KR0136692B1 - 유도전동기 구동용 인버터의 정전 방지 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도전동기 구동용 인버터의 정전 방지 회로에 관한 것으로, 종래에는 유도 전동기 구동용 인버터에 정전 방지를 위한 장치가 구현되어 있지 않음으로 정전이 되거나 입력 전압이 급격히 저감하는 경우 위험 발생이나 손실증대를 초래하게 되고 이를 방지하기 위하여 UPS 시스템을 부가하는 경우 고가임으로 경제적은 부담을 주는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안하여 본 발명은 3상 전원을 정류하여 배터리에 충전시킨후 정전시 대용량의 고압 전압을 서브콘트롤러에 공급하는 충전 회로를 구성하여 부가함으로써 시스템의 정전을 간단하게 보상하도록 구성한 것으로, 본 발명은 직류 전원을 충전하여 정전 이상이 발생하면 유도 전동기 구동용 인버터의 직류 접속단에 직류 전원을 공급함으로써 유도전동기의 정지를 방지할 수 있는 효과가 있다. 특히, 엘리베이터에 적용하는 경우 정전시에도 상당 시간 운전이 가능하게 되어 비상 조치를 취할 수 있으면 화학 공정 및 제지 공정을 위한 인버터에 적용하는 경우 손실을 최소화할수 있다.

Description

유도전동기 구동용 인버터의 정전 방지회로

제1도는 일반적인 CPU 시스템의 구성도,

제2도는 제1도에서 각 부의 파형도,

제3도는 본 발명의 정전 방지 회로도,

제4도는 제3도에 있어서, 각 부의 파형도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11:정류부12:쵸퍼

13:충전부14:전압 출력 제어부

15:서브 콘트롤러

본 발명은 유도전동기 구동용 인버터의 정전 보상에 관한 것으로 특히, 엘리베이터나 중요 생산 라인에 인버터를 사용하는 경우 전원 전압 이상 또는 정전이 발생한 경우 인버터에 안정된 직류 전원을 공급하여 비상 조치를 취함으로써 유도 전동기의 정지를 방지하도록 하는 유도전동기 구동용 인버터의 정전방지 회로에 관한 것이다.

일반적으로 유도정동기를 구동할 경우 3상 교류 전원을 사용하며 이 3상 전원이 다운되는 경우를 정전 또는 순시 정전이라 하는데, 이러한 정전의 경우 인버터의 DC Link단의 전압은 서서히 감소하고 인버터의 출력이 차단됨에 의해 유도전동기는 정지하게 된다.

이때, 유도 전동기의 계속적인 구동을 위해서는 전원을 계속 인버터에 공급하여야 하는데, 종래에는 유도 전동기 구동용 인버터에 정전 방지를 위한 장치가 구현되어 있지 않음으로 유도전동기 구동용 인버터를 사용하여 유도전동기를 구동하고 있을 때 정전이 되거나 입력전압이 급격히 저감하는 경우 위험 발생이나 손실 증대를 초래하게 된다.

따라서, 유도전동기 구동용 인버터에 정전이 발생한 경우에도 전원을 공급하기 위하여 보통 3상 전원 UPS 장비를 사용하게 된다.

제1도는 일반적인 UPS 장비의 구성도로서 이에 도시된 바와 같이, 전원 전압에 흔입된 잡음을 제거하는 필터(1)와, 이 필터(1)의 출력 전압을 필터링하여 직류 전압을 출력하는 정류기(2)와, 이 정류기(2)의 출력 전류를 제한하여 안정시킴에 의해 배터리(BATT)를 부동 충전시키는 쵸퍼(3)와, 이 쵸퍼(3)의 출력 전압을 구형파로 변환하는 인번터(4)와, 이 인버터(4)의 출력을 절연시키는 절연 트랜스(5)와, 이 절연 트랜스(5)의 출력 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류기(6)와, 이 정류기(6)의 출력에 흔입된 잡음을 제거하는필터(7)와, 이 필터(7)의 출력을 출력하는 필터(9)로 구성된 것으로, 이와같은 일반적인 UPS 장비의 동작 과정을 제2도의 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제2도(가)와 같은 3상 교류전원이 입력되면 잡음 제거 필터(1)에서 흔입된 고주파 잡음을 제거하고 이 잡음이 제거된 전압을 입력받은 정류기(2)는 다이오드 및 사이리스터를 통해 정류를 하여 제2도(나)와 같은 직류 전압을 출력하며 이 직류 전압은 쵸퍼(3)를 통해 전류가 제한됨에 의해 제2도(다)와 같은 전압을 인버터(4)와 배터리(BATT)에 출력하여 상기 배터리(BATT)를 충전시키게 된다.

이때, 쵸퍼(3)의 출력 전압이 입력된 인버터(4)는 풀 브릿지 회로를 통해 제2도(마)와 같은 구형파 교류 전압으로 변환하여 고주파 트랜스인 절연 트랜스(5)에 출력하고 상기 절연 트랜스(5)는 승압 동작을 하여 제2도(바)와 같은 전압을 정류기(6)에 출력하게 된다.

이에 따라, 절연 트랜스(5)의 출력 전압을 입력받은 정류기(6)가 직류 전압을 출력하면 필터(7)를 통해 평활되어 직류로 출력하고 인버터(8)가 상기 필터(7)의 출력을 스위칭하여 고조파가 흔입된 60Hz의 교류 전압을 출력함으로 잡음 제거 필터(9)를 통해 고조파가 제거된 후 제2도(사)와 같은 정평파인 교류 전원이 유도전동기 구동용 인버터에 인가되어진다.

그러나, 이러한 UPS 시스템은 고가임으로 경제적인 부담을 주게 되고 시스템을 구현하려는 경우에도 시스템이 복잡하여 대용량화가 어려울 뿐만아니라 용량 제한으로 고압화가 어려움으로 실용화하기 곤란한 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 3상 전원을 정류하여 배터리에 충전시킨후 정전시 대용량의 고압 전압을 서브 콘트롤러에 공급하는 충전 회로를 구성하여 부가함으로써 시스템의 정전을 간단하게 보상하는 유도 전동기의 정전방지 회로를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명 유도 전동기의 정전 방지 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 3상 전원을 정류하여 직류 전압을 출력하는 정류기(11)와, 이 정류기(11)의 직류 출력이 입력됨에 따라 전류를 제어하여 안정된 직류 전압을 출력하는 쵸퍼(12)와, 이 쵸퍼(12)의 출력을 충전하는 충전부(13)와, 이 충전부(13)의 방전 출력을 서브 콘트롤러(15)에 출력함과 아울러 상기 서브 콘트롤러(15)의 과전압이 상기 충전부(13)에 인가되는 것을 방지하는 전압 출력 제어부(14)로 구성한다.

상기 정류기(11)는 3상 전원(R,S,T)을 정류하는 사이리스터(S1-S3), 다이오드(D1-D3)와, 상기 전원(R,T)을 정류하여 입력 확인 전압으로 출력하는 다이오드(D4-D6)와, 이 다이오드(D4-D6)의 정류 전압을 충전하여 상기 사이리스터(S1-S3)의 게이팅 전압으로 출력하는 콘덴서(C1,C2), 저항(R3,R4)로 구성한다.

상기 쵸퍼(12)는 트랜지스터(TR1)(TR2)와 저항(R7), 콘덴서(C3) 및 다이오드(D7)로 이루어진 스너버 회로를 병렬 접속하고 상기 트랜지스터(TR1)(TR2)의 에미터와 콘덴서(C3)의 일측 단자의 공통 접속점을 충전부(13)에 접속하여 구성한다.

상기 충전부(13)는 쵸퍼(12)의 출력을 직렬 접속된 역류 방지용 다이오드(D8)(D9)에 접속하여 상기 다이오드(D9)의 캐소드에 후리휠링 다이오드(D10)의 캐소드를 접속하고 상기 다이오드(D9)(D10)의 접속점에 일측 단자가 접속된 코일(L1)의 타측 단자를 저항(R8)의 일측 단자에 접속하며 상기 저항(R8)의 타측 단자를 배터리(BATT)의 정단자에 접속함과 아울러 전압 출력 제어부(14)에 접속하여 그 접속점을 저항(R9)(R10)을 통해 배터리 전압 검출단에 접속하고 상기 배터리(BATT)의 부단자에 일측 단자가 접속된 저항(R11)의 타측 단자를 상기 다이오드(D9)의 애노드에 접속하여 구성한다.

상기 전압 출력 제어부(14)는 충전부(13)의 출력을 직렬접속된 다이오드(D11,D12)(D13,D14)를 각기 통해 서브 콘트롤러(15)의 직류 접속단에 일측 단자가 접속된 전압 출력 스위치(MCB2)의 타측 단자에 접속하여 구성한다.

도면의 미설명 부호 M는 유도전동기이고 미설명 부호 R5,R6은 정류기(11)의 직류 접속단의 전압 검출용이다.

이와같이 구성한 본 발명의 동작 및 작용 효과를 제4도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

스위치(MCB1)가 온되면 3상의 입력 전압은 정류기(11)에 입력되어 다이오드(D4,D6)를 통해 정류된 저항(R1)을 통해 입력 전압 검출단으로 출력함과 동시에 다이오드(D5) 및 저항(R2)을 통하여 콘덴서(C1,C2)를 충전시킨다.

이때, 콘덴서(C1)의 전압이 일정 전압치에 도달하면 사이리스터(S1-S3)가 풀게이팅되어 상기 사이리스터(S1-S3)와 다이오드(D1-D3)는 3상 전파 정류 동작을 하게 되고 이 정류된 전압은 콘덴서(C1)(C2)에 충전됨과 동시에 쵸퍼(12)에 출력되어 진다.

여기서, 저항(R2)은 콘덴서(C1)에 충전되는 초기 충전전류를 억제하는 용도이며 정항(R1)을 통해 검출된 전압은 비교기(도면 미도시)에 의해 기준값과 비교함으로써 입력전원의 유무를 확인하고 저항(R5)(R6)을 통해 직류 접속단의 전압을 검출하게 된다.

이에 따라, 쵸퍼(12)는 제4도(가)와 같은 정류기(11)의 직력 접속된 콘덴서(C1)(C2) 양단의 직류 전압 트랜지스터(TR1)(TR2)로 스위칭하여 안정된 부동 충전 전압을 충전부(13)에 공급한다.

이때, 트랜지스터(TR1)(TR2) 양단간 전압은 제4도(나)와 같으며 전류는 제4도(다)와 같다.

여기서, 유도성 부하에서 트랜지스터(TR1,TR2)를 스위칭할 때 턴오프시에는 스트레이 인덕턴스에 의하여 과도의 스파크 전압이 상기 트랜지스터(TR1,TR2)의 양단에 발생하는데 이 전압이 상기 트랜지스터(TR1,TR2)의 내압 이상이면 트랜지스터는 영구 파괴된다.

따라서, 아 스파크 전압을 억제하기 위하여 정항(R7), 콘덴서(C3) 및 다이오드(D7)로 구성된 스너버 회로를 트랜지스터(TR1)(TR2)에 병렬접속하는데, 상기 저항(R7)은 스트레이 인덕턴스와 콘덴서(C3)와의 공진에 의한 스파크 전압을 억제하는 저항이고 다이오드(D7)는 저항 손실의 감소 및 스트레이 인덕턴스의 에너지를 신속하게 콘덴서(C3)에 전달하여 상기 콘덴서(C3)에 전달하여 상기 콘덴서(C3)의 에너지 흡수 능력을 향상시키기 위한 것이다.

따라서, 충전부(13)는 쵸퍼(12)의 전압을 입력받아 다이오드(D8)(D9)를 통해 코일(L1)에 인가하여 필터링함으로써 제4도(바)와 같은 직류 전압으로 평활하고 이 평활된 직류 전압으로 배터리(BATT)를 충전하여 제4도(라)와 같이 안정된 직류 전압을 전압 출력 제어부(14)를 통해 서브 콘트롤러(15)에 출력하게 된다.

이때, 쵸퍼(12)의 출력이 인가된 코일(L1)은 부하가 변동되는 경우 안정적으로 전류를 공급할 수 있도록 인덕턴스 값에 반비례하는 리플 전류가 흐르지만 경부하시에는 출력 전류가 리플 전류 이하로 되어 전류 흐름이 불연속적으로 됨에 의해 필터링 효과를 상실하게 된다.

그리고, 배터리(BATT)의 전압이 부동 충전 전압보다 낮은 경우에는 저항(R11)을 통하여 상기 배터리(BATT)의 충전 전류가 다이오드(D10)에 궤환됨에 의해 상기 배터리(BATT)를 정전류로 충전시키고 상기 배터리(BATT)는 부동 충전 전압이 되면 정전압 충전 상태가 된다.

여기서, 블록킹 다이오드(D8,D9)는정전에 의하여 배터리(BATT)의 전압이 역으로 방전하는 것을 방지하고 후리휠링 다이오드(D10)는 트랜지스터(TR1)(TR2)가 오프 상태일 때 코일(L1)에 흐르는 전류의 통로를 형성하기 위한 것이다.

이에 따라, 서브 콘트롤러(15)가 3상 교류 전원을 정류 평활한 후 스위칭함에 따라 유도 전동기(M)를 구동하고 있을 때 정전등에 의해 전원이 차단되면 충전부(13)는 배터리(BATT)가 방전을 함에 따라 그 방전 전위가 전압 출력 제어부(14)의 다이오드(D11,D12)(D13,D14)를 각기 통한 후 스위치(MCB2)를 통해 상기 서브 콘트롤러(15)의 직류 접속단에 인가되고 이 전압이 스위칭됨에 의해 유도전동기(M)를 계속 구동시키게 된다.

여기서, 유도 전동기 구동용 인버터인 서브 콘트롤러(15)의 직류 접속단 전압은 유도 전동기(M)의 운전 형태에 따라 그 변화폭이 심하다. 이때, 서브 콘트롤러(15)의 직류 접속단 전압이 충전부(13)의 배터리(BATT)에 인가되면 파손됨으로 전압 출력 제어부(14)에 역저지 다이오드(D9-D14)를 부가하여 파손을 방지하게 된다.

그리고, 유동 전동기(M)를 구동하지 않는 경우 전압 출력 제어부(14)의 스위치(MCB2)를 오프시킴으로써 충전부(13)의 배터리(BATT)의 방전을 방지하게 된다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 직류 전원을 충전하여 정전 이상이 발생하면 유도 정동기 구동용 인버터의 직류 접속단에 직류 전원을 공급함으로써 유도전동기의 정지를 방지할 수 있는 효과가 있다.

특히, 엘리베이터에 적용하는 경우 정전시에도 상당 시간 운전이 가능하게 되어 비상조치를 취할 수 있으며 화학 공정 및 제지 공정을 위한 인버터에 적용하는 경우 손실을 최소화할 수 있다.

Claims (5)

1. 3상 전원을 정류하여 직류 전압을 출력하는 정류기(11)와, 이 정류기(11)의 직류 출력이 입력됨에 따라 전류를 제어하여 안정된 직류 전압을 출력하는 쵸퍼(12)와, 이 쵸퍼(12)의 출력을 충전하는 충전부(13)와, 순시정전등으로 인버터의 전압이 낮아지면 상기 충전부(13)의 전압과 인버터의 전압이 같아지는 시점에서 상기 충전부(13)의 방전 출력을 서브 콘트롤러(15)에 출력함과 아울러 상기 서브 콘트롤러(15)의 과전압이 상기 충전부(13)에 인가되는 것을 방지하는 전압 출력 제어부(14)로 구성한 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동용 인버터의 정전방지 회로.
2. 제1항에 있어서, 정류기(11)는 3상 전원(R,S,T)을 정류하는 사이리스터(S1-S3), 다이오드(D1-D3)와, 상기 전원(R,T)을 정류하여 입력 확인 전압르로 출력하는 다이오드(D4,D6)와, 이 다이오드(D4,D6)의 정류전압을 충전하여 상기 사이리스터(S1-S3)의 게이팅 전압으로 출력하는 콘덴서(C1,C2)로 구성한 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동용 인버터의 정전 방지 회로.
3. 제1항에 있어서, 쵸퍼(12)는 트랜지스터(TR1)(TR2)와 스파크 전압 억제용인 스너버 회로를 병력 접속하고 상기 트랜지스터(TR1)(TR2)의 에미터를 충전부(13)에 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동용 인버터의 정전방지회로.
4. 제1항에 있어서, 충전부(13)는 쵸퍼(12)의 출력을 역류 방지용 다이오드(D8)(D9)를 순차 통해 후리횔링 다이오드(D10)의 캐소드에 접속하고 상기 다이오드(D9)(D10)의 접속점에 일측 단자가 접속된 코일(L1)의 타측단자를 저항(R8)의 일측 단자에 접속하며 상기 저항(R8)의 타측 단자를 배터리(BATT)의 정단자에 접속함과 아울러 전압 출력 제어부(14)에 접속하여 그 접속점을 저항(R9)(R10)을 통해 배터리 전압 검출단에 접속하고 상기 배터리(BATT)의 부단자에 일측 단자가 접속된 저항(R11)의 타측 단자를 상기 다이오드(D10)의 애노드에 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 유도 전동기 구동용 인버터의 정전 방지회로.
5. 제1항에 있어서, 전압 출력 제어부(14)는 충전부(13)의 출력을 직력 접속된 다이오드(D11,D12)(D13,D14)를각기 통해 서브 콘트롤러(15)의 직류 접속단에 일측 단자가 접속된 전압 출력 스위치(MCB2)의 타측 단자에 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동용 인버터의 정전 방지 회로.