KR0128200Y1

KR0128200Y1 - 인버터 스택

Info

Publication number: KR0128200Y1
Application number: KR2019950001633U
Authority: KR
Inventors: 정유철
Original assignee: 이종수; 엘지산전주식회사
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1995-02-03
Publication date: 1999-05-01
Also published as: KR960029817U

Abstract

본 고안은 인버터 스택에 관한 것으로, 베이스 기판과, 3상교류전원을 직류전원으로 변환시키는 콘버터부와, 상기 직류전원을 3상교류전원으로 변환시키는 인버터부와, 아암단락의 검지 및 과부하시의 레벨을 검출하기 위한 검출부와, 상기 베이스 기판의 일측에 장착되어 작동중 발생되는 열을 방열하는 방열부로 구성된다. 이와 같은 본 고안에 의하면 인덕턴스 성분을 기계적 구조를 통해 낮게 만들 수 있고, 전류변환기의 설치가 용이하고, 또한 버스-플레이트들 사이에 유격이 발생되는 것을 방지하며, 특히 스위칭시에 발생되는 전도 및 방사 노이즈가 줄어드는 효과가 있다.

Description

인버터 스택

제1도는 종래 기술에 의한 인버터 스택의 구조로서 버스바아를 사용한 인버터스택의 구성을 보인 구성도.

제2도는 종래 기술에 의한 인버터 스택의 구조로서 버스-플레이트를 사용한 인버터스택의 구성을 보인 사시도.

제3도는 일반적인 인버터 스택의 회로를 보인 회로도.

제4도는 본 고안에 의한 인버터 스택의 구조를 보인 분해 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 베이스 기판 26 : P 버스-바아

27 : N 버스-바아 28 : P 버스-플레이트

29 : N 버스-플레이트 30 : 절연판

35 : 방열수단 36 : 냉각팬

37,37' : 단열판 38 : 절열몰드봉

본 고안은 인버터 스택에 관한 것으로, 특히 인덕턴스 값이 스택구조의 변형을 통해 낮은 값으로 되도록 하고, 직류링크의 잔류검출 C.T.의 부착이 용이하며, 노이즈 발생이 적은 인버터 스택에 관한 것이다.

인버터는 전력 변환기로서 고 속의 스위칭을 통해 직류를 교류로 변환하는 장치이다.

일반적으로 인버터의 설계시 고려해야 할 중요한 사항은 다음의 식으로 표현된다. 즉 스위칭시의 스파이크 전압을 표시하는 식으로 VS=L·di/dt이다. 여기서 VS는 스위칭시의 스파이크 전압이고, L은 인덕턴스 성분을 나타낸다. 일반적으로 인버터에서 스위칭이 빨라지면 상기한 식에서 알수 있듯이 깨끗한 교류파형을 얻을 수 있는 반면 스파이크 전압이 컨진다. 이를 해결하기 위한 방법으로는 스너버회로의 설계를 통한 것과, 상기 식에서 L값을 저감시키는 것이다.

종래의 일반적인 인버터의 스택구조는 제1도 및 제2도에 도시되어 있는데, 먼저 제1도에 도시되어 있는 인버터 스택(1)의 구조를 살펴보면, 인버터의 작동시 스위칭소자에서 발생되는 열을 방출하기 위한 방열판(2)상에 3개의 트랜지스터 모듈(3,3',3)과 하나의 회생트랜지스터(4)가 장착되어 있고, 리플전류를 평활하게 하는 정류작용을 하는 콘덴서(5)와 컨버터의 역할을 하는 다이오드모듈(6)이 구비되어 있다. 그리고 이들 직류 링크단의 P(+),N(-)의 극성 연결은 버스-바아(BUS-BAR)(7,7')를 사용하여 이루어진다.

이와 같은 인버터 스택(1)은 주로 500Hz-5kHz 의 스위칭을 할 경우에 많이 사용되며, 스위칭 소자의 P-N 양단에 스너버(sunneber)를 R-C-D소자를 이용하여 장착하여 스위칭시 발생하는 스파이크 전압을 억제하였다.

제2도에 도시되어 있는 종래 기술에 의한 인버터 스택(10)은 최근들어 고속스위칭 소자가 등장하면서 10kHz이상의 고속 스위칭을 수행하기 위해서는 상기한 제1도의 인버터 스택(1)으로는 적합하지 않아 고안된 것이다. 이와 같은 고속스위칭용 인버터 스택(10)의 구조는 IGBT모듈(12)에서 발생되는 열을 방출하기 위한 방열판(11)상에 IGBT모듈(12)이 다수개 장착되고, 그리고 리플전류를 평활하게 하기 위한 일반적인 정류회로의 구조를 갖는 주 콘덴서(13)와 보조 콘덴서(14)가 구비되어 있다. 그리고 직류링크단의 P(+), N(-)의 극성연결은 버스-플레이트(16)를 통해 이루어진다. 이 버스-플레이트(16)상에는 보조콘덴서(14)와 스너버 회로(15)가 실장되어 있다.

상기 버스-플레이트(16)는 P(+)측을 연결하는 P플레이트(17)와, N(-)측을 연결하는 N플레이트(18)로 구성되며, 이들 플레이트(17,18)사이에는 전기적인 절연을 위한 절연판(19)이 끼워져 있다.

이와 같은 고속스위칭용 인버터 스택(10)의 기본적인 개념은 VS=L·di/dt 에서 di/dt가 커지는 대신에 인덕턴스 성분인 L값을 기구적 구조의 변경을 통해 현격히 감소시켜 VS를 저감시킨다는 것이다. 그리고 인덕턴스 성분 L은 L=k·l/s (여기서는 k는 상수, l은 길이, s는 면적이다)이므로 교차하는 P, N의 극성 연결을 버스-바아가 아닌 버스-플레이트(16)로 대치하여 L성분을 10% 미만의 값으로 처리하는 구조로 되고 이런 구조하에서는 스터버 회로(15)도 C성분 하나만으로도 처리가 가능해진다.

그러나 버스-바아(7,7')를 사용한 인버터 스택(1)에 의하면 직류링크 전류검출을 위한 전류변환기(Current transformer)의 취부 및 보수 유지가 용이한 반면 10 kHz이상의 고속스위칭에서는 di/dt값의 증가로 인한 스파이크 전압을 저감시키는 스너버 회로가 지나치게 복잡해지며 엄청난 단가의 상승 및 인버터 스택의 크기가 지나치게 커지는 문제점이 있다.

그리고 버스-플레이트(16)를 사용한 인버터 스택(10)에 있어서는 직류링크 전류검출을 위한 전류변환기의 취부에 상당한 어려움이 있으며, 또 P플레이트(17)와 Nㄹ플레이트(18)사이의 절연판(19)의 두께로 인하여 가장자리의 벌어짐이 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 고안의 목적은 스파이크 전압을 줄이기 위한 스너버 회로에 대한 의존을 줄이면서 종래의 버스-바아를 사용한 인버터 스텍과 같이 전류변환기의 취부가 용이하고, P프레이트, N플레이트 및 절연판의 조립시 발생하는 유격을 해소하는 동시에 전도 및 유도 노이즈의 발생을 줄일 수 있는 구조의 고속스위칭용 인버터 스택을 제공하려는 것이다.

상기와 같은 본 고안의 목적은 베이스 기판과, 3상교류전원을 직류전원으로 변환시키는 콘버터부와, 상기 직류전원을 3상교류전원으로 변환시키는 인버터부와, 아암단락의 검지 및 과부하시의 레벨을 검출하기 위한 검출부와, 상기 배이스 기판의 일측에 장착되어 작동중 발생되는 열을 방열하는 방열부로 구성되며, 상기 인버터부는 방열수단의 상면에 설치된 스위칭용 전력전자소자인 3개의 IGBT 모듈과, 상기 IGBT모듈과 함께 방열수단상에 설치되어 회생전력을 소모시키기 위한 회생트랜지스터와, 베이스 기판상의 절연판 위에 설치되어 리플전류를 평활하게 하기 위한 전해콘덴서와, 이들의 P(+)단자 및 N(-)단자를 각각 연결하는 버스수단으로 구성됨을 특징으로 하는 인버터 스택에 의해 달성된다.

상기한 바와 같은 본 고안에 의한 인버터 스택을 첨부된 도면에 도시된 실시례를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도에 도시된 바와 같이, 본 고안은 베이스 기판(21)과, 3상교류전원을 직류전원으로 변환시키는 콘버터부와, 상기 직류전원을 3상교류전원으로 변환시키는 인버터부와, 아암단락의 검지 및 과부하시의 레벨을 검출하기 위한 검출부와, 상기 베이스 기판(21)의 일측에 장착되어 작동중 발생되는 열을 방열하는 방열부로 구성된다.

상기 베이스 기판(21)은 본 고안의 여러 요소들이 고정 설치되는 부분이며, 콘버터부는 3상교류전원을 직류전원으로 변환시키는 부분으로 3-상 브리지 정류기(22)로 구성될 수 있다. 이와 같은 콘버터부는 아래에서 설명할 방열부의 방열수단(35)의 상면에 장착된다.

상기 인버터부는 방열수단(35)의 상면에 나란히 설치된 스위칭용 전력전자소자인 3개 IGBT모듈(23,23',23)과, 상기 IGBT모듈(23,23',23)과 함께 방열수단(35)상에 설치되어 회생전력을 소모시키기 위한 회생트랜지스터(24)와, 다수개의 전해콘덴서(25)와, 이들의 P(+) 단자 및 N(-)단자를 각각 연결하는 버스수단으로 구성된다.

상기 스위칭용 전력전자소자는 모듈타입일 경우 6-팩, 듀얼-팩 및 싱글-팩의 3가지 가 사용될 수 있는데, 본 고안에서와 같이 버스-플레이트 구조를 이상적으로 실현하려면 듀얼-팩 소자를 사용하여야 한다. 여기서 사용되는 IGBT모듈(23,23',23)은 1개에 1아암씩 3개를 사용한다. 이와 같은 IGBT모듈(23,23',23)과 회생트랜지스터924)는 상기 콘버터부의 3상 브리지 정류기(22)와 같이 방열수단(35)의 상면에 나란히 장착된다.

상기 전해 콘덴서(25)는 리플전류를 평활하게 하기 위한 것으로, 인버터 주회로가 대지전위와 절연되도록 하는 상기 베이스 기판(21)상에 설치된 절연판(25')위에 설치된다. 도면에 도시된 실시례에서는 4개의 전해콘덴서(25)를 사용하고 있으나 본 고안에 있어서 그 숫자는 여기에 한정되는 것은 아니다.

상기 버스수단은 P 버스-바아(26), N 버스-바아(27), P 버스-플레이트(28), N 버스-플레이트(29)및 절연판(30)으로 구성된다. 상기 P 버스-바아(26)는 상기 콘버터부와 IGBT모듈(23,23',23)과 회생트랜지스터(24)의 P 측단자를 각각 연결하는 것이고, N 버스-바아(27)는 상기 소자들의 N측 단자를 각각 연결하는 것이다. 상기 P 버스-바아(26)는 상기 N 버스-바아(27)에 비해 상기 절연판(30)과 버스-플레이트의 두께 만큼 더 두껍게 형성되는데, 이는 상기 버스수단을 결합하게 될 때, 이들 사이에 유격이 발생되지 않도록 하기 위함이다.

그리고 상기 P 버스-플레이트(28)는 일측변이 상기 P 버스-바아(26)와 나사로 결합되어 접촉되고 타측이 상기 전해콘덴서(25)의 P측단자와 연결단자(31)를 통해 연결되고, 상기 N 버스-플레이트(29)는 일측변이 상기 N 버스-바아(27)와 결합되어 접촉하고 타측이 연결단자(32)를 통해 전해콘덴서(25)의 N측단자와 연결된다. 상기 버스-플레이트들(28,29)사이에는 절연판(30)이 게재되어 버스-플레이트(28,29)사이를 전기적으로 절연한다.

이와 같은 버스수단이 조립되어 있는 형상은, 방열수단(35)에 장착되어 있는 소자들의 P측 단자에는 P 버스-바아(26)가 조립되고, N측 단자에는 N 버스-바아(27)가 나사로 조립된다. 상기 N 버스-바아(27)의 상면에는 상기 N 버스-플레이트(29)가 놓여지고, 그 위에는 절연판(30)이 놓여진다. 이때 상기 절연판(30)의 설치 높이와 P 버스-바아(27)의 설치높이는 동일하게 된다. 그리고 절연판(30)과 P 버스-바아(26)의 상부에는 P 버스-플레이트(28)가 놓여져 조립되어 있다.

상기 P 버스-플레이트(28)는 그 일측에 상기 전해콘덴서(25)의 P측 단자와의 연결을 위한 연결단자(31)가 외부로 연장형성되어 있다. 이 연결단자(31)의 중간에는 소정의 각도로 절곡 형성된 절곡부(31')가 형성되어 있다. 이는 콘덴서(25)와의 연결이 자연스럽게 되도록 하는 것으로, 절곡되어진 각도는 아주 완만한 경사를 이루도록 된다.

만약 이 경사가 거의 직각으로 되면 전하가 많이 흐를 경우 전류가 와류현상을 발생하게 되어 절곡 부위에서 심한 방사 및 유도성 노이즈가 발생하게 되기 때문이다. 따라서 상기와 같이 아주 완만한 경사로 절곡하게 되면 노이즈의 발생이 평면으로 형성된 경우와 비교하여 거의 차이가 없게 된다.

상기 N 버스-플레이트(29)의 일측에도 상기 전해콘덴서(25)의 N 측 단자와의 연결을 위해 연장 형성된 연결단자(32)가 형성되어 있다. 그리고 상기 버스-플레이트들(28,29)과 절연판(30)에는 서로 상응하는 위치에 각각 절결부(28',29',30')가 형성되어 있어, 검출부를 설치하기 위한 공간을 제공하게 된다.

상기 검출부는 아암 단락검지 및 과부하시의 레벨을 검출하는 직류전류변환기(33)와, 상기 변환기(33)가 설치되는 브라켓트(34)로 구성되어 상기 브라켓트(34)의 하부가 방열부에 나사로 고정되고, 상기 절결부(28',29',30')를 통해 버스-플레이트(28,29)의 상부로 돌출 설치되어, 그 돌출된 브라켓트(34)의 상부에 상기 변환기(33)가 설치된다.

상기 방열부는 인버터 스택의 소자들이 작동할 때 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 것으로 방열수단(35), 냉각팬(36), 단열판(37,37')등으로 구성된다.

상기 방열수단(35)은 베이스기판(21)의 일측에 설치된 절연 몰드봉(38)상에 장착되어 그 상면에 컨버터부와 인버터부가 설치되고 그 내부에는 전면과 후면을 관통하는 다수개의 관통공(35')이 형성되어 있다. 이와 같은 방열수단(35)은 상기 절연 몰드봉(38)에 의해 상기 인버터부의 주회로가 대지전위와 분리되도록 한다.

상기 냉각팬(36)은 상기 방열수단(35)의 후면에 설치되어 상기 관통공(35')을 통해 공기를 통과시켜 방열을 촉진시키는 역할을 한다.

상기 단열판(37,37')은 상기 방열수단(35)의 양측면에 설치되어 방열수단(35)의 양측면으로의 방열을 차단하여 방열수단(35)의 열에 의해 주변소자가 손상을 받는 일이 없도록 한다. 이와 같은 단열판(37)의 일측에는 상기 검출부의 브라켓트(24)가 설치된다. 그리고 콘덴서(25)가 설치된 반대편의 단열판(37')에는 게이트 드라이브 기판(39)이 설치된다. 이와 같은 단열판(37,37')은 방열수단(35)의 양측면에 나사로 고정되는데 그 하단은 방열수단(35)과 마찬가지로 절연 몰드봉(38)상에 설치되어 인버터부의 회로가 대지전위와 분리되도록 한다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 고안에 의한 인버터 스택의 작용효과는 다음과 같다.

직류를 교류로 변환시켜주는 전력변환기인 인버터는 고 속의 스위칭으로 교류전류를 발생시킨다. 이와 같은 스위칭시의 온,오프 동작은 스파이크 전압을 발생시키는데 스파이크전압 VS=L·di/dt 의 식으로 주어진다. 따라서 고 속의 스위칭을 하게 되면 상기 식의 di/dt 의 크기가 커져서 스파이크 전압이 커지게 된다. 따라서 L값의 크기를 낮추어 주어야 스파이크전압을 줄일 수 있다. 이러한 원리에 따라 본 고안에서는 상기 L값을 기계적 구조를 통해 낮추어 주어 스파이크 전압을 줄이고 있다.

상기와 같은 본 고안에 의하면 L값이 기계적 구조에 의해 낮아지므로 스파이크 전압값이 적어지고, 직류링크의 전류검출을 위한 전류변환기의 설치를 위한 절결부가 버스-플레이트 및 절연판에 형성되어 있으므로 전류변환기의 설치가 용이하고 안전하게 되는 효과가 있다. 그리고 P플레이트, N플레이트 및 절연판의 조립시 발생하는 유격을 해소하는 동시에 전도 및 방사 노이즈량을 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

베이스 기판과, 3상교류전원을 직류전원으로 변환시키는 콘버터부와, 상기 직류전원을 3상교류전원으로 변환시키는 인버터부와, 아암단락의 검지 및 과부하시의 레벨을 검출하기 위한 검출부와, 상기 배이스 기판의 일측에 장착되어 작동중 발생되는 열을 방열하는 방열부로 구성되며, 상기 인버터부는 방열수단의 상면에 설치된 스위칭용 전력전자소자인 3개의 IGBT모듈과, 상기 IGBT모듈과 함께 방열수단상에 설치되어 회생전력을 소모시키기 위한 회생트랜지스터와, 베이스 기판상의 절연판 위에 설치되어 리플전류를 평활하게 하기 위한 전해콘덴서와, 이들의 P(+) 단자 및 N(-)단자를 각각 연결하는 버스수단으로 구성됨을 특징으로 하는 인버터 스택.
제1항에 있어서, 상기 버스수단은 상기 콘버터부와 IGBT모듈과 회생트랜지스터의 P측단자를 각각 연결하는 P 버스-바아와, 각각의 N측 단자를 연결하는 N 버스-바아와, 일측이 상기 P버스-바아와 나사로 결합되어 접촉되고 타측이 상기 전해 콘덴서의 P측단자와 연결된 P 버스-플레이트와, 일측이 상기 N버스-바아와 결합되어 접촉하고 타측이 전해콘덴서의 N측단자와 연결된 N 버스-플레이트 및 상기 P버스-플레이트와 N버스-플레이트 사이에 게재된 절연판으로 구성됨을 특징으로 하는 인버터 스택.
제3항에 있어서, 상기 P 버스-바아는 상기 N 버스-바아에 비해 상기 절연판과 버스-플레이트의 두께 만큼 더 두껍게 형성됨을 특징으로 하는 인버터 스택.
제3항에 있어서, 상기 P 버스-플레이트는 그 일측에 상기 전해콘덴서의 P측 단자와의 연결을 위해 연장되어 소정의 각도로 절곡형성된 연결단자가 형성되어 있고, 상기 N 버스-플레이트의 일측에도 상기 전해콘덴서의 N측 단자와의 연결을 위해 연장형성된 연결단자가 형성되고, 상기 버스-플레이트들과 절연판들에 각각 절결부가 형성하여 상기 검출부를 설치함을 특징으로 하는 인버터 스택.
제1항 또는 제5항에 있어서 상기 검출부는 아암단락검지 및 과부하시의 레벨을 검출하는 직류전류변환기와, 상기 변환기가 설치되는 브라켓트로 구성되어 상기 브라켓트의 하부가 방열부에 나사로 고정되고, 상기 버스플레이트의 절결부를 통해 버스-플레이트의 상부로 돌출설치됨을 특징으로 하는 인버터 스택.
제1항에 있어서, 상기 발열부는 베이스기판의 일측에 설치된 절연 몰드봉상에 장착되어 그 상면에 컨버터부와 인버터부가 설치되고 그 내부에는 전면과 후면을 관통하는 다수개의 관통공이 형성된 방열수단과, 상기 방열수단의 후면에 설치되어 상기 관통공을 통해 공기를 통과시켜 방열을 촉진시키는 냉각팬과, 상기 방열수단의 양측면에 설치되어 방열수단의 양측면으로서의 방열을 차단하는 단열판으로 구성됨을 특징으로 하는 인버터 스택.