, 하나 이상의 소스가 장치(28)의 구성요소 및/또는 기능모듈에 공급하기 위하여 설치될 수 있으며, 아래에서 자세하게 기술될 것이다.

또한, 상기 장치(28)는 직류 소스(29)에 의하여 전기적으로 공급되는 적어도 하나의 전자 신호처리장치(30)를 포함하고, 이 장치(30)는 제어 단자(26)를 통해 시동 스위치(S1)와 연결 동작한다. 가장 바람직하게는, 시동 장치(28)는, 예를 들어 마이크로-프로세서 또는 마이크로-컨트롤러 같은 단 하나의 전자 신호처리장치(30)를 포함하나, 두 개 이상이 이 스타터(28)의 기능 및 작동에 영향을 주지 않고 사용될 수 있다.

잘 알려진 일부 종래의 구성 요소는, 다른 것들 중에, 예를 들어 마이크로칩 제품의 마이크로-콘트롤러, ICPs 또는 8051와 8052 같은 인텔 제품의 마이크로-콘트롤러는, 본 발명에서 전자 신호처리장치(30)를 구축하는데 쉽게 사용할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 이 장치(30)는 또한 전용 전자 회로에 의해 제작될 수 있고 일반적으로 사용하는 전자 부품으로 설계할 수 있다.

또한 도 1에서, 시동 장치(28)는 전자 신호처리장치(30)와 시동 스위치(S1)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전압 제로-크로싱 센서(SV)로 구성되고, 적어도 하나의 전압 제로-크로싱 센서(RSV)는 전자 신호처리장치(30)와 시작 스위치(S1)에 전기적으로 연결되어 있음을 보여준다.

본 발명에 개시에 따라 시동 장치(28)는 시동 스위치(S1)통해서 단상 유도모터의 시동 및/또는 셧다운을 촉진하도록 구성되어 있다.더 구체적으로, 도 1에서볼 수 있듯이, 시동 장치(28)는 시동 스위치(S1)을 통해 교류 전압소스(F)에 시동 권선(B2)을 연결한다. 모터의 스타트업 후, 시동 스위치(S1)는 장치(28)에 의하여 개방 위치가 된다.

본 발명의 혁신적인 특징은 모터 스타트업의 구동 및 제어의, 방법론, 또는 방법에 관한 것이다. 이러한 모터는 도 1에 도시된 바와 같이 로터와 실행 권선(B1) 및 시동 권선(B2)을 구비한 고정자(M)로 구성되어 있다. 도 1에서, 시동 권선(B2)은 후술될 시동 장치(28)에 전기적으로 연결되어, 그래서 실행 권선(B1)은 교류 전압 공급소스(F) 또는 단순히 교류 전압 공급소스(F)에 전기적으로 연결되어 있음을 알 수 있다.

더 넓게, 본 발명의 방법은 주요단계를 바탕으로 아래에 설명되어 있다. 즉:a) 먼저, 시동 장치(28)를 통해 교류 전압소스(F)에 의해 공급되는 교류 전압 신호가 제로를 크로스하는 하나 이상의 소스 타임주기(Tref)를 측정하는 단계;

b) 시동 장치(28)에서 상기 a)단계에서 측정된 타임 주기 동안 교류전압소스(F)의 전압 신호의 위상에 동기된(synchronized) 상기 베이스(Tref)로 내부 타임베이스(Tref)를 생성하는 단계;

c) 단상 모터의 제2 공급주기 또는 순간(T2)에 시동 스위치(S1)를 닫고, 모터의 시동 권선(B2)에 전류 공급을 시작하는 단계;

d) 후자가 제로를 교차(cross)하는 시동 권선(B2)의 전압에서 한 번 이상 시동타임주기(Tpar)을 측정하는 단계;

e) 시동 권선(B2)을 통해서 흐르는 전류가 제로를 크로스(cross)하는 타임과 내부 타임베이스(Tref)를 비교하는 단계;

f) 시동 권선(B2)을 통해서 흐르는 전류와 단계(e)에서 얻은 비교를 바탕으로 한 내부 타임베이스(Tref)사이의 위상 차이(Df)를 시동 장치(28)를 통해 계산하는 단계;

i)시동장치(28)가 시동권선(B2)을 통과하여 흐르는 전류와 미리 설정된 시동 위상 경계(Lfap)를 초과한 값의 내부 타임베이스(Tref) 사이의 위상 차이(Df)를 검출할 때 단계f)의 계산을 바탕으로 시동 스위치(S1)을 개방하는(opening) 단계를 포함한다.

도 2는 본 발명의 개시에 따라, 단상유도모터의 스타트업의 중요한(critical) 순간을 식별하도록 허용하는 시동장치(28)에 존재하는 전압파형을 나타낸다.

이 경우에, 미리 설정된 위상 경계(Lfap)는 모터가 정격 운전속도에 가까운 회전속도로 가속될 때의 모터의 동작 상태를 묘사함을 주목할 가치가 있다. 위의 단계 “d”는 모터가 스타트업을 시작하는 시점에 해당하는 것이 사실이다.

반면에, 설명한 바와 같이 위상 경계(Lfap)는 기계의 스타트업의 초기에 비해 모터가 실질적으로 높은 회전수에 도달하는 시점에 해당한다. 전기모터가 저속이거나 정지할 때, 예를 들어, 시동 권선(B2)에 흐르는 전류와 계산된 내부 타임베이스 사이에 계산된 위상차이(Df)는 본 발명에서 상당히 작다.

정리하자면, 동작 중에, 도 1에서 보는 바와 같이 시동 스위치(S1)의 개방은 모터가 그것의 명목상의 값에 가까운 회전 속도로 가속되는 순간에 시동 장치(28)에 포함된 전자 신호처리장치(30)에 의해 전송된 명령을 통해 영향을 받음을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 방법은 시동 권선(B2)에 흐르는 전류와 내부 타임베이스(Tref)사이의 위상차이(Df)가 미리 세트된 시동시간(starting Tppre)의 종료 후 정상 상태에 가까운 속도로 모터가 가속된 상태를 나타내도록 구성된 미리 설정된 위상 값(Fpred)보다 클 때 시동 스위치(S1)을 여는 단계를 더 포함한다.

다른 방법으로 표현하면, 여기 청구된 목적의 동작방법은 또한 시동 권선(B2)에 흐르는 전류와 계산된 내부 타임베이스(Tref)사이의 위상차이(Df)가 영(null)의 변이를 가질 때 시동 스위치(S1)을 여는 단계를 제공하며, 이 조건은 모터가 가속을 종료하였을 경우 모터의 동작 상태를 나타내도록 세트된다.

따라서, 제어 단자(26)를 통해 전자 신호처리장치(30)는 시동 권선(B2)에 전류 공급을 종료하며, 시동 스위치(S1)를 개방 및 이 상태로 유지하라는 명령을 내리고, 그리하여 모터가 시동된다.

본 발명에서, 교류 전압소스신호(F), 또는 공급되는 전원은 모터의 정지를 특정하기에 충분한 정지 주기(Tpara)동안 정지될 때까지 시동 스위치(S1)를 개방하는 단계(j)를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 방법은 모터 스타트업 후 제로-크로싱이 시동 스위치(S1)의 전압(Vpar)에서 발생하는 타임 주기 또는 순간을 분석하기 위한 단계를 더 포함한다. 그래서, 시동 스위치(S1)는 모터의 시동 동안 닫힘을 유지하고 모터가 동작하는 전체 시간 동안 개방되어 있으며, 그래서 전자 신호처리장치(30)는 소스 단자(25)와 모터의 동작 상태를 검출하고, 모터의 감속 또는 교류전압공급 소스(F)에 의하여 공급되는 출력(power)의 인터럽트를 통해 셧다운을 인식할 수 있는 전압 제로-크로싱 센서(SV)를 통해서 상기 시동스위치(S1)의 전압 제로-크로싱 순간을 기록한다.

본 발명의 방법은 내부 타임베이스(Tref)를 저장하고, 그것을 시동 권선(B2)의 전압 제로-크로싱과 동기화(synchronizing)하는 단계를 더 포함한다. 도 3은 본 발명의 목적에 따라, 전자 신호처리 장치(30)에 의하여 수행되는 타임베이스 세팅을 디스플레이한 그래프를 나타낸 것이다.

앞서의 언급과 관련하여, 각각의 새로운 모터 스타트업으로 새 타임베이스 또는 기준점이 전자장치(30)에 의하여 생성되고 저장되며, 그래서 회로는 새로운 시스템 부하 조건에, 특히 공급 전압(overcharge or undercharge)과 고정자의 실행 권선(B1)과 시동 권선(B2)의 온도조건에 자동으로 적응한다.

각각의 새로운 시동 사이클을 위해 생성된 기록으로 인해, 회로는 특정 형태의 모터를 작동하도록 하기위해 현재 다른 종래 기술의 솔루션에서 발생하는 사전 교정을 전혀 요구하지 않으며, 따라서 넓은 범위의 모터에서 사용이 용이하다.

로터가 잠긴 상태이고, 위상 차이(Df)에 변화가 없어서 스타트업 또는 점화 시도에 실패한 경우, 시동 스위치(S1)의 닫힘으로부터의 시간이 모터 스타트업의 종료를 위하여 설정된 최대 시간 값을 초과할 때 전자 신호처리장치(30)는 시동 스위치(S1)의 개방을 지시한다. 이 조건에서, 도 2에 표시된 시간 간격(E1)이 과도하게 확장하여, 최대 허용 가능한 시간에 도달하게 되고, 시동 스위치(S1)의 개방이 시동 스위치 자체를 보호할 수 있을 것이다.

따라서, 앞서의 설명을 바탕으로, 본 발명의 방법은 시동 스위치(S1)의 닫힘으로부터 카운트된 시간이 모터 스타트업 종료를 위한 설정된 최대 타임 값(Tmax)를 초과할 때 시동 장치(28)을 통해서 시동 스위치(S1)의 개방을 결정할 수 있는 단계를 제공한다.

이 경우에, 새로운 시동 사이클을 허락하기 전에, 회로는 모터의 냉각을 위해 및/또는 모터에 의해 공급되는 토크에 부하조건을 조정하기 위해 요구되는 적당한 주기(period)동안 지연할 것이다. 이러한 마지막 작업을 종료하기 위해, 제안된 방법은 모터(Tres)의 냉각 및/또는 새로운 시동 사이클을 허용하기 전에 모터에 의해 제공되는 토크에 부하 조건을 설정하는데 필요한 최소부하시간(Tmin)을 위한 지연과 관련된 단계를 제공한다.

마지막으로, 본 발명은 로터와 고정자(M)을 가진 단상유도모터를 시동하기 위한 시스템을 제공한다. 고정자는 앞서 언급한 바와 같이 실행 권선(B1)와 시동 권선(B2)을 포함한다.

더 자세히, 도 1에 도시된 바와 같이, 이 시스템은 교류 전압 소스(F)에 접촉 단자를 통해서 전기적으로 연결되는 시동 스위치(S1)를 포함하며, 상기 시동 스위치(S1)는 교류 전압 소스(F)에 시동 권선(B2)의 제1 단자와 전기적으로 연결되게 구성되어 있다.

동일한 도 1에서, 여기 제안된 시스템의 시동 스위치(S1)의 접촉 단자로부터 공급되는 직류 소스(29)의 존재를 볼 수 있다.

이 시스템에는 앞서 기술한대로, 직류 소스(29)로 공급되고, 시동 스위치(S1)와 연결되어 동작하는 적어도 하나의 전자 신호 프로세서(30)에 대한 규정이 있다.

또한, 시동 권선(B2)의 전압 제로-크로싱 센서(RS)는 시동 권선(B2)에서의 전류가 제로를 크로스하는 타임주기 또는 순간을 검출하기 위해 구성된 전류 시동 시스템에 제공된다. 시동 스위치(S1)의 단자에 연결된 전압 제로-크로싱 센서(SV) 또한 이 시스템에 제공되며, 시동 스위치(S1)의 단자사이의 전압이 제로를 크로스하는 타임주기 또는 순간을 검출하도록 구성되어 있다.

본 발명의 목적인 시동 시스템은, 매우 효율적이고 기능적인 방법으로, 엔진을 시동할 때 모터의 시동 권선(B2)에 전류 공급을 시작하기 위하여 시동 스위치(S1)를 닫도록 구성되어 있다. 현재 사용 가능한 솔루션과 관련한 매우 혁신적인 방법으로, 앞서 언급한 시스템은 시동 권선(B2)에서 순환하는 전류와 내부타임베이스(Tref) 사이에 검출된 위상 차이(Df)로부터 시동 스위치(S1)를 개방하도록 구성되어 있다.스타터(S1)의 개방은 앞서 계산된 위상 차이(Df)가 미리 설정된 위상 한계(Lfase)보다 클 때 이루어진다.

본 발명의 시동 시스템의 구성에서, 시동 스위치(S1), 직류 소스(29), 전자 신호처리장치(30)와 전압 제로- 크로싱 센서(RS) 및 전압 제로- 크로싱 센서(SV)는 결합하여 시동장치(28)를 형성할 수 있다.

도 1은 교류전압공급 소스(F)의제1단자는 실행 권선(B1)의 제1 기어 단자(45)와 시동 스위치(S1)의 제1 스위치 단자(S1')에 전기적으로 연결되어 있음을 보여준다. 제1 소스 단자(1)는 직류 소스(29)의 제1 직류소스 단자(27)와 연결된다.또한 도 1에서, 하나는 제2 직류소스 단자(25)는 시동 스위치(S1)의 제2 스위치 단자(S1")와 전기적으로 연결되어 있음을 보여준다.상기 시동 스위치(S1)의 제어에 관련하여, 시동 스위치(S1)의 제어단자(26)을 통해서 전자 신호처리장치(30)에 연결되어 동작함을 알 수 있다.그것의 동작 형태에서, 도2와 도3에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 소위 시동장치(28)로 교류 전압소스(F)의 신호 전압 위상과 동기된 내부 타임베이스(Tref)를 생성하기 위하여 전자 신호처리장치(30)를 적용한다.

이와 관련하여, 전자 신호처리장치(30)는 시동 권선(B2)을 통해서 흐르는 전류의 위상과 내부 타임베이스(Tref)사이의 계산된 위상 차이(Df)에 기초하여 시동 스위치(S1)의 개폐 순간을 결정한다.

또한, 전자 신호처리장치(30)는 모터 정지가 특징인 타임주기 동안 교류 전류소스(F)에 의하여 공급되는 출력이 인터럽트될 때까지 시동 스위치(S1)을 개방으로 유지한다.

도 1은 본 발명의 시스템은 실행 권선(B1)과 시동 권선(B2)을 통과하는 전류사이의 위상 차이를 제공하는 그러한 방법으로 고정자(M)의 실행 권선(B1)과 시동 권선(B2)의 단자에 병렬로 위치하는 동작 커패시터(CR)의 사용을 제공하는 것을 설명한다. 마지막으로, 본 발명은 종래의 알려진 솔루션과 비교하여 훨씬 더 효율적이고 단순화되었을 뿐만 아니라 그런 유형의 모터의 넓은 출력 범위에 대하여 더 최적화된 시동을 제공할 수 있는 단상 모터를 시동하기 위한 시스템, 방법 및 장치로 구성된 시동 메커니즘을 제공함으로써 목적을 달성한다.

바람직한 실시 예의 예로 기술하였지만, 본 발명의 보호범위는 가능한 균등물이 포함된 청구항의 구성에 의하여 제한되고 있는 다른 가능한 변형을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.

Claims

단상유도 모터의 시동 방법에서, 모터는 로터와 실행 권선(B1)과 시동 권선(B2)을 갖는 고정자(M)로 구성되고, 시동권선(B2)은 시동장치(28)와 전기적으로 연결되며, 시동장치(28)와 실행 권선(B1)은 전기적으로 교류전원(F)에 연결되며,
a) 먼저 교류 전압소스(F)에 의해 공급되는 교류 전압신호가 제로를 크로스하는 하나 이상의 소스 타임주기(Tfon)를 시동장치를 통해 측정하는 단계;
b) a)단계에서 측정된 타임주기 동안 시동 장치(28)에서 내부 타임베이스(Tref)를 생성하는 단계;
c) 단상 모터의 제2 전원공급 순간(T2)에 시동 스위치(S1)을 닫고, 모터의 시동 권선(B2)에 전류 공급을 시작하는 단계;
d) 시동 타임주기가 제로를 교차(cross)할 때 시동 권선(B2) 전압의 시동타임 주기(Tpar)를 한번 이상 측정하는 단계;
e) 시동 권선(B2)을 통해서 흐르는 전류가 제로를 교차(cross)하는 시동 타임주기(Tpar)와 내부 타임베이스(Tref)를 비교하는 단계;
f) 단계(e)에서 얻은 비교를 바탕으로 시동 권선(B2)을 통해서 흐르는 전류와 내부 타임베이스(Tref)사이의 위상 차이(Df)를 계산하는 단계; 및
g) 시동 장치(28)가 시동 권선(B2)을 통과하여 흐르는 전류와 미리 설정된 시동 위상 경계(Lfap)보다 큰 값의 내부 타임베이스(Tref)사이의 위상 차이(Df)를 검출할 때 상기 단계f)의 계산에 기초하여 시동 스위치(S1)을 개방하는(opening) 단계를 포함함을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
청구항 1에 있어서,
미리 설정된 시동 위상 경계(Lfap)는 모터의 회전속도가 정상 속도에 가깝게 가속되는 동작 상태를 나타냄을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
모터의 회전속도가 정상 동작속도에 가깝게 가속되는 순간에 시동 장치(28)에 내장된 전자신호처리 장치(30)를 통해 송신된 명령으로 시동 스위치(S1)를 개방함을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
청구항 1에 있어서,
시동 권선(B2)를 통과하여 흐르는 전류와 내부 타임베이스(Tref)사이의 위상 차이(Df)가 미리 정의된 시동 시간(Tppre)이 종료된 후 모터의 회전속도가 정상속도에 가깝도록 가속된 상태를 나타내는 미리 설정된 시동 위상 값(Fpred)보다 클 때, 시동 스위치(S1)를 개방하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
청구항 1에 있어서,
시동 권선(B2)를 통과하여 흐르는 전류와 내부 타임베이스(Tref)사이의 위상 차이(Df)가 모터의 가속이 종료된 동작을 나타내는 구성을 가진 상태가 되어 변화가 없을 때, 시동 스위치(S1)를 개방하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
청구항 1에 있어서,
모터의 정지를 특정하기에 충분한 정지 타임주기(Tpara)동안 교류전압소스(F)의 신호전압이 인터럽트될 때까지 시동스위치 개방을 유지하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
청구항 1의 임의의 어느 한 항에 있어서,
모터의 스타트업 후, 전압 제로 크로싱(Vpar)이 시동 스위치(S1)에 발생하는 순간 또는 타임주기(time period)를 분석하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
내부 타임베이스(Tres)를 저장하고, 그리고
타임 내부 기준(Tref)를 시동 권선(B2)의 전압 제로-크로싱과 동기화하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
시동 스위치(S1)의 닫힘에서 카운터된 지속기간이 모터 스타트업의 종료로 미리 정의되는 최대 타임값(Tmax)을 초과할 때 시동 장치를 통해서 시동 스위치(S1)의 개방을 결정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
청구항 9에 있어서,
모터의 새로운 시동 사이클을 시작하기 전에 모터의 냉각을 위한 소정의 웨이팅 타임(Tres), 및/또는 모터에 의하여 공급되는 토크에 부하 조건을 설정하기 위해 구성된 최소부하타임(Tmin)을 가지는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 단상유도 모터의 시동 방법.
시동 스위치(S1)와 서로 전기적으로 병렬로 연결된 적어도 하나의 직류소스(29), 직류소스에 의하여 전기를 공급받는 적어도 하나의 전자 신호처리 장치(30), 제어 단자(26)를 통해서 시동 스위치(S1)에 연결되어 전기적으로 동작하는 전자 신호처리 장치(30), 전자 신호처리 장치(30)와 시동 스위치(S1)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전압 제로-크로싱 센서, 전자 신호처리 장치(30)와 시동 스위치(S1)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 제로-크로싱 센서, 시동 스위치(S1)를 통해서 단상 유도모터의 시작 및/또는 정지를 촉진시키도록 구성된 시동 장치로 구성됨을 특징으로 하는 단상 유도모터(28)의 시동 장치.
로터와 실행 권선과 시동 권선을 가진 고정자(M)로 구성된 단상 유도모터의 시동을 위한 시스템에서,
교류 전압소스(F)에 접촉 단자를 통해 전기적으로 연결된 시동 스위치, 상기 시동 스위치는 전기적으로 교류 전압소스(F)에 시동 권선의 제1 단자를 연결하도록 구성되고;시동 스위치의 접촉 단자로부터 공급되는 직류 소스(29);직류 소스에 의해 공급되어 시동 스위치(S1)와 연결되어 동작하는 전자 신호처리장치(30);시동 권선(B2)의 전류가 제로를 크로스하는 순간 또는 타임주기를 검출하도록 구성된 시동 권선(B2)의 전류 제로-크로싱 센서(RS);
시동 스위치(S1)의 단자사이의 전압이 제로를 크로스하는 순간 또는 타임 주기를 검출하도록 구성된 시동 스위치(S1)의 단자에서의 전압 제로-크로싱 센서(VS);
모터의 시동 권선(B2)에 전류의 공급을 시작하기 위하여 시동 스위치(S1)를 닫도록 구성된 시스템; 및
시동 권선(B2)에 흐르는 전류와 교류전압소스(F)로부터의 전압 신호사이의 위상 검출 시 시동 스위치(S1)를 열도록 구성된 시스템으로 구성됨을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.
청구항 12에 있어서,
계산된 위상차이가 미리 설정된 위상 한계(Lfase)를 넘을 경우에 시동 스위치(S1)의 개방하도록 구성됨을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.
청구항 12에 있어서,
시동 스위치(S1), 직류 전원 소스(29), 전류 제로-크로싱 센서(RS)와 전압 제로-크로싱 센서(VS)의 전자 신호처리 장치(30)의 조합으로 시동 장치(28)를 구성함을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.
청구항 12에 있어서,
교류전압공급 소스(F)의 제1 공급 단자(1)는 실행 권선(B1)의 제1 기어단자와 시동 스위치(S1)의 제1 스위치 단자(S1')에 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.
청구항 15에 있어서,
제1 소스 단자(1)는 직류 소스(29)의 제1 직류단자(27)와 연결됨을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.
청구항 12에 있어서,
전자 신호처리장치(30)는 시동 스위치(S1)의 제어 단자(26)를 통해서 시동 스위치(S1)과 연결되어 동작하도록 연결됨을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.
청구항 14에 있어서,
전자 신호처리장치(30)는 시동 장치(28)를 통해 내부타임 베이스(Tref)와 교류전압소스(F)의 교류전압신호위상과 동기된 이 표준시간을 생성함을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.
청구항 12에 있어서,
전자 신호처리장치(30)는 시동 권선(B2)을 통해서 흐르는 전류의 위상과 교류전압소스(F)에서의 위상사이의 계산된 위상 차이(Df)에 기초하여 시동 스위치(S1)의 개폐 순간을 결정함을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.
청구항 12에 있어서,
전자 신호처리장치(30)는 교류전압소스(F)에 의하여 공급되는 전력이 모터 정지를 특정하는 타임주기 동안 인터럽트될 때까지 시동 스위치(S1)를 개방 상태로 유지하도록 구성됨을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.
청구항 12에 있어서,
실행 권선(B1) 및 시동 권선(B2)를 통해 흐르는 전류 사이의 위상 차이를 제공하기 위하여 고정자(M)의 실행 권선(B1) 및 시동 권선(B2)의 단자와 병렬로 배열된 동작 커패시터(CR)를 더 포함함을 특징으로 하는 단상 유도모터의 시동 시스템.