KR20050108640A - 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기에 관한 것으로서, 주권선과 보조권선 및 상기 보조권선에 직렬로 연결된 콘덴서를 포함하여 구성되는 단상 유도 전동기에 있어서, 상기 단상 유도 전동기는 상기 콘덴서의 유효 용량을 변화시키도록 상기 콘덴서에 병렬로 연결된 스위치 수단을 더 포함하여 구성되어 하나의 콘덴서를 사용하여 콘덴서의 유효 용량을 변화시킬 수 있으므로, 상기 전동기에 사용되는 콘덴서의 수를 감소시켜 생산 단가를 절감할 수 있을 뿐 아니라 낮은 용량의 콘덴서를 사용하여 높은 용량의 콘덴서를 사용하는 경우와 동일한 기능을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

콘덴서 운전형 단상 유도 전동기{condenser running single-phase induction motor}

본 발명은 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단상 교류전원이 입력되는 유도 전동기에서 초기 기동수단으로 이용되는 콘덴서에 스위치 수단을 병렬 연결하고, 상기 스위치 수단을 일정시간동안 온 시킴으로써 상기 콘덴서의 유효 용량이 변화하는 효과를 얻도록 하는 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 유도 전동기는 권선이 장착된 고정자와 영구자석, Al도체 또는 철심으로 형성된 회전자로 구성되고, 상기 고정자에 장착된 권선에 주기적인 전류의 변화를 발생시켜 전류 변화에 따른 자계의 일정한 변화에 의해 상기 회전자에 토크가 발생하여 회전 동력을 얻어내는 장치를 말한다.

그러나 가정용으로 일반적으로 사용되는 단상 교류 전원이 상기 전동기에 인가되는 경우, 상기 유도 전동기는 권선의 축의 방향으로 크기가 변화하는 교번자계가 발생할 뿐이므로 회전력을 발생하지 못하게 된다. 따라서, 일단 모터를 기동시키기 위해 기동 장치를 설치하게 되는데, 설치되는 기동 장치에 따라 분상 기동형, 세이딩 코일형, 콘덴서 운전형, 반발 기동형 등으로 구분된다.

도 1은 상기한 기동 장치중에서 일반적으로 쓰이는 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기의 회로도이며, 상기 도 1을 참조하여 상기 단상 유도 전동기의 동작을 상세히 설명한다.

도 1의 단상 유도 전동기는 주권선(M1)과 보조권선(S1), 그리고 상기 보조권선에 직렬로 연결된 콘덴서(C1)로 구성되며, 단상 교류 전원(AC)을 상기 전동기에 인가하는 경우 주권선(M1)에 교번자계가 발생하며, 상기 콘덴서(C1)는 보조권선(S1)으로 흐르는 전류의 위상을 90도 앞서게 하므로, 상기 보조권선(S1)에는 전기적으로 90도의 위상차를 갖는 보조자계가 발생한다.

따라서, 주권선(M1)에서 발생한 교번자계와 보조권선(S1)에서 발생한 보조자계는 자계의 위상이 서로 다르므로 상쇄되지 않고, 서로 합해지면서 회전자계가 발생하여 단상 유도 전동기를 회전시킨다.

상기 단상 교류 전원에 의해 구동되는 유도 전동기는 가정용으로 세탁기 또는 식기세척기 등에 이용될 수 있는데, 이러한 경우 상기 유도 전동기의 회전 속도는 상기 가전 기기의 행정 상태에 따라 상기 속도가 가변될 필요가 있으나, 상기와 같은 단상 교류 전원이 인가되는 전동기는 속도 제어가 불가능하므로, 이를 위해 3상 전동기에 인버터 회로를 부가하거나 별도의 구동 드라이버 회로 또는 극수 변환형 단상 유도 전동기 등을 사용하여 상기 전동기의 회전 속도를 조절하였다.

이외에도 속도 조절이 가능한 전동기로서 복수개의 콘덴서를 사용하는 방식이 있는데 이를 도 2와 관련하여 상세히 설명한다.

도 2의 일반적인 단상 유도 전동기는 주권선(M2) 및 보조권선(S2)으로 이루어진 권선부(10)와, 제1 콘덴서(C1)에 제2 콘덴서(C2)를 병렬로 장착하여 이루어진 콘덴서부(20)로 구성된 전동기이다.

상기와 같이 구성되는 전동기는 도 1에 도시한 종래의 전동기와 구성 및 동작이 일치하나, 제2 콘덴서(C2)가 제1 콘덴서(C1)에 병렬 연결되고, 두 개의 콘덴서의 연결상태를 제어하는 릴레이(미도시)를 포함하여 구성되는 차이점이 있으며, 각각 하나의 콘덴서의 용량이 100인 경우에 상기 두 개의 콘덴서가 병렬로 연결된 경우에는 콘덴서의 총용량이 200이 되며, 상기 제2 콘덴서의 연결이 오프 된 경우에는 상기 콘덴서의 용량은 100이 된다.

상기 두 개의 콘덴서가 병렬 연결되어 콘덴서 총용량이 증가한 경우에는 상기 모터로 인가되는 전류값이 증가하고 등가 임피던스값이 작아지므로 모터가 고속/고토크로 동작하게 되며, 상기 제2 콘덴서(C2)의 연결이 해제된 경우에는 저속/저토크로 동작하게 된다.

그러나 상기와 같은 복수개의 콘덴서를 이용하여 전동기의 속도를 제어하는 수단은 상기 콘덴서를 복수개로 사용하고 별도의 전환장치가 필요함으로써 전동기의 제조 단가가 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단상 유도 전동기에 사용되는 콘덴서에 병렬로 스위치 수단을 부가하여 구성하여, 복수개의 콘덴서를 사용하지 않고도 상기 콘덴서의 유효 용량을 변화시킬 수 있는 전동기를 저렴한 단가로 생산할 수 있을 뿐 아니라, 기존의 낮은 용량의 콘덴서를 사용하여 높은 용량의 콘덴서를 사용하는 경우와 동일한 기능을 할 수 있는 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기는, 주권선과 보조권선 및 상기 보조권선에 직렬로 연결된 콘덴서를 포함하여 구성되는 단상 유도 전동기에 있어서, 상기 단상 유도 전동기는 상기 콘덴서의 유효 용량을 변화시키도록 상기 콘덴서에 병렬로 연결된 스위치 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기는 도 3에 도시된 바와 같이, 전동기에 구동력을 제공하는 교류전원(AC)과 주권선(M3) 및 보조권선(S3)으로 이루어진 권선부(100)와, 콘덴서(C3) 및 스위치 수단(Tr)으로 이루어진 콘덴서부(200)로 구성되어 있다.

상기 언급한 바와 같이 단상 교류 전원이 상기 전동기에 인가되는 경우 주권선에 교번자계가 형성되고, 상기 보조권선에는 위상이 90도 앞서는 전류가 흐르게 되며, 상기 전류가 흐름으로써 모터의 회전자에 회전 토크가 발생하게 된다.

또한, 회전 토크는 상기 보조권선에 흐르는 전류의 크기에 비례하여 변하므로 상기 전류의 크기가 큰 경우에는 상기 모터가 고속/고토크로 동작하고 전류가 작은 경우에는 저속/저토크로 동작한다.

이와 관련하여 상기 도 3의 스위치 수단(Tr)을 온/오프 시킴으로써 상기 전류의 크기를 변화시킬 수 있는데, 상기 스위치 수단(Tr)은 트라이액(triac)을 사용함으로써 저렴하게 스위치 수단을 구현할 수 있다.

상기 트라이액은 스위치용 반도체의 일종이며, p-n-p-n-p의 5층의 반도체를 포개어 만들며, 전류를 2방향으로 제어할 수 있는 특성이 있다. 또한, 트라이액은 교류전류의 통과개시를 제어하여 평균전류를 제어하는 것이며, 진폭을 제어하거나 전류의 차단은 할 수 없는 반도체 소자이다.

상기 스위치 수단(Tr)은 인가 교류전원의 주파수에 동기하여 일정시간동안 온/오프를 반복하여 동작하며, 온/오프 되는 경우에 따라 상기 보조권선(S2)측으로 흐르는 전류의 크기가 대/소로 전환되는데, 상기 스위치(Tr)가 온 되어 전류의 크기가 커지는 경우에는 등가 임피던스가 작아지고 상기 콘덴서(C3)의 유효 용량이 커지게 된다.

이는 콘덴서(C3)에 인가되는 전압이 동일한 경우, 상기 콘덴서(C3)에 흐르는 전류는 상기 콘덴서(C3)의 용량에 비례하므로 위와 같이 동작하게 되며, 이와 같은 원리로 상기 스위치 수단(Tr)이 오프되어 상기 전류의 값이 작아지는 경우에는 등가 임피던스가 증가하고, 상기 콘덴서(C3)의 유효 용량이 작아지게 되는데, 위와 같은 동작에 따라 상기 모터는 각각 고속 및 저속을 반복하여 전환할 수 있다.

도 4는 인가 전원의 파형 및 스위치 수단의 작동구간을 나타낸 그래프이며, 상기 스위치 수단은 상기 전원주파수에 동기하여 Δt동안 온되는 동작을 반복한다. 상기 스위치가 온 되는 구간이 길수록 큰 전류가 흐르는 구간이 길어지게 되고, 이에 따라 상기 모터로 흐르는 전체 평균 전류가 커지게 되어 상기 콘덴서의 유효 용량값이 증가한다.

도 5는 스위치 수단의 작동에 따른 콘덴서의 유효 용량의 변화를 나타내는 그래프이며, 상기 스위치 수단이 온 되는 시간의 증가함에 따라 상기 콘덴서의 유효 용량은 상기 도시된 바와 같이 증가하게 된다.

상기와 같이 동작하는 단상 유도 전동기는 세탁기용 전동기로 사용되어질 수 있으며, 그에 따른 세탁기의 동작은 다음과 같다.

세탁기는 세탁행정시 전동기를 저속으로 회전시키고, 탈수행정시 전동기를 고속으로 회전시켜 상기 행정을 수행한다.

그러나 상기 세탁기의 행정 수행시 상기 세탁행정을 고속에서 수행하고, 탈수행정을 저속에서 수행함으로써 상기 각 행정을 효율적으로 수행할 수 있는데, 상기 전동기의 속도를 가변시키기 위해 본원발명과 같은 하나의 콘덴서와 하나의 스위치 수단으로 속도 가변이 가능한 전동기를 구성하여 세탁기를 구현할 수 있다.

상기 교류전원이 인가되는 동안 상기 스위치 수단을 일정시간 온 시킴으로써 상기 전동기로 인가되는 평균 전류값을 증가시킬 수 있고, 상기 전동기를 회전시키는 회전 토크는 상기 전류값에 비례하므로 상기 스위치 수단이 온 되는 시간을 조절하여 전동기의 속도를 제어할 수 있다.

이에 따라 상기 탈수행정시 스위치 수단을 오프시키거나 온 되는 시간을 단축하여 고속탈수에서 저속탈수 모드로 전환시킬 수 있고, 세탁행정시 온 되는 시간을 증가시켜 저속세탁에서 고속세탁 모드로 전환시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기를 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 응용이 가능하다.

상기와 같이 구성되는 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기는, 상기 전동기에 장착되는 콘덴서에 스위치 수단을 병렬로 연결되도록 구성하여, 하나의 콘덴서를 사용하여 상기 콘덴서의 유효 용량의 크기를 변화시킬 수 있으므로, 상기 전동기에 사용되는 콘덴서의 수를 감소시켜 생산 단가를 절감할 수 있을 뿐 아니라 기존의 낮은 용량의 콘덴서를 사용하여 높은 용량의 콘덴서를 사용하는 경우와 동일한 기능을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기의 회로도이다.

도 2는 복수개의 콘덴서를 장착한 단상 유도 전동기의 회로도이다.

도 3은 본 발명에 의한 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기의 회로도이다.

도 4는 인가 전원 및 스위치 수단의 작동을 나타낸 그래프이다.

도 5는 스위치 수단의 작동에 따른 용량변화를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100 : 권선부 200 : 콘덴서부 Tr : 트라이액

Claims (5)

1. 주권선과 보조권선 및 상기 보조권선에 직렬로 연결된 콘덴서를 포함하여 구성되는 단상 유도 전동기에 있어서,

   상기 단상 유도 전동기는 상기 콘덴서의 유효 용량을 변화시키도록 상기 콘덴서에 병렬로 연결된 스위치 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위치 수단은 트라이액(triac)인 것을 특징으로 하는 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위치 수단은 상기 교류전원의 전원주파수에 동기하여 일정시간 온 되어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기.
4. 제 1 항 내지 제 3항에 있어서,

   상기 단상 유도 전동기는 세탁기용 전동기인 것을 특징으로 하는 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 세탁기용 전동기는 세탁행정시 스위치 수단을 온 시킴으로써 상기 세탁행정이 고속으로 수행되어지도록 모터 속도를 증가시키고, 탈수행정시 상기 스위치 수단을 오프 시킴으로써 상기 탈수행정이 저속으로 수행되어지도록 모터 속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 콘덴서 운전형 단상 유도 전동기.