KR100689325B1 - H-bridge multi-level inverter - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 의한 멀티-레벨 인버터의 구성도.1 is a block diagram of a multi-level inverter according to the prior art.
도 2는 주 제어기와 파워셀 간의 광통신 연결관계를 보인 설명도.2 is an explanatory diagram showing an optical communication connection relationship between a main controller and a power cell;
도 3은 파워셀의 상세 구성도.3 is a detailed configuration diagram of a power cell.
도 4는 주 제어기와 파워셀 간의 광통신 연결관계를 보인 또 다른 설명도.4 is another explanatory diagram showing an optical communication connection relationship between a main controller and a power cell;
도 5는 종래 기술에 의한 AVR 연산 개념도.5 is a conceptual diagram of the AVR operation according to the prior art.
도 6은 종래 기술에 의한 AVR 연산 시스템의 개략도.6 is a schematic diagram of an AVR computing system according to the prior art.
도 7은 본 발명이 적용되는 H-브리지 멀티-레벨 인버터 구동형 유도전동기의 전체 블록도.7 is an overall block diagram of an H-bridge multi-level inverter driven induction motor to which the present invention is applied.
도 8은 본 발명에 의한 H-브리지 멀티-레벨 인버터의 자동 전압 조정 장치의 블록도.8 is a block diagram of an automatic voltage regulator of an H-bridge multi-level inverter according to the present invention.
도 9는 본 발명에 의한 AVR 연산 개념도.9 is a conceptual diagram of the AVR operation according to the present invention;
도 10은 본 발명에 의한 AVR 연산 시스템의 개략도.10 is a schematic diagram of an AVR computing system according to the present invention;
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
71 : 3상입력 트랜스포머 72 : 파워셀71: three-phase input transformer 72: power cell
72A : 파워셀 제어기 73 : 주 제어기72A: power cell controller 73: main controller
80: 자동 전압 조절부 81 : V/F 제어부80: automatic voltage control unit 81: V / F control unit
82 : 기준전압 발생부 83 : 기준전압 연산부82: reference voltage generator 83: reference voltage calculator
84 : 입력전압변동 보상부 85 : 선택기84: input voltage fluctuation compensator 85: selector
본 발명은 H-브리지(H-Bridge) 멀티-레벨 인버터에 관한 것으로, 특히 H-브리지(H-Bridge) 멀티-레벨 인버터에서 독립된 단상 인버터 구조를 갖는 복수 개의 파워셀에 구비되는 각 파워셀 제어기가 기준전압을 스스로 연산하여 설정하는 자동 전압 조절(AVR: Automatic Voltage Regulation, 이하'AVR' 이라 함) 기능을 수행할 수 있는 자동 전압 조절부를 구비함으로써 트랜스포머로부터 인가되는 입력 전압의 변동이 있더라도 각각의 파워셀측에서 항상 설정된 전압에 맞게 자동전압 조절한 출력전압을 출력함으로써 동일한 기동 토오크를 발생시킬 수 있도록 한 H-브리지(H-Bridge) 멀티-레벨 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to an H-Bridge multi-level inverter, and in particular, each power cell controller provided in a plurality of power cells having an independent single-phase inverter structure in an H-Bridge multi-level inverter. Has an automatic voltage regulation unit that can perform automatic voltage regulation (AVR) function that calculates and sets the reference voltage by itself, so that even if there is a variation in the input voltage applied from the transformer, The present invention relates to an H-bridge multi-level inverter capable of generating the same starting torque by outputting an output voltage automatically adjusted to a set voltage on the power cell side.
최근 들어, 멀티-레벨 인버터는 고전압 대용량 인버터 시스템을 위한 토폴로지로서 관심이 증대되고 있는데, 그 이유는 전력산업에서 유연전송 시스템(FACTS: Flexible Transmission System)과 같은 효율적이고 유연한 전력계통의 운용 및 구성을 도모하기 위한 고전압 전력기기의 개발이 필요하게 되었고, 전동기 구동 시스템이나 가변 회전력 제어가 요구되는 산업설비의 발달이 가변 주파수 및 직류-교류 변환을 위한 전력변환 장치인 고전압 대용량의 인버터를 출현시켰기 때문이다.In recent years, multi-level inverters have gained increasing interest as a topology for high voltage high capacity inverter systems because of the efficient and flexible operation of power systems such as flexible transmission systems (FACTS) in the power industry. It is necessary to develop high voltage power equipment for the purpose, and the development of electric motor drive system or industrial equipment requiring variable rotational force control has introduced high voltage large capacity inverter which is a power conversion device for variable frequency and DC-AC conversion. .
멀티-레벨 인버터는 고전압 대용량에 적합한 장점을 지니고 있는데, N-레벨을 갖는 멀티-레벨 인버터인 경우 기존의 범용 인버터인 2-레벨 인버터에 비해 전압을 (N-1)배만큼 증가시켜 전력변환 장치를 대용량화할 수 있는 장점이 있고, 2-레벨 인버터보다 더 많은 전압 레벨을 가짐으로써 보다 정현적인 출력 전압 파형을 얻을 수 있으며, 이러한 정현적인 출력 전압은 고조파를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 출력필터 설계시 필터의 크기를 작게 할 수 있고 스위치 과도 상태 동안 발생하는 dv/dt와 서지(surge) 전압을 감소시켜 전자파장해(EMI: Electro-Magnetic Interference) 현상을 저감시키는 장점을 갖는다.Multi-level inverters have the advantage of being suitable for high voltage and large capacity. In the case of multi-level inverters with N-levels, power conversion devices increase the voltage by (N-1) times compared to the conventional two-level inverters. It has the advantage of large capacity, and by having more voltage level than 2-level inverter, more sinusoidal output voltage waveform can be obtained, and this sinusoidal output voltage can not only reduce harmonics, but also output filter design. The filter size can be reduced and the electromagnetic interference (EMI) can be reduced by reducing the dv / dt and surge voltage generated during the switch transient state.
이러한 멀티-레벨 인버터에는 크게 다이오드 클램프 인버터, H-bridge 인버터, 플라잉 커패시터 인버터가 있는데, 그 중에서 H-bridge 인버터는 저전압 H-bridge를 직렬로 연결하여 독립된 디씨-링크(DC-Link)를 갖는 단위 파워셀로 구성되어 파워셀 수에 따른 출력전압을 생성한다. Such multi-level inverters include a diode clamp inverter, an H-bridge inverter, and a flying capacitor inverter. Among them, an H-bridge inverter is a unit having independent DC-Links by connecting low voltage H-bridges in series. It is composed of power cells to generate output voltage according to the number of power cells.
그런데, 상기 H-bridge 인버터의 최대 단점은 독립된 DC-Link 전원을 공급해 주어야 한다는 것인데, 그 이유는 인버터에서 출력되는 스위칭 상태에 따라 DC-Link 전압과 스위치를 통해 단락 회로가 형성될 수 있기 때문이다.However, the biggest disadvantage of the H-bridge inverter is that the independent DC-Link power must be supplied because the short circuit can be formed through the DC-Link voltage and the switch according to the switching state output from the inverter. .
따라서, 독립적으로 분리된 전원은 통상적으로 위상 시프트(Phase-Shift) 변압기를 통해 공급되며, 각 파워셀의 DC-Link는 독립된 전원으로 일정치를 유지해야 하지만, 실질적으로 위상 시프트 변압기 권선법이 어렵고 변압기의 임피던스 오차로 인하여 출력전압이 떨어지는 현상이 발생한다.Therefore, independently separated power supplies are typically supplied through phase-shift transformers, and the DC-Link of each power cell must maintain a constant value as an independent power supply. The output voltage drops due to the impedance error of the transformer.
도 1은 종래 기술에 의한 H-브릿지 멀티-레벨 인버터의 구성도를 나타낸 것으로 서, H-브릿지 멀티-레벨 인버터는 H-브리지 멀티-레벨 인버터의 입력단 DC-Link 전 압을 충전시키는 위상-시프트 트랜스포머(11)와; 다수의 파워셀(12)과; 상기 다수의 파워셀(12)의 정보를 주고 받는 주 제어기(13)로 구성된 것을 알 수 있다.1 is a block diagram of a H-bridge multi-level inverter according to the prior art, in which the H-bridge multi-level inverter is a phase-shift for charging the input DC-Link voltage of the H-bridge multi-level inverter.
여기서, 위상-시프트 트랜스포머(11)는 확장 델타(extended delta) 결선으로 구성되어 2차측 권선에 소정의 위상차(±20°)를 가지는 DC-Link 전압을 충전 시킨다. 각 파워셀(12)의 A1/A2/A3는 한 레그(leg)를 결정하고 각각 직렬 패스로 연결되어 있다. Here, the phase-
또한, 독립된 단상 인버터 구조를 갖는 파워셀(12)에 각각 구비되어 파워셀의 제어를 수행하는 파워셀 제어기(12A)는 도 2에서와 같이 주 제어기(master controller)(13)와 광통신으로 데이터를 주고 받도록 구성된다.In addition, the
상기 주 제어기(13)는 순시정전 재시동, 속도 서치, 비상정지, 자동 에너지 저장(Auto Energy Save), 자기진단, S/L, 오토튜닝, 주파수 리미트, 스톨(Stall) 방지, 110%/1분 기능을 담당한다. 그리고, 상기 주 제어기(13)에서 파워셀 제어기(12A)로 출력 전압 지령, 동기 신호, 전동기 과열, 변압기 과열, 팬(Fan) 이상, 지령 상실, 외부 고장, 통신 이상, 파워셀 설정이상, 출력결상 등의 정보를 광통신으로 전송하고, 반대로 파워셀 제어기(12A)에서 주 제어기(13)로 과전압, 부족전압, 과전류, 암(Arm) 단락, 지락, 퓨즈오픈, 히트 싱크(Heat Sink) 과열, 하드웨어(H/W) 이상, 파워셀 출력결상, 입력결상 등의 정보를 전송한다.The
도 3은 각각의 DC-Link를 구성하는 파워셀의 구성을 나타낸 것으로, 파워셀을 상당 3개씩 직렬로 연결한 인버터 구성을 나타낸 것이다.3 shows a configuration of power cells constituting each DC-Link, and shows an inverter configuration in which three power cells are connected in series.
상기 주 제어기(13)가 각각의 파워셀(12)로부터 셀전압을 입력받고 다시 그들에 게 기준 전압 정보를 전송하며, 기준 전압 정보를 인가받은 각각의 파워셀(12)은 DC-Link 전압을 가지고 그에 해당하는 전압을 부하인 전동기(14)에 출력하게 되는데, 이때 인가되는 주파수를 가변시켜 도 1에 도시된 전동기(14)의 기동 토오크를 얻음과 동시에 전동기(14)의 속도를 제어하는 용도로 사용된다.The
한편, 종래 기술에 의한 주 제어기(13)와 파워셀 제어기(12A) 간의 통신기능을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a communication function between the
여기서, 주 제어기(13)는 전동기(14)의 가변속 제어를 위한 제어기를 내장하고 있으며, 이에 필요한 전압/전류 값을 계산한다. 또한 시스템의 레벨에서의 감시 및 진단, 모니터링, 보호, MMI, 통신, 기타 보조 기능을 수행한다.Here, the
또한, 각각의 파워셀 제어기(12A),(12B),(12C)는 각 파워셀에 위치하며 주 제어기(13)의 지령치에 따라 파워셀 단위의 감시 및 보호 기능을 수행하며, 주 제어기(13)는 각 파워셀 제어기(12A),(12B),(12C)와 광케이블로 이루어진 고속 링크로 연결되어 직렬통신 방식으로 데이터를 주고 받는다. 그리고, 상기 주 제어기(13)와 파워셀 제어기(12A),(12B),(12C) 간의 통신에 계측 제어기 통신망(CAN: Controller Area Network)이 이용된다.In addition, each of the
상기 주 제어기(13)는 전동기(14)의 회전속도와 인버터 출력전류의 정보를 받아들여 전동기(14)의 회전속도 및 전류를 제어하는 기능을 수행한다. 이를 위해 상기 주 제어기(13)는 전류 제어기의 출력인 3상의 기준전압값을 각 상별로 동기를 맞추어서 광케이블을 이용한 CAN 통신을 이용하여 파워셀 제어기(12A),(12B),(12C)로 전송한다. 이에 따라, 상기 각 파워셀 제어기(12A),(12B),(12C)는 각 파워셀(12)의 DC-Link 전압과 주 제어기(13)의 기준전압값을 사용하여 PWM 신호를 생성한다.The
그러나, 위와 같은 구조와 동작을 갖는 H-bridge 멀티 레벨 인버터의 경우 각각의 DC-Link는 독립된 전원을 확보하게 되지만, 종래 범용 인버터의 V/F 구동 시스템에 비해 H-bridge 멀티 레벨 인버터의 경우에 변압기 권선법이 복잡하고 %임피던스로 인하여 출력 전압이 원래 목표치로 되지 못하는 경우가 있어 약간의 전압 변동 허용치를 갖는 전원을 충전하였을 경우, 멀티-레벨 인버터의 특성상 각 파워셀의 전압이 결합이 되므로 부하로 나가는 출력 전압의 오차 범의가 더욱더 커지게 되어 사용자가 원하는 정확한 출력 전압을 발생하는데 어려움이 있었다.However, in the case of the H-bridge multi-level inverter having the above structure and operation, each DC-Link secures an independent power supply, but in the case of the H-bridge multi-level inverter in comparison to the V / F driving system of the conventional general-purpose inverter, The transformer winding method is complicated and the output voltage may not be the original target value due to the% impedance. When charging a power supply with a slight voltage variation tolerance, the voltage of each power cell is combined because of the characteristics of the multi-level inverter. As the error range of the output voltage going out becomes larger, it was difficult to generate the exact output voltage desired by the user.
정확한 출력 전압을 위해 사용되던 종래 범용 인버터의 AVR 연산 장치에 있어서는 주 제어기가 파워셀 제어기의 DC-Link 전압을 센싱하여 평균적인 전압 기준값을 파워셀에 입력 전압으로 받은 후 V/F 비율로 출력 주파수를 결정하여 출력 전압을 내보내는 방식이다.In the AVR operation unit of the conventional general-purpose inverter used for accurate output voltage, the main controller senses the DC-Link voltage of the power cell controller and receives the average voltage reference value as the input voltage to the power cell, and then outputs the output frequency in V / F ratio. The output voltage is determined by determining.
즉, 종래 범용 인버터의 AVR 연산 장치에 있어서는 도 5에서와 같이 "출력 전압 = 입력 전압 * 출력 전압 %"로 연산되며, 여기서, "출력 전압 %"는 출력 주파수 및 부스트(Boost) 전압에 의하여 결정되는 것을 알 수 있다.That is, in the conventional AVR computing device of the general-purpose inverter is calculated as "output voltage = input voltage * output voltage%" as shown in Figure 5, where "output voltage%" is determined by the output frequency and the boost voltage. It can be seen that.
이와 같은 종래 범용 인버터에서는 출력 주파수가 결정되면 이에 해당하는 입력전압 %가 결정되어 최종 출력 전압이 출력되므로, 예를 들어, 주파수가 60hz에서 30hz로 변경되면 출력전압은 입력전압의 50%로 출력되며, 이러한 입력 전압 변동(허용치: -15% ~+10%)에 있어서 인버터는 트립이 없는 상태로 전동기를 구동하여야 한다.In this conventional general-purpose inverter, when the output frequency is determined, the corresponding input voltage% is determined and the final output voltage is output. For example, when the frequency is changed from 60 Hz to 30 hz, the output voltage is output at 50% of the input voltage. In this input voltage fluctuation (permissible value: -15% to + 10%), the inverter must operate the motor without tripping.
한편, 종래에 이러한 AVR 연산을 위해 H-bridge 멀티 레벨 인버터에서 사용되던 연산 처리 과정은 도 6을 참조하여 아래와 같이 설명한다.On the other hand, the operation process used in the conventional H-bridge multi-level inverter for the AVR operation will be described below with reference to FIG.
먼저 주 제어기(13)에서는 파워셀 상전압 기준치를 생성하고 기준전압 VasRef/ VbsRef/ VcsRef를 생성한 후 각 파워셀의 DC-Link 값을 받아들여 AVR을 연산하고(①), 이후, 각 파워셀의 Vdclink정보를 수집하여 AVR 보상전압 생성하고, 각 파워셀당 보상전압을 고려한 파워셀당 신규 상전압 기준치 생성하며(②,③), 최종적으로 주 제어기(13)와 각 파워셀 제어기(12A)가 각 파워셀당 신규 상전압 기준치 및 Vdclink 정보를 교환한다(④).First, the
위와 같이 H-bridge 멀티 레벨 인버터에서 정확한 출력전압을 위해 사용되던 AVR 연산방식은 결국 위에서도 언급한 바와 같이 % 임피던스로 인한 출력 전압의 변동 허용치와 각 파워셀의 전압의 결합 특성에 의해 출력 전압의 오차 범위가 더욱 커지므로, 각각의 파워셀 제어기에서 전압을 받아와서 주제어기가 평균적인 값을 산출하여 다시 각 파워셀 제어기에 공통으로 지령을 인가하는 종래방식은 만약 설정 시점보다 입력 전압이 작게되면 기동 토오크가 부족하여 전동기 기동이 되지 않는 문제가 발생할 수 있으며, 반대로 입력 전압이 크게 되면 과전류 트립이 발생할 우려가 있어 입력 전압 변동에 따른 DC-Link 전압의 변동이 상전압의 언밸런스(UNBLANCE)를 발생시켜 부하가 원하는 출력 전압을 낼 수가 없게 만드는 원인이 되었고, 따라서, 사용자가 수시로 전압값을 재설정해주어야 하는 불편함이 있었다.As mentioned above, the AVR algorithm used for accurate output voltage in the H-bridge multi-level inverter has the error of the output voltage due to the combination of the tolerance of the output voltage due to the% impedance and the voltage of each power cell. As the range becomes larger, the conventional method of receiving a voltage from each power cell controller, calculating the average value of the main controller, and applying a common command to each power cell controller again, starts torque if the input voltage is smaller than the set time. The motor may not start due to lack of power. On the contrary, if the input voltage is large, overcurrent trip may occur. Therefore, the DC-Link voltage change due to the input voltage fluctuation causes unbalance of the phase voltage, resulting in a load. Cause the user to not be able to produce the desired output voltage, There was the inconvenience of haejueoya reset voltage value.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발 명의 목적은 H-bridge 멀티 레벨 인버터에서 입력 전압의 변동이 발생하여도 상전압이 항상 설정된 일정 전압으로 출력될 수 있도록 하기 위한 자동전압 조절부(AVR )를 파워셀 제어기에 개별적으로 제공하여 함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to ensure that a phase voltage is always output at a predetermined voltage even when an input voltage fluctuates in an H-bridge multi-level inverter. The automatic voltage regulator (AVR) is provided to the power cell controller separately.
본 발명의 다른 목적은 H-bridge 멀티 레벨 인버터에서 각각 다른 DC-LINK 전압을 독립적으로 인가받는 개개의 파워셀측에서 출력 전압 산출에 필요한 전압 기준값을 자기 스스로 연산하여 결정함으로써, 사용자가 임의의 시점에서 V/F 제어에 사용되는 부스트(boost) 전압을 설정하면 입력 전압이 변동되더라도 별도의 설정 변경이 필요없이 항상 설정된 전압이 출력되어 동일한 기동 토오크를 발생시키도록 하는 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to calculate and calculate the voltage reference value required for output voltage by the individual power cells independently receiving different DC-LINK voltages in the H-bridge multi-level inverter, so that the user can When the boost voltage used for the V / F control is set, the set voltage is always outputted without generating a separate setting even if the input voltage is changed, thereby providing the same starting torque.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명은,The present invention devised to achieve the object as described above,
독립된 단위 인버터인 파워셀을 N개의 복수단으로 직렬 접속시켜 각 상을 구성하고, 상기 각 상은 DC 링크 전압을 충전시켜주는 트랜스 포머에 조합되어 다상 부하에 전력을 공급하며, 주제어기와의 데이터 통신에 의해 각종 데이터를 송수신하여 상기 각 파워셀을 제어하는 복수의 파워셀 제어기를 구비한 H-브릿지(H-Bridge) 멀티-레벨 인버터에 있어서,Each phase is composed by connecting a series of independent unit power cells to N multiple stages, and each phase is combined with a transformer that charges a DC link voltage to supply power to a multi-phase load. An H-bridge multi-level inverter having a plurality of power cell controllers for transmitting and receiving various data to control the respective power cells,
상기 파워셀 제어기는, 자기 입력에 따른 독립된 전원을 센싱하여 미리 기준 전압을 연산하고, 검출된 인버터 입력전압과 상기 연산된 기준 전압을 비교하여 실시간으로 입력전압 변동에 대한 보정값을 연산하여 일정한 출력 전압을 부하로 공급시키는 자동 전압 조절(AVR)부;를 갖는 것을 특징으로 한다.The power cell controller calculates a reference voltage in advance by sensing an independent power source according to a magnetic input, compares the detected inverter input voltage with the calculated reference voltage, and calculates a correction value for an input voltage change in real time, thereby outputting a constant output. And an automatic voltage regulation (AVR) unit for supplying a voltage to the load.
바람직하게 상기 자동전압 조절(AVR)부는, 부하측 정격전압을 입력받아 기준전압을 생성, 출력하는 기준전압 발생부;와, 상기 기준전압 발생부로부터 기준전압을 인가받고, 인버터로 입력되는 입력전압을 입력받아 입력전압 변동에 대한 출력 보정값을 연산하는 기준전압 연산부;와, 출력 주파수와 설정된 부스트(boost)값을 입력받아 V/F 제어에 의해 상기 입력 전압에 대한 출력 전압값의 비율을 계산하는 VF 제어부; 및 상기 기준전압 연산부의 출력 보정값과 V/F 제어부에서 연산된 비율을 곱하여 출력 전압을 결정하는 입력전압 변동 보상부;를 포함하여 구성될 수 있으며, 더 나아가 상기 V/F 제어부에서 그대로 출력되는 기준전압을 선택하거나, 상기 입력전압변동 보상부에서 보상된 출력전압을 선택하여 해당 파워셀에 출력하는 선택기;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the automatic voltage control (AVR) unit includes a reference voltage generator configured to receive a load-side rated voltage and generate and output a reference voltage, and receives a reference voltage from the reference voltage generator, and receives an input voltage input to the inverter. A reference voltage calculator configured to receive an input and calculate an output correction value for an input voltage change; and receive an output frequency and a set boost value to calculate a ratio of an output voltage value to the input voltage by V / F control. VF control unit; And an input voltage variation compensator configured to determine an output voltage by multiplying an output correction value of the reference voltage calculator by a ratio calculated by a V / F controller, and further output from the V / F controller as it is. And a selector for selecting a reference voltage or selecting an output voltage compensated by the input voltage variation compensator and outputting the output voltage to a corresponding power cell.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도 7과 도 8은 본 발명에 따른 블럭 구성을 나타내는 것으로서, 도 7은 본 발명이 적용되는 H-브릿지 멀티-레벨 인버터의 전체 블럭 구성을 나타내는 것이고, 도 8은 도 7의 구성에서 각 파워셀(72)에 구비되는 파워셀 제어기(72A)내의 자동전압 조절부(80)의 블럭 구성을 나타내고 있다.7 and 8 show a block configuration according to the present invention, and FIG. 7 shows the entire block configuration of the H-bridge multi-level inverter to which the present invention is applied. The block configuration of the automatic voltage regulator 80 in the
도 7에서 H-브릿지(H-Bridge) 멀티-레벨 인버터는 독립된 단위 인버터인 파워셀(72)들을 3개의 복수단으로 직렬 접속시켜 U, V, W의 각 상을 구성하고, 이렇게 구성된 각 상은 DC 링크 전압을 충전시켜주는 트랜스 포머(71)에 조합되어 3상 부하인 모터(74)에 전력을 공급하도록 구성되어 있으며, 각각의 파워셀(72)들은 파워셀 제어기(72A)가 일체 또는 별도로 구비되고, 각 파워셀 제어기(72A)들은 주제어기(73)와의 데이터 통신에 의해 각종 데이터를 송수신함으로써 각 파워셀(72)들이 제어될 데이터를 얻도록 구성된다.In FIG. 7, the H-Bridge multi-level inverter connects the
특히 파워셀 제어기(72A)에는 본 발명의 가장 핵심부인 자동 전압 조절(AVR)부(80)가 각각 구비되어 있으며, 이러한 자동 전압 조절부(80)의 기능을 개략적으로 설명하면, 자기 입력에 따른 독립된 전원을 센싱하여 미리 기준 전압을 연산하고, 검출된 인버터 입력전압과 상기 연산된 기준 전압을 비교하여 실시간으로 입력전압 변동에 대한 보정값을 연산하여 일정한 출력 전압을 부하로 공급시키기 위한 것이라 할 수 있으며, 본 발명에서는 미리 기준전압을 연산하는 독립된 전원으로서 위에서 언급한 3상 부하인 모터(74)의 정격전압이 입력되어 이용될 수 있다.In particular, the
바람직하게 자동전압 조절(AVR)부(80)는 크게 기준전압 발생부(82), 기준전압 연산부(83), V/F 제어부(81) 및 입력전압 변동 보상부(84)로 구성되며, V/F 제어부(81)와 입력전압 변동 보상부(84)에 연결되어 양측의 출력을 모두 인가받게 연결되는 출력 선택기(85)가 더 구성된다.Preferably, the automatic voltage control (AVR) unit 80 includes a
보다 구체적으로 기준전압 발생부(82)는 부하인 모터(74)측의 정격전압(MOTOR VOLTAGE)을 입력받아 기준전압을 생성, 출력하는 구성으로서, 이때의 정격전압 입력은 사용자의 사전 세팅에 의해 이루어지며, 입력된 정격전압이 기준전압으로 변환되는 것은 파워셀 제어기(72A)내에 저장된 프로그램상의 테이블에 저장된 데이터에 의해 이루어지며, 사용자에 의한 정격전압 입력과정에서 오프라인적으로 계산된 기준전압이 입력될 수도 있을 것이다.More specifically, the
한편, 기준전압 연산부(83)는 기준전압 발생부(82)로부터 기준전압을 인가받도록 구성되는 한편, 각각의 단상 인버터를 내포하고 있는 개념의 파워셀(72)로 입력되는 입력전압을 입력받도록 구성되는데, 기준전압 연산부(83)는 실시간으로 입력전압이 변동되는 값에 대하여 얼마만큼 DC-LINK 보정을 하여야 하는지 출력 보정값을 연산하는 구성이며, 이렇게 연산된 출력 보정값은 입력전압 변동 보상부(84)로 인가되는 구성이다.Meanwhile, the
그리고, V/F 제어부(81)는 기준전압 연산부(83)와 더불어 도 8에서처럼 파워셀(72)로의 입력전압을 같이 인가받도록 구성되고, 입력전압과 더불어 V/F 제어부(81)로 입력되는 출력주파수는 감속 기울기 및 운전지령에 의해 결정되어 입력되는 것으로서, 출력 주파수와 설정된 부스트(boost)값을 입력받아 V/F 제어에 의해 파워셀(72)로의 입력 전압에 대한 출력 전압값의 비율을 계산하도록 구성된다.The V /
입력전압 변동 보상부(84)는 기준전압 연산부(83)의 출력 보정값과 V/F 제어부(81)에서 연산된 비율을 곱하여 출력 전압을 결정하는 구성으로서, 위에서 설명한 각 구성부분들의 작용에 의해 출력 보정값과 V/F 제어부(81)에서 연산된 비율을 곱함으로써 실시간으로 입력전압 변동을 보상하여 DC-LINK의 변동과는 무관한 일정한 출력전압이 되도록 보상해주는 구성이다.The input
참고로, 이러한 V/F 제어는 유도전동기의 고정자전압 실효치와 주파수를 비례적으로 제어하여 평균 토오크를 제어하는 방식으로서, V/F 제어를 하는 경우에 유도전동기는 속도와 토오크가 변하더라도 자속의 크기는 일정하게 유지되어 유도전동기의 정격 토오크값에 근접하도록 유지되며, 이것은 일정 자속 운전을 의미한다.For reference, the V / F control is a method of controlling the average torque by proportionally controlling the stator voltage effective value and the frequency of the induction motor. In the case of the V / F control, the induction motor maintains the magnetic flux even if the speed and torque change. The magnitude is kept constant and close to the rated torque value of the induction motor, which means constant flux operation.
그리고, 출력 선택기(85)는 V/F 제어부(81)에서 그대로 출력되는 기준전압과 입력전압변동 보상부(84)에서 보상된 출력전압을 선택하여 인가받을 수 있도록 구성되며, 이러한 출력 선택기(85)의 구성은 V/F 제어의 최종 출력값을 사용자의 의사에 따라 그대로 출력하거나 또는 설정된 기준값을 출력하도록 하기 위한 구성이다.The
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용은 다음과 같다.The operation of the present invention having the above configuration is as follows.
임의의 파워셀 제어기(72A)의 자동전압 조절(AVR)부(80)에서, 기준전압 발생부(82)는 인버터로부터 전동기 정격전압을 입력받아 미리 기준전압을 생성하고, 기준전압 연산부(83)는 상기 기준전압 발생부(82)의 출력전압과 인버터 입력전압 검출기로부터 입력된 인버터의 입력전압을 실시간으로 입력받아 입력전압 변동에 대한 출력 보정값을 연산한다.In the automatic voltage control (AVR) unit 80 of any
그리고, 입력전압변동 보상부(84)는 상기와 같은 과정을 통해 연산된 보정값과 V/F 제어부(81)에서 연산된 출력전압 비율을 곱하여 실시간으로 입력전압 변동을 보상하게 되는데, 이와 같은 보상 출력전압은 입력전압 변동과 무관하게 일정하게 출력된다.The input
또한, 선택기(85)는 사용자의 요구에 따라, 상기 V/F 제어부(81)에서 그대로 출력되는 기준전압을 선택하거나, 상기 입력전압변동 보상부(84)에서 보상된 기준전압을 선택하여 해당 파워셀(72)에 출력하며, 이에 따라, 상기 파워셀(72)에서는 상기 해당 파워셀 제어기(72A)로부터 입력되는 기준전압을 근거로 전동기(74)에 공급하는 전압을 적절히 제어하게 된다. 이와 같이 동작은 모든 파워셀 제어기(72A)에서 개별적으로 이루어짐으로써 기준전압값을 자체적으로 연산하여 설정하도록 하였 다.In addition, the
한편, 본 발명에 따른 자동전압조절(AVR) 원리를 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the automatic voltage regulation (AVR) principle according to the present invention will be described with reference to FIG.
삼각파 캐리어(피크치 200V)와 기준전압 캐리어의 듀티비(Duty Ratio)로 PWM 출력을 발생하는데, 여기에서는 하프 듀티(half duty)가 된다. 여기서, 사용자가 전동기 전압을 100V로 설정한 것을 예로 하였는데, 인버터로부터 입력되는 전압 즉, DC-Link 값은 사용자에 의해 설정된 100V로 일정한 값이 입력되는 것이 아니라 90V나 110V이 들어올 수 있다.The PWM output is generated with the duty ratio of the triangular wave carrier (peak 200V) and the reference voltage carrier, which is half duty. In this case, the user sets the motor voltage to 100V as an example. The voltage input from the inverter, that is, the DC-Link value, may be 90V or 110V instead of a constant value input to 100V set by the user.
이와 같이 실제로 입력되는 DC-Link 값이 90V으로서 설정된 값보다 작을 때에는 PWM 듀티를 증가시켜 100이란 일정 값으로 출력되도록 하고, 마찬가지로 DC-Link 값이 110v로 100v보다 많은 값이 입력될 때에는 PWM 듀티를 줄여서 100v란 일정 값이 출력되게 하므로, DC-Link 값의 변화에 따라 PWM 듀티는 가변되어 항상 일정한 출력전압이 유지될 수 있게 된다.As such, when the DC-Link value actually input is smaller than the value set as 90V, the PWM duty is increased to output a constant value of 100. Similarly, when the DC-Link value is 110v and more than 100v is input, the PWM duty is increased. In short, 100v is outputted, so the PWM duty is changed according to the change of DC-Link value so that constant output voltage can be maintained at all times.
한편, 본 발명에 의한 AVR 연산처리 과정을 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Meanwhile, the AVR operation processing process according to the present invention will be described with reference to FIG. 10.
먼저, 주 제어기(73)에서 파워셀 기준전압(VdseRef,VqseRef)을 생성하고, 각 파워셀(72)에서는 자체적으로 상전압을 생성하여 전동기(74)에 대한 가감속 기능을 수행한다.①②First, the
또한, 각 파워셀(72)에서 자체적으로 AVR 기능을 수행하므로 주 제어기(73)의 부하가 감소되고, 주 제어기(73)와 각 파워셀(72) 간에 상기 파워셀 기준전압 (VdseRef)과 앵글정보(angle)를 교환하게 되며③④, 이 단계들에 의해 주 제어기(73)와 파워셀 제어기(72A)간의 통신 부하가 감소되고 신뢰성이 향상되게 된다.In addition, since each
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하였지만, 본 발명의 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 얼마든지 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 잘 알 것이며, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but those skilled in the art may change or change the present invention as many as possible without departing from the spirit and scope of the present invention. It will be appreciated that the true technical protection scope of the present invention should be defined by the claims.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 시간에 따른 입력전압 변동이나 절연된 독립전압을 변압기로 받으므로 변압기 권선법과 % 임피던스 전압강하에 따른 전압 변동과 무관하게 사용자가 한번 시스템을 구성시에 설정한 성능을 동일하게 출력할 수 있으며, 이에 따라 항상 설정된 전압이 출력되어 동일한 기동 토오크가 발생되어 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, since the present invention receives an input voltage variation over time or an isolated independent voltage as a transformer, the user sets one time at the time of configuring the system regardless of the voltage variation due to the transformer winding method and the% impedance voltage drop. The performance can be output equally, and accordingly, the set voltage is always output to generate the same starting torque, thereby improving the reliability of the system.
그리고, 본 발명에 다르면 각각의 파워셀 제어기가 전압기준값을 스스로 연산하여 설정하므로, 전압 변동에 따라 별도의 설정 변경이 필요하지 않아 시스템의 유지보수 비용을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.In addition, according to the present invention, since each power cell controller calculates and sets a voltage reference value by itself, a separate setting change is not required according to the voltage change, thereby reducing the maintenance cost of the system.
Claims (4)
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KR20150039957A (en) * | 2013-10-04 | 2015-04-14 | 명지대학교 산학협력단 | SOC Balancing Control of a Battery Charge and Discharge System Based on a Cascade H-bridge Multi-level Converter |
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