KR890005926Y1 - 3상유도 전동기의 전력제어회로 - Google Patents

3상유도 전동기의 전력제어회로 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

3상유도 전동기의 전력제어회로
제1도는 본 고안에 따른 블럭도.
제2도는 본 고안에 따른 제1도의 구체회로도.
제3도는 본 고안에 따른 제2도의 동작 파형도.
제4도는 본 고안에 따른 제1도의 전력제어회로(50)의 상세회로도.
제5도는 본 고안에 따른 제4도의 동작 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 제로크로싱검출부 20 : 파형합성회로
30 : 1차측 제어회로 40 : 베이스 드라이버회로
50 : 전력제어회로
본 고안은 3상 유도전동기의 전력제어회로에 관한 것으로, 특히 대전력 제어 트랜지스터를 사용하여 PWM(Pulse Width Modulation)쵸퍼 방식으로 PWM파를 입력시켜 제어할 수 있도록 한 유도전동기의 전력 제어회로에 관한 것이다.
일반적으로 유도전동기는 전자유도로 1차측에서 2차측에 전력을 전달하여 이 전력을 동력으로 교환하는 원리의 전동기이다. 특징을 살펴보면 대부분 공장 배선의 경우 교류이므로 특별한 변형장치 없이 적용되고, 비교적 구조가 간단하여 취급이 용이하며, 값이 싸기 때문에 넓은 범위의 용량에 걸쳐 각종기계에 적용되고 있으나 경부하시에 역률이 급격히 감소하는 특성을 갖고 있으므로 부하율에 따라 계통의 역률 개선이 필요하게 된다.
따라서 종래의 유도 전동기는 트라이액(TRIAC)을 사용하여 위상 제어함으로서 유도 전동기의 효율을 개선하기 위한 방식들이 시도되어 왔었다. 이는 미국특허 제4,052,648에 보여주고 있으나 이러한 방법은 부하에 따라 수동으로 조절을 해야하며 입력전압이나 부하전류에 의해 큰 지동 토오크가 발생되며 경부하일 경우에는 고조파 성분을 많이 함유하고 있기 때문에 정밀한 제어기기에는 사용할수 없는 결점이 있었다.
따라서 본 고안은 종래의 문제점을 해결하기 위해 PWM 교류쵸퍼(Chopper)방식으로 3상 제로크로싱점을 검출하여 전력제어기에 부하에 따라 적절한 PWM파 입력으로 대전력 트랜지스터의 베이스 에미터를 제어하여 유도 전동기 운전효율을 개선할 수 있는 회로를 제공하는 그 목적이 있다.
상기 목적을 수행하기 위한 본 발명은 제3상 유도전동기 효율 개선회로에 있어서, 입력되는 교류전압의 3상에 따른 제로크로싱점을 검출하여 일정한 펄스폭의 신호를 발생하는 제로크로싱 검출회로와, 상기 3상 제로크로싱 검출신호와 부하변동에 따라 발생된 입력의 PWM 파를 입력하는 파형합성회로와, 직류(DC)와 교류전원과 절연되는 것으로 상기 파형합성회로의 합성된 출력신호에 따라 1차측 전력이 제어되는 1차측 제어회로와, 대전력제어 트랜지스터의 베이스와 에미터로 입력되는 신호를 드라이브하여 제어하는 베이스 드라이브 제어회로와, 교류 쵸핑을 위한 변환부로서 유도전류를 프리휠링시키며 부하에 따라 최적인 상태를 유지하도록 인가전압을 제어하는 전력변환부로 구성함을 특징으로 한다.
이하 본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술한다.
제1도는 본 고안에 따른 블럭도로서 AC 전원으로 부터 입력되는 3상 교류전압의 제로크로싱(Zero Crossing)점을 검출하여 일정한 펄스폭의 신호를 발생하는 제로크로싱검출회로(10)와, 상기 3상 제로크로싱 검출신호와 부하변동에 따라 발생된 입력의 PWM 파를 합성하는 파형 합성회로(20)와, 직류(DC)와 교류전원과 절연(Isolation)되는 것으로 상기 파형합성회로(20)의 합성된 출력신호에 따라 1차측 전력이 제어되는 1차측 제어회로(30)와, 대전력 제어 트랜지스터의 베이스와 에미터로 입력되는 신호를 드라이브 제어하는 베이스 드라이브 제어회로(40)와, 교류 쵸핑을 위한 변환부로서 유도전류를 프리휠링(Free Wheeling) 시키며 부하에 따라 최적인 상태를 유지하도록 인가전압을 제어하는 전력 변환부(50)로 구성된다.
상기 구성에 따른 본 고안의 실시예는 제로크로싱 검출회로(10)에서 3상 교류전압 신호의 영교차점(0)을 검출하여 일정한 펄스열로 출력하면 파형합성회로(20)에서 상기 제로크로싱 검출회로(10)의 출력신호와 라인(21)로 입력되는 부하변동에 따라 발생된 PWM 신호를 합성하여 1차측 제어회로(30)에 입력하면 합성파의 출력에 따라 1차측 제어회로(30)의 1차측 전원이 제어된다. 이 제어에 따라 신호가 발생되어 베이스 드라이버회로(40)에 입력되어 출력이 전력제어회로(50)의 트랜지스터의 베이스와 에미터로 입력되어 3상 유도전동기 제어를 위한 최적상태의 전압을 인가하여 제어할 수 있다.
제2도는 본 발명에 따른 제1도의 구체회로도로서 제1트랜스(TR1)로 부터 가변저항(VR1)과 캐패시터(C1)를 병렬로 연결하여 연산증폭기(OP1)의 비반전단(+)에 접속하고, 제2트랜스(TR2)로 부터 가변저항(VR2)과 캐패시터(C2)를 병렬로 연결하여 연산증폭기(OP2)의 비반전단(+)에 연결하며, 제3트랜스(TR3)로 부터 가변저항(VR3)과 캐패시터(C3)를 병렬로 연결하여 연산증폭기(OP3)의 비반전단(+)에 연결한 AC 전원의 제1-3상(U.V.W) 제로크로싱 검출회로(100-300)의 구성이 제로크로싱 검출부(10)에 대응하고, 상기 제로크로싱 검출부(10)의 각 상(U.V.W) 제로크로싱 검출 신호 출력단이 인버터(N1-N7)와 버퍼(B1-B3) 및 노아게이트(NO1-NO6)의 입력단에 연결하여 PWM 파 입력단(21)이 노아게이트(NO1-NO6)의 입력단에 연결하고 상기 인버터(N1-N3)의 출력단이 노아게이트(NO2,NO4,NO6) 입력단에 연결하도록 구성된 부분이 파형합성회로(20)에 대응하며, 상기 파형합성회로(20)의 버퍼(B1-B3), 인버터(N4-N6), 노아게이트(NO1-NO6)의 출력단을 12개로 병렬 연결된 포토카풀터(PC)의 다이오드 에노드측으로 부터 저항을 통한 각단에 연결하도록 구성한 부분이 1차측 제어회로(30)에 대응하고, 1차측 제어회로(30)의 포토카풀터(PC)의 포토트랜지스터의 콜렉터에 베이스 드라이브(BS1)를 연결하고 포토 트랜지스터 에미터에 베이스 드라이브(BS2)를 연결하며 상기 하지 않는 베이스 드라이브(BS3-BS12)도 상술한 예와같이 상기에서 제외한 11개 포토 카풀러의 콜렉터와 베이스에 각각 연결되어 포토카풀러 1차측 구동에 따라 신호를 받아 드라이브 하도록 구성한 부분이 베이스 드라이브회로(40)에 대응하며, 첨부부호 50은 전력제어회로(50)에 대응된다.
제3도는 본 발명에 따른 제2도의 동작 파형도로 (3a)파형이 AC 3상 전압 신호출력이며, (3b)파형이 PWM 파입력단(41)으로 입력되는 쵸퍼방식PWM 파형이고, (3c)는 파형은 버퍼(B1)의 출력이고, (3d)는 인버터(N4)의 출력파형이며, (3e)파형은 버퍼(B2)의 출력이고, (3f)는 인버터(N5)의 출력 파형이고, (3g)파 형은 버퍼(B3)의 출력이며, (3h)파형은 인버터(N6)의 출력이고, (3i)-(3n)파형은 노아게이트(NO1-NO6)의 출력 파형이다.
제4도는 본 발명에 따른 제1도의 전력제어회로(50)의 구체회로도로 유도 전동기 U상으로 부터 다이오드(D1)를 통해 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 연결하고 에미터로 부터 다이오드(D1')를 통 트랜지스터(Q1')의 콜렉터에 연결하며, 또한 트랜지스터(Q1')의 에미터에 상기 다이오드(D1)의 애노드측을 접속한 제1수단(401)과, 유도전동기 V상으로 부터 다이오드(D2,D2)와 트랜지스터(Q2,Q2')를 상기 U상의 구성과 같이 접속한 제2수단(402)과, 유도전동기 W 상으로 부터 다이오드(D3,D3')와 트랜지스터(Q3,Q3')를 상기 U상의 구성과 같이 접속한 제3수단(403)과, 상기 제1수단(401)으로 부터 트랜지스터(Q4)의 콜렉터에 다이오드(D4)의 캐소드측을 접속하고 다이오드(D6) 캐소드측을 트랜지스터(Q6)의 콜렉터에 접속하여 구성된 제4수단(404)과, 상기 제2수단(402)으로 부터 트랜지스터(Q5)의 에미터를 연결하며 콜렉터에 다이오드(D5)의 캐소드측을 접속하고 다이오드(D7) 캐소드측을 트랜지스터(Q7)의 콜렉터에 접속된 제5수단(405)과, 상기 제4수단으로 부터 트랜지스터(Q8)의 콜렉터에 다이오드(D8)의 캐소드측을 접속하며 다이오드(D9)의 캐소드를 트랜지스터(Q7)의 콜렉터를 접속한 제6수단(406)과, 상기 제4수단(404)과 제6수단(406)간에 부하 A(LDA)를 접속하고 상기 제5수단(405)과 병렬로 부하 B(LDB)를 접속하며 상기 부하 AB(LDA,LDB)의 직렬 구성과 병렬로 부하 C(LDC)를 접속한다.
제5도는 본 발명에 따른 제4도의 동작 파형도로 (5a)파형은 AC 전원의 U.V.W상 전압신호이고, (5b)파형은 트랜지스터(Q1)의 베이스에미터 입력 신호이고, (5c)파형은 트랜지스터(Q1')의 베이스 에미터 입력신호이며, (5d)파형은 트랜지스터(Q2)의 베이스 에미터 입력신호이며, (5e)파형은 트랜지스터(Q2')의 베이스 에미터 입력신호이며, (5f)파형은 트랜지스터(Q3)의 베이스 에미터 입력신호이고, (5g)파형은 트랜지스터(Q3')의 베이스 에미터 입력신호이며, (5h)파형은 트랜지스터(Q4)의 베이스 에미터 입력신호이며, (5i)파형은 트랜지스터(Q4')의 베이스 에미터 입력신호이며, (5j)파형은 트랜지스터(Q5)의 베이스 에미터 입력신호이고, (5k)파형은 트랜지스터(Q5')의 베이스 에미터 입력신호이며, (5l)파형은 트랜지스터(Q6)의 베이스 에미터 입력신호이고, (5m)파형은 트랜지스터(Q6')의 베이스 에미터 입력신호이다.
따라서 본 고안의 구체적 일실시예를 상술한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 AC 전원 U.V.W 상 전압 파형이 제3도의 (3a)파형처럼 제2도의 상단자(U.V.W)로 입력되면 각 트랜스(TR1-TR3)를 통해 각 가변저항(VR1-VR3)과 캐패시터(C1-C3)를 통해 연산증폭기(OP1-OP3)의 비반전단(+)으로 각각 입력되는데 여기서 가변저항(VR1-VR3)은 U.V.W 상의 제로크로싱점을 조절하되 제4도 전력 제어회로(50) 전력변환소자 측에서 보아 제로크로싱 지점이 각 상의 파형과 일치하도록 조절하며, 이때 각 연산증폭기(OP1-OP3)에서 출력은 (3c), (3e), (3g)의 파형이 된다. 상기 (3c,de,3g)파형은 인버터(N3,N2,N1)와 인버터(N4,N5,N6)에서 반전하면(3d), (3f), (3h) 파형이 된다. 이때 단자(21)를 통해 쵸퍼 PWM 신호(3b)가 상기 제로크로싱 검출신호와 같이 노아게이트(NO1-NO6)에 입력되면 노아게이트(NO1)의 출력은 연산증폭기(OP1)의 출력(3c)파형과 (3b)파형이 입력되므로 이때 출력은 (3i)파형이 출력되며 노아게이트(NO2)의 출력은 (3c)의 반전파형인 (3d)파형과 (3b)가 입력되므로 (3j)파형이 되며 상기와 같이 노아게이트(NO3-NO6)의 출력은 (3k-3n)파형으로 출력된다.
이 출력신호가 1차측 제어회로(30)에 입력되어 포토카풀러(PC)의 1차측 다이오드 캐소드측의 논리를 변환시키므로 "로우"일때 포토 트랜지스터을 온.오프하므로 포토트랜지스터 콜렉터와 에미터에서 트랜지스터 온.오프에 따른 반대파형이 출력된다.
즉 제2도에서 1차측 제어회로(30)는 실제상 12개의 포토칼풀러(PC)의 포토다이오드 캐소드측이 파형합성회로(20)의 버퍼(B1-B3)와 인버터(N4-N6), 노아게이트(NO1-NO6)의 출력단과 연결되고 포토카풀러(PC)의 포토 트랜지스터의 콜렉터에 베이스 드라이브(BS1), 에미터에 베이스 드라이브(BS2)가 연결되는 것으로 베이스 드라이브(BS3,BS4)(BS5,BS6)(BS7,BS8)(BS9,BS10)(BS11,BS12)는 상기한 바와같이 연결된다.
따라서 상기 베이스 드라이버(BS1-BS12)의 출력단(i-f)은 제4도의 트랜지스터(Q1,Q1',Q2,Q2',3,Q3',Q4,Q5,Q6,Q7,Q8,Q9)의 베이스와 에미터단에 연결되므로 상기에서 출력된 제5도의 (5a)파형이 3상교류 전원으로 U.V.W 상 전압파형일때 (5b-5m)파형이 각 트랜지스터(Q1-Q3, Q1'-Q3',Q4-Q9)로 입력될때 트랜지스터(Q1)는 U 상 전압이반파에서 쵸핑동작을 행하고 트랜지스터(Q1')는 U상 전압의 (-)반파에서 쵸핑동작을 수행한다.
마찬가지로 트랜지스터(Q2,Q3)는 각각 V.W상의반파에서 쵸핑동작을 수행하고 트랜지스터(Q2',Q3')는 V.W 상의반파에서 쵸핑동작을 수행한다. 다시 U상의반파구간에서 트랜지스터(Q1',Q4)를 도통상태로 두어서 3상 유도전동기부(7)의 부하 A(LDA)에서 발생하는 역기전력을 프리휠링시켜 주고 U상의반파 구간에서 트랜지스터(Q1',Q4)를 도통시켜서 프리휠링 시켜준다.
마찬가지로 V상과 U상에 대해서도 3상유도 전동기(407)의 부하 B(LDB)와 부하 C(LDC)간에 발생하는 역기전력을 프리휠링 시켜주기 위하여 V상의구간에서는 트랜지스터(Q2',Q5')를반파 구간에서 트랜지스터(Q2,Q5')를 도통시키며 마찬가지로 W 상의반파구간에서는 트랜지스터(Q3',Q6')를 도통시키게 된다. 상기와 같이 하므로서 3상 유도 전동기(407)의 교류 쵸핑에 의한 전력제어가 가능하게 된다.
상술한 바와같이 각 상의 제로크로싱 점을 전력 변환 소자측에서 보아 정확히 일치시켜 주므로 전력변환용 트랜지스터를 보호하여 주고 유도전동기의 역기전력을 트랜지스터의 상호교차도통으로 프리휠링 시켜주도록 제어함과 동시에 교류 쵸핑동작을 전력 트랜지스터에서 수행하여 주므로서 부하의 상태에 적절한 PWM파를 인가시켜 효율을 개선해주 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 3상 유도전동기 효율개선에 회로에 있어서, 입력되는 교류전압의 3상에 따른 제로크로싱점을 검출하여 일정한 펄스폭의 신호를 발생하는 제로크로싱 검출회로(10)와, 상기 3상 제로크로싱 검출신호와 부하변동에 따라 발생된 입력의 PWM 파를 합성하는 파형합성회로(20)와, 직류와 교류전원과 절연되는 것으로 상기 파형합성회로(20)의 합성된 출력신호에 따라 1차측 전력이 제어되는 1차측 제어회로(30)와, 대전력제어 트랜지스터의 베이스와 에미터로 입력되는 신호를 드라이브하여 제어하는 베이스드라이브 제어회로(40)와, 교류 쵸핑을 위한 변환부로서 유도전류를 프리휠링시키며 부하에 따라 최적인 상태를 유지하도록 인가전압을 제어하는 전력변환부(50)로 구성함을 특징으로 하는 3상 유도전동기 전력제어회로.
  2. 제1항에 있어서, 제로크로싱 검출부(10)는 교류전압으로 부터 U상의 제로크로싱을 검출하는 3상 제1제로크로싱 검출회로(100)와, V상의 제로크로싱을 검출하는 3상 제2제로 크로싱 검출회로(200)와, W상의 제로크로싱을 검출하는 3상 제3제로 크로싱 검출회로(300)로 구성함을 특징으로 하는 회로.
  3. 제1항에 있어서, 파형합성회로(20)는 3상 제로크로싱 검출신호를 버퍼(B1-B3)와 인버터(N4-N6)를 통해 변환하는 수단과, 상기 검출신호를 입력하는 수단과, 인버터(N1-N3)에서 반전하는 PWM 신호와 노아게이트(NO1-NO5)에 입력되도록 한 수단으로 구성함을 특징으로 하는 회로.
  4. 제1항에 있어서, 전력제어 회로(50)는 교류입력 U상 으로부터 다이오드(D1)를 통해 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 연결하고 에미터로 부터 다이오드(D1')를 트랜지스터(Q1')의 콜렉터에 연결하며, 또한 트랜지스터(Q1')의 에미터에 상기 다이오드(D1)의 애노드측을 접속한 제1수단(401)과, 유도전동기 V상으로 부터 다이오드(D2,D2')와 트랜지스터(Q2,Q2')를 상기 U상의 구성과 같이 접속한 제2수단(402)과, 유도전동기 W상으로 부터 다이오드(D3,D3')와 트랜지스터(Q3,Q3')를 상기 U상의 구성과 같이 접속한 제3수단(403)과, 상기 제1수단(401)으로 부터 트랜지스터(Q4)의 다이오드(D4)의 캐소드측을 접속하고 다이오드(D6) 캐소드측을 트랜지스터(Q6)의 콜렉터에 접속하여 구성된 제4수단(404)과, 상기 제2수단(402)으로 부터 트랜지스터(Q5)의 에미터를 연결하며 콜렉터에 다이오드(D5)의 캐소드측을 접속하고 다이오드(D7) 캐소드측을 트랜지스터(Q7)의 콜렉터에 접속된 제5수단(405)과, 상기 제4수단(404)으로 부터 트랜지스터(Q8)의 콜렉터에 다이오드(Q8)의 캐소드측을 접속하며 다이오드(D9)의 캐소드를 트랜지스터 제6수단(406)과, 상기 제4수단(404)과 제6수단(406)간에 부하 A(LDA)를 접속하고 상기 제5수단(405)과 병렬로 부하 B(LDB)를 접속하며 상기 부하 A,B(LDA,LDB)의 직렬 구성과, 병렬로 부하 C(LDC)로 구성함을 특징으로 하는 회로.
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