KR830001604B1 - 권선형 유도 전동기의 슬립 복구 시스템 - Google Patents

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Description

권선형 유도 전동기의 슬립 복구 시스템

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 권선형 유도 전동기의 전자슬립 전력제어시스템의 전기 구성도.

제2도는 하나의 인버터를 사용한 종래 기술의 전자슬립 전력제어시스템의 전기 구성도.

본 발명은 권선형 회전자 자동기의 회전자로부터의 슬립 주파수 전력을 복구하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 권선형 유도전동기의 속도 제어장치에서 있어서, 슬립 주파수 전력은 보조 회전기계를 사용함으로 혹은 콘버터에 의해 복구된다. 이들 장치들은 고전적으로 일정 마력 혹은 정 토르크형이라고 분류되어서 주기계의 전 전력 및 자속에 기초를 둔 전력에 있어서의 고유의 제한에 관계가 있는 것으로 인정된다. 일정 마력장치에서 있어서, 보조기계는 주기계의 축에 설치되거나 기계적으로 결합된다. 슬립 에너지는 기계적 에너지로 변환되어져 보조 기계에 의하여 주 전동기의 축으로 되돌아간다. 정 토르크 시스템에서는, 슬립 에너지는 전훤의 주파수와 전압을 가지는 전기적 에너지로 변환되어 공급원으로 되돌아가거나 제공급된다. 이 동력은 주 전동기의 축으로 전달되지 않기 때문에, 보조 기계는 전동기 축에 기계적으로 결합되지 않고 별도로 구동된다. 주 전동기의 제한 토르크는 일정하여서, 최대 출력 마력은 동작속도에 비례한다.

실리콘 제어 정류기(S.C.R)의 점차 높아진 정격의 사용으로 다상 전동기에 반도체 장치의 사용이 촉진되었다. 종래 기술의 슬립 에너지 복구 시스템의 반도체화에는, 슬립링의 전력이 다이오드 브리지로 정류되어 D.C링크를 지나 슬립전력을 전압원에 복귀시키는 공급선의 전류된 단일 인버터로 가게된다. 주 전동기의 속도는 인버터를 구성하는 S.C.R의 점호 각도에 의하여 제어된다. 이런 형태의 슬립 복구시스템은 주로 유도전동기의 마력이 대단이 커서 제어에 소요되는 비용이 문제가 되지 않는 선풍기나 펌프 같은 속도 범위가 작은 것에 경제적이다.

본 명세서에는 고정자가 다상 고류 전원에 연결되고 회전자가 부하에 결합된 권선형 유도 전동기의 개선된 슬립 에너지 복구시스템이 설명된다. 직렬로 연결된 제1 및 제2 인버터가 그들의 입력단자를 제각기 회전자에 결합시킨다. 인버터의 출격단자에 연결된 피이드백통로는 재생통로의 인버터 출력단자를 다시 교류 전원에 결합시킨다. 개방 및 단락위치를 가지는 제2 인버터와 병렬로 연결된 스위치는 유도 전동기의 기동 및 정지중에 개방위치로 그리고 정상 기동 중에 단락위치로 작동되어서, 이로 인하여 유도전동기의 정상 가동중에는 단지 제1 인버터만이 회로로 구성된다.

권선형 유도 전동기(WRIM)의 전자적인 슬립 전력제어를 위한 본 발명이 제1도에 도시된다. 제1도의 실시예를 설명하기전에 제2도에 도시된 종래 기술의 실시예를 참고하기로 한다.

제2도에 도시된 제어시스템은 자동으로 토르크가 조절되는 교류속도 조정장치에 쓰이는 것이다. 일반적으로(10) 표시된 권선형 유도 전동기는 고정자(12)와 회전자(14)로 구성된다. 고정자(12)는 번호(16)로 도서된 주 보호 및 단로 장치를 통하여 3상 전원에 연결된다. 역률 개선 커패시터(18) 뱅크가 필요하면 포함된다. 회전자는 번호(20),(22) 및 (24)로 도시된 슬립 링에 연결된다. 슬립 링(20),(22),(24)은 회전자의 출력 정격인, 일반적으로(26)으로 표시되는 6개의 다이오드부분으로 구성된 삼상 전파 정류기에 연결된다. 전파 정류기(26)의 출력은 일반적으로 (28)로 표시되는 평활 필터로 가해진다. 필터(28)는 일반적으로 (30)으로 표시되는 S.C.R로 구성되는 인버터뱅크를 가로질러 연결된다. 일반적으로 (32)로 표시된 변압기는 삼상일차권선(34)와 삼상 이차권선(36)을 가진다. 변압기(32)는 선택적이며 인버터(30)의 출력을 사용 교류 전원에 맞추기 위해 필요한 곳에 사용된다. 인버터 뱅크(3)는 하나만이 확인된 거의 동일한 6개의 S.C.R로 구성된다. 각 S.C.R은 애노우드(38),캐소우드(40), 그리고 게이트(42)로 구성된다.

S.C.R들은 (42)등의 케이트 중의 하나에 게이팅 신호를 가하여서 점호된다. 인버터뱅크(30)의 게이팅은 번호(44)로 표시된 궤환 및 트리거 회로를 통하여 되어진다. 번호(46)로 표시되는 부하는 부하(46)의 속도에 비례하는 신호를 발생하고 그것을 선(50)을 통하여 피이드 백 및 트리거 회로(44)로 표시되는 부하는 부하(46)의 속도에 비례 하는 신호를 발생하고 그것을 선(50)을 통하여 피이드 백 및 트리거 회로(44)에 보내는 타코미터 발전기(48)에 결합된다. 번호(52)로 표시된 토르크 트랜스 튜서는 선(54)에 의하여 피이드 백 및 트리거 회로 (44)로 보내진 토르크 피이드 백 신호를 발생한다.

요약하면, WRIM 의 회전자(14)에서 유기된 교류 전압은 전파브리지(26)에서 정류되어 D.C레벨에 이르며 이것은 필터(28)을 통하여 직접 인버터(30)에 공급되어진다.

S.C.R 인버터들은 삼상선의 주파수에 의하여 성립된 인버팅 속도로 트리거 되어져서 인버터 출력은 일정 주파수로 유지된다. 교류 단상타코미터 발전기(48)는 출력 모우터의 속도를 표시한다. 탭-언(top-oN) 저항기(52)는 회전 2차회로 내의 정류된 전류를 감지하며, 유도 전동기(10)에 의하여 생기는 토르크의 함수인 신호를 제공한다.

두궤환 신호는 함께 합하여져 인버터 점호 각도를, 그리하여 인버터의 재생출력 전압 및 전력을 제어하기 위하여 트리거 회로(44)에 신호를 공급한다. 주 보호 및 단로장치(16)를 닫아서 시스템에 에너지를 공급하는 순간, 전동기(10)과 변압기(32) 모두 에너지가 공급되어 시스템은 가동될 준비가 된다. 최초에는 인버터(30)가 작동하지 않기 때문에 회전자(14)에는 전류가 흐르지 않아서 토르크나 전동기의 회전이 일어나지 않는다. 인버터(30)를 전 전압출력에서 턴온함으로써 시스템은 작동되나, 전동기(10)는 전압이 회전자 전류가 흐르게 할 수 있는 수준으로 줄어들때까지 어떤 토르크도 발생시키지 않는다. 인버터 (30)의 전압 출력이 감소됨에 따라, 출력전압(삼상 전파 브리지(26)에 의하여 직류로 정류된)이 인버터(30)에 의하여 발생되는 반대 전압보다 크기 때문에, 전류가 회전자 회로에 흐르게 한다. 전동기의 기계적 출력 즉 토르크와 속도는, 인버터(30)의 전압 출력을 최대 반대 전압에서 최소 혹은 0 전위출력까지 변화시키므로써, 작동의 전 범위에서 제어될 수 있다.

마력은 직접 토르크와 속도의 함수이므로(즉 마력=KTS), 부하의 적용 토르크가 순간적으로 내려가서 속도를 증가시키려고 하면, 피이드 백 제어회로(44)는 삼상전원에 더 큰 교류 전력을 다시 발생시키지 위하여 인버터(30)의 S.C.R들을 게이트시키며, 그에 의하여 회전자(14)에 적용된 토르크를 복귀시키고 전동기(10)에 동일 속도와 유지시킨다.

제1도의 본 발명에서, 제2도의 장치와 동일한 것은 같은 번호로 표시한다. 제1도의 제어 시스템은 인버터가(56)과 (58) 각각 이 6개의 S.C.R로 구성되는 2부분으로 이루어지는 것 외에는 제2도의 제어시스템과 동일하다. 또한, 변압기(60)가 인버터(56)과 (58)에 제각기 연결된 2차측 (62)와 (64)로 구성된다. 변압기(60)의 일차측(66)은 3상 전원에 연결된다. 인버터(58)은 번호(68)로 표시된 분로스위치에 의하여 분로된다. 인버터(56)과 (58)은 통상, 회전자(14)의 전압용량의 반이되는 정격이고, 변압기(60)는 3권선 유니트 즉 1차권선(66)과 2개의 2차 권선(62), (64)로 된다.

제1도 시스템의 작동은 다음과 같다. 시동시에는, 두 인버터(56)과 (58)은 전 전압이 걸린다. 전동기의 전류(토르크)와 속도가 증가함에 따라, 인버터(58)은 0 전압 출력은 향하여 감소된다.

이 기간중에 인버터(56)는 최대 전압 출력으로 유지된다. 인버터(58)가 0 전압 출력에 도달하면, 단락 스위치(68)(출력에 연결됨)가 닫히고, 인버터(58)는 그리하여 단락되어 나머지 시스템의 작동을 위하여 제거된다(단락스위치(68)는 후술되듯이 정지중에 다시 개방된다).

그리하여 시스템은 제2도와 관련하여 설명된 것과 똑같이 작동한다. 즉 제어는 단독 인버터(56)에 의하여 실현되게 된다. 다시 말하면 인버터(56)로부터의 전출력 전압은 50%의 속도를 주고, 이 전압출력을 0으로 줄이는 것은 전동기 속도를 전동기(10)의 최고 정격으로 증가시킨다.

유도 전동기(10)의 정지에 있어서, 인버터(56)의 출력은 당시 작동치로부터 전 혹은 100% 크기로 증가된다. 그러면, 단락스위치(68)는 개방되고 인버터(58)는 0 출력 전압에서 다시 선으로 돌아온다. 일단 단락위치(68)가 개방되면, (회전자 전류를 인버터(58)로 전환시켜서) 인버터(58)의 출력이 0 출력 수준에서 최대치로 증가되어, 전동기(10)를 정지시킨다. 이와같이 회전자 전류(토르크)는 인버터(56)과 (58)의 직렬로 공급되는 반대 전압에 의하여 0으로 감소된다. 즉 최대전압에서 인버터(56)이 인버터(58)의 증가하는 전압 출력에 더해진다.

제1도의 장치가 종래 기술보다 유리한 점은 많다. 2개의 인버터가 사용된다는 이유로, 각 인버터의 전압 정격은 제2도의 종래기술의 단일 인버터 시스템에 있어서의 전압 정격의 1/2이 될 수 있다. 그러나, 인버터의 전압정격이 반이되는 것이 본 발명을 실시하는 필요조건이 아님에 주의하여야한다. 이와같이, 첫번째 인버터는, 두번째 만족시키기에 충분한 크기의 전압 정격을 가지고서, 권성형 전동기의 예상 가동범위를 만족하기에 충분한 전압 정격만을 가질 필요가 있는 것이다.

이 결과 낮은 전압 정격의 SCR이 사용될 수 있기 때문에 인버터 손실이 낮아지는 것이다.

두번째로 변압기(60)의 정격이 2차 권선(62)과 (64)을 적절히 선정하므로써 43%까지의 낮은 정격을 가질 수 있다.

예를들면, 인버터 1개-회전자 부분전류 100%, 회전자부분 전압 50% 인버터 2개-회전자 전류 25%, 회전자 전압의 50% 일차 권선의 정격은 인버터 I의 KVA 정격만에 맞으면 되는데, 그 이유는 두 이차측이 다 사용되면, 정격 속도 0에서 50%까지의 속도범위에서, 회전자 전류의 25%만이 취급되어진다. 이와같이 정상 100%의 속도 범위와 비교하면 변압기 정격과, 두 권선 유니트는 대단히 감소된다.

세째로, 이버터 정격을 작동 범위에서의 회전자 정격의 반으로 감소시키므로써, 최고속도에서의 인버터(56)에 의하여 발생된 KVAR은 전 범위 유니트(즉 제2도의 인버터(30))에 의하여 발생된 KVAR의 반이며 역률 개선 커패시터뱅크(18)(필요할때)은 제2도의 단일 인버터와 사용되는 역률 개선 커패시터뱅크(18)의 값의 대략 반으로 줄어든다.

또한 인버터(56)의 감소된 정격을 사용하여서, 전원으로 흘러들어가는 고조파 전류는 사용되는 인버터의 정격에 비례하므로 감소되어진다.

이와같이, 제1도의 다수의 인버터와 다수의 2차 권선 변압기 장치는 제2도의 전 범위(0-100%)전자 슬립전력 제어의 장점을 모두 제공하며, 낮은 장치비, 높은 작동효율, 그리고 축소된 전원 장애를 제공한다.

Claims (1)

1. 고정자를 다상 교류 전원에 연결하고 회전자를 부하와 결합시키며, 상기 회전자의 결합된 첫번째 인버터(56)를 갖는 권선형 유도 전동기에 있어서, 인버터(56)와 직렬로 그리고 상기 회전자와 결합된 두번째 인버터(58)와, 첫번째(56) 및 두번째 인버터(58)의 출력단을 상기 교류 전원(16)에 연결시키는 피이드 백 통로(60)와 상기 두번째 인버터(58)와 병렬로 연결되고 개방 및 단락위치를 가져서 전동기의 시동 및 정지 중에 개방된 위치로 작동되며 유도 전동기의 가동중에는 상기 단락위치로 작동되는 스위치 장치(68)로 구성되는 권선형 유도 전동기의 슬립 복구 시스템.

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