KR101271234B1 - Ｐｗｍ 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일면에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법은 복수개의 전압센서들을 이용하여 PWM 컨버터의 제어를 위해 공급되는 3상의 입력전원의 각각의 위상에 따른 선간전압들을 각각 측정하는 단계와, 상기 선간전압들의 합이 기설정된 제1 임계값보다 큰 경우에 있어서, (선간전압들의 합/선간전압들 중 어느 하나의 선간 전압)과 (선간전압들의 합에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량/어느 하나의 선간 전압에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량)의 차의 절대값이 기설정된 제2 임계값보다 작은 경우 어느 하나의 선간 전압을 측정하는 상기 전압센서를 고장으로 판별하는 단계를 포함한다.

Description

ＰＷＭ 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING A FAILURE OF VOLTAGE SENSOR IN PWM CONVERTER}

본 발명은 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 3상 교류의 입력전원과 PWM 컨버터의 사이에 연결되어 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장을 판별하기 위한 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치에 관한 것이다.

3상 AC/DC PWM 컨버터는 임의의 교류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시키는 전력 변환기이다. 이러한 PWM 컨버터를 제어하기 위해서는 교류 입력 전원에 대한 정보가 필수적인데, 이는 3상 교류의 입력전원과 PWM 컨버터의 사이에 연결되어 선간전압을 측정하는 전압센서로부터 획득할 수 있다.

만약 전압센서에 고장이 발생할 경우, 정상적인 3상 계통 전압이 입력됨에도 불구하고, 측정된 3상 전압의 왜곡으로 인해 왜곡된 지령 전압을 만들어내게 된다. 즉, 3상 입력 전원의 전압이 정상일 지라도 전압 센서의 고장으로 인해 전압값을 잘못 측정하게 되면 PWM 컨버터의 정상적인 제어가 불가능해진다는 문제가 있다.

이 경우, PWM 컨버터의 성능이 크게 저하되거나 경우에 따라서는 과전류로 인한 컨버터의 파손으로 이어질 수 있다.

한편, 종래기술인 "전력변환장치의 고장 진단 장치 및 그 방법, 대한민국 공개특허공보 10-2012-0018406"에는 3상 전류 측정을 통해 컨버터 및 인버터를 구성하는 반도체 스위칭 소자의 고장을 진단하는 기술을 개시하고 있다.

하지만, 이러한 종래기술에 따라서는 전압센서 자체의 고장을 진단하지는 못하여 반도체 스위칭 소자에 전류가 흐른 이후에만 전력변환장치의 고장을 진단할 수 있어 측정된 전압값이 왜곡되는 경우 전력변환장치의 파손을 방지할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 전압센서가 완전히 고장난 경우가 아니여서, 3상의 선간전압들의 합에 의한 전압값이 일정한 값이 아닌 정현파의 형태 등으로 출력되는 경우 고장을 일으킨 전압센서를 특정하지 못한다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 3상 교류의 입력전원과 PWM 컨버터의 사이에 연결되어 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장을 판별하기 위한 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일면에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법은 복수개의 전압센서들을 이용하여 PWM 컨버터의 제어를 위해 공급되는 3상의 입력전원의 각각의 위상에 따른 선간전압들을 각각 측정하는 단계와, 선간전압들의 합이 기설정된 제1 임계값보다 큰 경우에 있어서, (선간전압들의 합/선간전압들 중 어느 하나의 선간 전압)과 (선간전압들의 합에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량/어느 하나의 선간 전압에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량)의 차의 절대값이 기설정된 제2 임계값보다 작은 경우 어느 하나의 선간 전압을 측정하는 상기 전압센서를 고장으로 판별하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른면에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 장치는 PWM 컨버터의 제어를 위해 공급되는 3상의 입력전원의 각각의 위상에 따른 선간전압들을 각각 측정하는 복수개의 전압센서와, 선간전압들의 합이 기설정된 제1 임계값보다 큰 경우에 있어서, (선간전압들의 합/선간전압들 중 어느 하나의 선간 전압)과 (선간전압들의 합에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량/어느 하나의 선간 전압에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량)의 차의 절대값이 기설정된 제2 임계값보다 작은 경우 어느 하나의 선간 전압을 측정하는 전압센서를 고장으로 판별하는 전압센서 고장 판별부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 3상 교류의 입력전원과 PWM 컨버터의 사이에 연결되어 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장을 판별할 수 있으며, 전압센서가 완전히 고장난 경우가 아니여서 3상의 선간전압들의 합에 의한 전압값이 일정한 값이 아닌 불특정한 파형의 형태로 출력되는 경우에 있어서도 전압센서의 고장을 판별할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 장치를 나타내는 블록도.
도 3은 PWM 컨버터의 전압센서 고장 전후 시점의 선간전압들의 합에 대한 값을 나타내는 그래프.
도 4는 Vab의 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장이 발생되는 경우의 전압센서 고장 판별을 설명하기 위한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 전압센서 고장 판별 장치에 있어서 생성되는 플래그(Flag) 신호를 설명하기 위한 그래프.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 장치를 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 임의의 3상 교류 입력전원(20)을 제공받아 3상 AC전력을 DC 전력으로 변환시키는 복수개의 스위칭 소자로 구성되는 컨버터(30)를 도시하고 있다. 본 발명의 실시예에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치는 전술한 회로에 있어서, 입력전원(20)으로부터 컨버터(30)에 이르는 계통에 있어서, 선간전압(Vab, Vbc, Vca)을 측정하는 복수개의 전압센서들(100)의 고장을 판별하는 것에 관한 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 장치(10)는 각 위상별로 선간전압(Vab, Vbc, Vca)을 측정하는 복수개의 전압센서들(100)과, 전압센서들의 고장을 판별하는 전압센서 고장 판별부(200)와, 전압센서 고장 여부를 나타내기위한 플래그(Flag)신호 생성부(300)를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치에 따른 전압센서들(100)의 고장을 판별하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 복수개의 전압센서들(100)을 이용하여 PWM 컨버터의 제어를 위해 공급되는 3상의 입력전원(20)의 각각의 위상에 따른 선간전압들(Vab, Vbc, Vca)을 각각 측정한다(S101).

이후, 선간전압들(Vab, Vbc, Vca)의 합을 구한다(S103).(이하, 설명의 편의를 위하여 선간전압들(Vab, Vbc, Vca)의 합은 Vsum으로 나타낸다.)

여기서, 각각의 선간전압(Vab, Vbc, Vca)과 선간전압들의 합(Vsum)은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

,

,

여기서, │V│는 선간 전압의 크기이며, w는 주파수, t는 시간을 의미한다.

수학식 1에 나타난바와 같이 각 선간전압들은 120도의 위상차를 가지므로 이들의 합은 일정한 크기의 전압인 Vsum으로 표현될 수 있다.

만약, 전압센서들(100) 중 어느하나가 고장이 발생하는 경우, 120도의 위상차를 유지할 수 없고 선간전압의 크기 또한 변동될 수 있다. 이 때, Vsum의 값은 고장이 발생되기 전과 비교하여 커지게된다.

이하, 전압센서의 고장 전후에 있어서 Vsum의 값의 변화를 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 PWM 컨버터의 선간전압 Vab를 측정하는 전압센서의 고장 전후 시점의 선간전압들의 합(Vsum)에 대한 값을 나타내는 그래프이다.

도 3을 참조하면, 고장 전에 있어서는 Vsum의 값은 일정값(예를 들면, 0V)을 유지(701)하게 되지만 선간전압 Vab를 측정하는 전압센서의 고장이 발생되는 경우 정현파 형태의 Vsum 값(703)이 출력되는 것을 알 수 있다.

즉, 전압센서들(100)의 측정오차 등을 고려하여 전압센서의 고장 발생 여부의 기준이 되는 제1 임계값을 설정할 수 있으며, 선간전압들의 합(Vsum)이 기설정된 제1 임계값보다 큰 경우인지를 판단하여, 전압센서들(100)에 있어서 고장 발생 여부를 판단할 수 있다(S105).

하지만, 이러한 조건만에 의해서는 어느 전압센서가 고장인지를 특정하기는 어렵다.

따라서, (선간전압들의 합/선간전압들 중 어느 하나의 선간 전압)과 (선간전압들의 합에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량/어느 하나의 선간 전압에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량)의 차의 절대값이 기설정된 제2 임계값보다 작은지를 판단하고(S107), 제2 임계값보다 작은 경우 어느 하나의 선간 전압을 측정하는 전압센서를 고장으로 판별한다(S109).

예를 들어, Vab를 측정하는 전압센서에 고장이 발생된 경우, (선간전압들의 합/선간 전압 Vab)의 값은 (선간전압들의 합에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량/선간 전압 Vab에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량)의 값과 거의 일치되게 되어 0에 가까운 값을 나타내게 되며, 전압센서의 측정오차를 감안하여 제2 임계값을 설정할 때 하기의 수학식 2를 만족할 수 있다.

즉, 고장이 발생된 전압센서에 대응되는 선간전압의 파형이 선간전압들의 합(Vsum)에 중첩되어 나타나기 때문에, 선간전압들의 합(Vsum)에 대한 각각의 선간전압(Vab, Vbc, Vca)과 그들의 변화량(△Vab, △Vbc, △Vca)을 비교하면, 고장이 발생된 전압센서를 특정할 수 있게된다.

만약, 고장이 발생되지 않은 Vbc를 측정하는 전압센서의 경우라면, 수학식 2에 있어서 분자 성분인 Vsum의 값은 Vab의 성분에 의해 0에 가깝게 유지되지 못하며, 분모 성분인 Vbc의 값은

와 같은 값을 가지게 되므로 수학식 2의 조건을 만족하기 어렵다.

도 4는 Vab의 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장이 발생되는 경우의 전압센서 고장 판별을 설명하기 위한 그래프이다.

81은 선간전압 Vab의 측정에 따라 계산된

의 값을 나타내는 그래프이고, 82은 선간전압 Vbc의 측정에 따라 계산된

의 값을 나타내는 그래프이며, 83은 선간전압 Vca의 측정에 따라 계산된

의 값을 나타내는 그래프이다.

만약, Vab의 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장이 발생한 경우에 있어서, Vab의 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장 발생 시점 전(801)에 있어서는 81, 83, 85의 그래프에서의 y축 값이 모두 일정한 값의 형태로 출력된다. 하지만, Vab의 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장 발생 시점 후(803)에 있어서는, 82 및 83에 있어서는 파형의 변화가 발생되나 81의 경우는 일정한 값을 유지하게 된다.

즉, 82 및 83에 나타나는 파형의 y축 값의 크기 변화를 고려하여 제2 임계값을 설정하게되면, Vab의 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장을 판별할 수 있다.

전술한 고장 판별 방법은 Vbc 및 Vca의 선간전압을 측정하는 전압센서의 고장 판별에도 같은 원리로 적용될 수 있다.

한편, 전압센서가 완전히 고장남에 따라 출력값이 0이나 기설정된 범위 이외의 값이 출력되는 경우에 있어서 해당 전압센서의 고장을 판별하기 위하여, 수학식 3 또는 수학식 4의 조건을 더 이용하여 전압센서의 고장을 판별하도록한다(S113).

구체적으로, 선간전압들 중 어느 하나의 선간 전압의 크기 또는 어느 하나의 선간 전압에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량이 기설정된 제3 임계값보다 작은지를 판단하고(S113), 작으면 어느 하나의 선간 전압을 측정하는 전압센서를 고장으로 더 판별하도록한다(S109).

만약, 수학식 1 내지 수학식 4의 조건을 만족하지 않는 경우는 각 선간전압을 측정하는 전압센서를 정상으로 판단한다(S115).

이후, 전압센서를 고장으로 판별하는 경우를 온(ON)으로, 전압센서를 고장으로 판별하지 않는 경우를 오프(OFF)로하는 플래그(Flag) 신호를 생성한다(S111).

예를 들면, Vab의 선간전압을 측정하는 전압센서에 고장이 발생되는 경우에 있어서, 도 5와 같이 플래그(Flag) 신호가 생성 및 출력되도록 할 수 있다.

도 5에서는, 전압센서의 고장발생 전에 있어서 각 센서들의 플래그 신호가 OFF로 출력(901)되고 있으며, 전압센서의 고장발생 후에 있어서 고장이 발생된 Va의 선간전압을 측정하는 전압센서의 플래그 신호가 ON으로 나머지 전압센서들의 플래그 신호는 OFF로 출력된다.

이러한, 플래그(Flag) 신호에 따라 선간전압을 측정하는 개별 전압센서의 고장 여부를 쉽게 파악할 수 있다.

한편, 전술한 바에 따른 본 발명의 실시예에 따른 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치는 컨버터가 아닌 인버터에도 별다른 구조변경없이 손쉽게 적용될 수 있음이 명백하다고 할 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

1. 복수개의 전압센서들을 이용하여 PWM 컨버터의 제어를 위해 공급되는 3상의 입력전원의 각각의 위상에 따른 선간전압들을 각각 측정하는 단계; 및
   상기 선간전압들의 합이 기설정된 제1 임계값보다 큰 경우에 있어서, (상기 선간전압들의 합/상기 선간전압들 중 어느 하나의 선간 전압)과 (상기 선간전압들의 합에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량/상기 어느 하나의 선간 전압에 대한 상기 기설정된 시간 범위에서의 변화량)의 차의 절대값이 기설정된 제2 임계값보다 작다면 상기 어느 하나의 선간 전압을 측정하는 상기 전압센서를 고장으로 판별하는 단계;
   를 포함하는 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 판별하는 단계는,
   상기 선간전압들 중 어느 하나의 선간 전압의 크기 또는 상기 어느 하나의 선간 전압에 대한 상기 기설정된 시간 범위에서의 변화량이 기설정된 제3 임계값보다 작으면 상기 어느 하나의 선간 전압을 측정하는 상기 전압센서를 고장으로 더 판별하는 단계인 것
   인 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전압센서를 고장으로 판별하는 경우를 온(ON)으로, 상기 전압센서를 고장으로 판별하지 않는 경우를 오프(OFF)로하는 플래그(Flag) 신호를 생성하는 단계;
   를 더 포함하는 PWM 컨버터의 전압센서 고장 판별 방법.
4. PWM 컨버터의 제어를 위해 공급되는 3상의 입력전원의 각각의 위상에 따른 선간전압들을 각각 측정하는 복수개의 전압센서; 및
   상기 선간전압들의 합이 기설정된 제1 임계값보다 큰 경우에 있어서, (상기 선간전압들의 합/상기 선간전압들 중 어느 하나의 선간 전압)과 (상기 선간전압들의 합에 대한 기설정된 시간 범위에서의 변화량/상기 어느 하나의 선간 전압에 대한 상기 기설정된 시간 범위에서의 변화량)의 차의 절대값이 기설정된 제2 임계값보다 작은 경우 상기 어느 하나의 선간 전압을 측정하는 상기 전압센서를 고장으로 판별하는 전압센서 고장 판별부;
   를 포함하는 전압센서 고장 판별 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 전압센서 고장 판별부는,
   상기 선간전압들 중 어느 하나의 선간 전압의 크기 또는 상기 어느 하나의 선간 전압에 대한 상기 기설정된 시간 범위에서의 변화량이 기설정된 제3 임계값보다 작으면 상기 어느 하나의 선간 전압을 측정하는 상기 전압센서를 고장으로 더 판별하는 것
   인 전압센서 고장 판별 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 전압센서를 고장으로 판별하는 경우를 온(ON)으로, 상기 전압센서를 고장으로 판별하지 않는 경우를 오프(OFF)로하는 플래그(Flag) 신호를 생성하는 플래그 신호 생성부;
   를 더 포함하는 전압센서 고장 판별 장치.
   
   

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