KR100981438B1 - Regenerative energy feedback apparatus for inverter and inverter having the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터용 회생 에너지 피드백 장치 및 이를 구비한 인버터에 관한 것으로, 인버터로 인가되는 회생 에너지를 상용 교류 전압으로 변환시켜, 전원부로 환원하는 회생 컨버터부와, 회생 컨버터부를 제어하는 제어부 및 회생 컨버터부 및 제어부에 전원을 인가하는 전원 공급부를 포함하는 인버터용 회생 에너지 피드백 장치 및 이를 구비한 인버터가 제공된다. The present invention relates to a regenerative energy feedback device for an inverter and an inverter having the same, a regenerative converter unit converting regenerative energy applied to the inverter into a commercial AC voltage and reducing the regenerative energy to a power supply unit, a controller and a regenerative converter controlling the regenerative converter unit. Provided is a regenerative energy feedback device for an inverter including a power supply unit for supplying power to a unit and a controller, and an inverter having the same.

인버터, 회생 에너지, 피드백 장치 Inverter, regenerative energy, feedback device

Description

인버터용 회생 에너지 피드백 장치 및 이를 구비한 인버터 {Regenerative energy feedback apparatus for inverter and inverter having the same}Regenerative energy feedback apparatus for inverter and inverter having same same

본 발명은 인버터용 회생 에너지 피드백 장치 및 이를 구비한 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인버터에서 발생하는 회생 에너지를 전원으로 환원하여 활용하는 인버터용 회생 에너지 피드백 장치 및 이를 구비한 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to a regenerative energy feedback device for an inverter and an inverter having the same, and more particularly, to a regenerative energy feedback device for an inverter for reducing and using the regenerative energy generated from the inverter as a power source and an inverter having the same.

인버터는 직류 전원을 가변 전압과 가변 주파수의 교류 전원으로 변환해주는 장치이다. 도 1을 참조하여, 종래 기술에 따른 인버터의 구성을 살펴보면, 인버터는 상용 교류 전원부(10)에 연결된 정류 회로(20)와, 평활 회로(30)와, 인버터 회로(40) 및 다이내믹 브레이크 유닛(50)으로 구성되며, 다이내믹 브레이크 유닛(DBU; Dynamic Brake Unit)(50)은 다이내믹 브레이크 저항(미도시)을 포함한다.An inverter is a device that converts DC power into AC power of variable voltage and variable frequency. Referring to FIG. 1, a configuration of an inverter according to the related art is described. The inverter includes a rectifier circuit 20, a smoothing circuit 30, an inverter circuit 40, and a dynamic brake unit connected to a commercial AC power supply unit 10. 50, the dynamic brake unit (DBU) 50 includes a dynamic brake resistor (not shown).

정류 회로(20)는 상용 교류 전원부(10)에서 인가된 교류 전압을 정류하여 DC 링크 전압을 출력하며, 캐패시터로 이루어진 평활 회로(30)는 정류 회로(20)에서 출력되는 DC 링크 전압을 평활시켜 출력한다. 인버터 회로(40)는 평활 회로(30)에서 출력된 직류 전원을 주파수와 전압이 가변적인 교류 전원으로 변환시켜 출력한 다. The rectifier circuit 20 rectifies the AC voltage applied from the commercial AC power supply unit 10 to output the DC link voltage, and the smoothing circuit 30 formed of the capacitor smoothes the DC link voltage output from the rectifier circuit 20. Output The inverter circuit 40 converts the DC power output from the smoothing circuit 30 into an AC power having a variable frequency and voltage and outputs the same.

한편, 구동되던 모터(60)가 감속 운전을 하게 되면, 모터(60)는 유도발전기 역할을 하게 되어 인버터 회로(40) 측으로 회생 에너지(전압)가 유입된다. 회생 에너지가 유입되면, DC 링크 전압이 증가하게 되고, 이러한 과도한 DC 링크 전압은 다이내믹 브레이크 유닛(50) 내의 다이내믹 브레이크 저항에서 열 에너지의 형태로 소비시킨다. 그 결과, 인버터 회로(40)에 과도한 DC 링크 전압이 인가되는 것을 방지하여, 인버터 회로(40)를 보호할 수 있게 된다. On the other hand, when the driven motor 60 is decelerated, the motor 60 acts as an induction generator so that regenerative energy (voltage) flows into the inverter circuit 40. When the regenerative energy is introduced, the DC link voltage is increased, and this excessive DC link voltage is consumed in the form of thermal energy in the dynamic brake resistor in the dynamic brake unit 50. As a result, the excessive DC link voltage is prevented from being applied to the inverter circuit 40, thereby protecting the inverter circuit 40.

그러나, 종래 기술에 따른 인버터와 같이 회생 에너지를 다이내믹 브레이크 유닛 내의 저항에서 소모시키는 방식을 사용하면, 별도의 다이내믹 브레이크 저항과 이러한 저항에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각 장치 등을 설치해야 하므로 많은 공간이 요구되기 때문에 인버터를 소형화시키는데 어려움이 많았다. 그리고, 모터의 제동 토오크는 향상되지만, 회생 에너지를 전혀 활용할 수 없기 때문에 효율이 현저히 낮아지는 문제점이 있었다.However, when using the method of consuming the regenerative energy from the resistance in the dynamic brake unit like the inverter according to the prior art, it is necessary to install a separate dynamic brake resistor and a cooling device for cooling the heat generated by the resistance, so that a lot of space Because of this requirement, it has been difficult to downsize the inverter. And although the braking torque of the motor is improved, there is a problem that the efficiency is significantly lowered because no regenerative energy can be utilized at all.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인버터를 보다 소형화하고, 회생 에너지를 단순히 소모하지 않고 활용함으로써 에너지 효율의 개선이 가능한 인버터용 회생 에너지 피드백 장치 및 이를 구비한 인버터를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to overcome the above-mentioned conventional problems, the problem to be solved by the present invention is the inverter regenerative energy feedback device capable of improving the energy efficiency by miniaturizing the inverter, and simply utilizing the regenerative energy without consuming It is to provide an inverter having this.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 인버터로 인가되는 회생 에너지를 상용 교류 전압으로 변환시켜 전원부로 환원시키는 회생 컨버터부; 상기 회생 컨버터부를 제어하는 제어부; 및 상기 회생 컨버터부 및 상기 제어부에 전원을 인가하는 전원 공급부를 포함하는 인버터용 회생 에너지 피드백 장치가 제공된다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the regenerative converter unit for converting the regenerative energy applied to the inverter to a commercial AC voltage to reduce the power supply unit; A control unit controlling the regenerative converter unit; And a regenerative energy feedback device for an inverter including a regenerative converter unit and a power supply unit for supplying power to the controller.

상기 회생 컨버터부는 상기 회생 에너지를 교류 전압으로 변환시키는 회생 컨버터; 상기 전원부에서 공급되는 전원이 상기 인버터로 유입되는 것을 차단하는 역전압 방지부; 및 상기 회생 컨버터의 출력단에 연결되며, 상기 회생 컨버터에서 출력되는 교류 전압의 고조파를 저감시키는 리액터를 포함한다.The regenerative converter unit converts the regenerative energy into an alternating voltage; A reverse voltage prevention unit for blocking the power supplied from the power supply unit from flowing into the inverter; And a reactor connected to an output terminal of the regenerative converter and reducing harmonics of an AC voltage output from the regenerative converter.

상기 제어부는 상기 역전압 방지부의 구동을 제어하는 역전압 방지부 구동부; 및 상기 회생 컨버터의 구동을 제어하는 회생 컨버터 구동부를 포함한다.The control unit includes a reverse voltage prevention unit driver for controlling the driving of the reverse voltage prevention unit; And a regenerative converter driver for controlling driving of the regenerative converter.

상기 제어부는 상기 회생 컨버터에서 변환되어 출력되는 교류 전압의 위상과 상기 전원부의 상용 교류 전압의 위상을 동기화시키는 위상 동기 회로를 더 포함한다.The control unit further includes a phase synchronizing circuit for synchronizing a phase of an AC voltage converted and output from the regenerative converter and a phase of a commercial AC voltage of the power supply unit.

상기 역전압 방지부는 사이리스터를 포함하며, 상기 회생 컨버터는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 포함한다.The reverse voltage protection unit includes a thyristor, and the regenerative converter includes an insulated gate bipolar transistor (IGBT) element.

상기 인버터용 회생 에너지 피드백 장치는 상기 회생 컨버터부에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각부를 더 포함한다.The regenerative energy feedback device for the inverter further includes a cooling unit for cooling the heat generated by the regenerative converter unit.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전원부에서 제공되는 상용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 출력되는 직류 전압을 평활시키는 평활 회로부; 상기 평활 회로부에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변 환시키는 인버터부; 및 상기 평활 회로부의 출력단과 상기 전원부의 출력단 사이에 연결되어, 상기 인버터부로 인가되는 회생 에너지를 상기 상용 교류 전압으로 변환시켜, 상기 전원부에 환원시키는 회생 에너지 피드백 장치를 포함하는 인버터가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a converter unit for rectifying the commercial AC voltage provided by the power supply unit to a DC voltage; A smoothing circuit unit for smoothing the DC voltage output from the converter unit; An inverter unit for converting a DC voltage output from the smoothing circuit unit into an AC voltage; And a regenerative energy feedback device connected between an output end of the smoothing circuit part and an output end of the power supply part to convert regenerative energy applied to the inverter part into the commercial AC voltage and to reduce the regenerative energy to the power supply part.

상기 회생 에너지 피드백 장치는 상기 회생 에너지를 교류 전압으로 변환시키는 회생 컨버터와, 상기 전원부에서 공급되는 전원이 상기 인버터로 유입되는 것을 차단하는 역전압 방지부 및 상기 회생 컨버터의 출력단에 연결되며, 상기 회생 컨버터에서 출력되는 교류 전압에서 발생되는 고조파를 저감시키는 리액터를 포함하는 회생 컨버터부; 상기 회생 컨버터부를 제어하는 제어부; 및 상기 회생 컨버터부 및 상기 제어부에 전원을 인가하는 전원 공급부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 역전압 방지부의 구동을 제어하는 역전압 방지부 구동부와, 상기 회생 컨버터의 구동을 제어하는 회생 컨버터 구동부 및 상기 회생 컨버터에서 변환되어 출력되는 교류 전압의 위상과 상기 전원부의 상용 교류 전압의 위상을 동기화시키는 위상 동기 회로를 포함하는 인버터가 제공된다.The regenerative energy feedback device is connected to a regenerative converter for converting the regenerative energy into an alternating voltage, a reverse voltage preventing unit for blocking power supplied from the power supply unit from flowing into the inverter, and an output terminal of the regenerative converter. A regenerative converter unit including a reactor for reducing harmonics generated from an AC voltage output from the converter; A control unit controlling the regenerative converter unit; And a power supply unit for supplying power to the regenerative converter unit and the control unit, wherein the control unit includes a reverse voltage preventing unit driver controlling the driving of the reverse voltage preventing unit, a regenerative converter driving unit controlling the driving of the regenerative converter; An inverter including a phase synchronizing circuit for synchronizing a phase of an AC voltage converted and output from the regenerative converter and a phase of a commercial AC voltage of the power supply unit is provided.

상기 회생 에너지 피드백 장치는 복수개로 구성되며, 각 회생 에너지 피드백 장치는 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.       The regenerative energy feedback device is composed of a plurality, each of the regenerative energy feedback device is characterized in that connected in parallel.

본 발명에서와 같이, 다이내믹 브레이킹 저항을 생략할 수 있게 되어, 인버터를 보다 소형으로 제작할 수 있게 된다. As in the present invention, the dynamic braking resistor can be omitted, thereby making the inverter more compact.

또한, 회생 에너지를 소모하지 않고, 이를 재활용함으로써 인버터의 에너지 효율을 보다 개선시킬 수 있게 된다.In addition, it is possible to further improve the energy efficiency of the inverter by reusing it without consuming regenerative energy.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치를 구비한 인버터의 개략 구성도이다. 도 3a는 인버터에 연결된 모터의 전동기 모드와 발전기 모드 시 인버터 및 모터 속도를 나타낸 그래프이며, 도 3b는 인버터에 연결된 모터의 발전기 모드 시 인버터 및 모터 속도를 나타낸 그래프이다.2 is a schematic configuration diagram of an inverter including a regenerative energy feedback device for an inverter according to the present invention. Figure 3a is a graph showing the inverter and the motor speed in the motor mode and generator mode of the motor connected to the inverter, Figure 3b is a graph showing the inverter and motor speed in the generator mode of the motor connected to the inverter.

도 2를 참조하면, 인버터는 컨버터부(200), 평활 회로부(300), 인버터부(400) 및 회생 에너지 피드백 장치(600)를 포함하며, 컨버터부(200)의 입력단에는 상용 교류 전압을 제공하는 전원부(100)가 연결되고, 인버터부(400)의 출력단에는 모터(500)가 연결된다.Referring to FIG. 2, the inverter includes a converter unit 200, a smoothing circuit unit 300, an inverter unit 400, and a regenerative energy feedback device 600, and provides a commercial AC voltage to an input terminal of the converter unit 200. The power supply unit 100 is connected, and the motor 500 is connected to the output terminal of the inverter unit 400.

전원부(100)의 출력단에 연결된 컨버터부(200)는 브리지 다이오드로 구성되며, 전원부(100)에서 인가되는 상용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하여 출력한다. 컨버터부(200)의 출력단에 연결된 평활 회로부(300)는 캐패시터로 구성되며, 컨버터부(200)에서 출력되는 직류 전압을 평활시켜서 출력한다. The converter unit 200 connected to the output terminal of the power supply unit 100 includes a bridge diode, and rectifies and outputs a commercial AC voltage applied from the power supply unit 100 to a DC voltage. The smoothing circuit unit 300 connected to the output terminal of the converter unit 200 is composed of a capacitor, and smoothes and outputs the DC voltage output from the converter unit 200.

평활 회로부(300)의 출력단에 연결된 인버터부(400)는 6개의 스위칭 소자로 구성되며, 평활 회로부(300)에서 출력되는 평활된 직류 전압을 교류 전압으로 변환시킨다. 본 실시예의 경우, 인버터부(400)의 스위칭 소자의 개수를 6개로 구성하고 있으나, 이는 설명을 위한 예시일 뿐, 다양하게 변형될 수 있으며, 스위칭 소자의 종류 역시 다양하게 사용될 수 있다.The inverter unit 400 connected to the output terminal of the smoothing circuit unit 300 includes six switching elements, and converts the smoothed DC voltage output from the smoothing circuit unit 300 into an AC voltage. In the present embodiment, the number of switching elements of the inverter unit 400 is configured as six, but this is only an example for description, and may be variously modified, and the type of switching elements may also be used in various ways.

회생 에너지 피드백 장치(600)는 평활 회로부(300)의 출력단과 전원부(100)의 출력단 사이에 연결되며, 모터(500)에서 생성되어 인버터부(400)로 인가되는 회생 에너지를 교류 전압으로 변환시킨 후, 변환된 교류 전압을 전원부(100)에 환원시킨다. The regenerative energy feedback device 600 is connected between the output terminal of the smoothing circuit unit 300 and the output terminal of the power supply unit 100 and converts the regenerative energy generated by the motor 500 and applied to the inverter unit 400 to an AC voltage. Thereafter, the converted AC voltage is reduced to the power supply unit 100.

도 3에는 크레인 장치의 하강시 가속, 정속 및 감속 구간에서의 모터 속도와 인버터 속도를 나타낸 그래프가 도시된다.Figure 3 is a graph showing the motor speed and the inverter speed in the acceleration, constant speed and deceleration section when the crane device descends.

도 3의 경우, 크레인 장치의 하강시에는 가속, 정속 및 감속 구간 전체에서 모터 속도가 인버터 속도 보다 크게 나타나서, 크레인 장치를 구동하는 모터가 발전기 모드로 작동하며, 그 결과 모터에서 생성된 회생 에너지가 인버터부로 인가된다. In the case of FIG. 3, when the crane device descends, the motor speed is greater than the inverter speed in the entire acceleration, constant speed, and deceleration sections, so that the motor driving the crane device operates in the generator mode, and as a result, the regenerative energy generated by the motor It is applied to the inverter section.

도 3에서 살펴본 바와 같이, 모터가 발전기 모드로 작동하는 경우, 모터에서는 회생 에너지가 생성되며, 이러한 회생 에너지로 인하여 직류 전압은 증가하게 된다. 정격 이상으로 증가된 직류 전압이 인버터부(400)에 인가되면, 인버터부(400)가 파손될 수 있으므로, 증가된 직류 전압은 회생 에너지 피드백 장치(600)로 인가하여 회생 에너지를 전원부(100)로 환원시켜 회생 에너지를 활용하며, 감압된 직류 전압을 인버터부(400)에 인가함으로써, 인버터부(400)가 파손되는 것을 방지한다.As shown in FIG. 3, when the motor operates in a generator mode, regenerative energy is generated in the motor, and the DC voltage increases due to the regenerative energy. When the DC voltage increased above the rating is applied to the inverter unit 400, the inverter unit 400 may be damaged, so that the increased DC voltage is applied to the regenerative energy feedback device 600 to transfer the regenerative energy to the power supply unit 100. By reducing the regenerative energy, and applying a reduced DC voltage to the inverter unit 400, the inverter unit 400 is prevented from being damaged.

도 4는 본 발명에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치의 개략적인 기능 블록도이다. 4 is a schematic functional block diagram of a regenerative energy feedback device for an inverter according to the present invention.

도 4를 참조하면, 인버터용 회생 에너지 피드백 장치(600)는 회생 컨버터부(610), 제어부(630), 전원 공급부(640), 냉각부(650) 및 MMI(Man Machine Interface)부(660)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the inverter regenerative energy feedback device 600 includes a regenerative converter unit 610, a controller 630, a power supply unit 640, a cooling unit 650, and an MMI unit 660. It includes.

회생 컨버터부(610)는 모터(500)에서 생성되어 인버터부(400)로 인가되는 회생 에너지를 상용 교류 전압으로 변환시켜 출력시킨다. 제어부(630)는 회생 컨버터부(610)를 제어하며, 전원 공급부(640)는 회생 컨버터부(610) 및 제어부(630)에 필요한 전원을 인가한다. 본 실시예의 경우, 전원 공급부(640)로 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply: SMPS)를 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The regenerative converter unit 610 converts the regenerative energy generated by the motor 500 and applied to the inverter unit 400 to a commercial AC voltage and outputs it. The controller 630 controls the regenerative converter 610, and the power supply unit 640 applies power required for the regenerative converter 610 and the controller 630. In the present embodiment, a switching mode power supply (SMPS) is used as the power supply unit 640, but is not limited thereto.

냉각부(650)는 회생 컨버터부(610)에서 발생되는 열을 냉각시키며, 본 실시예의 경우 냉각팬을 이용하여 회생 컨버터부(610)에서 발생되는 열을 냉각시킨다. The cooling unit 650 cools the heat generated by the regenerative converter unit 610, and in this embodiment, cools the heat generated by the regenerative converter unit 610 using a cooling fan.

MMI부(660)는 제어부(630)에 연결되어, 제어부(630)에 오퍼레이터의 명령을 인가하거나 또는 인버터용 회생 에너지 피드백 장치(600)의 상태를 디스플레이 한다. 한편, MMI부(660) 이외에 모니터부(700)를 인버터용 회생 에너지 피드백 장치(600) 외부에 설치할 수도 있다. 모니터부(700)는 RS 232 또는 RS 485 통신을 이용하여 제어부(630)와 통신을 수행하며, 인버터용 회생 에너지 피드백 장치(600)의 상태를 디스플레이 한다. The MMI unit 660 is connected to the control unit 630 to apply an operator's command to the control unit 630 or to display the state of the regenerative energy feedback device 600 for the inverter. Meanwhile, in addition to the MMI unit 660, the monitor unit 700 may be installed outside the inverter regenerative energy feedback device 600. The monitor 700 communicates with the control unit 630 using RS 232 or RS 485 communication, and displays the state of the regenerative energy feedback device 600 for inverters.

회생 에너지 피드백 장치의 동작을 살펴보면, 회생 에너지는 인버터부(400)의 속도가 감속할 때 발생한다. 이러한 인버터부(400)의 속도 감속 시 인버터 부(400)에서는 인버터부(400)의 속도가 감속한다는 신호를 제어부(630)에 인가한다. 속도 감속 신호가 제어부(630)에 인가되면, 제어부(630)는 회생 에너지가 회생 에너지 피드백 장치(600)로 인가되도록 한다. 회생 에너지 피드백 장치(600)로 인가된 회생 에너지는 회생 컨버터부(610)를 통하여 교류 전원으로 변환된 후, 전원부(100)로 환원되어 재활용된다.Looking at the operation of the regenerative energy feedback device, the regenerative energy is generated when the speed of the inverter unit 400 is decelerated. When the speed of the inverter unit 400 decreases, the inverter unit 400 applies a signal indicating that the speed of the inverter unit 400 decreases to the controller 630. When the speed deceleration signal is applied to the controller 630, the controller 630 causes the regenerative energy to be applied to the regenerative energy feedback device 600. The regenerative energy applied to the regenerative energy feedback device 600 is converted into AC power through the regenerative converter unit 610, and then reduced and recycled to the power source unit 100.

상기에서 살펴본 바와 같이, 인버터부(400)의 속도 감속 시 회생 에너지 피드백 장치(600)를 구동시킬 수도 있으나, 이와는 달리 평활 회로부(300) 출력단의 직류 전압을 감지함으로써 회생 에너지 피드백 장치(600)를 구동할 수도 있다. 즉, 모터(500)에서 회생 에너지가 발생하면, 이러한 회생 에너지로 인하여 평활 회로부(300) 출력단의 직류 전압을 증가하게 된다. 따라서, 평활 회로부(300) 출력단의 직류 전압이 정격 전압을 초과하면, 제어부(630)는 회생 에너지 피드백 장치(600)를 구동시켜 과도한 전압이 인버터부(400)에 인가되지 않도록 한다.As described above, the regenerative energy feedback device 600 may be driven when the speed of the inverter unit 400 decreases. Alternatively, the regenerative energy feedback device 600 may be detected by sensing the DC voltage of the output terminal of the smoothing circuit unit 300. You can also drive. That is, when regenerative energy is generated in the motor 500, the DC voltage of the output terminal of the smoothing circuit unit 300 is increased due to the regenerative energy. Therefore, when the DC voltage of the output terminal of the smoothing circuit unit 300 exceeds the rated voltage, the controller 630 drives the regenerative energy feedback device 600 to prevent the excessive voltage from being applied to the inverter unit 400.

도 5는 본 발명에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치의 회생 컨버터부의 기능 블록도이며, 도 6은 도 5에 도시된 회생 컨버터부의 개략적인 회로도이다.FIG. 5 is a functional block diagram of the regenerative converter unit of the regenerative energy feedback device for inverters according to the present invention, and FIG. 6 is a schematic circuit diagram of the regenerative converter unit shown in FIG. 5.

도 5를 참조하면, 회생 컨버터부(610)는 역전압 방지부(611), 회생 컨버터(615) 및 리액터(617)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the regenerative converter unit 610 includes a reverse voltage preventing unit 611, a regenerative converter 615, and a reactor 617.

역전압 방지부(611)는 평활 회로부(300)와 인버터부(400) 사이에 연결되며, 역전압 방지부 구동부(612)는 역전압 방지부(611)에 연결된다. 역전압 방지부(611)는 인버터부(400)의 입력단에 연결되어, 모터(500)에서 생성되어 회생 에너지 피드 백 장치(600)로 인가되는 회생 에너지는 회생 컨버터(615)로 바이패스 시키되, 전원부(100)로부터 인가되는 전원이 회생 에너지 피드백 장치(600)를 통하여 인버터부(400)로 유입되는 것을 차단시키는 기능을 수행한다. The reverse voltage preventing unit 611 is connected between the smoothing circuit unit 300 and the inverter unit 400, and the reverse voltage preventing unit driving unit 612 is connected to the reverse voltage preventing unit 611. The reverse voltage prevention unit 611 is connected to an input terminal of the inverter unit 400, and the regenerative energy generated by the motor 500 and applied to the regenerative energy feedback device 600 is bypassed to the regenerative converter 615. The power applied from the power supply unit 100 blocks the flow of the inverter unit 400 through the regenerative energy feedback device 600.

회생 컨버터(615)는 회생 에너지를 교류 전압으로 변환시켜 출력시키며, 리액터(617)는 회생 컨버터(615)의 출력단에 연결되며, 회생 컨버터(615)에서 출력되는 교류 전압의 고조파를 저감시킨다. The regenerative converter 615 converts the regenerative energy into an alternating voltage and outputs it. The reactor 617 is connected to an output terminal of the regenerative converter 615 and reduces harmonics of the alternating voltage output from the regenerative converter 615.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 경우 역전압 방지부(611)로 사이리스터를 사용한다.Referring to FIG. 6, in the present embodiment, the thyristor is used as the reverse voltage preventing unit 611.

그리고, 회생 컨버터(615)로는 6개의 스위칭 소자 예를 들면, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 사용하며, 리액터(617)로는 10㎑ ~ 20㎑ 범위의 고주파 전용 리액터를 사용한다. 본 실시예에서 사용된 소자는 설명을 위한 예시이며, 상기 소자들 이외에도 다른 소자들이 사용될 수 있다.The regenerative converter 615 uses six switching elements, for example, an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) element, and the reactor 617 uses a high frequency dedicated reactor in the range of 10 Hz to 20 Hz. The device used in the present embodiment is an example for description, and other devices may be used in addition to the above devices.

캐패시터(613)와 6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자로 구성된 회생 컨버터(615)는 병렬로 연결되며, 이러한 캐패시터(613)와 회생 컨버터(615)의 병렬 회로는 사이리스터(611)와 직렬로 연결된다. 고주파 전용 리액터(617)는 회생 컨버터(615)와 전원부(100) 사이에 연결된다.A regenerative converter 615 composed of a capacitor 613 and six Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) elements is connected in parallel, and the parallel circuit of the capacitor 613 and the regenerative converter 615 is connected in series with the thyristor 611. Connected. The high frequency dedicated reactor 617 is connected between the regenerative converter 615 and the power supply unit 100.

도 7은 도 5에 도시된 제어부의 개략적인 기능 블록도이며, 도 8은 회생 컨버터부에서 전원부로 인가되는 교류 전원의 파형도이다.FIG. 7 is a schematic functional block diagram of the controller illustrated in FIG. 5, and FIG. 8 is a waveform diagram of an AC power source applied to a power supply unit from a regenerative converter unit.

도 7을 참조하면, 제어부(630)는 역전압 방지부 구동부(632)와 회생 컨버터 구동부(633)를 포함하는 제어기(631), 전압 검출기(634), 위상 동기 회로(635), 전류 검출기(636), 전류 PI 제어기(637) 및 DC 전압 검출기(638)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the controller 630 may include a controller 631 including a reverse voltage prevention unit driver 632 and a regenerative converter driver 633, a voltage detector 634, a phase synchronization circuit 635, and a current detector ( 636, current PI controller 637, and DC voltage detector 638.

역전압 방지부 구동부(632)는 역전압 방지부(611)의 구동을 제어하며, 회생 컨버터 구동부(633)는 회생 컨버터(615)의 구동을 제어한다. 도 6에 도시된 실시예와 같이, 역전압 방지부(611)로서 사이리스터 사용 시, 역전압 방지부 구동부(632)로 사이리스터 드라이버를 사용하고, 회생 컨버터(615)로 회생 컨버터(615)로 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 사용할 경우, 회생 컨버터 구동부(633)로 IGBT 게이트 드라이버를 사용한다. 그리고, 사이리스터(611)의 제어 단자에 사이리스터 드라이버가 연결되어, 사이리스터의 온, 오프를 제어하며, IGBT의 게이트 단자에는 IGBT 게이트 드라이버가 연결되어 IGBT의 구동을 제어하게 된다.The reverse voltage prevention unit driver 632 controls the driving of the reverse voltage prevention unit 611, and the regenerative converter driver 633 controls the driving of the regenerative converter 615. As shown in FIG. 6, when the thyristor is used as the reverse voltage preventing unit 611, the thyristor driver is used as the reverse voltage preventing unit driving unit 632, and the IGBT is used as the regenerative converter 615 as the regenerative converter 615. When using an (Insulated Gate Bipolar Transistor) device, an IGBT gate driver is used as the regenerative converter driver 633. The thyristor driver is connected to the control terminal of the thyristor 611 to control on / off of the thyristor, and the IGBT gate driver is connected to the gate terminal of the IGBT to control the driving of the IGBT.

전압 검출기(634)는 전원부(100)에서 3상 전압 검출하며, 위상 동기 회로(635)는 전원부(100)의 상용 교류 전압의 위상과 회생 컨버터(615)에서 변환되어 출력되는 교류 전압의 위상을 동기화시킨다. 전류 검출기(636)는 회생 컨버터(615)에서 출력되는 3상 전류를 검출하고, 전류 PI 제어기(637)는 검출된 전류에 대하여 PI 제어를 수행한다. DC 전압 검출기(638)는 모터(500)에서 생성된 회생 에너지로 인하여 증가된 직류 전압을 검출하는 기능을 수행한다. 도 8에는 회생 컨버터(615)에서 출력되는 3상 교류 전류(Ia, Ib, Ic)가 전원부의 상용 교류 전압의 위상과 동기화된 교류 전압의 파형이 도시된다. The voltage detector 634 detects a three-phase voltage in the power supply unit 100, and the phase synchronization circuit 635 converts a phase of a commercial AC voltage of the power supply unit 100 and an AC voltage converted and output from the regenerative converter 615. Synchronize. The current detector 636 detects a three-phase current output from the regenerative converter 615, and the current PI controller 637 performs PI control on the detected current. The DC voltage detector 638 detects an increased DC voltage due to the regenerative energy generated by the motor 500. 8 shows a waveform of an AC voltage in which the three-phase AC currents Ia, Ib, and Ic output from the regenerative converter 615 are synchronized with the phase of the commercial AC voltage of the power supply unit.

전원부(100)의 상용 교류 전압의 위상과 회생 컨버터(615)에서 변환되어 출 력되는 교류 전압의 위상 동기화 과정을 살펴보면, 우선 전원부의 상용 교류 전압의 3상 전압을 검출하여, 3상/2상 좌표 변환을 수행한 후, 정지/동기 좌표 변환을 수행하여 위상 검출 신호를 생성한다. 그리고, 회생 에너지로 인하여 증가된 직류 전압을 검출하여 전압 제어를 수행하고, 회생 컨버터(615)에서 출력되는 3상 교류 전류를 검출하여 PI 전류 제어를 수행한다. 그 다음에, 위상 검출 신호를 이용하여 동기/정지 좌표변환을 수행한 후, 2상/3상 좌표 변환을 수행한 다음에 3상 교류 전압을 전원부로 인가한다. Referring to the phase synchronization process of the commercial AC voltage of the power supply unit 100 and the AC voltage converted and output from the regenerative converter 615, first, the three-phase voltage of the commercial AC voltage of the power supply unit is detected. After the coordinate transformation is performed, the stop / synchronous coordinate transformation is performed to generate a phase detection signal. Then, voltage control is performed by detecting an increased DC voltage due to regenerative energy, and PI current control is performed by detecting a three-phase alternating current output from the regenerative converter 615. Next, after performing synchronization / stop coordinate transformation using the phase detection signal, two-phase / 3-phase coordinate transformation is performed, and then a three-phase AC voltage is applied to the power supply unit.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치를 구비한 인버터의 개략 구성도이다. 도 9에 도시된 실시예는 상기에서 상술된 실시예와 비교하여 회생 에너지 피드백 장치가 복수개로 구성된다는 점이 상이하며, 나머지 구성은 유사한 바 이하에서는 상이한 구성을 위주로 상술한다.9 is a schematic configuration diagram of an inverter including a regenerative energy feedback device for an inverter according to another embodiment of the present invention. 9 differs from the above-described embodiment in that a plurality of regenerative energy feedback devices are configured, and the rest of the configuration is similar, and the following description will focus on different configurations.

도 9를 참조하면, 인버터는 컨버터부(200), 평활 회로부(300), 인버터부(400), 제1 회생 에너지 피드백 장치(600) 및 제2 회생 에너지 피드백 장치(800)를 포함한다. 컨버터부(200)의 입력단에는 상용 교류 전압을 제공하는 전원부(100)가 연결되고, 인버터부(400)의 출력단에는 모터(500)가 연결된다.Referring to FIG. 9, the inverter includes a converter unit 200, a smoothing circuit unit 300, an inverter unit 400, a first regenerative energy feedback device 600, and a second regenerative energy feedback device 800. A power supply unit 100 providing a commercial AC voltage is connected to an input terminal of the converter unit 200, and a motor 500 is connected to an output terminal of the inverter unit 400.

제1 회생 에너지 피드백 장치(600)는 평활 회로부(300)의 출력단과 전원부(100)의 출력단 사이에 연결되며, 모터(500)에서 생성되어 인버터부(400)로 인가되는 회생 에너지를 교류 전압으로 변환시킨 후, 변환된 교류 전압을 전원부(100)에 환원시킨다. The first regenerative energy feedback device 600 is connected between the output terminal of the smoothing circuit unit 300 and the output terminal of the power supply unit 100. The regenerative energy generated by the motor 500 and applied to the inverter unit 400 is converted into an AC voltage. After the conversion, the converted AC voltage is reduced to the power supply unit 100.

그리고, 제2 회생 에너지 피드백 장치(800)는 제1 회생 에너지 피드백 장치(600)에 병렬로 연결되어, 제1 회생 에너지 피드백 장치(600)에 인가되고 남는 회생 에너지를 교류 전압으로 변환시켜, 전원부(100)에 환원시킨다.The second regenerative energy feedback device 800 is connected to the first regenerative energy feedback device 600 in parallel, and converts the regenerative energy remaining in the first regenerative energy feedback device 600 into an alternating voltage, and thus, a power supply unit. Reduced to (100).

본 실시예의 경우, 2개의 회생 에너지 피드백 장치가 병렬 연결되어 있으나, 이는 설명을 위한 예시일 뿐, 회생 에너지 피드백 장치의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다.In the present embodiment, two regenerative energy feedback devices are connected in parallel, but this is only an example for description, and the number of regenerative energy feedback devices is not limited thereto and may be variously modified.

도 10은 본 발명에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치를 호이스트(hoist)에 적용 시, 소요되는 동력과 피드백되는 회생 에너지를 도시한 그래프이다. 10 is a graph showing the power required and the regenerative energy fed back when the regenerative energy feedback device for inverters according to the present invention is applied to a hoist.

본 발명에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치를 호이스트에 적용하면, 호이스트의 상승시에는 도면에 도시된 바와 같은 정도의 동력이 소모되며, 호이스트의 하강시에는 모터가 발전기 모드로 동작하게 되어 도면에 도시된 바와 같이 회생 에너지가 발생되며, 이러한 회생 에너지의 적어도 일부를 환원하여 이용할 수 있게 된다. 그 결과, 호이스트의 에너지 효율이 크게 개선되는 효과를 얻을 수 있다.When the regenerative energy feedback device for inverters according to the present invention is applied to a hoist, the power of the hoist is consumed as the hoist rises, and the motor operates in the generator mode when the hoist descends. As the regenerative energy is generated, at least a part of the regenerative energy can be reduced and used. As a result, the effect that the energy efficiency of a hoist can improve significantly can be acquired.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치 및 이를 구비한 인버터의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요 지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only an exemplary embodiment of an inverter regenerative energy feedback device and an inverter having the same according to the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, as claimed in the following claims. Without departing from the gist of the present invention, any person having ordinary knowledge in the field of the present invention will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.

도 1은 종래 기술에 따른 인버터의 개략 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an inverter according to the prior art.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치를 구비한 인버터의 개략 구성도이다.      2 is a schematic configuration diagram of an inverter including a regenerative energy feedback device for an inverter according to an embodiment of the present invention.

도 3은 인버터에 연결된 모터의 발전기 모드 시 인버터 및 모터 속도를 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing the inverter and the motor speed in the generator mode of the motor connected to the inverter.

도 4는 본 발명에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치의 개략적인 기능 블록도이다.      4 is a schematic functional block diagram of a regenerative energy feedback device for an inverter according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치의 회생 컨버터부의 기능 블록도이다.      5 is a functional block diagram of the regenerative converter unit of the regenerative energy feedback device for inverters according to the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 회생 컨버터부의 개략적인 회로도이다.       FIG. 6 is a schematic circuit diagram of the regenerative converter unit shown in FIG. 5.

도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 제어부의 개략적인 기능 블록도이다.      7 is a schematic functional block diagram of the controller illustrated in FIGS. 5 and 6.

도 8은 회생 컨버터부에서 전원부로 인가되는 교류 전원의 파형도이다.8 is a waveform diagram of an AC power source applied from a regenerative converter unit to a power source unit.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치를 구비한 인버터의 개략 구성도이다.      9 is a schematic configuration diagram of an inverter including a regenerative energy feedback device for an inverter according to another embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치를 호이스트(hoist)에 적용 시, 소요되는 동력과 피드백되는 회생 에너지를 도시한 그래프이다.      10 is a graph showing the power required and the regenerative energy fed back when the regenerative energy feedback device for inverters according to the present invention is applied to a hoist.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 전원부 200 : 컨버터부100: power supply unit 200: converter unit

300 : 평활 회로부 400 : 인버터부300: smoothing circuit portion 400: inverter portion

500 : 모터 600 : 회생 에너지 피드백 장치500: motor 600: regenerative energy feedback device

610 : 회생 컨버터부 630 : 제어부610: regenerative converter unit 630: control unit

640 : 전원 공급부 650 : 냉각부640: power supply unit 650: cooling unit

660 : MMI부 700 : 모니터부660: MMI unit 700: monitor unit

Claims (9)

인버터용 회생 에너지 피드백 장치에 있어서,In the regenerative energy feedback device for inverters, 인버터로 인가되는 회생 에너지를 상용 교류 전압으로 변환시켜 전원부로 환원시키는 회생 컨버터부;A regenerative converter unit converting the regenerative energy applied to the inverter into a commercial AC voltage and reducing the regenerative energy to a power supply unit; 상기 회생 컨버터부를 제어하는 제어부; A control unit controlling the regenerative converter unit; 상기 회생 컨버터부 및 상기 제어부에 전원을 인가하는 전원 공급부; 및A power supply unit applying power to the regenerative converter unit and the control unit; And 상기 회생 컨버터부에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각부를 포함하며, It includes a cooling unit for cooling the heat generated in the regenerative converter unit, 상기 회생 컨버터부는, 상기 회생 에너지를 교류 전압으로 변환시키는 회생 컨버터; 상기 전원부에서 공급되는 전원이 상기 인버터로 유입되는 것을 차단하는 역전압 방지부; 및 상기 회생 컨버터의 출력단에 연결되며, 상기 회생 컨버터에서 출력되는 교류 전압의 고조파를 저감시키는 리액터를 포함하고,The regenerative converter unit, a regenerative converter for converting the regenerative energy into an alternating voltage; A reverse voltage prevention unit for blocking the power supplied from the power supply unit from flowing into the inverter; And a reactor connected to an output terminal of the regenerative converter and reducing harmonics of an AC voltage output from the regenerative converter. 상기 제어부는,The control unit, 상기 역전압 방지부의 구동을 제어하는 역전압 방지부 구동부; 상기 회생 컨버터의 구동을 제어하는 회생 컨버터 구동부; 상기 회생 컨버터에서 변환되어 출력되는 교류 전압의 위상과 상기 전원부의 상용 교류 전압의 위상을 동기화시키는 위상 동기 회로; 전원부에서 3상 전압 검출하는 전압 검출기; 회생 컨버터에서 출력되는 3상 전류를 검출하는 전류 검출기; 상기 전류 검출기에 의해 검출된 전류에 대하여 PI 제어를 수행하는 전류 PI 제어기; 및 모터에서 생성된 회생 에너지로 인하여 증가된 직류 전압을 검출하는 DC 전압 검출기를 포함하며, A reverse voltage preventing unit driver for controlling driving of the reverse voltage preventing unit; A regenerative converter driver for controlling driving of the regenerative converter; A phase synchronizing circuit for synchronizing a phase of an AC voltage converted and output from the regenerative converter with a phase of a commercial AC voltage of the power supply unit; A voltage detector detecting a three-phase voltage in the power supply unit; A current detector for detecting a three-phase current output from the regenerative converter; A current PI controller for performing PI control on the current detected by the current detector; And a DC voltage detector for detecting an increased DC voltage due to regenerative energy generated in the motor. 상기 제어부는 상기 전압 검출기를 통하여 상기 전원부의 3상 전압을 검출하여, 3상/2상 좌표 변환을 수행한 후, 정지/동기 좌표 변환을 수행하여 위상 검출 신호를 생성하고, 상기 위상 검출 신호를 이용하여 동기/정지 좌표변환을 수행한 후, 2상/3상 좌표 변환을 수행한 다음에 3상 교류 전압을 전원부로 인가하는 것을 특징으로 하는 인버터용 회생 에너지 피드백 장치. The control unit detects the three-phase voltage of the power supply unit through the voltage detector, performs three-phase / 2-phase coordinate transformation, and then performs a stop / synchronous coordinate transformation to generate a phase detection signal and output the phase detection signal. A regenerative energy feedback device for an inverter, characterized in that after performing synchronous / stop coordinate conversion by using the two-phase / three-phase coordinate conversion, a three-phase AC voltage is applied to the power supply unit. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 역전압 방지부는 사이리스터를 포함하며, 상기 회생 컨버터는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터용 회생 에너지 피드백 장치. The reverse voltage protection unit includes a thyristor, and the regenerative converter includes an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) element. 삭제delete 전원부에서 제공되는 상용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 출력되는 직류 전압을 평활시키는 평활 회로부; 상기 평활 회로부에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환시키는 인버터부; 및 상기 평활 회로부의 출력단과 상기 전원부의 출력단 사이에 연결되어, 상기 인버터부로 인가되는 회생 에너지를 상기 상용 교류 전압으로 변환시켜, 상기 전원부에 환원시키는 회생 에너지 피드백 장치를 포함하며,A converter unit rectifying the commercial AC voltage provided by the power unit into a DC voltage; A smoothing circuit unit for smoothing the DC voltage output from the converter unit; An inverter unit for converting a DC voltage output from the smoothing circuit unit into an AC voltage; And a regenerative energy feedback device connected between an output terminal of the smoothing circuit unit and an output terminal of the power supply unit to convert regenerative energy applied to the inverter unit into the commercial AC voltage and reduce the regenerative energy to the power supply unit. 상기 회생 에너지 피드백 장치는 청구항 1에 따른 인버터용 회생 에너지 피드백 장치가 이용되는 것을 특징으로 하는 인버터.The regenerative energy feedback device is an inverter, characterized in that the regenerative energy feedback device for inverter according to claim 1 is used. 삭제delete 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 회생 에너지 피드백 장치는 복수개로 구성되며, 각 회생 에너지 피드백 장치는 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 인버터.And a plurality of regenerative energy feedback devices, each regenerative energy feedback device being connected in parallel.
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