KR870002154B1 - 두 유도권선을 설치한 동기모터의 제어회로 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

두 유도권선을 설치한 동기모터의 제어회로 장치

제2도는 본 발명에 의한 제어회로도.

제1도 내지 제4도는 각각 본 발명에 의한 제어회로의 여러가지 모우드(mode)를 나타낸다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 동기모터 2,3 : 발진기(oscillator)

4 : 중간회로 5 : 전력공급조립체

6 : 다이오드 7 : 정류기

9 : 초퍼(chopper) 10,11 : 사이리스터

12,13 : 인덕턴스 14 : 콘덴서

본 발명은 특히 동기모터의 시동이 원활하게 되도록 두 유도권선(induced windings)을 설치한 동기모터(aynchronous motor)의 제어회로장치에 관한 것이다.

그 동기모터를 가변속도로 제어하기 위하여 자연 정류발진기를 사용하는 것은 공지되어 있다.

이 경우 그 발진기의 사이리스터는 그 작동이 자연적으로 감소되어 없어지는데 이와같은 감소에 의한 제거는 낮은 속도에서 그 동기모터자체에 의해 확보할 수 없으므로 그 동기모터의 시동을 행하는데는 어떤 스텝(steps)을 밟아야 하며, 이 경우에 그 동기 모터가 충분한 기전력을 발생하지 않는다.

따라서 일반적으로 사용되는 사이리스터의 작동을 정규적으로 감소시켜 제거하도록 하기위하여 그 발진기 내의 직류를 소멸(消滅)시킨 다음(negate), 가하여진 직류를 재생시킨후에 한세트(set)의 새로운 사이리스터를 작동시키는 것이 필요하다.

이와같은 직류의 소멸과 재생에서 동기모터의 시동시에 동기모터의 불규칙한 토오크가 발생하게 되어 불시의 서어지(inopportune surges)를 발생한다. 예로서, 3상모터인 경우 30°위상차가 있는 두 유도권선을 설치한 동기모터를 사용하면 그 동기모터의 회전이 저속일때에는 발생하는 이들의 서어지를 전체적으로 억제하지 않고 감쇄시키도록 하나 고속일때에는 보다 양호한 정규(regular)의 모터토오크(motor torque)를 발생한다.

불란서특허 제 2,452,200호에는 사이리스터를 정류(commutation)할때, 권선(onewinding)의 전류를 소실시킴으로써 발생하는 모터토오크의 감소를 보상하도록 하며, 저속일때 특히 그 동기모터가 시동할 때 그 동기모터의 권선전체에 걸쳐 흐르는 순간전류의 함이 일정하도록 하는 방법으로 다른 권선에 주어진 전류를 증가시키도록 함으로써 시동시에 일어나는 모터토오크의 이와같은 불규칙 현상을 억제하는 제어회로에 대하여 기재되어 있다.

그러나, 위 특허의 회로에서는 그 전력공급으로 초퍼(chopper)나 또는 혼성브리지정류기(mixed bridge rectifier)를 포함시킬 경우 적당하지 않다. 본 발명의 목적은 이와같은 결점을 제거시켜 그 모터토오크의 불규칙한 현상이 없는 시동을 제공하는데 있다.

따라서, 본 발명은 동기모터가 시동중에 있을때와 저속으로 있을때, 두 유도권선을 설치한 동기모터에 전력을 공급하는 두 발진기의 사이리스터의 정류에 대한 장치와 프로세스(process)를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의해 두 유도권선을 설치한 동기모터의 제어회로는 전력공급조립체, 그 동기모터의 권선에 각각 출력을 접속시킨 두 발진기와, 한쪽이 전력 공급조립체에, 다른쪽이 발진기에 접속된 중간회로와, 중간 사이리스터제어장치(control unit)로 구성되어 있다.

고 전력공급조립체는 일정한 단일흐름방향에 전류를 공급하며, 그 출력단자는 그 전력공급조립체의 (+)단자에 음극이 접속되어 프리피일 다이오드(freewheel diode)를 포함하는 프리피일 브랜치(freewheel branch)를 통해 접속되어 있다. 그 중간회로는 다음과 같이 조합하여 구성되어 있다. 즉, 그 중간회로의 입력단자에 접속되어 직렬로 배열한 두 사이리스터에 의해 구성되어 있는 브랜치로, 반대극성을 갖도록 선택한 발진기 입력단자 하나에 각각 접속되어 있는 브랜치와 ; 한쪽에서는 이 브랜치의 두 사이리스터의 접속점에 접속되고 다른 쪽에서는 그 발진기의 반대극성을 가진 다른 두 입력단자에 접속되어 있는 콘덴서와 ; 상호 유도에 의해 결합계수(coupling factor)가 큰 동일한 값을 가진 2개의 인덕턴스로, 각각 반대극성으로 선정된 그 발진기의 입력단자 하나에 직렬로 접속되어 있는 인덕턴스를 조합하여 구성되어 있다.

본 발명은 또 그 모터가 시동중에 있을때와 저속에 있을때 두 유도권선을 설치한 동기모터에 전력을 공급하며 적어도 하나의 프리피일 다이오드를 갖춘 브랜치를 통하여 출력단자가 접속되어 있는 전력공급 조립체에 접속되어 있는 2개의 발진기의 사이리스터의 정류프로세스에 관한 것으로, 정류를 하도록하는 각 발진기의 사이리스터내에 흐르고 있는 전류는 그 전력공급조립체의 출력부(output)에 있는 그브랜치가 도전성(conductive)으로 되는 프리피일 위상(freewheel phase)으로 될 때 억제된다(suppression). 도면에 따라 본 발명을 아래에 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1도에서, 제어받은 동기모터(1)의 두 유도권선이 직렬로 접속된 두 발진기 (2)와 (3)의 출력단자에 각각 접속되고, 그 발진기의 입력단자가 전력공급 조립체(5)의 단자에 접속된 중간회로(4)에 접속되며 그 전력공급조립체의 출력단자가 다이오드(6)에 의해 연결되어 있다.

중앙유니트(centrol unit)(도시생략)는 그 회로의 각종 사이리스터에 대한 작용을 감소시켜 제거한다. 여러가지의 실현할 수 있는 방식(mode)에 대하여 다음에 설명하는 바와같이, 그 중간회로(4)에는 상호 인덕턴스에 의한 결합계수가 큰 두 인덕턴스(12)와 (13)이 있으며, 이들의 주요한 역할은 그 동기모터(1)가 시동되거나 저속회전을 할때 그 모터(1)의 한쪽 유도권선에서 다른쪽 유도권선으로 전류가 흐르도록하는데 있으며, 그 모터(1)의 속도가 그 공칭속도(nominal speed)의 5-10%에 달할때 그 모터(1)는 그 사이리스터의 에너지가 자연적으로 손실되는 것을 확실하게 보장받는데 충분한 기전력이 발생되는 것으로 볼 수 있다.

레벨인덕턴스(leveling inductance)로서 작용하는 상기 두 인덕턴스(12)와 (13)은 제4도에서와 같이 중앙출력점을 가진 단일 인덕턴스를 사용해서 구성 시킬 수 있다.

그 전력 공급조립체는 예로서 교류전원(source of alternating current)에 접속된 혼성브리지정류기 조립체(mixed bridge rectifier assembly)에 의해, 또는 직류전원에 접속된 차단기에 의해 공급받을 수 있는 단속직류전류를 발생한다.

제2도에서 그 모터의 저속범위내에서 이른바 전브리지 정류기(full bridge rectifier)보다 가장 적은 소량의 전류를 사용할 수 있는 혼성브리지타입의 정류기(7)에 의해 그 회로에 전력이 공급된다.

그 정류기(7)는 두개의 브랜치로 구성되어 그 한쪽은 직렬로 접속된 두개의 사이리스터(8)로, 다른 쪽은 또 직렬로 접속된 두개의 다이오드(6)로 구성되어 있으며, 이들의 두개의 브랜치는 중간회로(4)가 접속되어 있는 정류기(7)의 출력단자 사이에 접속되어 있다.

그 중간회로(4)의 입력단자 사이에는 두개의 사이리스터(10)와 (11)이 동일방향으로 직렬로 배열되어 있다.

동일한 값을 가지며 자기결합을 하는 두개의 인덕턴스(12)와 (13)에서 제1의 인덕턴스(12)가 그 중간회로(4)의 한쪽 입력단자와 제1의 발진기(2)의 입력단자 사이에 접속되고 제2의 인덕턴스(13)가 그 중간 회로(4)의 다른쪽 입력 단자와 제2의 발진기(3)의 입력단자 사이에 접속되어, 제1의 발진기(2)에 접속된 제1의 인덕턴스(12)의 극성과 제2의 발진기(3)에 접속된 제2의 인덕턴스(13)의 극성은 반대로 되어 있다.

이 중간회로(4)에는 두개의 사이리스터(10)와 (11)의공통점과 역극성(inverted polarity)을 가진 다른 2개의 입력단자를 연결하는 두개의 발진기(2)와 (3)의 공통점 사이에 접속되어 있는 콘덴서(14)가 있다.

이 중간회로(4)의 작동은 다음과 같다. 도전성 사이리스터의 에너지를 감소시켜 제거하기 위해서는 이들의 사이리스터내에 흐르는 전류를 차단시킬 필요가 있다는 것은 이미 알려진 사실이다. 여기서, 이용된 혼성브리지의 정류기(7)는 음전압을 발생하지 않으며, 여기서 콘덴서(14)는 그 모터가 저속회전할때 이 음전압이 발생하지 않는 결점을 효과적으로 경감시키는데 유리하다.

그 발진기(2)의 사이리스터가 정류를 행할 필요가 있는 그 사이클 (주기)의 모멘트(순간)를 고려하여 보면, 그 정류기(7)가 프리피일위상과 동일위상으로 되는 즉, 전류가 다이오드(6)내에서 흐르고 있는 것으로 예측된다.

콘덴서(14)는 제2도에서와 같이 발진기(2)와 (3)에 접속된 단자상에(+)로 충전되므로 그 사이리스터(10)가 작동되어 다이오드(6), 사이리스터(10), 콘덴서(14), 발진기(3) 및 그 대응하는 모터권선과 인덕턴스(13)로된 회로내에서 콘덴서(14)의 방전에 의해 전류가 발생한다.

자기결합된 인덕턴스(12)와 (13)의 작용효과에 의해 또 하나의 권선에서 다른 권선으로 전류가 이동되므로 그 인덕턴스(13)내에서는 전류가 증가되고 그 인덕턴스(12)내에서는 전류가 감소되며, 또 전체로 볼때 소멸되어 이것에 의해 그전에 전도성을 가진 발진기(2)의 사이리스터는 그 내부에 전류가 그이상 흐르지 아니하므로 에너지가 소멸된 상태로 된다(deenergizing).

그 발진기(2)와 (3)을 통과하는 전류량의 합은 인덕턴스(12)와 (13)에 의해 일정하게 유지되기 때문에 그 모터토오크는 서어지(surge)의 영향을 받지 않는다.

또, 그 프리피일위상기간중에 정류가 발생하게 되므로 전력 공급라인내에는 어떠한 교란(perturbation)도 파급되지 않는다.

그 콘덴서(14)는 또 발진기(2)와 (3)쪽에서 (+)로 충전되나 그 초기충전은 감소되어 소멸된다. 그 인덕턴스(13)에 의해 유지되는 전류에 의해, 그리고 발진기(3)내에 특히 콘덴서 (14)내에서 완전히 전류가 통과되므로 이 콘덴서(14)는 그 전류방향으로 재충전된다.

즉, 사이리스터(10)와 (11)쪽에서 (+)로 충전된다. 따라서, 그 콘덴서(14)는 계속해서 재충전된 상태를 계속하면서 발진기(2)내에서 전도할 수 있는 사이리스터의 작동이 소멸된다.

이 콘덴서(14)의 단자의 전압에 의해 그 전류가 인덕턴스(12)와 발진기(2)내에서 흐르도록 하며, 2개의 결합된 인덕턴스(12)와 (13)에 의해 발진기(3)에서 비례적으로 그 전류가 감소되도록 한다.

이와같은 전류이동은 발진기(2)와 (3)내에 흐르는 전류가 동일하게 될 때까지 계속된다.

따라서, 사이리스터(10)는 자연적으로 그 작동이 감된다.

또 콘덴서(14)는 발진기(3)의 사이리스터의 다음 정류(next commutation)를 확실하게 확보할 수 있도록 하기 위하여 사이리스터(10)와 (11)쪽에서 (+)로 충전된다.

그 발진기(3)내에서 발생되어야하는 다음정류에 대하여 사이리스터(11)의 작동을 감소시키기 위하여 프리피일 위상이 선정된다.

콘덴서(14)의 방전으로, 전류는 다음회로내에서 발생한다.

즉, 인덕턴스(12), 발진기(2)와 이에 대응하는 모터권선, 콘덴서(14), 사이리스터(11) 및 다이오드(6).

위와같이 전류가 발진기 (3)내에서는 소멸되고 콘덴서(14)는 방전한다.

따라서, 발진기(3)내에서 전도하는 사이리스터는 그 작동이 감소되고, 콘덴서(14)의 전하는 소멸된다. 그리고, 인덕턴스(12)에 의해 유지되고 발진기(2)에서 사이리스터(11)쪽으로 흐르는 전류에 의해 그 콘덴서(14)는 발진기(2)와 (3)쪽에서 (+)로 재충전되기 시작한다.

이때 발진기(3)의 새로운 사이리스터 한세트(a set)가 작동된다.

그 콘덴서(14)는 계속해서 충전되어 그 단자의 전압의 영향에 의해 전류가 발진기(3)와 인덕턴스(13)내로 되돌아 가게 된다.

이와같은 전류의 이동은 두개의 발진기(2)와 (3)내에서 전류의 강도가 동일하게 될 때까지 계속된다.

이와같이 균형이 달성될 때, 즉 평형화(equilibrium)가 되면 사이리스터(11)는 자연적으로 그 작동이 감소되어 없어지고 콘덴서(14)는 제2도에서와 같이 발진기(2)와 (3)쪽의 단자에 (+)전하로 재충전되어 발진기(2)가 정류된 상태로 된다.

제3도는 제2도에 표시된 것과 동일한 제어회로를 나타낸 것이다.

이 제어회로는 예로서 초퍼(chopper)(9)와 같은 직류정전변환기(static converter)에 의해 전력이 공급된다.

이 회로의 작동을 설명하기 위하여 다이오드(6)가 그초퍼(9)의 외측에 표시되어 있으며 그 출력단자 사이에 배치되어 있다.

제3도의 중간회로(4)는 사이리스터(10)와 (11)의 접속방향만 제2도의 회로와 다르다.

이 제어회로는 또 모터(1)의 두 권선내의 전류를 배전하는 두개의 발진기(2)와 (3)을 가지며, 그 제어회로의 작동(기능)은 위에서 언급한 회로와 같다.

발진기 (2)내에서 정류하는 것이 필요하고, 제3도에서와 같이 그 회로가 프리피일 위상에 있어 그 사이리스터(10)가 작동되고 그 콘덴서(14)의 초기전하가 그 발진기 쪽에서 (+)로 충전된 상태에 있는 제어 사이클의 순간을 생각할 때 다음회로 내에서 전류가 발생된다.

사이리스터(10), 콘덴서(14), 발진기(3) 및 인덕턴스(13), 콘덴서(14)의 전압에 의해 전류는 이 회로내에 축전되는(accumulate)경향이 있으며, 인덕턴스(12)와 (13)사이의 상호 유도에 의해 전류는 발진기(2)내에서 소멸되고, 그 발진기의 사이리스터는 그 작동이 감소되어 없어진다.

그 콘덴서(14)는 완전히 방전되어 그 전류방향으로 재충전되기 시작한다.

그 다음 발진기(2)의 사이리스터의 새로운 한세트가 작동된다.

제2도와 동일한 방법으로 하여 콘덴서(14)가 계속해서 재충전되어 전류가 발진기(2)를 통하여 흐르게 된다. 발진기(2)와 (3)내의 전류평화가 이루어질 때 그 사이리스터(10)는 그 작동이 자연적으로 감소되어 없어진다.

따라서, 그 콘덴서(14)는 사이리스터(10)와 (11)쪽에서 (+)로 충전되고, 발진기 (3)내에서 정류를 행할 수 있다.

이 때문에, 사이리스터(11)는 회로가 프리피일위상에 있을때 작동하며 콘덴서(14)의 전하가 다음회로내에서 전류를 발생하도록 한다.

인덕턴스(12), 발진기(2), 콘덴서(14) 및 사이리스터(11)는 상호 유도에 의해 전력공급전류가 이 회로내에 축적되고 발진기(3)내에서 소멸되며, 그 발진기(3)의 사이리스터는 그 작동이 감소되어 없어진다.

콘덴서(4)의 전하는 계속 감소되어 소멸된다음, 그인덕턴스(12)에 의해 유지된 전류에 의해 콘덴서(14)가 반대 방향으로 충전된다.

그 다음, 그 발진기(3)의 사이리스터의 새로운 한세트가 작동되어 콘덴서(14)의 전하는 발진기(3)로 전류를 흐르게 한다.

2개의 발진기(2)와 (3)내에 전류의 평형화가 다시 발생하여 콘덴서(14)가 그 발진기쪽에서 충분히(+)로 충전시켜 발진기 (2)내에서 새로운 정류가 된 상태로 됨과 동시에 사이리스터(11)는 그 작동이 감소되어 없어진다.

제4도는 제1도에 나타낸 것과 동일한 장치를 나타내나. 인덕턴스(12)와 (13)을 두개의 발진기(2)와 사이에서 직렬로 배치시킨 것이다.

실제로, 나타낸 것은 중앙출력점을 가진 단일인덕턴스이다.

따라서, 콘덴서(14)는 발진기(2)와 (3)이 반대극성의 입력단자를 가진 이들 두개의 인덕턴스12)와 (13)의 중간에 접속되어 있다.

본발명에 의한 이와같은 회로는 그 모터의 두 권선 사이에 발생하는 전류의 상호보상에 의해, 부정규(irregularities)의 모터토오크를 발생함이 없이 그 모터가 이동되고 저속회전을 할때 두 권선을 설치한 동기모터의 제어를 제공하기 때문에 여러가지의 효과를 나타낸다.

또 프리피일위상중에 두개의 사이리스터(10)와 (11)이 정류되어 그 정류시에 그 프리피일 다이오드를 통하여 전류가 흐르기때문에 어떠한 교란(perturbation)도 그 전원에 영향을 주지 않는다.

결론적으로, 그 모터의 중성점(neutral point)에 접속된 단자에 관계하지 않고 소수의 구성요소를 12개의 사이리스터 정류에 사용할 수 있다는 것을 지적하여 둔다.

요악하면, 두개의 발진기와 그 대응되는 모터의 권선에대한 단상전원(single power supply)이 사용된다.

따라서, 이와같은 회로는 철도의 견인모터제어 용으로 이용할 수 있는바, 그 모터가 기계적 교란없이, 그리고 시동시의 전력소비가 배전선에서 전기적 교란을 일으키지 않고 강력한 토오크를 시동시에 제공할 수 있으므로 잇점이 있다.

본 발명에 의한 특정모우드(mode)에 대하여 설명하였으나 본 발명의 범위내에서 여러가지로 변형할 수 있다.

본 발명에 의한 회로를 설명하기 위하여 사용한 정류기 소자는 사이리스터, 철도견인용모터에 전력공급을 하는데 필요한 전류와 양적으로 적합한 소자이다. 트랜지스터등 다른 제어용반도체소자도 상당히 적은 전력을 필요로하는 모터에 대해서 정류하는데 적합하다는 것은 자명한 사실이다.

이와같이, 모터의 권선은 "Y자형상 전기회로(wye)"의 구조내에서 제약없이 나타낼 수 있으나, "델타형상 전기회로(delta)"구조로도 동일하게 표시할 수 있다.

Claims (4)

1. 두 유도권선(induction windings)을 가진 동기모터(synchronous motor)의 작동을 제어하는 제어회로 장치에 있어서,

   미리 주어진 극성(polarity)을 가진 전류를 공급하며, 전력 공급조립체의 (+)출력단자(positive output terminal)에 음극(cathode)이 접속된 적어도 하나의 프리피일 다이오드(freewheel diode)를 포함하는 프리피일 브랜치(freewheel branch)에 의해 접속된 출력단자를 가진 혼성브리지(mixed bridge) 또는 초퍼타입(chopper type)의 전력 공급조립체(Electrical power supply assembly)의, 상기 동기모터의 권선에 각각 접속된 출력을 가진 2개의 발진기(osillators)와, 상기 전력공급 조립체와 상기 발진기 사이를 접속한 중간회로(intermediary circuit)를 구성시켜, 상기 중간회로에는 상기 전력공급조립체의 출력단자 각각에 접속 되어있는 입력단자와, 그 입력단자를 통하여 직렬 접속한 두개의 사이리스터와, 높은 상호유도결합계수(high mutual induction coupling factor)를 서로 결합한 등가(equal value)의 2개의 인덕턴스와, 한쪽이 상기 사이리스터의 접속점에 접속된 콘덴서와, 반대극성을 가진 각각의 상기 발진기의 제1의 한쌍의 입력단자에 그 중간회로의 입력단자와 접속하고 반대극성을 가진 각각의 상기 발진기의 제2의 한쌍의 입력단자에 상기 콘덴서의 다른 쪽을 접속하는 수단을 조합시켜 구성하고, 상기 인덕턴스가 상기 한쌍의 입력단자중 입력단자 하나와 각각 직렬 접속시켜 구성함을 특징으로 한 상기 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 인덕턴스는 상기 중간회로의 입력단자와 상기 발진기 각각의 상기 제1의 한쌍의 입력단자 사이에서 각각 직렬 접속시킴을 특징으로 한 상기 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 인덕턴스는 상기 콘덴서의 다른 쪽과 상기 발진기 각각의 제2의 한쌍의 입력 단자 사이에서 각각 직렬 접속시킴을 특징으로 한 상기 회로장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 인덕턴스는 상기 콘덴서의 다른쪽에 접속된 중앙점을 가진 단일 인덕턴스에 의해 구성함을 특징으로 한 상기 회로장치.

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