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KR101362711B1 - 아크없는 개폐기 - Google Patents

아크없는 개폐기 Download PDF

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KR101362711B1
KR101362711B1 KR1020120112597A KR20120112597A KR101362711B1 KR 101362711 B1 KR101362711 B1 KR 101362711B1 KR 1020120112597 A KR1020120112597 A KR 1020120112597A KR 20120112597 A KR20120112597 A KR 20120112597A KR 101362711 B1 KR101362711 B1 KR 101362711B1
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Abstract

본 발명은 부하의 개폐시에 아크가 발생되지 않아 장애 발생을 줄일 수 있고 수명이 오래가는 전동기의 아크없는 개폐기에 관한 것이다. 본 발명의 장치는, 온/오프 스위치; 전동기의 동작을 온/오프하기 위한 계전기; 계전기 접점에 병렬로 연결되어 계전기 접점의 스위칭시 아크 발생을 방지하는 트라이악; 및 스위치의 온/오프에 따라 계전기와 트라이악의 동작을 제어하여 아크 발생을 억제하는 제어회로로 이루어지고, 상기 제어회로는 스위치가 온되면 로우신호를 하이신호로 변환하고 오프되면 하이신호를 로우신호로 변환하는 제1 반전기와, 상기 제1 반전기의 출력을 다시 반전시키는 제2 반전기와, 상기 계전기의 권선을 여자 혹은 소자시키는 계전기 스위칭 트랜지스터와, 상기 트라이악의 게이트를 트리거시키는 트라이악 스위칭 트랜지스터와, 상기 제2 반전기의 출력에 따라 상기 계전기 스위칭 트랜지스터를 온/오프시키는 제3 반전기와, 상기 제2 반전기의 출력에 따라 상기 트라이악 스위칭 트랜지스터를 온/오프시키는 제4 반전기로 구성된다.

Description

아크없는 개폐기{ ARCLESS SWITCH }
본 발명은 전동기와 같은 전기 제품의 개폐기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하의 개폐시에 아크가 발생되지 않아 장애 발생을 줄일 수 있고 수명이 오래가는 아크없는 개폐기에 관한 것이다.
일반적으로, 단상 유도전동기는 고정자 권선이 단상이기 때문에 회전자계가 발생되지 않으나 회전자가 한번 돌기 시작하면 유도토크가 발생되어 고정자의 맥동 자계(Standing wave)에 따라 회전자가 동기속도로 회전하게 된다. 따라서 단상 유도전동기는 초기에 자계의 평형상태를 불균형 상태로 만들어 주어 기동토크를 얻기 위한 기동방법이 필요하다.
단상 유도전동기는 기동토크를 얻기 위한 기동방법에 따라 분상(split-phase) 전동기, 콘덴서 전동기, 세이딩-폴(Shading-Pole) 전동기로 구분된다. 분상 전동기는 기동권선을 운전권선에 병렬로 연결하여 기동권선과 운전권선의 임피던스 차에 따른 위상차를 발생시켜 기동하는 방식이다. 콘덴서 전동기는 기동권선(start winding)에 콘덴서(capacitor)를 직렬로 삽입하여 분상 전동기보다 큰 기동토크를 얻을 수 있는 전동기로서, 기동권선에 삽입된 콘덴서에 의해 공급전류의 위상이 변화되어 기동권선에 흐르게 됨으로서 전자력의 평형상태가 깨져 기동토크를 얻게 된다. 그리고 회전자가 회전하기 시작하여 일정 회전수까지 속도가 상승하게 되면, 분상 전동기나 콘덴서 전동기는 원심 스위치(centrifugal switch)나 전자식 기동 스위치(Electronic Centrifugal Switch)에 의해 기동권선이나 콘덴서를 분리하여 정상 운전하게 된다.
한편, 종래의 전동기에서는 모터 온/오프시에 릴레이 스위칭에 의해 아크가 발생되어 전기적 마모로 특성이 저하되고, 장애가 발생되거나 수명이 단축되는 문제점이 있다.
(특허문헌 1) KR10-2010-0057932 A
(특허문헌 2) KR10-2001-0081702 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 부하의 개폐시에 아크가 발생되지 않아 장애 발생을 줄일 수 있고 수명이 오래 가는 아크없는 개폐기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 온/오프 스위치; 전동기의 동작을 온/오프하기 위한 계전기; 계전기 접점에 병렬로 연결되어 계전기 접점의 스위칭시 아크 발생을 방지하는 트라이악; 및 스위치의 온/오프에 따라 계전기와 트라이악의 동작을 제어하여 아크 발생을 억제하는 제어회로로 이루어지고, 상기 제어회로는 스위치가 온되면 로우신호를 하이신호로 변환하고 오프되면 하이신호를 로우신호로 변환하는 제1 반전기와, 상기 제1 반전기의 출력을 다시 반전시키는 제2 반전기와, 상기 계전기의 권선을 여자 혹은 소자시키는 계전기 스위칭 트랜지스터와, 상기 트라이악의 게이트를 트리거시키는 트라이악 스위칭 트랜지스터와, 상기 제2 반전기의 출력에 따라 상기 계전기 스위칭 트랜지스터를 온/오프시키는 제3 반전기와, 상기 제2 반전기의 출력에 따라 상기 트라이악 스위칭 트랜지스터를 온/오프시키는 제4 반전기로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 개폐기는 전원이 공급되면 하이를 로우로 변환하여 출력하는 제5 반전기와, 상기 제5 반전기의 로우를 하이로 변환시켜 공통 스위칭 트랜지스터를 온시키는 제6 반전기를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전동기와 같은 부하의 개폐(온/오프)시에 계전기의 스위칭에 앞서 트라이악이 온되어 계전기 접점에서 아크가 발생되지 않아 장애 발생을 줄일 수 있고, 수명도 오래 가는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 아크없는 개폐기의 전동기 부분을 도시한 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 아크없는 개폐기의 개폐 제어 부분을 도시한 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 아크없는 개폐기의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 실시예에서는 단상 모터를 예로 들어 설명하나 본 발명은 3상 모터 등 다양한 종류의 전동기와 전기제품을 온/오프하는 모든 부하의 개폐기에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전동기의 아크없는 개폐기의 전동기 부분을 도시한 회로도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전동기의 아크없는 개폐기의 개폐 제어 부분을 도시한 회로도이다.
본 발명에 따른 전동기의 아크 없는 개폐기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 온/오프 스위치(SW1)와, 단상 전동기(10)의 동작을 온/오프하기 위한 계전기(RL1)와, 계전기 접점에 병렬로 연결되어 계전기 접점의 스위칭시 아크 발생을 방지하는 트라이악(Q1)과, 스위치의 온/오프에 따라 계전기(RL1)와 트라이악(Q1)의 동작을 제어하여 아크 발생을 억제하는 제어회로(도 2의 회로)로 구성된다.
도 1을 참조하면, 단상 모터(10)는 주권선(M)과 기동권선(ST)을 포함하고, 기동권선(ST)은 전자식 기동스위치(20)를 통해 기동콘덴서(Cs)와 연결되어 있으며 계전기(RL1)와 트라이악(Q1)을 통해 교류 인입선로(L1)와 연결되어 온/오프 동작을 하도록 되어 있다. 계전기(RL1)는 계전기 접점과 계전기 권선으로 이루어지는데, 계전기 접점은 계전기 권선의 여자/소자로 인해 온/오프되고, 트라이악(Q1)은 게이트신호(Q1G)에 의해 턴-온/턴-오프된다.
온/오프 스위치(SW1)의 온/오프에 따라 계전기(RL1)와 트라이악(Q1)을 제어하기 위한 제어회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 스위치(SW1)가 온되면 로우신호를 하이신호로 변환하고 오프되면 하이신호를 로우신호로 변환하는 제1 반전기(U1)와, 제1 반전기(U1)의 출력을 다시 반전시키는 제2 반전기(U2)와, 계전기(RL1)와, 계전기(RL1)의 권선을 여자 혹은 소자시키는 계전기 스위칭 트랜지스터(Q2)와, 트라이악(Q1)의 게이트를 트리거시키는 트라이악 스위칭 트랜지스터(Q3)와, 제2 반전기(U2)의 출력에 따라 계전기 스위칭 트랜지스터(Q2)를 온/오프시키는 제3 반전기(U3)와, 제2 반전기(U2)의 출력에 따라 트라이악 스위칭 트랜지스터(Q3)를 온/오프시키는 제4 반전기(U4)와, 전원이 온되면 공통 스위칭 트랜지스터(Q4)를 턴-온시키는 제5 및 제6 반전기(U5,U6)로 구성된다.
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 아크없는 개폐기의 동작을 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전동기의 아크없는 개폐기의 동작을 설명하기 위한 파형도로서, (a)는 스위치(SW1)의 온/오프 타이밍도이고, (b)는 트라이악 스위칭 트랜지스터(Q3)의 동작 타이밍도이며, (c)는 트라이악(Q1)의 동작 타이밍도이고, (d)는 계전기 스위칭 트랜지스터(Q2)의 동작 타이밍도이며, (e)는 계전기(RL1)의 동작 타이밍도이다.
[ 모터 온시 동작]
온/오프 스위치(SW1)를 온시키면, 제1 반전기(U1)의 입력이 하이에서 로우로 변환되면서 제1 반전기(U1)는 하이를 출력하고, 제2 반전기(U2)는 하이를 로우로 변환하여 출력한다. 제4 반전기(U4)는 로우신호를 하이로 변환시켜 트라이악 스위칭 트랜지스터(Q3)를 턴-온시키고, 이에 따라 트라이악 게이트신호(Q1G)가 트라이악(Q1)을 트리거시켜 트라이악(Q1)이 턴-온된다. 이어 제3 반전기(U3)는 로우신호를 하이로 변환시켜 계전기 스위칭 트랜지스터(Q2)를 턴-온시키고, 이에 따라 계전기(RL1)가 온되어 계전기 접점이 연결되는데, 트라이악(Q1)이 온된 상태이므로 계전기 접점 동작시 아크가 발생되지 않는다.
[모터 오프시 동작]
온/오프 스위치(SW1)를 오프시키면, 제1 반전기(U1)의 입력이 로우에서 하이로 변환되면서 제1 반전기(U1)는 로우를 출력하고, 제2 반전기(U2)는 로우를 하이로 변환하여 출력한다. 제3 반전기(U3)는 하이신호를 로우로 변환시켜 계전기 스위칭 트랜지스터(Q2)를 턴-오프시키고, 이에 따라 계전기(RL1)가 오프되어 계전기 접점이 차단되는데, 트라이악(Q1)이 아직 온상태를 유지하므로 계전기 접점 동작시 아크가 발생되지 않는다. 이어 제4 반전기(U4)는 하이신호를 로우로 변환시켜 트라이악 스위칭 트랜지스터(Q3)를 턴-오프시키고, 이에 따라 트라이악(Q1)이 턴-오프되어 모터(10)의 동작을 중지시킨다.
도 3을 참조하면, 스위치(SW1)가 온되는 제1 시점(t1)으로부터 소정시간 지연되어 제2 시점(t2)에 트라이악 스위칭 트랜지스터(Q3)와 트라이악(Q1)이 온되고, 소정시간 자연 후 제3 시점(t3)에서 계전기 스위칭 트랜지스터(Q2)가 온되면서 계전기(RL1)도 온된다. 스위치 오프시에는 제4 시점(t4)으로부터 소정시간 지연되어 제5 시점(t5)에 계전기 스위칭 트랜지스터(Q2)가 오프되면서 계전기(RL1)도 오프되고, 이후 소정시간 자연 후 제6 시점(t6)에서 트라이악 스위칭 트랜지스터(Q3)와 트라이악(Q1)이 오프된다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10: 단상모터 20: 전자식기동스위치
SW1: 온/오프 스위치 RL1: 온/오프 계전기
Q1: 아크방지 트라이악

Claims (2)

  1. 온/오프 스위치(SW1);
    부하의 동작을 온/오프하기 위한 계전기(RL1);
    계전기 접점에 병렬로 연결되어 계전기 접점의 스위칭시 아크 발생을 방지하는 트라이악(Q1); 및
    스위치의 온/오프에 따라 계전기(RL1)와 트라이악(Q1)의 동작을 제어하여 아크 발생을 억제하는 제어회로로 이루어지고,
    상기 제어회로는 스위치가 온되면 로우신호를 하이신호로 변환하고 오프되면 하이신호를 로우신호로 변환하는 제1 반전기와,
    상기 제1 반전기의 출력을 다시 반전시키는 제2 반전기와,
    상기 계전기의 권선을 여자 혹은 소자시키는 계전기 스위칭 트랜지스터와,
    상기 트라이악의 게이트를 트리거시키는 트라이악 스위칭 트랜지스터와,
    상기 제2 반전기의 출력에 따라 상기 계전기 스위칭 트랜지스터를 온/오프시키는 제3 반전기와,
    상기 제2 반전기의 출력에 따라 상기 트라이악 스위칭 트랜지스터를 온/오프시키는 제4 반전기로 구성된 것을 특징으로 하는 아크없는 개폐기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개폐기는
    전원이 공급되면 하이를 로우로 변환하여 출력하는 제5 반전기와, 상기 제5 반전기의 로우를 하이로 변환시켜 공통 스위칭 트랜지스터를 온시키는 제6 반전기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 아크없는 개폐기.
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KR870000729A (ko) * 1985-06-21 1987-02-20 김인석 아크없는 개폐기
KR20010081702A (ko) * 2000-02-18 2001-08-29 이종수 하이브리드 개폐기
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