KR100319985B1 - 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치 - Google Patents

캐패시터 구동형 전동기의 기동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치를 개시한다. 개시된 본 발명은 전원에 연결되는 주권선; 상기 주권선에 병렬로 연결되어 전동기 기동을 위한 회전자계를 발생시키는 기동권선; 상기 기동권선에 직렬로 연결되어 기동시 상기 기동권선에 진상 전류를 공급하는 캐패시터; 상기 기동권선측의 전원을 단속하는 스위치수단으로 구성되는 단상유도 전동기의 기동장치에 있어서; 상기 스위치수단은, 상기 기동권선에 직렬로 연결되는 제1전자스위치; 기동시 상기 전원으로부터 입력되는 기동전류를 감지하는 전류센서; 상기 전류센서의 신호에 따라 상기 제1전자스위치를 제어하기 위한 것으로서, 기동시에는 상기 제1전자스위치를 '온'시키고, 상기 전류센서에 의한 설정전류 감지시에는 상기 제1전자스위치를 '오프'시키는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

캐패시터 구동형 전동기의 기동장치{A STARTING APPARATUS OF ELECTRIC MOTOR USING CAPACITOR}
본 발명은 전동기에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 냉장고, 공기 압축기, 오일버너, 세탁기, 펌프 및 에어컨 등에 사용되는 단상유도전동기의 일종인 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치에 관한 것이다.
일반적으로 캐패시터 구동형 전동기는, 주권선과 기동권선을 권선할 수 있는 슬롯을 갖춘 고정자, 회전자, 상기 고정자에 설치되어 회전자를 소정의 위치에 고정시키는 한 쌍의 엔드 플레이트, 상기 회전자에 취부되어 있는 원심력 스위치 및 기동 캐패시터 등으로 이루어진다.
상기와 같은 구성을 가지는 캐패시터 구동형 전동기의 기동 과정을 도 1에 도시한 회로도를 참고로 살펴보면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 전원(1)에 주선권(2)과 기동권선(3)이 연결되어 있고, 상기 기동권선(3)에는 원심력 스위치(4)와 기동캐패시터(5)가 직렬로 연결되어 있다. 전동기가 기동하는 동안에는 원심력 스위치(4)가 폐로로 됨으로써, 주권선(2)과 기동권선(3)은 함께 전원(1)에 연결되며, 전동기가 정격속도의 약 75%~80%에 도달하면 원심력 스위치(4)가 개로로 됨으로써, 기동권선(3)으로의 전류 공급은 차단되고, 주권선(2)에만 전류가 흐르게 된다.
기동시에 주권선(2)과 기동권선(3)을 흐르는 전류는 전동기의 내부에서 자계를 발생한다. 이 때 주권선(2)에 자계가 발생하여 회전자에 유도전류를 흐르게 한다. 그 결과 또 하나의 자계가 회전자에 형성된다. 고정자 권선에서 발생한 회전자계와 회전자에 흐르는 유도전류와의 사이에 힘이 생기게 되며, 이 힘이 회전자를 회전시킨다. 기동할 때에 고정자에서 발생한 자계와 회전자에 의한 자계 사이에 위상차를 갖게 하기 위하여 캐패시터가 필요하며, 전동기가 회전하기 시작한 후에는 기동권선(3)은 필요없게 되므로 원심력 스위치(4)에 의해 회로로부터 개방된다. 여기서, 캐패시터(5)는 기동권선(3)에 흐르는 전류가 주권선(2)에 흐르는 전류보다 앞서게 하는 역할을 한다.
그러나, 상기와 같은 일반적인 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치에 있어서는, 기계식 원심력 스위치를 사용하기 때문에, 이를 전동기 축에 장착하기 위하여 축을 가공하여야 하는 등 가공비가 많이 드는 문제가 있고, 또 고정부와 회전부로 분리된 원심력 스위치를 전동기의 고정자와 회전자에 각각 설치해야 하므로 전동기의 크기를 줄이는데 한계가 있다.
또한, 원심력 스위치를 사용함으로써 기계적인 마모에 의해 신뢰성이 낮을 뿐만 아니라 유지 보수에 많은 문제가 있다.
또한, 종래의 기동장치는 기동 실패시 원심력 스위치가 '오프'되지 않는 구조로 되어 있기 때문에, 과전류로 인해 기동캐패시터가 파손되는 문제가 있었다.이를 방지하기 위해 입력부에 릴레이 등의 스위치를 별도로 설치하여 기동 실패후 소정 시간이 경과하면, 전류를 차단하고 있으나, 과전류에 의한 기동 캐패시터의 손상 및 파손 위험은 여전히 상존한다. 또한, 기동 실패시 전동기에 과전류가 흘러 전동기를 소손시키는 문제도 있다.
본 발명은 상기와 같은 여러 문제점들을 감안하여 안출한 것으로, 전자제어 방식의 스위치를 채용함과 아울러 이를 캐패시터에 일체로 구성함으로써 전동기 축을 가공할 필요가 없으며, 또 전동기의 크기를 현저하게 줄일 수 있도록 한 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 기동시 회전자가 회전함에 따라 감소하는 기동전류와 기동시간을 동시에 제어하여 기동권선측의 전류공급을 단속함으로써, 기동 실패로 인한 캐패시터의 파손을 원초적으로 제거하는 등 전동기의 신뢰성을 높일 수 있는 캐패시터 전동기의 기동장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전동기의 운전시 정격전류 이상의 과도한 전류가 흐르는 것을 차단하는 안전장치를 구비함으로써 과전류에 의해 전동기가 손상되거나 화재가 발생되는 것을 방지할 수 있는 캐패시터 전동기의 기동장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치를 나타낸 회로도이고,
도 2는 본 발명의 열 실시예에 의한 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치를 나타낸 회로도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1;전원 2;주권선
3;기동권선 4;원심력 스위치
5;기동 캐패시터 10;제1전자스위치(기동용 보조스위치)
20;제2전자스위치(주 전자스위치) 30;전류센서
40;제어기
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 의한 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치는, 전원에 연결되는 주권선; 주권선에 병렬로 연결되는 기동권선; 기동권선에 직렬로 연결되는 캐패시터; 기동권선측의 전원을 선택적으로 단속하는 제1 전자 스위치; 전원으로부터 입력되는 전류를 감지하는 전류센서; 및 전류센서로부터 신호를 받아 제1전자스위치를 '온/오프' 제어하는 제어기를 포함한다.
기동권선은 주권선과 협동하여 전동기 기동을 위한 회전자계를 발생시킨다. 그리고, 제어기는 기동초기에는 제1전자스위치를 '온'시키고, 전류센서에 의한 설정전류의 궤적을 감지하어 제1전자스위치를 '오프'시킨다.
또한, 제어기는 기동이상시 제1전자스위치를 일정시간 이상 '온'되지 않도록 제어함과 아울러 기동 실패시 재시동이 이루어지도록 제어한다.
한편, 본 발명은 전동기의 운전시 설정전류 이상의 과도한 전류가 검지될 때 입력 전류의 흐름을 차단하는 제2전자스위치를 더 구비한다. 이 제2전자스위치는 제어기에 의해 제어된다. 그리고, 제1 및 제2전자스위치, 전류 센서, 제어기 및 캐패시터는 일체로 형성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.
첨부한 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치를 나타낸 회로도로서, 도면에서 참조 부호 1은 전원, 2는 주권선, 3은 기동권선, 5는 캐패시터이며, 부호 10은 제1전자스위치(기동용 보조 전자 스위치), 20은 제2전자스위치(주 전자스위치) 이고, 30은 전류센서, 40은 제어기이다.
도시된 바와 같이, 상기 주권선(2)은 전원(1)에 연결되어 있고, 상기 기동권선(3)은 상기 주권선(2)에 병렬로 연결되어 있다. 상기 기동권선(3)에는 캐패시터(5)와 제1전자스위치(10)가 직렬로 연결되어 있다. 그리고, 상기 제 2전자스위치(20)는 주권선(2)에 직렬로 연결되어 있다.
상기 제 1 및 제2전자스위치(10)(20)는 모두 제어기(40)에 연결되어 있으며, 이 제어기(40)는 전류센서(30)로부터 인가되는 신호와 설정시간의 조합에 의해 상기 제 1 및 제2전자스위치(10)(20)를 '온/오프' 제어한다.
여기서, 상기 제1전자스위치(10)는 기동시 '온'되어 기동권선(3)으로 전류가 공급되게 한다. 기동후에는 다시 '오프'되어 전류의 공급을 차단한다.
그리고, 상기 제2전자스위치(20)는 기동시나 전동기의 운전시 전류센서(30)에 의한 설정된 전류 이상의 과도한 전류가 감지될 때 '오프'되어 전류의 흐름을 차단한다.
한편, 본 발명에서는 상기 제 1 및 제2전자스위치(10)(20), 전류센서(30) 및 제어기(40) 등이 캐패시터(5)에 일체로 구성되어 있으며, 이에 의해 전동기의 크기를 현저하게 줄일 수 있다.
그리고, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 본 발명은 기동 실패시 이를 외부에서 용이하게 인식할 수 있도록 알려주는 수단, 예를 들면, 기동 실패시 점등되는 발광다이오드(LED) 등을 더 구비할 수 있으며, 이에 더하여 벨 등의 경보기를 추가적으로 구비할 수도 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치는, 기동시 제어기(40)에 의해 제 1 및 제 2전자 스위치(10)(20)가 '온'된다.
이에 따라 주권선(2)과 기동권선(3) 사이의 전류 위상차이에 의해 고정자와 회전자 사이에 위상차를 갖는 회전자계가 발생하고, 회전자가 기동을 시작한다.
기동시, 회전자가 회전함에 따라 기동전류는 감소하기 시작하며, 정격 회전수에서 정력 전류까지 감소한다.
제어기(40)는 기동전류의 감소율을 측정하고 설정된 시간에 의해 기동권선의 전류를 공급하는 제1전자스위치(10)를 제어한다. 즉 전류센서(30)에 의한 기동전류의 측정값이 설정전류라고 감지되면, 제어기(40)가 제1전자스위치(10)를 '오프'시켜, 기동권선을 회로로부터 개방시킨다. 이 때 최소 기동시간 및 최대 기동시간을 설정하고, 최소 기동시간 동안은 전류 감지와 무관하게 기동 전류를 공급하며, 최대 기동시간 내에서는 전류 궤적에 의한 제어를 수행한다. 그리고, 최대기동시간 이상에서는 제1전자스위치(10)를 '오프'시킨다.
이와 같이, 본 발명은 기동시 입력되는 기동전류의 감소치를 측정하여 전자 스위치를 제어하는 것으로 전동기의 기동을 수행하므로 신뢰성을 높일 수 있다. 물론 기동 실패시 재기동을 시도한다.
또한, 상기 제어기(40)는 전동기의 운전시 정격전류 이상의 과도한 전류가 검지되면, 제2전자스위치(20)를 '오프'시켜 전동기를 보호한다. 또한, 과부하에 의한 전동기 속도 감소시 기동권선에 전류를 공급하여 토오크를 증대시킨다. 그리고 기동 이상시 캐패시터를 보호하기 위하여 제1전자스위치(10)가 일정시간 이상 '온'되지 않도록 제어한다.
이에 의해 종래 원심력 스위치를 사용하는 스위치 방식에서 빈번하게 발생하였던 기동 실패로 인한 캐패시터의 파손을 원천적으로 제거할 수 있고, 또 접점 불량으로 인한 아크 및 화재의 위험을 감소시킬 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치는, 전자 스위치를 채용함과 아울러 기동전류의 감소율을 측정하여 전자 스위치를 제어하므로, 기기의 신뢰성을 높일 수 있고, 기동 실패로 야기되는 캐패시터의 파손과 접점 불량으로 인한 아크 및 화재를 크게 감소시킬 수 있다.
또한, 기동 스위치와 캐패시터를 일체화시킴으로써 전동기의 소형화뿐만 아니라 사용의 편의성 및 경제성을 높일 수 있다.
이상에서는 본 발명에 의한 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (7)

  1. 전원에 연결되는 주권선; 상기 주권선에 병렬로 연결되어 전동기 기동을 위한 회전자계를 발생시키는 기동권선; 상기 기동권선에 직렬로 연결되어 기동시 상기 기동권선에 진상 전류를 공급하는 캐패시터; 상기 기동권선에 직렬로 연결되어 상기 기동권선측의 전원을 선택적으로 단속하는 제1전자스위치; 기동시 상기 전원 으로부터 입력되는 기동전류를 감지하는 전류센서; 및 기동시에는 상기 제1전자스위치를 '온'시키고, 상기 전류센서에 의한 설정전류 감지시에는 상기 제1전자스위치를 '오프'시키며, 최소 기동시간을 보장하고, 기동전류 궤적을 감시하며, 기동시 상기 제1전자 스위치를 일정시간 이상 '온'이 되지 않도록 제어함으로써, 상기 전류센서로부터 인가되는 신호와 내부 설정시간과 연계하여 상기 제1전자스위치를 '온/오프' 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치.
  2. 전원에 연결되는 주권선; 상기 주권선에 병렬로 연결되어 전동기 기동을 위한 회전자계를 발생시키는 기동권선; 상기 기동권선에 직렬로 연결되어 기동시 상기 기동권선에 진상 전류를 공급하는 캐패시터; 상기 기동권선에 직렬로 연결되어 상기 기동권선측의 전원을 선택적으로 단속하는 제1전자스위치; 기동시 상기 전원 으로부터 입력되는 기동전류를 감지하는 전류센서; 기동시에는 상기 제1전자스위치를 '온'시키고, 상기 전류센서에 의한 설정전류 감지시에는 상기 제1전자스위치를 '오프'시키며, 최소 기동시간을 보장하고, 기동전류 궤적을 감시하며, 기동시 상기 제1전자 스위치를 일정시간 이상 '온'이 되지 않도록 제어함으로써, 상기 전류센서로부터 인가되는 신호와 내부 설정시간과 연계하여 상기 제1전자스위치를 '온/오프' 제어하기 위한 제어기; 및 전동기의 운전시 정격전류 이상의 과도한 전류가 감지될 때 입력 전류의 흐름을 차단하며, 상게 제어기에 의해 제어되는 제2전자스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치.
  3. 제3항에 있어서, 상기 제1전자스위치, 제2전자스위치, 전류센서, 제어기 및 캐패시터가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치.
  4. 전원에 연결되는 주권선; 상기 주권선에 병렬로 연결되어 전동기 기동을 위한 회전자계를 발생시키는 기동권선; 상기 기동권선에 직렬로 연결되어 기동시 상기 기동권선에 진상 전류를 공급하는 캐패시터; 상기 기동권선에 직렬로 연결되어 상기 기동권선측의 전원을 선택적으로 단속하는 제1전자스위치; 기동시 상기 전원으로부터 입력되는 기동전류를 감지하는 전류센서; 및 기동시에는 상기 제1전자스위치를 '온'시키고, 상기 전류센서에 의한 설정전류 감지시에는 상기 제1전자스위치를 '오프'시키며, 최소 기동시간을 보장하고, 기동전류 궤적을 감시하며, 기동시 상기 제1전자 스위치를 일정시간 이상 '온'이 되지 않도록 제어함으로써, 기동 실패시 재기동이 이루어지도록 제어함으로써, 상기 전류센서로부터 인가되는 신호와 내부 설정시간과 연계하여 상기 제1전자스위치를 '온/오프' 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치.
  5. 전원에 연결되는 주권선; 상기 주권선에 병렬로 연결되어 전동기 기동을 위한 회전자계를 발생시키는 기동권선; 상기 기동권선에 직렬로 연결되어 기동시 상기 기동권선에 진상 전류를 공급하는 캐패시터; 상기 기동권선에 직렬로 연결되어 상기 기동권선측의 전원을 선택적으로 단속하는 제1전자스위치; 기동시 상기 전원으로부터 입력되는 기동전류를 감지하는 전류센서; 기동시에는 상기 제1전자스위치를 '온'시키고, 상기 전류센서에 의한 설정전류 감지시에는 상기 제1전자스위치를 '오프'시키며, 최소 기동시간을 보장하고, 기동전류 궤적을 감시하며, 기동시 상기 제1전자 스위치를 일정시간 이상 '온'이 되지 않도록 제어함으로써, 상기 전류센서로부터 인가되는 신호와 내부 설정시간과 연계하여 상기 제1전자스위치를 '온/오프'제어하기 위한 제어기; 및 기동 실패시 이를 외부에서 확인할 수 있도록 해주는 표시수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치.
  6. 제 6항에 있어서, 상기 표시수단은 기동 실패시 점등되는 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 캐패시터 구동형 전동기의 기동장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 표시수단은 기동 실패시 경보음을 발하는 경보벨인 것을 특징으로 하는 캐패시터 구동형 전동기의
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