KR100283911B1

KR100283911B1 - 전력변환기의 운전과열 보호장치 및 그의 제어방법

Info

Publication number: KR100283911B1
Application number: KR1019960010187A
Authority: KR
Inventors: 노지준
Original assignee: 이종수; 엘지산전주식회사
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 2001-03-02
Also published as: KR970072579A

Abstract

본 발명의 전력변환기의 운전과열 보호장치는, 인버터의 온도를 감지하기 위한 온도감지부와, 인버터 조건에 따른 설정온도가 저장되며, 상기 감지된 온도를 설정온도와 비교하여 주파수를 변환시키기 위한 온도비교 및 주파수 변환부와, 상기 온도비교 및 주파수 변환부의 변환된 주파수에 따라 펄스폭을 변환시키는 펄스폭 변환부를 포함하여 구성되며, 종래의 과열온도 감지시 사용자가 오프라인으로 운전 주파수를 조절하는 번거로움을 없애 제어가 편리하며, 또한 전력변환기의 운전정지를 최소화함으로써 전력변환기의 운전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전력변환기의 운전과열 보호장치 및 그의 제어방법

제1도는 종래의 기술에 의한 전력변환기의 운전과열 보호장치의 구성을 도시한 것이고,

제2도는 본 발명에 의한 전력변환기의 운전과열 보호장치의 구성을 도시한 것이며,

제3도는 본 발명에 의한 전력변환기의 운전과열 보호장치 중 온도비교 및 주파수 변환부의 상세 구성을 도시한 것이며,

제4도는 본 발명에 의한 전력변환기의 운전과열 보호장치의 제어방법을 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

50 : 온도감지부 60 : 온도비교 및 주파수 변환부

70 : 펄스폭 변환부 80 : 3상 입력전원

90 : 인버터 100 : 유도전동기

본 발명은 전력변환기의 보호장치에 관한 것으로, 특히 운전시 높은 스위칭으로 인한 과열상태를 자동으로 점검하여 적절한 운전 주파수로 변환시키기 위한 전력변환기의 운전과열 보호장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

현재 산업에서 모터 구동에 사용되는 인버터와 컨버터와 같은 전력변환기는 날로 그 중요성을 더해가고 있는데, 특히 DSP(Digital Signal Processor)와 고속 스위칭이 가능한 스위칭 소자의 발전으로 정밀한 전압, 전류의 제어가 가능해지고 있으며, 또한 상기 인버터에 널리 쓰이는 고속 스위칭 소자의 경우, 현재가지 중소용량(수 kW∼수십 kW)에 한정되고 있는 것이 사실이나 앞으로는 더 큰 용량의 전력번환기에 채용되어야 하는 것이 필연적이다.

상기 전력변환기는 고속 스위칭 소자를 사용하는 경우, 스위칭 소자의 손실 크기가 주파수와 비례하는 함수 관계를 가지므로 전력변환기의 방열을 고려한 적절한 운전 주파수 운전이 요구되며, 따라서 특별한 소자의 열내량의 한정에 의해 운전시 적절한 방열 설계를 해주어야 한다.

이를 위해 종래에는 제1도에 도시한 바와 같은 전력변환기의 운전과열 보호장치를 사용하였는데, 이를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

전력변환기인 인버터(40) 내에 설치되어 인버터의 온도를 감지하는 온도감지부(10)와, 상기 온도감지부(10)에서 감지된 온도로 과열을 판단하여 제어하기 위한 과열감지부(20)와, 상기 과열감지부(20)의 제어신호에 따라 3상입력을 정류하여 유도전동기(41)를 제어하는 인버터(40)와, 상기 인버터(40)에서 출력된 운전주파수에 따라 펄스폭을 변환시켜 다시 인버터(4)로 출력하는 펄스폭 변환부(30)로 구성되며, 상기 과열감지부(20)에서 과열이 감지되면 3상입력을 정류하여 인버터(40)의 운전을 중단시킨다.

그러나 상기와 같은 종래의 전력변환기의 운전과열 보호장치는, 인버터 운전 중 과열시 트립신호에 의해 인버터가 정지하며, 이러한 과열을 방지하려면 오프라인(off-line)으로 운전주파수를 사용자가 그때그때 적절하게 바꿔주어야 하므로 매우 번거로우며, 또한 과열로 인해 항상 운전단속이 수반되므로 주파수를 높여도 지장이 없는 우수한 방열조건의 경우에도 오프라인 주파수 변환에 의해 설정된 주파수가 사용자에 의한 임의적 변환작업이 이루어지지 않으면 계속 낮은 주파수로 운전을 하게 됨으로써 운전효율이 저하되는등 많은 문제점들이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점들을 해결하여 전력변환기 운전시 전력변환기의 과열상태를 보호하면서 동시에 최적의 운전 주파수로 운전을 할 수 있는 전력변환기의 운전과열 보호장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 전력변환기의 운전과열 보호장치를 효과적으로 제어하기 위한 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력변환기의 운전과열 보호장치는, 인버터의 온도를 감지하기 위한 온도감지부와, 상기 감지된 온도를 설정온도와 비교하여 주파수를 변환시키기 위한 온도비교 및 주파수 변환부와, 상기 온도비교 및 주파수변환부의 주파수에 따라 펄스폭을 변환시켜 인버터를 구동하는 펄스폭 변환부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력변환기의 운전과열 보호장치의 제어방법은, 인버터 운전중 인버터 조건에 따라 원하는 운전모드를 설정하는 과정과, 인버터 내의 온도를 측정하여 측정온도가 설정온도보다 작으면 일정 폭만큼 운전주파수를 증가시키고, 그렇지 않으면 상기 운전 주파수를 감소시켜 펄스폭을 변환시키는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 전력변환기의 운전과열 보호장치는. 제2도에 도시한 바와 같이 3상(u,v,w) 입력전원(80)과, 상기 3상 입력전원을 교류전원으로 변환시켜 내부의 스위칭 소자들을 온, 또는 오프시켜 유도전동기(100)를 구동하기 위한 인버터(90)와, 상기 인버터(90) 내에 설치되어 인버터(90)의 온도변화에 따라 매순간 바뀐 저항값을 출력하는 온도감지부(50)와, 상기 인버터(90)의 스위칭소자 조건에 따라 미리 주파수변환값(f_d)와, 운전온도(T*) 및 과열온도(T_OH)를 설정하여 저장하며, 상기 온도감지부(50)에서 감지된 온도를 상기 설정된 온도들과 비교하여 비교결과에 따라 상기 운전주파수를 변환시켜 펄스폭 변환부(60)로 출력하는 온도비교 및 주파수 변환부(60)와, 상기 온도비교 및 주파수 변환부(60)에서 출력된 운전주파수에 따라 펄스폭을 변환시키는 펄스폭 변환부(70)로 구성된다.

그리고 상기 온도비교 및 주파수 변환부(60)는, 제3도에 도시한 바와 같이 인버터(90)가 과열되지 않고 안정적으로 운전할 수 있도록 사용자에 의해 설정된 운전온도(T^*)와, 감지온도(Treal)를 입력으로 하여 두 값의 차를 연산하기 위한 연산기(61)와, 상기 연산기(61)의 연산결과를 입력으로 하여 이득을 적절히 조절함으로써 응답 속도 및 온도오차범위를 조정하는 PI제어기(62)와, 인버터 스위칭 소자의 특성에 따라 운전주파수의 상한값(fmax)과 하한값(fmin)을 제한하여 인버터의 운전과열로 인해 상기 주파수의 하한값으로 동작하여도 감지온도가 과열온도보다 높으면 인버터트립신호를 발생하여 인버터를 정지시키기 위한 제한부(63)로 구성된다.

제4도를 참조하여 제어방법을 살펴보면, 사용자는 먼저 인버터의 스위칭 소자 특성에 따라 운전주파수의 상,하한을 제한하기 위한 상한값(fmax)과, 하한값(fmin), 소정의 주파수 변환값(f_d)와, 운전온도(T^*), 및 안전 운전이 가능한 임계값인 과열온도(T_OH)를 미리 설정하여 두고, 인버터 운전시 상기 온도감지부에서 온도를 감지하여 입력시키면, 상기 설정된 과열온도(T_OH)와 감지온도(Treal)의 차를 연산한다.

이때 그 값이 0보다 큰 경우 다시 상기 감지온도와 설정된 운전온도(T^*)를 비교하며, 상기 설정된 운전온도(T^*)가 감지온도(Treal)보다 작으면, 운전주파수(f)애 주파수 변환값(f_d)를 가산하여 변환주파수(f^*)를 구하고, 이 값이 상기 상한값(fmax) 보다 작은 경우 상기 상한값을 이 값으로 다시 설정하며, 상기 운전온도(T^*)가 크면 상기 운전주파수(f)에서 주파수 변환값(f_d)을 감산하여 변환주파수(f^*)를 구하고, 이 값이 하한값(fmin)보다 작은 경우 하한값을 이 값으로 다시 설정한다.

그리고 최종적으로 얻어진 변환주파수(f^*)는 상기 펄스폭 변환부(70)의 레퍼런스 주파수가 되어 펄스폭 변환동작을 변경하게 된다.

한편, 과열온도(T_OH)와 감지온도(Treal)의 차를 연산하여 그 값이 0보다 작으면 상기 인버터(90)가 과도하게 과열된 것이므로 오동작 및 이에따른 사고를 유발할 수 있기 때문에 트립신호를 발생시켜 종래와 같이 인버터의 운전을 중지시킨다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 트립으로 인한 전력변환기의 운전정지를 최소화할 수 있으며, 과열시마다 오프라인으로 운전 주파수를 조절하는 번거로움을 없애 제어가 편리하며, 이에따라 상기 전력변환기의 운전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

인버터의 온도를 감지하기 위한 온도감지부와, 인버터 조건에 따른 설정온도가 저장되며, 상기 감지된 온도를 설정온도와 비교하여 주파수를 변환시키기 위한 온도비교 및 주파수 변환부와, 상기 온도비교 및 주파수 변환부의 변환된 주파수에 따가 펄스폭을 변환시키는 펄스폭 변환부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환기의 운전과열 보호장치.
제1항에 있어서, 상기 온도비교 및 주파수 변환부는, 설정온도와 감지온도를 입력으로 하는 연산기와, 상기 연산기의 출력을 입력으로 하는 PI 제어기와, 상기 PI 제어기의 제어신호에 따라 상기 인버터에 사용되는 스위칭 소자의 특성상 운전주파수를 제한하기 위한 제한부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환기의 운전과열 보호장치.
인버터 운전중 인버터 조건에 따라 원하는 운전모드값을 설정하는 제1과정과, 인버터 내의 온도를 감지하여 감지온도가 설정온도보다 작으면 일정 폭만큼 운전 주파수를 증가시키고, 그렇지 않으면 상기 운전 주파수를 감소시켜 변환주파수를 구하는 제2과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력변환기의 운전과 열 보호장치의 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 설정모드값은 주파수 변환값과, 운전온도와, 과열온도와, 운전주파수의 상한값 및 하한값임을 특징으로 하는 전력변환기의 운전과열 보호장치의 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 제2과정은 상기 감지온도를 상기 설정된 과열온도와 비교하는 2-1과정과, 2-1과정의 비교결과 상기 감지온도가 상기 설정된 과열온도보다 높으면 인버터를 정지시키는 2-2과정과, 상기 2-1과정의 비교결과 상기 감지온도가 상기 설정된 과열온도보다 낮으면 다시 운전온도와 비교하는 제2-3과정과, 상기 2-3과정에서 감지온도가 설정된 운전온도보다 높으면 상기 주파수변환값 만큼 운전 주파수를 증가시키고, 그렇지 않으면 상기 주파수 변환값 만큼 상기 운전 주파수를 감소시며 변환주파수를 구하는 2-4 과정과, 상기 변환주파수 값이 상기 상한값보다 크면 변환주파수값을 상한값으로 설정하고, 상기 변환주파수 값이 상기 하한값보다 작으면 변환주파수값을 하한값으로 설정하는 2-5과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력변환기의 운전과열 보호장치의 제어방법.