KR100438984B1 - Output current limiter for inverter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인버터의 출력 전류 제한 회로에 관한 것으로, 특히 전동기에 연결된 부하의 변동 등에 의하여 출력 전류가 급격히 상승할 때 인버터에서 발생할 수 있는 과전류 트립을 억제하기 위해 전류 제한 운전 시 발생하는 전동기의 토크 부족으로 인해 전동기가 스톨되는 것을 방지할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 인버터의 교류 입력으로부터 정류된 직류 전압의 리플 전압을 평활시키는 평활용 콘덴서와; 인버터 출력 전류의 크기를 검출하는 전류 검출 저항과; 상기 검출된 전류가 정격 레벨 이상이면 과전류 트립 신호를 발생하는 과전류 트립 검출부와; 상기 과전류 트립 및 전류 제한 레벨을 설정하는 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부와; 인버터 출력 전류가 상기 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부에서 설정된 값보다 클 경우 전류 제한 기능을 동작시키는 전류 제한 신호 발생부와; 인버터의 3상 출력 전류를 검출하는 전류 검출부와; 상기 전류 검출부의 출력 전류의 크기가 전류 제한 레벨 이상이면 전류 제한 기능이 필요한 인버터 출력 상전류를 판단하여 해당 전력용 반도체 소자를 오프하는 상전류 판단부와; 상기 상전류 판단부에 PWM 출력 전압을 전달하는 PWM 신호 발생부와; 상기 평활용 콘덴서의 직류 전압을 교류로 변환하여 전동기에 공급하는 전력부와; 상기 상전류 판단부와 과전류 트립 검출부의 과전류 검출시 오프되고 상기 PWM 신호 발생부에 의해 온/오프되어 상기 전력부 내에 있는 전력용 반도체 소자를 구동하는 전력용 반도체 구동부로 구성된 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 가속 토크가 큰 부하나 정속 운전 중 과부하에 의해 전류 제한 기능이 동작하는 경우 전류 제한 레벨 이상인 상만을 판단하여 차단함으로써 전동기의 회전력을 유지하여 전동기의 스톨을 막고 원활한 시스템 운전이 가능하도록 하는 효과가 있다.The present invention relates to an output current limiting circuit of an inverter. In particular, the torque shortage of the motor generated during the current limiting operation to suppress an overcurrent trip that may occur in the inverter when the output current rises sharply due to a change in the load connected to the motor. Therefore, the object of the present invention is to prevent the motor from stalling. To this end, the present invention includes a smoothing capacitor for smoothing the ripple voltage of the DC voltage rectified from the AC input of the inverter; A current detection resistor for detecting the magnitude of the inverter output current; An overcurrent trip detector for generating an overcurrent trip signal when the detected current is equal to or higher than the rated level; An overcurrent trip and current limit level setting unit configured to set the overcurrent trip and current limit levels; A current limiting signal generator for operating the current limiting function when the inverter output current is greater than a value set by the overcurrent trip and current limiting level setting section; A current detector for detecting a three-phase output current of the inverter; A phase current determination unit to determine an inverter output phase current requiring a current limit function and to turn off the power semiconductor element when the output current of the current detector is greater than or equal to the current limit level; A PWM signal generator for transferring a PWM output voltage to the phase current determiner; A power unit converting the DC voltage of the smoothing capacitor into AC and supplying the motor to the AC; And a power semiconductor driving unit which is turned off when the phase current determination unit and the overcurrent trip detection unit detect the overcurrent, and is turned on / off by the PWM signal generator to drive the power semiconductor element in the power unit. Therefore, in the present invention, when the current limiting function is operated by a load having a large acceleration torque or an overload during constant speed operation, only the phase that is higher than the current limit level is judged to be cut off, thereby maintaining the rotational force of the motor to prevent stall of the motor and smooth system operation. It has the effect of making
Description
본 발명은 인버터를 이용하여 전동기를 구동하는 장치에 관한 것으로, 특히 전동기에 연결된 부하의 변동 등에 의하여 출력 전류가 급격히 상승할 때 인버터에서 발생할 수 있는 과전류 트립을 억제하기 위해 전류 제한 운전 시 발생하는 전동기의 토크 부족으로 인해 전동기가 스톨되는 것을 방지할 수 있게 한 인버터의 출력 전류 제한 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for driving an electric motor using an inverter, and in particular, an electric motor generated during current limiting operation to suppress an overcurrent trip that may occur in an inverter when an output current rapidly increases due to a change in load connected to the motor. An output current limiting circuit of an inverter which makes it possible to prevent the motor from stalling due to a lack of torque.
일반적으로 인버터를 이용하여 전동기의 속도를 제어하는 시스템에서 전동기에 과부하가 인가될 경우 인버터 내부에 있는 전력용 반도체 소자를 보호하기 위하여 인버터에서 출력 전압을 차단하게 된다. 이를 과전류 트립이라고 한다.In general, when an overload is applied to a motor in a system for controlling the speed of the motor by using an inverter, the output voltage is cut off from the inverter to protect the power semiconductor device inside the inverter. This is called an overcurrent trip.
또한, 인버터 출력단에 1대 이상의 전동기를 연결하여 서로 다른 부하 시스템을 운전하는 경우, 전자 접촉기 또는 개폐기 등을 이용하여 인버터와 전동기를 연결하게 되는데 인버터가 출력을 하고 있는 상태에서 접촉기를 동작시킬 경우 인버터 출력단에는 과전류가 흐르게 되며 인버터의 출력전류가 과전류 차단 레벨 이상으로 흐를 경우 과전류 트립을 발생시키고 출력을 차단한다.In addition, in the case of operating different load systems by connecting one or more motors to the inverter output terminal, the inverter and the motor are connected by using a magnetic contactor or switch, and the inverter is operated when the inverter operates while the inverter is outputting. Overcurrent flows through the output stage. If the output current of the inverter flows over the overcurrent cutoff level, an overcurrent trip occurs and the output is cut off.
과전류 트립에 의한 시스템의 운전 중단을 방지하기 위해서는 전력용 반도체 소자의 정격 전류 이내로 인버터의 출력전류를 제한해야 한다. 출력전류를 제한하는 방법으로는 출력전류의 크기를 감시해서 인버터의 출력 주파수 및 전압의 크기를 조정하는 방법과 전력용 반도체 소자를 순시적으로 오프하여 출력 전압을 차단하는 방법 등이 있다.The output current of the inverter must be limited within the rated current of the power semiconductor device in order to prevent system shutdown due to an overcurrent trip. As a method of limiting the output current, there is a method of monitoring the magnitude of the output current to adjust the magnitude of the output frequency and voltage of the inverter, and a method of turning off the power semiconductor element to temporarily turn off the output voltage.
도 1은 종래 인버터의 출력 전류 제한 회로의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 직류 평활용 콘덴서(1)와; 전력부(7)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출 저항(2)과; 과전류 트립을 발생시키기 위한 과전류 트립 검출부(3)와; 상기 전류 검출 저항(2)의 양단에 걸리는 전압을 이용하여 인버터 출력 크기를 검출하기 위한 전류 검출부(4)와; 상기 검출된 전류의 크기에 따라 전동기(8)에 인가되는 주파수 및 전압의 크기를 조정하는 전압/주파수 발생부(5)와; 상기 전력부(7) 내에 있는 전력용 반도체 소자의 온, 오프를 위한 전력용 반도체 구동부(6)와; 인버터 출력단에 연결되는 전동기(8)로 구성된 것으로 이를 설명하면 다음과 같다.1 is an exemplary view showing a configuration of an output current limiting circuit of a conventional inverter, and as shown therein, a DC smoothing capacitor 1; A current detection resistor 2 for detecting a current flowing in the power unit 7; An overcurrent trip detector (3) for generating an overcurrent trip; A current detector (4) for detecting the magnitude of the inverter output by using the voltage across the current detection resistor (2); A voltage / frequency generator 5 for adjusting the frequency and the magnitude of the voltage applied to the motor 8 according to the magnitude of the detected current; A power semiconductor driver (6) for turning on and off the power semiconductor element in the power unit (7); It is composed of a motor (8) connected to the output terminal of the inverter will be described as follows.
평활용 콘덴서(1)는 교류에서 직류로 정류된 전압의 리플 전압을 줄이기 위한 콘덴서이며 전동기(8)로부터 회생되는 전류가 축적된다. 평활용 콘덴서(1) 양단의 직류 전압은 전력부(7) 내에 있는 6개의 전력용 반도체 소자에 의하여 교류로 바뀌게 되며 전동기(8)에 흐르는 전류는 전류 검출 저항(2)을 통해 다시 평활용 콘덴서(1)로 흐른다.The smoothing capacitor 1 is a capacitor for reducing the ripple voltage of the voltage rectified from alternating current to direct current and accumulates a current regenerated from the electric motor 8. The DC voltage across the smoothing capacitor 1 is converted into alternating current by the six power semiconductor elements in the power unit 7, and the current flowing through the motor 8 is again smoothed through the current detection resistor 2. It flows to (1).
전류 검출 저항(2) 양단에 걸리는 전압을 검출하여 전력부(7)에 흐르는 전류가 일정한 값 이상이 되면 전력부(7) 내에 있는 전력용 반도체 소자의 파손을 막기 위하여 과전류 트립 검출부(3)에서 과전류 트립 신호를 발생시키며, 이 신호에 의해 전력용 반도체 구동부(6)의 신호를 오프하여 전력부(7)의 출력을 차단하게 된다.The overcurrent trip detection unit 3 detects a voltage across the current detection resistor 2 and prevents damage to the power semiconductor element in the power unit 7 when the current flowing in the power unit 7 becomes equal to or greater than a predetermined value. An overcurrent trip signal is generated, and the signal of the power semiconductor driver 6 is turned off to block the output of the power unit 7.
또한, 전류 검출부(4)는 전류 검출 저항(2) 양단의 전압으로부터 전력부(7)에 흐르는 전류의 크기를 검출하여 인버터의 출력 전압을 낮추거나 출력 주파수를 제어하게 된다.In addition, the current detector 4 detects the magnitude of the current flowing in the power unit 7 from the voltage across the current detection resistor 2 to lower the output voltage of the inverter or control the output frequency.
그러나, 인버터 출력전류의 크기를 이용하여 인버터 출력 전압 및 주파수를 제어하는 방법에서는 전류의 상승 기울기가 큰 경우에는 과전류 트립을 회피할 수 가 없다.However, in the method of controlling the inverter output voltage and frequency by using the magnitude of the inverter output current, overcurrent trip cannot be avoided when the rising slope of the current is large.
인버터 출력단과 전동기를 전자 개폐기 등으로 연결하고, 인버터에서 출력 전압을 발생하고 있는 상태에서 전자 개폐기를 동작시켜 전동기를 회전하는 경우 인버터 출력 전류의 상승 기울기는 매우 크기 때문에 출력 전압 및 주파수를 제어하는 시정수로는 출력 전류의 크기를 제한할 수 없는 경우가 많은 문제점이 있다.When the inverter output terminal and the motor are connected by an electronic switch, and the motor is rotated by operating the electromagnetic switch while the output voltage is being generated from the inverter, the rising slope of the inverter output current is very large. There are many problems in that the channel cannot limit the magnitude of the output current.
도 2는 종래 다른 인버터의 출력 전류 제한 회로의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 직류 평활용 콘덴서(1)와 전력부(7)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출 저항(2); 과전류가 흐를 경우 전력용 반도체 소자를 오프하기 위한 과전류 트립 검출부(13)와; 과전류 트립 레벨 및 전류 제한 레벨을 설정하는 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부(15)와; 상기 전력부(7) 내에 있는 전력용 반도체 소자의 온, 오프를 위한 전력용 반도체 구동부(16)와; 상기 전력부(7) 출력단에 연결되는 전동기(8)로 구성된 것으로 이를 설명하면 다음과 같다.FIG. 2 is an exemplary view showing a configuration of an output current limiting circuit of another conventional inverter, and as shown therein, a current detection resistor 2 for detecting a current flowing in the DC smoothing capacitor 1 and the power unit 7 as shown in FIG. ; An overcurrent trip detector 13 for turning off the power semiconductor element when an overcurrent flows; An overcurrent trip and current limit level setting section 15 for setting an overcurrent trip level and a current limit level; A power semiconductor driver (16) for turning on and off the power semiconductor element in the power unit (7); The electric motor 8 connected to the output of the power unit 7 will be described as follows.
전류 검출 저항(12)을 통해 검출된 전류의 크기가 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부(15)에서 설정된 전류 제한 레벨 이상이 되면 전류 제한 검출부(14)가 동작하여 전력용 반도체 구동부(16)를 오프시켜서 인버터의 출력을 차단하게 된다.When the magnitude of the current detected through the current detection resistor 12 is equal to or greater than the current limit level set by the overcurrent trip and current limit level setting unit 15, the current limit detection unit 14 operates to operate the power semiconductor driver 16. Off to cut off the output of the inverter.
인버터 출력이 차단되어 출력 전류의 크기가 전류 제한 레벨 설정부(15)에서 설정된 전류 제한 레벨 이하로 낮아지면 전류 제한 검출부(14)의 신호가 다시 오프되고, 전력용 반도체 구동부(16)를 다시 온하여 전동기(8)에 전압을 공급하게 된다.When the output of the inverter is cut off and the magnitude of the output current becomes lower than the current limit level set by the current limit level setting unit 15, the signal of the current limit detection unit 14 is turned off again, and the power semiconductor driver 16 is turned on again. To supply a voltage to the electric motor (8).
또한, 출력전류의 크기가 과전류 트립 레벨 이상일 경우 과전류 트립 검출부(13)가 동작하여 인버터의 출력을 차단하게 되고 사용자가 발생된 트립을 해제하기 전까지는 전동기(8)에 연결된 시스템이 동작을 멈추게 된다.In addition, when the magnitude of the output current is greater than the overcurrent trip level, the overcurrent trip detector 13 operates to block the output of the inverter, and the system connected to the motor 8 stops operation until the user releases the generated trip. .
출력 전류의 크기가 설정된 전류 제한 레벨보다 클 경우 전력용 반도체 구동부(16)의 신호를 차단하여 전력부(7) 내에 있는 6개의 전력용 반도체 소자를 모두 차단하게 된다. 인버터 출력 차단으로 출력 전류가 전류 제한 레벨보다 작아지면 전력용 반도체 구동부(16)의 신호 차단을 해제하여 전동기(8)에 다시 전압을 공급한다.When the magnitude of the output current is greater than the set current limit level, the signal of the power semiconductor driver 16 is blocked to block all six power semiconductor elements in the power unit 7. When the output current becomes smaller than the current limit level due to the inverter output blocking, the signal blocking of the power semiconductor driver 16 is canceled and the voltage is supplied to the electric motor 8 again.
도 4에 도시된 바와 같이, 전력부(7) 내에 있는 전력용 반도체 소자 중 트랜지스터 Q1, Q6, Q2가 도통을 할 경우 전동기(8)의 3상에 흐르는 전류 ia, ib, ic는 각각 화살표와 같은 방향으로 전류가 흐르게 된다.As shown in FIG. 4, when the transistors Q1, Q6, and Q2 of the power semiconductor elements in the power unit 7 are conducting, currents ia, ib, and ic flowing in three phases of the electric motor 8 are respectively indicated by arrows and Current flows in the same direction.
출력 전류가 전류 제한 레벨 이상으로 상승하여 전력부(7) 내에 있는 6개(Q1~Q6)의 소자를 모두 오프하면 A상으로 흐르는 전류 ia는 다이오드(D4)를 통해서 흐르게 되며, B상에 흐르는 전류 ib는 다이오드(D3), C상에 흐르는 전류 ic는 다이오드(D5)를 통해서 평활용 콘덴서(1)로 흐르게 된다.When the output current rises above the current limit level and all six elements Q1 to Q6 in the power unit 7 are turned off, the current ia flowing in phase A flows through the diode D4 and flows in phase B. The current ib flows to the diode D3, and the current ic flowing on the C flows to the smoothing capacitor 1 through the diode D5.
이와 같이, 인버터의 출력을 모두 차단하게 되면 전동기에 공급되는 전압이없기 때문에 마찰력이 큰 부하일 경우, 전동기의 회전력이 떨어지게 되고 결국은 정지(이하, 스톨(stall)이라 함)하게 된다.As such, when all the outputs of the inverter are cut off, since there is no voltage supplied to the motor, when the load has a large frictional force, the rotational force of the motor drops and eventually stops (hereinafter, referred to as a stall).
따라서, 과전류 트립에 의한 시스템의 운전 정지와 같은 상황은 아니지만 전동기(8)가 스톨됨으로 해서 전동기(8)에 연결된 시스템이 정지하게 되고, 과부하 상황이 해제되어 인버터의 출력 전류가 전류 제한 레벨 이하로 내려가야만 다시 전동기(8)가 회전하게 된다.Accordingly, the system connected to the motor 8 is stopped due to the stall of the motor 8, but not in the same situation as the operation stop of the system due to the overcurrent trip, and the overload situation is released and the output current of the inverter is lower than the current limit level. Only when it is lowered again will the motor 8 rotate.
위와 같은 상황은 전동기를 가속시킬 때 가속 시간이 짧은 경우에도 마찬가지로 발생한다. 인버터의 출력 차단으로 인해 전동기의 회전력이 약하기 때문에 가속 토크가 부족하게 되고 결국은 전동기의 슬립 주파수가 커지게 되어 전동기가 스톨되는 현상이 발생하게 되는 문제점이 있다.The same situation occurs even when the acceleration time is short when the motor is accelerated. Since the rotational force of the motor is weak due to the output cutoff of the inverter, the acceleration torque is insufficient, and eventually the slip frequency of the motor is increased, thereby causing the motor to stall.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 인버터 출력 전류의 상승을 억제하는 전류 제한 운전을 수행할 때 전동기의 토크 부족 현상이 발생하여 전동기가 스톨되는 것을 방지할 수 있도록 한 인버터의 출력 전류 제한 회로를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and the inverter is capable of preventing the motor from stalling due to the occurrence of torque shortage of the motor when performing the current limiting operation that suppresses the increase of the inverter output current. The purpose of the present invention is to provide an output current limiting circuit.
도 1은 종래 인버터의 출력 전류 제한 회로의 구성을 보인 예시도.1 is an exemplary view showing the configuration of an output current limiting circuit of a conventional inverter.
도 2는 종래 다른 인버터의 출력 전류 제한 회로의 구성을 보인 예시도.Figure 2 is an exemplary view showing the configuration of the output current limiting circuit of another conventional inverter.
도 3은 본 발명 인버터의 출력 전류 제한 회로의 구성을 보인 예시도.Figure 3 is an exemplary view showing the configuration of the output current limiting circuit of the inverter of the present invention.
도 4는 도 3의 전력부와 전동기의 상세 구성을 보인 예시도.4 is an exemplary view showing a detailed configuration of the power unit and the motor of FIG.
도 5는 도 4의 전력부 내의 전력용 반도체 소자가 온, 오프되는 8가지 경우를 보인 예시도.FIG. 5 is a diagram illustrating eight cases in which power semiconductor devices in the power unit of FIG. 4 are turned on and off.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
1 : 평활용 콘덴서 2 : 전류 검출 저항1: smoothing capacitor 2: current detection resistor
7 : 전력부 8 : 전동기7: power unit 8: electric motor
23 : 과전류 트립 검출부 24 : 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부23: overcurrent trip detection unit 24: overcurrent trip and current limit level setting unit
25 : 전류 제한 신호 발생부 26 : 전류 검출부25: current limit signal generator 26: current detector
27 : PWM 신호 발생부 28 : 상전류 판단부27: PWM signal generator 28: phase current determination unit
29 : 전력용 반도체 구동부29: power semiconductor driver
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인버터의 교류 입력으로부터 정류된 직류 전압의 리플 전압을 평활시키는 평활용 콘덴서와; 인버터 출력 전류의 크기를 검출하는 전류 검출 저항과; 상기 검출된 전류가 정격 레벨 이상이면 과전류 트립 신호를 발생하는 과전류 트립 검출부와; 상기 과전류 트립 및 전류 제한 레벨을 설정하는 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부와; 인버터 출력 전류가 상기 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부에서 설정된 값보다 클 경우 전류 제한 기능을 동작시키는 전류 제한 신호 발생부와; 인버터의 3상 출력 전류를 검출하는 전류 검출부와; 상기 전류 검출부의 출력 전류의 크기가 전류 제한 레벨 이상이면 전류 제한 기능이 필요한 인버터 출력 상전류를 판단하여 해당 전력용 반도체 소자를 오프하는 상전류 판단부와; 상기 상전류 판단부에 PWM 출력 전압을 전달하는 PWM 신호 발생부와; 상기 평활용 콘덴서의 직류 전압을 교류로 변환하여 전동기에 공급하는 전력부와; 상기 상전류 판단부와 과전류 트립 검출부의 과전류 검출시 오프되고 상기 PWM 신호 발생부에 의해 온/오프되어 상기 전력부 내에 있는 전력용 반도체 소자를 구동하는 전력용 반도체 구동부로 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a smoothing capacitor for smoothing the ripple voltage of the DC voltage rectified from the AC input of the inverter; A current detection resistor for detecting the magnitude of the inverter output current; An overcurrent trip detector for generating an overcurrent trip signal when the detected current is equal to or higher than the rated level; An overcurrent trip and current limit level setting unit configured to set the overcurrent trip and current limit levels; A current limiting signal generator for operating the current limiting function when the inverter output current is greater than a value set by the overcurrent trip and current limiting level setting section; A current detector for detecting a three-phase output current of the inverter; A phase current determination unit to determine an inverter output phase current requiring a current limit function and to turn off the power semiconductor element when the output current of the current detector is greater than or equal to the current limit level; A PWM signal generator for transferring a PWM output voltage to the phase current determiner; A power unit converting the DC voltage of the smoothing capacitor into AC and supplying the motor to the AC; And a power semiconductor driving unit which is turned off when the overcurrent trip detection unit and the overcurrent trip detection unit detect the overcurrent, and is turned on / off by the PWM signal generator to drive the power semiconductor element in the power unit.
이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명 인버터의 출력 전류 제한 회로의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 인버터의 교류 입력으로부터 정류된 직류 전압의 리플 전압을 평활시키는 평활용 콘덴서(1)와; 인버터 출력 전류의 크기를 검출하는 전류 검출 저항(2)과; 상기 검출된 전류가 정격 레벨 이상이면 과전류 트립 신호를 발생하는 과전류 트립 검출부(23)와; 상기 과전류 트립 및 전류 제한 레벨을 설정하는 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부(24)와; 인버터 출력 전류가 상기 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부(24)에서 설정된 값보다 클 경우 전류 제한 기능을 동작시키는 전류 제한 신호 발생부(25)와; 인버터의 3상 출력 전류를 검출하는 전류 검출부(26)와; 상기 전류 검출부(26)의 출력 전류의 크기가 전류 제한 레벨 이상이면 전류 제한 기능이 필요한 인버터 출력 상전류를 판단하여 해당 전력용 반도체 소자를 오프하는 상전류 판단부(28)와; 상기 상전류 판단부(28)에 PWM 출력 전압을 전달하는 PWM 신호 발생부(27)와; 상기 평활용 콘덴서(1)의 직류 전압을 교류로 변환하여 전동기(8)에 공급하는 전력부(7)와; 상기 상전류 판단부(28)와 과전류 트립 검출부(23)의 과전류 검출시 오프되고 상기 PWM 신호 발생부(27)에 의해 온/오프되어 상기 전력부(7) 내에 있는 전력용 반도체 소자를 구동하는 전력용 반도체 구동부(29)로 구성된 것으로 이를 설명하면 다음과 같다.3 is an exemplary view showing the configuration of the output current limiting circuit of the inverter of the present invention, and as shown therein, a smoothing capacitor 1 for smoothing the ripple voltage of the DC voltage rectified from the AC input of the inverter; A current detection resistor 2 for detecting the magnitude of the inverter output current; An overcurrent trip detector (23) for generating an overcurrent trip signal when the detected current is equal to or higher than the rated level; An overcurrent trip and current limit level setting unit (24) for setting the overcurrent trip and current limit levels; A current limit signal generator 25 for operating the current limit function when the inverter output current is greater than the value set by the overcurrent trip and current limit level setting section 24; A current detector 26 for detecting a three-phase output current of the inverter; A phase current judging unit 28 for judging an inverter output phase current requiring a current limiting function and turning off the power semiconductor element when the magnitude of the output current of the current detector 26 is greater than or equal to the current limit level; A PWM signal generator 27 for transmitting a PWM output voltage to the phase current determiner 28; A power unit 7 for converting the DC voltage of the smoothing capacitor 1 into alternating current and supplying it to the electric motor 8; Electric power that is turned off when the overcurrent trip detection unit 28 and the overcurrent trip detection unit 23 detects an overcurrent and is turned on / off by the PWM signal generator 27 to drive the power semiconductor element in the power unit 7. It is composed of the semiconductor driver 29 for the description as follows.
전류 검출 저항(2)의 양단에 걸리는 전압은 과전류 트립 검출부(23), 전류 제한 신호 발생부(25), 전류 검출부(26)로 입력된다.The voltage across the current detection resistor 2 is input to the overcurrent trip detector 23, the current limit signal generator 25, and the current detector 26.
검출된 인버터 출력 전류가 과전류 트립 및 전류 제한 레벨 설정부(24)에서 설정된 과전류 트립 레벨이나 전류 제한 레벨보다 크면 과전류 트립 검출부(23) 또는 전류 제한 신호 발생부(25)로부터 트립 신호 또는 전류 제한 신호가 출력되며, 인버터 출력 전류가 설정된 레벨 이하로 낮아지면 발생된 트립 신호 및 전류 제한 신호는 오프된다.If the detected inverter output current is greater than the overcurrent trip level or current limit level set by the overcurrent trip and current limit level setting section 24, the trip signal or current limit signal from the overcurrent trip detector 23 or the current limit signal generator 25 When the inverter output current is lowered below the set level, the generated trip signal and the current limit signal are turned off.
전류 검출부(26)는 전류 검출 저항(2)으로부터 인버터 출력에 흐르는 전류의 크기를 검출한다.The current detector 26 detects the magnitude of the current flowing from the current detection resistor 2 to the inverter output.
PWM 신호 발생부(27)에서는 PWM 신호를 발생하여 상전류 판단부(28)로 전달하고, 상전류 판단부(28)는 전력용 반도체 구동부(29)를 온/오프 제어하고, 전력용 반도체 구동부(29)는 전력부(7) 내에 있는 6개의 전력용 반도체 소자의 온, 오프를 제어하여 평활용 콘덴서(1)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전동기(8)를 회전시킨다.The PWM signal generator 27 generates a PWM signal and transmits it to the phase current determiner 28, and the phase current determiner 28 controls the power semiconductor driver 29 on / off, and the power semiconductor driver 29 ) Controls the on / off of the six power semiconductor elements in the power unit 7 to convert the DC voltage of the smoothing capacitor 1 into an AC voltage to rotate the electric motor 8.
상전류 판단부(28)에서는 전류 제한 신호 발생부(25)로부터 출력된 신호와 전류 검출부(26)로부터 검출된 출력 전류의 크기와 PWM 신호 발생부(27)로부터 출력된 PWM 신호를 이용하여 현재 인버터 출력 단의 3상 가운데 어느 상에서 전류 제한 레벨 이상의 전류가 있는지를 판단하는데 다음과 같은 방법을 이용한다.The phase current determiner 28 uses the signal output from the current limiting signal generator 25, the magnitude of the output current detected from the current detector 26, and the PWM signal output from the PWM signal generator 27. The following method is used to determine which of the three phases of the output stage is above the current limit level.
전력부(7) 내에 있는 6개의 전력용 반도체 소자(Q1~Q6)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전동기의 3상에 연결되며, 전동기 한 쌍당 2개의 전력용 반도체 소자(Q1, Q4),(Q3, Q6),(Q5, Q2)가 연결된다.The six power semiconductor elements Q1 to Q6 in the power unit 7 are connected to three phases of the motor, as shown in FIG. 4, and two power semiconductor elements Q1 and Q4 per pair of motors. (Q3, Q6) and (Q5, Q2) are connected.
한 상에 연결된 2개의 반도체 소자는 동시에 온 될 수 없다.Two semiconductor elements connected to one phase cannot be turned on at the same time.
예를 들어, 전동기(8)의 A상에 연결된 전력용 반도체 소자(Q1)가 온되면 반대쪽 전력용 반도체 소자(Q4)는 오프되며, 반대로 전력용 반도체 소자(Q4)가 온되면 전력용 반도체 소자(Q1)는 오프된다.For example, when the power semiconductor element Q1 connected to the A phase of the electric motor 8 is turned on, the power semiconductor element Q4 on the opposite side is turned off. On the contrary, when the power semiconductor element Q4 is turned on, the power semiconductor element is turned on. Q1 is turned off.
B상과 C상에 연결된 나머지 반도체 소자도 마찬가지로 동작한다.The remaining semiconductor devices connected to phases B and C operate similarly.
전력부(7) 내의 전력용 반도체 소자가 온, 오프 되는 경우의 수는 도 5에서와 같이 모두 8가지이다.The number of cases where the power semiconductor element in the power unit 7 is turned on and off is eight in all as shown in FIG.
괄호내의 '1'은 전동기 한 상에 연결된 2개의 반도체 소자 중 위쪽의 반도체 소자가 온 됨을 의미하며, 각각 A, B, C상의 스위치 상태를 나타낸디'1' in parentheses means that the upper semiconductor element of the two semiconductor elements connected to one of the motors is turned on and indicates the state of the switches on A, B, and C, respectively.
즉, (1, 0, 0)인 경우 전력부 내에 있는 전력용 반도체 소자(Q1, Q6, Q2)가 온 되고, 다른 전력용 반도체 소자(Q4, Q3, Q5)가 오프 된다.That is, in the case of (1, 0, 0), the power semiconductor elements Q1, Q6, Q2 in the power unit are turned on, and the other power semiconductor elements Q4, Q3, Q5 are turned off.
이와같이, 스위치 순서는 PWM 신호 발생부(27)로부터 출력되며, 각 스위치 순서에 따라 전력부(7)를 통해서 전동기(8)에 흐르는 전류는 전류 검출부(26)에서 검출된 전류로부터 다음과 같이 판단할 수 있다.In this way, the switch order is output from the PWM signal generator 27, and according to each switch order, the current flowing through the electric motor 8 through the power unit 7 is determined from the current detected by the current detector 26 as follows. can do.
예를 들어, 스위치 상태가 (1, 0, 0)일 경우, 전력부(7)의 전력용 반도체 소자(Q1, Q6, Q2)가 온 상태이며 전류 검출 저항(2)에 흐르는 전류 idc는 전류 검출부(26)에서 검출되고 검출된 전류가 전류 제한 레벨 이상일 경우 전류 제한 신호 발생부(25)에서 신호가 출력된다.For example, when the switch state is (1, 0, 0), the power semiconductor elements Q1, Q6, Q2 of the power unit 7 are on, and the current idc flowing through the current detection resistor 2 is a current. When the current detected by the detector 26 and the detected current is higher than or equal to the current limit level, a signal is output from the current limit signal generator 25.
상전류 판단부(28)에서는 PWM 신호 발생부(27)로부터 스위치 신호(1, 0, 0)를 입력받아 현재 전류 검출부(26)의 전류가 전동기(8)의 A상에 흐르는 전류(ia)로 판단한다.The phase current determiner 28 receives the switch signals 1, 0, and 0 from the PWM signal generator 27 and the current of the current current detector 26 is a current ia flowing in the A phase of the electric motor 8. To judge.
상전류 판단부(28)에서는 검출된 상전류로부터 3상 가운데 전류 제한 레벨 이상으로 흐르고 있는 상에 대한 전력용 반도체 구동부의 신호를 오프하여 전력부(7) 내에 있는 전력용 반도체 소자 중 이에 해당하는 소자를 오프한다.The phase current judging unit 28 turns off the signal of the power semiconductor driver for the phase flowing from the detected phase current to the current limit level among the three phases and selects a corresponding device among the power semiconductor elements in the power unit 7. Off.
위에서와 같이 A상의 전류가 전류 제한 레벨 이상일 경우에는 전력용 반도체 소자(Q1)를 오프한다.When the current in phase A is above the current limit level as described above, the power semiconductor element Q1 is turned off.
이와 같이, 현재 전류 제한 레벨 이상인 상만을 판단하여 스위치를 오프할 경우 B상과 C상의 전류 ib, ic는 도 4에 도시된 바와 같이, 계속해서 전력용 반도체 소자(Q6, Q2)를 통해서 흐르게 되며, 이 전류는 다시 다이오드(D4)를 통해서 A상으로 흐르게 된다.As such, when the switch is turned off by judging only the phase that is above the current limit level, the currents ib and ic of the B and C phases continue to flow through the power semiconductor elements Q6 and Q2 as shown in FIG. 4. This current flows back to the A phase through the diode D4.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 가속 토크가 큰 부하나 정속 운전 중 과부하에 의해 전류 제한 기능이 동작하는 경우 전류 제한 레벨 이상인 상만을 판단하여 차단함으로써 전동기의 회전력을 유지하여 전동기의 스톨을 막고 원활한 시스템 운전이 가능하도록 하는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention prevents the stall of the motor by maintaining the rotational force of the motor by judging and blocking only the phase above the current limit level when the current limit function is operated by a load with a large acceleration torque or an overload during constant speed operation. It has the effect of enabling smooth system operation.
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