KR101491937B1 - 병렬연결 인버터 제어방법 - Google Patents

병렬연결 인버터 제어방법 Download PDF

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Abstract

병렬연결 인버터 제어방법이 개시된다. 본 발명의 방법은, 펄스폭변조(PWM) 동기신호를 수신하는 경우, 미리 설정된 PWM 동기신호의 검출범위를 확인하고, PWM 동기신호 수신시점에서의 PWM 캐리어의 동기오차를 연산하여, PWM 캐리어의 피크에서 상기 동기오차를 보정한다.

Description

병렬연결 인버터 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING PARALLEL-CONNECTED INVERTERS}
본 발명은 병렬로 연결된 인버터의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 인버터란, 교류전원을 직류전원으로 변환한 후, 제어부로부터 입력되는 펄스폭변조(Pulse-Width Modulation; PWM) 신호의 제어에 의해, 직류전원을 IGBT와 같은 스위칭소자로 스위칭하여 교류전압을 출력함으로써, 전동기를 구동하는 기기이다.
즉, 인버터는 전동기를 효율적으로 제어하기 위한 기기로서, 전동기의 소모전력을 줄여 에너지 효율을 높이도록 설계된다.
한편, 대용량 모터를 구동하기 위해서는 대용량의 인버터가 요구되는데, 인버터의 주요 부품인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)와 다이오드 등에 대한 개발 한계로 인해 대용량 인버터의 구현이 어려우므로, 복수의 소용량 인버터를 병렬연결하여 동기운전을 함으로써 대용량 모터를 구동한다.
복수의 인버터가 인버터가 병렬연결될 경우 작은 용량의 인버터로 대용량 인버터를 구성할 수 있지만, 각 인버터들의 PWM 캐리어가 동기되어 구동되어야 하지만, PWM 동기신호에 노이즈가 발생하는 경우 이를 동기신호로 인식하여 PWM 캐리어가 0으로 변경됨으로써 PWM 캐리어가 불규칙하게 변동하는 문제점이 있다. 또한, PWM 캐리어가 강제로 0으로 변경되면 인버터의 출력이 떨리는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
[문헌 1] 등록특허 제10-1304055호(2013. 09. 04 공고)
[문헌 2] 일본공개특허 제2010-288420호(2010. 12. 24 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 병렬연결된 인버터의 PWM 동기신호에 노이즈가 발생하는 경우 이를 보완하고, PWM 캐리어가 0으로 갑자기 변경하는 것을 해결하여 인버터의 떨림을 방지하는 병렬연결 인버터 제어방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 복수의 인버터가 병렬로 연결되어 모터를 구동하는 시스템에서, 상기 복수의 인버터를 각각 제어하는, 본 발명의 일실시예의 방법은, 펄스폭변조(PWM) 동기신호를 수신하는 경우, 미리 설정된 PWM 동기신호의 검출범위를 확인하는 단계; PWM 동기신호 수신시점에서의 PWM 캐리어의 동기오차를 연산하는 단계; 및 PWM 캐리어의 피크에서 상기 동기오차를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어방법은, 수신한 PWM 동기신호가 검출범위 이외인 경우, 해당 PWM 동기신호를 무시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어방법은, PWM 동기신호 수신시점에서 PWM 캐리어의 동기오차가 없는 경우, 미리 설정된 폭만큼 PWM 동기신호 검출범위를 축소하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어방법은, PWM 캐리어의 동기오차를 보정한 경우, PWM 동기신호 검출범위를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어방법은, PWM 동기신호 검출범위를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어방법은, PWM 동기신호 검출범위에서 PWM 동기신호가 수신되지 않는 경우, PWM 동기신호 검출범위를 미리 설정된 폭만큼 확대하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, PWM 동기신호의 노이즈를 구분하여 인버터의 오동작을 방지할 수 있고, PWM 캐리어의 동기화를 위해 캐리어의 동기오차를 보정하는 방식을 취함으로써 캐리어를 강제로 0으로 동기하지 않음으로, 인버터의 출력이 떨리는 현상을 방지하도록 하는 효과가 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 병렬연결된 인버터를 안정적으로 구동하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 병렬연결 인버터 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 2는 PWM 캐리어 동기를 수행하지 않는 경우의 각 인버터의 PWM 캐리어를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 3은 PWM 캐리어 동기를 수행하는 경우 각 인버터의 PWM 캐리어를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4는 종래 인버터 제어방법의 문제를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 인터버 제어방법을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예의 병렬연결 인버터 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 병렬연결 인버터 시스템의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 병렬연결 인버터 시스템은, 삼상전원으로부터 삼상전원이 복수의 인버터(1)로 입력되며, 인버터로부터 출력되는 삼상출력은 모터(2)로 입력될 수 있다.
복수의 인버터(1) 중 하나의 인버터(1-1)는 동기부(10)를 포함하여, PWM 동기신호를 각각 복수의 인버터(1)의 제어부(20)에 전송하며, 제어부(20)는 PWM 동기신호에 따라 복수의 스위칭소자를 포함하는 인버터부(30)를 제어할 수 있다. 또한, 인버터부(30)로부터 출력되는 삼상출력은 각 인버터(1)에 제공되는 전류검출부(40)에 의해 해당 인버터(1)의 제어부(20)에 제공될 수 있다.
각각의 인버터(1)의 제어부(20)는 단방향 통신을 수행한다. 즉, 제1인버터(1-1)의 제어부(20-1)는 제2인버터(1-2)의 제어부(20-2)로 신호를 전달하며, 제N인버터(1-n)의 제어부(20-n)는 이와 같은 방식으로 제n-1인버터(1-(n-1))의 제어부(20-(n-1))로부터 신호를 수신하여 다시 제1인버터(1-1)의 제어부(20-1)로 신호를 전달할 수 있다.
제1인버터(1-1)의 제어부(20-1)는 PWM 동기신호를 동기부(10)에 전송할 수 있다.
또한, 제어부(20)는 PWM 동기신호에 따라 PWM 캐리어를 동기화하여 인버터부(30)의 스위칭을 제어함으로써 모터(2)에 소정 전압과 주파수의 교류전압을 제공할 수 있다. PWM 캐리어에 따라 인버터부(30)의 스위칭소자를 제어하는 방식에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1과 같은 시스템은, 작은 용량의 인버터(1)로 대용량 모터(2)를 구동할 수 있다. 이와 같은 시스템을 구동하는 경우, 각 인버터(1)들의 PWM 캐리어가 동기되어 동일한 크기로 동일한 시간에 구동되어야 한다.
도 2는 PWM 캐리어 동기를 수행하지 않는 경우의 각 인버터의 PWM 캐리어를 설명하기 위한 일예시도이고, 도 3은 PWM 캐리어 동기를 수행하는 경우 각 인버터의 PWM 캐리어를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각 인버터의 PWM 캐리어가 동기되지 않고 각자 구동되는 경우, A 시점에서 순환전류가 발생하게 되어 인버터가 고장나게 된다.
따라서, 도 3과 같이, 동기부(10)에 의해 PWM 동기신호가 복수의 인버터(1)로 제공되어, PWM 캐리어의 동기를 수행함으로써, 순환전류의 발생을 방지한다.
즉, 종래의 인버터 제어방법은, PWM 동기신호가 입력되는 시점(B)에서, PWM 캐리어를 0으로 변경하여 강제로 동기화한다. 그러나, 이와 같은 종래의 제어방법에서는, 최초 동기는 쉽지만, PWM 동기신호에 노이즈가 발생하는 경우 PWM 출력에 큰 이상이 발생하게 된다.
도 4는 종래 인버터 제어방법의 문제를 설명하기 위한 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, PWM 동기신호 입력시점(B)에서 PWM 캐리어가 0으로 변경되는데, PWM 동기신호에 노이즈가 발생하는 경우, 해당 시점(C)에서 다시 PWM 캐리어가 0으로 변경됨으로써 PWM 캐리어가 불규칙하게 변경되는 문제가 있다.
이와 같이 PWM 캐리어를 강제로 0으로 변경하면 인버터부(30)에서 전류가 출력되다가 갑자기 끊기는 상황이 발생하므로, 동기되는 순간 인버터(1)의 출력이 떨리는 현상이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PWM 동기신호의 노이즈를 해결하고, 이에 따라 인버터 출력이 떨리는 현상을 해결하기 위한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 인터버 제어방법을 설명하기 위한 일예시도로서, 도 5의 (a)는 동기부(10)가 각 인버터(1)의 제어부(20)에 제공하는 PWM 동기신호를, (b) 내지 (d)는 각 인버터(1)의 제어부(20)가 인버터부(30)에 제공하는 PWM 캐리어를 나타내는 것이다. 다만, 본 발명의 설명에서는 3개의 인버터부에 제공되는 PWM 캐리어를 예를 들어 나타내었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, n개의 인버터(1)가 병렬연결되는 경우에는 n개의 PWM 캐리어가 각각 동기화될 수 있음은 자명하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어방법에서, 각 제어부(20)는, PWM 동기신호 입력시점에서 PWM 캐리어의 동기오차를 확인하여, PWM 캐리어의 피크(peak)에서 해당 동기오차를 보완할 수 있다.
즉, (a)의 제1인버터의 PWM 캐리어에서, 해당 제1인버터의 제어부(20)는, PWM 동기신호가 입력되는 t1 시점에서의 동기오차를 확인하여, D에 해당하는 동기오차를 확인하고, 해당 PWM 캐리어의 피크 시점(t2)에 동기오차 보완(E)함으로써, 동기화를 수행할 수 있다.
또한, (b)의 제2인버터의 PWM 캐리어에서, 해당 제2인버터의 제어부(20)는 PWM 동기신호가 입력되는 t1 시점에서의 동기오차를 확인하여, F에 해당하는 동기오차를 확인하고, 해당 PWM 캐리어의 피크 시점(t3)에 동기오차 보완(G)함으로써, 동기화를 수행할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어방법에서 각 제어부(20)는, PWM 동기신호에 대한 검출범위를 선정할 수 있다. 즉, 제어부(20)는 인버터의 PWM 캐리어가 0인 지점(H)으로부터 일정 범위(I~L)를 설정하고, 해당 범위 내에 PWM 동기신호가 입력되면 동기신호로 인식하고, 나머지 시점(M)에 입력되는 신호에 대해서는 노이즈로 간주할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예의 병렬연결 인버터 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어방법에서, 각 인버터(1)의 제어부(20)는, 동기부(10)로부터 PWM 동기신호를 수신하면(S10), 해당 PWM 동기신호가 도 6의 I와 같은 동기신호 검출범위 이내인지 확인하여(S15), 만약 PWM 동기신호 검출범위 이내가 아닌 경우에는 노이즈로 간주하여, 해당 동기신호를 무시한다(S20). 이 경우에는 동기신호 검출범위를 유지할 수 있다(S45). 즉, 예를 들어 도 6의 예에서 t3 시점과 t4 시점 사이에 동기신호 검출범위 이외에서 PWM 동기신호가 수신된 경우(M)에는, 해당 동기신호 검출범위을 t4와 같이 유지할 수 있다(K→L).
한편, 만약, S15에서 PWM 동기신호 검출범위 이내인 경우, PWM 동기신호 수신시점에서 PWM 캐리어의 동기오차를 연산한다(S25).
S25의 결과 오차가 없는 경우(S30), 동기신호 검출범위를 줄일 수 있다(S35). 즉, 예를 들어 도 6의 t2에서 PWM 캐리어의 오차가 없으므로, 제어부(20)는 동기신호 검출범위를 t3에서와 같이 줄일 수 있다(J→K).
한편, S30에서 오차가 있는 경우에는, 캐리어 피크에 동기오차를 보정하고(S40), 동기신호 검출범위를 유지할 수 있다(S45). 즉, 도 6에서 t1 시점에 발생한 캐리어 동기오차를 캐리어 피크에서 보정한 후, t2 시점에서는 검출범위를 그대로 유지할 수 있다(I→J).
도시되지는 않았으나, PWM 검출범위 이내에서 PWM 동기신호가 검출되지 않는 경우에는, 동기신호 검출범위를 확대할 수 있을 것이다.
이와 같이 본 발명의 제어부는, PWM 동기신호 검출범위를 변동할 수 있다. 이는, 인버터 구동 초기에는 동기오차가 크게 발생하므로 검출범위를 크게 설정하고, 인버터의 PWM 캐리어가 동기화된 이후에는 검출범위를 좁혀 노이즈에 대한 대책을 강화하기 위한 것이다.
PWM 동기신호 검출범위의 변동(즉, 증가 및 축소) 폭은, 미리 설정에 의해 결정되어 있을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, PWM 동기신호의 노이즈를 구분하여 인버터의 오동작을 방지할 수 있고, PWM 캐리어의 동기화를 위해 캐리어의 동기오차를 보정하는 방식을 취함으로써 캐리어를 강제로 0으로 동기하지 않음으로, 인버터의 출력이 떨리는 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 병렬연결된 인버터를 안정적으로 구동할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 인버터 2: 모터
10: 동기부 20: 제어부
30: 인버터부

Claims (6)

  1. 복수의 인버터가 병렬로 연결되어 모터를 구동하는 시스템에서, 상기 복수의 인버터를 각각 제어하는 방법에 있어서,
    펄스폭변조(PWM) 동기신호를 수신하는 경우, 미리 설정된 PWM 동기신호의 검출범위를 확인하는 단계;
    PWM 동기신호 수신시점에서의 PWM 캐리어의 동기오차를 연산하는 단계;
    PWM 동기신호 수신시점에서 PWM 캐리어의 동기오차가 없는 경우, 미리 설정된 폭만큼 PWM 동기신호 검출범위를 축소하는 단계; 및
    PWM 캐리어의 피크에서 상기 동기오차를 보정하는 단계를 포함하는 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    수신한 PWM 동기신호가 검출범위 이외인 경우, 해당 PWM 동기신호를 무시하는 단계를 더 포함하는 제어방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    PWM 캐리어의 동기오차를 보정한 경우, PWM 동기신호 검출범위를 유지하는 단계를 더 포함하는 제어방법.
  5. 제2항에 있어서,
    PWM 동기신호 검출범위를 유지하는 단계를 더 포함하는 제어방법.
  6. 제1항에 있어서,
    PWM 동기신호 검출범위에서 PWM 동기신호가 수신되지 않는 경우, PWM 동기신호 검출범위를 미리 설정된 폭만큼 확대하는 단계를 더 포함하는 제어방법.
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