KR100459472B1

KR100459472B1 - 인버터구동전동기

Info

Publication number: KR100459472B1
Application number: KR10-1998-0047521A
Authority: KR
Inventors: 나승호
Original assignee: 엘지산전 주식회사
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2005-04-08
Also published as: KR20000031468A

Abstract

본 발명은 인버터 구동 전동기에 관한 것으로, 종래에는 전동기의 절연파괴를 단순히 누설전류의 증가에 국한하여 접근함으로서 누설전류가 흐르는 선상에 쵸크를 삽입하여 누설전류를 억제하였으나 쵸크만 삽입하면 누설전류의 최대크기는 감소하나 삽입된 쵸크와 전동기의 기생 커패시터의 공진에 의해 전압은 오히려 상승되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 직류전압을 입력받아 이를 스위칭소자을 이용하여 3상 교류전압으로 변환하는 인버터와; 상기 인버터를 통해 3상 교류전압을 입력받아 각 상에서 발생되는 자속을 서로 상쇄하는 쵸크와; 상기 쵸크를 통해 3상 교류전압을 입력받아 구동되는 전동기로 구성된 인버터 구동전동기에 있어서, 상기 전동기의 중성점에 저항을 연결하고 이를 인버터의 직류링크 중성점에 연결하여 구성한 것을 구성함으로써 전동기의 중성점 전압을 일반 전동기 허용규격이하로 동시에 낮춤으로서 인버터 사용에 의한 전동기 손상을 줄일수 있는 효과가 있다.

Description

인버터 구동 전동기

본 발명은 인버터 구동 전동기에 관한 것으로, 특히 절연파괴에 영향을 주는 누설전류 및 중성점 전압을 동시에 감소시킬 수 있도록 한 인버터 구동 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 인버터를 이용하여 전동기에 인가되는 전압 및 주파수를 가변시켜 전동기의 속도를 가변시키는 시스템에 있어서, 과거에는 스위칭속도가 낮은 파워 트랜지스터(1-2uSec) 및 GTO(10-20uSec)를 사용하여 전동기에 인가함으로 전동기에 인가되는 전압 dV/dt가 적어 문제가 없는 대신에 캐리어 주파수를 높일수가 없어 인버터 성능 향상에는 제약이 있었다.

최근에는 파워소자의 발달로 인하여 고속스위칭이 가능한 IGBT(0.1-0.5uSec)를 이용하여 캐리어 주파수를 높인 인버터가 개발되어 인버터의 성능은 비약적으로 향상되었으나 스위칭속도의 향상에 따른 높은 전압은 여러가지 문제를 발생시키고 있다.

도 1을 참조하여 인버터 구동 전동기의 중성점 전압을 유도하면 다음과 같다.

우선, 전동기의 전압방정식을 수식으로 표현하면 아래의 식과 같다.

Va=R×Ia＋L×dIa/dT＋Vn --------식(1)

Vb=R×Ib＋LdIb/dT＋Vn ----------식(2)

Vc=R×Ic＋L×dIc/dT＋Vn --------식(3)

여기서, R: 전동기 내부저항

L: 전동기 내부 인덕턴스

Vn: 중성점 전압

Io:누설전류

상기 식(1),(2),(3)을 가산하면,

Va＋Vb＋Vc=R(Ia＋Ib＋Ic)＋L×d(Ia＋Ib＋Ic)/dT＋3Vn ---------식(4)

상기 식(4)에서 전동기에 흐르는 3 상전류의 합은 ' 0' 이므로 상기 식(4)는 다음과 같이 쓸수 있다.

Va＋Vb＋Vc=3Vn ---------식(5)

상기 식(5)에서 일반 상용전압이 인가되면 Va＋Vb＋Vc=0 이므로 중성점 전압Vn은 ' 0' 이고 이때, 기생커패시터를 통하여 흐르는 누설전류는 없다.

여기서, 인버터를 이용한 구동방식에서는 상전압 Va,Vb,Vc는 인버터 각상에 연결된 스위치로 정의될 수 있다.

Va=Vdc(Sa-1/2)＋Vog ------식(6)

Vb=Vdc(Sb-1/2)＋Vog ------식(7)

Vc=Vdc(Sc-1/2)＋Vog ------식(8)

Sa,Sb,Sc: 각 상의 스위칭상태(1:스위치 온, 0:스위치 오프)

Vog:DC Link 중성점과 접지간의 전압

여기서, 상기 식(6),(7),(8)을 상기 식(5)에 대입하여 Vn을 구하면 다음과 같다.

Vn=Vdc×(Sa＋Sb＋Sc-3/2)/3＋Vog -----------식(9)

상기 식(9)는 스위치동작에 따라 4가지 다른 전압을 갖는다.

Vn=±Vdc/2＋Vog=±Vdc/6＋Vog --------식(10)

상기 식(10)과 같이 인버터로 구동하는 전동기의 중성점은 도 2와 같이 4가지 다른전압으로 변동하게 되며 이로 인해 전동기의 누설커패시터를 통한 누설전류가 도 3과 같이 흐르게 된다.

이와같은 종래기술을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 종래 인버터 구동 전동기의 구성을 보인 블록도로서,이에 도시된 바와같이 직류전압(Vdc)을 입력받아 이를 스위칭소자를 이용하여 3상 교류전압으로 변환하는 인버터(50)와; 상기 인버터(50)를 통해 3상 교류전압을 입력받아 각 상에서 발생되는 자속을 서로 상쇄하는 쵸크(51)와; 상기 쵸크(51)를 통해 3상 교류전압을 입력받아 구동되는 전동기(52)로 구성되고, 상기 쵸크(51)는 하나의 코어(Core)에 3상을 동시에 권선하여 각 상에서 발생되는 자속이 상쇄되도록 구성되며, 이와같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 인버터(50)는 직류전압(Vdc)을 입력받아 이를 스위칭소자를 이용하여 3상 교류전압으로 변환하고, 쵸크(51)는 상기 인버터(50)를 통해 3 상교류전압을 입력받아 각 상에서 발생되는 자속을 서로 상쇄한다.

즉, 3상에 흐르는 전류(Ia,Ib,Ic)는 Ia＋Ib＋Ic=0 이므로 상기 쵸크(51)에 있어서는 전류(Ia,Ib,Ic)의 합이 ' 0' 이 되어 L의 역할을 하지 않으나 전동기(52)의 누설전류는 쵸크(51)에서 합이 ' 0' 이 되지 않으므로 누설전류에는 상기 쵸크(51)가 L로 동작하게 되는데, 이러한 L의 역할에 의해 누설전류의 최대치는 도 5와 같이 감소하나 전압의 최대치는 도 3과 비교하여 증가하게 된다.

즉, 상기 인버터(50)로 구동하는 전동기(52)의 중성점은 4가지 다른 전압으로 변동하게 되며 이로 인하여 전동기(52)의 누설커패시터를 통한 누설전류가 흐르게 된다.

그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 장치는 전동기의 절연파괴를 단순히 누설전류의 증가에 국한하여 접근함으로서 누설전류가 흐르는 선상에 쵸크를 삽입하여 누설전류를 억제하였으나 쵸크만 삽입하면 누설전류의 최대크기는 감소하나 삽입된 쵸크와 전동기의 기생 커패시터의 공진에 의해 전압은 오히려 상승되어 전동기의 절연열화 및 절연파괴되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 절연파괴에 영향을 주는 전동기의 중성점 전압을 동시에 감소시킬 수 있도록 한 인버터 구동 전동기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직류전압을 입력받아 이를 스위칭소자을 이용하여 3상 교류전압으로 변환하는 인버터와; 상기 인버터를 통해 3상 교류전압을 입력받아 각 상에서 발생되는 자속을 서로 상쇄하는 쵸크와; 상기 쵸크를 통해 3상 교류전압을 입력받아 구동되는 전동기로 구성된 인버터 구동 전동기에 있어서, 상기 전동기의 중성점에 저항을 연결하고 이를 인버터의 직류링크 중성점에 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명 인버터 구동 전동기에 대한 실시예의 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명 인버터 구동 전동기에 대한 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 직류전압(Vdc)을 입력받아 이를 스위칭소자를 이용하여 3상 교류전압으로 변환하는 인버터(50)와; 상기 인버터(50)를 통해 3상 교류전압을 입력받아 각 상에서 발생되는 자속을 서로 상쇄하는 쵸크(51)와; 상기 쵸크(51)를 통해 3상 교류전압을 입력받아 구동되는 전동기(52)와; 상기 전동기(52) 중성점에 저항(R)을 연결하고 이를 대지접지에 연결하여 구성하며, 이와같이 구성한 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 일반적인 동작은 종래와 동일하다. 즉, 인버터(50)는 직류전압(Vdc)을 입력받아 이를 스위칭소자를 이용하여 3상 교류전압으로 변환하고, 쵸크(51)는 상기 인버터(50)를 통해 3 상 교류전압을 입력받아 각 상에서 발생되는 자속을 서로 상쇄한다.

즉, 3상에 흐르는 전류는 Ia＋Ib＋Ic=0 이므로 상기 쵸크(51)에 있어서는 전류의 합이 ' 0' 이 되어 L의 역할을 하지 않으나 전동기(52)의 누설전류는 쵸크(51)에서 합이 ' 0' 이 되지 않으므로 누설전류에는 상기 쵸크(51)가 L로 동작하게 되는데, 이러한 L의 역할에 의해 누설전류의 최대치는 도 4와 같이 감소하나 중성점 전압은 증가하게 된다.

이때, 본 발명은 전동기(52) 기생 커패시터에 병렬로 취부되어 대지에 접지된 저항(R)에 의하여 전동기(52)의 기생 L 및 기생 C에 의한 공진현상을 방지하여 전동기(52) 중성점 전압이 인가된 전압 이상 상승하지 않도록 하는데, 이때 상기 저항(R)은 쵸크(51)값이 포함된 전동기(52)의 특성 임피던스와 동일한 값으로 설정한다.

즉, 도 7과 같이 본 발명에 의하면 전압은 약 1/2, 전류는 약 1/4로 감소됨을 알 수 있다.

도 8은 본 발명 인버터 구동 전동기의 다른 실시예의 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 일반적인 구성은 도 6과 동일하며 다만,전동기(52)의 중성점에 연결된 저항(R)을 인버터(50)의 직류링크의 중성점에 연결하여 구성함으로써 전동기(52) 중성점 전압이 인가된 전압 보다 상승하지 않도록 한다.

도 9 및 도 10도 본 발명 인버터 구동 전동기의 다른 실시예의 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 상기 도 6 및 도 8과 일반적인 구성은 동일하며, 다만 쵸크(51)를 생략하여 저항(R)값을 전동기(52) 임피던스와 동일한 값으로 설정함으로써 전동기(52) 중성점 전압이 인가된 전압보다 상승하지 않도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 전동기의 중성점 전압을 일반 전동기 허용규격 이하로 동시에 낮춤으로서 인버터 사용에 의한 전동기 손상을 줄일수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 인버터 구동 전동기의 개략적인 모습을 보인도.

도 2는 도 1에 있어서의 동작 파형도.

도 3은 도 1에 있어서, 중성점 전압 및 전류의 파형도.

도 4는 종래 인버터 구동 전동기의 구성을 보인 회로도.

도 5는 도 4에 있어서, 중성점 전압 및 전류의 파형도.

도 6은 본 발명 인버터 구동 전동기의 일 실시예의 구성을 보인 회로도.

도 7은 도 6에 있어서, 중성점 전압 및 전류의 파형도.

도 8은 본 발명 인버터 구동 전동기의 다른 실시예의 구성을 보인 회로도.

도 9는 본 발명 인버터 구동 전동기의 다른 실시예의 구성을 보인 회로도.

도 10은 본 발명 인버터 구동 전동기의 다른 실시예의 구성을 보인 회로도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

50:인버터 51:쵸크

52:전동기

Claims

직류전압(Vdc)을 입력받아 이를 스위칭소자를 이용하여 3상 교류전압으로 변환하는 인버터(50)와; 상기 인버터(50)를 통해 3상 교류전압을 입력받아 각 상에서 발생되는 자속을 서로 상쇄하는 쵸크(51)와; 상기 쵸크(51)를 통해 3상 교류전압을 입력받아 구동되는 전동기(52)로 구성된 인버터 구동 전동기에 있어서,

전동기(52) 중성점에 저항(R)을 연결하고 이를 인버터(50)의 직류링크 중성점에 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 인버터 구동 전동기.
제1항에 있어서, 저항(R)값은 쵸크(51)값이 포함된 전동기(52) 특성 임피던스와 동일한 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 인버터 구동 전동기.
직류전압(Vdc)을 입력받아 이를 스위칭소자를 이용하여 3상 교류전압으로 변환하는 인버터(50)와; 상기 인버터(50)를 통해 3상 교류전압을 입력받아 그에 따라 구동되는 전동기(52)로 구성된 인버터 구동 전동기에 있어서,

전동기(52) 중성점에 저항(R)을 연결하고 이를 인버터(50)의 직류링크 중성점에 연결하는 것을 특징으로 하는 인버터 구동 전동기.
제3항에 있어서, 저항(R)값은 전동기(52) 특성 임피던스와 동일한 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 인버터 구동 전동기.