KR900007696B1 - 교류전동기의 구동장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

교류전용기의 구동창치

제1도는 본 발명의 실시예를 나타낸 블록도.

제2도는 제1도에 나타낸 전류위상 연산회로 45의 상태를 도시한 회로도.

제3도는 제2도에 나타낸 회로의 동작을 설명하는 타이밍 챠트.

제4도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 블록도.

제5도는 종래의 장치의 회로구성의 예를 도시한 블록도.

제6도는 전류형 인버터의 주의로의 회로구성예도.

제7도는 종래의 장치와 본 발명에 의한 장치에 사용된 동기검출기 46의 상세 회로도.

본 발명은 독립된 교류전원으로 구동되는 ac전동기를 출력으로서 임의의 주파수를 갖는 교류전원을 발생하는 전류제어형 전력 변환 장치측으로 절환시켜 구동시키는 교류전동키의 구동장치에 관한 것이다.

본 발명이 적용되는 전류 제어형 전력변환기로서 일반적으로 널리 사용되는 장치로는 전류형 인버터 또는 사이리스터 모터등이 알려져 있다. 전류 제어형 전력 변환장치로서 전류형 인버터의 예를들어 아래에 설명하겠다. 또 교류전동기로서 유도전동기와 동기전동기 등이 적용될 수 있지만, 다음 설명에서는 교류전동기로서 유도전동기를 예를들어 설명하겠다.

유도전동기는 적용되는 경우에 따라서 여러가지 전원을 사용한 여러가지 구동시스템에 의해서 구동된다. 예를들면 팬이나 송풍기등에 사용될 경우에, 유도전동기가 상업용 전원을 사용하여 일정속도로 구동되는 경우가 많다. 그와 같이 시스템에서 유량제어를 하고저할 경우에는 댐퍼등을 사용하는 제어가 일반적으로 행해져 왔다.

그와 다르게 최근에는 전류형 인버터를 사용한 가변속도제어를 하여 유량조정을 행하는 응용예들이 증가되고 있다. 이 방법에 의하면, 최대유량이 요구될때에는 시스템에 전류형 인버터를 연결시킴이 없이 직접상업용 전원을 사용하여 행함으로서 신뢰도가 극히 높고 효율이 좋게 된다. 한편 유량을 줄이려고 할때에는, 시스템에 인버터를 연결시켜줌으로써 운전주파수를 감소시켜주는 전류형 인버터를 통하여 유도 전동기를 구동시키기 때문에 이와같은 제어는 상술한 댐퍼제어에 비해서 고효율의 운전과 에너지절약을 가능케하는 유리한 운전을 제공한다.

제5도에 상술한 제어시스템을 나타냈다. 상업용 전원 11이 스위치 12와 변압기 13을 거쳐서 전류제어 인버터에 연결되어 있다. 전류형 인버터는 교류를 직류 전류 또는 전력으로 변환시키는 정류회로 14와, 정류회로 14로부터의 직류 전류를 평활화 하는 직류 리엑터 15와, 직류를 임의의 주파수를 갖는 교류전류 또는전력으로 변환시키는 인버터 회로 16으로 구성되어 있다. 전류형 인버터의 출력은 스위치 17을 거쳐서 유도전동기에 연결되어 있다. 상업용 전원 11은 스위치 19를 거쳐서 다른 선로를 통하여 유도전동기 18에 직접연결되어 있다. 전류형 인버터는 하기 설명과 같이 동작된다. 즉, 설정기 21에 의해서 주어지는 속도기준은 입력제한 회로 22를 거쳐서 전압기준 e_v및 주파수기준 e_F로서 작용한다. 변압기 23 및 정류기 24를 거쳐서 얻어진 전압기준 e_V와 전압귀환신호를 전압제어회로(VC) 25에서 비교 증폭하여 전류기준을 발생시킨다. 변압기 26과 정류기 27을 거쳐서 얻어진 전류기준과 전류귀환신호를 전류제어회로(CC) 28에서 비교증폭하여 위상기준을 발생한다. 이 위상기준은 위상제어회로(PHC) 29를 거쳐서 정류회로 14를 구성하는 사이리스터들에 점호펄스를 공급한다.

한편 주파수기준 e_F는 발진기(OSC) 30과 링카운터(RING) 31을 거쳐서 인버터회로 16을 구성하는 사이리스터들에 점호타이밍을 제공한다. 링카운터 31과 인버터회로 16간에 있는 펄스증폭회로(PA) 32는 점호펄스를 증폭하는 기능과 외부로부터 공급된 운전신호 RUN에 따라서 인버터회로 16을 구성하는 사이리스터들에 펄스를 공급할 것인지의 여부를 결정하는 기능을 갖고 있다. 상업전원에 의한 구동으로부터 전류형 인버터에 의한 구동으로의 절환은 아래와 같이 행해진다. 그와같은 절환이 행해질때까지 스위치 19가 ON되어있고, 상업용 전원으로부터 공급된 전류의 위상은 변류기 33과 전류검율회로(CD) 34에 의해서 검출된다. 전류위상을 검출하는 이유는 절환된 전력변환장치가 전류형이기 때문이고, 직접 제어할 수 있는 팩터가 전류위상이기 때문이다. 전류검출회로 34로부터의 전류위상 출력과 링카운터로부터의 점호타이밍 출력은 위상비교기(PLL) 35에서 위상에 관하여 비교 증폭된다. 그리하여, 위상비교기 35는 주파수 및 위상을 상호 일치시키도록 발진기 30으로 주파수 보정신호 △e_F를 발생한다. 상술한 바와같이하여 운전신호 RUN이 입력되기 전에 전류형 인버터는 상업용 전원측의 위상과 일치시킨 후에 전류형 인버터의 운전을 개시한다. 또한 전류검출회로 34와 링카운더 31의 출력은 동기검출기(SYD) 46으로 공급되고, SYD의 출력은 절환기 17의동작을 제어하는데 사용된다.

제5도에 나타낸 동기검출기 46의 동작을 이제 제7도를 참조하여 설명하겠다. 전류검출회로 34의 출력신호 e_a가 동기검출기 46으로 입력되었을때에 모노멀티 바이브레터(monomultlvlbrator) 46a는 이 신호 e_a에 응답하여 AND게이트 46c로 입력되는 소정의 펄스신호를 발생한다. 마찬가지로 링카운터 31의 출력신호 e_b가 동기검출기 46으로 입력되었을때에 다른 모노멀티바이브레터 46b가 이 신호에 응답하여 AND제이트 46c로 소정의 설정된 필스신호를 발생한다. 양 필스신호들의 AND조건이 AND회로 46C에서 보지될때에 AND회로 46c는 카운터회로 46d에 대한 입력신호를 생성한다. 이와같은 신호들이 소정 회수로 카운터회로46d에 연속 입력될때에 카운터회로 46d는 동기검출신호를 출력한다. 이와 대조적으로 그와같은 신호들이 연속적으로 입려되지 않을때에 카운터 46e는 모노멀티바이브레터 46a로부터 출력되는 펄스신호의 회수에 응답하여 AND회로 46f에 대한 입력신호를 생성한다. NOT회로 46g를 사용하여 카운터 회로 46d로 부터의 출력신호를 반전시켜 얻어지는 신호도 역시 AND회로 46f로 입력된다. 이때에 만약 카운터회로 46d가 동기검출을 행하지 않으면 카운터회로 46d와 카운터 46e는 모두 리세트된다.

제6도는 전류형 인버터의 주회로 구성의 예를 도시하고 있다. 정류회로 14는 6개의 사이리스터로 구성되어 있다. 또한 인버터회로 16은 6개의 사이리스터와 6개의 다이오드와 6개의 정류 캐패시터(comm-utation capacitor)로 구성되어 있다. 이들의 상세 동작은 본 발명의 주지를 위해서는 중요하지 않으므로 설명을 생략하겠다. 상세 동작은 예를들면 야마가미나오히고 저서(덴기쇼인 l977년 10월 29일 발행), "사이리스터 제어교류 전동기의 운전과 보수 "에 설명되어 있음을 주기한다.

제5도에 나타낸 재래의 전원절환 시스템에 의하면 이 시스템이 전원절환 운전을 하는 동안에 스위치 19와 17이 동시에 투입되었을 때에는 기준이 되는 상업전원측의 전류위상은 전류형 인버터축으로부터의 전류외상을 보전하도록 전이된다. 따라서 이 재래 시스템의 결점은 기준위상이 고정되지 않기 때문에 불안정한 절환운전을 한다는 것이마다. 또한 상업용 전원측의 전류위상을 정확하게 검출하기 위해서는,2대 또는 3대의변압기가 필요하다. 또 다른 결점은 고전압 시스템에 적용시킬때에 고전압을 위한 변압기가 고가이므로 시스템 전체는 고가의 것이 된다는 것이다.

본 발명의 목적은 전환 운전중에도 기준이되는 전류위상을 유지할 수 있는 고신뢰도의 교류전동기의 구동장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 적어도 한개의 변류기로 구성되는 검출회로와 변압기를 사용하여 절환운전을 행할수 있는 교류전동기를 구동시키기 위한 염가의 구동장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 시스템에 전력 변환 장치를 연결함으로써 영향을 받기 쉬운 순시전류나 복수의 변류기들을 사용하지 않고, 변압기를 사용한 전력 변환장치를 시스템에 연결하여도 영향을 받지 않는 전압위상을 검출하여 기준으로 하는 상업용 전원측의 전류위상을 얻고, 적어도 하나의 신호 변류기를 거쳐서 얻은 역률에 비례하는 값에 준하여 전압 위상으로부터 전류위상으로 변환시키는 것이다. 따라서 역률에 비례하는 값을 보지함으로써 절환 운전중에도 기준이 되는 전류위상을 보지할 수 있는 것이다.

첫째로, 제1도를 참조하면 본 발명에 의한 교류전동기의 구동장치의 제1실시예가 나타나 있다. 제1실시예의 장치와 제5도에 나타낸 종래의 기술에 의한 장치와는 다음 두가지 점에서 상이하다. 첫째 상이점은, 제5도에 나타낸 변류기 33과 전류검출회로(CD) 대신에 변성기 41로부터의 출력파 변류기 42로부터의 전류 검출신호가 입력되는 역류검출회로(COS 0) 43에서의 역률에 비례하는 값을 검출하는 점이고 둘째상이점은 보지회로(H) 44에서 역률검출기로 43으로부터의 출력신호를 보지하고. 전류위상 연산회로(CPD)45에서 상술한 전압위상과 역률에 비례하는 보지된 값으로부터의 전류위상을 연산하여 위상비교기(PLL)35로 출력한다는 점이다. 보지회로 44는 운전신호 RUN도 입력되도록 구성되어 있으므로 운전신호 RUN이 입력되지 않을 때에는 보지회로 44는 입력신호와 같은 값의 출력신호를 생성하는 한편 운전신호가 입력될때에는 그때의 출력신호를 보지한다.

전류연산회로(CPD) 45의 상세 구성의 일예가 제2도에 나타나 있다. 전류위상 연산회로 45의 출력신호e_O가 R-상의 전류위상 기준일때에는 전류위상 연산회로 45에 입력되는 전압 위상신호 e₁는 T-상의 전압기준을 취한다. 저항 51과 캐패시터 52로 구성되는 필터회로는 30도만큼 신호위상을 늦춘다. 이 신호는 저항 53,54와 연산증폭기 55를 포합하는 회로를 통과함으로써 반전된다. 반전된 신호는 입력저항들 56,57과 제너다이오드 58에 의해서 출력을 제한시키는 연산 증폭기 59를 포함하는 비교기회로로 공급된다. 즉 저항56을 거쳐서 공급된 반전된 신호는 저항 57을 거쳐서 공급된 역률에 비례하는 보지된 신호 e_H와 비교회로의 비교작용에 의해서 비교된다. 연산증폭기 59로부터의 비교결과를 나타낸 신호가 그의 강하에 응답하여 하나의 펄스를 출력하는 단발 펄스발진기(MM)로 공급된다. 마찬가치로 필터회로의 출력 신호는 저항 61,62와 제너다이오드 63과 연산증폭기 64를 포함하고 있는 비교기에서 반전되지 않은 신호 e_H와 비교된다. 비교결과를 나타낸 신호는 단발펄스 발진기(MM) 65로 공급된다. 단발펄스 발진기 60과 65로부터의 이들의 출력신호는 플립플롭회로(FF) 66으로 입력된다. 그리하여 플립플롭 66의 출력은 R-상의 전류위상기준 신호e_O로서 작용한다.

이 실시예의 동작원리를 제3도에 나타낸 타이밍 챠트와 연관시켜 설명하겠다. 제3도(a)는 e₁이 R-상전압신호, e₂는 T-상 전압신호, e₃는 e₂보다 위상각이 30˚ 만큼 늦은 전압신호인 교류진압위상의 관계를 나타내고 있다. 제3도(b)는 신호 e₃와 e_H의 비교를 나타내고, 제3(d)는 비교기 출력이고, 제3(e)는 단발펄스발진기 출력이다. 또한 제3도(c)는 신호 e₃와 e_H의 비교를 나타내고, 제3도 (f)도는 비교기출력, 제3도(g)는 단발펄스 발진기 출력이다. 제3도(h)는 플립플롭 회로의 출력을 나타내고 있다. 신호 e_H가 유도전동기 18의 역률이 1일 경우에 신호 e_H기 신호 e₃의 피크치와 같고, 역률이 영(0)일 경우에, 신호 e_H가 영(0)이 되게 하는 게인과 같아지게 선택될 때에 플립플롭 회로의 출력신호 e_O가 R-상 전압 e₁에 대해서 역률 각 θ만큼 전이됨이 명백하다.

제1도에 나타낸 동작을 아래에 설명하겠다.

위상비교기 35는 전류이상 연산회로 45의 출력신호인 전류위상 기준신호 e_O와 링카운터 31의 출력신로를 비교하며, 그들간의 위상차에 비례하는 주파수 보정신호 e_F의 비교연산을 행한다. 그리하여 위상비교기 35는 주파수 교정신호 △e_F를 사용하여 링카운터 31의 출력신호를 보정하고, 상술한 위상기준 신호 e_O의 위상과 링카운터 31의 출력신호가 항상 서로 동기되게 제어된다. 동기 검출기 46은 전류위상 연산회로 45의 출력신호 e_O와 링카운러 31의 출력간의 위상차를 감시한다. 이 검출기 46이 양 신호들의 위상이 서로 동기됨을 검출할때에 스위치 17을 ON 시키는 신호를 출력한다. 스위치 17이 ON 될때에 운전신호 RUN이 입력되고, 보지회로 44가 역률검출회로 43의 출력신호를 보지한다. 또한 펄스증폭기회로 32는 링카운터 31로부터의 출력신호에 응답하여 상기 전류위상 기준신호 e_O와 동기된 사이리스터 게이트 펄스를 인버터 회로 16으로 출력한다. 그리하여 인버터 회로 16은 전류를 흘려주기 시작하는데 이 전류는 상업용 전원 11로부터 유도전동기로 공급된 전류와 동위상이다. 이때에 스의치 19를 OFF 시킴으로써 전원절환이 완료된다. 스위치 19의 OFF 동작과 도움으로 상시 ON 스위치 49가 OFF 되고 주파수보정신호 △e_F가 캐패시터 71과 저항 72에 의해서 결정되는 시정수에 준한 시간이 경과된 후에 영(0)으로 된다. 그리하여 인버터회로 16이 설정기 21에 의해서 주어진 주파수를 사용하여 가속 또는 감속운전을 행한다.

제4도는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 블록도이다. 이 실시예는 처음에 기술한 실시예와 다음과 같은 점들에서 다르다. 즉, 변류기 42는 인버터회로 16의 출력측에 설비되고, 변성기 23의 출력신호는 역률검출회로 43의 입력신호(전압신호)로 사용된다. 보지회로 44로 주파수 검출기 47의 출력신호가 공급된다. 동기검출기 46으로부터의 출력신호를 사용하여 스위치 19를 ON 되게 하고, 스위치 17이 OFF 되었음을 나타내는 신호를 사용하여 펄스증폭회로 32의 동작이 정지되게함으로써 인버터의 운전이 정지된다. 또한 상기주파수 검출기 47은 설정기 21에 설정된 인버터 출력주파수 기준이 설정기 48에 설명된 소정치 이상임을 검출한다. 기타의 동작은 제1도에 나타낸 실시예에서와 동일하다.

상술한 바와같이 본 발명은 기준이 되는 상업용 전원측의 전류위상이 전력변환기를 시스템에 연결하여도 영향받지 않는 전압 위상과 절환 직전의 역률에 비례하는 값에 준하여 얻어지도록 실시하고 또한 본 발명은 기준이 되는 전류위상에 비례하는 값을 보지 하도록 실시하는 것이다. 그리하여 이와같은 실시는 기준이 되는 전류 위상을 보지할 수 있기 때문에 본 발명은 다음 특징을 갖는 교류전동기 구동장치를 제공할 수 있는 것이다.

(1) 절환운전중에도 기준 역활을 하는 전류위상을 보지할 수 있으므로 본 장치는 안정된 절환운전이 가능하여 신뢰도가 높다.

(2) 변압기와 적어도 1개의 변류기의 제공만으로 안정된 절환운전을 하게 하므로 본 장치는 염가의 장치로 될 수 있다.

상술한 실시예들에서 상업용 전원이 전력변환 장치에 대하여 독립된 교류전원으로 사용됨을 설명했지만, 예를들어 다른 전력변환장치로 구성된 전원을 사용할 경우에도 그와같은 실시는 본 발명의 주지로부터 일탈되지 않음이 명백한 것이다.

Claims (6)

1. 출력으로서 임의의 주파수를 갖는 교류전류나 전력을 생성하는 전류 제어형 전력전환 장치(14,15,16)상기 전력변환장치와는 독립된 교류전원(11), 상기 전력변환장치나 상기 교류전원에 의해서 구동되는 교류전동기(18), 상기 전력 변환장치와 상기 교류전동기 사이에 설비된 제1스위치(17), 및 상기 교류전원과 상기 교류전동기 사이에 설비된 제2스위치(l9)로 구성된 교류전동기의 구동장치에 있어서, 상기 교류전동기를 상기 교류전원으로부터 전력변환 장치로 절환시키는 개량된 교류전동기 구동장치가 : 상기 교류전원(11)의 전압위상을 검출하는 제l수단(4l)과, 상기 교류전원(11)의 역률에 비례하는 값을 검출하는 제2수단(43), 소정의 시간동안 상기 제2수단(43)으로부터의 출력신호를 보지하는 제3수단(44), 상기 제1수단(41) 및 제3수단(44)으로부터의 출력신호에 준하여 상기 교류전동기의 전류위상을 연산하는 제4수단(45)및 상기 제4수단(45)으로부터의 위상검출신호와 동기되어 동작하도록 상기 제1스위치(17) 및 제2스위치(19)에 지령하고 또 상기 전력변환 장치에 운전 개시하도록 지령하는 제5수단(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 구동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제4수단(45)이 다른 어느 상의 전압기준(e_I)과 상기 제3수단(44)의 출력을 사용하여 출력될 상의 전류기준(e_C)을 형성하는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 구동장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제4수단(45)이, 다른 상들에 대해서 30℃만큼 상기 전압기준의 위상을 늦추게하는 제1회로(51,52), 상기 제1회로부터 그대로 출력을 인출하는 단자와, 한쌍의 반대위상 신호를 형성하도록 상기 제1회로부터의 상기 출 력을 반전시킴으로써 얻어지는 출력을 인출하는 다른 하나의 단자가 설비된 제2회로(53,54,55), 상기 한쌍의 반대 위상신호들과 상기 제3수단(44)으로부터의 상기 출력을 개별적으로 비교하여 한세트의 비교결과를 출력하는 제3회로(56,57,58,59,60,61,62,63,64), 상기 비교결과들이 각각의 강하에 응답하여 출력펄스신호를 생성하는 한쌍의 단발펄스 발진기(60,65), 및 상기 각각의 출력펄스 신호에 응답하여 상기 전류기준을 출력하는 플립플롭 회로(66)로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 구동장치.
4. 출력으로서 임의의 주파수를 갖는 교류전류나 전력을 생성하는 전류제어형 전력변환 장치(14,15,16,),상기 전력변환 장치와는 독립된 교류 전원(11), 상기 전력변환 장치나 상기 교류전원에 의해서 구동되는 교류전동기(18), 상기 전력변환 장치와 상기 교류전동기 사이에 설비된 제1스위치(17), 및 상기 전원과 상기교류 전동기 사이에 설비된 제2스위치(19)로 구성되는 교류전동기의 구동장치에 있어서, 상기 전력변환 장치로부터 상기 교류전원으로 질환시키는 개량된 교류전동기 구동장치가 : 상기 교류전원의 전압위상을 검출하는 제1수단(41), 상기 교류전동기의 역률에 비례하는 값을 검출하는 제2수단(43), 상기 제2수단으로부터의 출력 신호를 보지하는 제3수단(44), 상기 교류전동기의 전류위상을 상기 제1수단(41) 및 제3수단(44)으로부터의 출력신호에 준하여 연산하는 제4수단(45), 및 상기 제1스위치(17) 및 제2스위치(19)에 상기 제4수단(45)으로부터의 위상검출신호와 동기되어 운전지령을 출력하는 제5수단(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 구동장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제4수단(45)이 다른 어느 상의 전압기준과 상기 제3수단의 출력을 사용하여 출력될 상의 전류기준(e_O)을 형성하는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 구동장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제4수단(45)이, 다른 어느 상의 상기 전압기준을 30˚ 만큼 위상을 늦추는 제1회로(51,52), 상기 제1회로로부터 그대로 출력을 인출하기 위한 단자와, 상기 제1회로부터의 상기 출력을 반전시킴으로써 얻어지는 출력을 인출하기 위한 다른 하나의 단자가 설비되어 한쌍의 반대 위상 신호률 형성하는 제2회로(53,54,55), 상기 한쌍의 반대위상 신호와 상기 제3수단(44)으로부터의 상기 출력을 개별적으로 비교하여 한 세트의 비교결과를 출력하는 제3회로(56,57,58,59,60,61,62,63,64), 상기 비교결과들의 각각의 강하에 응답하여, 출력펄스 신호를 발생하는 한쌍의 단발펄스 발진기들(60,65) 및 상기 각각의 출력신호에 응답하여 상기 전류기준을 출력하는 플립플롭 회로(66)로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류전동기 구동장치.

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