KR0130167Y1 - 유도전동기의 전압자동보상 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 유도전동기의 전압자동보상장치에 관한것으로, 종래 유도전동기 구동장치는 출력전압이 포화곡선을 이루는 영역에서 유도전동기에 필요한 220V의 출력압을 공급할 수는 있지만 각 주파수에 필요한 전압을 얻기 이ㅜ해서는 여러번의 실험을 해야하는 번거로움과 과변조에의해 저차고조파가 발생되어 유도전동기에 토오크리플과 열을 발생새키는 문제점이 있고, 입력전압변동시 이를 해결하는 대책이 없는 문제점이 있었다. 본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 압력측에 입력전압을 배가하는 전압배가 방식을 이용하고 출력측에 쵸퍼를 설치하여 입력전압 변동에 관계없이 직류전압을 일정하게 유지할 수 있도록하며, 과변조를 하지않아 저차고조파발생을 제거하여 유도전동기의 수명을 연장할 수 있는 유도전동기의 전압자동보상장치를 안출한 것이다.

Description

유도전동기의 전압자동보상장치

1도는 종래 유도전동기 구동장치 블록도.

제2도는 제1도에 따른 펄스폭 변조 파형도.

제3도는 변조계수값에 따른 출력전압 파형도.

제4도는 본 고안 유동전동기의 전압자동보상장치 블록도.

제5도는 제4도에 따른 정류 및 평활부의 상세회로도.

제6도는 제4도에 따른 쵸퍼 및 쵸퍼구동부의 상세회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 정류부 2 : 직류전압 평활부

3,8 : 인버터출력부 4,9 : 3상모터

5,10 : 제어 회로부 6 : 정류 및 평활부

7 : 쵸퍼 11 : 쵸퍼구동부

12 : 스위칭소자 구동부 13 : 분리앰프

CP₁: 비교기 Q₁: 스위칭소자

본 고안은 유도전동기의 전압자동보상장치에 관한 것으로, 특히 인버터의 출력전압을 안정화시키기 위하여 입력전압의 변동에 관계없이 항상 일정한 전압을 출력하도록 하며, 과변조(Over-Modulation)를 하지 않아 저차 고조파 발생을 방지하도록한 유도전동기의 전압자동보상장치에 관한 것이다.

제1도는 종래 유도전동기 구동장치 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 220V의 교류전원(AC)을 입력받아 정류하는 정류부(1)와 그 정류부(1)의 출력전원을 평활하여 일정한 직류전원으로 출력하는 직류전압 평활부(2)와, 그 직류전압 평활부(2)에서 출력되는 직류전원을 스위칭전력소자의 구동에 의해 원하는 교류전원으로 발생시켜 3상모터(4)를 구동하는 인버터 출력부(3)와, 그 인버터 출력부(3)의 스위칭전력소자를 구동하기 위한 펄스폭 변조신호(PWM)를 발생하는 제어 회로부(5)로 구성하였다.

이와같이 구성된 종래 유도전동기 구동장치는 220V의 교류전원(AC)이 정류부(1)로 입력되면, 그 정류부(1)는 교류전원(AC)을 정류하여 직류전압평활부(2)로 출력하므로, 그 직류전압평활부(2)는 그 정류된 전원을 평활하여 일정한 직류전원으로 출력한다. 이때 제어 회로부(5)는 제2도에 도시된 바와같이 ,의 반송파와 ,의 정현파를 변조하여 ,와같은 펄스폭변조신호(PWM)를 발생시켜 인버터출력부(3)로 인가하면, 그 인버터출력부(3)는 그 펄스폭변조신호(PWM)에 의해 스위칭전력소자가 구동되어 상기 직류전압평활부(2)에서 출력되는 직류전원을 원하는 양의 교류전원으로 발생시켜 3상모터(4)를 구동한다. 여기서 제3도에서와 같은 펄스폭변조방식에 의하면 ,파형의 최대치에 대한 ,파형의 최대치의 비율인 변조계수(Modulation Index) 즉 M의 값에 따라 상기 인버터출력부(3)의 출력은 제3도에 도시된 바와같이 나타나게 된다.

그러나 M≤1인 영역에서는 선형적으로 출력이 증가하지만, M1인 영역에서는 포화곡선형태가 된다. 따라서 상기 인버터출력부(3)는 M의 변화에 따라 선형적으로 변화되는 M≤1인 출력전압에서 3상모터(4)를 구동해야 하지만 M=1인 지점의 출력을 보면 직류링크(DC Link)전압의 61.2%밖에 출력되지 않아 상기 3상모터(4)를 구동하기 위한 조건은 만족되지 않는다.

따라서 220V의 출력전압을 충족하는 M1인 영역을 사용하여 상기 3상모터(4)를 구동하게 된다.

그러나, 상기에서 설명한 바와같이 종래 유도전동기 구동장치는 M1인 영역을 사용하면 220V의 출력전압을 얻을 수 있지만 포화곡선형태를 이루고 있기 때문에 여러번의 실험을 통해 각 주파수별로 필요한 전압을 얻을 수 밖에 없을 뿐만 아니라, 과변조가 일어나는 영역에서는 저차 고조파성분이 발생하여 유도전동기에 토오크리플 및 열을 발생시키는 문제점이 있고, 또한 입력전압이 변동할 경우 변동에 대한 대책이 없는 문제점이 있었다.

본 고안은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 입력측에 입력전압배가 방식을 이용하고, 출력측에 주파수별 전압을 극대화할 수 있는 쵸퍼를 설정하여 출력전압을 일정하게 유지할 수 있도록한 유도전동기의 전압자동보상장치를 안출한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 고안 유도전동기의 전압자동보상장치 구동성도로서, 이에 도시한 바와같이 입력전압 배가방식에 의해 입력 교류전압을 2배의 직류전압으로 정류 및 평활하는 정류 및 평활부(6)와, 그 정류 및 평활부(6)에서 출력되는 직류전압을 원하는 크기의 직류전압으로 일정하게 유지하는 쵸퍼(7)와, 쵸퍼(7)에서 일정하게 유지된 직류전압을 교류전압으로 만들어 3상모터(9)를 구동하는 인버터출력부(8)와, 상기 인버터출력부(8)의 스위칭 전력소자를 구동하기 위한 펄스폭변조신호(PWM)를 발생하고 지령상태에 따라 전압지령신호(Vref)를 출력하는 제어 회로부(10)와, 상기 제어 회로부(10)의 전압지령신호(Vref)와 상기 쵸퍼(7)의 출력 직류전압(Vd₂)을 비교하여 그에따른 차신호를 그 쵸퍼(7) 출력하는 쵸퍼구동부(11)로 구성한다.

상기 정류 및 평활부(6)는 제5도에 도시한 바와같이, 다이오드(D1-D4), 콘덴서(C1,C2) 및 저항(R1,R2)으로 구성되어 입력 교류전압(Vac)을 2배의 직류전압(Vd₁)으로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 쵸퍼구동부(11)는 제6도에 도시한 바와같이, 상기 쵸퍼(7)에서 출력되는 직류전압(Vd₂)을 제어신호(Viso)와 변환하는 분리앰프(13)와, 상기 분리앰프(13)에서 출력되는 제어신호(Viso)와 상기 제어 회로부(10)의 전압지형신호(Vref)를 비교하여 그 차신호를 쵸퍼(7)의 스위칭소자 구동부(12)에 구동제어신호로 인가하는 비교기(CP₁)로 구성한다.

이와같이 구성한 본 고안의 작용 및 효과를 첨부한 제5도 및 제6도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

교류전압(Vac)이 정류 및 평활부(6)로 입력되면, 그 정류 및 평활부(6)는 그 교류전압(Vac)을 직류전압으로 정류하는데 이때 상기 정류 및 평활부(6)는 제5도에 도시한 바와같이 전압배가 방식이 적용되어 있기 때문에 일반적으로 정류되는 직류 전압보다 2배 큰 직류전압(Vd₁)으로 정류되어 평활된다. 이와같이 평활된 직류전압(Vd₁)이 쵸퍼(7)로 인가되며 그 쵸퍼(7)는 직류전압(Vd₁)을 원하는 크기의 직류전압(Vd₂)으로 일정하게 유지할 수 있도록 쵸핑(chopping)하여 상기 인버터출력부(8)로 출력하며, 이에따라 그 인버터출력부(8)는 제어 회로부(10)에서 발생되는 펄스폭변조신호(PWM)의 동기를 받아 직류전압을 교류전압으로 만들어 3상모터(9)를 구동하게 된다.

이때 상기 쵸퍼(7)에서 쵸핑된 직류전압(Vd₂)에 의해 상기 인버터출력부(8)의 출력이 삼상모터(9)가 요구하는 주파수별 전압에 맞추어 이루어져야만 그 삼상모터(9)의 효율이 가장 극대화될 수 있기 때문에 상기 쵸퍼(7)에서 출력되는 직류전압(Vd₂)을 일정하게 유지하기 위하여 제6도에 도시한 바와같이 그 직류전압(Vd₂)을 쵸퍼구동부(11)의 분리앰프(Isolation Amp)(13)로 인가한다.

이에따라 그 분리 앰프(13)는 그 직류전압(Vd₂)을 제어용 신호(Viso)로 변환하여 비교기(CP₁)로 인가하면, 그 비교기(CP₁)는 제어용신호(Viso)와 상기 제어 회로부(10)에서 출력되는 전압지형신호(Vref)를 비교하여, 그 차신호를 쵸퍼(7)의 스위칭소자구동부(12)에 스위칭 구동 제어신호로 인가한다. 이와같이 스위칭 구동 제어신호가 쵸퍼(7)의 스위칭소자구동부(12)로 인가되면, 그 스위칭소자구동부(12)는 상기 쵸퍼(7)에서 출력되는 직류전압(Vd₂)이 일정하게 유지되도록 스위칭소자(Q₁)를 구동한다. 이에따라 상기 인버터출력부(8)의 출력전압은 M=1인 경우에 62%가 되기때문에 M1인 영역에서도 220V를 필요로하는 유도전동기에 충분한 전압을 공급할 수 있게 된다.

상기에서 설명한 바와같이 본 고안은 M≤1인 영역에서도 유도전동기에 충분한 전압을 공급할 수 있어 과변조를 할 필요가 없기 때문에 저차 고조파가 발생하지 않아 유도 전동기의 신뢰성을 증대할 수 있고, 입력전압이 변동하더라도 그 입력전압에 관계없이 유도전동기에 충분한 전압을 공급할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 전압입력 배가방식에 의해 입력 교류전압을 2배의 직류전압으로 정류 및 평활하는 정류 및 평활부와, 상기 정류 및 평활부에서 출력되는 직류전압을 원하는 크기의 직류전압으로 일정하게 유지하는 쵸퍼와, 상기 쵸퍼에서 일정하게 유지된 직류전압을 교류전압으로 만들어 3상모터를 구동하는 인버터출력부와, 상기 인버터출력부의 스위칭 전력소자를 구동하기 위한 펄스폭 변조신호(PWM)를 발생하고 지령에 따라 전압지령신호(Vref)를 출력하는 제어 회로부와, 상기 제어회로부의 전압지령신호(Vref)와 상기 쵸퍼의 출력 직류전압(Vd₂)을 비교하여 그에따른 차신호를 그 쵸퍼에 출력하는 쵸퍼구동부로 구성한 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전압자동보상장치.