KR101025690B1 - 선택적으로 이기종모터를 구동할 수 있는 인버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한 개의 인버터에 종류가 서로 다른 모터를 구동시킬 수 있는 프로그램을 저장시킨 후 인버터에 연결된 모터의 종류에 따라서 선택 스위치를 선택함으로써 종류가 다른 모터를 구동할 수 있는 선택적으로 이기종모터를 구동할 수 있는 인버터에 관한 것으로, 인버터에 있어서, 단상 또는 삼상의 교류전원을 공급받아 직류로 변환한 후 평활시켜 출력하는 정류부와, 작업자의 조작에 따라 모터정보 및 작업정보를 입출력하는 제어신호 입출력부와, 상기 제어신호 입출력부로부터 입력되는 모터정보를 이용하여 결선정보에 대응하는 해당 모터의 구동 파형을 생성시킬 수 있는 PWM 신호를 생성, 출력하고, 상기 작업정보에 대응하여 상기 구동파형의 주파수 또는 전압을 제어하는 제어부와, 상기 PWM 신호를 입력받아 스위칭 구동신호를 출력하는 게이트 구동부와, 상기 스위칭 구동신호를 입력받아 모터로 구동전압을 공급시키는 모터 구동부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
인버터, 프로그래밍, 모터, 선택스위치

Description

선택적으로 이기종모터를 구동할 수 있는 인버터{.}
본 발명은 선택적으로 이기종모터를 구동할 수 있는 인버터에 관한 것이다.
보다 상세하게는 한 개의 인버터에 종류가 서로 다른 모터를 구동시킬 수 있는 프로그램을 저장시킨 후 인버터에 연결된 모터의 종류에 따라서 선택 스위치를 선택함으로써 종류가 다른 모터를 구동할 수 있는 선택적으로 이기종모터를 구동할 수 있는 인버터에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 인버터장치가 도 1에 도시되어 있는데 이를 참고하면, 외부에서 전달되는 대개 220V, 60㎐의 교류 전원을 브리지 다이오드(미도시)를 통해 정류시키는 전압정류부(1)와, 상기 전압정류부(1)에서 정류된 전압을 커패시터(C)와 코일(L)을 통해 평활하여 직류 전압을 생성 출력시키는 전압평활부(2)와, 상기 전압평활부(2)와 연결되는 동시에 다수의 트랜지스터로 이루어져 모터(M)의 권선에 모터구동용 전류를 전달하는 스위칭부(3)와, 상기 모터(M)를 구동시키기 위해 필요한 전압 및 주파수를 결정하고 그에 따른 스위칭 제어신호를 생성 출력시키는 마이 컴(4)과, 상기 마이컴(4)의 스위칭 제어신호를 전달받아 상기 스위칭부(3)를 구동시키기 위한 스위칭 구동신호를 생성 출력시키는 구동부(5)로 구성된다.
특히, 상기 스위칭부(3)에서는 구동부(5)의 스위칭 구동신호를 전달받아 모터(M)의 3상(U상, V상, W상)에 공급되는 전원을 생성시키게 된다. 또한, 시스템에는 상기 스위칭부(3)의 각 트랜지스터 파손을 방지하기 위해 각종 보호회로가 구비되지만 도 1에서는 생략되어 있다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 인버터장치의 동작은, 먼저 외부에서 교류 전원이 인가되면 전압정류부(1) 및 전압평활부(2)를 거쳐 직류 전압으로 변환되어 시스템에 공급되게 된다. 그 후, 마이컴(4)에서는 모터(M)를 구동시키기 위해 일정한 주파수 및 전압을 갖는 사인파 신호를 생성하게 된다.
상기 마이컴(4)에서 모터(M)의 회전에 따른 로터의 위치를 파악하여 위치검출신호를 생성 출력하게 된다. 그리고, 마이컴(4)은 위치검출신호를 전달받아 모터(M) 내에 로터가 특정 위치에 있는지를 판단하게 된다.
판단 결과 로터가 특정 위치에 있지 않은 경우 로터의 위치를 파악하게 되고, 상기 로터가 특정 위치에 있는 경우 마이컴(4)은 모터(M)의 회전수를 계산한 후에 사인파 신호의 영점(zero point)을 검출하게 된다.
그리고 모터(M)를 구동시키기 위해 정상 상태의 사인파 신호를 생성하기 위해 검출된 사인파 신호의 영점에서 정점 전류의 크기를 올려주어야 하므로 타이머가 동작되는 동시에 캐리어(carrier) 주파수를 20㎑로 하여 주기가 50㎲마다 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, 이하 PWM이라고 함) 방식을 사용하게 된다.
마이컴(4)은 타이머를 이용하여 매 50㎲마다 인터럽트 신호를 발생하게 되는지를 감시하게 된다. 이때, 감시 결과 인터럽트 신호가 발생되지 않는 경우 마이컴(4)은 펄스 크기와 같은 사인파 신호를 연산하게 되고, 연산된 사인파 신호를 통해 온(ON) 구간과 오프(OFF) 구간을 결정하게 된다.
그런데, 감시 결과 인터럽트 신호가 발생하는 경우 마이컴(4)은 마이컴(4)의 출력포트를 통해 온 구간 시에는 하이(High) 신호를, 오프 구간 시에는 로우(Low) 신호를 출력시키게 된다. 또한, 마이컴(4)은 상기 온 구간과 오프 구간을 결정한 후에는 적정한 신호를 출력시키게 된다.
마지막으로, 마이컴(4)은 모터(M)를 정지시켜야 되는지를 판단하게 되는데, 판단 결과가 모터(M)를 정지시켜야 하는 경우 마이컴(4)은 사인파 신호의 연산 과정을 종료한 후에 다음 작업을 수행하게 되고, 판단 결과 모터(M)를 정지시키지 말아야 하는 경우 로터의 위치를 파악하는 초기 단계로 복귀하여 다시 사인파 신호의 연산 과정을 수행하게 된다.
이렇게, 상기 마이컴(4)의 사인파 신호의 연산 과정을 통해 스위칭 구동신호가 생성되어 구동부(5)로 출력되게 되면 상기 구동부(5)에서는 상기 스위칭부(3)의 각 트랜지스터를 구동시키기 위해 스위칭부(3)로 스위칭 신호를 전달하게 된다. 그러면, 상기 스위칭부(3)에서는 스위칭 신호에 의해 모터(M)의 권선에 사인파 전류를 전달하게 된다.
그러나, 종래의 경우 마이컴을 이용하여 한가지 종류의 모터에 대해서만 구동시킬 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 한 개의 인버터에 종류가 서로 다른 모터를 구동시킬 수 있는 프로그램을 저장시킨 후 인버터에 연결된 모터의 종류에 따라서 선택 스위치를 선택함으로써 종류가 다른 모터를 구동할 수 있는 선택적으로 이기종모터를 구동할 수 있는 인버터를 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 인버터에 있어서, 단상 또는 삼상의 교류전원을 공급받아 직류로 변환한 후 평활시켜 출력하는 정류부; 작업자의 조작에 따라 모터의 종류 및 결선정보를 포함하는 모터정보와 회전속도와 회전방향을 포함하는 작업정보를 입출력하는 제어신호 입출력부; 상기 제어신호 입출력부로부터 입력되는 모터정보를 이용하여 결선정보에 대응하는 해당 모터의 구동 파형을 생성시킬 수 있는 PWM 신호를 생성, 출력하고, 상기 작업정보에 대응하여 상기 구동파형의 주파수 또는 전압을 제어하는 제어부; 상기 PWM 신호를 입력받아 스위칭 구동신호를 출력하는 게이트 구동부; 및 상기 스위칭 구동신호를 입력받아 상기 모터의 종류에 따른 작업정보에 따라 120도 및 180도의 위상차를 가지는 구동전압을 상기 모터로 공급시키는 모터 구동부;로 구성되되, 상기 제어부는, 상기 제어신호 출력부의 작업정보에 응하여 복수개의 PWM 신호를 상기 게이트 구동부로 출력하고, 상기 모터 구동부는 복수의 스위칭 소자로 이루어지며, 상기 제어부로부터 출력되는 PWM 신호에 의해 선택적으로 온 또는 오프되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 한 개의 인버터에 종류가 서로 다른 모터를 구동시킬 수 있는 프로그램을 저장시킨 후 인버터에 연결된 모터의 종류에 따라서 선택 스위치를 선택함으로써 종류가 다른 모터를 구동할 수 있도록 하여, 모터를 다른 종류의 모터로 바꾸는 경우에도 인버터는 동일한 인버터를 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
따라서, 소비자 및 유통자 모두 재고를 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 인버터는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 단상 또는 삼상의 교류전원을 공급받아 직류로 변환한 후 평활시켜 출력하는 정류부(110)와, 작업자의 조작에 따라 모터정보 및 작업정보를 입출력하는 제어신호 입출력부(120)와, 상기 제어신호 입출력부(120)로부터 입력되는 모터정보를 이용하여 결선정보에 대응하는 해당 모터(160)의 구동 파형을 생성시킬 수 있는 PWM 신호를 생성, 출력하고, 상기 작업정보에 대응하여 상기 구동파형의 주파수 또는 전압을 제어하는 제어부(130)와, 상기 PWM 신호를 입력받아 스위칭 구동신호를 출력하는 게이트 구동부(140)와, 상기 스위칭 구동신호를 입력받아 모터(160)로 구동전압을 공급시키는 모터 구동부(150)로 구성된다.
상기 제어부(130)는 제어신호 입출력부(120)의 작업정보에 응하여 복수개의 PWM 신호(PWM0~PWM5)를 상기 게이트 구동부(140)로 출력한다.
상기 작업정보는 모터(160)의 종류 및 결선정보를 포함하는 모터정보와, 모터(160)의 회전속도 및 회전방향 정보이다.
상기 모터 구동부(150)는 복수의 스위칭 소자(Q0~Q5)로 이루어지며, 상기 제어부(130)로부터 출력되는 PWM 신호에 의해 선택적으로 온 또는 오프된다.
상기 제어부(130)는 상기 모터(160)의 사인파 구동파형 진폭의 절대치가 작은 부분에서는 상기 모터 구동부(150)의 해당 스위칭 소자의 도통시간이 짧아지도록 PWM 신호를 출력하고, 상기 구동파형 진폭의 절대치가 큰 부분에서는 상기 모터 구동부(150)의 해당 스위칭 소자의 도통시간이 길어 지도록 PWM 신호를 출력하여, 모터 구동부(150)의 출력전압이 임의의 시점에서 단위 시간당 전압의 평균치가 변하게 되도록 한다.
상기와 같이 구성된 인버터의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 작업자는 모터(160)에 인버터(100)를 연결시킨 후 제어신호 입출력부(120)를 통해 인버터(100)에 연결된 모터와 관련된 정보, 즉 위상차가 120도인 구동전압에 의해 동작하는 삼상모터, 위상차가 180도인 구동전압에 의해 동작하는 단상모터, 삼상블로어모터, 단상블로어모터 등등, 모터의 종류를 입력하고, 모터(160)의 회전속도 및 회전 방향 등과 같은 작업 정보를 입력하면, 제어부(130)는 모터의 종류를 이용하여 결선상태에 따라 서로 다른 PWM 신호를 발생시킨다.
이렇게 발생된 PWM 신호는 게이트 구동부(140)로 입력되고, 게이트 구동부(140)는 PWM 신호에 대응하여 모터 구동부(150)이 모터(160)의 종류에 따른 위상차를 가지는 구동전압을 모터(160)로 제공하도록 하는 스위칭 온/오프신호를 생성하고, 생성된 스위칭 온/오프신호를 모터 구동부(150)로 출력한다.
모터 구동부(150)는 6개의 트랜지스터(Q0~Q5) 및 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 6개의 트랜지스터(Q0~Q5)는 제어부(130)에서 출력되는 복수의 PWM 신호(PWM0~PWM5)들에 대응하여 상기 게이트 구동부(140)로부터 출력되는 스위칭 온/오프신호에 의해 온 또는 오프 동작이 이루어진다. 즉, 모터 구동부(150)를 이루고 있는 복수의 트랜지스터(Q0~Q5)가 선택적으로 온/오프되어 도 7 내지 도 9 중 하나의 구동파형이 생성되어 모터(160)로 구동전압을 공급하고, 그에 따라 모터(160)는 작업자에 의해 설정된 회전속도 및 회전방향으로 회전한다.
상기 제어부(130)에서 발생되는 신호를 이용하여 모터 구동부(150)에서 이루어지는 정현파 생성 방법에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 제어부(130)가 모터 구동파형(도 6 참조)인 정현파 진폭의 절대치가 작은 부분에서는 모터 구동부(150)의 스위칭 소자의 도통시간이 짧아지도록 PWM 신호를 출력하고, 정현파 진폭의 절대치가 큰 부분에서는 모터 구동부(150)의 스위칭 소자의 도통시간을 길어지도록 PWM 신호를 출력하면, 임의의 시점에서 단위 시간당 전압의 평균치가 변하게 된다.
정현파의 부호화 방법에 대해 좀 더 상세히 기술하면, 먼저 Va-Vb>0인 경우 즉 도 6의 PWM 펄스 그래프의 좌측 절반에 해당하는 경우 로우레벨의 PWM0 신호가 게이트 단으로 입력되어 스위칭소자(Q0)가 오프인 상태에서 하이레벨의 PWM1 신호가 게이트 단으로 입력되어 스위칭소자(Q1)가 일정시간 온됨과 동시에 로우레벨의 PWM3 신호가 게이트 단으로 입력되어 스위칭소자(Q3)가 오프된 상태에서 하이레벨의 PWM2 신호가 게이트 단으로 입력되어 스위칭소자(Q2)가 일정시간 온되면, 정류부(110)에서 변환된 직류전원은 플러스단(D+)을 통해 스위칭소자(Q1)로 인가되고, 스위칭소자(Q1)를 거쳐 모터(160)로 인가되며, 모터(160)를 통해 스위칭소자(Q2)로 입력되며, 스위칭소자(Q2)를 통해 정류부(110)의 마이너스단(D-)으로 흐르게 되어 모터(160)가 구동된다.
만약에 Va-Vb<0인 경우, 즉 도 6의 PWM 펄스 그래프의 우측 절반에 해당하는 경우 로우레벨의 PWM2 신호가 게이트 단으로 입력되어 스위칭소자(Q2)가 오프인 상태에서 하이레벨의 PWM3 신호가 게이트 단으로 입력되어 스위칭소자(Q3)가 일정시간 온됨과 동시에 로우레벨의 PWM1 신호가 게이트 단으로 입력되어 스위칭소자(Q1)가 오프인 상태에서 하이레벨의 PWM0 신호가 게이트 단으로 입력되어 스위칭소자(PWM0)가 일정시간 온되면, 정류부(110)에 의해 변환된 직류전원은 플러스단(D+)을 통해 스위칭소자(Q3)로 인가되고, 스위칭소자(Q3)를 거쳐 모터(160)로 인가되며, 모터(160)를 통해 스위칭 소자(Q0)로 인가되고, 스위칭 소자(Q0)를 통해 정류부(110)의 마이너스단(D-)으로 흐르게 되어 모터(160)가 구동된다.
도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 모터별 개념도이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 인버터를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용된 3상 모터에 적용된 인버터 회로도이다.
도 3은 본 발명이 적용된 2상 모터에 적용된 인버터 회로도이다.
도 4는 본 발명이 적용된 단상 유도 모터에 적용된 인버터 회로도이다.
도 5는 본 발명이 적용된 직류 모터에 적용된 인버터 회로도이다.
도 6은 정현파 부호화방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명이 적용된 인버터 종류별 구동파형 그래프이다.
도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 모터별 개념도이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100 : 인버터
110 : 정류부
120 : 제어신호 입출력부
130 : 제어부
140 : 게이트 구동부
150 : 모터 구동부
160 : 모터

Claims (6)

  1. 인버터에 있어서,
    단상 또는 삼상의 교류전원을 공급받아 직류로 변환한 후 평활시켜 출력하는 정류부;
    작업자의 조작에 따라 모터의 종류 및 결선정보를 포함하는 모터정보와 회전속도와 회전방향을 포함하는 작업정보를 입출력하는 제어신호 입출력부;
    상기 제어신호 입출력부로부터 입력되는 모터정보를 이용하여 결선정보에 대응하는 해당 모터의 구동 파형을 생성시킬 수 있는 PWM 신호를 생성, 출력하고, 상기 작업정보에 대응하여 상기 구동파형의 주파수 또는 전압을 제어하는 제어부;
    상기 PWM 신호를 입력받아 스위칭 구동신호를 출력하는 게이트 구동부; 및
    상기 스위칭 구동신호를 입력받아 상기 모터의 종류에 따른 작업정보에 따라 120도 및 180도의 위상차를 가지는 구동전압을 상기 모터로 공급시키는 모터 구동부;로 구성되되,
    상기 제어부는, 상기 제어신호 출력부의 작업정보에 응하여 복수개의 PWM 신호를 상기 게이트 구동부로 출력하고,
    상기 모터 구동부는 복수의 스위칭 소자로 이루어지며, 상기 제어부로부터 출력되는 PWM 신호에 의해 선택적으로 온 또는 오프되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 이기종모터를 구동할 수 있는 인버터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 구동파형 진폭의 절대치가 작은 부분에서는 상기 모터 구동부의 해당 스위칭 소자의 도통시간이 짧아지도록 PWM 신호를 출력하고, 상기 구동파형 진폭의 절대치가 큰 부분에서는 상기 모터 구동부의 스위칭 소자의 도통시간이 길어지도록 PWM 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 선택적으로 이기종모터를 구동할 수 있는 인버터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 모터 구동부의 출력전압이 임의의 시점에서 단위 시간당 전압의 평균치가 변하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 선택적으로 이기종모터를 구동할 수 있는 인버터.
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