KR100929064B1 - Forward / reverse relay for overload protection of condenser type single phase induction motor - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘덴서 운동형 단상 유도 전동기의 과부하 보호용 정/역 계전기에 관한 것으로 높은 효율과 역율을 가지며, 높은 기동 토크를 요구하지 않도록 단상 유도 전동기의 운전권선(W1)및 기동권선(W2)의 임피던스를 동일하게 권선한 후 반도체 소자인 트라이악(D3, D4)을 이용하여 기동콘덴서(C5)가 연결된 권선을 바꾸어 순간 정/역 회전할 수 있도록 전동기 전원 전압이 순방향일 때는 저항(R2, R3)을 통해, 역방향일 때는 저항(R10, R11)을 통해 각각의 비교기(OP1, OP2)의 비 반전 입력단자에 입력되고, 그리고 반전입력단자에는 다른 입력인 레퍼런스 전압을 트라이악의 양단에 걸리는 전압(0,6∼1,2V)를 고려하여 0점 전압 또는 전류 발생시 비교기(OP1, OP2)는 High를 출력하도록 저항(R7, R9)이 선정되고, 0점 전압/전류 검출회로의 출력이 High일 경우 일정시간 동안(300us∼1ms)내부 마이크로 컨트롤러의 일반 I/O포트를 통해 충분한 용량의 게이트 전류를 인가하여 트라이악(D3, D4)의 제어 및 구동회로를 구성하여 스위치 기능을 가진 Snubberless Triac을 통해 순간 정/역을 포함한 기동을 구현하고 과부하를 보호할 수가 있다.

운전권선, 기동권선, 트라이악, 기동콘덴서, 비교기.

The present invention relates to a forward / reverse relay for overload protection of a condenser motion type single phase induction motor, and has a high efficiency and a power factor. After winding the same, the resistor (R2, R3) is used when the motor power supply voltage is forward to reverse / reverse rotation by using the semiconductor device triac (D3, D4) to change the winding connected to the starting capacitor (C5). In the reverse direction, the resistors R10 and R11 are input to the non-inverting input terminals of the comparators OP1 and OP2, and the inverting input terminals are connected to the other end of the triac by a reference voltage, which is a different input (0). Resistor R7, R9 is selected to output High when 0 point voltage or current is generated considering 6 ~ 1,2V, and when output of 0 point voltage / current detection circuit is High For a period of time (30 0us ~ 1ms) Apply the gate current of sufficient capacity through the general I / O port of the internal microcontroller to configure the control and drive circuit of the triac (D3, D4) and instantaneous forward / reverse through the Snubberless Triac with switch function. It is possible to implement maneuvers, including overload protection.

Driver winding, maneuver winding, triac, mobile capacitor, comparator.

Description

콘덴서 운전형 단상 유도 전동기의 과부하 보호용 정/역 계전기{Capacitor Run Induction Motors}Capacitor Run Induction Motors for Overload Protection of Capacitor Operated Single-Phase Induction Motors

단상 유도 전동기의 정/역 계전기에 관한 것으로 특히 콘덴서 운전형 단상 유도전동기의 과부하 보로용 정/역 계전기.It relates to the forward / reverse relay of single-phase induction motors, especially the forward / reverse relay for overload protection of condenser-operated single-phase induction motors.

종래의 단상 유도 전동기에 있어서의 정/역 운전시 기동 및 운전권선의 임피던스를 동일하게 권선하여 운전 콘덴서가 연결된 권선에 따라 전동기의 운전 방향이 바뀌게 된다. 이와 같은 동작을 하기 위해서는 전동기의 속도 감소를 기다려야 하고, 이를 위하여 기계식 접점을 이용하므로 릴레이 용량에 따라 단가 상승의 원인이 되고, 순간적인 접점 이동시 발생하는 아크(Arc)로부터 릴레이가 노출되어 있으므로 이를 보호하기 위한 추가회로가 요구되는 등의 결점이 있다.In the conventional single-phase induction motor, the driving direction of the motor is changed according to the winding to which the driving capacitor is connected by winding the impedances of the start and the winding windings in the same manner during the forward / reverse operation. In order to perform such operation, it is necessary to wait for the reduction of the speed of the motor, and for this purpose, the mechanical contact is used, which causes the unit price to increase according to the relay capacity, and the relay is exposed from the arc generated during instantaneous contact movement. There are drawbacks such as the need for additional circuitry to do this.

본 발명은 상기와 같은 종래의 결점을 해결함으로서 원심 스위치가 요구되지 아니하고도 전동기의 정지 시 뿐 아니라 운전 중에도 전동기의 속도 감소를 기다릴 필요 없이 정역이 가능하고, 반도체 소자인 Snubberless Triac을 통해 릴레이의 스 위치 기능을 대체하고 트라이악의 제어는 마이크로 컨트롤러를 통해 효율적으로 구현시켜 단가 상승의 여지를 제한할 수 있으며, 또한 상기 트라이악 제어용 DC전원 회로는 별도 구성할 필요 없이 동시에 과부하 회로가 계전기에 내장되도록 구현하는 것이다.The present invention solves the above-mentioned drawbacks as described above without the need for a centrifugal switch, the motor can be reversed without having to wait for the motor speed to be reduced not only at the time of stopping the motor but also during operation. It replaces the position function and the control of the triac can be efficiently implemented through a microcontroller to limit the room price increase. Also, the triac control DC power supply circuit can be implemented in the relay at the same time without any configuration. It is.

본 발명은 상기와 같은 종래의 원심 스위치를 필요로 하지 않으며, 전동기의 정지신는 물론 운시시에도 정/역회전이 가능해야하고, 이를 위한 제조 단가의 상승을 억제해야 하는 과제를 해결코자 하는 것이다.The present invention does not require the conventional centrifugal switch as described above, it is to solve the problem that the forward / reverse rotation should be possible at the time of operation as well as the stationary transmission of the motor, and to suppress the rise in manufacturing cost for this.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명에 있어서는 트라이악 제어를 위한 0점 전압/전류 검출회로를 구성하고, 트라이악 구동회로 및 과부하 보호용 유기 전압 검출회로가 구성되며, 정/역용 스위치 회로와 계전기의 전원 회로를 구성함으로서 해결할 수 있었으며, 상기한 각 회로는 논리, 연산에 의한 Logical block으로 내부 마이크로 콘트롤러에 저장된 프로그램에 의해 제어하도록 한것이다.다.In order to solve the above problems, in the present invention, a zero point voltage / current detection circuit for triac control is constituted, a triac drive circuit and an organic voltage detection circuit for overload protection are configured, and a forward / reverse switch circuit and a relay are provided. It was solved by constructing a power supply circuit, and each circuit described above was controlled by a program stored in an internal microcontroller as a logical block by logic and operation.

본 발명은 반도체 소자인 Subberless Triac을 통해 순간 정/역을 포함하는 정/역 기동을 구현하도록 릴레이의 스위치 기능을 대체하고 트라이악의 제어는 마이크로 컨트롤러를 통해 효과적으로 구현함으로서 단가 상승의 여지를 없애고 또한 계전기 내부의 전원을 사용하여 정/역 스위치에 전원을 공급하도록함으로서 별도의 외부로 부터의 트라리악 제어용 DC전원회로가 필요 없고, 과부하회로가 계전기에 내장되어 효율적이며, 산업적으로 생산할 수 있는등의 효과가 있는 발명인 것이다.The present invention replaces the relay switch function to implement forward / reverse starting including instantaneous forward / reverse through the semiconductor device Subberless Triac, and effectively controls the triac by using a microcontroller, thus eliminating room for price increase and relaying. By supplying power to the forward / reverse switch by using the internal power supply, there is no need for a separate external power control circuit, and the overload circuit is built into the relay, so it can be produced efficiently and industrially. It is an invention with.

이하 본 발명을 실시예의 첨부된 도면에 따라 상술하면 다음과 같다. 첨부된 도1에서 사각의 괄호표시는 논리, 연산에 의한 Logical block으로 내부 마이크로 컨트롤러에 저장된 프로그램에 의해 제어되는 것을 의미하며, 부호 N, L는 외부전원 입력단자로 그 양단에는 트라이악(D3, D4)이 구동 및 기동권선(W1, W2)과 직열 연결되고, 상기 트라이악(D3)과 구동권선(W1)사이에는 저항(R2)을 통해 비교기(OP1)의 비반전 입력단자(+)에 연결됨과 동시에 분배저항(R3)으로 접지되고, 또한 트라이악(D4)과 기동권선(W2)사이에는 저항(R10)을 통해 비교기(OP2)의 비반전 입력단자(+)에 연결됨과 동시에 분배저항(R11)을 통해 접지되고 상기 비교기(OP1, OP2)의 반전 입력단자(-)에는 저항(R12)을 통해 레퍼랜스 전압(Reference voltage)을 공급하기 위한 DC 전원(VDD)에, 그리고 저항(R9)을 통해서는 접지되어 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, square brackets indicate a logic block and a logic block, which are controlled by a program stored in an internal microcontroller. Reference numerals N and L denote an external power input terminal and a triac (D3, D4) is connected in series with the driving and starting windings W1 and W2, and is connected to the non-inverting input terminal (+) of the comparator OP1 through the resistor R2 between the triac D3 and the driving winding W1. It is connected and grounded with the divider resistor (R3), and is connected to the non-inverting input terminal (+) of the comparator (OP2) through the resistor (R10) between the triac (D4) and the starting winding (W2). Grounded through R11 and connected to the inverting input terminals (-) of the comparators OP1 and OP2 to a DC power supply VDD for supplying a reference voltage through a resistor R12, and a resistor R9. ) Is grounded.

한편, 상기 비교기(OP1, OP2)의 반전출력은 0점 전압/전류(Zero-crossing voltage/current)검출회로(Zero crossing Detection)(2)에 연결되어 있고, 트라이악(D3, D4)를 통해 정/역 제어를 할 수 있도록 게이트에는 트라이악 구동회로(Triac Driving)(1)의 출력이 각기 저항(R5, R12)을 통해 연결되어 있다.On the other hand, the inverting output of the comparators (OP1, OP2) is connected to the zero crossing detection circuit (Zero crossing Detection) (2), and through the triac (D3, D4) The output of the triac driving circuit 1 is connected to the gate through the resistors R5 and R12 so as to perform forward and reverse control.

또한, 기동 및 구동권선(W1, W2)사이에 연결된 부호(C5)는 기동콘덴서를 의미하는 것으로 기동권선(W2)측에는 저항(13, R14, R15)및 콘덴서(C2)를 통해 아날로그/디지탈 변환기(ADC2)를 거처서, 그리고 구동권선(W1)측에는 저항(R8, R6, R4)및 콘덴서(C7)를 통해 아날로그/디지털 변환기(ADC1)를 통해 마이크로 컨트롤러(CPU)에 내장된 플래시 메모리에 디지털 값으로 저장되도록 스피드 볼테이지 센싱 회로(Speed Voltage Sensing) (4)에 입력하도록 되어 있다. 미 설명부호 External Switch input(3)는 외부 입력인 정/역(Fwd/Rev)스위치에 의해 정/역회전을 지시하도록 된 것이며, D1은 제너다이오드, D2는 다이오드, C1은 평활용 콘덴서, C3은 콘덴서, R1, R16, R17은 저항을 의미한다.In addition, the symbol C5 connected between the start and the drive windings W1 and W2 means a start capacitor, and on the start winding W2 side, an analog / digital converter is provided through the resistors 13, R14 and R15 and the capacitor C2. The digital value in the flash memory built into the microcontroller (CPU) via the analog-to-digital converter (ADC1) via (ADC2) and via the resistors (R8, R6, R4) and capacitor (C7) on the drive winding (W1) side. The speed voltage sensing circuit 4 is inputted to the speed voltage sensing circuit 4 so as to be stored. Unmarked External Switch input (3) is for direct / reverse rotation by external input (Fwd / Rev) switch, D1 is zener diode, D2 is diode, C1 is smooth capacitor, C3 Is a capacitor, R1, R16, R17 means resistance.

상기 도면에서 회로 구동용 DC전원부(VDD, Vss)는 일반화된 회로임으로 간략화를 위하여 생략됐다.In the drawing, the circuit driving DC power supply units VDD and Vss are generalized circuits, and thus are omitted for simplicity.

상기와 같은 구성으로 되는 본 발명의 실시예에 있어서,In the embodiment of the present invention having the configuration as described above,

정/역 트라이악 제어를 위한 0점 전압/전류 검출회로(2) 및 트라이악 구동회로(1) 그리고 과부하 보호용 유기전압 검출회로(4) 및 정/역용 스위치회로(3)는 논리, 연산에 의한 로지칼 블록으로 내부 마이크로 컨트롤러에 저장된 프로그램에 의해 제어하도록 되어 있는바 그 작용을 설명하면 다음과 같다.The zero point voltage / current detection circuit (2) and triac driving circuit (1) for forward / reverse triac control, the induced voltage detection circuit (4) for overload protection, and the forward / reverse switch circuit (3) Logical block is controlled by the program stored in the internal microcontroller.

0점 전압/전류 검출회로(2)에 있어서 전동기의 전원 전압이 순방향일 경우에는 저항(R2, R3)을 통해 전압이 분배되어 비교기(OP1)의 비 반전 입력단자(+)에 입력되고, 반대로 역방향일 경우에는 저항(R10, R11)을 통해 전압이 분배되어 비교기(OP2)의 비반전 입력단자(+)에 입력되고 상기 비교기(OP1, OP2)의 반전 입력단자(-)에 입력되는 레퍼런스 전압은 트라이악이 On상태에서 트라이악 양단에 걸리는 전압(예 0.6∼1,2V)을 고려한 것으로 0점 전압 또는 전류 발생시 비교기(OP1, OP2)는 High를 출력하도록 저항(R7과 R9)가 선정되는 것이다.In the zero-point voltage / current detection circuit 2, when the power supply voltage of the motor is forward, the voltage is distributed through the resistors R2 and R3 and input to the non-inverting input terminal (+) of the comparator OP1. In the reverse direction, the voltage is distributed through the resistors R10 and R11 to be input to the non-inverting input terminal (+) of the comparator OP2 and to the reference voltage input to the inverting input terminal (-) of the comparators OP1 and OP2. Is taken into consideration the voltage across the triac (eg 0.6 to 1,2V) when the triac is on.The resistors R7 and R9 are selected so that the comparators (OP1, OP2) output high when zero voltage or current occurs. will be.

한편, 트라이악 구동회로(1)는 앞서 설명한 0점 전압/전류 검출회로(2)의 출력이 High일 경우 일정시간(300us∼1ms)동안 내부 마이크로 컨트롤러의 일반 I/O포 트를 통해 충분한 용량의 게이트 전류를 인가하게 되는 것이며, 과부하 보호를 위한 유기전압 검출회로(4)는 운전콘덴서(C5)에 의하여 전동기 전원 전압에서 분배된 코일(W1, W2)전압은 유기전압과 백터 합이 되어 순방향이 선택 되었을 저항(R13, R14)를 통해 아날로그/디지털 변환기(ADC2)를, 반대로 역방향일 경우 저항(R8, R6)을 통해 전압 강하되고 아날로그/디지털 변환기(ADC1)를 거처 마이크로 컨트롤러에 내장된 플래시 메모리에 디지털 값으로 저장되는 것이다. 따라서 상기 저장 값은 설정된 과부하 트립 전압과 비교되어 일정 시간이 경과하면, On 상태인 트라이악을 Off시켜 주는 것이다. 상기에서 유기전압에 의한 과부하 보호의 자세한 내용은 많은 선행 출원된 내용으로부터 이 방면의 전문가라면 용이하게 이해되는 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한 정/역 스위치회로(3)는 전동기의 운전 방향을 명령하기 위한 것으로 선택된 스위치의 상태는 저항(R16, R17)에 의해 마이크로 컨트롤러의 구동 전압이 CPU I/O포트에 입력되는 것이다.On the other hand, the triac driving circuit 1 has sufficient capacity through the general I / O port of the internal microcontroller for a predetermined time (300us to 1ms) when the output of the zero voltage / current detecting circuit 2 described above is high. In the induced voltage detection circuit 4 for overload protection, the voltages of the coils W1 and W2 distributed from the motor power supply voltage by the driving capacitor C5 become the sum of the induced voltages and the vector forward. The flash is built into the microcontroller via a voltage drop across the analog-to-digital converter (ADC2) via resistors R13 and R14 and, conversely, in the reverse direction, through resistors (R8 and R6) and via analog-to-digital converter (ADC1). It is stored as a digital value in memory. Therefore, the stored value is compared with the set overload trip voltage and turns off the triac in the on state when a predetermined time elapses. The details of the overload protection by the induced voltage in the above will be easily understood by those skilled in the art from many prior applications, so a detailed description thereof will be omitted. In addition, the forward / reverse switch circuit 3 is for instructing the driving direction of the motor, and the state of the selected switch is that the driving voltage of the microcontroller is input to the CPU I / O port by the resistors R16 and R17.

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Claims (2)

기동 및 구동권선의 임피던스를 동일하게 권선하고 트라이악을 이용하여 기동콘덴서가 연결된 권선을 바꾸어 주어 순간 정/역 회전이 되도록하는 콘덴서 운전형 유도 전동기에 있어서,In the condenser driving type induction motor which turns the impedance of the starting and driving windings the same and uses the triac to change the winding connected to the starting capacitor to make the moment forward and reverse rotation. 전동기 전원전압이 순방향일 때와 역방향일 때 전압이 분배되어 비교기의 비반전 입력단자에 각기 입력되고, 상기 비교기의 반전 입력단자에 인가되는 레퍼런스전압은 트라이악 On상태에서 트라이악 양단에 걸리는 전압을 고려하여 0점전압/ 전류 발생시 비교기는 High를 출력하도록 저항이 선정되고, 트라이악 구동회로는 0점 전압/전류 검출회로의 출력이 High일 경우 일정시간 동안 내부 마이크로 컨트롤러의 일반 I/O포트를 통해 게이트 전류를 인가하여 정/역 회전토록함을 특징으로하는 콘덴서 운전형 유도 전동기의 과부하 보호용 정/역 계전기.When the motor power voltage is forward and reverse, the voltage is divided and input to the non-inverting input terminal of the comparator.The reference voltage applied to the inverting input terminal of the comparator is the voltage across the triac in the triac on state. In consideration of the zero point voltage / current generation, the comparator is selected to output high, and the triac driving circuit performs the normal I / O port of the internal microcontroller for a certain time when the output of the zero voltage / current detection circuit is high. A forward / reverse relay for overload protection of a condenser operated induction motor characterized by applying a gate current to cause a forward / reverse rotation. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 전동기의 전원전압이 운전 콘덴서에 의해 분배된 전압이 유기 전압과 백터합이되어 순방향이 선택되었을 때 저항(R13, R14)을 통해 아날로그/디지털 변환기(ADC2)에 입력되고 역방향일 경우 저항(R8, R6)을 통해 전압 강하되고 아날로그/디지털 변환기(ADC1)를 거처 마이크로 컨트롤러에 디지털 값으로 저장되고 설정된 과부하 트립 전압과 비교되어 과부하 동작시간이 경과하면, On상태인 트라이악을 Off시켜 전동기의 정/역 구동을 위한 트립접점이되는것을 특징으로하는 콘덴서형 단상 유도 전동기의 과부하 보호용 정/역 계전기.When the forward voltage is selected because the voltage divided by the driving capacitor becomes the sum of the induced voltage and the forward voltage is input to the analog-to-digital converter ADC2 through the resistors R13 and R14, and in the reverse direction, the resistor R8, The voltage drops through R6) and is stored as a digital value in the microcontroller via the analog-to-digital converter (ADC1) and compared to the set overload trip voltage. A forward / reverse relay for overload protection of a condenser type single phase induction motor characterized by being a tripping point for reverse driving.

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