KR100860524B1 - 입력전원 이상발생시 인버터 운전제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력전원 이상시 인버터의 운전제어장치에 있어서, 인버터에 직류전원을 공급하는 캐패시터 양단의 직류 링크 전압이 소정의 기준전압 이하로 감소되었을 때 상기 직류 링크 전압을 길게 유지하여 상기 인버터에 공급되는 전원이 차단되는 시점을 연장할 수 있는 입력전원 이상시 인버터의 운전제어장치를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따른 입력전원 이상시 인버터의 운전제어장치는,

전동기의 정격주파수 대비 상기 출력 주파수 선택 스위치의 출력 주파수의 비율에 의해 상기 직류 링크 전압 대비 출력 전압의 비율을 결정하고, 결정된 비율을 상기 직류 링크 전압에 곱하여 1차 출력전압을 얻고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압과 같거나 상기 기준전압보다 크면 상기 1차 출력전압을 최종출력전압으로서 출력하고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압보다 작으면 상기 직류 링크 전압의 유지시간이 길어지도록 상기 1차 출력전압에 대해 미리 설정된 비율만큼 작은 전압을 연산하여 최종 출력전압으로서 상기 인버터에 출력하는 출력전압 제어기를 포함하여 구성된다.

인버터, 입력전압 이상 시 제어, 자동 전압 조절

Description

입력전원 이상발생시 인버터 운전제어장치{A INVERTER CONTROL APPARATUS CAPABLE OF EXTENDING OUTPUT VOLTAGE ON INPUT POWER ABNORMALITY}

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력전원 이상시 인버터 운전제어장치의 구성을 보여주는 블록도이고,

도 2는 본 발명에 따른 인버터 운전제어장치에 의해서 출력전압이 제어됨에 따라 직류 링크 전압의 정전전압 수준으로의 감소가 연장되는 것을 보여주는 전동기 속도, 직류 링크 전압 및 인버터 운전제어장치의 출력전압의 파형도이다.

*도면의 주요부에 대한 부호의 설명

1: 속도제어기 2: 제 1 감산기

3: 비례 적분 제어기 4: 샘플 앤 홀더(sample and holder)

5: 제 2 감산기 6: 스위치 제어기

7: 출력전압 제어기 SW: 출력 주파수 선택 스위치

본 발명은 교류 전동기를 가변 주파수, 가변 전압으로 제어하는 인버터에 관한 것으로, 특히 인버터의 전원전압으로 공급되는 직류 입력전압이 감소하는 이상 발생시에도 전동기에 공급하는 출력전압을 연장하여 공급할 수 있도록 인버터를 제어하는 입력전압 이상시 인버터의 제어장치에 관한 것이다.

교류전동기의 제어를 위해 사용되고 흔히 인버터로서 통칭되는 것은 상용 3상 교류전원을 직류전원으로 정류하여 제공하는 컨버터(converter)와, 상기 컨버터의 출력을 평활하여 직류 입력 전압 소위 직류 링크 전압(DC-link 전압)을 제공하는 캐패시터(capacitor)로 구성되는 입력부와, 입력부로부터의 직류 입력 전압을 교류 출력 전압으로 변환하여 상기 교류전동기에 제공하는 상별로 한 쌍의 반도체 스위치 소자를 포함하는 인버터와, 상기 전동기에 공급되는 인버터의 출력을 가변주파수 및 가변 전압으로 출력 제어하기 위한 인버터 제어장치를 포함하는 것이다.

이러한 인버터 제어장치는 통상 전압-주파수 비율 제어(V/F 비율 제어)로 불리는 인버터 제어 방법에 의해 제어된다. 즉, 전동기의 정격 주파수 대비 전동기 목표 속도에 따른 목표 주파수의 비율을 상기 직류 링크 전압 대비 인버터의 출력 전압의 비율로서 결정하고, 입력전압에 이러한 비율을 곱하여 얻는 출력전압을 인버터 제어기의 출력전압으로서 인버터에 제공하는 것이다. 다시 말해, 예컨대 전동기의 정격 주파수가 60Hz(Hertz)이고 목표 속도에 따른 목표 주파수가 30Hz라면, 정격 주파수 대비 목표 주파수의 비율은 50%가 되고, 이 50%를 입력전압 대비 출력전압의 비율로 결정하여 입력전압 즉, 상기 직류 링크 전압이 100 V(Volts)라면 100 V의 50%인 50V를 인버터 제어기의 출력전압으로서 인버터에 출력하는 것이다.

따라서, 상용 교류전원에 이상 발생등의 원인에 의해 상기 직류 링크 전압이 일시적으로 소정 허용치 이하로 감소하는 이상이 발생하면, 상기 인버터 제어장치의 출력전압도 일시적으로 목표 출력전압 보다 낮아질 수 밖에 없다. 그러나 이러한 인버터 제어장치의 출력전압이 일시적으로 낮아졌다가 다시 정상전압으로 회복되는 데도 불구하고, 일시적인 상기 인버터 제어장치의 출력전압 감소에 따라 인버터의 출력이 차단되면 회전하는 전동기에 대한 제어가 중단됨에 따라 전동기에 의해 구동되고 있던 부하 기기도 제어가 중단됨에 의해 물적, 인적인 큰 피해를 야기시키는 위험한 상황이 발생할 수 있다.

따라서, 이러한 일시적인 직류 링크 전압의 감소와 같은 입력전압의 이상발생시 상기 직류 링크 전압의 감소 시간을 최대한으로 연장하여 급작스러운 인버터의 출력 차단 및 전동기로의 전원공급 차단을 방지함으로써 상기 물적, 인적인 피해 사고발생을 방지할 수 있는 입력전압 이상발생시 인버터의 제어장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 본 발명의 목적은, 상용교류 전원으로부터의 교류를 정류하는 컨버터와, 이 컨버터의 출력전압을 평활하여 직류 링크 전압으로 제공하는 캐패시터를 구비하는 입력전원 이상시 인버터의 운전제어장치에 있어서,

목표 주파수 대비 현재 전동기의 회전속도에 따른 주파수 변환 값의 차이에 따라 전동기의 출력 주파수를 연산하여 출력하는 속도제어기;

저전압 트립 동작이 발생하는 전압에 대해 미리 결정된 비율만큼 큰 전압 값을 가진 기준전압으로부터 검출된 현재의 상기 직류 링크 전압을 감산하여 그 차이 전압을 출력하는 제 1 감산기;

상기 제 1 감산기의 출력에 접속되어, 제 1 감산기로부터 출력된 상기 차이 전압을 주파수로 변환하여 출력하는 비례 적분 제어기;

상기 속도제어기의 출력에 접속되고, 상기 속도제어기가 출력한 이전 샘플링 시의 출력 주파수를 제공하는 샘플 앤 홀더(sample and holder);

상기 비례적분 제어기 및 상기 샘플 앤 홀더의 출력에 접속되어, 상기 비례적분 제어기로부터의 주파수로부터 상기 샘플 앤 홀더가 제공하는 출력 주파수를 감산하여 출력하는 제 2 감산기;

상기 속도제어기로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치 또는 상기 제 2 감산기로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치로 전환가능한 출력 주파수 선택 스위치;

상기 출력 주파수 선택 스위치에 접속되어, 검출된 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압과 같거나 상기 기준전압보다 크면, 상기 출력 주파수 선택 스위치를 상기 속도제어기로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치에 있도록 제어하고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압보다 작으면 상기 출력 주파수 선택 스위치를 상기 제 2 감산기로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치에 있도록 제어하는 스위치 제어기; 및

상기 출력 주파수 선택 스위치의 출력 및 상기 스위치 제어기에 접속되어, 전동기의 정격주파수 대비 상기 출력 주파수 선택 스위치의 출력 주파수의 비율에 의해 상기 직류 링크 전압 대비 출력 전압의 비율을 결정하고, 결정된 비율을 상기 직류 링크 전압에 곱하여 1차 출력전압을 얻고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압과 같거나 상기 기준전압보다 크면 상기 1차 출력전압을 최종출력전압으로서 출력하고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압보다 작으면 상기 직류 링크 전압의 유지시간이 길어지도록 상기 1차 출력전압에 대해 미리 설정된 비율만큼 작은 전압을 연산하여 최종 출력전압으로서 상기 인버터에 출력하는 출력전압 제어기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 입력전원 이상발생시 인버터의 운전제어장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명으로 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력전원 이상시 인버터 운전제어장치의 구성을 보여주는 블록 도이다.

본 발명이 적용되는 인버터는 상용교류 전원으로부터의 교류를 정류하는 컨버터와, 이 컨버터의 출력전압을 평활하여 직류 링크 전압으로 제공하는 캐패시터를 구비한다.

본 발명은 이러한 인버터에 있어서 입력전원 이상시 인버터의 운전제어장치(이하 인버터의 운전제어장치로 약칭하기로 함)로서, 본 발명에 따른 입력전원 이상시 인버터의 운전제어장치의 구성과 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 인버터의 운전제어장치는 속도제어기(1)를 포함하며, 속도제 어기(1)는 목표 주파수 대비 현재 전동기의 회전속도에 따른 주파수 변환 값의 차이에 따라 전동기의 출력 주파수를 연산하여 출력한다. 여기서, 전동기의 목표속도에 따른 목표 주파수는 사용자가 설정한 미리 설정되어 미도시한 인버터의 운전제어장치에 포함될 수 있는 마이크로 프로세서(micro processor)내 메모리(memory)에 저장된 값이 이용될 수 있고, 상기 현재 전동기의 회전속도는 전동기의 회전축에 부설한 엔코더(encoder)와 같은 속도검출센서로부터의 검출되는 값을 이용하거나 또는 전동기의 기동시부터 인버터 운전제어장치의 출력 주파수의 변화량을 합산하여 구할 수 있다.

본 발명에 따른 인버터의 운전제어장치는 제 1 감산기(2)를 포함하며, 제 1 감산기(2)는 저전압 트립 동작이 발생하는 전압에 대해 미리 결정된 비율만큼 큰 전압 값을 가진 기준전압으로부터 검출된 현재의 상기 직류 링크 전압을 감산하여 그 차이 전압을 출력한다.

상기에서 저전압 트립(low voltage trip)이란 상기 직류 링크 전압을 감시하여 미리 설정된 저전압 이하가 되면 인버터의 출력을 차단하는 동작을 의미하며, 프로그램으로 인버터의 운전제어장치에 미리 저장되어 운용될 수 있다. 또한 현재 직류 링크 전압의 검출은 상기 캐패시터 양단의 전압을 검출함으로써 간단히 검출될 수 있다.

본 발명에 따른 인버터의 운전제어장치에 포함되는 비례 적분 제어기(3)는 상기 제 1 감산기(2)의 출력에 접속되어, 제 1 감산기(2)로부터 출력된 상기 차이 전압을 주파수로 변환하여 출력한다.

부호 4는 샘플 앤 홀더(sample and holder)로서 속도제어기(1)의 출력에 접속되고, 속도제어기(1)가 출력한 이전 샘플링(sampling) 시의 출력 주파수를 제공한다.

본 발명에 따른 인버터의 운전제어장치에 포함되는 제 2 감산기(5)는 비례 적분 제어기(3) 및 샘플 앤 홀더(4)의 출력에 접속되어, 상기 비례 적분 제어기(3)로부터의 주파수로부터 샘플 앤 홀더(4)가 제공하는 출력 주파수를 감산하여 출력한다.

본 발명에 따른 인버터의 운전제어장치에 포함되는 출력 주파수 선택 스위치(SW)는 속도제어기(1)로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치 또는 상기 제 2 감산기(5)로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치로 전환가능하다.

본 발명에 따른 인버터의 운전제어장치에 포함되는 스위치 제어기(6)는 상기 출력 주파수 선택 스위치(SW)에 접속되어, 검출된 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압과 같거나 상기 기준전압보다 크면, 상기 출력 주파수 선택 스위치(SW)를 상기 속도제어기(1)로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치에 있도록 제어하고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압보다 작으면 상기 출력 주파수 선택 스위치(SW)를 상기 제 2 감산기(5)로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치에 있도록 제어한다.

본 발명에 따른 인버터의 운전제어장치에 포함되는 출력전압 제어기(7)는 출력 주파수 선택 스위치(SW)의 출력 및 스위치 제어기(6)에 접속되어, 전동기의 정격주파수 대비 출력 주파수 선택 스위치(SW)의 출력 주파수의 비율에 의해 상기 직류 링크 전압 대비 출력 전압의 비율을 결정하고, 결정된 비율을 상기 직류 링크 전압에 곱하여 1차 출력전압을 얻는다. 즉 정격주파수 대비 출력 주파수 선택 스위치(SW)의 출력 주파수의 비율이 상기 직류 링크 전압 대비 출력 전압의 비율이 된다.

상기 출력전압 제어기(7)는 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압과 같거나 상기 기준전압보다 크면(다시 말해 상기 속도제어기로부터의 출력 주파수를 선택하도록 상기 스위치 제어기가 스위치 제어 출력하면) 상기 1차 출력전압을 최종출력전압으로서 출력한다.

그리고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압보다 작으면(다시 말해 상기 제 2 감산기로부터의 출력 주파수를 선택하도록 상기 스위치 제어기가 스위치 제어 출력하면), 상기 출력전압 제어기(7)는 상기 직류 링크 전압의 유지시간이 길어지도록 상기 1차 출력전압에 대해 미리 설정된 비율만큼 작은 전압을 연산하여 최종 출력전압으로서 상기 인버터에 출력한다.

상기 1차 출력전압에 미리 설정된 비율만큼 작은 전압은 바람직하게는 상기 1차 출력전압의 95% 내지 93%에 해당하는 전압으로 미리 설정될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 인버터 운전제어장치에 의해서 출력전압이 제어됨에 따라 직류 링크 전압의 정전전압 수준으로의 감소가 연장되는 것을 전동기 속도, 직류 링크 전압 및 인버터 운전제어장치의 출력전압의 파형도로서 보여주는 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상용 교류 전원의 이상 등의 원인으로 직류 링크 전압이 도 2 중 중간 파형 인 직류 링크 전압의 파형과 같이 인버터 출력 차단전압보다 소정 만큼 높은 기준전압 이하로 감소하면, 도 2 중 상측 파형인 전동기 속도도 감소한다.

본 발명에 따른 인버터 운전제어장치는 직류 링크 전압이 상기 기준전압보다 작아질 때 상기 직류 링크 전압의 유지시간이 길어지도록 출력전압을 도 2의 하측 파형과 같은 출력전압을 3개 중 가장 아래 측의 것과 같이 정상 출력 전압보다 작은 출력 전압을 출력하도록 제어하는 것이다. 결과적으로 상기 직류 링크 전압이 도 2의 3개의 직류 링크 전압의 파형중 가장 우측의 것과 같이 기울기가 완만해짐으로써 정상전압으로 복귀될 때까지 인버터의 출력지속시간을 길게 연장할 수 있게 된다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 입력전원 이상발생시 인버터 운전제어장치를 제공함에 따라서 일시적인 직류 링크 전압의 감소와 같은 입력전압의 이상발생시 상기 직류 링크 전압의 감소 시간을 최대한으로 연장하여 급작스러운 인버터의 출력 차단 및 전동기로의 전원공급 차단을 방지함으로써 상기 물적, 인적인 피해 사고발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 상용교류 전원으로부터의 교류를 정류하는 컨버터와, 이 컨버터의 출력전압을 평활하여 직류 링크 전압으로 제공하는 캐패시터를 구비하는 입력전원 이상시 인버터의 운전제어장치에 있어서,

   목표 주파수 대비 현재 전동기의 회전속도에 따른 주파수 변환 값의 차이에 따라 전동기의 출력 주파수를 연산하여 출력하는 속도제어기;

   저전압 트립 동작이 발생하는 전압에 대해 미리 결정된 비율만큼 큰 전압 값을 가진 기준전압으로부터 검출된 현재의 상기 직류 링크 전압을 감산하여 그 차이 전압을 출력하는 제 1 감산기;

   상기 제 1 감산기의 출력에 접속되어, 제 1 감산기로부터 출력된 상기 차이 전압을 주파수로 변환하여 출력하는 비례 적분 제어기;

   상기 속도제어기의 출력에 접속되고, 상기 속도제어기가 출력한 이전 샘플링 시의 출력 주파수를 제공하는 샘플 앤 홀더(sample and holder);

   상기 비례 적분 제어기 및 상기 샘플 앤 홀더의 출력에 접속되어, 상기 비례 적분 제어기로부터의 주파수로부터 상기 샘플 앤 홀더가 제공하는 출력 주파수를 감산하여 출력하는 제 2 감산기;

   상기 속도제어기로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치 또는 상기 제 2 감산기로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치로 전환가능한 출력 주파수 선택 스위치;

   상기 출력 주파수 선택 스위치에 접속되어, 검출된 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압과 같거나 상기 기준전압보다 크면, 상기 출력 주파수 선택 스위치를 상기 속도제어기로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치에 있도록 제어하고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압보다 작으면 상기 출력 주파수 선택 스위치를 상기 제 2 감산기로부터의 출력 주파수를 선택하여 출력하는 위치에 있도록 제어하는 스위치 제어기; 및

   상기 출력 주파수 선택 스위치의 출력 및 상기 스위치 제어기에 접속되어, 전동기의 정격주파수 대비 상기 출력 주파수 선택 스위치의 출력 주파수의 비율에 의해 상기 직류 링크 전압 대비 출력 전압의 비율을 결정하고, 결정된 비율을 상기 직류 링크 전압에 곱하여 1차 출력전압을 얻고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압과 같거나 상기 기준전압보다 크면 상기 1차 출력전압을 최종출력전압으로서 출력하고, 상기 직류 링크 전압이 상기 기준전압보다 작으면 상기 직류 링크 전압의 유지시간이 길어지도록 상기 1차 출력전압에 대해 미리 설정된 비율만큼 작은 전압을 연산하여 최종 출력전압으로서 상기 인버터에 출력하는 출력전압 제어기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입력전원 이상발생시 인버터의 운전제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 출력전압에 미리 설정된 비율만큼 작은 전압은 상기 1차 출력전압의 95% 내지 93%에 해당하는 전압인 것을 특징으로 하는 입력전원 이상발생시 인버터의 운전제어장치.

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