KR100621701B1 - 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치 - Google Patents

인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력전압의 레벨에 관계없이 인버터 구동시스템을 안정적으로 구동할 수 있는 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치에 관한 것으로, 상용 교류전압을 정류한 후 평활하여 출력하는 정류회로와 평활회로를 구비한 전압정류부와, 상기 전압정류부로부터 출력된 직류전압을 임의의 진폭 및 임의의 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하는 인버터부 및, 상기 인버터부에서 변환된 교류전압을 인가받아 구동하는 모터를 구비한 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치에 있어서, 인가된 상용 교류전압의 레벨을 감지할 수 있도록 상기 전압정류부에서 출력된 직류전압을 분압하는 전압감지부와, 상기 전압감지부에 의해 분압된 전압값을 기초로, 인가되는 상용 교류전압의 복수 레벨 중 상대적으로 높게 설정된 상용 교류전압의 레벨보다 낮은지 판단하여, 낮은 경우에 배압하기 위한 제어신호를 출력하는 시스템 제어부와, 상기 시스템 제어부로부터 제어신호가 인가된 경우, 설정된 상용 교류전압과 인가된 상용 교류전압의 차만큼 보상하는 크기로 배압하는 경로를 구성하도록 상기 전압정류부의 평활회로를 절환하는 회로절환부를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치{Apparatus for control the voltage of inverter driving system}
도 1의 (A), (B)는 종래 인버터 구동시스템의 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치의 블록도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치의 작동상태도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20:인버터부 30:인버터구동회로부
40:전압정류부 41:정류회로
42:평활회로 50:전압감지부
60:회로절환부
본 발명은 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력전압의 레벨에 관계없이 인버터 구동시스템을 안정적으로 구동할 수 있는 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치에 관한 것이다.
최근 세계 각국은 에너지 소비를 줄이기 위하여 각종 에너지 규제를 강화하고 있다. 이러한 각국의 에너지 규제에 대응할 수 있는 방법으로 제시되고 있는 것 중 가장 효과적인 방법이 인버터 기술이다.
인버터란 모터의 속도를 원하는 대로 제어하기 위해 모터에 인가되는 전압 또는 전류의 크기와 주파수를 임으로 제어할 수 있는 전력변환장치를 뜻한다. 이와 같은 인버터를 세탁기 또는 냉장고 및 에어컨 등 대형 가전제품에 적용할 경우 에너지 및 소음을 저감할 수 있고, 제품의 기본기능을 향상시킬 수 있으며, 급속 냉난방 및 쾌적성 향상 그리고 신선도 증대 등의 부가기능을 구현할 수 있다.
도 1은 이와 같은 대형 가전제품에 적용된 인버터 구동시스템의 블록도이며, 입력되는 상용 교류전압의 정격에 따라 (a), (b)에 도시한 바와 같이 전압정류부(10A, 10B)가 각각 달리 구성된다.
동도에 도시한 바와 같이, 인버터 구동시스템은 상용 교류전압을 정류하고 평활하기 위한 전압정류부(10A, 10B)와, 전압정류부(10A, 10B)에서 출력된 직류전압을 임의의 진폭 및 임의의 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하는 인버터부(20)와, 인버터부(20)에서 변환된 교류전압을 인가 받아 부하를 구동하는 가변속 모터(일례로 브러시레스모터;21)와, 가변속 모터(21)의 회전자 위치에 따른 회전펄스를 출력하는 위치검출부(23)와, 위치검출부(23)로부터 출력된 회전펄스 및 부하의 운전정보에 근거하여 설정된 듀티비에 의해 인버터부(20)의 스위칭소자를 도통시켜 가변속 모터(21)의 운전을 제어하는 인버터구동회로부(30)로 구성된다.
한편, 입력전원(1)이 AC 220V인 경우, 전압정류부는 도 1(a)에 도시한 바와 같이 구성된다. AC 220V가 입력될 경우 4개의 정류소자(미도시)로 이루어진 정류회로(11)에 의해 정류되고, 1개의 콘덴서(C1)로 이루어진 평활회로(12A)에 의해 평활되어 대략 DC 300V를 출력하며, 인버터구동회로부(30)로부터 출력된 스위칭신호에 의해 인버터부(20)의 스위칭소자가 도통됨으로써 가변속 모터(21)에 3상의 전원이 공급된다.
또, 입력전원(2)이 AC 110V인 경우, 배전압정류부는 도 1(b)에 도시한 바와 같이 구성된다. AC 110V가 입력될 경우 4개의 정류소자로 이루어진 정류회로(11)에 의해 정류되고, 2개의 콘덴서(C2,C3)로 이루어진 평활회로(12B)에 의해 평활되어 대략 DC 300V가 출력되며, 인버터구동회로부(30)로부터 출력된 스위칭신호에 의해 인버터부(21)의 스위칭소자가 도통됨으로써 가변속 모터(21)에 3상의 전원이 공급된다.
그러나 종래 인버터 구동시스템은 입력되는 상용 교류전압의 레벨에 따라 모터에 적당한 직류전압을 공급할 수 있도록 미리 전압정류회로가 구성되어 있어, 사용자의 부주의로 AC 110V 공급지역에서 AC 220V의 정격을 갖는 인버터 구동시스템을 사용할 경우 기 설정된 전압정류부에 의해 대략 DC 600V의 고압이 모터에 공급되어 모터가 소손된다거나, AC 220V 공급지역에서 AC 110V의 정격을 갖는 인버터 구동시스템을 사용할 경우 기 설정된 전압정류부에 의해 대략 DC 150V가 모터에 공급되어 전압부족으로 인버터 구동시스템이 동작되지 않는 등의 문제점이 있었다. 또, 공급전압이 인버터 구동시스템의 정격과 일치하지 않은 경우 별도의 승압 또는 강압장치를 사용하여야 하는 불편이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 입력전압의 레벨에 따라 자동적으로 인버터 구동시스템의 전압정류회로를 절환하여서 입력전압의 레벨에 관계없이 인버터 구동시스템을 안정적으로 구동할 수 있는 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치를 제공하는데 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 상용 교류전압을 정류한 후 평활하여 출력하는 정류회로와 평활회로를 구비한 전압정류부와, 상기 전압정류부로부터 출력된 직류전압을 임의의 진폭 및 임의의 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하는 인버터부 및, 상기 인버터부에서 변환된 교류전압을 인가받아 구동하는 모터를 구비한 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치에 있어서, 인가된 상용 교류전압의 레벨을 감지할 수 있도록 상기 전압정류부에서 출력된 직류전압을 분압하는 전압감지부와, 상기 전압감지부에 의해 분압된 전압값을 기초로, 인가되는 상용 교류전압의 복수 레벨 중 상대적으로 높게 설정된 상용 교류전압의 레벨보다 낮은지 판단하여, 낮은 경우에 배압하기 위한 제어신호를 출력하는 시스템 제어부와, 상기 시스템 제어부로부터 제어신호가 인가된 경우, 설정된 상용 교류전압과 인가된 상용 교류전압의 차만큼 보상하는 크기로 배압하는 경로를 구성하도록 상기 전압정류부의 평활회로를 절환하는 회로절환부를 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치의 블록이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상용 교류전원인 전원단(3)과, 전원단(3)을 통하여 입력된 상용 교류전압을 정류하고 평활하기 위한 전압정류부(40)와, 전압정류부(40)에서 평활된 직류전압의 크기를 감지하는 전압감지부(50)와, 전압감지부(50)에서 감지된 전압정보에 기초하여 입력전압의 레벨에 관계없이 인버터 구동시스템을 안정적으로 구동할 수 있는 정격의 직류전압이 출력되도록 전압정류부(40)의 회로를 절환하는 회로절환부(60)가 구성된다.
또, 전압정류부(40)에서 출력된 직류전압을 임의의 진폭 및 임의의 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하는 인버터부(20)와, 인버터부(20)에서 변환된 교류전압을 인가 받아 부하를 구동하는 가변속 모터(21)와, 가변속 모터(21)의 회전자 위치에 따른 회전펄스를 출력하는 위치검출부(23)와, 위치검출부(23)로부터 출력된 회전펄스 및 부하의 운전정보에 근거하여 설정된 듀티비에 의해 인버터부(20)의 스위칭소자(Q1-Q6)를 도통시켜 가변속 모터(21)의 운전을 제어하는 인버터구동회로부(30)가 구성된다. 그리고 미설명부호 D11-D16은 역방지용 다이오드이다.
전술한 구성요소 중 전압정류부(40)는, 전원단(3)으로부터 입력된 AC 110V 또는 AC 220V의 상용 교류전압을 정류하고 평활하여 모터 구동에 적당한 DC 300V를 출력하기 위한 것으로, 4개의 실리콘 다이오드로 구성되며 상용 교류전압을 전파정류할 수 있도록 전원단(3)에 접속된 정류회로(일례로 브리지정류기;41)와, 콘덴서로 구성되며 전파정류된 직류전압에 포함된 교류성분(맥류)을 제거(평활)할 수 있도록 정류회로(41)의 출력측(c,d)에 병렬접속된 평활회로(42)로 구성된다.
또, 상기 평활회로(42)는 두 개의 콘덴서(C4,C5)가 직렬접속되어 구성되고, AC 110V 또는 220V가 입력되더라도 인버터부(20)에 대략 DC 300V를 출력할 수 있도록 상기 두 콘덴서(C4,C5) 사이와 정류회로(41) 일측 입력단(b) 사이에 접속되어 회로를 절환하는 회로절환부(60)가 구성된다.
또한, 회로절환부(60)는 AC 110V가 입력될 경우 두 콘덴서(C4,C5) 사이와 정류부(41) 일측 입력단(b)을 전기적으로 접속시켜 두 콘덴서(C4,C5)가 각기 충전되고 그 출력이 합성되는 2배 배전압경로로 절환할 수 있도록 NO접점과, AC 220V가 입력될 경우 두 콘덴서(C4,C5) 사이와 정류부(41) 일측 입력단(b)를 전기적으로 개방시키는 한편, 콘덴서 C4가 정류회로(41)의 c단에 접속되어 1배 배전압경로로 절환할 수 있도록 NC접점이 구성되고, AC 110V 또는 AC 220V가 입력됨에 따라 후술하는 시스템 제어부(32)로부터 신호를 인가받아 스위치(s/w)를 NO접점 또는 NC접점으로 절환시키는 릴레이코일(61)이 구성된다.
또, 입력전원이 AC 110V 또는 AC 220V인가를 감지하기 위한 전압감지부(50)가 전압정류부(40)의 출력측에 접속된다. 즉, 전압감지부(50)는 전압정류부(40)에서 정류된 직류전압의 크기를 분압할 수 있도록 전압정류부(40)의 출력측에 병렬접속된 분압저항(R1,R2)과, 이 분압저항(R1,R2)에 의해 분압된 전압의 크기에 상응하는 전압신호를 시스템 제어부(37)에 입력할 수 있도록 분압저항 R1과 R2 사이에 접속되며 시스템 제어부(37)의 A/D입력포트(IN)에 접속된 신호선(51)으로 구성된다.
여기서, 분압저항 R1과 R2의 저항값은 DC 150V에 대해 약 2V가 입력되도록 설정된다. 따라서, 후술하는 시스템 제어부(37)는 A/D입력포트(IN)로 입력된 전압값이 2.5V 미만이면 현재 입력전압이 AC 110V라 판단하고, A/D입력포트(IN)로 입력된 전압값이 2.5V 이상이면 현재 입력전압이 AC 220V라 판단하여, 입력된 상용 교류전압의 레벨을 감지한다.
한편, 인버터구동회로부(30)는 위치검출부(23)로부터 출력된 회전펄스에 근거하여 인버터부(20)의 스위칭소자(Q1-Q6)를 도통시키기 위한 스위칭신호를 출력하는 스위칭신호발생부(34)와, 모터(21)에 의해 작동되는 부하의 운전정보에 근거하여 듀티비를 설정하고 이를 출력하는 한편 전압감지부(50)를 통하여 입력전압을 감지하고 입력전압에 관계없이 전압정류부(40)로부터 대략 DC 300V가 출력되도록 전압정류부(40)의 회로를 절환하는 시스템제어부(37)와, 시스템제어부(37)로부터 출력된 듀티비에 따른 회전속도로 모터(21)를 제어하기 위하여 온/오프 비율을 달리한 파형을 출력하는 PWM발진부(35)와, PWM발진부(35)로부터 출력된 파형과 스위칭신호발생부(34)에서 출력된 스위칭신호를 합성하고 이를 인버터부(20)의 스위칭소자(Q1-Q6)를 온/오프시키는 구동부(32)에 출력하는 파형합성부(36)로 구성된다.
이하, 전술한 구성요소 및 도 3, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 인버터 구동시스템의 작용, 효과를 설명한다.
현재 인버터 구동시스템은 세탁기, 냉장고, 에어컨 등 대형 가전제품에 점진적으로 채용되고 있다. 즉, 세탁기의 경우 펄세이터의 회전속도를 세세하게 제어할 수 있어 다양한 세탁물의 종류 및 양에 따라 적합한 세탁프로그램을 구현할 수 있으며, 이에 따라 온감손상 및 꼬임 저감, 전기료 및 물 사용량을 줄일 수 있다. 또, 냉장고의 경우 압축기의 운전속도를 세세하게 제어할 수 있어 식품량 및 외부 환경에 따라 급속냉동시키거나 낮은 회전수로 정속운전시켜 온도변화의 폭을 작게해 신선도를 높일 수 있고, 소비전력 및 소음을 저감시킬 수 있다. 또한, 에어컨의 경우 실내온도와 설정온도의 차가 큰 경우 압축기를 고속회전시켜 급속냉방하고 취침시와 같은 경우 압축기를 저속회전시켜 실내온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 소비전력을 절감할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 인버터 구동시스템이 장착된 대형 가전제품에 양호하게 적용된다.
먼저, 입력전원이 인가되면 전압정류부(40)의 정류회로(41)에 의해 정류되고 평활회로(42)에 의해 평활되어 직류전압으로 출력된다.
이때, 전압정류부(40)의 출력측에 접속된 전압감지부(50)를 통하여 입력전압에 상응하는 전압이 분압저항 R1,R2에 의해 분압되어 시스템 제어부(37)에 인가된다.
시스템 제어부(37)는 입력된 전압이 2.5V 미만인 경우 현재 입력되는 전압의 레벨을 AC 110V로 판단하여, 회로절환부(60)의 스위치(S/W)가 NO접점으로 절환되도록 제어신호를 출력한다.(도 3 참조)
이에 따라, 제어신호에 상응하는 신호전압이 버퍼(62)에 의해 릴레이 코일(61)로 인가된다. 릴레이 코일(61)에 신호전압이 인가됨에 따라 회로절환부(60)의 스위치(S/W)가 NO접점으로 절환되어 2배 배전압경로가 구성된다.
따라서, 정류부(41)에서 정류된 전압이 각각의 콘덴서(C4,C5)에 충전되고 방전시 합성되어 대략 DC 300V가 출력된다.
또, 시스템 제어부(37)는 입력된 전압이 2.5V 이상인 경우 현재 입력되는 전압의 레벨을 AC 220V로 판단하여, 회로절환부(60)의 스위치(S/W)를 절환함이 없이 NC접점 상태를 유지시킨다(도 4 참조)
이에 따라, 두 콘덴서(C4,C5) 사이와 정류부(41) 일측 입력단(b) 사이가 전기적으로 개방되고 콘덴서 C가 정류회로(41)의 C단에 접속되어 1배 배전압경로가 구성된다.
따라서, 정류부(41)에서 정류된 전압이 콘덴서 C4에 충전되고 방전되어 대략 DC 300V가 출력된다.
그리고 이와 같이 전압정류부(40)로부터 출력된 대략 DC 300V는 인버터구동회로부(30)의 제어신호에 의해 스위칭동작되는 인버터부(20)에 의해 3상으로 변환되어 가변속 모터(21)에 공급된다.
즉, 인버터구동회로부(30)의 시스템 제어부(37)는 가변속 모터(21)에 의해 작동되는 부하의 운전정보에 근거하여 듀티비를 설정하고 이를 출력한다. 이에 따라, PWM발진부(35)는 시스템 제어부(37)로부터 출력된 듀티비에 따른 회전속도로 가변속 모터(21)를 제어하기 위하여 온/오프 비율을 달리한 파형을 출력한다.
한편, 위치검출부(23)에서는 가변속 모터(21)의 회전자 위치에 따른 회전펄스가 출력된다. 이에 따라, 스위칭신호발생부(34)는 위치검출부(23)로부터 출력된 회전펄스에 근거하여 인버터부(20)의 스위칭소자(Q1-Q6)를 도통시키기 위한 스위칭신호를 출력한다.
따라서, 파형합성부(36)는 PWM발진부(35)로부터 출력된 파형과 스위칭신호발 생부(34)에서 출력된 스위칭신호를 합성하여 인버터부(20)의 스위칭소자(Q1-Q6)를 온/오프시키기 위한 구동부(32)에 신호를 출력한다.
이에 따라, 구동부(32)는 인버터부(20)를 이루는 6개의 반도체스위칭소자(Q1-Q6)를 온/오프시켜 가변속 모터(21)에 3상의 전원을 공급하여 구동시킨다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 입력전압의 레벨을 감지하고 감지된 입력전압의 레벨에 근거하여 인버터 구동시스템의 전압정류부의 회로를 자동으로 절환함으로써 사용자의 부주의로 인하여 인버터 구동시스템에 정격보다 높은 레벨의 전압이 인가되더라도 과전압에 의한 시스템의 파손을 방지할 수 있음은 물론 시스템을 안정적으로 작동시킬 수 있다는 효과가 있다.








Claims (2)

  1. 상용 교류전압을 정류한 후 평활하여 출력하는 정류회로와 평활회로를 구비한 전압정류부와, 상기 전압정류부로부터 출력된 직류전압을 임의의 진폭 및 임의의 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하는 인버터부 및, 상기 인버터부에서 변환된 교류전압을 인가받아 구동하는 모터를 구비한 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치에 있어서,
    인가된 상용 교류전압의 레벨을 감지할 수 있도록 상기 전압정류부에서 출력된 직류전압을 분압하는 전압감지부와,
    상기 전압감지부에 의해 분압된 전압값을 기초로, 인가되는 상용 교류전압의 복수 레벨 중 상대적으로 높게 설정된 상용 교류전압의 레벨보다 낮은지 판단하여, 낮은 경우에 배압하기 위한 제어신호를 출력하는 시스템 제어부와,
    상기 시스템 제어부로부터 제어신호가 인가된 경우, 설정된 상용 교류전압과 인가된 상용 교류전압의 차만큼 보상하는 크기로 배압하는 경로를 구성하도록 상기 전압정류부의 평활회로를 절환하는 회로절환부를 구비한 것을 특징으로 하는 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회로절환부는
    상기 전압정류부의 브리지정류기와 상기 브리지정류기의 출력단에 병렬접속된 평활회로 사이에 접속되며, 상기 평활회로의 두 콘덴서 사이와 상기 브리지정류기의 일측 입력단을 전기적으로 접속시킬 수 있도록 구성된 NO접점과, 상기 평활회로의 두 콘덴서 사이와 상기 브리지정류기의 일측 입력단을 전기적으로 개방시키는 한편 하나의 콘덴서가 상기 브리지정류기의 출력단에 병렬로 접속되도록 구성된 NC접점과, 상기 시스템 제어부의 제어신호에 따라 스위치를 NO접점 또는 NC접점으로 절환시킬 수 있도록 상기 시스템 제어부와 전기적으로 접속된 릴레이코일로 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치.
KR1019990029784A 1999-07-22 1999-07-22 인버터 구동시스템의 전압 자동 절환장치 KR100621701B1 (ko)

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