KR19990006552A - 교류전동기의 시동방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 큰 설치공간을 필요로 하지 않으며, 값이 싸고 연시동이 가능한 교류전동기의 시동방법 및 장치를 제공한다.

정지상태로 있는 교류전동기(2)에 대해서 정 또는 부의 반파를 단위로 하여 그 정수배의 온시간 및 그것에 연속되는 오프시간의 반복에 따라 교류전원(R, S, T)으로부터의 전전압을 인가하여 교류전동기(2)를 시동함과 동시에, 온시간 및 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 시동하는 동안 거의 수분의 1부터 1에 이르기까지 시간의 경과에 따라서 점차 증가시킨다.

Description

교류전동기의 시동방법 및 장치

본 발명은 교류전동기의 시동방법 및 장치에 관한 것이다.

역기전력이 없는 정지상태의 농형(籠形) 3상 유도전동기(squirrel-cage three-phase induction motor)에 전전압(全電壓)을 가해 시동하면 큰 시동전류가 흐르고, 전원용량이 작은 경우에는 전원전압의 저하를 초래하며, 정전기 자체 또는 전원계통에 악영향을 줄뿐만 아니라, 특히, 고압력 상태에서 정지하는 압축기와 같이, 정지상태에서 큰 기계적 부하가 걸리는 경우에는 시동불능 상태에 빠지고 마는 경우가 있다. 대용량의 농형 3상 유도전동기에 대해서는 여러 가지 시동방식이 제안되어 실시되고 있다. 이러한 시동방식을 열거해 보면,

1. 본래 델타결선의 전동기 권선을 스타결선으로 하여 시동하고, 시동전류의 저감 후에 델타결선으로 절환하는 스타-델타 시동법

2. 전류회로에 직렬로 삽입한 리액터를 개재하여 시동하고, 시동전류 저감 후에 리액터를 단락하는 리액터 시동법

3. 사이리스터(thyristor)등을 이용하여 도통각 제어에 의해서 최소 도통각부터 최대 도통각까지 도통각을 점차 증가시키는 위상 제어법 등이 알려져 있다.

그러나, 상술한 시동방식에는 각각 다음과 같은 문제점이 존재한다. 즉, 제 1방식은 전동기의 각 상권선의 양단을 외부로 도출시킬 필요가 있을 뿐만 아니라, 접속절환을 실시하기 위한 절환장치를 설치해야 하고, 도출된 권선단 사이에 상호 접속을 행할 필요가 있다. 그로 인해서, 고가로 될 뿐만 아니라, 큰 설치공간을 필요로 한다. 또, 이 방식은 최종적으로 델타결선으로 사용되는 전동기에 한정된다. 제 2방법은 리액터 및 단락용 스위치를 필요로 하며, 결선방식을 빼고는 제 1방식과 마찬가지의 문제점을 지니고 있다. 제 3방식은 교류전원 전압의 각 사이클마다 소정의 위상각으로 사이리스터 등의 반도체 소자를 점화 제어하기 때문에, 상당히 고급인 점화제어장치를 필요로 하며, 가격이 고가로 된다.

상기 이외에도 가령, 리액터 대신에 저항을 사용하는 저항 시동방식이나 탭부착 단권 변압기를 사용하는 폐회로 변환 단권변압기 시동방식 등이 공지되어 있으나, 전동기측에서 보면, 이들 시동방식에서는 감압된 전압이 인가되는 것이 되므로 부하에 따라서는 시동 토오크가 부족하여 시동불능 상태에 이르는 경우가 있다.

이러한 종류의 시동방식을 선정할 때에는

a. 시동시 전압강하에 의한 외부기기의 악영향을 억제하고,

b. 전압 인가시 쇼크에 의한 전동기 및 그것에 접속된 부하장치의 악영향을 억제하고,

c. 부하 토오크에 대한 전동기 토오크를 확보하며,

d. 전동기 및 시동장치 기기의 시간 내구용량 및

e. 설비비의 증가를 억제하는 문제점을 충분히 고려하여야 한다.

따라서 본 발명은 큰 설치공간을 필요로 하지 않으며, 저가이고 연시동(soft-start)이 가능한 교류전동기의 시동방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 교류전동기 시동장치의 주회로 접속도 및 제어회로의 블록도.

도 2는 도 1에서의 시동패턴을 설명하기 위한 선도.

도 3은 본 발명에 의한 시동시 듀티의 시간적 추이의 제 1예를 도시한 시간차트.

도 4는 본 발명에 의한 시동시 듀티의 시간적 추이의 제 2예를 도시한 시간차트.

도 5는 본 발명에 의한 시동시 듀티의 시간적 추이의 제 3예를 도시한 시간차트.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

2:교류전동기 4:사이리스터

5∼8:전자접촉기 10:연시동 제어회로

11:시동시간 설정수단 12:시동패턴 설정수단

13:사이리스터 제어회로 R, S, T:교류전원단자

상술한 과제를 해결하기 위해 청구항 1의 발명은 정지상태로 있는 교류전동기에 대해서 정(正) 또는 부(負)의 반파를 단위로 하여 그 정수배의 온시간 및 그것에 연속되는 오프시간의 반복에 따라 교류전원으로부터의 전전압을 인가하여 교류전동기를 시동함과 동시에, 온시간 및 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 시동하는 동안 거의 수분의 1부터 1에 이르기까지 시간의 경과에 따라서 점차 증가시키는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 시동방법을 요지로 하는 것이다.

청구항 2의 발명은 청구항 1에 기재된 교류전동기의 시동방법에 있어서, 온시간 및 그것에 연속되는 오프시간의 합을 일정하게 하고, 온시간 및 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 시간에 거의 비례하여 증가시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 3의 발명은 청구항 1에 기재된 교류전동기의 시동방법에 있어서, 매주기의 온시간 및 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 시간의 경과에 따라서 지수함수형태로 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 4의 발명은 청구항 1에 기재된 교류전동기의 시동방법에 있어서, 매주기의 오프시간을 거의 일정하게 하고, 온시간을 시간의 경과에 따라서 점차 증가시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 5의 발명은 청구항 1에 기재된 교류전동기의 시동방법에 있어서, 매주기의 온시간을 거의 일정하게 하고, 매주기의 오프시간을 시간의 경과에 따라서 점차 감소시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 6의 발명은 교류전원과 교류전동기 간에 직렬로 접속되는 사이리스터와, 교류전동기의 시동시간을 설정하는 시동시간 설정수단과, 교류전동기에 대한 실효 인가전압의 시간에 대한 패턴을 설정하는 시동패턴 설정수단과, 시동시간 설정수단 및 시동패턴 설정수단의 설정내용에 따라서, 정지상태로 있는 교류전동기에 대해서 정 또는 부의 반파를 단위로 하여 그 정수배의 온시간 및 그것에 연속되는 오프시간의 반복에 따라 교류전원으로부터의 전전압을 인가하여 교류전동기를 시동함과 동시에, 온시간 및 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 시동하는 동안 거의 수분의 1부터 1에 이르기까지 시간의 경과에 따라서 점차 증가시키는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 시동장치를 요지로 하는 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교류전동기의 시동방법 및 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한 것이다. 시동 대상인 교류전동기(2)는 기본적으로 모듈로 구성된 사이리스터(4)를 개재하여 교류전원 단자(R, S, T)에 접속된다. 이 실시예에서는 사이리스터(4)의 전원측 및 부하측에 각각 전자접촉기(5,6)를 보호차원에서 접속하는 한편, 사이리스터(4)와 전자접촉기(5, 6)를 전기적으로 연결하는 전자접촉기(7)를 설치하였다. 또한, 본 실시예에서 사이리스터(4)는 단지 U상 및 W상만을 직렬로 접속한 U상 사이리스터(4u) 및 W상 사이리스터(4w)로 구성되어 있다. V상은 단락도선(4s)으로 구성되어 있다. 이 단락도선(4s)대신에 사이리스터(4V)(도시생략)를 구비하여도 좋으나, 2상(U, W상)만으로 설치함으로써, 전류의 온오프라고 하는 소기의 목적을 달성할 수 있기 때문에, 비용면에서도 3상 전부에 설치할 필요는 없다. 사이리스터(4u, 4w)는 각각 역병렬 접속인 한쌍의 사이리스터로 이루어져 있으며, U상 사이리스터(4u)의 각 사이리스터로부터는 게이트 단자(a, b)가 도출되고, W상 사이리스터(4w)의 각 사이리스터로부터는 게이트 단자(c, d)가 도출되어 있다.

사이리스터(4)를 개재하여 교류전동기(2)를 연시동시키기 위한 연시동 제어회로(10)가 구비되어 있다. 연시동 제어회로(10)는 시동시간 설정수단(11)과, 시동패턴 설정수단(12) 및 사이리스터 제어회로(13)로 구성되어 있다. 시동시간 설정수단(11)은 전원계통 구성이나 교류전동기(2)의 제특성 및 그것에 연결되어 있는 기계적 부하의 특성을 토대로 예측하여 설정하는 경우와, 실험 데이터를 토대로 경험적으로 설정하는 경우가 있을 수 있다. 시동패턴 설정수단(12)은 시동시간 설정수단(11)에 의해서 설정된 시동시간 중에서 시동이 개시될 때부터 시동이 완료될 때까지 어떤 실효전압 패턴으로 시동시킬 것인가를 설정한다. 사이리스터 제어회로(13)는 시동시간 설정수단(11) 및 시동패턴 설정수단(12)의 설정내용에 따라, 원하는 시동을 달성할 수 있도록 사이리스터의 온시간 내지 오프시간을 제어한다. 또, 연시동 제어회로(10)는 전원단자(R, T)로부터 전자접촉기(8)를 개재하여 제어전력을 얻는다. 전자접촉기(8)는 전자접촉기(5)의 온오프 동작과 연동되어도 좋으며, 연동되지 않아도 좋다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 연시동 제어회로(10)의 기능을 설명한다. 본 발명에서 전원전압의 정 또는 부의 반파 중에서 사이리스터의 점화 위상각 제어는 행하지 않으며, 후술하는 온시간 내지 오프시간은 항상 전압의 정 또는 부의 반파를 단위로 하여 그 정수배로 설정한다. 어떤 타이밍에서의 온시간과 그것에 연속되는 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 「듀티」로 하고, 도 2에 도시한 바와 같이 그 듀티를 시간의 경과와 함께 거의 비례하여 변화시키는 선형특성패턴(P1)이나, 지수함수형태로 변화시키는 지수함수패턴(P2) 및 소위, S자상 패턴(P3)등과 같이, 다양한 패턴을 미리 설정해 두고, 그 때마다 전원상태나 부하특성 등을 고려하여 시동패턴 설정수단(12)에 의해서 최적의 시동패턴을 선택하여 설정한다.

도 3에는 선형특성패턴(P1)에 대응하는 사이리스터(4)의 온오프 시간차트가 도시되어 있다. 여기에서는 전동기 시동시의 온시간과 그것에 연속되는 오프시간과의 합 Tp을 일정(가령, 상용 교류전원하에서 10∼25사이클 정도)하게 하고, 제 1, 제 2, 제 3,···의 주기 Tp1, Tp2, Tp3, ···는이며, 각 주기에서의 온시간 ON1, ON2, ON3, ···은 시간의 경과와 함께 점차 비례적으로 증대되고 있다. 즉,이다. 따라서, 각 주기에서의 듀티는이고, 시간의 경과와 함께 점차 증대된다. 개개의 시간 및 ON시간의 초기치·증가폭은 시동시간(Ts)과의 관계를 고려하여 결정하게 된다. 이 경우, 오프시간 OFF1, OFF2, OFF3, ···은 온시간과는 역으로,이다. 또한, 도 3은 개념적으로 표한 것으로서, 수학적으로 반드시 정확하게 도시되어 있다고 할 수 없다는 점을 유의해야 한다. 시동시간 및 시동패턴을 토대로 계산된 개개의 주기값이 반 사이클 미만이 된 경우는 가령, 사사오입법 등에 의해 반 사이클 단위로 묶는다. 요컨대, 개략적으로 도 2에 도시한 시동패턴을 충족시키면 된다.

도 4에서는 각 주기에서의 튜티가인 점과 시간의 경과와 함께 점차 증대되는 점은 도 3의 경우와 전혀 변함이 없으나,로 주기가 변화되고,이며, 또한,이다. 이 경우에도 주기, 온시간 및 오프시간의 초기치·증가폭 등은 시동시간 Ts과의 관계를 고려하여 결정된다. 이 경우의 시동패턴은 도 2에 도시한 시동패턴(P2)에 가깝다.

도 5는 각 주기에서의 듀티가인 점과 시간의 경과와 함께 점차 증대되는 점은 도 3 또는 도 4의 경우와 변함이 없으나,이고,이다. 따라서, 결과적으로로 주기가 변화한다. 이 시동패턴은 도 2의 시동패턴(P3)에 가깝다.

다음에, 도 1에 도시한 장치의 작동에 대해서 설명한다.

전동기의 시동시에는 먼저, 전자접촉기(5, 6, 8)를 온상태로 하고 시동시간 설정수단(11)에 의해 시동시간을 설정하며, 시동패턴 설정수단(12)에 의해 시동패턴을 선택·설정한다. 이 때, 전자접촉기는 오프인 채로 있다. 그 후, 사이리스터 제어회로(13)에 의해 연시동을 개시한다. 사이리스터 제어회로(13)는 시동시간 설정수단(11) 및 시동패턴 설정수단(12)의 설정내용에 따라 소망하는 시동특성을 달성할 수 있도록 사이리스터(4)의 온오프를 제어한다. 사이리스터 제어회로(13)로부터 사이리스터의 점화신호가 보내짐으로써, 사이리스터가 점화되고, 교류전원으로부터의 전전압이 교류전동기(2)에 인가된다. 사이리스터의 오프 동작은 사이리스터 제어회로(13)로부터 사이리스터에 점화신호가 전달되지 않게 되어, 점화신호가 없어진 반파의 종료점(부 반파의 경우는 360°점, 정 반파의 경우는 180°점)에서 자동적으로 오프상태로 된다. 이와 같이 하여 교류전동기에 전전압이 인가되지만, 시동초기에는 도 2에 도시한 바와 같이, 듀티가 작기 때문에 소위 전전압 시동에 수반되는 상기한 문제가 발생되지 않게 된다.

시동이 종료(거의 정격속도에 도달)되면, 반드시 사이리스터(4)를 통해서 전동기(2)에 전기를 공급할 필요는 없으며, 사이리스터(4)를 바이패스하는 전자접촉기(7)를 온으로 하고, 필요에 따라서 전자접촉기(5, 6)를 오프로 하여 사이리스터(4)를 다음 전동기 시동시까지 대기시키는 것도 좋다.

상술한 바와 같이 하여 교류전동기(2)를 연시동시킴으로써, 소위 전전압 시동시의 전압강하에 의한 외부기기의 악영향이나, 전압쇼크에 의한 전동기 및 기계적 부하의 악영향을 완화하고, 부하 토오크를 고려하여 전동기 및 시동장치 기기의 시간 내구용량을 고려한 시동패턴을 용이하게 설정할 수 있다. 더구나, 본 발명에 의하면 시동용 리액터나 저항 등을 구비하지 않으며, 사이리스터의 복잡한 위상제어를 행하지 않으므로 설비비가 증가되는 것을 억제할 수 있다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 상기한 종래 기술에 의한 시동방식의 결점을 회피하고, 가격을 저하시키며, 큰 설치공간을 필요로 하지 않는 저가의 연시동이 가능한 교류전동기의 시동방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 정지상태로 있는 교류전동기에 대해서 정 또는 부의 반파를 단위로 하여 그 정수배의 온시간 및 그것에 연속되는 오프시간의 반복에 따라 교류전원으로부터의 전전압을 인가하여 교류전동기를 시동함과 동시에, 온시간 및 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 시동하는 동안 거의 수분의 1부터 1에 이르기까지 시간의 경과에 따라서 점차 증가시키는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 시동방법.
2. 제 1항에 있어서,

   온시간 및 그것에 연속되는 오프시간의 합을 일정하게 하고, 온시간 및 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 시간에 거의 비례하여 증가시키는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 시동방법.
3. 제 1항에 있어서,

   매주기의 온시간 및 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 시간의 경과에 따라서 지수함수형태로 변화시키는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 시동방법.
4. 제 1항에 있어서,

   매주기의 오프시간을 거의 일정하게 하고, 온시간을 시간의 경과에 따라서 점차 증가시키는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 시동방법.
5. 제 1항에 있어서,

   매주기의 온시간을 거의 일정하게 하고, 매주기의 오프시간을 시간의 경과에 따라서 점차 감소시키는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 시동방법.
6. 교류전원과 교류전동기 간에 직렬로 접속되는 사이리스터와, 교류전동기의 시동시간을 설정하는 시동시간 설정수단과, 상기 교류전동기에 대한 시동시의 실효 인가전압의 시간에 대한 패턴을 설정하는 시동패턴 설정수단과, 상기 시동시간 설정수단 및 상기 시동패턴 설정수단의 설정내용에 따라서, 정지상태로 있는 교류전동기에 대해서 정 또는 부의 반파를 단위로 하여 그 정수배의 온시간 및 그것에 연속되는 오프시간의 반복에 따라 교류전원으로부터의 전전압을 인가하여 교류전동기를 시동함과 동시에, 온시간 및 오프시간의 합에 대한 온시간의 비를 시동하는 동안 거의 수분의 1부터 1에 이르기까지 시간의 경과에 따라서 점차 증가시키는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 시동장치.