WO2011105676A1 - Apparatus and method for controlling the speed of a wound-rotor induction motor - Google Patents

Apparatus and method for controlling the speed of a wound-rotor induction motor Download PDF

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WO2011105676A1
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induction motor
speed
power
unit
rotor
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PCT/KR2010/007480
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박시우
김성완
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주식회사 자이벡
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/007Control circuits for doubly fed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • HELECTRICITY
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P3/06Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor

Definitions

  • the present invention relates to a speed control device of a wound induction motor and a speed control method thereof, wherein the speed or torque of the wound induction motor is smoothly and freely controlled, and the electrical energy induced by the rotor winding is regenerated to the power supply side.
  • the present invention relates to a speed control device for a winding type induction motor and a speed control method for reducing energy usage.
  • Electric motors that are used as power transmission devices for various facilities in the industrial field are mainly induction motors.
  • Induction motors are mainly composed of two types of squirrel cage induction motors and winding type induction motors.
  • the wound induction motor may implement a large starting torque by controlling a current flowing through the rotor winding to adjust an equivalent resistance value of the rotor winding. Therefore, it is widely used for the purpose of starting a crane or a large inertial load which requires a large starting torque.
  • Conventional methods for controlling torque and speed of wound induction motors include secondary resistance, stationary Servius and stationary cramers.
  • the speed of the wound induction motor is controlled stepwise by connecting the secondary resistance in each stage of the rotor winding output stage of the wound induction motor and adjusting the resistance value by sequentially shorting the mechanical switch.
  • this secondary resistance method has a disadvantage of causing contact failure of the mechanical switch due to the inductance of the rotor winding.
  • a method of using a thyristor as a switch for secondary resistance is recently used.
  • the method of using a thyristor has a problem that the manufacturing cost of the device is greatly increased because a thyristor, which is an expensive three-phase semiconductor switch, must be used for each stage of the secondary resistors connected in multiple stages.
  • Another disadvantage of the multi-stage secondary resistance control method is that the operation is not smooth because the speed must be controlled stepwise. This is a phenomenon in which a large torque ripple occurs because the resistance value does not change linearly but changes in steps.
  • a thyristor is used to control the voltage entering the stator of the motor, thereby relatively smooth and delicate torque control. Has become possible.
  • this method has a disadvantage in that maximum torque cannot be used because torque loss is inevitable.
  • the biggest disadvantage of the secondary resistance method is that the electrical energy induced in the rotor is wasted in the form of thermal energy through the secondary resistance.
  • An additional disadvantage is the shortening of the lifetime of secondary resistors exposed to continuous thermal fatigue.
  • the stationary Serbius method regenerates and restores the battery energy obtained after the three-phase full-wave rectification of the rotor output of the wound induction motor to the three-phase power supply, but increases the price of the device, increases the weight, and reduces the installation space. There is a problem.
  • the stationary cramer system rectifies the rotor output of the wound induction motor by three-phase full-wave rectification, and then connects the rotor output power of the induction motor by connecting it to the commutator of a DC motor connected on the same axis as the mechanical drive of the wound induction motor. Is converted to the mechanical output of the direct current motor to help the output of the winding type induction motor by mechanical force, the system is complex and costs a lot of configuration and installation.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and provides an apparatus and method capable of continuous, stable and efficient speed and torque control without the use of secondary resistance in the winding induction motor, and in the secondary resistor It aims to prevent waste of power by returning the consumed energy to the power supply side.
  • a speed control apparatus for a wound induction motor including: a rectifier configured to receive AC power output from a rotor winding of a wound induction motor and rectify to a DC voltage; A switching unit connected to an output terminal of the rectifying unit and adjusting a turn-on time in response to a switching control signal; A power storage unit for receiving and storing electrical energy induced by a rotor of the wound induction motor during the time when the switching unit is turned off; A power regenerative unit supplying power stored in the power storage unit to an external power system; And a controller configured to adjust the switching operation of the switching unit so that the speed or torque of the wound induction motor matches the speed or torque of the wound induction motor required by the user, and adjust an operating state of the power regenerative unit.
  • the operating state of the power regenerative unit may be a regenerative operation mode for activating the power regenerative unit to supply power to regenerative energy or a regenerative stop mode for stopping the
  • the rectifier may be a three-phase full-wave rectifier circuit for rectifying the three-phase AC power output from the winding of the rotor of the wound induction motor to DC, but is not limited thereto.
  • the switching unit includes one or more switches connected in parallel to both ends of the DC output terminal of the rectifying unit.
  • the one or more switches may be semiconductor switches.
  • the semiconductor switch is not particularly limited, but is preferably an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a field-effect transistor (FET), a gate turn-off thyristor (GTO), And a bipolar junction transistor (BJT) may be used.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • FET field-effect transistor
  • GTO gate turn-off thyristor
  • BJT bipolar junction transistor
  • the power storage unit may include a capacitor connected in parallel to both ends of the DC output terminal of the rectifying unit and connected to a rear end of the switching unit to store power induced by the rotor of the wound induction motor.
  • the speed control device of the winding type induction motor is further disposed between the power storage unit and the switching unit to prevent the reverse flow to prevent the electric power stored in the capacitor stored in the power storage unit to be discharged back It may include.
  • the backflow prevention part includes one or more diodes, and the location of the backflow prevention diode is not particularly limited, and may be located at either of the DC terminals of the rectification part.
  • the reverse flow prevention unit prevents current from flowing in the reverse direction of the current transfer direction.
  • the power regenerative unit may be a system-linked regenerative inverter for converting power stored in the power storage unit into alternating current and supplying the alternating current to an external power supply system.
  • the grid-connected regenerative inverter is not particularly limited, but may preferably be selected from a pulse width modulation (PWM) inverter, a 120 degree energized inverter, and a thyristor converter.
  • PWM pulse width modulation
  • control unit includes a speed detector for detecting the rotational speed of the rotor of the wound induction motor.
  • the apparatus may further include a speed controller configured to receive the current speed of the rotor and the required speed for the wound induction motor received from the user, and compare the current speed and the required speed, respectively.
  • the controller may include a signal generator configured to generate a switching control signal for controlling a switching operation of the switching unit by the control output.
  • the switching control signal may be a signal modulated by a pulse width modulation (PWM) scheme.
  • PWM pulse width modulation
  • the controller may include a regenerative mode controller configured to activate the power regenerative unit to control the power regenerative operation mode or to determine a regenerative stop mode for stopping the operation of the power regenerative unit according to the amount of power stored in the power storage unit. Can be.
  • Speed control method of the winding induction motor for achieving the above object, the required speed or torque of the winding induction motor required by the user, and the current speed or torque of the winding induction motor Comparing; Generating and transmitting a switching control signal for controlling a switching operation of the switching unit connected to the wound induction motor such that the current speed or torque of the wound induction motor matches the required speed or torque of the wound induction motor required by the user. ; And changing the speed or torque of the wound induction motor by adjusting the amount of rotor current of the wound induction motor while the switching unit is turned on according to the turn on duty in response to the switching control signal.
  • the speed control method of the wound induction motor may include: receiving power derived from a rotor of the wound induction motor for a time other than a time when the switching unit is turned on and storing the power in a power storage unit; And supplying the stored power to the external power system as regenerative energy according to the amount of the stored power.
  • the power stored in the power storage unit may be in a direct current form, and the method may further include converting the direct current power into an alternating current power before supplying the power stored in the power storage unit to the external power system as regenerative energy. .
  • the converting the DC-type power into the AC-type power may be performed by any one of the grid-associated regenerative inverters selected from a pulse width modulation (PWM) inverter, a 120-degree conduction inverter, and a thyristor converter.
  • PWM pulse width modulation
  • the slip is based on the electromagnetic rotational speed of the rotor winding calculated from the frequency of the three-phase AC power output from the winding of the rotor of the wound induction motor and the frequency of the power supply voltage applied to the stator of the wound induction motor. It may be a value calculated from the difference between the calculated electromagnetic rotational speeds of the stator windings.
  • comparing the required speed or torque of the wound induction motor, and the current speed or torque of the wound induction motor, the rotation of the wound induction motor Calculating a current speed or torque of the wound induction motor by detecting a mechanical speed of self-rotation; And comparing the current speed with a required speed for the winding type induction motor previously input by the user.
  • the present invention is an improvement of the secondary resistance method in the conventional technology for controlling the winding type induction motor, and does not use the secondary resistance in controlling the speed and torque of the winding type induction motor, therefore, the use of the secondary resistance There is an effect to improve the problems caused by.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a speed control apparatus of a wound induction motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a speed control device of a wound induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control unit shown in FIG. 1.
  • Fig. 4 is a graph showing the relationship between the magnitude of the secondary resistance and the amount of generated torque connected to the rotor of the wound induction motor.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a speed control device 100 of a wound induction motor according to an embodiment of the present invention.
  • the speed control device 100 of the wound induction motor is connected to the rotor winding of the wound induction motor 200 to control the speed and torque of the wound induction motor 200.
  • the speed control device 100 of the wound induction motor includes a rectifier 101, a switching unit 103, a power storage unit 105, a backflow prevention unit 107, a power regeneration unit 109, and a control unit 111. do.
  • the rectifier 101 receives the alternating current output from the rotor of the wound induction motor 200 and rectifies the DC.
  • the rectifier 101 is not particularly limited, but may be configured as a three-phase full-wave rectifier circuit.
  • the rectifier 101 including the three-phase full-wave rectifier circuit is illustrated in detail in the circuit diagram of FIG. 2.
  • the rectifier 101 includes six three-phase full-wave rectifying bridge diodes connected to each of the three-phase current output terminals of the rotor winding of the wound induction motor 200.
  • the number of bridge diodes is not particularly limited, and may be adjusted according to the number of output terminals of the rotor windings of the wound induction motor 200.
  • the current output from the output end of the rotor winding of the wound induction motor 200 is an alternating current corresponding to the voltage induced in the wound induction motor 200, and the operating principle of the three-phase full-wave rectification circuit shown in FIG. Since it is well-known fact, detailed description is abbreviate
  • the switching unit 103 is connected to both ends of the DC output terminal of the rectifying unit 101 to control the amount of current flowing through the rotor winding of the wound induction motor 200.
  • the switching unit 103 may be configured by connecting at least one semiconductor switch in parallel, preferably an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a field-effect transistor (FET), a gate Semiconductor switches, such as gate turn-off thyristors (GTOs) and bipolar junction transistors (BJTs), may be used.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • FET field-effect transistor
  • GTOs gate turn-off thyristors
  • BJTs bipolar junction transistors
  • the switching unit 103 receives the switching control signal generated for the speed control of the winding type induction motor 200 by the control unit 111 to control the operation.
  • the semiconductor switch M1 uses IGBT.
  • the IGBT semiconductor switch M1 controls the flow of the DC current rectified from the rectifying unit 101.
  • the semiconductor switch M1 when the switching control signal for controlling the switching operation of the semiconductor switch M1 is transmitted to the gate electrode of the semiconductor switch M1, the semiconductor switch M1 is turned on or turned off in response to the switching control signal.
  • the switching control signal having the gate-on voltage level is transmitted to the gate electrode of the semiconductor switch M1, the semiconductor switch M1 is turned on.
  • the DC current rectified from the rectifying unit 101 is turned on via the semiconductor switch M1 while being turned on. Then, the current amount of the rotor is gradually increased by the inductance component induced in the rotor winding of the wound induction motor 200.
  • the switching control signal is generated by a command generated by a control program of the control unit 111 operating according to the speed control instruction of the user and is transmitted to the semiconductor switch M1.
  • the switching control signal may be transmitted in a pulse width modulated (PWM) form for switching control of the semiconductor switch M1.
  • PWM pulse width modulated
  • the semiconductor switch M1 When the switching control signal having the gate-off voltage level is transmitted to the gate electrode of the semiconductor switch M1, the semiconductor switch M1 is turned off. At this time, the DC current rectified from the rectifying unit 101 is not transmitted to the switching unit 103. And is transmitted to the power storage unit 105 via the backflow prevention unit 107.
  • the power storage unit 105 may be composed of at least one capacitor C1.
  • the backflow prevention unit 107 may be configured as a backflow prevention diode M2.
  • the backflow prevention diode M2 is connected to the connection point of the DC terminal of the switching unit 103 and the rectifying unit 101 in the direction of current flow.
  • the installation position of the backflow prevention diode M2 is not particularly limited, and may be installed at any one of the DC terminals through which the DC current flows from the rectifying unit 101.
  • the reverse flow prevention diode M2 may be installed at any one of the positions of M2 ′, M2 ′′, and M2 ′ ′′ shown by dotted lines to form the reverse flow prevention unit 107. This has the same effect regardless of location.
  • the reverse flow prevention diode M2 is installed for the purpose of preventing the reverse flow of the electric energy stored in the capacitor when the semiconductor switch M1 is turned on.
  • the other end of the backflow prevention diode M2 is connected to a capacitor C1 that stores power output from the rotor winding of the wound induction motor 200.
  • the power regeneration unit 109 is connected to one end and the other end of the capacitor C1 serving as the power storage unit 105, respectively, and corresponds to the control command received from the control unit 111.
  • the power stored in the power storage unit 105 is supplied to the commercial power of the external system.
  • the power regeneration unit 109 converts the electric energy stored in the direct current form in the capacitor (C1) to the power of the alternating current type to supply to the commercial power supply side of the external system.
  • the grid-connected inverter constituting the power regenerative unit 109 is not particularly limited, but a pulse width modulation (PWM) inverter, a 120-degree conduction inverter, a thyristor converter, or the like can be used.
  • PWM pulse width modulation
  • the control unit 111 performs a function of controlling each component in the speed control device 100 of the wound induction motor.
  • the control unit 111 is connected to the switching unit 103 and the power regenerative unit 109, respectively, and at least one output end and the winding type of the rotor winding output end of the wound induction motor 200. It is connected to any one or more input terminals of a power input terminal connected to the stator of the induction motor 200. However, typically, since the power input terminal connected to the stator of the wound induction motor 200 is a commercial power source having a frequency of 60 Hz, the power input terminal connected to the stator may be omitted from connecting to the control unit 111.
  • the control unit 111 controls the speed of the wound induction motor 200 by comparing the speed control command of the winding induction motor 200 with the rotor rotational speed of the wound induction motor detected in real time. That is, the control unit 111 may control the speed of the winding type induction motor 200 by adjusting the ratio of the switching turn on time and the turn off time of the switching unit 103. The switching control signal required for the speed control of 200 is generated.
  • control unit 111 More specifically, the configuration of the control unit 111 is shown in FIG. 3.
  • the controller 111 includes a speed detector 301, a speed controller 305, a signal generator 307, and a regenerative mode controller 309.
  • the speed detector 301 detects the rotational speed of the rotor.
  • the speed detector 301 compares the frequency of the alternating current voltage induced in the rotor windings with the frequency of the power supply voltage applied to the stator windings. By calculating the slip, the rotational speed of the rotor can be detected.
  • the embodiment of the speed detector 301 is not limited to the slip detection method, the rotary encoder, or the detection method using a taco generator.
  • the slip calculation method which is often used as a method of detecting the rotational speed of the induction motor 200, is well known and thus will not be described.
  • the speed controller 305 compares the rotor speed of the rotor of the wound induction motor 200 with the speed required by the user and calculates the difference in real time.
  • the speed controller 305 may increase or decrease the rotor current of the wound induction motor 200 in response to the turn-on time of the switching unit 103, and the rotor speed required by the user.
  • the control unit determines whether the signals match, and if there is a difference, manages the signal generation method of the signal generator 307 necessary for following the user's required speed.
  • FIG. 4 is a graph showing a relationship between the resistance, the speed, and the amount of generated torque of a rotor winding of a conventional wound induction motor.
  • the X axis represents the speed of the wound induction motor 200
  • the Y axis represents the torque.
  • slip is reduced.
  • Slip is defined as the ratio of the electrical angular speed of the rotor of the wound induction motor 200 to the electrical angular speed applied to the stator winding. Specifically, Equation 1 is as follows.
  • the resistance of the rotor increases as the graphs T1, T2, and T3 increase, and the tendency of speed, slip, and torque according to the resistance can be determined. That is, as the resistance of the rotor increases, it can be seen that the speed at each point where the maximum torque is generated is low, and the slip corresponding to the speed at which the maximum torque is generated is high.
  • the speed control device of the conventional winding type induction motor has connected a secondary resistor composed of a plurality of stages to the winding of the rotor.
  • the speed control unit 305 of the control unit 111 changes the amount of current flowing through the rotor winding in controlling the torque or speed of the wound induction motor 200.
  • the result is that the equivalent resistance (Rr, eq) of the rotor winding is adjusted without the secondary resistance.
  • the speed control method of the wound induction motor 200 has a relationship of the equation (3).
  • Vs applied voltage
  • Xs stator reactance
  • the signal generator 307 of FIG. 3 provides a switching control signal for controlling the switching operation of the switching unit 103 such that the amount of rotor current required for the speed control of the wound induction motor 200 flows through the switching unit 103. Create and deliver.
  • the signal generator 307 may generate and supply a switching control signal applied at an on voltage level so that the switching unit 103 is turned on in response to the amount of current to increase. .
  • the pulse width of the pulse width modulated switching control signal is increased, the turn-on time of the switching unit 103 is increased, so that the rotor current amount of the wound induction motor 200 is gradually increased.
  • the pulse width of the pulse width modulated switching control signal is reduced, the turn-on time of the switching unit 103 is decreased, so that the rotor current amount of the wound induction motor 200 is gradually reduced.
  • the controller 111 of FIG. 3 includes a regenerative mode controller 309 that controls the power regenerative unit 109.
  • the regenerative mode controller 309 supplies the power stored in the power storage unit 105 to the commercial power system during the turn off time of the switching unit 103.
  • the regenerative mode controller 309 may temporarily stop the regenerative operation as necessary.
  • the device according to the present invention can regenerate power induced in the rotor of the wound induction motor 200 to a commercial power source, thereby reducing power consumption.

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and method for controlling the speed of a wound-rotor induction motor. Specifically, a wound-rotor induction motor according to one embodiment of the present invention comprises: a rectifying unit receiving AC power from rotor windings of the wound-rotor induction motor and rectifying the AC power to DC power; a switching unit connected to an output end of the rectifying unit and adjusting a turn-on time in response to a switching control unit; a power storage unit receiving and storing power which is induced by a rotor of the wound-rotor induction motor during a turn-off time of the switching unit; a power regeneration unit supplying the power stored in the power storage unit to an external power system; a control unit controlling a switching operation of the switching unit such that the speed or torque of the wound-rotor induction motor is the same as that required by a user, and controlling operating conditions of the power regeneration unit.

Description

권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치 및 그의 속도 제어 방법Speed control device for winding induction motor and speed control method thereof
본 발명은 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치 및 그의 속도 제어 방법에 관한 것으로, 권선형 유도 전동기의 속도 또는 토크를 부드럽고 자유롭게 제어함과 동시에, 상기 회전자 권선에 의해 유도된 전기 에너지를 전원측으로 회생하여 에너지 사용량 절감을 도모하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치 및 그의 속도 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a speed control device of a wound induction motor and a speed control method thereof, wherein the speed or torque of the wound induction motor is smoothly and freely controlled, and the electrical energy induced by the rotor winding is regenerated to the power supply side. The present invention relates to a speed control device for a winding type induction motor and a speed control method for reducing energy usage.
산업 현장에서 각종 설비의 동력 전달 장치로 사용하고 있는 전동기는 주로 유도 전동기이며, 유도 전동기는 대표적으로 농형 유도 전동기와 권선형 유도 전동기의 두 종류가 주종을 이루고 있다.Electric motors that are used as power transmission devices for various facilities in the industrial field are mainly induction motors. Induction motors are mainly composed of two types of squirrel cage induction motors and winding type induction motors.
권선형 유도 전동기의 경우에는 아직도 산업현장에서 많이 사용되고 있음에도 불구하고, 권선형 유도 전동기의 제어 방법을 개선하려는 연구 개발이 잘 이루어지지 않고 있다.Although the winding type induction motor is still widely used in the industrial field, research and development to improve the control method of the winding type induction motor has not been made well.
권선형 유도 전동기는 회전자 권선에 흐르는 전류를 제어하여 상기 회전자 권선의 등가저항 값을 조절하는 방법으로 큰 기동 토크를 구현할 수 있다. 따라서 큰 기동 토크가 요구되는 크레인이나 큰 관성 부하의 기동 목적으로 많이 사용된다. 권선형 유도 전동기의 토크와 속도를 제어하는 기존의 방법은 대표적으로 2차 저항 방식, 정지형 세르비우스 방식, 정지형 크래머 방식이 있다.The wound induction motor may implement a large starting torque by controlling a current flowing through the rotor winding to adjust an equivalent resistance value of the rotor winding. Therefore, it is widely used for the purpose of starting a crane or a large inertial load which requires a large starting torque. Conventional methods for controlling torque and speed of wound induction motors include secondary resistance, stationary Servius and stationary cramers.
2차 저항 방식은 권선형 유도 전동기의 회전자 권선 출력단의 각 상에 2차 저항을 다단계로 연결하고 기계적 스위치를 순차적으로 단락시키면서 저항 값을 조절함으로써 권선형 유도 전동기의 속도를 계단식으로 제어한다. 그러나 이러한 2차 저항 방식은 회전자 권선이 가지는 인덕턴스로 인하여 기계적 스위치의 접점 고장을 유발하는 단점을 가지고 있다.In the secondary resistance method, the speed of the wound induction motor is controlled stepwise by connecting the secondary resistance in each stage of the rotor winding output stage of the wound induction motor and adjusting the resistance value by sequentially shorting the mechanical switch. However, this secondary resistance method has a disadvantage of causing contact failure of the mechanical switch due to the inductance of the rotor winding.
기계적 스위치의 빈번한 고장 문제를 개선하기 위하여 근래에는 2차 저항 단속용 스위치로서 사이리스터(Thyristor)를 이용하는 방법이 쓰이고 있다. 그러나 사이리스터를 사용하는 방법은 다단계로 연결된 2차 저항의 각 단계마다 고가의 3상의 반도체 스위치인 사이리스터를 사용하여야 하므로 장치의 제작 비용이 크게 상승하는 문제가 있다.In order to improve the frequent failure of mechanical switches, a method of using a thyristor as a switch for secondary resistance is recently used. However, the method of using a thyristor has a problem that the manufacturing cost of the device is greatly increased because a thyristor, which is an expensive three-phase semiconductor switch, must be used for each stage of the secondary resistors connected in multiple stages.
다단계식 2차 저항 제어 방식의 또 다른 단점으로는, 계단식으로 속도를 제어해야 하므로 운전이 부드럽지 못하다는 점이다. 이것은 저항 값이 선형적으로 변화하지 않고 스텝으로 변화하기 때문에 큰 토크 리플이 생기는 현상인데, 토크 리플 문제를 해결하기 위하여 근래에는 사이리스터를 이용하여 전동기의 고정자로 들어가는 전압을 제어하여 비교적 부드럽고 섬세한 토크제어가 가능해졌다. 하지만 이러한 방법은 토크 손실이 불가피하기 때문에 최대 토크를 이용할 수 없는 단점이 있다.Another disadvantage of the multi-stage secondary resistance control method is that the operation is not smooth because the speed must be controlled stepwise. This is a phenomenon in which a large torque ripple occurs because the resistance value does not change linearly but changes in steps. To solve the torque ripple problem, recently, a thyristor is used to control the voltage entering the stator of the motor, thereby relatively smooth and delicate torque control. Has become possible. However, this method has a disadvantage in that maximum torque cannot be used because torque loss is inevitable.
이 외에도 2차 저항 방식의 가장 큰 단점은 회전자에 유도된 전기에너지가 2차 저항을 통해 열에너지 형태로 낭비된다는 점이다. 이 과정에서 지속적인 열적 피로에 노출된 2차 저항기의 수명이 짧아진다는 점도 추가적인 단점으로 들 수 있다.In addition, the biggest disadvantage of the secondary resistance method is that the electrical energy induced in the rotor is wasted in the form of thermal energy through the secondary resistance. An additional disadvantage is the shortening of the lifetime of secondary resistors exposed to continuous thermal fatigue.
정지형 세르비우스 방식은 권선형 유도 전동기의 회전자 출력을 3상 전파 정류한 후 얻어진 전지 에너지를 사이리스터에 의해 3상 전원측으로 회생시켜 되돌려 주는 방식이지만, 장치의 가격 상승과 무게의 증가 및 설치 공간의 문제점이 있다.The stationary Serbius method regenerates and restores the battery energy obtained after the three-phase full-wave rectification of the rotor output of the wound induction motor to the three-phase power supply, but increases the price of the device, increases the weight, and reduces the installation space. There is a problem.
정지형 크래머 방식은 권선형 유도 전동기의 회전자 출력을 3상 전파 정류한 다음 권선형 유도 전동기의 기계적인 구동부와 동일축 상에 연결되어 있는 직류 전동기의 정류자에 연결하여 유도 전동기의 회전자 출력 전력을 직류 전동기의 기계적 출력으로 변환하여 기계적인 힘으로 권선형 유도 전동기의 출력을 도와주는 방식인데, 시스템이 복잡하고 구성 및 설치에 많은 비용이 드는 단점이 있다.The stationary cramer system rectifies the rotor output of the wound induction motor by three-phase full-wave rectification, and then connects the rotor output power of the induction motor by connecting it to the commutator of a DC motor connected on the same axis as the mechanical drive of the wound induction motor. Is converted to the mechanical output of the direct current motor to help the output of the winding type induction motor by mechanical force, the system is complex and costs a lot of configuration and installation.
따라서, 이러한 종래 방식이 가지는 문제점을 해결하고, 아울러 경제적으로 권선형 유도전동기를 제어하는 기술의 개발이 필요하다.Accordingly, there is a need to solve the problems of the conventional method and to develop a technology for controlling the winding type induction motor economically.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 권선형 유도 전동기에서 2차 저항을 사용하지 않으면서 연속적이고 안정적이면서 효율적인 속도 및 토크 제어가 가능한 장치와 방법을 제공하고, 2차 저항기에서 소모되던 에너지를 전원 측으로 되돌려 줌으로서 전력 낭비를 방지하는 데 목적이 있다. 또한 권선형 유도 전동기의 속도 및 토크를 제어하는 장치의 회로 구성을 개선하고 생산 단가를 줄여 경제적으로 속도 제어 장치를 공급하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and provides an apparatus and method capable of continuous, stable and efficient speed and torque control without the use of secondary resistance in the winding induction motor, and in the secondary resistor It aims to prevent waste of power by returning the consumed energy to the power supply side. In addition, to improve the circuit configuration of the device for controlling the speed and torque of the wound induction motor, and to reduce the production cost to provide a speed control device economically.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention. .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치는 권선형 유도 전동기의 회전자 권선으로부터 출력된 교류 전력을 공급받아 직류 전압으로 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력단에 연결되고, 스위칭 제어 신호에 응답하여 턴 온 되는 시간을 조절하는 스위칭부; 상기 스위칭부가 턴 오프 되는 시간 동안 상기 권선형 유도 전동기의 회전자에서 유도된 전기 에너지를 전달받아 저장하는 전력 저장부; 상기 전력 저장부에 저장된 전력을 외부 전력 계통에 공급하는 전력 회생부; 및 상기 권선형 유도 전동기의 속도 또는 토크가 사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 속도 또는 토크에 일치하도록 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 조절하고, 상기 전력 회생부의 작동 상태를 조절하는 제어부를 포함한다. 이때 전력 회생부의 작동 상태는 상기 전력 회생부를 활성화하여 전력을 회생 에너지로 공급하는 회생 운전 모드 또는 상기 전력 회생부의 작동을 중지시키는 회생 중지 모드일 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a speed control apparatus for a wound induction motor, including: a rectifier configured to receive AC power output from a rotor winding of a wound induction motor and rectify to a DC voltage; A switching unit connected to an output terminal of the rectifying unit and adjusting a turn-on time in response to a switching control signal; A power storage unit for receiving and storing electrical energy induced by a rotor of the wound induction motor during the time when the switching unit is turned off; A power regenerative unit supplying power stored in the power storage unit to an external power system; And a controller configured to adjust the switching operation of the switching unit so that the speed or torque of the wound induction motor matches the speed or torque of the wound induction motor required by the user, and adjust an operating state of the power regenerative unit. In this case, the operating state of the power regenerative unit may be a regenerative operation mode for activating the power regenerative unit to supply power to regenerative energy or a regenerative stop mode for stopping the operation of the power regenerative unit.
여기서 상기 정류부는 상기 권선형 유도 전동기의 회전자의 권선에서 출력된 3상 교류 전력을 직류로 정류하는 3상 전파 정류 회로일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The rectifier may be a three-phase full-wave rectifier circuit for rectifying the three-phase AC power output from the winding of the rotor of the wound induction motor to DC, but is not limited thereto.
상기 스위칭부는, 상기 정류부의 직류 출력단 양단에 병렬 연결된 1 개 이상의 스위치를 포함한다. 상기 1개 이상의 스위치는 반도체 스위치일 수 있다. 반도체 스위치는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor, IGBT), 전계 효과 트랜지스터 (Field-effect transistor, FET), 게이트 턴 오프 사이리스터 (Gate turn-off thyristor, GTO), 및 접합형 트랜지스터(Bipolar junction transistor, BJT) 등을 사용할 수 있다.The switching unit includes one or more switches connected in parallel to both ends of the DC output terminal of the rectifying unit. The one or more switches may be semiconductor switches. The semiconductor switch is not particularly limited, but is preferably an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a field-effect transistor (FET), a gate turn-off thyristor (GTO), And a bipolar junction transistor (BJT) may be used.
상기 전력 저장부는, 상기 정류부의 직류 출력단 양단에 병렬로 연결되고, 상기 스위칭부의 후단에 연결되어 상기 권선형 유도 전동기의 회전자에서 유도된 전력을 저장하는 커패시터를 포함할 수 있다.The power storage unit may include a capacitor connected in parallel to both ends of the DC output terminal of the rectifying unit and connected to a rear end of the switching unit to store power induced by the rotor of the wound induction motor.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 권선형 유도 전동기의 속도 제어장치는 상기 전력 저장부와 상기 스위칭부 사이에 배치되어 상기 전력 저장부의 커패시터에 저장된 전력이 역류하여 방전되는 것을 방지하는 역류 방지부를 더 포함할 수 있다. 상기 역류 방지부는 1개 이상의 다이오드를 포함하는데, 이러한 역류 방지 다이오드의 위치는 특별히 제한되지 않으며, 상기 정류부의 직류단 어느 쪽에든 위치할 수 있다.In addition, the speed control device of the winding type induction motor according to an embodiment of the present invention is further disposed between the power storage unit and the switching unit to prevent the reverse flow to prevent the electric power stored in the capacitor stored in the power storage unit to be discharged back It may include. The backflow prevention part includes one or more diodes, and the location of the backflow prevention diode is not particularly limited, and may be located at either of the DC terminals of the rectification part.
상기 역류 방지부는 전류 전달 방향의 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지한다.The reverse flow prevention unit prevents current from flowing in the reverse direction of the current transfer direction.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 전력 회생부는, 상기 전력 저장부에 저장된 전력을 교류로 변환하여 외부 전력 공급 계통으로 공급하는 계통 연계형 회생 인버터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the power regenerative unit may be a system-linked regenerative inverter for converting power stored in the power storage unit into alternating current and supplying the alternating current to an external power supply system.
상기 계통 연계형 회생 인버터는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 펄스 폭 변조(PWM) 인버터, 120도 통전형 인버터, 및 사이리스터 컨버터 중에서 선택될 수 있다.The grid-connected regenerative inverter is not particularly limited, but may preferably be selected from a pulse width modulation (PWM) inverter, a 120 degree energized inverter, and a thyristor converter.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 권선형 유도 전동기의 회전자의 회전 속도를 검출하는 속도 검출부를 포함한다. 또한, 상기 회전자의 현재 속도와 사용자로부터 전달받은 권선형 유도 전동기에 대한 요구 속도를 전달받아, 상기 현재 속도와 상기 요구 속도를 각각 비교하는 속도 제어부를 더 포함한다.In the present invention, the control unit includes a speed detector for detecting the rotational speed of the rotor of the wound induction motor. The apparatus may further include a speed controller configured to receive the current speed of the rotor and the required speed for the wound induction motor received from the user, and compare the current speed and the required speed, respectively.
상기 제어부는, 상기 제어 출력에 의해 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어 신호를 생성하는 신호 발생부를 포함할 수 있다.The controller may include a signal generator configured to generate a switching control signal for controlling a switching operation of the switching unit by the control output.
이때 상기 스위칭 제어 신호는 펄스 폭 변조(Pulse width modulation, PWM) 방식에 의해 변조된 신호일 수 있다.In this case, the switching control signal may be a signal modulated by a pulse width modulation (PWM) scheme.
또한 상기 제어부는, 상기 전력 저장부에 저장된 전력량의 크기에 따라 상기 전력 회생부를 활성화하여 전력 회생 운전 모드로 제어하거나 또는 상기 전력 회생부의 작동을 중지시키는 회생 중지 모드로 판단하는 회생 모드 제어부를 포함할 수 있다.The controller may include a regenerative mode controller configured to activate the power regenerative unit to control the power regenerative operation mode or to determine a regenerative stop mode for stopping the operation of the power regenerative unit according to the amount of power stored in the power storage unit. Can be.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법은, 사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 요구 속도 또는 토크, 및 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 비교하는 단계; 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크가 사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 요구 속도 또는 토크에 일치하도록 상기 권선형 유도 전동기에 연결된 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어 신호를 생성하여 전달하는 단계; 및 상기 스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 스위칭부가 턴 온 듀티에 따라 턴 온 되는 동안 상기 권선형 유도 전동기의 회전자 전류량이 조절되어 상기 권선형 유도 전동기의 속도 또는 토크가 변화하는 단계를 포함한다.Speed control method of the winding induction motor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the required speed or torque of the winding induction motor required by the user, and the current speed or torque of the winding induction motor Comparing; Generating and transmitting a switching control signal for controlling a switching operation of the switching unit connected to the wound induction motor such that the current speed or torque of the wound induction motor matches the required speed or torque of the wound induction motor required by the user. ; And changing the speed or torque of the wound induction motor by adjusting the amount of rotor current of the wound induction motor while the switching unit is turned on according to the turn on duty in response to the switching control signal.
상기 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법은, 상기 스위칭부가 턴 온 되는 시간 이외의 시간 동안 상기 권선형 유도 전동기의 회전자에서 유도된 전력을 전달받아 전력 저장부에 저장하는 단계; 및 상기 저장된 전력량의 크기에 따라 상기 저장된 전력을 회생 에너지로 외부 전력 계통에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.The speed control method of the wound induction motor may include: receiving power derived from a rotor of the wound induction motor for a time other than a time when the switching unit is turned on and storing the power in a power storage unit; And supplying the stored power to the external power system as regenerative energy according to the amount of the stored power.
여기서 상기 전력 저장부에 저장되는 전력은 직류 형태이고, 상기 전력 저장부에 저장된 전력을 회생 에너지로 외부 전력 계통에 공급하기 전에 상기 직류 전력을 교류 형태의 전력으로 변환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the power stored in the power storage unit may be in a direct current form, and the method may further include converting the direct current power into an alternating current power before supplying the power stored in the power storage unit to the external power system as regenerative energy. .
상기 직류 형태의 전력을 교류 형태의 전력으로 변환시키는 단계는, 펄스 폭 변조(PWM) 인버터, 120도 통전형 인버터, 및 사이리스터 컨버터 중에서 선택된 어느 하나의 계통 연계형 회생 인버터에서 수행될 수 있다.The converting the DC-type power into the AC-type power may be performed by any one of the grid-associated regenerative inverters selected from a pulse width modulation (PWM) inverter, a 120-degree conduction inverter, and a thyristor converter.
본 발명의 일 실시 예에 따른 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법에서 사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 요구 속도 또는 토크, 및 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 비교하는 단계는, 상기 권선형 유도 전동기의 회전자 권선에서 출력되는 전력의 회전 주파수 및 상기 권선형 유도 전동기의 고정자에 인가된 전원 전압의 주파수를 검출하는 단계; 상기 검출된 회전자 주파수 및 전원 전압의 주파수를 비교하여 상기 권선형 유도 전동기의 슬립(slip)을 산출하는 단계; 상기 슬립을 이용하여 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 산출하는 단계; 및 상기 현재 속도 또는 토크, 및 사용자로부터 기 입력된 권선형 유도 전동기에 대한 요구 속도 또는 토크를 각각 비교하는 단계를 포함한다.Comparing the required speed or torque of the wound induction motor required by the user in the speed control method of the wound induction motor according to an embodiment of the present invention, and the current speed or torque of the wound induction motor, Detecting the rotational frequency of the power output from the rotor windings of the linear induction motor and the frequency of the power supply voltage applied to the stator of the wound induction motor; Calculating a slip of the wound induction motor by comparing the detected rotor frequency and a frequency of a power supply voltage; Calculating a current speed or torque of the wound induction motor using the slip; And comparing the current speed or torque and the required speed or torque with respect to the wound induction motor previously input from the user.
이때 상기 슬립은 상기 권선형 유도 전동기의 회전자의 권선에서 출력된 3상 교류 전력의 주파수로부터 산출된 회전자 권선의 전자기적 회전 속도와 상기 권선형 유도 전동기의 고정자에 인가되는 전원 전압의 주파수로부터 산출된 고정자 권선의 전자기적 회전 속도 사이의 차이로부터 산출된 값일 수 있다.At this time, the slip is based on the electromagnetic rotational speed of the rotor winding calculated from the frequency of the three-phase AC power output from the winding of the rotor of the wound induction motor and the frequency of the power supply voltage applied to the stator of the wound induction motor. It may be a value calculated from the difference between the calculated electromagnetic rotational speeds of the stator windings.
또한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법에서, 사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 요구 속도 또는 토크, 및 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 비교하는 단계는, 상기 권선형 유도 전동기의 회전자가 회전하는 기계적 속도를 검출하여 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 산출하는 단계; 및 상기 현재 속도 및 사용자로부터 기 입력된 권선형 유도 전동기에 대한 요구 속도를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the method according to another embodiment of the present invention, comparing the required speed or torque of the wound induction motor, and the current speed or torque of the wound induction motor, the rotation of the wound induction motor Calculating a current speed or torque of the wound induction motor by detecting a mechanical speed of self-rotation; And comparing the current speed with a required speed for the winding type induction motor previously input by the user.
본 발명은 기존의 권선형 유도 전동기를 제어하는 기술 중에서 2차 저항 방식을 개선한 것으로서, 권선형 유도 전동기의 속도 및 토크를 제어함에 있어서 2차 저항을 사용하지 않는다, 따라서, 2차 저항을 사용함으로써 발생하는 문제점들을 개선하는 효과가 있다.The present invention is an improvement of the secondary resistance method in the conventional technology for controlling the winding type induction motor, and does not use the secondary resistance in controlling the speed and torque of the winding type induction motor, therefore, the use of the secondary resistance There is an effect to improve the problems caused by.
특히 권선형 유도 전동기의 제어 장치가 단순해지므로 제작 비용을 줄일 수 있다.In particular, since the control device of the wound induction motor is simplified, the manufacturing cost can be reduced.
2차 저항을 이용하여 권선형 유도 전동기의 속도를 제어할 때 발생되는 불연속적이고 부드럽지 못한 운전 특성이 개선됨에 따라 선형적인 가속 또는 감속의 속도 제어가 가능하다.As the discontinuous and smooth operation characteristics generated when controlling the speed of the wound induction motor by using the secondary resistance are improved, speed control of linear acceleration or deceleration is possible.
또한 2차 저항으로 소모되는 전력을 계통 전원측으로 되돌려 줌으로써 전력 사용량이 절감되는 효과가 있다.In addition, power consumption is reduced by returning the power consumed by the secondary resistor to the grid power supply side.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a speed control apparatus of a wound induction motor according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치를 나타내는 회로도이다.2 is a circuit diagram illustrating a speed control device of a wound induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 도 1에 도시한 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram showing the configuration of the control unit shown in FIG. 1.
도 4는 권선형 유도 전동기의 회전자에 연결하는 2차 저항의 크기와 발생 토크량과의 관계를 나타내는 그래프이다.Fig. 4 is a graph showing the relationship between the magnitude of the secondary resistance and the amount of generated torque connected to the rotor of the wound induction motor.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
또한, 여러 실시 예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시 예에서 설명하고, 그 외의 실시 예에서는 제1 실시 예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in the various embodiments, components having the same configuration will be representatively described in the first embodiment using the same reference numerals, and in other embodiments, only the configuration different from the first embodiment will be described.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치(100)의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing a configuration of a speed control device 100 of a wound induction motor according to an embodiment of the present invention.
도 1의 실시 예에서 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치(100)는 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 권선에 연결되어 권선형 유도 전동기(200)의 속도 및 토크를 제어한다.In the embodiment of FIG. 1, the speed control device 100 of the wound induction motor is connected to the rotor winding of the wound induction motor 200 to control the speed and torque of the wound induction motor 200.
권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치(100)는 정류부(101), 스위칭부(103), 전력 저장부(105), 역류 방지부(107), 전력 회생부(109), 제어부(111)를 포함한다.The speed control device 100 of the wound induction motor includes a rectifier 101, a switching unit 103, a power storage unit 105, a backflow prevention unit 107, a power regeneration unit 109, and a control unit 111. do.
정류부(101)는 권선형 유도 전동기(200)의 회전자로부터 출력된 교류를 공급받아 직류로 정류한다. 정류부(101)는 특별히 제한되지 않으나, 3상 전파 정류 회로로 구성될 수 있다. 3상 전파 정류 회로로 구성된 정류부(101)는 도 2의 회로도에서 구체적으로 도시하였다.The rectifier 101 receives the alternating current output from the rotor of the wound induction motor 200 and rectifies the DC. The rectifier 101 is not particularly limited, but may be configured as a three-phase full-wave rectifier circuit. The rectifier 101 including the three-phase full-wave rectifier circuit is illustrated in detail in the circuit diagram of FIG. 2.
도 2를 참조하면 정류부(101)는 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 권선의 3상 전류 출력단 각각에 연결된 6개의 3상 전파 정류용 브리지 다이오드로 구성된다. 브리지 다이오드의 개수는 특별히 한정되는 것은 아니며, 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 권선의 출력단 개수에 따라 조절될 수 있음은 물론이다.Referring to FIG. 2, the rectifier 101 includes six three-phase full-wave rectifying bridge diodes connected to each of the three-phase current output terminals of the rotor winding of the wound induction motor 200. The number of bridge diodes is not particularly limited, and may be adjusted according to the number of output terminals of the rotor windings of the wound induction motor 200.
권선형 유도 전동기(200)의 회전자 권선의 출력단에서 출력되는 전류는 권선형 유도 전동기(200)에서 유도된 전압에 대응하는 교류 전류로서, 도 2에 도시된 3상 전파정류회로의 작동 원리는 주지의 사실이므로 상세한 설명을 생략한다. 정류부(101)의 직류 출력단 양단에는 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 권선에 흐르는 전류의 양을 제어할 수 있도록 스위칭부(103)가 연결된다.The current output from the output end of the rotor winding of the wound induction motor 200 is an alternating current corresponding to the voltage induced in the wound induction motor 200, and the operating principle of the three-phase full-wave rectification circuit shown in FIG. Since it is well-known fact, detailed description is abbreviate | omitted. The switching unit 103 is connected to both ends of the DC output terminal of the rectifying unit 101 to control the amount of current flowing through the rotor winding of the wound induction motor 200.
스위칭부(103)는 적어도 하나 이상의 반도체 스위치가 병렬로 연결되어 구성될 수 있는데, 바람직하게는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor, IGBT), 전계 효과 트랜지스터 (Field-effect transistor, FET), 게이트 턴 오프 사이리스터 (Gate turn-off thyristor, GTO), 및 접합형 트랜지스터(Bipolar junction transistor, BJT) 등의 반도체 스위치가 이용될 수 있다.The switching unit 103 may be configured by connecting at least one semiconductor switch in parallel, preferably an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a field-effect transistor (FET), a gate Semiconductor switches, such as gate turn-off thyristors (GTOs) and bipolar junction transistors (BJTs), may be used.
스위칭부(103)는 제어부(111)에서 권선형 유도 전동기(200)의 속도 제어를 위해 생성한 스위칭 제어 신호를 전달받아 동작이 제어된다.The switching unit 103 receives the switching control signal generated for the speed control of the winding type induction motor 200 by the control unit 111 to control the operation.
도 2의 회로도를 참조하면, 반도체 스위치(M1)는 IGBT를 이용하였음을 알 수 있다. IGBT 반도체 스위치(M1)는 정류부(101)로부터 정류되어 나오는 직류 전류의 흐름을 제어한다.Referring to the circuit diagram of FIG. 2, it can be seen that the semiconductor switch M1 uses IGBT. The IGBT semiconductor switch M1 controls the flow of the DC current rectified from the rectifying unit 101.
구체적으로 반도체 스위치(M1)의 게이트 전극에 반도체 스위치(M1)의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어 신호가 전달되면, 상기 스위칭 제어 신호에 응답하여 반도체 스위치(M1)가 턴 온 되거나 또는 턴 오프 된다. 반도체 스위치(M1)의 게이트 전극에 게이트 온 전압 레벨의 스위칭 제어 신호가 전달되면 반도체 스위치(M1)가 턴 온 된다. 턴 온 되는 동안 정류부(101)로부터 정류되어 나오는 직류 전류가 반도체 스위치(M1)를 경유하여 도통된다. 그러면, 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 권선에서 유도되는 인덕턴스 성분에 의하여 회전자의 전류량이 서서히 증가하게 된다.Specifically, when the switching control signal for controlling the switching operation of the semiconductor switch M1 is transmitted to the gate electrode of the semiconductor switch M1, the semiconductor switch M1 is turned on or turned off in response to the switching control signal. When the switching control signal having the gate-on voltage level is transmitted to the gate electrode of the semiconductor switch M1, the semiconductor switch M1 is turned on. The DC current rectified from the rectifying unit 101 is turned on via the semiconductor switch M1 while being turned on. Then, the current amount of the rotor is gradually increased by the inductance component induced in the rotor winding of the wound induction motor 200.
상기 스위칭 제어 신호는 사용자의 속도 제어 지시에 따라 작동하는 제어부(111)의 제어 프로그램에서 생성된 명령에 의해 발생되어 반도체 스위치(M1)에 전달된다. 바람직하게는 반도체 스위치(M1)의 스위칭 제어를 위해 상기 스위칭 제어 신호는 펄스 폭 변조(PWM)된 형태로 전달될 수 있다.The switching control signal is generated by a command generated by a control program of the control unit 111 operating according to the speed control instruction of the user and is transmitted to the semiconductor switch M1. Preferably, the switching control signal may be transmitted in a pulse width modulated (PWM) form for switching control of the semiconductor switch M1.
반도체 스위치(M1)의 게이트 전극에 게이트 오프 전압 레벨의 스위칭 제어 신호가 전달되면 반도체 스위치(M1)가 턴 오프 되는데, 이때 정류부(101)로부터 정류되어 나온 직류 전류는 스위칭부(103)로 전달되지 않고 역류 방지부(107)를 경유하여 전력 저장부(105)에 전달된다.When the switching control signal having the gate-off voltage level is transmitted to the gate electrode of the semiconductor switch M1, the semiconductor switch M1 is turned off. At this time, the DC current rectified from the rectifying unit 101 is not transmitted to the switching unit 103. And is transmitted to the power storage unit 105 via the backflow prevention unit 107.
전력 저장부(105)는 적어도 하나 이상의 커패시터(C1)로 구성될 수 있다.The power storage unit 105 may be composed of at least one capacitor C1.
역류 방지부(107)는 역류 방지용 다이오드(M2)로 구성될 수 있다.The backflow prevention unit 107 may be configured as a backflow prevention diode M2.
도 2의 회로도를 참조하면 전류 흐름의 방향으로 스위칭부(103)와 정류부(101)의 직류단의 접속 지점에 연결된 역류 방지용 다이오드(M2)가 설치됨을 알 수 있다. 이때 역류 방지용 다이오드(M2)의 설치 위치는 특별히 제한되지 않으며, 정류부(101)에서 직류 전류가 흘러 나오는 직류단의 어느 쪽에든지 설치가 가능하다. 도 2의 회로도에서 알 수 있듯이, 역류 방지용 다이오드(M2)는 점선으로 도시된 M2', M2'', M2'''의 위치 중 어느 곳에든 설치되어 역류 방지부(107)를 구성할 수 있으며, 위치와 무관하게 동일한 효과를 가진다. 역류 방지용 다이오드(M2)는 반도체 스위치(M1)가 턴 온 될 때 순간적으로 커패시터에 저장된 전기 에너지가 역류되는 것을 방지할 목적으로 설치된다.Referring to the circuit diagram of FIG. 2, it can be seen that the backflow prevention diode M2 is connected to the connection point of the DC terminal of the switching unit 103 and the rectifying unit 101 in the direction of current flow. At this time, the installation position of the backflow prevention diode M2 is not particularly limited, and may be installed at any one of the DC terminals through which the DC current flows from the rectifying unit 101. As can be seen in the circuit diagram of FIG. 2, the reverse flow prevention diode M2 may be installed at any one of the positions of M2 ′, M2 ″, and M2 ′ ″ shown by dotted lines to form the reverse flow prevention unit 107. This has the same effect regardless of location. The reverse flow prevention diode M2 is installed for the purpose of preventing the reverse flow of the electric energy stored in the capacitor when the semiconductor switch M1 is turned on.
역류 방지용 다이오드(M2)의 타단은 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 권선에서 출력되는 전력을 저장하는 커패시터(C1)에 연결되어 있다.The other end of the backflow prevention diode M2 is connected to a capacitor C1 that stores power output from the rotor winding of the wound induction motor 200.
도 2의 회로도를 참조하면, 전력 회생부(109)는 전력 저장부(105)의 역할을 하는 커패시터(C1)의 일단 및 타단에 각각 연결되어 있고, 제어부(111)로부터 전달받은 제어 명령에 대응하여 전력 저장부(105)에 저장된 전력을 외부 계통의 상용 전원에 공급하게 된다.Referring to the circuit diagram of FIG. 2, the power regeneration unit 109 is connected to one end and the other end of the capacitor C1 serving as the power storage unit 105, respectively, and corresponds to the control command received from the control unit 111. The power stored in the power storage unit 105 is supplied to the commercial power of the external system.
또한 전력 회생부(109)는 커패시터(C1)에 직류 형태로 저장된 전기 에너지를 교류 형태의 전력으로 변환하여 외부 계통의 상용 전원측으로 공급하게 된다.In addition, the power regeneration unit 109 converts the electric energy stored in the direct current form in the capacitor (C1) to the power of the alternating current type to supply to the commercial power supply side of the external system.
전력 회생부(109)를 구성하는 계통 연계형 인버터는 특별히 제한되지 않으나, 펄스 폭 변조(PWM) 인버터, 120도 통전형 인버터, 및 사이리스터 컨버터 등을 사용할 수 있다.The grid-connected inverter constituting the power regenerative unit 109 is not particularly limited, but a pulse width modulation (PWM) inverter, a 120-degree conduction inverter, a thyristor converter, or the like can be used.
제어부(111)는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치(100)에서 각 구성부를 제어하는 기능을 수행한다.The control unit 111 performs a function of controlling each component in the speed control device 100 of the wound induction motor.
즉, 도 1을 참조하면 제어부(111)는 스위칭부(103) 및 전력 회생부(109)에 각각 연결되어 있으며, 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 권선 출력단 중 적어도 하나 이상의 출력단과 권선형 유도 전동기(200)의 고정자에 연결된 전력 입력단 중 어느 하나 이상의 입력단에 연결되어 있다. 그러나 통상적으로 권선형 유도전동기(200)의 고정자에 연결된 전력 입력단은 60 Hz의 주파수를 가진 상용 전원이므로 상기 고정자에 연결된 전력 입력단은 제어부(111)에 연결하는 것을 생략할 수 있다.That is, referring to FIG. 1, the control unit 111 is connected to the switching unit 103 and the power regenerative unit 109, respectively, and at least one output end and the winding type of the rotor winding output end of the wound induction motor 200. It is connected to any one or more input terminals of a power input terminal connected to the stator of the induction motor 200. However, typically, since the power input terminal connected to the stator of the wound induction motor 200 is a commercial power source having a frequency of 60 Hz, the power input terminal connected to the stator may be omitted from connecting to the control unit 111.
제어부(111)는 사용자의 권선형 유도 전동기(200)의 속도 제어 명령과 실시간 검출된 권선형 유도 전동기의 회전자 회전 속도를 비교하여 권선형 유도 전동기(200)의 속도를 제어한다. 즉, 제어부(111)는 스위칭부(103)의 스위칭 턴 온 시간과 턴 오프 시간의 비율을 조절함으로써 권선형 유도 전동기(200)의 속도를 제어할 수 있으며, 제어부(111)에서는 권선형 유도 전동기(200)의 속도 제어에 필요한 스위칭 제어 신호를 생성한다.The control unit 111 controls the speed of the wound induction motor 200 by comparing the speed control command of the winding induction motor 200 with the rotor rotational speed of the wound induction motor detected in real time. That is, the control unit 111 may control the speed of the winding type induction motor 200 by adjusting the ratio of the switching turn on time and the turn off time of the switching unit 103. The switching control signal required for the speed control of 200 is generated.
좀더 구체적인 제어부(111)의 구성은 도 3에서 나타내었다.More specifically, the configuration of the control unit 111 is shown in FIG. 3.
도 3을 참조하면 제어부(111)는 속도 검출부(301), 속도 제어부(305), 신호 발생부(307), 및 회생 모드 제어부(309)로 구성된다.Referring to FIG. 3, the controller 111 includes a speed detector 301, a speed controller 305, a signal generator 307, and a regenerative mode controller 309.
속도 검출부(301)는 회전자의 회전 속도를 검출하는 부분으로서, 바람직하게는 회전자 권선에 유기된 교류 전압의 주파수와 고정자 권선에 인가된 전원 전압의 주파수를 비교하여 그 차이를 통하여 회전자 슬립(slip)을 산출함으로써 회전자의 회전 속도를 검출할 수 있다. 또 바람직하게는 회전자의 기계적 회전수를 직접 검출하는 로타리 엔코더 또는 타코 제너레이터를 사용하여 회전자의 기계적 회전속도를 검출할 수 있다.The speed detector 301 detects the rotational speed of the rotor. Preferably, the speed detector 301 compares the frequency of the alternating current voltage induced in the rotor windings with the frequency of the power supply voltage applied to the stator windings. By calculating the slip, the rotational speed of the rotor can be detected. In addition, it is possible to detect the mechanical rotational speed of the rotor by using a rotary encoder or taco generator that directly detects the mechanical rotational speed of the rotor.
본 발명에 따라 상기 속도 검출부(301)를 구성하는 실시 예는 상기 슬립 검출 방법, 로타리 엔코더 또는 타코 제너레이터를 사용한 검출 방법에 한정되지 않는 것은 당연하다. 유도 전동기(200)의 회전속도 검출 방법으로 자주 이용되는 슬립 산출 방법은 주지의 사실이므로 설명을 생략한다.Naturally, the embodiment of the speed detector 301 is not limited to the slip detection method, the rotary encoder, or the detection method using a taco generator. The slip calculation method, which is often used as a method of detecting the rotational speed of the induction motor 200, is well known and thus will not be described.
속도 제어부(305)는 실시간으로 권선형 유도 전동기(200)의 회전자의 회전자 속도와 사용자가 요구하는 속도를 비교하여 그 차이를 산출한다.The speed controller 305 compares the rotor speed of the rotor of the wound induction motor 200 with the speed required by the user and calculates the difference in real time.
또한 속도 제어부(305)는 스위칭부(103)의 턴 온 시간에 대응하여 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 전류량이 증가 또는 감소됨에 따라 상기 회전자의 현재 속도와 사용자가 요구하는 회전자 속도가 일치하는지 여부를 판단하고, 차이가 있을 경우 사용자 요구 속도를 추종하기 위하여 필요한 신호 발생부(307)의 신호 발생 방법을 관리한다.In addition, the speed controller 305 may increase or decrease the rotor current of the wound induction motor 200 in response to the turn-on time of the switching unit 103, and the rotor speed required by the user. The control unit determines whether the signals match, and if there is a difference, manages the signal generation method of the signal generator 307 necessary for following the user's required speed.
도 4는 통상적인 권선형 유도 전동기의 회전자 권선의 저항, 속도, 및 발생 토크량과의 특성 관계를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a relationship between the resistance, the speed, and the amount of generated torque of a rotor winding of a conventional wound induction motor.
도 4의 그래프에서, X축은 권선형 유도 전동기(200)의 속도를 나타내고, Y축은 토크를 나타낸다. X축이 증가할수록 권선형 유도 전동기(200)의 속도가 증가되는데 수학식 1에 의하면 슬립이 감소하게 된다.In the graph of FIG. 4, the X axis represents the speed of the wound induction motor 200, and the Y axis represents the torque. As the X-axis increases, the speed of the wound induction motor 200 increases. According to Equation 1, slip is reduced.
슬립은 권선형 유도 전동기(200)의 회전자의 전기각 속도와 고정자 권선에 인가되는 전기각 속도 비로 정의된다. 구체적으로 수학식 1은 다음과 같다.Slip is defined as the ratio of the electrical angular speed of the rotor of the wound induction motor 200 to the electrical angular speed applied to the stator winding. Specifically, Equation 1 is as follows.
수학식 1
Figure PCTKR2010007480-appb-M000001
Equation 1
Figure PCTKR2010007480-appb-M000001
Ws: 고정자에 인가되는 전기각 속도Ws: Electric angle speed applied to the stator
Wm: 회전자에 유도되는 전기각 속도Wm: electric angle speed induced on the rotor
따라서, 권선형 유도 전동기(200)의 고정자에 인가된 전원의 전기각 속도가 일정할 때 회전자의 전기각 속도가 커질수록(즉, 권선형 유도 전동기의 속도가 증가할수록) 슬립이 감소되는 것이다.Therefore, when the electric angular speed of the power applied to the stator of the wound induction motor 200 is constant, the slip is reduced as the electric angular speed of the rotor increases (that is, as the speed of the wound induction motor increases). .
T1, T2, T3 그래프로 갈수록 회전자의 저항이 증가하는데, 이때 저항에 따른 속도, 슬립, 토크의 경향성을 판단할 수 있다. 즉, 회전자의 저항이 클수록 최대 토크가 발생하는 각 지점의 속도가 낮음을 알 수 있고 상기 최대 토크가 발생하는 속도에 대응되는 슬립이 높은 것을 알 수 있다.The resistance of the rotor increases as the graphs T1, T2, and T3 increase, and the tendency of speed, slip, and torque according to the resistance can be determined. That is, as the resistance of the rotor increases, it can be seen that the speed at each point where the maximum torque is generated is low, and the slip corresponding to the speed at which the maximum torque is generated is high.
이러한 관계를 다음 수학식 2와 같은 관계식으로 정리할 수 있다.This relationship can be summarized as the following equation (2).
수학식 2
Figure PCTKR2010007480-appb-M000002
Equation 2
Figure PCTKR2010007480-appb-M000002
S: 슬립(수학식 1) Ws: 고정자의 인가 전압 주파수S: slip (Equation 1) Ws: applied voltage frequency of the stator
Rs: 고정자의 저항 Rr: 회전자 내부의 권선 저항Rs: resistance of stator Rr: winding resistance inside rotor
Rx: 2차 저항 값 Vs: 인가 전압Rx: secondary resistance value Vs: applied voltage
Xs: 고정자 리액턴스 Xr: 회전자 리액턴스Xs: stator reactance Xr: rotor reactance
기존의 권선형 유도 전동기(200)의 속도 또는 토크의 제어에 있어서는 회전자의 출력에 연결된 2차 저항 값(Rx)을 조절하여 제어하였다. 즉, 회전자 등가저항(Rr+Rx)을 변경시킴으로써 수학식 2에서와 같은 관계에서 토크량이 조절되고 속도가 제어되는 방식이었다. 이를 위하여 기존의 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치는 회전자의 권선에 다수의 단으로 구성된 2차 저항을 연결하였다. 상기 2차 저항을 변경시킴으로써 회전자 권선에 흐르는 전류량이 변화되고 그 결과 고정자 측에서 바라본 회전자 권선의 등가 저항(Rr+Rx)이 변화하므로 권선형 유도 전동기(200)의 속도 또는 토크간 특성이 변화되었다.In the control of the speed or torque of the conventional winding type induction motor 200, it was controlled by adjusting the secondary resistance value (Rx) connected to the output of the rotor. That is, by changing the rotor equivalent resistance (Rr + Rx), the torque amount was adjusted and the speed was controlled in the same relationship as in equation (2). For this purpose, the speed control device of the conventional winding type induction motor has connected a secondary resistor composed of a plurality of stages to the winding of the rotor. By changing the secondary resistance, the amount of current flowing through the rotor winding is changed, and as a result, the equivalent resistance (Rr + Rx) of the rotor winding viewed from the stator side is changed, so that the speed or torque characteristics of the wound induction motor 200 are improved. Changed.
그러나 본 발명의 일 실시 예에서 제어부(111)의 속도 제어부(305)는 권선형 유도 전동기(200)의 토크 또는 속도를 제어함에 있어서 회전자 권선에 흐르는 전류량의 변화를 스위칭부(103)의 턴 온 시간 조절을 통해 제어함으로써 결과적으로 2차 저항 없이 회전자 권선의 등가저항(Rr,eq)을 조절한다.However, in one embodiment of the present invention, the speed control unit 305 of the control unit 111 changes the amount of current flowing through the rotor winding in controlling the torque or speed of the wound induction motor 200. By controlling the on time adjustment, the result is that the equivalent resistance (Rr, eq) of the rotor winding is adjusted without the secondary resistance.
그러면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 권선형 유도전동기(200)의 속도 제어 방법은 수학식 3의 관계를 가진다.Then, the speed control method of the wound induction motor 200 according to an embodiment of the present invention has a relationship of the equation (3).
수학식 3
Figure PCTKR2010007480-appb-M000003
Equation 3
Figure PCTKR2010007480-appb-M000003
S: 슬립(수학식 1) Ws: 고정자의 인가 전압 주파수S: slip (Equation 1) Ws: applied voltage frequency of the stator
Rs: 고정자의 저항 Rr,eq: 회전자 권선의 등가 저항Rs: resistance of stator Rr, eq: equivalent resistance of rotor winding
Vs: 인가 전압 Xs: 고정자 리액턴스Vs: applied voltage Xs: stator reactance
Xr: 회전자 리액턴스Xr: rotor reactance
도 4와 수학식 3의 관계에서, 권선형 유도 전동기(200)의 회전자의 현재 회전 속도가 사용자의 요구 속도에 미치지 못할 경우, 요구 속도를 추종하기 위해서는 회전자의 속도를 가속하여야 한다. 회전자의 회전 속도를 가속하려면 현재보다 더욱 빠른 회전속도에서 최대 토크가 발생하는 상태로 회전자 권선의 등가저항(Rr,eq)이 변화하도록 하여야 한다. 이것은 도 4의 관계에서 알 수 있듯이 회전자 권선의 등가저항(Rr,eq)을 낮추어야 함을 의미한다. 따라서, 회전자 권선의 등가저항(Rr,eq)을 낮추기 위해서는 회전자에 흐르는 전류를 증가시키는 방향으로 스위칭부(103)의 스위칭 방법을 제어하게 된다.In the relationship between FIG. 4 and Equation 3, when the current rotational speed of the rotor of the wound induction motor 200 does not reach the required speed of the user, the speed of the rotor should be accelerated to follow the required speed. In order to accelerate the rotational speed of the rotor, the equivalent resistance (Rr, eq) of the rotor winding should be changed in the state that the maximum torque occurs at a faster rotational speed than present. This means that the equivalent resistance (Rr, eq) of the rotor winding should be lowered, as can be seen in the relationship of FIG. 4. Therefore, in order to lower the equivalent resistances Rr and eq of the rotor windings, the switching method of the switching unit 103 is controlled in the direction of increasing the current flowing through the rotor.
도 3의 신호 발생부(307)는 권선형 유도 전동기(200)의 속도 제어를 위해 필요한 회전자 전류량이 스위칭부(103)에 흐르도록 스위칭부(103)의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어 신호를 생성하고 전달한다.The signal generator 307 of FIG. 3 provides a switching control signal for controlling the switching operation of the switching unit 103 such that the amount of rotor current required for the speed control of the wound induction motor 200 flows through the switching unit 103. Create and deliver.
상기 예에서 사용자의 요구 속도 또는 토크에 추종하기 위하여 신호 발생부(307)는 증가시킬 전류량에 대응하여 스위칭부(103)가 턴 온 되도록 온 전압 레벨로 인가되는 스위칭 제어 신호를 생성하여 공급할 수 있다. 구체적으로 펄스 폭 변조된 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 증가시키면 스위칭부(103)의 턴 온 시간이 증가되어 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 전류량이 점차 증가하게 된다. 반대로 펄스 폭 변조된 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 감소시키면 스위칭부(103)의 턴 온 시간이 감소되어 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 전류량이 점차 감소하게 된다.In the above example, in order to follow the required speed or torque of the user, the signal generator 307 may generate and supply a switching control signal applied at an on voltage level so that the switching unit 103 is turned on in response to the amount of current to increase. . Specifically, when the pulse width of the pulse width modulated switching control signal is increased, the turn-on time of the switching unit 103 is increased, so that the rotor current amount of the wound induction motor 200 is gradually increased. On the contrary, when the pulse width of the pulse width modulated switching control signal is reduced, the turn-on time of the switching unit 103 is decreased, so that the rotor current amount of the wound induction motor 200 is gradually reduced.
본 발명의 일 실시 예에 의하면 권선형 유도 전동기(200)의 회전자 저항을 직접적으로 변화시켜 속도 또는 토크를 제어하는 것이 아니라 적어도 하나의 반도체 스위치로 구성된 스위칭부(103)의 턴 온 시간을 제어하여 회전자 권선에 흐르는 전류량을 제어하고, 이에 따라 회전자 권선의 등가 저항(Rr)을 변화시킴으로써 간접적으로 권선형 유도 전동기(200)의 속도 및 토크를 제어하는 효과를 얻는다. 이에 따라 2차 저항이 부가되지 않은 제어 장치로 인해 선형적인 속도 제어가 가능하고 부드럽고 안정적인 운전이 가능하다.According to an embodiment of the present invention to control the turn-on time of the switching unit 103 composed of at least one semiconductor switch, rather than controlling the speed or torque by directly changing the rotor resistance of the wound induction motor 200 By controlling the amount of current flowing through the rotor winding, thereby changing the equivalent resistance (Rr) of the rotor winding to obtain the effect of indirectly controlling the speed and torque of the wound induction motor 200. This allows linear speed control and smooth and stable operation due to the control device without the secondary resistor.
도 3의 제어부(111)는 전력 회생부(109)를 제어하는 회생 모드 제어부(309)를 포함한다. 회생 모드 제어부(309)는 스위칭부(103)의 턴 오프 시간 동안 전력 저장부(105)에 저장된 전력을 상용 전력 계통에 공급한다. 이와 같은 회생 에너지의 공급이 지속되어 상기 전력 저장부(105)에 저장된 전력량이 소정의 전력량 미만으로 떨어진 경우, 회생 모드 제어부(309)는 필요에 따라 회생 운전을 일시적으로 중지할 수 있다.The controller 111 of FIG. 3 includes a regenerative mode controller 309 that controls the power regenerative unit 109. The regenerative mode controller 309 supplies the power stored in the power storage unit 105 to the commercial power system during the turn off time of the switching unit 103. When the supply of such regenerative energy is continued and the amount of power stored in the power storage unit 105 falls below a predetermined amount of power, the regenerative mode controller 309 may temporarily stop the regenerative operation as necessary.
이와 같은 방법에 의하여, 본 발명에 의한 장치는 권선형 유도 전동기(200)의 회전자에 유도된 전력을 상용 전원으로 회생시킬 수 있어 전력 사용량을 절감할 수 있다.By such a method, the device according to the present invention can regenerate power induced in the rotor of the wound induction motor 200 to a commercial power source, thereby reducing power consumption.

Claims (22)

  1. 권선형 유도 전동기의 회전자 권선으로부터 출력된 교류 전력을 공급받아 직류 전압으로 정류하는 정류부;Rectifying unit for receiving the AC power output from the rotor winding of the wound induction motor to rectify the DC voltage;
    상기 정류부의 출력단에 연결되고, 스위칭 제어 신호에 응답하여 턴 온 되는 시간을 조절하는 스위칭부;A switching unit connected to an output terminal of the rectifying unit and adjusting a turn-on time in response to a switching control signal;
    상기 스위칭부가 턴 오프 되는 시간 동안 상기 권선형 유도 전동기의 회전자에서 유도된 전력을 전달받아 저장하는 전력 저장부;A power storage unit configured to receive and store electric power induced by the rotor of the wound induction motor during the time when the switching unit is turned off;
    상기 전력 저장부에 저장된 전력을 외부 전력 계통에 공급하는 전력 회생부; 및A power regenerative unit supplying power stored in the power storage unit to an external power system; And
    상기 권선형 유도 전동기의 속도 또는 토크가 사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 속도 또는 토크에 일치하도록 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 조절하고, 상기 전력 회생부의 작동 상태를 조절하는 제어부를 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.Winding induction including a control unit for controlling the switching operation of the switching unit, and the operation state of the power regenerative unit so that the speed or torque of the winding induction motor to match the speed or torque of the winding induction motor required by the user Speed control device of the electric motor.
  2. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 정류부는 상기 권선형 유도 전동기의 회전자의 권선에서 출력된 3상 교류 전력을 직류로 정류하는 3상 전파 정류 회로인 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.And the rectifier is a three-phase full-wave rectifier circuit for rectifying the three-phase AC power output from the winding of the rotor of the wound induction motor into direct current.
  3. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 스위칭부는, 상기 정류부의 직류 출력단 양단에 병렬 연결된 1 개 이상의 스위치인 권선형 유동 전동기의 속도 제어 장치. The switching unit is a speed control device for a wound type flow motor of at least one switch connected in parallel to both ends of the DC output terminal of the rectifier.
  4. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 스위칭부는 적어도 하나 이상의 반도체 스위치를 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.The switching unit is a speed control device of a wound induction motor including at least one semiconductor switch.
  5. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전력 저장부는,The power storage unit,
    상기 정류부의 직류 출력단 양단에 병렬로 연결되고, 상기 스위칭부의 후단에 연결되어 상기 권선형 유도 전동기의 회전자에서 유도된 전력을 저장하는 커패시터를 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.And a capacitor connected in parallel to both ends of the DC output terminal of the rectifying unit and connected to a rear end of the switching unit to store power induced by the rotor of the wound induction motor.
  6. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전력 저장부와 상기 스위칭부 사이에 배치되어 상기 전력 저장부의 커패시터에 저장된 전력이 역류하여 방전되는 것을 방지하는 역류 방지부를 더 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.And a backflow prevention unit disposed between the power storage unit and the switching unit to prevent backflow and discharge of power stored in the capacitor of the power storage unit.
  7. 제 6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 역류 방지부는 1개 이상의 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.The reverse flow prevention unit is a speed control device of the wound induction motor, characterized in that it comprises one or more diodes.
  8. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전력 회생부는,The power regenerative unit,
    상기 전력 저장부에 저장된 전력을 교류로 변환하여 외부 전력 공급 계통으로 공급하는 계통 연계형 회생 인버터인 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.The speed control device of the wound induction motor which is a grid-connected regenerative inverter for converting the power stored in the power storage unit into an alternating current to supply to an external power supply system.
  9. 제 8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 계통 연계형 회생 인버터는, 펄스 폭 변조(PWM) 인버터, 120도 통전형 인버터, 및 사이리스터 컨버터 중에서 선택된 어느 하나인 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.The grid-connected regenerative inverter is any one selected from a pulse width modulated (PWM) inverter, a 120-degree conduction inverter, and a thyristor converter.
  10. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제어부는,The control unit,
    상기 권선형 유도 전동기의 회전자의 회전 속도를 검출하는 속도 검출부를 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.And a speed detector for detecting a rotational speed of the rotor of the wound induction motor.
  11. 제 10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 제어부는, 상기 회전자의 현재 회전 속도와 사용자로부터 전달받은 권선형 유도 전동기에 대한 요구 속도를 전달받고, 상기 현재 속도와 상기 요구 속도를 각각 비교하는 속도 제어부를 더 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.The controller may further include a speed controller configured to receive a current rotational speed of the rotor and a required speed for a wound induction motor received from a user, and compare the current speed and the required speed, respectively. Speed control device.
  12. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제어부는,The control unit,
    상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어 신호를 생성하는 신호 발생부를 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.And a signal generator for generating a switching control signal for controlling a switching operation of the switching unit.
  13. 제 12항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 스위칭 제어 신호는 펄스 폭 변조(Pulse width modulation, PWM) 방식에 의해 변조된 신호인 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.And the switching control signal is a signal modulated by a pulse width modulation (PWM) scheme.
  14. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제어부는,The control unit,
    상기 전력 저장부에 저장된 전력량의 크기에 따라 상기 전력 회생부를 활성화하여 전력 회생 운전 모드로 제어하거나 또는 상기 전력 회생부의 작동을 중지시키는 회생 중지 모드로 판단하는 회생 모드 제어부를 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 장치.According to the magnitude of the amount of power stored in the power storage unit of the winding type induction motor including a regenerative mode control unit to activate the power regenerative unit to control the power regenerative operation mode or to determine the regenerative stop mode to stop the operation of the power regenerative unit. Speed control device.
  15. 사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 요구 속도 또는 토크, 및 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 비교하는 단계;Comparing a required speed or torque of the winding induction motor requested by a user, and a current speed or torque of the winding induction motor;
    상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크가 사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 요구 속도 또는 토크에 일치하도록 상기 권선형 유도 전동기에 연결된 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어 신호를 생성하여 전달하는 단계; 및Generating and transmitting a switching control signal for controlling a switching operation of the switching unit connected to the wound induction motor such that the current speed or torque of the wound induction motor matches the required speed or torque of the wound induction motor required by the user. ; And
    상기 스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 스위칭부가 턴 온 듀티에 따라 상기 권선형 유도 전동기의 회전자 전류량이 조절되어 상기 권선형 유도 전동기의 속도 또는 토크가 변화하는 단계를 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법.A speed control of the wound induction motor including changing the speed or torque of the wound induction motor by adjusting the amount of rotor current of the wound induction motor according to the switching control signal in response to the switching control signal. Way.
  16. 제 15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법은,Speed control method of the wound induction motor,
    상기 스위칭부가 턴 온 되는 시간 이외의 시간 동안 상기 권선형 유도 전동기의 회전자에서 유도된 전력을 전달받아 전력 저장부에 저장하는 단계; 및Receiving power derived from the rotor of the wound induction motor during a time other than the time when the switching unit is turned on and storing the power in the power storage unit; And
    상기 저장된 전력량의 크기에 따라 상기 저장된 전력을 회생 에너지로 외부 전력 계통에 공급하는 단계를 더 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법.And supplying the stored power to the external power system as regenerative energy according to the magnitude of the stored amount of power.
  17. 제 16항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 전력 저장부에 저장된 전력은 직류 형태이고,The power stored in the power storage unit is a direct current form,
    상기 전력 저장부에 저장된 전력을 회생 에너지로 외부 전력 계통에 공급하기 전에 상기 직류 전력을 교류 형태의 전력으로 변환시키는 단계를 더 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법.And converting the DC power into AC power before supplying the power stored in the power storage unit to the external power system as regenerative energy.
  18. 제 17항에 있어서,The method of claim 17,
    상기 직류 형태의 전력을 교류 형태의 전력으로 변환시키는 단계는, 펄스 폭 변조(PWM) 인버터, 120도 통전형 인버터, 및 사이리스터 컨버터 중에서 선택된 어느 하나의 계통 연계형 회생 인버터에서 수행되는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법.The step of converting the electric power of the direct current form into the electric power of the alternating current type, the winding type induction motor performed in any one of the grid-associated regenerative inverter selected from a pulse width modulation (PWM) inverter, a 120-degree conduction inverter, and a thyristor converter Speed control method.
  19. 제 15항에 있어서,The method of claim 15,
    사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 요구 속도 또는 토크, 및 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 비교하는 단계는,Comparing the required speed or torque of the winding induction motor required by the user, and the current speed or torque of the winding induction motor,
    상기 권선형 유도 전동기의 회전자 권선에서 출력되는 전력의 회전 주파수 및 상기 권선형 유도 전동기의 고정자에 인가된 전원 전압의 주파수를 검출하는 단계;Detecting a rotation frequency of electric power output from the rotor winding of the wound induction motor and a frequency of a power supply voltage applied to the stator of the wound induction motor;
    상기 검출된 회전자 주파수 및 전원 전압의 주파수를 비교하여 상기 권선형 유도 전동기의 슬립(slip)을 산출하는 단계;Calculating a slip of the wound induction motor by comparing the detected rotor frequency and a frequency of a power supply voltage;
    상기 슬립을 이용하여 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 산출하는 단계; 및Calculating a current speed or torque of the wound induction motor using the slip; And
    상기 현재 속도 또는 토크, 및 사용자로부터 기 입력된 권선형 유도 전동기에 대한 요구 속도 또는 토크를 각각 비교하는 단계를 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법.Comparing the current speed or torque, and the required speed or torque for the winding induction motor previously input from the user, the speed control method of the wound induction motor.
  20. 제 19항에 있어서,The method of claim 19,
    상기 슬립은 상기 권선형 유도 전동기의 회전자의 권선에서 출력된 3상 교류 전력의 주파수로부터 산출된 회전자 권선의 전자기적 회전 속도와 상기 권선형 유도 전동기의 고정자에 인가되는 전원 전압의 주파수로부터 산출된 고정자 권선의 전자기적 회전 속도 사이의 차이로부터 산출된 값인 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법.The slip is calculated from the electromagnetic rotational speed of the rotor winding calculated from the frequency of the three-phase AC power output from the winding of the rotor of the wound induction motor and the frequency of the power supply voltage applied to the stator of the wound induction motor. A method for speed control of a wound induction motor, the value calculated from the difference between the electromagnetic rotational speeds of the stator windings.
  21. 제 15항에 있어서,The method of claim 15,
    사용자가 요구하는 권선형 유도 전동기의 요구 속도 또는 토크, 및 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 비교하는 단계는,Comparing the required speed or torque of the winding induction motor required by the user, and the current speed or torque of the winding induction motor,
    상기 권선형 유도 전동기의 회전자가 회전하는 기계적 속도를 검출하여 상기 권선형 유도 전동기의 현재 속도 또는 토크를 산출하는 단계; 및Calculating a current speed or torque of the wound induction motor by detecting a mechanical speed at which the rotor of the wound induction motor rotates; And
    상기 현재 속도 및 사용자로부터 기 입력된 권선형 유도 전동기에 대한 요구 속도를 비교하는 단계를 포함하는 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법.Comparing the current speed and the required speed for the winding induction motor previously input from the user, the speed control method of the winding induction motor.
  22. 제 15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 스위칭 제어 신호는 펄스 폭 변조(Pulse width modulation, PWM) 방식에 의해 변조된 신호인 권선형 유도 전동기의 속도 제어 방법.And the switching control signal is a signal modulated by a pulse width modulation (PWM) scheme.
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