KR100289710B1 - 펄스 폭 변조 인버터의 전동기 직류 제동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulation) 인버터에 관한 것으로, 상세하게는 펄스 폭 변조에 의한 인버터로 구동하는 교류 전동기를 직류 전류로 제동할 때, 전동기의 회전 자계를 감소시키기 위한 인버터의 새로운 출력단의 직류 전류 제어 장치에 관한 것이다.

즉, 본 발명에 따른 펄스 폭 변조 인버터의 전동기 직류 제동 장치는 제어부로 전동기 제동시 출력단을 한데 묶어 전동기에 의한 회전 자계를 감쇠시키고, 회전 자계에 의한 유도 전압을 감지하는 전압 감지부를 두어 전압이 일정 레벨로 떨어졌을 때, 전동기 제동용 직류 전류를 인가함으로써, 회전 자계의 감소가 빠르면서도, 직류 제동 개시 시점이 검출 유도 전압에 의해 자동 가변되어 출력 전류의 과대로 인한 인버터의 트립(trip)을 확실하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

펄스 폭 변조 인버터의 전동기 직류 제동장치

제1도는 종래의 PWM 인버터의 블럭도.

제2도는 종래의 PWM 인버터로 구동되는 교류 전동기를 직류 전류로 제동하기 위한 순서를 나타내는 플로우 챠트.

제3도는 본 발명에 따른 PWM 인버터의 블럭도.

제4도 및 제6도는 본 발명에 따른 PWM 인버터 브리지부의 직류 제동시의 전류 흐름도.

제5도는 아날로그 전압 비교부의 실제 회로도.

제7도는 전동기 제동용 직류 인가 방식을 설명하는 설명도.

제8도는 본 발명에 따른 PWM 인버터의 직류 제동시 구동되는 교류 전동기를 직류 전류로 제동하기 위한 순서를 나타내는 플로우챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : PWM 발생기 2 : Dead time 발생부

3 : 트랜지스터 구동부 4 : 전동기

5 : 트랜지스터 브리지부 11 : PWM 발생기

12 : Dead tine 발생부 13 : 트랜지스터 구동부

14 : 전동기 15 : 트랜지스터 브리지부

16 : 전압 감지부 17 : 비교부

18 : 제어부 19 : 정현파 발생부

20 : 삼각파 발생부

본 발명은 펄스 폭 변조(PWM; pulse width modulation) 인버터에 관한 것으로, 상세하게는 펄스 폭 변조에 의한 인버터로 구동하는 교류 전동기를 직류 전류로 제동할 때, 전동기의 회전 자계를 감소시키기 위한 인버터의 새로운 출력단의 직류 전류 제어 장치에 관한 것이다.

제1도는 종래의 인버터의 블럭도이다. 이 도면을 참조하면서 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.

전력용 트랜지스터나 FET등이 브리지형으로 접속된 트랜지스터 브리지부(5)와, 이 트랜지스터 브리지부를 구동하기 위한 트랜지스터 구동부(3)와, 펄스 폭에 의해 상기 트랜지스터 브리지부를 제어하기 위한 신호를 상기 트랜지스터 구동부(3)에 공급하는 PWM 발생기(1)가 마련되어 있다. 또한 트랜지스터 브리지부(5)를 구동할 때, DC 링크 양단의 직렬 연결된 두 트랜지스터가 동시에 '온'되는 현상인 암 쇼트(arm short)를 막기 위한 데드 타임 신호를 생성하는 데드 타임 발생부(2)가 PWM발생부(1)와 트랜지스터 구동부(3) 사이에 마련되어 있다.

그리고 부하로서, 교류 전동기(4)가 브리지부(5)에 접속되어 있으며, PWM 발생부에는 정현파 및 삼각파가 인가되고 있다.

이와 같이 구성된 PWM 인버터로 구동되는 교류 전동기를 제동하는

직류 제동 순서를 제2도의 플로우 챠트를 참조하면서 설명한다.

먼저 PWM 제어에 의한 인버터에 의해 구동 중인 교류 전동기에 전동기 회전을 멈추기 위한 직류 전류를 바로 인가 하면 인버터 자체에 와전류에 의한 트립 (trip)이 생길 위험성이 있다. 따라서 일정 시간 동안 인버터 출력을 차단하였다가 전동기 정지용 직류 전류(인버터 출력 재연결 )를 전동기에 인가하게 된다.

다음으로 직류 전류 인가로, 전동기의 회전이 멈추도록 일정 시간경과한 다음 직류 전류를 차단한다(인버터 출력 차단).

그런데 이와 같은 전동기 직류 제동 방식은 일정 시간 동안 출력을 차단함에 있어서, 차단 시간은 전동기의 용량에 따라 달라지므로, 이 차단 시간의 결정은 오로지 경험에 의존하게 되어 있다.

따라서, 차단 시간이 잘못 설정되기 쉬우며, 또한 온도등의 외부 환경에 따라 변동의 여지가 생길 수 있으므로 전동기의 회전 자계가 충분히 감쇄되지 않은 상황에서 직류 전류가 인가될 위험성이 상당히 많다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창안된 것으로, 전동기의 회전 자계를 없애 주는 차단 시간에 관계 없이, 전동기의 회전에 제동을 걸기 위한 직류 전류를 인가할 수 있는 펄스 폭 변조(PWM) 인버터의 직류 제동 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 펄스 폭 변조 인버터의 전동기 직류 제동 장치는, 역 방향의 전압으로부터 그 자체를 보호하기 위한 병렬 연결된 프리휠링 수단을 가지는 소정의 개 수의 브리지형으로 접속된 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단을 구동하기 위한 구동 수단과, 상기 구동 수단에 펄스 폭 제어를 위한 펄스 폭 변조 발생 수단과, 그 부하로서 전동기를 구비하여 된 펄스 폭 변조 인버터의 전동기 직류 제동 장치 에 있어서,

상기 브리지형의 스위칭 수단으로부터 상기 전동기의 회전에 의해 상기 브리지형의 스위칭 수단에 유기되는 유도 전압을 감지하기 위한 전압 감지 수단과,

상기 전압 감지 수단으로부터 출력된 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여 주는 전압 비교 수단과,

상기 전압 비교 수단에서 출력된 비교 신호에 따라 상기 브리지형의스위칭 수단을 제어하기 위한 제어 신호를 상기 구동 수단에 제공하는 제어 수단을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

이하, 제3도 내지 제8도를 참조하면서 본 발명에 따른 펄스 폭 변조인버터의 전동기 직류 제동 장치를 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 펄스 폭 변조 인버터의 전동기 직류 제동 장치의 블럭도이다. 이 도면을 참조하면서 그 구성을 설명하면 다음과 같다.

전력용 트랜지스터나 FET등이 브리지형으로 접속된 트랜지스터 브리지부(15)에 부하로서 교류 전동기(14)가 브리지 형태로 접속된다. 이 트랜지스터 브리지부(15)를 구동하기 위한 트랜지스터 구동부(13)와, 펄스 폭에 의해 상기 트랜지스터 브리지부(15)를 제어하기 위한 신호를 상기 트랜지스터 구동부(13)에 공급하는 PWM발생기(11)가 마련된다.

또한 트랜지스터 브리지부(15)를 구동할 때, DC 링크 양단의 직렬 연결된 두 트랜지스터가 동시에 '온'되는 현상인 암 쇼트(arm short)를 막기 위한 데드 타임 신호를 생성하는 데드 타임 발생부(12)가 PWM 발생부(11)와 트랜지스터 구동부(13) 사이에 마련된다.

그리고 PWM 발생부(11)에는 PWM 발생에 필요한 정현파 및 삼각파를 인가하기 위한 정현파 발생부(19) 및 삼각파 발생부(20)가 마련된다. 되고 있다.

이와 같은 기본 구성으로 된 펄스 폭 변조 인버터에 의한 전동기 구동 장치에 전동기의 회전 자계에 의한 유도 전압을 감지하기 위한 전압 감지부(16)와, 이 전압 감지부에서 전압을 비교하는 전압 비교부(17) 및 전압 비교부에서 비교된 신호를 인가 받아 트랜지스터 구동부(13)를 통해 트랜지스터 브리지부(15)를 제어하는 제어부(18)를 더하여 본 발명의 인버터의 전동기 직류 제동 장치가 구성된다.

여기서 전압 감지부(16)는 감지된 전압을 주파수로 변환해 주는 주파수 변조 회로(FM 변조 회로)로 구성된다. 이 전압 감지부에서 출력된 전압 신호는 제어부의 전압 비교부(17) 즉 카운터에서 그 클럭 수가 카운터되어 전동기 제어용 직류 전류를 인가하기 시점 결정에 이용된다.

또 다른 실시예는, 전압 감지부(16)를 FM 변조 회로로 구성하지 않고, 감지된 그대로의 아날로그 전압을 비례 축소시키는 회로(주로 저항기를 이용한 분압회로)로 구성하고, 전압 비교부(17)는, 제5도에 도시된 것과 같은, 정류 회로를 구비한 비교기를 만들어, 전압 감지부(16)에서 감지된 교류 전압 신호를 전압 비교부(17)에서 정류하여 기준 전압과 비교하여 그 출력을 제어부(18)에서 판단하여 직류 전류 인가 시점을 결정하는 장치이다.

이상과 같이 구성된 PWM 인버터로 구동되는 교류 전동기를 제동하는 직류 제동 순서를 제8도의 플로우 챠트를 참조하면서 설명한다.

먼저 PWM 제어에 의한 인버터에 의해 구동 중인 교류 전동기에 전동기 회전을 멈추기 위한 직류 전류를 바로 인가 하면 인버터 자체에 와전류에 의한 트립(trip)이 생기지 않도록, 일정 시간 동안 인버터 출력을 결합한다. 즉 제어부는 인버터의 트랜지스터 구동부(13)의 3상 베이스를 상부는 온, 하부는 오프 또는 그 반대로하여 브리지부(15)의 출력단을 일점 결합한다. 즉, 상부 트랜지스터들을 전부 온시키고, 하부 트랜지스터들을 전부 오프시키거나 또는 그 반대로 한다.

이렇게 함으로써, 인버터의 주회로에 전류를 흐르게 하지 않고 전동기의 회전 자계를 떨어뜨린다. 즉 제4도에 도시된 바와 같이, 전동기의 회전 자계에 의한 발생 전류는 인버터의 주회로를 경유하지 않고, 출력단의 트랜지스터와 다이오드를 통해 회전하게 된다.

이와 같이 전동기의 회전에 의한 자계를 떨어뜨리면서, 인버터의 출력단의 전압을 전압 감지부에서 감지하여, 출력단 선간 전압이 일정 레벨 이하이면, 전동기 제동용 직류 전류를, 제6도에 도시된 바와 같이, 인가한다. 즉, 상부에서 두 개의 트랜지스터를 선택하여 직류를 인가하고, 인가된 직류는 전동기를 거쳐 상부에서 직류 인가에 선택되지 않은 하나의 트랜지스터와 직렬로 연결된 하부의 트랜지스터를 통하여 빠져 나가도록 한다.

이와 같이 직류 전류를 전동기에 인가하면, 이 직류 전류는 전동기에 회전 방향과 역방향 즉 회전을 멈추게 하려는 토크가 생기게 한다. 이때 전동기 내부 코일의 전류 흐름은 코일의 결선 방식 (Y결선 및 △결선)에 따라 제7도에 도시된 바와 같이 나타내진다.

다음으로 전동기의 회전이 멈추게 되면, 직류 전류를 차단하여 전동기의 제동 작동을 끝낸다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 펄스 폭 변조 인버터의 전동기 직류 제동 장치는 제어부로 전동기 제동시 출력단을 한데 묶어 전동기에 의한 회전 자계를 감쇠시키고, 회전 자계에 의한 유도 전압을 감지하는 전압 감지부를 두어 전압이 일정 레벨로 떨어졌을 때, 전동기 제동용 직류 전류를 인가함으로써, 회전 자계의 감소가 빠르면서도, 직류 제동 개시 시점이 검출 유도 전압에 의해 자동 가변되어 출력 전류의 과대로 인한 인버터의 트립(trip)을 확실하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 역방향의 전압으로부터 그 자체를 보호하기 위한 병렬 연결된 프리 휠링 수단을 가지는 소정의 개 수의 브리지형으로 접속된 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단을 구동하기 위한 구동 수단과, 상기 구동 수단에 펄스 폭 제어를 위한 펄스 폭 변조 발생 수단과, 그 부하로서 전동기를 구비하여 된 펄스 폭 변조 인버터의 전동기 직류 제동 장치에 있어서, 상기 브리지형의 스위칭 수단으로 부터 상기 전동기의 회전에 의해 상기 브리지형의 스위칭 수단에 유기되는 유도 전압을 감지하기 위한 전압 감지 수단과, 상기 전압 감지 수단으로 부터 출력된 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여 주는 전압 비교 수단과, 상기 전압 비교 수단에서 출력된 비교 신호에 따라 상기 브리지형의 스위칭 수단을 제어하기 위한 제어 신호를 상기 구동 수단에 제공하는 제어 수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 펄스 폭 변조 인버터의 전동기 직류 제동 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전압 감지 수단은 상기 전동기의 회전 자계에 의해 유기되는 유기전압을 주파수로 변조하여 주는 주파수 변조 수단을 구비하는 점에 특징이 있는 펄스 폭 인버터의 전동기 직류 제동 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전압 비교 수단은 상기 제어부 내에서 상기 주파수 변조 수단에서 출력된 주파수 변조 전압 신호의 클럭수를 카운트하여 기준 전압의 클럭수와 비교 판단하는 프로그램 형태로 된 것을 특징으로 하는 펄스 폭 인버터의 전동기 직류 제동 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 브리지형의 스위칭 수단의 소정의 시간 동안 출력 차단시 이 스위칭 수단의 브리지 일측부의 스위칭 수단은 전부 온시키고 다른 일측부는 전부 오프시키거나 또는 그 반대로 하도록 제어하는 점에 특징이 있는 펄스 폭 인버터의 전동기 직류 제동 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 소정의 시간 동안 상기 스위칭 수단의 출력을 차단하여 상기 전동기의 회전 자계에 의한 유도 전압이 소정의 값으로 떨어진 다음, 상기 전동기 제동용 직류 전류 인가시, 상기 스위칭 수단들의 브리지 일측부의 하나의 스위칭 수단은 오프시키고, 상기 브리지의 다른 일측부에서는 상기 오프된 스위칭 수단과 직렬 접속된 스위칭 수단만 온시키는 제어를 하는 점에 특징이 있는 펄스 폭 인버터의 전동기 직류 제동 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 전압 비교 수단의 상기 소정의 기준 전압은 상기 전동기의 회전 자계에 의한 유도 전압이 상기 전동기 제동용 직류 전류를 인가할 수 있을 만큼 떨어졌을 때의 전압이 상기 전압 감지 수단에 감지된 값보다 소정의 크기 만큼 작은 값으로 설정된 것을 특징으로 하는 펄스 폭 인버터의 전동기 직류 제동 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 전압 감지 수단은 감지된 아날로그 전압을 비례 축소시키는 회로로 형성된 것에 특징이 있는 펄스 폭 인버터의 전동기 직류 제동 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 전압 비교 수단은 정류회로를 구비한 비교기로 형성된 것을 특징으로 하는 펄스 폭 인버터의 전동기 직류 제동 장치.