KR100665059B1

KR100665059B1 - 모터 구동 장치

Info

Publication number: KR100665059B1
Application number: KR1020040100035A
Authority: KR
Inventors: 김선오
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2007-01-09
Also published as: KR20060061142A

Abstract

본 발명은 모터 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 모터 구동 장치는 노이즈필터를 거친 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부와, 상기 정류부로부터 분기접속되어 상기 변환된 직류전원을 PWM스위칭하여 복수의 모터를 구동하기 위한 가변주파수교류전원으로 변환하는 복수의 인버터부를 가지며, 상기 정류부와 상기 각 인버터부 사이에 마련되어 상기 정류부에서 분기된 상기 직류전원의 양단 사이에 상호 직렬로 접속되는 한 쌍의 콘덴서를 갖는 노이즈방지부와, 상기 각 모터의 기생콘덴서를 통하여 전달되는 공통모드 노이즈를 상기 각 노이즈방지부의 콘덴서쌍 사이의 직류중성점으로 전송하는 회귀부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 인버터부를 갖는 모터 구동 장치에서 장치 외부로 방출되는 노이즈 뿐만 아니라 장치 내부에서 발생되는 노이즈를 최소화하며, 발생된 노이즈가 주변회로에 미치는 영향을 줄일 수 있다.

Description

모터 구동 장치{Driving apparatus for a motor}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도,

도 2는 종래 모터 구동 장치의 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 상용교류전원 20 : AC노이즈필터

30 : 정류부 32 : 노이즈방지부

33 : 스너버콘덴서 40 : 인버터부

50 : 모터 51 : 기생콘덴서

52 : 접지저항

본 발명은 모터 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직류전원을 가변주파수의 교류전원으로 변환하여 모터의 구동전원으로 제공하는 인버터회로를 갖는 모터 구동 장치에 관한 것이다.

종래의 인버터회로를 갖는 모터 구동 장치의 예를 도 2를 참조하여 설명한다. 도시된 바와 같이, 종래의 모터 구동 장치는 상용교류전원(101)과, 상용교류전 원(101)을 직류전원으로 변환하는 정류부(103)와, 변환된 직류전원을 가변주파수의 교류전원으로 변환하여 모터의 구동전원으로 제공하는 인버터부(107)를 갖는다. 참조번호 104는 정류부 후단에 마련되어 직류전원을 저장하는 주전해콘덴서이다.

이러한 구성의 모터 구동 장치는 각종 노이즈를 억제하기 위한 대책으로서, 상용교류전원(101)과 정류부(103) 사이에 마련되어 모터 구동 장치의 동작에 따라 발생하는 노이즈의 외부 방출을 제한하도록 접지된 AC노이즈필터(102)와, 정류부(103)와 인버터부(107) 사이에 마련되어 공통모드 노이즈를 제한하도록 직류전원의 양단 사이에 직렬 접속되어 직류중성점이 접지된 한 쌍의 콘덴서(105; 흔히 Y-커패시터라고 지칭함)와, 인버터부(107)의 전단에 마련되어 인버터부(107)에서 발생되는 스위칭 노이즈를 줄이는 스너버콘덴서(106)가 마련되어 있다.

여기서 모터(108)의 프레임은 그라운드에 접지되고, 모터(108)와 그라운드 사이에 존재하는 커패시턴스를 총괄하여 접지콘덴서(109)로 표시한다.

또한 도시한 종래의 모터 구동 장치는 복수의 모터(108, 108a, …, 108n)를 구동하기 위하여 하나의 정류부(103)를 공통으로 두고 그로부터 분기접속된 다수의 인버터부(107, 107a, …, 107n)로 구성할 수 있다. 한편 복수의 모터(108, 108a, …, 108n)를 구동하기 위하여 상용교류전원(101)으로부터 분기된 다수의 정류부를 마련하여 각 정류부에 각각 접속된 다수의 인버터부로 구성할 수도 한다.

여기서 접지콘덴서(109)는 기생콘덴서로 불리는 것으로서 모터(108)에 전달되는 전원의 일부가 그라운드로 흐르는 누설전류를 억제하기 위한 것이다. 접지콘덴서(109)를 통하여 흐르는 누설전류는 공통모드 노이즈로 변하여 공통접지된 다른 소자들에 다음과 같은 영향을 미치게 된다.

먼저 AC노이즈필터(102)를 조절하여 장치 외부로의 노이즈 방출을 제한할 수 있으나, 장치 내부에서는 노이즈의 영향을 배제할 수 없다. 즉 도시된 바와 같이 다수의 모터를 갖는 시스템에서, 어느 한 모터(108)의 구동에 따라 발생되는 노이즈는 다른 모터(108a, …, 108n)를 구동하는데도 직접적으로 영향을 미치게 된다.

그리고 한 쌍의 직렬 접속된 콘덴서(105)는 공통모드 노이즈를 억제하는데 유효하지만, 그 용량을 증가시킬 경우 누설 전류의 증가를 초래하므로 일정한 한계가 있다. 또한 X-커패시터로도 불리는 스너버콘덴서(106)의 용량은 일정용량까지는 공통모드 노이즈의 억제에 기여할 수 있으나, 일정용량 이상으로 커질 경우에는 공통모드 노이즈 억제에 기여하는데 효과적이지 못하다.

따라서 본 발명의 목적은 직류전원을 가변주파수의 교류전원으로 변환하여 모터의 구동전원으로 제공하는 인버터부를 갖는 모터 구동 장치에서 장치 외부로 방출되는 노이즈 뿐만 아니라, 장치 내부에서 발생되는 노이즈를 최소화 할 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 본 발명에 따라, 노이즈필터를 거친 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부와, 상기 정류부로부터 분기접속되어 상기 변환된 직류전원을 PWM스위칭하여 복수의 모터를 구동하기 위한 가변주파수교류전원으로 변환하는 복수의 인버터부를 갖는 모터 구동 장치에 있어서, 상기 정류부와 상기 각 인버터부 사이에 마련되어 상기 정류부에서 분기된 상기 직류전원의 양단 사이에 상호 직렬로 접속되는 한 쌍의 콘덴서를 갖는 노이즈방지부와, 상기 각 모터의 기생콘덴서를 통하여 전달되는 공통모드 노이즈를 상기 각 노이즈방지부의 콘덴서쌍 사이의 직류중성점으로 전송하는 회귀부를 포함하는 모터 구동 장치에 의하여 달성된다.

한편 상기 모터 구동 장치는, 노이즈필터를 거친 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부와, 상기 변환된 직류전원을 PWM스위칭하여 모터의 구동을 위한 가변주파수교류전원으로 변환하는 인버터부를 갖고, 상기 정류부와 상기 인버터부 사이에 마련되어 상기 직류전원의 양단 사이에 상호 직렬로 접속되는 한 쌍의 콘덴서를 갖는 노이즈방지부와, 상기 모터의 기생콘덴서를 통하여 전달되는 공통모드 노이즈를 상기 노이즈방지부의 콘덴서쌍 사이의 직류중성점으로 전송하는 회귀부를 포함하여 구성할 수 있다.

여기서 상기 모터 구동 장치는 상기 각 노이즈방지부의 직류중성점과 그라운드 사이에 직렬 접속되는 접지저항을 더 포함하여 구성할 수 있다.

또한 상기 접지저항은 상기 인버터부의 스위칭 동작 여부에 따라 임피던스가 가변되도록 구성할 수 있다.

그리고 상기 모터 구동 장치는 상기 인버터부와 상기 노이즈방지부 사이에 마련되어 상기 인버터부의 동작에 따른 스위칭 노이즈를 제한하는 스너버콘덴서를 더 포함하여 구성할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 상용교류전원(10)과, 상용교류전원(10)을 직류전원으로 변환하는 정류부(30)와, 변환된 직류전원을 소정의 PWM스위칭에 의해 가변주파수의 교류전원으로 변환하여 출력하는 인버터부(40)를 갖는다.

여기서 인버터부(40)는 미도시한 제어수단에 의하여 직류전원을 PWM스위칭하여 모터(50)의 구동을 위한 소정의 구동주파수로 가변된 교류전원을 출력한다. 여기서 인버터부(40)는 3상 교류전원을 출력하도록 마련된 것으로서, 후단에 접속된 3상 모터(50)로 가변주파수의 교류전원을 공급한다. 이에 따라 인버터부(40)에는 상호 직렬 접속되는 3개의 스위칭소자쌍이 마련되어, 제어수단의 제어신호에 따라 각 쌍의 스위칭 소자가 온오프되어 소정의 가변 주파수를 갖는 교류전원이 모터(50)로 제공되도록 한다.

그리고 정류부(30)의 후단에는 변환된 직류전원을 저장하여 평활하는 주전해 콘덴서(C1; 31)와, 인버터부(40)의 전단에 마련되어 인버터부(40)의 스위칭동작에 따라 발생되는 스위칭 노이즈를 억제하는 스너버콘덴서(C4; 33)가 마련된다.

또한 정류부(30)의 전단에는 상용교류전원(10)과의 사이에 모터 구동 장치의 동작에 따라 발생하는 공통모드 노이즈의 외부 방출을 제한하도록 그라운드와 접속되어 있는 AC노이즈필터(20)가 마련된다.

한편, 주전해 콘덴서(31)와 스너버콘덴서(33) 사이에는 직류전원의 양단 사이에 상호 직렬 접속된 한 쌍의 콘덴서(C2, C3)로 이루어진 노이즈방지부(32)가 마련되어 있다. 노이즈방지부(32)는 모터(50)의 구동에 따라 발생되는 공통모드 노이 즈를 억제하기 위한 것으로서, 두 콘덴서(C2, C3) 사이에서 양단의 직류전원을 2분할하는 직류중성점을 제공하도록 마련된다. 이에 따라 노이즈방지부(32)의 직류중성점으로 후술하는 회귀부를 통하여 모터(50)의 구동에 따른 공통모드 노이즈가 전달된다.

그리고 노이즈방지부(32)의 양 콘덴서(C2, C3) 사이의 직류중성점은 그라운드와 접속되도록 접지저항(R1; 52)이 직렬로 접속되어 있다. 접지저항(52)은 누설 전류를 일정한 수준 이하로 억제할 수 있다. 또한 접지저항(52)은 어느 하나의 모터 구동에 따라 발생되는 공통모드 노이즈가 주변회로로 퍼져 나가는 것에 대하여 임피던스로 작용한다.

이 때 노이즈방지부(32)에 마련된 콘덴서(C2, C3)의 용량을 증가시킬수록 모터(50)의 구동에 따른 공통모드 노이즈의 감소효과는 커지는 반면에, 누설 전류는 보다 증가하게 된다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는 노이즈방지부(32)의 용량 증가에 따라 누설 전류가 증가되면, 노이즈방지부(32)의 직류중성점을 그라운드와 접속시키는 접지저항(52)의 값을 증가시킴으로서 누설 전류를 감소시킬 수 있다.

여기서 접지저항(52)은 단순한 저항소자(R1) 이외에도, 인덕턴스소자 또는 커패시턴스소자로 구성할 수 있다. 또한 접지저항(52)은 인덕턴스소자, 커패시턴스소자 및 저항소자의 직렬/병렬 조합으로 구성할 수도 있다.

또한 인버터부(40)의 스위칭 동작이 수행되기 전에는 접지저항(52)의 임피던스를 높게 조정하고, 인버터부(40)의 스위칭 동작이 수행되는 도중에는 접지저항 (52)의 임피던스를 낮게 조정할 수 있다. 이와 반대로 인버터부(40)의 스위칭 동작이 수행되기 전에는 접지저항(52)의 임피던스를 낮게 조정하고, 인버터부(40)의 스위칭 동작이 수행되는 도중에는 접지저항(52)의 임피던스를 높게 조정할 수 있다. 이외에도 누설 전류와 공통모드 노이즈의 발생 관계를 최적화하기 위한 유사한 구성을 채택할 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치에서 모터(50)의 프레임은 그라운드로 접속되지 않고 노이즈방지부(32)에 마련된 두 콘덴서(C2, C3) 사이의 직류중성점을 연결하는 회귀전선을 통하여 직류중성점에 접속되어 있다. 즉 종래의 모터 구동 장치에서 모터(108)와 그라운드간의 기생콘덴서(109)를 통하여 전달되는 공통모드 노이즈 억제를 위하여 모터(108)의 프레임을 그라운드에 접속하도록 한 것과 달리, 본 발명의 실시예에서는 모터(50)와 그라운드간의 기생콘덴서(51)를 통하여 전달되는 공통모드 노이즈를 회귀전선을 통하여 모터(50) 구동전원의 소스측으로 회귀시키는 구성을 갖는다.

이에 따라 모터(50)의 구동에 의해 발생되는 공통모드 노이즈로 인한 에너지는 노이즈방지부(32)의 직류중성점으로 전달되어 내부에서 소모된다. 즉 모터(50)와 그라운드 사이의 커패시턴스를 나타내는 기생콘덴서(C5; 51)는 모터(50)의 구동에 의해 발생되는 공통모드 노이즈의 전달경로로 제공된다. 여기서 모터(50)의 기생콘덴서(51)로부터 회귀전선을 통하여 노이즈방지부(32)의 콘덴서쌍 사이의 직류중성점까지의 경로는 공통모드 노이즈가 회귀되는 회귀부를 구성한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는 복수의 모터(50, 50a, …, 50n)를 구동하기 위한 복수의 인버터부(40, 40a, …, 40n)를 갖도록 구성된다. 이에 따라 각 인버터부(40, 40a, …, 40n)는 공통의 정류부(30)에서 분기접속되며, 각 모터(50, 50a, …, 50n)와 각 인버터부(40, 40a, …, 40n) 및 정류부(30) 사이에는 상술한 바와 동일한 구성으로 노이즈방지부(32, 32a, …, 32n), 스너버콘덴서(33, 33a, …, 33n), 기생콘덴서(51, 51a, …, 51n), 접지저항(52, 52a, …, 52n)이 각각 마련된다.

따라서 어느 하나의 모터에서 발생되는 노이즈는 각 기생콘덴서를 거쳐 최단 경로를 통하여 각 노이즈방지부의 콘덴서쌍 사이의 직류중성점으로 회귀되어 소모됨으로써, 다른 모터를 구동하는 주변 회로에 미치는 노이즈의 영향을 최소화 할 수 있다.

한편 모터로 전달되는 전류값에 따라 제어하는 서보시스템의 경우에는 외란에 의한 제어량이 증가하면 모터 구동에 따른 노이즈 발생이 가중될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따라 모터 구동 장치를 복수의 모터를 갖는 서보시스템에 적용할 경우에는 하나의 모터에서 발생되는 노이즈가 주변회로에 미치는 영향을 최소화 할 수 있으므로 외란에 따른 노이즈 발생이 가중되는 되는 것을 억제할 수 있다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

본 발명에 의한 모터 구동 장치는 직류전원을 가변주파수의 교류전원으로 변환하여 모터의 구동전원으로 제공하며, 모터의 구동에 따른 노이즈가 외부로 방출되는 것을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 내부에서 발생된 노이즈를 소모시켜 모터 구동에 의한 노이즈 발생을 최소화하고 발생된 노이즈가 주변회로에 미치는 영향을 줄일 수 있다.

Claims

노이즈필터를 거친 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부와, 상기 정류부로부터 분기접속되어 상기 변환된 직류전원을 PWM스위칭하여 복수의 모터를 구동하기 위한 가변주파수교류전원으로 변환하는 복수의 인버터부를 갖는 모터 구동 장치에 있어서,

상기 정류부와 상기 각 인버터부 사이에 마련되어 상기 정류부에서 분기된 상기 직류전원의 양단 사이에 상호 직렬로 접속되는 한 쌍의 콘덴서를 갖는 노이즈방지부와,

상기 각 모터의 기생콘덴서를 통하여 전달되는 공통모드 노이즈를 상기 각 노이즈방지부의 콘덴서쌍 사이의 직류중성점으로 전송하는 회귀부를 포함하는 모터 구동 장치.
노이즈필터를 거친 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부와, 상기 변환된 직류전원을 PWM스위칭하여 모터의 구동을 위한 가변주파수교류전원으로 변환하는 인버터부를 갖는 모터 구동 장치에 있어서,

상기 정류부와 상기 인버터부 사이에 마련되어 상기 직류전원의 양단 사이에 상호 직렬로 접속되는 한 쌍의 콘덴서를 갖는 노이즈방지부와,

상기 모터의 기생콘덴서를 통하여 전달되는 공통모드 노이즈를 상기 노이즈방지부의 콘덴서쌍 사이의 직류중성점으로 전송하는 회귀부를 포함하는 모터 구동 장치.
제2항에 있어서,

상기 노이즈방지부의 직류중성점과 그라운드 사이에 직렬 접속되는 접지저항을 더 포함하는 모터 구동 장치.
제3항에 있어서,

상기 접지저항은 상기 인버터부의 스위칭 동작 여부에 따라 임피던스가 가변되는 모터 구동 장치.
제3항에 있어서,

상기 인버터부와 상기 노이즈방지부 사이에 마련되어 상기 인버터부의 동작에 따른 스위칭 노이즈를 제한하는 스너버콘덴서를 더 포함하는 모터 구동 장치.