KR101516497B1 - 인버터의 출력결상 검출방법 - Google Patents

인버터의 출력결상 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터의 출력결상 검출방법이 개시된다. 본 발명의 방법은, 인버터부의 스위칭 소자의 스위칭 동작상태에 따라, 전류검출이 가능한 섹터인지 판단여, 전류검출이 불가능한 섹터인 경우, 결상변수를 유지하고, 전류검출이 가능한 섹터인 경우, 출력전류가 출력결상 밴드 이내인 경우에 결상변수를 플러스 카운트하여 누적하고, 결상변수가 출력결상 검출레벨 이상인 경우, 출력결상으로 결정한다.

Description

인버터의 출력결상 검출방법{METHOD FOR DETECTING OUTPUT PHASE OPEN IN INVERTER}
본 발명은 인버터의 출력결상 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 인버터는 3상의 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 장치이다.
도 1은 일반적인 인버터의 구성도로서, 모터(2)를 구동한다.
인버터(1)는, 3상 AC 전원을 정류부(10)가 DC로 변환하고, 이를 DC링크 커패시터(20)에 저장한 뒤, 인버터부(30)가 AC로 변환하여 모터(2)에 공급하며, 전압과 주파수를 가변하여 모터(2)의 속도를 제어한다.
이때, 인버터의 출력(I)이 1상 이상 오픈(open)된 것을 인버터 출력결상이라고 하며, 인버터(1) 출력단과 모터(2)가 연결되지 않거나, 또는 인버터(1) 출력단과 모터(2)간 개폐장치의 오동작으로 인해 발생한다. 인버터 출력결상시 모터(2)는 정격전류 이상의 과전류가 인가되어 열화에 의한 소손이 발생할 수 있다.
이러한 인버터의 출력결상은 인버터 출력전류를 검출하여 판별한다.
도 2a 및 도 2b는 인버터 출력전류 검출부의 구성도로서, 도 2a는 변류기(Current Transformer; CT)를 이용하는 경우, 도 2b는 레그션트(leg shunt) 저항을 이용하는 경우를 나타낸다.
도 2a에 도시된 바와 같이, CT(41)는 인버터(1) 출력상에 위치하며, 인버터부(30)의 3상 출력전류를 검출한다. 한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 레그션트 저항은 인버터부(30) 각 상의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT)의 이미터 단에 배치되며, 인버터부(30)의 스위칭 동작상태에 따라 하부 IGBT로 전류가 흐를 때 인버터부(30)의 출력전류를 검출하는 것이다.
도 3은 인버터부의 스위칭 동작상태에 따라 출력전류 검출이 제한되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 레그션트 저항을 이용한 인버터 출력전류 검출방식은, 인버터부(30)의 스위칭 동작상태 및 전류 도통시간에 따라 전류검출 영역이 제한되므로, 전류검출 영역의 확장을 위하여 인버터 3상 출력전류 중 유효한 2상 전류를 검출하여 나머지 1상의 전류를 연산하는 방식을 사용한다. 다음은 레그션트 저항을 이용한 전류검출에서 전류검출을 연산하는 것을 나타낸 것이다.
섹터정보 Iu Iv Iw
1 Iu=(Ivs+Iws) Ivs=-Ivs Iw=-Iws
2 Iu=-Ius Ivs=(Ius+Iws) Iw=-Iws
3 Iu=-Ius Ivs=(Ius+Iws) Iw=-Iws
4 Iu=-Ius Ivs=-Ivs Iw=(Ius+Ivs)
5 Iu=-Ius Ivs=-Ivs Iw=(Ius+Ivs)
6 Iu=(Ivs+Iws) Ivs=-Ivs Iw=-Iws
이러한 레그션트 저항을 이용한 전류검출은 CT를 이용한 방식에 비하여 비교적 저가로 구현가능하므로, 저가형 소형 인버터에 주로 사용된다.
그러나, 이와 같은 레그션트 저항을 이용한 전류검출 방식에서는, 인버터 3상 출력전류 중 유효한 2상 전류를 검출하여 나머지 1상 전류를 연산하는 방식을 사용하므로, 정확한 출력결상 검출을 하지 못하게 되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 레그션트 저항을 이용한 전류검출 방식에서 인버터 출력결상을 정밀하게 검출하기 위한 인버터의 출력결상 검출방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 복수의 스위칭소자를 포함하는 인버터부의 레그션트 저항으로부터 인버터 출력전류를 수신하여, 출력결상을 검출하는 본 발명의 방법은, 상기 인버터부의 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작상태에 따라, 전류검출이 가능한 섹터인지 판단하는 단계; 전류검출이 불가능한 섹터인 경우, 결상변수를 유지하는 단계; 전류검출이 가능한 섹터인 경우, 출력전류가 출력결상 밴드 이내인 경우에 결상변수를 플러스 카운트하여 누적하는 단계; 상기 결상변수가 출력결상 검출레벨 이상인 경우, 출력결상으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 레그션트 저항으로부터 수신된 2상의 출력전류로부터 3상 출력전류를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 전류검출이 가능한 섹터인 경우, 출력전류가 출력결상 밴드 이외인 경우에 결상변수를 마이너스 카운트하여 누적하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 출력결상을 결정한 경우, 설정된 보호동작을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 레그션트 저항을 이용하여 인버터 출력전류를 검출하는 경우, 정확히 출력결상을 검출하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 인버터의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 인버터 출력전류 검출부의 구성도이다.
도 3은 인버터부의 스위칭 동작상태에 따라 출력전류 검출이 제한되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인버터 출력결상 검출장치의 일실시예 구성도이다.
도 5는 도 4의 출력결상 결정부가 종래 출력결상을 검출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 종래 CT를 이용한 인버터 출력전류 검출방식에서 출력결상을 검출하는 경우를 나타낸 것이다.
도 7은 종래 레그션트 저항을 이용한 출력전류 검출방식에서 출력결상을 검출하는 경우를 설명하기 위한 것이다.
도 8은 종래 레그션트 저항을 이용한 출력전류 검출방식의 시험 파형도이다.
도 9는 본 발명에 따른 출력결상 검출방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 출력결상 검출방식을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 11은 본 발명의 출력결상 검출방식을 설명하기 위한 신호 파형도이다.
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 4는 본 발명에 따른 인버터 출력결상 검출장치의 일실시예 구성도로서, 도 2b의 레그션트 저항으로부터 인버터 출력전류를 수신하여 출력전류를 검출하고, 출력결상을 결정한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인버터 출력결상 검출장치는, 조정부(43), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter; ADC)(44), 출력전류 결정부(45) 및 출력결상 결정부(46)를 포함한다.
조정부(43)는 레그션트 저항(42)으로부터 입력되는 출력전류에 대하여 저대역통과(Low Pass Filtering; LPF) 및 스케일 조정을 수행하고, ADC(44)가 디지털 데이터로 변환하며, 출력전류 결정부(45)는 2상의 전류로부터 1상의 전류를 표 1을 이용하여 연산할 수 있다.
출력결상 결정부(46)는 인버터 3상 출력전류를 수신하여 각 상의 출력결상 유무를 판단하며, 각 상의 인버터 출력전류가 출력결상 밴드(band) 내에서 일정 시간 이상 유지되는 경우 출력결상으로 결정한다. 출력결상시, 결상된 상의 전류는 흐르지 않으므로, 설정된 출력결상 밴드 내에서 출력전류가 유지되게 된다. 출력결상 밴드는, 출력결상시 전류가 일정하게 유지되는 구간을 말하며, 미리 설정된다.
도 5는 도 4와 같이 구성되는 인버터 출력결상 검출장치에서, 출력결상 결정부(46)가 종래 출력결상을 검출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 출력결상 결정부(46)는 인버터 출력전류를 수신하여(S51), 인버터 출력전류 검출 주기마다 출력전류가 출력결상 밴드 내에서 출력되는지 판단한다(S52).
인버터 출력전류가 출력결상 밴드 내인 경우 결상변수(OPO_Cnt)를 (+) 카운트하여 그 값을 누적하고(S54), 이를 출력전류 검출주기마다 반복한다.
그러나, 인버터 출력전류가 출력결상 밴드 이외인 경우에는 결상변수(OPO_Cnt)를 (-) 카운트 하여 정상적인 인버터 동작에서의 출력결상 검출을 방지할 수 있다(S53).
누적된 결상변수(OPO_Cnt)가 출력결상 검출레벨 이상인 경우(S55), 출력결상 결정부(46)는 인버터의 출력결상으로 결정하고 설정된 보호동작을 수행하게 된다(S56).
도 6은 종래 CT(41)를 이용한 인버터 출력전류 검출방식에서 출력결상을 검출하는 경우를 설명하기 위한 것으로서, U상에 출력결상이 발생된 경우를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 인버터 출력전류(A)가 출력결상 밴드 이내인 경우, 결상변수(B)는 (+) 카운트되어, 결상변수(B)가 출력결상 검출레벨 이상이 되는 경우(C) 출력결상으로 결정된다.
도 7은 종래 레그션트 저항을 이용한 출력전류 검출방식에서 출력결상을 검출하는 경우를 설명하기 위한 것으로서, U상에 출력결상이 발생된 경우를 나타낸 것이다.
레그션트 저항을 이용한 출력전류 검출방식에서는 스위칭 구간(섹터)에 따라 인버터 3상 출력전류 중 유효한 2상 전류를 검출하여 나머지 1상 전류를 연산하게 되므로, 정확한 출력결상을 검출하지 못한다.
즉, 도 7에서, U상 출력전류(D)가 1주기 동안 결상되었을 때, U상의 자기 상전류를 검출하는 섹터2 내지 섹터5에서는 결상구간 동안 결상변수(E)를 증가시키지만, 다른 상전류로 U상 전류를 연산하는 섹터1과 섹터6에서는 출력전류가 연산되므로 결상변수(E)가 결상구간 내에서 감소되어, 결국 결상구간 내에서 출력결상을 검출하지 못하게 되는 문제가 발생한다.
도 8은 종래 레그션트 저항을 이용한 출력전류 검출방식의 시험 파형도로서, U상 결상에 의해서도 출력결상을 검출하지 못하는 것을 알 수 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레그션트 저항을 이용한 전류검출 방식에서 인버터 출력결상을 정확하게 검출한다.
도 9는 본 발명에 따른 출력결상 검출방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도로서, 도 4의 인버터 출력결상 검출장치에 의해 수행될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 출력결상 검출방법은, 레그션트 저항으로부터 인버터 출력전류 중 2상전류를 수신하여, 출력전류 결정부(45)에 의해 3상의 출력전류가 결정될 수 있다(S91).
출력결상 결정부(46)는 이때, 스위칭 동작상태에 따른 섹터를 검출하여(S92), 해당 상의 전류검출이 가능한 섹터가 아닌 경우(S93), 즉, 레그션트 저항이 검출한 전류를 통해 출력전류 결정부(45)가 연산한 상의 전류인 경우에는, 결상변수(OPO_Cnt)를 유지하고(S94), 전류검출이 가능한 섹터인 경우에 한해 다음 단계로 진행한다.
즉, 전류검출이 가능한 섹터인 경우(S93), 출력결상 결정부(46)는, 출력전류가 출력결상 밴드 이내인지 확인하여(S95), 출력전류가 출력결상 밴드 이내인 경우에는 결상변수(OPO_Cnt)를 (+) 카운트하여 그 값을 누적하고(S97), 이를 출력전류 검출주기마다 반복한다.
그러나, 인버터 출력전류가 출력결상 밴드 이외인 경우에는 결상변수(OPO_Cnt)를 (-) 카운트 하여 정상적인 인버터 동작에서의 출력결상 검출을 방지할 수 있다(S96).
이후, 누적된 결상변수(OPO_Cnt)가 출력결상 검출레벨 이상인 경우(S98), 출력결상 결정부(46)는 인버터의 출력결상으로 결정하고 설정된 보호동작을 수행하게 된다(S99).
도 10은 본 발명의 출력결상 검출방식을 설명하기 위한 일예시도로서, U상 전류가 1주기 결상된 경우를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, U상의 출력전류(D)가 1주기동안 결상된 경우, 본 발명의 출력결상 검출방법은, U상 전류가 검출되는 섹터2 내지 섹터5에서는 결상구간동안 결상변수(F)를 증가시키고, 다른 상 전류로 U상 전류를 연산하는 섹터1 및 섹터6에서는 결상변수를 유지하여, 정확한 인버터 출력결상 검출이 가능하다. 즉, 종래의 검출방법에 의하면 출력결상을 검출할 수 없으나(E), 본 발명에 의하면 출력결상을 검출할 수 있다(F).
도 11은 본 발명의 출력결상 검출방식을 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도면에 도시된 바와 같이, U, V, W중 U상이 결상된 경우, 정확히 출력결상을 검출하여 트립신호가 발생하여 보호동작이 수행되게 됨을 알 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.
41: 레그션트 저항 45: 출력전류 결정부
46: 출력결상 결정부

Claims (4)

  1. 복수의 스위칭소자를 포함하는 인버터부의 레그션트 저항으로부터 인버터 출력전류를 수신하여, 출력결상을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 인버터부의 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작상태에 따라, 전류검출이 가능한 섹터인지 판단하는 단계;
    전류검출이 불가능한 섹터인 경우, 결상변수를 유지하는 단계;
    전류검출이 가능한 섹터인 경우, 출력전류가 출력결상 밴드 이내인 경우에 결상변수를 플러스 카운트하여 누적하고, 출력전류가 출력결상 밴드 이외인 경우에 결상변수를 마이너스 카운트하여 누적하는 단계;
    상기 결상변수가 출력결상 검출레벨 이상인 경우, 출력결상으로 결정하는 단계를 포함하는 출력결상 검출방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레그션트 저항으로부터 수신된 2상의 출력전류로부터 3상 출력전류를 결정하는 단계를 더 포함하는 출력결상 검출방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
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