KR101437202B1 - 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법 및 그 방법을 이용한 인버터 - Google Patents

복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법 및 그 방법을 이용한 인버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상용 교류전력을 맥류전력으로 변환하는 정류기, 상기 정류기의 출력전력을 커패시터에 충전시켜 직류전력으로 변환하는 직류링크부, 상기 교류전력의 전압을 검출하는 입력전압 검출부, 상기 입력전압 검출부가 검출한 전압에 따라 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부, 상기 제어부가 출력하는 스위칭 제어신호에 따라, 상기 커패시터의 충전전압을 스위칭시켜 교류전력을 생성하고, 생성한 교류전력을 부하로 출력하는 스위칭부를 포함하고, 상기 제어부는 순시정전 발생 후 복전시 감소된 직류링크단 전압을 보상하기 위한 전압보상지령 생성시, 상기 전압보상지령을 보정하여 과전압 및 과전류를 방지하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 복전시 인버터의 전압보상지령을 보정하는 인버터를 제공한다.

Description

복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법 및 그 방법을 이용한 인버터{THE METHOD FOR COMPENSATING AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR ON INVERTER WHEN POWER RESTORING AND INVERTER USING THEREOF}
본 발명은 복전시 인버터의 전압보상지령 결정 방법 및 그 방법을 이용한 인버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인버터를 이용한 유도 전동기의 V/f운전 중, 순시정전 후 복전시 전압보상지령 보정에 의하여, 인버터에서 발생하는 직류링크단의 과전압과 출력단의 과전류를 별도의 기계적인 안전 장치 없이 억제함으로써 인버터 및 전동기의 소손을 방지하는 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법 및 그 방법을 이용한 인버터에 관한 것이다.
일반적으로 유도전동기의 회전속도를 제어하는데 인버터가 많이 사용되고 있다. 인버터는 교류전원을 직류전원으로 변환하고, 그 직류전원을 스위칭소자로 스위칭시켜 교류전원으로 변환한 후 유도전동기에 인가하고 있다. 인버터는 상기 스위칭 소자의 스위칭 시간을 조절함으로써 유도전동기로 공급되는 전력이 조절되어 회전속도가 정밀하게 제어된다. 인버터에 사용되는 스위칭 소자로서는 통상적으로 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 많이 사용하고 있다.
이하 인버터의 구성에 대하여 살펴본다.
인버터는 인버터에 전원을 공급하기 위한 3상 전원부와 전력변환을 하기 위한 인버터부와 상기 인버터부를 제어하기 위한 제어부로 구성된다. 상기 인버터의 출력단에는 상기 인버터부에서 생성된 전원으로 운전되는 유도 전동기부가 연결되어 있다.
상기 인버터부는 입력 전원을 검출하기 위한 입력 전원 검출부와 교류인 입력전원을 직류로 변환하는 교류/직류 변환부와 상기 교류/직류 변환부로부터 출력되는 직류전원을 저장하기 위한 직류링크부, 직류전원을 교류 전원으로 변환하는 직류/교류 변환부로 구성된다.
상기 제어부는 순시정전 발생 후 복전시 감소된 직류링크단 전압을 보상하기 위한 전압보상지령 생성부 및 전압보상지령을 통해 직류링크 전압을 제어하는 직류링크 전압제어부로 구성된다.
도 1은 종래기술에 의한 순시정전 발생 후 복전될 때까지 시간에 따른 직류링크전압, 인버터 출력전류 및 전압보상지령을 나타내는 신호 파형도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 인버터의 운전 중, 정상 운행 상태에서 순시정전이 발생하면 직류링크 전압(a)과 인버터 출력전류(b)는 서서히 감소하며 제어부의 전압보상지령 생성부는 복전 후 정전 발생 전과 동일한 출력을 내기 위하여 보상해야 할 직류링크 전압의 크기를 정전 시간에 비례하여 누적함으로서 전압보상지령(c , Automatic Voltage Regulator : AVR)을 생성한다.
이후 복전되어 인버터에 입력 전원이 인가되면 전압보상지령(AVR)에 의하여 정상상태 값으로 감소되는 구간 동안 직류링크 전압이 과도하게 보상되는 경우(c의 11), 직류링크 전압(a의 12)과 인버터 출력전류(b의 13)가 정상 상태일때 보다 크게 증가하게 된다. 이때 출력되는 직류링크 전압과 인버터 출력전류가 인버터의 과전압, 과전류 보호기능의 기준치 이상이면 인버터는 정지하고 기준치 이하이면 정전 발생 전의 정상상태로 회복된다.
즉 상용 펄스폭 변조신호(PWM) 인버터는 정전이 발생하면 사용자가 별도로 조정하지 않고도 복전될 때 정전 직전의 인버터 출력 전원으로 복귀시켜주는 순시정전 회복 기능을 가지고 있으며, 상기 순시정전 회복 기능은 인버터의 제어부에서 전압보상지령의 누적값을 통해 이루어지는데 복전시 전압보상지령이 정상상태일 때의 값으로 떨어지는 과도 구간 동안 직류링크 전압이 과도하게 보상되어 직류링크단 및 인버터 출력단에 각각 과전압과 과전류가 발생하게 된다.
이때 인버터의 과전압, 과전류 보호기능의 동작하게 되면 인버터가 정지하게 되어 순시정전 회복 기능이 제대로 활용도지 못할 뿐만 아니라, 자칫 과전압으로 인해 인버터 메인 커패시터의 파괴를 유발시킬 수 있으며, 또한 인버터 출력단의 과전류로 인해 교류전동기의 고정자 권선을 소손시킬 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 순시정전 회복 기능에서 발생할 수 있는 인버터 직류링크단의 과전압과 인버터 출력단의 과전류를 방지하기 위하여, 제어부의 전압보상지령을 보정함으로써 인버터의 과전압과 과전류를 방지하여 인버터 메인 커패시터의 파괴와 교류전동기 고정자 권선의 소손의 방지할 수 있는 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법 및 그 방법을 이용한 인버터를 제공함을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복전시 인버터의 전압보상지령을 보정하는 인버터는 상용 교류전력을 맥류전력으로 변환하는 정류기, 상기 정류기의 출력전력을 커패시터에 충전시켜 직류전력으로 변환하는 직류링크부, 상기 교류전력의 전압을 검출하는 입력전압 검출부, 상기 입력전압 검출부가 검출한 전압에 따라 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부, 상기 제어부가 출력하는 스위칭 제어신호에 따라, 상기 커패시터의 충전전압을 스위칭시켜 교류전력을 생성하고, 생성한 교류전력을 부하로 출력하는 스위칭부를 포함하고,상기 제어부는 순시정전 발생 후 복전시 감소된 직류링크단 전압을 보상하기 위한 전압보상지령 생성시, 상기 전압보상지령을 보정하여 과전압 및 과전류를 방지하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 제어부는 순시정전 발생 후 복전시 감소된 직류링크단 전압을 보상하기 위한 전압보상지령 생성부, 상기 전압보상지령 생성부에서 생성된 전압보상지령이 과도하게 직류링크단 전압을 보상하는지 여부를 판단하여, 상기 직류링크단 전압이 과도하지 않도록 전압보상지령을 보정하는 전압보상지령 보정부, 및 상기 전압보상지령 보정부의 출력을 입력받아 전압보상지령 생성부에서 출력되는 보정된 전압보상지령을 통해 출력전압지령을 생성하는 출력전압지령 생성부를 포함한다.
여기서 상기 전압보상지령 보정부는 전압보상지령(AVR[n])이 이전 전압보상지령(AVR[n-1])과 전압보상지령의 기울기의 최대값(△V1)의 합보다 크거나 같을 경우, 전압보상지령(AVR[n])을 이전 전압보상지령(AVR[n-1])에 비례하여 감소시키는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법은 순시정전 발생 여부를 판단하는 단계, 순시정전이 발생하였다고 판단되는 경우, 복전시 전압보상지령을 생성하는 단계, 상기 전압보상지령이 과도하게 직류링크단 전압을 보상하는지 여부를 판단하는 단계, 전압보상지령이 과도하다고 판단되는 경우, 보정된 전압보상지령에 따라 출력전압지령을 감소하는 단계 및 전압보상지령 및 출력전압지령을 보정된 전압보상지령 및 보정된 출력전압지령으로 갱신하는 단계를 포함한다.
여기서 상기 전압보상지령이 과도하게 직류링크단 전압을 보상한다고 판단하는 경우는, 전압보상지령(AVR[n])이 이전 전압보상지령(AVR[n-1])과 전압보상지령의 기울기의 최대값(△V1)의 합보다 크거나 같을 경우인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법 및 그 방법을 이용한 인버터에 의하면, 순시정전 회복 기능에서 복전시 발생하는 직류링크단의 과전압과 출력단의 과전류를 전압보상지령의 보정을 통해 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서 과전압, 과전류를 억제하기 위해 별도의 H/W를 설치할 필요가 없으며 순시정전 회복 기능의 신뢰성과 인버터 메인 커패시터와 교류전동기의 안정성이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 순시정전 발생 후 복전될 때까지 시간에 따른 직류링크전압, 인버터 출력전류 및 전압보상지령을 나타내는 신호 파형도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법을 이용한 인버터의 블록구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 순시정전 발생 후 복전될 때까지 시간에 따른 직류링크전압, 인버터 출력전류 및 전압보상지령을 나타내는 신호 파형도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법을 나타내는 순서도이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 2는 본 발명에 따른 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법을 이용한 인버터의 블록구성도이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명은 정류기(212), 직류링크부(213), 상기 교류전력의 전압을 검출하는 입력전압 검출부(211), 상기 입력전압 검출부가 검출한 전압에 따라 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부(220) 및 스위칭부(214)를 포함한다.
정류기(212)는 입력되는 상용 교류전력 예를 들면, 3상 전력을 정류하여 맥류전력으로 변환한다. 직류링크부(213)는 상기 정류기(212)에서 출력되는 맥류전력을 커패시터로 평활하여 직류전력으로 변환한다. 변환한 직류전력이 상기 커패시터에 충전된다. 입력전압 검출부(211)는 교류전력의 전압을 검출하며, 검출된 전압은 제어부(220)의 제어부(220)에 입력된다.
제어부(220)는 상기 입력전압 검출부(211)가 검출한 전압을 입력받아 인버터의 순시정전 발생여부 및 복전 여부를 판단하여, 스위칭 제어신호를 발생한다.
스위칭부(214)는 상기 제어부(220)가 출력하는 스위칭 제어신호에 따라, 상기 직류링크부의 커패시터의 충전전압을 스위칭시켜 교류전력을 생성하고, 생성한 교류전력을 교류전동기(300)로 출력하여 구동시킨다.
여기서 상기 제어부(220)는 전압보상지령 생성부(222), 전압보상지령 보정부(223) 및 출력전압지령 생성부(221)를 포함한다.
전압보상지령 생성부(222)는 인버터의 순시정전 발생 후, 복전시 감소된 직류링크단 전압을 보상하기 위한 전압보상지령을 생성한다. 출력전압지령 생성부(221)는 상기 전압보상지령 생성부(222)에서 출력되는 전압보상지령을 입력받아 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 기법을 통해 스위칭부를 제어하는 출력전압지령(스위칭 제어신호)를 출력한다.
전압보상지령 보정부(223)는 전압보상지령 생성부(222)에서 생성된 전압보상지령이 과도하게 직류링크단 전압을 보상하는지 여부를 판단하여, 판단결과를 다시 상기 전압보상지령 생성부(222)에 피드백함으로서 상기 직류링크단 전압이 과도하지 않도록 전압보상지령을 보정한다.
도 3은 본 발명에 따른 순시정전 발생 후 복전될 때까지 시간에 따른 직류링크전압, 인버터 출력전류 및 전압보상지령을 나타내는 신호 파형도이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 인버터의 운전 중, 정상 운행 상태에서 순시정전이 발생하면 직류링크 전압(a)과 인버터 출력전류(b)는 서서히 감소하며 제어부의 전압보상지령 생성부는 복전 후 정전 발생 전과 동일한 출력을 내기 위하여 보상해야 할 직류링크 전압의 크기를 정전 시간에 비례하여 누적함으로서 전압보상지령(c , Automatic Voltage Regulator : AVR)을 생성한다.
여기서 복전되어 인버터에 입력전원이 인가되면, 전압보상지령(c)은 현재까지의 전압보상지령의 누적치 크기만큼 스탭으로 감소하며, 이 후 인버터가 정상운전으로 진입할 때까지 전압보상지령은 계속 증가하여 정상상태의 값으로 회복한다(41). 따라서 복전시 전압보상지령(c) 상기 전압보상지령의 누적치 크기만큼 스탭으로 감소함에 따라, 직류링크 전압(a)에 과도전압(42)이 발생하지 않으므로 직류링크부의 커패시터의 소손을 방지할 수 있으며, 또한 인버터 출력전류(b)는 과도전류(43)를 출력하지 않음으로 교류전동기의 안정성이 향상된다.
이하 순시정전 발생 후 복전시까지 직류링크 전압의 과도전압 및 인버터 출력전류에 과도전류를 형성하지 않도록 전압보상지령을 보상하기 위한 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법을 나타내는 순서도이다.
인버터가 정상동작을 하고 있는 중에 먼저 순시정전이 발생하였는지 판단한다(S10). 이는 입력전압 검출부의 출력전압이 제어부에 인가되지 않음으로서 판단할 수 있다. 순시정전이 발생함과 동시에 보상해야 할 직류링크 전압의 크기를 정전 시간에 비례하여 누적함(도 3의 순시정전발생구간)으로서 전압보상지령(AVR[n])을 생성한다(S20).
이후 인버터가 복전되었을 경우, 현재 전압보상지령(AVR[n])이 이전 전압보상지령(AVR[n-1])과 전압보상지령의 기울기의 최대값(△V1)의 합보다 크거나 같은 경우(S30), 현재 전압보상지령(AVR[n])은 과도하다고 판단하여 이전 전압보상지령(AVR[n-1])에 비례하여 현재 전압보상지령(AVR[n])을 감소시킨다(S40, 도 3의 복전구간). 따라서 현재 전압보상지령(AVR[n])을 감소함에 따라 현재 전압보상지령(AVR[n])도 감소된다.
한편, 현재 전압보상지령(AVR[n])이 이전 전압보상지령(AVR[n-1])과 전압보상지령의 기울기의 최대값(△V1)의 합보다 작은 경우, 이미 출력전압지령(Vout[n])이 감소되었다고 판단한다. 다음으로 현재 출력전압지령(Vout[n])이 이전 출력전압지령(Vout[n-1])과 전압보상지령의 최대값(△V2)의 합보다 클 경우(S50), 현재 출력전압지령(Vout[n])을 이전 출력전압지령(Vout[n-1])과 전압보상지령의 기울기의 최대값(△V1)의 합으로 보상함으로써, 출력전압지령의 크기를 다시 증가시킨다(S60). 이 후 전압보상지령 및 출력전압지령의 보정에 의하여 이전의 전압보상지령(AVR[n-1]) 및 이전 출력전압지령(Vout[n-1])을 각각 현재 전압보상지령(AVR[n]) 및 현재 출력전압지령(Vout[n])으로 갱신한다(S70,S80).
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
211 : 입력전압 검출부 212 : 정류기
213 : 직류링크부 214 : 스위칭부
220 : 제어부 221 : 출력전압지령 생성부
222 : 전압보상지령 생성부 223 : 전압보상지령 보정부

Claims (5)

  1. 상용 교류전력을 맥류전력으로 변환하는 정류기;
    상기 정류기의 출력전력을 커패시터에 충전시켜 직류전력으로 변환하는 직류링크부;
    상기 교류전력의 전압을 검출하는 입력전압 검출부;
    상기 입력전압 검출부가 검출한 전압에 따라 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부;
    상기 제어부가 출력하는 스위칭 제어신호에 따라, 상기 커패시터의 충전전압을 스위칭시켜 교류전력을 생성하고, 생성한 교류전력을 부하로 출력하는 스위칭부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    순시정전 발생 후 복전시 감소된 직류링크단 전압을 보상하기 위한 전압보상지령 생성시, 상기 전압보상지령을 보정하여 과전압 및 과전류를 방지하는 기능을 수행하며,
    상기 제어부는
    순시정전 발생 후 복전시 감소된 직류링크단 전압을 보상하기 위한 전압보상지령 생성부, 상기 전압보상지령 생성부에서 생성된 전압보상지령이 과도하게 직류링크단 전압을 보상하는지 여부를 판단하여, 상기 직류링크단 전압이 과도하지 않도록 전압보상지령을 보정하는 전압보상지령 보정부, 및 상기 전압보상지령 보정부의 출력을 입력받아 전압보상지령 생성부에서 출력되는 보정된 전압보상지령을 통해 출력전압지령을 생성하는 출력전압지령 생성부를 포함하며,
    상기 전압보상지령 보정부는
    전압보상지령(AVR[n])이 이전 전압보상지령(AVR[n-1])과 전압보상지령의 기울기의 최대값(△V1)의 합보다 크거나 같을 경우, 전압보상지령(AVR[n])을 이전 전압보상지령(AVR[n-1])에 비례하여 감소시키는 것을 특징으로 하는 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법을 이용한 인버터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 순시정전 발생 여부를 판단하는 단계;
    순시정전이 발생하였다고 판단되는 경우, 복전시 전압보상지령을 생성하는 단계;
    상기 전압보상지령이 과도하게 직류링크단 전압을 보상하는지 여부를 판단하는 단계;
    전압보상지령이 과도하다고 판단되는 경우, 보정된 전압보상지령에 따라 출력전압지령을 감소하는 단계; 및
    전압보상지령 및 출력전압지령을 보정된 전압보상지령 및 보정된 출력전압지령으로 갱신하는 단계를 포함하며,
    상기 전압보상지령이 과도하게 직류링크단 전압을 보상한다고 판단하는 경우는,
    전압보상지령(AVR[n])이 이전 전압보상지령(AVR[n-1])과 전압보상지령의 기울기의 최대값(△V1)의 합보다 크거나 같을 경우인 것을 특징으로 하는 복전시 인버터의 전압보상지령 보정방법.
  5. 삭제
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JP2000253673A (ja) 1999-02-25 2000-09-14 Hitachi Ltd インバータ装置
JP2009148065A (ja) 2007-12-13 2009-07-02 Hitachi Appliances Inc 電動機制御装置及びこれを搭載した空気調和機
WO2009133700A1 (ja) * 2008-04-28 2009-11-05 ダイキン工業株式会社 インバータ制御装置および電力変換装置

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