KR20060016385A

KR20060016385A - 단상 유도 전동기의 기동장치

Info

Publication number: KR20060016385A
Application number: KR1020040064803A
Authority: KR
Inventors: 김병택; 이성호; 박진수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2006-02-22
Also published as: US20060038528A1; RU2309515C2; EP1628384A2; JP2006060999A; KR100707424B1; AU2005203420A1; EP1628384A3; US7239109B2; RU2005126040A

Abstract

본 발명은 단상 유도 전동기의 기동장치에 관한 것으로서, 상기 단상 유도 전동기의 기동장치는 주권선과, 본권선 및 상기 본권선 끝단으로부터 추가로 권선되는 추가권선으로 이루어져 상기 주권선과 병렬 연결되는 보조권선과, 상기 추가권선의 끝단에 부가 설치되어 상기 보조권선과 직렬로 연결되는 운전 콘덴서와, 상기 본권선의 끝단에서 이어진 결선에 설치되어 상기 운전 콘덴서와 병렬로 연결되는 기동보조장치를 포함하여 구성되므로, 전동기의 기동 초기에는 상기 본권선 끝단으로부터 기동보조장치로 전류의 대부분이 흘러가도록 하여 상기 전동기의 기동토크를 크게 가져갈 수 있고, 전동기의 정상상태 운전시에는 상기 기동보조장치로의 전류유입을 차단하고 상기 추가권선으로 전류가 인가되도록 하여 전동기의 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

단상 유도 전동기, 주권선, 보조권선, 운전 콘덴서, 기동보조장치

Description

단상 유도 전동기의 기동장치{Moving equipment for Single-phase induction motor}

도 1는 일반적인 단상 유도 전동기의 회로도,

도 2은 일반적인 단상 유도 전동기의 보조권선 결선도,

도 3은 본 발명에 의한 단상 유도 전동기의 기동장치의 회로도,

도 4는 본 발명에 의한 단상 유도 전동기의 기동장치에서의 보조권선 결선도,

도 5는 보조권선 수에 따른 기동성능을 비교한 그래프,

도 6은 보조권선 수에 따른 전동기의 효율을 비교한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

60 : 회전자 90 : 기동보조장치

S1 : 보조권선 S11 : 본권선 S12 : 추가권선

본 발명은 단상 유도 전동기의 기동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 전동기에 적용되는 보조권선과 기동보조장치의 결선방법을 개선하여 전동기의 초기 운전시의 기동토크 성능 및 정상상태 운전시의 효율성을 동시에 만족시킬 수 있는 단상 유도 전동기의 기동장치에 관한 것이다.

일반적으로 단상 유도 전동기는 주권선 및 보조권선이 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 기동장치를 설치하게 되는데 콘덴서 운전형 기동장치가 일반적으로 사용되고 있다.

도 1는 일반적인 단상 유도 전동기의 회로도를 나타낸다. 상기 도 1에 따르면 일반적인 단상 유도 전동기는 주권선(M) 및 보조권선(S)과, 상기 보조권선(S)에 직렬로 연결된 운전콘덴서(Cr) 및 상기 운전콘덴서(Cr)에 병렬로 연결된 PTC(Positive Thermal Coefficent) 등의 기동보조장치(50)로 구성되며, 상기 권선 사이에 도시된 원형 형상은 회전자(20)를 나타낸다.

상기 구성에 따른 단상 유도 전동기의 동작에 관해 설명하면, 상기 전동기에 전원(E)이 인가되는 경우 주권선(M)으로의 전류 유입(Im)에 따라 상기 주권선(M)에 교번자계가 발생하며, 상기 보조권선(S)에는 운전 콘덴서(Cr)에 의해 위상이 변화된 전류(Ia)가 유입됨에 따라 상기 교번자계와 전기적으로 다른 위상을 갖는 보조자계가 발생하는데, 상기 보조자계는 상기 위상이 다른 교번자계에 대해 회전자계를 형성함으로써 상기 회전자가 회전할 수 있도록 토크를 형성하게 된다.

특히 상기 도 1의 회로에서 PTC(Positive Thermal Coefficent) 등의 기동보조장치(50)의 경우 온도에 따라 저항값이 변하는 소자로서, 고온의 경우 높은 저항값을 갖고 저온의 경우 낮은 저항값을 갖는다.

이에 따라 상기 단상 유도 전동기의 초기 기동시 PTC(50)의 저항값이 비교적 작은 값을 가지므로 보조권선(S)을 통과한 전류(Ia)는 대부분 PTC(50)를 통과하여 흐르게 되고, 이에 따라 상기 전동기의 기동초기에 기동토크를 증가시키게 된다.

반면, 일정시간이 경과하여 상기 단상 유도 전동기가 정상상태 운전을 하는 경우에는 PTC(50)의 저항값이 매우 큰 값을 갖게되어 상기 PTC를 잇는 결선이 차단되므로 상기 보조권선(S)을 통과한 전류(Ia)는 운전 콘덴서(Cr)를 통하여 흐르게 된다. 이에 따라 상기 주권선(M), 보조권선(S) 및 운전 콘덴서(Cr)에 의해 형성되는 자기장과 상기 회전자(20)의 상호작용에 의해 회전자(20)는 동기속도로 회전을 하게 된다.

도 2는 일반적인 단상 유도 전동기의 보조권선의 결선을 도시한 도이다. 다수의 슬롯(1-14, 1'-14')을 갖는 고정자(30)를 포함하여 구성되는 단상 유도 전동 기에서 코일을 상기 슬롯(1-14, 1'-14')을 통해 권선하여 주권선 및 보조권선을 형성할 수 있으며, 상기 도 2는 슬롯 12에서 코일의 권선을 시작하여 슬롯 3, 슬롯 11, 슬롯 4 등으로의 방향으로 권선한 n3-n7의 보조권선과, 슬롯 12'에서 시작하여 상기와 같은 방식으로 n3'-n7'의 다른 하나의 보조권선으로 이루어진 두 개의 보조권선을 형성하였다.

그리고, 상기 두 보조권선의 양단을 병렬연결하여, 상기 병렬연결된 보조권선의 양 끝단을 상기 운전 콘덴서(Cr)에 연결하였고, 상기 PTC(50)는 운전 콘덴서(Cr)에 병렬로 연결되어 있으며, 상기 코일로 인가되는 전류에 따른 회전자계에 의해 회전자(20)는 회전을 하게 되고, 상기 회전력이 외부로 전달되도록 샤프트(40)가 상기 회전자(20)의 축방향으로 구성되어 있다.

그러나, 일반적인 단상 유도 전동기의 경우 효율성능과 함께 초기 기동성능이 상기 전동기의 성능에 주요한 영향을 미치는데, 상기 효율성능 및 초기 기동성능은 특히 보조권선의 권선수에 의해 좌우된다. 즉, 보조권선의 권선수가 많아지는 경우 상기 전동기의 효율성능은 높아지게 되나 초기 기동성능이 악화되는 경향이 있으며, 반대로 보조권선의 권선수가 적어지는 경우에는 상기 전동기의 효율성능이 낮아지는 반면에 초기 기동성능은 높아지게 된다.

따라서, 종래와 같은 방식의 단상 유도 전동기의 경우 상기 보조권선은 상기 전동기의 기동초기부터 운전 종료시까지의 동작기간 동안 일정한 권선수를 가지며 동작하므로, 상기 초기 기동성능 및 효율성능을 동시에 적절히 만족할 수 없는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전동기의 동작기간 동안 상기 전동기의 회전자계를 형성하는 보조권선의 권선수가 적절히 조절될 수 있도록 하여 상기 전동기의 초기 기동성능 및 효율성능을 동시에 적절히 만족시킬 수 있는 단상 유도 전동기의 기동장치를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 단상 유도 전동기의 기동장치는, 주권선과, 본권선 및 상기 본권선 끝단으로부터 추가로 권선되는 추가권선으로 이루어져 상기 주권선과 병렬 연결되는 보조권선과, 상기 추가권선의 끝단에 부가 설치되어 상기 보조권선과 직렬로 연결되는 기동 콘덴서와, 상기 본권선의 끝단에서 이어진 결선에 설치되어 상기 기동 콘덴서와 병렬로 연결되는 기동보조장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히 상기 구성에 따른 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 기동보조장치는 전동기의 운전 상태에 따라 본권선을 경유한 전류의 방향이 변화하도록 상기 전동기의 초기 기동시에 높은 등가저항값을 갖고, 정상상태 운전시에 낮은 등가저항값을 갖는 가변 등가저항 소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 다.

도 3은 본 발명에 의한 단상 유도 전동기의 기동장치의 회로도이다. 본 발명에 따른 구성을 상기 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 단상 유도 전동기의 기동장치는 주자계를 발생시키는 주권선(M1)과, 상기 주권선(M1)과 병렬로 연결되어 보조자계를 발생시키는 보조권선(S1)과, 상기 보조권선(S1)에 직렬로 연결되어 보조권선(S1)으로 유입되는 전류 및 상기 보조자계의 위상을 주권선에 흐르는 전류 및 주자계와 각각 소정의 차이를 갖도록하는 운전 콘덴서(Cr)와, 상기 운전 콘덴서(Cr)와 병렬로 연결되는 기동보조장치(90)로 구성되어진다.

특히 상기 보조권선(S1)은 본권선(S11)과, 상기 본권선(S11)의 끝단으로부터 추가로 이어져 권선되는 추가권선(S12)로 이루어지는데, 상기 추가권선(S12)은 상기 본권선(S11)을 형성하기 위해 코일이 권선되는 다수의 슬롯중에서, 상기 본권선의 끝단이 권선된 슬롯에서 시작하여 추가적인 코일을 더 권선함으로써 형성할 수 있으며, 상기 도에 따르면 추가권선(S12)은 슬롯 7과 슬롯 8을 통해 반복하여 권선함으로써 형성된다.

또한, 상기 추가권선(S12)을 본권선(S11)과 연결하여 다수의 턴수를 갖도록 하면 상기 보조권선(S1)의 권선수를 증가시킬 수 있어 상기 전동기의 정상상태 운전시 효율성을 높일 수 있는데, 특히 상기 본권선(S11) 및 추가권선(S12)은 상기 본권선(S11)의 끝단을 추가권선(S12)과 탭으로 처리하여 연결되도록 할 수 있다.

한편, 전원(E)이 인가됨에 따라 주권선 및 보조권선에는 각각 전류 Im, Ia가 유입되는데, 특히 상기 기동보조장치(90)의 경우 전동기의 초기 동작시 상기 기동 보조장치(90)의 등가저항이 작은 값을 갖도록 하여 보조권선(S1)으로 유입되는 대부분의 전류(Ia)가 본권선(S11)을 지나 상기 기동보조장치(90)로 유입(Ip)되게 하고, 전동기의 정상상태 동작시에는 상기 기동보조장치(90)의 등가저항이 매우 큰 값을 갖도록 하여 상기 보조권선(S1)으로 유입되는 대부분의 전류(Ia)가 본권선(S11)을 지나 추가권선(S12)으로 유입되게 하여 상기 기동보조장치는 차단되어지는 효과를 갖는데, 상기 기동보조장치(90)로 적용될 수 있는 소자는 PTC, 원심스위치 및 릴레이 중 어느 하나가 될 수 있다.

특히 PTC소자의 경우 온도변화에 따라 저항값이 변하는 소자로서, 상기 전동기의 회전 초기의 낮은 온도에서는 작은 저항값을 갖는 반면에, 상기 전동기가 기동되고 난 후 일정시간 통전이 되면 상기 PTC소자의 온도는 상승하게 되고 이에 따라 매우 큰 저항값을 갖게 됨으로써 상기 PTC소자가 연결된 결선은 유입전류가 차단되어지는 효과를 얻게 된다.

전동기의 회전 상태에 따라 보조권선(S1)의 권선수가 적절히 조절될 수 있도록 하여 상기 전동기의 초기 기동성능 및 효율성능을 높이기 위한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기 보조권선(S1)이 다음과 같이 결선되도록 한다.

상기 보조권선(S1)은 본권선(S11)과 추가권선(S12)으로 이루어져 있으며, 상기 추가권선(S12)의 끝단에 운전 콘덴서(Cr)가 부가 설치되어 상기 보조권선(S1)은 운전 콘덴서(Cr)와 직렬로 연결되어지며, 상기 본권선(S11)의 끝단에서 이어진 결선에 상기 PTC 등의 소자형태인 기동보조장치(90)를 설치하여 구성함으로써 상기 추가권선(S12) 및 운전 콘덴서(Cr)가 상기 기동보조장치(90)와 병렬로 연결되도록 한다.

전동기의 초기 기동시에는 상기 PTC가 작은 저항값을 갖게 되므로 보조권선(S1)을 향하여 흐르는 전류는 본권선(S11)을 통과한 뒤 대부분의 전류가 상기 PTC를 경유하여 흐르게 된다. 따라서 이러한 경우에는 상기 전류가 추가되는 권선과는 관계없이 본권선(S11) 부분만 경유하여 진행하므로 코일을 적은 수로 권선하여 형성한 보조권선을 사용하였을 때와 같은 효과를 낼 수 있으며, 이에 따라 상기 전동기의 초기 기동성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 전동기의 정상상태 운전시에는 PTC의 온도가 상승하여 등가저항값이 매우 큰 값을 가짐에 따라 PTC는 이와 연결된 결선이 대략 차단된 상태가 되므로, 상기 본권선(S11)을 경유하여 PTC로 인가되던 전류의 방향이 변화되어 상기 전류는 본권선(S11)의 끝단을 지나 추가권선(S12)을 경유하여 진행하게 된다.

따라서 상기와 같은 정상상태 운전시에는 전류가 본권선(S11) 및 추가권선(S12)으로 이루어지는 보조권선(S1) 전체를 경유하여 진행하므로 코일을 많은 수로 권선하여 형성한 보조권선을 사용하였을 때와 같은 효과를 낼 수 있으므로 이러한 경우에 상기 전동기의 동작에 관한 효율성능이 높아지게 된다.

도 4는 본 발명에 의한 단상 유도 전동기의 기동장치에서의 보조권선의 결선을 나타내는 도이다.

상기 도 4의 단상 유도 전동기의 기동장치는 회전자(60), 고정자(70), 및 샤프트(80)를 포함하고, 상기 고정자(70)에 형성된 복수개의 슬롯(1-14, 1'-14')에 코일을 권선하여 두 개의 보조권선을 형성하였으며, 상기 두 개의 보조권선은 슬롯 12에서 코일의 권선을 시작하여 슬롯 3, 슬롯 11 등으로의 방향으로 권선한 n3-n7 등의 본권선과, 슬롯 12'에서 권선을 시작하여 슬롯 3', 슬롯 11' 등의 방향으로 권선한 n3'-n7'등의 본권선을 포함한다.

또한, 상기 두 본권선에 추가하여 상기 코일을 슬롯 7과 슬롯 8을 연결하여 복수번 권선하는 방식으로 추가권선을 형성할 수 있으며, 타측의 본권선에도 이와 동일한 방법으로 슬롯 7'과 슬롯 8'을 연결하여 복수번 권선하는 방식으로 추가권선을 형성할 수 있다.

상기 도에 따르면 각각 본권선 및 추가권선으로 구성되는 두 보조권선은 각 권선의 끝단이 서로 연결되는 방식으로 병렬연결되어 이와 등가인 하나의 보조권선으로 표현될 수 있으며, 상기 하나의 등가 보조권선을 구성하는 추가권선의 끝단(n8, n8')이 운동 콘덴서(Cr)과 연결되고 본권선의 끝단(n7, n7')이 PTC(91)와 연결되도록 하여 상기 도 3에 도시된 바와 같은 회로를 구성할 수 있다.

한편, 도 5는 보조권선 수에 따른 기동성능을 비교한 그래프이며, 도 6은 보조권선 수에 따른 전동기의 효율을 비교한 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이 가로축은 회전자의 회전속도를 rpm단위로 나타낸 축이며, 세로축은 기동토크를 Nm단위로 나타낸 축이며, 큰 값의 권선수를 갖는 보조권선에 따른 전동기의 기동토크 특성은 실선에 따른 값을 가지며, 적은 값의 권선수를 갖는 보조권선에 따른 전동기의 기동토크 특성은 점선에 따른 값을 갖는다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이 회전속도에 따른 상기 전동기의 효율면에 있어서 실선 및 점선에 의해 나타나는 특성은 각각 보조권선의 권선수가 크거나 적은 경우에 있어서의 전동기의 특성을 의미한다.

도 5 및 도 6을 종합하면, 상기 보조권선의 권선수를 큰 값으로 적용했을 때, 기동 초기 전동기의 회전속도가 낮은 경우에 있어서 기동토크값은 작은 값을 나타내므로 초기 기동성능은 높지 않으나, 정상상태 운전시의 전동기 효율면에 있어서는 더 높은 값을 갖게 된다.

이와는 반대로, 상기 보조권선의 권선수를 적게 하였을때는 초기 기동토크에 있어서는 높은 값을 가지나, 정상상태 운전시 전동기 효율면에 있어서는 상기 큰 값의 권선수를 갖는 보조권선을 적용하였을 때보다 불리하게 된다.

따라서 본 발명에 따라 본권선에 추가로 코일을 권선한 추가권선을 포함하여 구성되는 보조권선을 적용하고, 기동 초기 및 정상상태 운전시 PTC 등으로 적용되는 기동보조장치를 상기 본권선의 끝단에 연결하는 구성을 취함으로써 상기 전동기의 초기 기동시에는 보조권선의 권선수가 적은 값의 효과를 내고, 정상상태 운전시에는 보조권선의 권선수가 큰 값의 효과를 내도록 하여 상기 전동기의 기동토크 성능 및 효율성능을 동시에 만족하도록 할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 단상 유도 전동기의 기동장치를 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 단상 유도 전동기의 기동장치는, 상기 전동기의 초기 기동시에는 보조권선의 권선수가 적은 값의 특성을 갖도록 하고, 정상상태 운전시에는 보조권선의 권선수가 큰 값의 특성을 갖도록 결선함으로써 상기 전동기의 초기 기동성능 및 효율성능을 동시에 적절히 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

주권선과, 본권선 및 상기 본권선 끝단으로부터 추가로 권선되는 추가권선으로 이루어져 상기 주권선과 병렬 연결되는 보조권선과, 상기 추가권선의 끝단에 부가 설치되어 상기 보조권선과 직렬로 연결되는 운전 콘덴서와, 상기 본권선의 끝단에서 이어진 결선에 설치되어 상기 운전 콘덴서와 병렬로 연결되는 기동보조장치를 포함하여 구성되는 단상 유도 전동기의 기동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 보조권선을 이루는 본권선 및 추가권선은 상기 본권선의 끝단이 추가권선의 일단과 탭으로 처리되어 연결되는 것을 특징으로 하는 단상 유도 전동기의 기동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 기동보조장치는 전동기의 운전 상태에 따라 본권선을 경유한 전류의 방향이 변화하도록 상기 전동기의 초기 기동시에 높은 등가저항값을 갖고, 정상상태 운전시에 낮은 등가저항값을 갖는 가변 등가저항 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 단상 유도 전동기의 기동장치.
제 3 항에 있어서,

상기 기동보조장치는 PTC(Positive Thermal Coefficent)인 것을 특징으로 하는 단상 유도 전동기의 기동장치.
제 3 항에 있어서,

상기 기동보조장치는 원심 스위치인 것을 특징으로 하는 단상 유도 전동기의 기동장치.
제 3 항에 있어서,

상기 기동보조장치는 릴레이인 것을 특징으로 하는 단상 유도 전동기의 기동장치.