KR101458933B1 - 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 전원부의 출력단에 설치되며, 상기 전원부와 공진 부하 사이를 절연시키며, 상기 전원부에서 인가받은 입력 전원을 변환시켜 출력시키는 변압부; 상기 변압부의 출력단에 설치되고, 상기 변압부로부터 출력된 AC 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력시키는 컨버터부; 상기 컨버터부의 출력단에 설치되고, 상기 컨버터부에서 출력된 DC 전압을 인가받아 AC 전압으로 변환시켜 출력하는 인버터부; 전류 필터링 및 전압차를 발생시키는 입력 리액터부와, 상기 공진 부하와 공진을 유도하는 공진 리액터부로 구성된 리액터부; 및 상기 변압부, 컨버터부, 인버터부 및 리액터부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템 및 그 제어방법이 제공된다.

Description

멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법 {Multi-level power converting system for resonance load and method for controlling the same}
본 발명은 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고주파의 공진을 이용하는 시스템의 효율 및 성능을 증대시키기 위하여, 입력 전원용 변압부에서 절연을 실시하여 출력 변압기를 제거하고, 출력 전력 제어시 PDM(Pulse Density Modulation) 제어 방식과 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 혼합하여 제어함으로써, 보다 효과적으로 고전압 및 고주파수의 전력을 발생시킬 수 있는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공진부하용 전력 변환장치는 시스템에 필요한 전압을 만들기 위하여 일반 사용 전원에 변압기를 사용하거나 저주파 인버터와 변압기를 사용하여 고전압을 발생시키고 있다. 하지만, 상용 전원이나 저주파 인버터의 주파수는 고정되어 있고 낮기 때문에 부하에 따른 공진을 유발하지 못하는 문제점이 있었다. 또한 공진 부하는 온도, 습도, 압력, 재질, 매질 등의 주변 환경의 영향을 민감하게 받고 실 공진이 일어나는 시점이 시스템의 일정 전력이 소비될 때 발생을 하는 단점을 가지고 있어 실시간 공진 제어가 저전력일 경우 상당히 힘든 부분을 가지고 있고, 공진점을 찾는데 다소 시간이 늘어날 수 있다. 따라서 저전력일 때도 공진을 효과적으로 유발하고 실 공진이 발생할 수 있는 영역까지 짧은 시간에 추종할 수 있도록 시스템 가동 전에 공진 주파수와 공진 전압의 크기를 미리 측정을 할 필요가 있다. 따라서 시운전시 실제 환경조건에서 공진 주파수와 공진 전압의 크기를 측정하여 저전력 운전시에도 기측정된 공진 주파수와 공진 전압의 크기 이하로 운전을 실시하여 시스템의 성능과 응답성을 향상 시킬 수가 있다. 또한 시스템에서 필요한 전압이 고전압일 경우, 이을 만들기 위해 변압기의 전압을 상승시키는 것은 부하의 절연 내력을 약화시키고 효율을 저감시키고, 시스템의 가격을 상승시키는 역할을 할 뿐만 아니라 내부 인덕턴스에 의하여 공진 주파수를 바꾸는 역할을 하기 때문에 부하의 특성에 맞는 변압기의 전압이 필수적이다.
도 1은 종래 기술에 따른 공진을 이용한 고주파수 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전력 변환 시스템은 전원부(10), 컨버터부(20), 인버터부(30), 출력 변압기부(40) 및 출력 리액터부(50)로 구성된다. 이러한 구성을 갖는 전력 변환 시스템은 공진 부하(60)에 연결되어, 부하에 적합한 고주파수 전압의 전원을 인가한다. 전원부(10)은 컨버터부(20)에 전력을 공급한다. 컨버터부(20)는 전원부(10)로부터 AC 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력시킨다. 인버터부(30)는 컨버터부(20)에서 출력된 DC 전압을 인가받아 단상의 고주파 AC 전압으로 변환시켜 출력한다. 출력 변압기부(40)는 인버터부(30)에서 출력된 AC 전압을 시스템에 필요한 전압으로 변환시켜 출력한다. 리액터부는 입력 리액터부와 출력 리액터부를 포함하며, 입력 리액터부는 전류 필터링 및 전압차를 발생시키는 기능, 역률 개선 등을 수행하며, 출력 리액터부(50)는 공진을 유도하는 기능을 수행한다. 출력 변압기부(40)에서 출력된 전압은 공진부하(60)로 인가되어, 공진부하(60)에서 공진을 발생시키는 전원으로 사용된다.
전력 변환 시스템이 연결된 공진부하는 전체적으로 LC 공진 회로를 형성하게 되므로, 시스템의 효율 및 성능을 극대화시키기 위해서는 전력 변환 장치를 통하여 공진부하에 인가되는 전압의 주파수를 부하의 공진 주파수와 같은 대역으로 맞추어야 한다. 그러나 공진부하는 온도, 습도, 압력등의 시스템 주변 환경요소 등에 의하여 캐패시턴스가 변화되고, 이에 따라 공진 주파수도 변경된다. 또한, 공진부하의 일부가 파손되는 경우에도 전체 부하의 임피던스가 변화되어, 공진 주파수가 변경된다.
일반적인 공진부하의 제어 방식은 전류 제어를 통하여 부하에 전력을 공급하는 방식이다. 이 방식은 전류 제어를 하기 때문에 부하의 출력 전압의 크기를 임의로 조절할 수 없으며, 주로 사용되는 PWM 방식은 연속적인 펄스 출력때문에 시스템의 효율이 떨어지고, 효율 증대 및 입력 전원의 역률 개선을 위하여 전원 계통의 위상에 동기화 하여 주기적으로 펄스를 내보내는 PDM 방식은 정밀 제어를 할 수 없는 단점을 가지고 있다.
따라서, 공진부하에 인가되는 전압의 주파수 및 크기를 부하의 특성에 맞게 인가하고, 필요한 용량의 전압 및 고주파수의 전력을 발생시킬 수 있는 전력 변환 시스템의 개발이 필요한 상황이다.
특허공개공보 제10-1996-0009368호
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 입력 전원용 변압부에서 절연을 실시하여 변압기 내부 인덕턴스에 의한 공진 주파수를 왜곡시키는 출력 변압기를 제거하고, 저출력시 예상되는 비공진 영역을 정격 출력시의 공진 주파수에 맞추고, 제어 방식을 전력제어를 통하여 안정된 전력을 공급하기 위하여 출력 전력 제어시 PDM(Pulse Density Modulation) 제어 방식과 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 혼합하여 제어함으로써, 보다 효과적으로 전압 및 고주파수의 전력을 발생시킬 수 있는 전력 제어를 통한 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 전원부의 출력단에 설치되며, 상기 전원부와 공진 부하 사이를 절연시키며, 상기 전원부에서 인가받은 입력 전원을 변환시켜 출력시키는 변압부; 상기 변압부의 출력단에 설치되고, 상기 변압부로부터 출력된 AC 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력시키는 컨버터부; 상기 컨버터부의 출력단에 설치되고, 상기 컨버터부에서 출력된 DC 전압을 인가받아 AC 전압으로 변환시켜 출력하는 인버터부; 전류 필터링 및 전압차를 발생시키는 입력 리액터부와, 상기 공진 부하와 공진을 유도하는 공진 리액터부로 구성된 리액터부; 및 상기 변압부, 컨버터부, 인버터부 및 리액터부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템이 제공된다.
공진 주파수를 탐색하는 공진 주파수 탐색부와, 부하의 피크 전압을 탐색하는 피크전압 탐색부로 구성된 탐색부를 더 포함한다.
상기 공진 주파수 탐색부는 시운전 모드에서 PWM 방식으로 인버터의 출력 전압과 출력 전류의 위상차를 동상으로 하는 공진 주파수를 탐색하며, 상기 피크전압 탐색부는 시운전 모드에서 인버터부의 정격 전력까지 동작하면서 PDM 방식으로 부하의 피크 전압을 탐색한다. 이때 부하의 피크 전압은 초기 설정된 부하의 최대 전압이내에서 탐색하도록 해야한다. 유도가열기와 같은 공진 부하는 캐패시터가 정격 전압용량을 가지고 있기 때문에 이를 넘을 시에는 시스템의 안전에 영향을 줄 수가 있다.
상기 공진 주파수 탐색부에서 검출된 공진 주파수와 상기 피크전압 탐색부에서 검출된 피크 전압을 저장하는 데이터 저장부를 더 포함한다.
상기 인버터부의 출력단에 설치되며, 상기 공진 부하의 출력전압 및 주파수를 측정하고, 측정된 결과를 제어부로 전송하는 출력 측정부를 더 포함한다.
상기 제어부는 시운전 모드에서 상기 탐색부를 통하여 공진 주파수와 피크 전압을 탐색하도록 제어하며, 상용 운전 모드에서 상기 데이터 저장부에 저장된 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압을 이용하여 인버터부를 동작하도록 제어한다.
상기 데이터 저장부에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압의 저장 여부에 따라 상기 전력 변환 시스템의 모드를 시운전 모드나 상용 운전 모드로 변환시키는 모드 변환부를 더 포함한다.
상기 출력 측정부에서 측정된 결과에 기초하여 공진 부하에 인가되는 전압의 주파수를 공진 주파수의 변화에 따라 적응적으로 변화시켜서 출력되도록 인버터부의 출력을 조절하는 출력 전력 제어부를 더 포함한다.
상기 출력 전력 제어부는 PDM 방식으로 미리 설정된 출력전력값이 출력되도록 제어하는 PDM 전력 제어부; 및 PWM 방식으로 출력전력값의 미세 제어 및 부하의 피크전압 억제를 수행하는 PWM 전력 제어부;를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전력 변환 시스템의 제어방법으로서 시운전 모드를 개시하고, 셋업된 주파수로 인버터부를 동작시키는 단계; 공진 주파수 탐색부를 통하여 PWM 방식으로 공진 주파수를 탐색하는 단계; 피크전압 탐색부를 통하여 인버터부의 정격 전압까지 동작하면서 PDM 방식으로 피크 전압을 탐색하는 단계; 검출된 공진 주파수와 검출된 피크 전압을 데이터 저장부에 저장하는 단계; 상기 데이터 저장부에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압이 저장되어 있는지를 판단하며, 판단 결과, 상기 데이터 저장부에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압이 저장된 경우, 상용 운전 모드로 변환하는 단계: 및 상기 데이터 저장부에 저장된 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압으로 전력 변환 시스템을 운전하는 단계;를 포함하는 전력 변환 시스템의 제어방법이 제공된다.
출력 측정부에서 측정된 인버터부의 출력값에 기초하여 공진 주파수의 변화에 따라 적응적으로 변화시켜서 출력되도록 인버터부의 출력을 조절하되, PDM 방식으로 미리 설정된 출력값이 출력되도록 제어하는 단계; 출력값이 설정값의 오차 범위 이내인지를 판단하는 단계; 및 판단 결과, 오차 범위를 벗어난 경우에는 PWM 방식으로 출력값의 미세 제어를 수행하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 입력 전원용 변압부에서 절연을 실시하여 출력 변압기를 제거함으로써, 전력 변환 시스템의 가격은 낮추고, 제품 크기와 소음을 줄일 수 있게 된다.
출력 전력 제어시 PDM(Pulse Density Modulation) 제어 방식과 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 혼합하여 제어함으로써, 보다 안정된 출력 전력을 제어할 수 있게 된다.
시운전 모드시 검출된 피크전압이 공진부하의 최대전압이 되도록 PWM제어를 병행하여 피크전압 억제 기능을 수행한다. 시운전 모드시 검출된 공진 주파수로 저전력시 예상되는 미 공진 영역에서 공진 주파수로 운전을 하여 공진 주파수 추종시간을 줄일 수 있다.
또한, 전력 변환 시스템 작동시 시운전 모드와 상용 운전 모드, 2가지 모드를 사용하여 운전함으로써, 부하의 특성에 맞는 주파수 및 전압의 크기로 운전할 수 있으며, 시운전 모드시 측정된 전압의 크기로 상용 운전 모드시 전압의 크기를 억제함으로써 부하의 소손을 보장할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 공진부하용 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 시운전 모드의 작동 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 상용 운전 모드의 작동 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템은 전원부(100), 변압부(200), 컨버터부(300), 인버터부(400), 공진 리액터부(500) 및 제어부(900)를 포함한다.
전원부(100)의 출력단에 변압부(200)가 설치되며, 변압부(200)는 전원부(100)와 공진부하(60) 사이를 절연시키며, 전원부(100)에서 인가받은 입력 전원을 변환시켜 다수의 출력으로 변환 시킨다.
컨버터부(300)는 절연된 변압부(200)로부터 출력된 AC 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력시킨다. 본 실시예의 경우, 컨버터부(300)는 정류하면서 발생되는 고조파 및 역률 저감을 개선하고 인버터 상하단 캐패시터의 DC전압을 일정하게 유지시키고 전압을 일반 정류시보다 승압을 하여 DC전압을 고전압으로 생성시킨다. 즉 고전압으로 상승시켜 인버터부에서 필요한 전압을 생성한다. 본 실시예의 경우, 컨버터부(300)는 제1 컨버터(310)와 제2 컨버터(320)를 포함한다.
인버터부(400)는 컨버터부(300)에서 출력된 DC 전압을 인가받아 단상의 고주파 AC 전압으로 변환시켜 출력한다. 본 실시예의 경우, 인버터부(400)는 제1 인버터(410)와 제2 인버터(420)를 직렬로 하여 멀티레벨을 만드는 것을 포함한다.
리액터부는 입력 리액터부와 공진 리액터부(500)를 포함하며, 입력 리액터부는 역률 개선 및 전류 필터링 및 전압차를 발생시키는 기능을 수행하며, 공진 리액터부(500)는 공진부화와 공진을 유도하는 기능을 수행한다.
인버터부(400)에서 출력된 전압은 공진부하(60)으로 인가되어, 공진부하(60)에서 필요한 전원으로 사용된다.
제어부(900)는 변압부(200), 컨버터부(300), 인버터부(400), 공진 리액터부(500)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템은 전원부(100), 변압부(200), 컨버터부(300), 인버터부(400), 공진 리액터부(500), 탐색부(600), 데이터 저장부(700), 출력 측정부(750) 및 제어부(900)를 포함하며, 탐색부(600)는 공진 주파수 탐색부(610)와 피크전압 탐색부(620)를 포함한다.
전원부(100)의 출력단에 변압부(200)가 설치되며, 변압부(200)는 전원부(100)와 공진 부하(60) 사이를 절연시키며, 전원부(100)에서 인가받은 입력 전원을 변환시켜 출력시킨다.
컨버터부(300)는 절연된 변압부(200)로부터 출력된 AC 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력시킨다. 본 실시예의 경우, 컨버터부(300)는 정류하면서 발생되는 고조파 및 역률 저감을 개선하고 인버터 상하단 캐패시터의 DC전압을 일정하게 유지시키고 전압을 일반 정류시보다 승압을 하여 DC전압을 고전압으로 생성시킨다. 즉 고전압으로 상승시켜 인버터부에서 필요한 전압을 생성한다.
인버터부(400)는 컨버터부(300)에서 출력된 DC 전압을 인가받아 단상의 고주파 AC 전압으로 변환시켜 출력한다.
리액터부는 입력 리액터부와 공진 리액터부(500)를 포함하며, 입력 리액터부는 전류 필터링 및 전압차를 발생시키는 기능을 수행하며, 공진 리액터부(500)는 공진부하와 공진을 유도하는 기능을 수행한다.
탐색부(600)는 공진 주파수 탐색부(610)와 피크전압 탐색부(620)를 포함한다. 공진 주파수 탐색부(610)는 공진 주파수를 탐색하는 기능을 수행하며, 시운전 모드에서 PWM 방식으로 공진 주파수를 탐색하는 기능을 수행한다.
피크전압 탐색부(620)는 공진부하의 피크 전압을 탐색하는 기능을 수행한다. 피크전압 탐색부(620)는 시운전 모드에서 인버터부의 정격 전력까지 동작하면서 PDM 방식으로 공진 부하의 피크 전압을 탐색하는 기능을 수행한다.
데이터 저장부(700)는 공진 주파수 탐색부(610)에서 검출된 시운전 모드에서의 공진 주파수와 피크전압 탐색부(620)에서 검출된 시운전 모드에서의 공진 부하의 피크 전압을 저장하는 기능을 수행한다.
출력 측정부(750)는 인버터부(400)의 출력단에 설치되며, 공진 부하의 출력전압 및 주파수를 측정하고, 측정된 결과를 제어부(900)로 전송하는 기능을 수행한다.
제어부(900)는 변압부(200), 컨버터부(300), 인버터부(400), 공진 리액터부(500), 탐색부(600), 데이터 저장부(700) 및 출력 측정부(750)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 제어부(900)는 시운전 모드에서 탐색부(600)를 통하여 공진 주파수와 피크 전압을 탐색하도록 제어하며, 상용 운전 모드에서 데이터 저장부(700)에 저장된 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압을 이용하여 인버터부를 동작하도록 제어한다. 이때 고전압이 검출된 피크 전압을 넘지 않도록 PWM 제어를 병행한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공진 부하용 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 공진 부하용 전력 변환 시스템은 전원부(100), 변압부(200), 컨버터부(300), 인버터부(400), 공진 리액터부(500), 탐색부(600), 데이터 저장부(700), 출력 측정부(750), 출력 전력 제어부(800), 모드 변환부(850) 및 제어부(900)를 포함한다.
본 실시예는 위 실시예와 비교하여, 출력 전력 제어부(800)와 모드 변환부(850)를 추가로 구성한다는 점이 상이하며 나머지 구성은 유사한 바, 이하에서는 상이한 구성을 위주로 상술한다.
공진 부하는 온도, 압력 등의 주변 환경요소에 의하여 캐패시턴스가 변화되고, 이에 따라 공진 주파수도 변경된다. 또한, 다수의 공진부하 중 일부가 파손되는 경우에도 전체 부하의 임피던스가 변화되어, 공진 주파수가 변경된다.
출력 전력 제어부(800)는 출력 측정부(750)에서 측정된 결과에 기초하여 공진 부하에 인가되는 전압의 주파수를 공진 주파수의 변화에 따라 적응적으로 변화시켜서 출력되도록 인버터부의 출력을 조절하는 기능을 수행한다.
출력 전력 제어부(800)는 PWM 전력 제어부(810)와 PDM 전력 제어부(820)를 포함하며, PDM(Pulse Density Modulation) 전력 제어부(820)를 이용하여 PDM 방식으로 1차적으로 미리 설정된 출력값이 출력되도록 제어하며, 2차적으로 PWM(Pulse Width Modulation)전력 제어부(810)를 이용하여 PWM 방식으로 출력값의 미세 제어를 수행한다. 즉, 출력 전력 제어를 PWM 제어방식과 PDM 제어방식 2가지를 혼합하여 이용하며, 1차적으로 출력값을 코오스(Coarse) 제어하는 경우에는 PDM 제어방식을 이용하고, 2차적으로 출력값을 파인(fine) 제어하는 경우에는 PWM 제어 방식을 이용한다. 또한 전력제어에 사용된 PWM 제어 방식은 방전관의 피크 전압이 시운전 모드시에 검출된 피크 전압을 넘지않도록 하는 제어에도 이용된다.
모드 변환부(850)는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템을 시운전 모드 또는 상용 운전 모드로 변환시키는 기능을 수행한다. 모드 변환부(850)는 데이터 저장부(700)에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압이 저장되어 있는지 여부를 판단하여 공진 부하용 전력 변환 시스템을 시운전 모드나 상용 운전 모드로 변환시킨다.
도 5는 본 발명에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 시운전 모드의 작동 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하여 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 시운전 모드의 동작을 살펴보면, 우선 시운전 모드를 개시한다(S110).
셋업된 주파수로 인버터부를 동작시키는 과정을 수행한다(S120).
공진 주파수 탐색부를 통하여 PWM 방식으로 공진 주파수를 탐색하는 과정을 수행한다(S130).
피크전압 탐색부를 통하여 인버터부의 정격 전압까지 동작하면서 PDM 방식으로 부하측의 피크 전압을 탐색하는 과정을 수행한다(S140).
검출된 공진 주파수와 검출된 피크 전압을 데이터 저장부에 저장하는 과정을 수행한다(S150).
도 6은 본 발명에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 상용 운전 모드의 작동 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 데이터 저장부에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압이 저장되어 있는지를 판단하는 과정을 수행한다(S210).
판단 결과, 데이터 저장부에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압이 저장되지 않은 경우에는 도 5의 시운전 모드로 동작한다(S220).
한편 판단 결과, 데이터 저장부에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압이 저장된 경우, 즉 시운전 모드 동작을 완료한 경우에는 상용 운전 모드로 변환하여 상용 운전 모드의 작동을 개시한다(S230).
데이터 저장부에 저장된 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압으로 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템을 운전한다(S240). 이때 고전압이 검출된 피크 전압을 넘지 않도록 PWM 제어를 병행한다.
출력 측정부에서 측정된 인버터부의 출력값에 기초하여 공진 주파수의 변화에 따라 적응적으로 변화시켜서 출력되도록 인버터부의 출력을 조절하되, PDM 방식으로 미리 설정된 출력값이 출력되도록 제어하는 과정을 수행한다(S250).
출력값이 설정값의 오차 범위 이내인지를 판단한다(S260).
판단 결과, 오차 범위 이내인 경우에는 종료하며, 오차 범위를 벗어난 경우에는 2차적으로 PWM 방식으로 출력값의 미세 제어를 수행한다(S270).
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100 : 전원부
200 : 변압부
300 : 컨버터부
400 : 인버터부
500 : 공진 리액터부
600 : 탐색부
700 : 데이터 저장부
750 : 출력 측정부
800 : 출력 전력 제어부
850 : 모드 변환부
900 : 제어부

Claims (11)

  1. 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템에 있어서,
    전원부의 출력단에 설치되며, 상기 전원부와 공진 부하 사이를 절연시키며, 상기 전원부에서 인가받은 입력 전원을 변환시켜 다수의 절연된 전압으로 출력시키는 변압부;
    상기 변압부의 출력단에 설치되고, 상기 변압부로부터 출력된 AC 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력시키는 컨버터부;
    상기 컨버터부의 출력단에 설치되고, 상기 컨버터부에서 출력된 DC 전압을 인가받아 AC 전압으로 변환시켜 출력하는 인버터부;
    전류 필터링 및 전압차를 발생시키는 입력 리액터부와, 상기 공진 부하와 공진을 유도하는 공진 리액터부로 구성된 리액터부;
    공진 주파수를 탐색하는 공진 주파수 탐색부와, 공진 부하의 피크 전압을 탐색하는 피크전압 탐색부로 구성된 탐색부; 및
    상기 변압부, 컨버터부, 인버터부 및 리액터부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공진 주파수 탐색부는 시운전 모드에서 PWM 방식으로 공진 주파수를 탐색하며,
    상기 피크전압 탐색부는 시운전 모드에서 인버터부의 정격 전력까지 동작하면서 PDM 방식으로 공진 부하의 피크 전압을 탐색하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공진 주파수 탐색부에서 검출된 공진 주파수와 상기 피크전압 탐색부에서 검출된 피크 전압을 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인버터부의 출력단에 설치되며, 상기 공진 부하의 출력전압 및 주파수를 측정하고, 측정된 결과를 제어부로 전송하는 출력 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 시운전 모드에서 상기 탐색부를 통하여 공진 주파수와 피크 전압을 탐색하도록 제어하며, 상용 운전 모드에서 상기 데이터 저장부에 저장된 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압을 이용하여 인버터부를 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 데이터 저장부에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압의 저장 여부에 따라 상기 전력 변환 시스템의 모드를 시운전 모드나 상용 운전 모드로 변환시키는 모드 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 출력 측정부에서 측정된 결과에 기초하여 공진 부하에 인가되는 전압의 주파수를 공진 주파수의 변화에 따라 적응적으로 변화시켜서 출력되도록 인버터부의 출력을 조절하는 출력 전력 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 출력 전력 제어부는,
    PDM 방식으로 미리 설정된 출력전력값이 출력되도록 제어하는 PDM 전력 제어부; 및
    PWM 방식으로 출력전력값의 미세 제어 및 방전관 피크전압 억제를 수행하는 PWM 전력 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템.
  10. 제1항,제3항,제4항,제5항,제6항,제7항,제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 따른 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 제어방법으로서,
    시운전 모드를 개시하고, 셋업된 주파수로 인버터부를 동작시키는 단계;
    공진 주파수 탐색부를 통하여 PWM 방식으로 공진 주파수를 탐색하는 단계;
    피크전압 탐색부를 통하여 인버터부의 정격 전압까지 동작하면서 PDM 방식으로 피크 전압을 탐색하는 단계;
    검출된 공진 주파수와 검출된 피크 전압을 데이터 저장부에 저장하는 단계;
    상기 데이터 저장부에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압이 저장되어 있는지를 판단하며, 판단 결과, 상기 데이터 저장부에 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압이 저장된 경우, 상용 운전 모드로 변환하는 단계: 및
    상기 데이터 저장부에 저장된 시운전 모드에서 검출된 공진 주파수와 피크 전압으로 전력 변환 시스템을 운전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    출력 측정부에서 측정된 인버터부의 출력값에 기초하여 공진 주파수의 변화에 따라 적응적으로 변화시켜서 출력되도록 인버터부의 출력을 조절하되, PDM 방식으로 미리 설정된 출력값이 출력되도록 제어하는 단계;
    출력값이 설정값의 오차 범위 이내인지를 판단하는 단계; 및
    판단 결과, 오차 범위를 벗어난 경우에는 PWM 방식으로 출력값의 미세 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 공진부하용 전력 변환 시스템의 제어방법.
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