KR101552771B1 - 인버터의 과전류 억제방법 - Google Patents

Abstract

인버터의 과전류 억제방법이 개시된다. 본 발명의 방법은, 과전류 트립레벨보다 낮은 제1레벨까지 출력전류가 증가하는 경우, 출력전압을 소정 크기로 제한하고, 출력전류가 상기 제1레벨보다 낮은 제2레벨까지 감소하는 경우, 출력전압을 제1기울기로 증가시키고, 출력전압의 증가에 의해 출력전류가 다시 제1레벨까지 증가하는 경우, 출력전압을 유지한다.

Description

인버터의 과전류 억제방법{METHOD FOR LIMITING OVER-CURRENT IN INVERTER}

본 발명은 인버터의 과전류 억제방법에 관한 것이다.

일반적으로, 인버터는 상용전원을 입력받아 전압과 주파수를 가변하여 전동기의 속도를 제어하는 전력변환 장치이다.

도 1은 일반적인 인버터 시스템의 구성도이다.

인버터(200)는 전원부(100)로부터 상용전원을 입력받아 전압과 주파수를 가변하여 전동기(300)로 출력하며, 전동기(300)는 팬, 펌프, 엘리베이터, 이송장치, 생산라인 등의 부하(500)를 구동한다. 전동기(300)와 부하(500) 사이에는 사용 환경에 따라 전원의 출력개폐를 위한 전원차단기(Magnetic Connecter; MC)(400)가 배치될 수도 있다.

인버터(200)는 전력변환을 위해서 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부(210)와 직류전원을 저장하는 DC-링크 커패시터(220), 직류전원을 다시 사용자가 원하는 교류전원으로 변환하는 인버터부(230) 및 이러한 전원변환 및 전원출력을 제어하는 제어부(240)로 구성된다. 제어부(240)는 인버터(200)를 보호하기 위한 보호동작을 수행한다.

도 2는 종래의 인버터에 발생하는 과전류와 이에 의한 보호동작을 설명하기 위한 예시도이다.

인버터(200)의 제어부(240)는 다양한 부하(500) 사용환경에서 인버터(200)의 출력 과전류를 방지하여, 제품 안정성과 성능을 보장하여야 한다. 이를 위해, 제어부(240)는 출력전류를 상시 모니터링하고 설정된 과전류 트립레벨보다 전류가 큰 경우 출력을 차단한다.

도 2를 참조로 하면, 제어부(240)는 인버터(200)의 정상운전시 일정한 출력전류(A)를 전동기(300)에 공급하고, 과도한 부하(500)로 인해 설정한 과전류 트립레벨보다 큰 출력전류(B)가 발생하면 인버터(200)의 운전을 정지하여 출력을 차단(C)함으로써 보호동작을 수행한다. 다만, 제어부(240)는 일시적으로 발생할 수 있는 과도한 부하에 대하 출력전류를 과전류 트립레벨보다 작게 제한하여 인버터(200) 운전이 정지하지 않도록 한다.

이와 같이, 인버터(200)는 일반적으로 정격의 출력전류를 안정하게 공급할 뿐 아니라, 일시적으로 발생할 수 있는 과부하 상황을 보장한다. 보편적으로, 인버터(200) 정격 출력전류의 150%까지 일시적(약 1분)으로 보장한다.

따라서, 보통 인버터(200)의 과전류 트립레벨을 정격 출력전류의 200% 내외로 설정하여 과도한 출력전류 발생시 운전을 정지하여 인버터(200), 전동기(300) 및 부하(500)의 파손을 방지할 수 있다.

그러나, 인버터(200)가 초기 급가속 운전을 수행하거나, 정상운전시 갑자기 부하(500)를 증가시키면, 연결된 부하(500)의 정격전류보다 큰 출력전류가 순간적으로 소모되어 과전류 트립레벨을 초과함으로써 운전이 정지하는 경우가 빈번하게 발생한다.

또한, 인버터(200)가 정상운전중인 상태에서 MC(400)를 통해 출력개폐가 동작되면 무부하 운전중에 순간적으로 부하(500)가 급격하게 발생되는 상황이 되며, 이때 보호동작에 의한 인버터(200)의 운전정지가 빈번하게 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 순간적으로 발생할 수 있는 과도한 부하(500)에 대해 출력전류를 과전류 트립레벨보다 작게(예를 들어 정격전류의 180% 내외) 제한하여 빈번한 운전정지를 방지하고 있지만, 출력전류 센싱 및 모니터링의 한계로 인해 간헐적으로 출력전류를 제한하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 다음과 같은 종래기술이 개시되어 있다.

[문헌 1] 일본공개특허 JP2012-143075, 2012. 07. 26 공개

위 종래기술은 과전류 보호시 게이트 서프레스 동작이 완료된 후 다시 출력을 인가할 때, 원래의 전압보다 일정 수준(약 50%) 적게 인가하며, 인버터 제어주기별로 출력전류를 확인하여 기준치보다 낮아진 경우 원래의 전압으로 복귀한다.

그러나, 위 종래기술 역시, 전압을 스텝 형태로 일시적으로 복귀함으로써 과전류 발생의 또 다른 원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 인버터 출력전압을 제어하여 인버터 과전류를 효율적으로 억제하는 인버터의 과전류 억제방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 인버터 내부의 출력전류가 모니터링되지 않는 구간에서의 과전류 발생시 운전정지를 방지하는 인버터의 과전류 억제방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 전류검출부에 의해 검출되는 인버터의 출력전류에 따라 인버터의 출력전압을 제어하여 과전류를 억제하는 본 발명의 방법은, 과전류 트립레벨보다 낮은 제1레벨까지 출력전류가 증가하는 경우, 출력전압을 소정 크기로 제한하는 단계; 출력전류가 상기 제1레벨보다 낮은 제2레벨까지 감소하는 경우, 출력전압을 제1기울기로 증가시키는 단계; 및 출력전압의 증가에 의해 출력전류가 다시 제1레벨까지 증가하는 경우, 출력전압을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 과전류 억제방법은, 출력전압의 유지에 의해 출력전류가 제2레벨까지 감소하는 경우, 출력전압을 정상상태 출력전압까지 제2기울기로 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1기울기와 상기 제2기울기는 동일하거나 서로 다를 수 있다.

본 발명의 일실시예의 과전류 억제방법은, 상기 인버터의 출력이 개방된 상태에서, 출력전압을 소정 크기로 제한하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 인버터의 출력이 개방된 이후 폐쇄되는 경우, 소정 크기로 제한된 출력전압을 유지할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 인버터의 출력 과전류가 발생하는 경우, 기존 출력주파수 제한 및 일시적인 출력전류 차단 이외에 출력전압 제어를 수행함으로써, 출력전류 상승을 효율적으로 억제하도록 하는 효과가 있다.

또한, 인버터 내부 출력전류 센싱회로의 기술적 한계로 인해, 모니터링이 불가능한 구간에서의 과전류 발생시 인버터의 운전정지를 방지하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 인버터 시스템의 구성도이다.
도 2는 종래의 인버터에 발생하는 과전류와 이에 의한 보호동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 인버터 과전류 억제방법이 적용되는 인버터 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 인버터의 과전류 억제방법을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인버터의 과전류 억제방법을 설명하기 위한 일예시도이다.

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 3은 본 발명의 인버터 과전류 억제방법이 적용되는 인버터 시스템의 일실시예 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 인버터 시스템에서, 상용전원부(1)로부터 교류전원이 입력되면 인버터(2)가 제어부(50)의 제어에 따라 출력전압과 주파수를 변경하여 전동기(3)에 인가할 수 있다.

인버터(2)는 컨버터부(10), DC-링크 커패시터(20), 인버터부(30), 전류검출부(40) 및 제어부(50)를 포함하며, 컨버터부(10)는 전력변환을 위해서 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하고, DC-링크 커패시터(20)는 컨버터부(10)가 변환한 직류전원을 저장하고, 인버터부(30)는 제어부(50)의 제어에 의해 직류전원을 소정 전압과 주파수의 교류전원으로 변환한다.

제어부(50)는 전류검출부(40)가 검출하는 인버터(2) 출력전류에 따라 인버터부(30)를 제어하여, 본 발명의 과전류 억제방법을 수행할 수 있다. 이하, 도면을 참조로 본 발명의 제어부(50)의 동작을 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 인버터의 과전류 억제방법을 설명하기 위한 일예시도로서, 인버터부(30)의 출력전류와, 그에 의해 제어부(50)에 의해 제어되는 출력전압을 나타낸 것이다.

인버터(2)가 초기 급가속하거나 또는 정상운전시 갑작스럽게 부하(5)가 증가되면 t1에서와 같이 순간적으로 높은 출력전류가 발생하는데, 이때 과전류 트립레벨을 초과하지 않도록, 본 발명의 일실시예의 제어부(50)는 출력주파수 제한과 일시적인 출력전류 차단 외에 출력전압 제어를 수행한다. 출력주파수 제한 및 일시적인 출력전류 차단은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

이를 위해, 본 발명에서는, 과전류 트립레벨보다 낮은 과전류상태(Over Current State 2; OCS-2) 레벨과, OCS-2레벨보다 낮은 OCS-1 레벨을 정의한다.

인버터(2)의 정상운전중 t1에서 출력전류가 갑작스런 과부하 상태로 인해 순간적으로 증가하여 OCS-2 레벨에 도달하면, 제어부(50)는 t1에서 출력전압의 크기를 제한함으로써(E) 전류상승을 억제한다. 이때, 위에서 설명한 출력주파수 제한 및 일시적인 출력전류 차단 역시, OCS-2 레벨 또는 OCS-2레벨과 과전류 트립레벨 사이에서 동작할 수 있다.

t3에서 출력전류가 OCS-1 레벨로 감소하면, 제어부(50)는 출력전압의 크기를 일정 기울기로 서서히 증가한다(F). 출력전압의 크기가 원래 출력전압(D)의 크기로 도달하기 전에 출력전압의 증가에 의해 t4에서 또다시 출력전류가 OCS-2레벨에 도달하면, 제어부(50)는 출력전압의 크기를 유지하여(G) 출력전류의 상승을 억제한다.

이와 같이 출력전압의 크기가 유지된 상태에서, 출력전류가 t5에서 감소하기 시작하여 t6에서 OCS-1 레벨로 감소하면, 제어부(50)는 t6에서 다시 출력전압의 크기를 원래의 출력전압의 크기로 일정 기울기로 서서히 증가(H)시킨다. t7에서 출력전압이 원래 크기로 복귀되면, 해당 크기를 유지할 수 있다(I). 이때, t3와 t4 사이에서 출력전압을 증가시키는 기울기와, t6와 t7 사이에서 출력전압을 증가시키는 기울기는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

본 발명의 제어부(50)의 과전류 억제는 순간적으로 발생하는 과부하에 대해 인버터(2)의 성능을 유지할 수 있으며, 과전류 억제구간(t1에서 t7)은 실제로 매우 짧은 시간에 수행되는 것이다. 다만, 이와 같은 과전류 억제에 의해서도 출력전류가 과전류 트립레벨을 초과하여 증가하면, 제어부(50)는 인버터(2)의 운전을 중지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인버터의 과전류 억제방법을 설명하기 위한 일예시도로서, 인버터부(30)의 출력전류와, 그에 의해 제어부(50)에 의해 제어되는 출력전압을 나타낸 것이다.

도 5는 도 4의 실시예와 t0 내지 t1 구간이 상이하며, 그 외 동일한 부분에 대해서는 도 4의 실시예와 동일하다 할 것이므로, 그 설명을 생략하기로 한다.

MC(4)와 같은 외부장치를 통해 인버터(2) 출력이 개폐동작하는 경우 순간적으로 높은 출력전류가 발생한다. 본 발명의 제어부(50)는, 이러한 경우 과전류의 억제를 위해, 인버터 출력이 개방된 상태(t0에서 t1 구간)에서부터 출력전압의 크기를 억제(E)하여, 출력 폐쇄상태(t1)시의 급격한 전류상승을 효과적으로 억제할 수 있을 것이다.

이와 같은 본 발명은, 인버터의 출력 과전류가 발생하는 경우, 기존 출력주파수 제한 및 일시적인 출력전류 차단 이외에 출력전압 제어를 수행함으로써, 출력전류 상승을 효율적으로 억제할 수 있다. 또한, 인버터 내부 출력전류 센싱회로의 기술적 한계로 인한 모니터링 불가구간에서 과전류 발생시 시간확보를 통해 운전정지를 방지할 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: 상용전원부 2: 인버터
3: 모터 4: MC
5: 부하 10: 컨버터부
20: DC-링크 커패시터 30: 인버터부
40: 전류검출부 50: 제어부

Claims (6)

1. 전류검출부에 의해 검출되는 인버터의 출력전류에 따라 인버터의 출력전압을 제어하여 과전류를 억제하는 방법에 있어서,
   과전류 트립레벨보다 낮은 제1레벨까지 출력전류가 증가하는 경우, 출력전압을 소정 크기로 제한하는 단계;
   출력전류가 상기 제1레벨보다 낮은 제2레벨까지 감소하는 경우, 출력전압을 제1기울기로 증가시키는 단계; 및
   출력전압의 증가에 의해 출력전류가 다시 제1레벨까지 증가하는 경우, 출력전압을 유지하는 단계를 포함하며,
   상기 인버터의 출력이 개방된 상태에서, 출력전압을 소정 크기로 제한하는 단계를 더 포함하는 과전류 억제방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   출력전압의 유지에 의해 출력전류가 제2레벨까지 감소하는 경우, 출력전압을 정상상태 출력전압까지 제2기울기로 증가시키는 단계를 더 포함하는 과전류 억제방법.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 제1기울기와 상기 제2기울기는 동일한 과전류 억제방법.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 제1기울기와 상기 제2기울기는 서로 다른 과전류 억제방법.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 인버터의 출력이 개방된 이후 폐쇄되는 경우, 소정 크기로 제한된 출력전압을 유지하는 과전류 억제방법.

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