KR930007833Y1 - 전동기의 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전동기의 제어장치

제 1 도는 본 고안의 실시예와 가스 급탕기의 팬회로를 나타낸 부분 회로도.

제 2 도는 본 실시예 의 가스급탕기의 개략 구성도.

제 3 도는 본 실시예의 가스 급탕기의 제어장치의 블록도.

제 4 도는 제 3 도에 도시된 본 고안의 실시예에 따른 제어장치내의 각부 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

41 : 마이크로컴퓨터 55 : 팬회로

61 : 광결합소자

본 고안은 인가전압을 변경시킴으로써 그 회전수가 변화하는 전동기를 제어하는 전동기의 제어장치에 관한 것이다.

연소기기의 연소용팬을 구동하는 모터와 같이 사용상태에 의하여 회전수의 조절이 필요한 전동기에는 인가전압을 변경시킴으로써 필요한 회전수가 간단하게 얻어지는 직류식 전동기가 사용되고 있으며, 그 회전수는 마이크로 컴퓨터 등의 제어장치에 의하여 제어된다. 이와같은 전동기는 전원부의 부담을 적게하기 위하여 상용전원에서 정류된 직류전원에 의하여 작동된다.

따라서 마이크로컴퓨터와 같은 디지틀 계산기에 의하여 전동기를 제어하는 경우에는 누전이나 감전의 안전성을 고려하고 상용전원에서 혼입하는 잡음의 영향을 방지하기 위하여 상용전원과 전기적으로 분리시킬 필요가 있으며, 이를 위해 트랜스를 통해서 정류를 행하게 된다. 그러나 전동기가 구비하는 기기를 소형으로 할 필요등이 있을 경우나, 다른 부품과의 관계에서 자력이 발생된다는 결함이 있는 경우, 혹은 중량을 경감시킬 필요가 있는 경우에는 트랜스를 사용할 수가 없기 때문에 상용전원과의 전기적인 분리를 행할 수 없게 되고, 따라서 특히 잡음등의 영향을 받기 쉽다는 문제점이 있다.

본 고안은 제어장치와 전동기의 절연을 확본하여 잡음의 혼입을 방지함과 동시에 트랜스의 생략을 도모하고 제어수단의 제어에 의해 충실하게 전동기를 제어할 수 있는 전동기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안은 상기 목적을 달성하기 위하여, 전동기에 인가하는 인가전압에 따라 펄스폭 변조된 제어신호를 출력하는 전동기 제어수단(42)과, 이 전동기 제어수단의 제어신호에 따라 발광하는 발광수단과 이 발광수단이 발광하는 빛을 수광하는 수광수단을 구비하여 제어신호의 펄스폭에 따른 시간만 통전하는 광결합소자(61)와, 이 광결합소자가 도통하는 동안에 전동기 제어수단으로부터의 펄스신호의 펄스폭에 따른 전압을 충전하고, 광결합소자가 차단되면 충전된 전하를 방전하는 충방전수단과 복수의 OP앰프(66, 67, 68)를 포함하여 상기 충방전수단으로부터 출력된 전압을 1차 증폭하고, 이 증폭된 전압의 특성을 조정한 다음 다시 증폭하여 상기 전동기를 구동하는 구동수단과, 상기 구동수단에 의해 구동되는 상기 전동기를 포함한 연소용 팬(12)과, 이 전동기의 회전펄스에 의해 제어되는 트랜지스터에 의해 통전되는 발광수단과 출력측이 상기 전동기 제어수단에 연결되어 발광수단이 발광하는 빛을 수광하는 수광수단을 구비하고, 전동기 제어수단으로부터의 제어신호에 따라 회전하는 전동기의 회전수를 펄스신호에 의거하여 검출하는 회전수 검출수단(80)으로 이루어진다.

또한 본 고안에 따른 전동기 제어장치의 출력전압의 특성조정이 상기 OP앰프(67)의 출력궤환루트를 통해 그의 반전단자에 접속된 가변저항기(70)와, 상기 OP앰프(67)의 비반전단자에 접속된 가변저항기(67)에 의해 행해지며, 가변저항기(69)에 의해 입력전압의 강도가 조정되고, 가변저항기(70)에 의해 입력전압의 증폭률이 조정된다.

본 고안에서 전동기에 인가되는 전압에 따라서 펄스폭 변조되는 펄스신호는 시간성분을 신호성분으로 하여 제어수단에서 광결합소자로 송출되고, 전동기 구동수단은 광결합소자에 의한 시간성분에 의거하는 전압을 전동기에 인가한다.

본 고안에서 광결합소자로 전송되는 제어신호가 펄스폭 변조된 펄스신호이기 때문에, 신호 성분은 시간성분으로서 광결합소자로 전송된다. 따라서 광결합소자의 발광소자와 수광소자가 절연을 확보하기 위하여 충분한 거리를 떼어서 설치되더라도 발광시간에 따른 수광시간이 얻어지기 때문에, 신호성분은 발광량 성분으로서 나타나는 종래의 제어장치와 비교하여 제어수단의 제어에 충실하게 전동기를 제어할 수가 있다.

그리고 제어수단과 전동기가 광결합소자에 의하여 전기적으로 분리되어 있기 때문에 전동기를 상용전원으로부터 직접정류한 전력에 의하여 구동하더라도 상용전원의 영향을 받지 않으며, 더욱이 트랜스의 생략화를 도모할 수 있음과 동시에 잡음이 혼입하는 일이 작으므로 제어수단이 오동작하는 일이 적다.

다음에 본 고안을 급탕기의 연소용팬의 제어에 사용한 도면에 나타낸 실시예에 의하여 설명한다.

제 2 도는 본 실시예의 가스급탕기의 개략도로서 연소기(10)와 연료관(20)과 수관(30)과 제어장치(40)로 구성된다. 연소기(10)는 급탕기 케이스(1) 내에 설치된 버너군(11)과 연소용 공기를 공급하는 연소용팬(12)으로 구성되고, 노즐(13)로 부터 공급되는 연료가스를 연소용팬(12)에 의하여 공급되는 1차공기만으로 연소하는 전 1차공기 연소를 행하고, 연소가스는 배기구(2)에서 배출된다. 버너군(11)은 복수의 리본버너를 2열로 배선한 2연식 버너로 되어 있으며, 또한 버너군(11) 근방의 상방에는 점화장치의 스파커(14), 화염검지를 위한 프레임로드(15) 및 더모커플(16)이 각각 설치된다.

연소용팬(12)은 본 고안의 전동기인 직류모터에 의하여 회전하는 것으로 인가된 전압에 따라 그 회전수가 변화한다.

연료관(20)은 연료가스를 노즐(13)에 공급하는 가스관이며, 그 상류측으로 부터 원전자밸브(21), 주전자밸브(22) 및 연료공급량을 조절하는 비례밸브(23)가 각각 설치되고, 비례밸브(23)의 하류에는 2연식 버너의 각연에 각각 연료가스를 공급하기 위하여 연료관(20)이 분기되어 있으며, 분기된 한쪽의 연료관(20)에는 버너군(11)중에서 일연만을 연소시키기 위하여 변환밸브(24)를 구비한다.

수관(30)은 도시하지 않은 물공급원 및 급탕구와 각각 접속된 공급관(31) 및 급탕관(31a)과 이들을 연통하여 설치된 열교환기(32) 및 바이패스관(32a)으로 구성되고, 공급관(31)에서 공급되는 물의 일부는 열교환기(32)를 통해서 급탕관(31a)으로 유도되고 나머지 부분은 바이패스관(32a)을 통해서 급탕관(31a)으로 유도되며, 열교환기(32) 및 바이패스관(32a)의 하류측의 합류부에는 바이패스밸브(33)가 설치되어 열교환기(32)에 의하여 가열된 물과 바이패스관(32a)에 의하여 그대로 유도되는 물의 비율을 적절하게 조절하여 혼합한다.

한편 공급관(31)에는 상류측으로 부터 수량제어밸브(34), 수류센서(35) 및 입수온 더미스터(36)가 설치되고, 열교환기(32)의 하류에는 열교환 더미스터(37)가 설치되며, 급탕관(31a)에는 출탕온 더미스터(38)가 각각 설치된다.

그리고 바이패스밸브(33) 및 수량제어밸브(34)는 각각 구비되어 있는 기어드모터에 의하여 구동되며, 각 밸브의 위치를 검출하기 위하여 각각 포텐셜 메터를 구비한다. 또한 수류센서(35)는 공그관(31)내를 통과하는 수류에 의하여 회전하는 도시없는 날개차의 회전수에 따른 수의 펄스를 출력한다.

제어장치(40)는 제 3 도에 도시한 바와같이 가스급탕기에 구비된 상기 각 부분과의 신호교관을 위한 인터페이스(41)가 되는 각 회로와, 제어장치(40)의 중심이 되는 마이크로 컴퓨터(42)와, 안전확보를 위한 안전회로(43)와 전자밸브통전릴레이회로(44) 및 이들 모드에 전력을 공급하는 전원부(45)로 구성되고, 또한 가스급탕기의 작동을 조작하기 위한 컨트롤러(46)와 마이크로컴퓨터(42)의 작동모드를 사전에 설정하기 위한 모드설정회로(47)를 구비한다.

먼저 인터페이스(41)로서의 각 회로를 설명한다.

스파커회로(51)는 스파커(14)에 불꽃방전을 행하기 위해 고전압을 발생시키는 고전압 발생부와 스파커(14)에서의 불꽃방전을 검지하는 방전검지부로 구성된다.

화염온도 검출회로(52)는 검지하는 화염의 온도에 다른 더모커풀(16)의 출력전압을 제어신호로 하여 사용하기 위하여 증폭하는 회로이고, 이 증폭된 신호는 연소시에 공연비의 제어에 이용된다.

수온검출회로(53)는 수관(30)에 배설된 각 더미스터의 저항치로부터 각각의 온도신호를 얻기 위한 회로이고, 이 온도 신호는 전원전압을 각 더미스터와 직렬로 접속되는 저항에 의하여 분압하여 얻는다.

기어드모터 구동회로(54)는 수관(30)에 구비된 수량제어밸브(34)와 바이패스밸브(33)를 각각 구동하기 위한 기어모터의 통전회로이고, 각 기어드모터는 각 밸브의 개방도를 검출하기 위하여 구비된 도시없는 포텐셜 메터의 저항치에 의거하여 제어된다.

팬회로(55)는 제 1 도에 도시한 바와 같이 팬구동회로(60)와 회전수 검지회로(80)로 구성된다.

팬구동회로(60)는 상용전원을 직접정류한 전원부(45)의 도시없는 팬용 전원에 의하여 작동하는 연소용팬(12)을 구동하는 회로이고, 상용전원과 이크로컴퓨터(42)의 절연을 위하여 광결합소자인 포토커플러(61)를 구비하여 본 고안의 전동기 구동수단이 된다.

포토커플러(61)는 발광다이오드(61a)와 포토트랜지스터(61b)로 된 결합소자이고, 발광다이오드(61a)는 마이크로컴퓨터(42)로부터의 제어신호에 의하여 발광한다. 마이크로컴퓨터(42)로부터의 제어신호는 마이크로컴퓨터(42)에서 계산된 연료량에 의하여 결정되는 송풍량을 얻기 위하여 연소용팬(12)을 제어한다. 본실시예에서 이 제어신호에는 계산결과에 따른 연소용팬(12)의 인가전압에 따라서 펄스폭 변조된 펄스신호가 사용되고, 발광다이오드(61a)는 트랜지스터(62)에 의하여 펄스신호의 펄스폭에 따른 시간만을 통전하여 발광한다.

한편 포토트랜지스터(61b)는 발광다이오드(61a)의 발광시간에 따라서 도통하고 이 포토트랜지스터(61b)를 통해 흐르는 출력전류를 얻을 수가 있고, 이 출력전류는 저항(63)을 통해 저항(64)으로 흐른다. 이때 콘덴서(65)는 포토트랜지스터(61b)가 도통하는 동안 저항(63)과 콘덴서(65)의 시정수에서 저항(64)과 저항(63)으로 분압된 전압까지 충전되고, 또한 포토트랜지스터가 차단된 상태에서는 충전된 전압이 저항(64)를 통해 방전된다. 결국 콘덴서(65)에서는 마이크로컴퓨터(42)의 펄스신호의 펄스폭에 따른 전압이 나타나게 된다.

즉 콘덴서(65)에서는 마이크로컴퓨터(42)와 절연되고 또한 마이크로컴퓨터(42)로 부터의 펄스신호의 펄스폭에 따른 전압이 얻어지게 된다.

콘덴서(65)에 나타나는 전압은 OP앰프(66)(연산증폭기)에서 증폭되고, OP앰프(67)에서 입력전압에 대한 출력전압의 특성이 조정되며, OP앰프(68)에 의해서 증폭되어 도시없는 통전제어회로를 통해서 연소용팬(12)에 인가된다.

여기서 OP앰프(67)에 의하여 행해지는 출력전압의 조정은 가변저항기(69, 70)에 의하여 행하여지고, 가변저항기(69)에서 입력전압의 감도가 조정되고 가변저항기(70)에서 증폭률이 조정되며, 이들의 조정에 의하여 연소용팬(12)에서는 작동범위 및 회전수의 변화특성이 조정된다.

또한 회전수 검출회로(80)는 연소용 팬(12)에 구비되어 있는 홀(IC)로부터의 펄스신호에 의거하여 트랜지스터(81)에 의하여 통전되는 발광다이오드(82)와 발광다이오드(82)와 더불어 포로커플러(83)를 구성하는 포토트랜지스터(84)로 구성되고, 포토트랜지스터(84)로 부터의 출력전로 되는 펄스신호가 마이크로컴퓨터(42)에서 회전수로서 검출된다.

비례밸브회로(56)는 연료가스를 조절하는 비례밸브(23)로의 통전을 행하는 회로이다.

화염검지회로(58)는 프레임로드(15)에 의하여 화염을 검지하여 화염검지신호를 얻기 위한 화염검지수단이고, H레벨의 화염검지신호가 마이크로컴퓨터(42) 및 안전회로(43)에 각각 송출된다.

마이크로컴퓨터(42)는 소정의 시이퀀스제어와 연소량제어 및 수량제어를 행한다. 또한 마이크로컴퓨터(42)로부터는 정상동작시에 마이크로컴퓨터(42)의 작동을 나타내는 펄스신호가 안전회로(43)에 송출된다. 그리고 마이크로컴퓨터(42)는 본 고안의 전동기의 제어장치이고, 팬회로(55)로의 제어신호는 계산된 연소량에 따라 연소용팬(12)의 직류모터에 인가하는 전압에 따라서 펄스폭 변조된 펄스신호를 송출한다.

안전회로(43)는 화염검지회로(58)로 부터의 화염검지신호, 수류회로(59)로 부터의 수류신호 및 마이크로컴퓨터(42)의 작동중에 상시 송출되는 펄스신호중에서의 어느 신호에 이상이 검지되었을 때 마이크로컴퓨터(42) 및 전자밸브 통전릴레이회로(44)로의 전력공급을 정지하기 위한 스위칭신호를 송출하는 회로이다.

전자밸브 통전릴레이회로(44)는 원전자밸브(21), 주전자밸브(22) 및 변환밸브(24)를 마이크로컴퓨터(42)로부터의 H레벨의 제어신호에 의하여 각각 통전하기 위한 릴레이로 구성된 회로이다.

전원부(45)는 도시없는 플러그를 콘센트에 꽂으면 제어장치(40)의 상기 각 회로를 작동시키기 위한 전력을 각각의 회로에 필요한 전압으로 변환시켜 상시 공급하는 것으로서, 마이크로컴퓨터(42)에 전력을 공급하는 마이컴용 전원(45a)과 전자밸브 통전릴레이회로(44)에 전력을 공급하는 릴레이회로용 전원(45b)에는 안전회로(43)로부터의 통전 정지신호에 의하여 전력공급을 정지하는 스위칭 기능이 있고, 마이크로컴퓨터(42)의 작동을 정지시킴과 동시에 각 전자밸브로의 통전을 정지하여 연료공급을 정지한다.

또한 전자밸브 통전릴레이회로(44)에 전력을 공급하는 릴레이회로용 전원(45b)은 수류회로(59)로부터의 스위칭신호가 전송되는 경우에만 각 전자밸브에 통전이 가능하도록 되어 있으므로, 수류가 검지되지 않는 경우에는 버너군(11)에 연료가스가 공급되지 않으므로 헛붙일 염려가 없다.

또한 전원부(45)는 상용전원과 접속되는 전로중에 도시가 생략된 온도퓨즈, 과열스위치, 비등방지용 스위치를 구비하였으므로 더욱 안전이 확보된다.

이상의 구성으로 된 본 실시예의 가스 급탕기는 다음과 같이 작동한다. 사용자가 컨트롤러(46)의 운전스위치를 넣고, 출탕온도를 설정함과 동시에 도시 생략된 수도전을 조작하면 공급관(31)에 의해 공급된 물은 수량제어밸브(34), 수류센서(35)를 통과하여 열교환기(32) 및 바이패스관(32a)으로 유입되고, 다시 바이패스밸브(33)에서 열교환기(32) 및 바이패스관(32a)으로부터의 유출량이 조절되어 급탕관(31a)을 통해 도시가 생략된 급탕구로 부터 유출된다. 이때 수류센서(35)에 의하여 수류에 따른 펄스신호가 발생하여 수류회로(69)를 통해 전자밸브 통전릴레이회로(44) 및 마이크로컴퓨터(42)에 각각 수류신호와 펄스신호로서 전송된다. 그러면 전자밸브 통전릴레이회로(44)는 각 전자밸브를 마이크로컴퓨터(42)의 제어신호에 따라서 통전 가능한 상태로 된다.

한편 마이크로컴퓨터(42)에서 수류회로(59)로부터의 펄스신호가 소정수이상 검지되면, 연소기(10)가 점화 작동됨으로써 스피커회로(51)의 고전압발생부를 통전하여 스파커(14)에서 불꽃방전을 행한다. 그후에 스파커(14)에 의한 불꽃방전이 스파커회로(51)의 작동검지부에서 검지되면, 마이크로컴퓨터(42)는 연소용팬(12)을 작동시키기 위한 펄스신호를 송출하여, 이제까지 L레벨신호로 있던 원전자밸브(21) 및 주전자밸브(22)의 제어신호를 개방상태로 하는 H레벨신호로 변경 송출한다.

따라서 원전자밸브(21)와 주전자밸브(22)는 전자밸브 통전릴레이회로(44)에 의해 통전되고 연료가스가 노즐(13)에서 분출되고 연료용팬(14)에 의하여 공급되는 연료용 공기와 혼합되어 버너군(11)에 공급됨으로써 이미 작동되고 있는 스파커(14)에 의하여 점화된다.

화염이 프레임로드(15)에 의하여 검지되면 마이크로컴퓨터(42)에서는 입수온더미스터(36), 열교환 더미스터(37), 출탕온 더미스터(38)의 각 더미스터 및 수류센서(35)로부터의 검지신호와 컨트롤러(46)로 부터의 설정신호에 의거하여 필요한 연료량이 계산되고, 그 계산결과에 따라 연소용팬(12), 비례밸브(23), 변환밸브(24), 바이패스밸브(33) 및 수량제어밸브(34)가 제어된다. 또한 더모커플(16)로부터의 신호에 의하여 공연비의 보정제어도 행하여지나, 이 공연비의 제어는 더모커플(16)의 온도가 안정될 때까지 소정시간은 행해지지 않는다.

그후 출탕량이나 설정온도의 변경이 있게 되면, 그 변경에 따라서 필요연소량이 계산되어 연소용팬(12)의 회전수가 변경된다. 즉 마이크로컴퓨터(42)가 변경된 필요연소량에 따라 팬회로(55)에 대한 펄스신호의 펄스폭을 변경한다. 그러면 발광다이오드(61a)의 발광시간이 변화하고 그에 수반하여 포토트랜지스터(61b)의 도통시간이 변화함으로써 콘덴서(65)의 전압이 변화한다. 즉, 변경된 필요연소량에 따라 마이크로컴퓨터(42)가 제 4a 도에 도시된 바와같이, 예를 들어 바와 같이 구간 t₂에서 t₁으로 펄스폭을 변경하게 되면, 발광다이오드(61a)의 발광시간이 동도면의 b에 도시된 바와같이 t₂에서 t₁으로 변화하게 되고 포토트랜지스터(61b)의 출력파형(즉, 도통시간) 또한 동도면의 c에 도시된 바와같이 구간 t₂에서 t₁으로 변화한다. 따라서 제 1 도의 a점에서의 정류전압이 제 4d 도에 도시된 바와 같이 V₁₂에서 V₁₁으로 변화하게 된다. 그런 다음 OP앰프(66, 67, 68)에 의해 각각 증폭되어 연소용 팬(12)에 인가됨으로써 전동기가 최종단의 OP앰프(68)의 출력펄스에 상응하여 구동되게 된다.

그리고 포트랜지스터(84)에서 출력되는 펄스신호에 의하여 연소용팬(12)의 회전수가 검출되고 그 회전수에 따라서 비례밸브회로(56)에 제어신호가 송출되어 비례밸브(23)가 통전된다.

이상과 같이 본 고안의 전동기의 제어장치에서는 전동기에 인가하는 전압에 따라서 펄스폭 변조된 펄스신호를 광결합소자를 통해서 전송하기 때문에 제어장치와 전동기의 절연을 확보할 수 있음과 동시에, 전송되는 제어신호가 전송도중에 다른 것으로 부터 영향을 받는 일이 없어, 전동기를 제어장치의 제어신호에 충실하게 제어하게 된다. 또한 전동기가 상용전원을 직접 정류에 의한 전원에 의하여 구동하는 경우라 하더라도 상용전원으로 부터의 잡음이 제어장치에 혼입하는 일이 적다.

본 실시예에서는 가스 급탕기에 있어서의 실시예를 예로들어 설명하였으나, 전동기를 인가전압에 의하여 회전수를 제어하는 기기라면 동일하게 충실한 제어가 행하여 질 수 있음은 물론이다.

Claims (3)

1. 전동기에 인가하는 인가전압에 따라 펄스폭 변조된 제어신호를 출력하는 전동기 제어수단(42)과, 상기 전동기 제어수단의 제어신호에 따라 발광하는 발광수단(1a)과 이 발광수단이 발광하는 빛을 수광하는 수광수단(61b)을 구비하여 상기 제어신호의 펄스폭에 따른 시간만 통전하는 광결합소자(61)와, 상기 광결합소자가 도통하는 동안에 상기 전동기 제어수단으로부터의 펄스신호의 펄스폭에 따른 전압을 충전하고, 상기 광결합소자가 차단되면 충전된 전하를 방전하는 충방전수단과, 복수의 OP앰프(66, 67, 68)를 포함하여 상기 충방전수단으로부터 출력된 전압을 1차 증폭하고, 이 증폭된 전압의 특성을 조정한 다음 다시 증폭하여 상기 전동기를 구동하는 구동수단과, 상기 구동수단에 의해 구동되는 상기 전동기를 포함하는 연소용 팬(12)과, 상기 전동기의 회전펄스에 의해 제어되는 트랜지스터에 의해 통전되는 발광수단(82)과 출력측이 상기 전동기 제어수단에 연결되어 발광수단이 발광하는 빛을 수광하는 수광수단(84)을 구비하고, 상기 전동기 제어수단으로부터의 상기 제어신호에 따라 회전하는 상기 전동기의 회전수를 펄스신호에 의거하여 검출하는 회전수 검출수단(80)으로 구성되어, 상용전원으로부터 잡음의 혼입을 방지하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 출력전압의 특성조정이 상기 OP앰프(67)의 출력궤환루트를 통해 그의 반전단자에 접속된 가변저항기(70)와, OP앰프(67)의 비반전단자에 접속된 가변저항기(69)에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 출력전압의 특성조정은 상기 가변저항기(69)에 의해 입력전압의 강도가 조정되고, 가변저항기(70)에 의해 입력전압의 증폭률이 조정되는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.