KR101638938B1 - 멀티레벨 전력 변환 시스템 - Google Patents

멀티레벨 전력 변환 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101638938B1
KR101638938B1 KR1020150016959A KR20150016959A KR101638938B1 KR 101638938 B1 KR101638938 B1 KR 101638938B1 KR 1020150016959 A KR1020150016959 A KR 1020150016959A KR 20150016959 A KR20150016959 A KR 20150016959A KR 101638938 B1 KR101638938 B1 KR 101638938B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
level
resistor
unit
inverter
Prior art date
Application number
KR1020150016959A
Other languages
English (en)
Inventor
이준기
엄주경
주성남
Original Assignee
(주)인텍에프에이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)인텍에프에이 filed Critical (주)인텍에프에이
Priority to KR1020150016959A priority Critical patent/KR101638938B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101638938B1 publication Critical patent/KR101638938B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M2001/322—
    • H02M2007/483—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 멀티레벨 전력 변환 시스템으로서, 특히 스파이크 전압을 억제하여 인버터의 손상을 방지할 수 있는 멀티레벨 전력 변환 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태인 멀티레벨 전력 변환 시스템은, 전원부로부터 3상 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 출력을 인가받아 계단형 구형파 형태의 전압으로 변환시켜 부하로 출력하는 멀티레벨 인버터부; 및 상기 멀티레벨 인버터부와 상기 부하 사이에 병렬로 연결된 저항을 구비하여, 상기 부하로 출력되는 전류의 방향이 바뀔 때 발생되는 스파이크 전압을 최소화하는 스파이크 전압 억제부;를 포함할 수 있다.

Description

멀티레벨 전력 변환 시스템{System for multileverl power transformer}
본 발명은 멀티레벨 전력 변환 시스템으로서, 특히 스파이크 전압을 억제하여 인버터의 손상을 방지할 수 있는 멀티레벨 전력 변환 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 산업용 오존 발생기의 전력 변환장치는 고전압을 만들기 위하여 일반 사용 전원에 변압기를 사용하거나 저주파 인버터와 변압기를 사용하여 고전압을 발생시키고 있다. 하지만, 상용 전원이나 저주파 인버터의 주파수는 고정되어 있고 낮기 때문에 오존 발생량이 극히 제한되는 문제점이 있었다. 오존 방전관의 재질이 기존에는 유리관에 금속 코팅을 통한 전극을 만들어 사용하기 때문에 인가 주파수가 1kHz이하로 사용하고 있었으나 방전관의 전극이 세라믹관으로 변화하면서 수 ~ 10kHz 정도의 주파수를 필요로 하며, 또한 주파수를 높임으로써 공진용 리액터의 용량 및 사이즈를 줄일 수 있는 장점이 있다. 고전압을 만들기 위해 변압기의 전압을 상승시키는 것은 오존 방전관의 절연 내력을 약화시키고 효율을 저감시킬 뿐만 아니라 시스템의 가격을 상승시키는 역할을 하기 때문에 오존 방전관의 특성에 맞는 변압기의 전압이 필수적이다.
도 1은 종래 기술에 따른 고주파수 멀티레벨 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 멀티레벨 전력 변환 시스템은 전원(10), 컨버터(20), 멀티레벨 인버터(30)를 포함한다. 이러한 구성을 갖는 멀티레벨 전력 변환 시스템은 부하(1)에 적합한 고주파수 전압의 전원을 인가한다. 전원(10)은 멀티레벨 컨버터(20)에 전력을 공급한다. 컨버터(20)는 전원(10)으로부터 AC 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력시킨다. 멀티레벨 인버터(30)는 컨버터(20)에서 출력된 DC 전압을 인가받아 단상의 고주파 AC 전압으로 변환시켜 부하(1)인 오존 발생기로 출력한다.
도 2 내지 도 7은 시스템 동작 모드에 따른 전류 흐름을 도시한 회로도이며, 도 8은 출력 전압에 따른 시스템 동작 모드를 도시한 전류 및 전압 그래프이다.
도 2 내지 도 8을 참조하면, MODE4에서 MODE1으로 변이될 때, MODE2에서 MODE3로 변이될 때, IGBT의 메인 스위치에서 프리휠링 다이오드 패스로 전류의 방향이 바뀌면서 높은 스파이크 전압(spike voltage)이 발생된다. 이는, 일반적인 인버터에서는 나타나지 않지만 단상 공진 부하 방식에서 나타나는 현상으로서, 전류의 극성 변화에 따른 현상이다. 전압과 전류의 위상차가 지상(遲相)이면 나타나지 않고, 전압과 전류의 위상차가 동상이거나 진상(進相)시에만 발생한다. 즉, 전압이 없는 영전압 상태에서 전류의 극성이 바뀔 때 발생하는데, DC 링크에서 전류가 나오지 않는 구간, 각 IGBT내에서 전류가 순환할 때 발생한다. 2레벨일 경우의 스파이크 전압은 사용하는 IGBT의 내압 범위 안에서의 크기만 발생하지만, 멀티 레벨의 경우에는 각 레벨의 전압이 중첩되어 IGBT의 내압을 벗어난다.
그런데 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)의 내압을 넘는 스파이크의 발생으로 인하여, IGBT의 소손 및 출력 전압에 영향을 받는 문제가 있다. 따라서 전압이 없는 영전압 상태에서 전류의 극성이 바뀔 때 스파이크(spike) 전압이 발생되지 않도록 하는 멀티레벨 전력 변환 시스템의 개발이 필요하다.
한국등록특허 10-1336911
본 발명의 기술적 과제는 스파이크 전압을 억제하여 인버터의 손상을 방지할 수 있는 멀티레벨 전력 변환 시스템을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 인버터의 용량에 따라서 스파이크 전압의 억제를 위한 소자의 용량을 결정하도록 하는데 있다.
본 발명의 실시 형태인 전원부로부터 3상 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 출력을 인가받아 계단형 구형파 형태의 전압으로 변환시켜 부하로 출력하는 멀티레벨 인버터부; 및 상기 멀티레벨 인버터부와 상기 부하 사이에 병렬로 연결된 저항을 구비하여, 상기 부하로 출력되는 전류의 방향이 바뀔 때 발생되는 스파이크 전압을 최소화하는 스파이크 전압 억제부;를 포함할 수 있다.
상기 멀티레벨 전력 변환 시스템은, 상기 멀티레벨 인버터부의 출력을 입력받아 고전압으로 변환시켜 상기 부하에 출력하는 변압기부;를 포함할 수 있다.
상기 스파이크 전압 억제부는, 상기 저항과 직렬로 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 컨버터부는, 전원부로부터 3상 전압을 인가받아 제1DC 전압으로 변환하여 출력하는 제1컨버터 모듈; 및 전원부로부터 3상 전압을 인가받아 제2DC 전압으로 변환하여 출력하는 제2컨버터 모듈;을 포함하며, 상기 멀티레벨 인버터부는, 상기 제1DC 전압을 인가받아 제1출력 전압을 상기 부하의 제1단자로 출력하는 멀티레벨 제1인버터 모듈; 및 상기 제2DC 전압을 인가받아 제2출력 전압을 상기 부하의 제2단자로 출력하는 멀티레벨 제2인버터 모듈;을 포함하며, 상기 스파이크 전압 억제부는, 상기 멀티레벨 제1인버터 모듈과 부하의 제1단자 사이에 연결된 제1노드와, 상기 멀티레벨 제2인버터 모듈과 부하의 제2단자 사이의 제2노드에 연결된 스파이크 전압 억제 노드 연결선으로 이루어지며, 상기 스파이크 전압 억제 노드 연결선은, 상기 제1노드와 연결된 일측단을 가지는 제1저항; 상기 제1저항의 타측단과 연결된 일측단을 가지는 제1커패시터; 상기 제2노드와 연결된 제2저항; 및 상기 제2저항의 타측단과 연결된 일측단을 가지는 제2커패시터;를 포함하며, 상기 제1커패시터의 타측단과 상기 제2커패시터의 타측단이 연결되는 제3노드를 가지며, 상기 제3노드는 접지와 연결됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 스파이크 전압 억제부는, 멀티레벨 제1인버터 모듈 및 멀티레벨 제2인버터 모듈의 출력 전압의 크기를 각각 측정하는 전압 측정 모듈을 구비하며,상기 제1저항 및 제2저항은 가변 저항으로서, 상기 전압 측정 모듈을 통해 측정된 멀티레벨 제1인버터 모듈의 출력 전압의 크기에 따라 상기 제1저항의저항값을 가변시켜 설정하며, 상기 전압 측정 모듈을 통해 측정된 멀티레벨 제2인버터 모듈의 출력 전압의 크기에 따라 상기 제2저항의 저항값을 가변시켜 설정할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 멀티레벨 전력 변환 시스템에서 모드 변경으로 인해 발생할 수 있는 스파이크 전압을 억제하여 인버터의 손상을 방지할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따르면 저항과 직렬로 연결된 커패시터는 저항을 통하여 흐르는 전류를 억제함으로써, 저항의 용량을 저감할 수 있는 효과를 가질 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 스파이크 전압을 인버터의 용량에 따라서 스파이크 전압의 억제를 위한 저항의 저항값과 커패시터의 커패시턴스를 결정함으로써, 인버터의 용량 교체에도 효율적으로 대처할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 고주파수 멀티레벨 전력 변환 시스템의 개략적인 구성도.
도 2 내지 도 7은 시스템 동작 모드에 따른 전류 흐름을 도시한 회로도.
도 8은 출력 전압에 따른 시스템 동작 모드에 따른 전류 및 전압 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 전력 변환 시스템의 구성도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 멀티레벨 인버터부와 부하 사이에 변압기부를 추가로 더 구비한 멀티레벨 전력 변환 시스템의 구성도.
도 11은 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 전력 변환 시스템의 회로도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 전력 변환 시스템의 출력 전압에 따른 멀티레벨 인버터부 내의 각 IGBT의 전류 흐름을 도시한 그래프.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 전력 변환 시스템의 출력 전압에 따른 컨버터부의 RC 필터의 전압 및 전류 흐름을 도시한 그래프.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해서 보다 명확해질 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 전력 변환 시스템의 구성도이다.
본 발명의 멀티레벨 전력 변환 시스템은, 전원부(100), 컨버터부(200), 멀티레벨 인버터부(300) 이외에 스파이크 전압 억제부(400)를 추가로 더 구비한다.
전원부(100)는, 컨버터부(200)에 3상 AC 전압을 공급한다. 전원부(100)는 3상 교류 전원(R,S,T)이 사용될 수 있다.
컨버터부(200)는 전원부(100)로부터 3상 AC 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력시킨다. 본 실시예의 경우, 컨버터부(200)는 정류하면서 발생되는 고조파 및 역률 저감을 개선하고 인버터 상하단 캐패시터의 DC전압을 일정하게 유지시키고 전압을 일반 정류시보다 승압을 하여 DC 전압을 고전압으로 생성시킨다. 즉 고전압으로 상승시켜 멀티레벨 인버터부(300)에서 필요한 전압을 생성한다.
이를 위하여 컨버터부(200)는, 전원부(100)로부터 3상 전압을 인가받아 DC 전압(이하, '제1DC 전압'이라 함)으로 변환하여 출력하는 제1컨버터 모듈(210)과, 마찬가지로 전원부(100)로부터 3상 전압을 인가받아 DC 전압(이하, '제2DC 전압'이라 함)으로 변환하여 출력하는 제2컨버터 모듈(220)을 포함한다.
멀티레벨 인버터부(300)는, 직류를 교류로 변환하는 장치로서, 직류로부터 원하는 크기의 전압 및 주파수를 갖는 교류로 변환시킨다. 본 발명의 멀티레벨 인버터부(300)는, 컨버터부(200)에서 출력을 인가받아 3 레벨의 계단형 구형파 형태의 전압으로 변환시켜 부하(1)(예컨대, 오존 발생기 등)로 출력한다. 이와 같이 멀티레벨 인버터부(300)가 출력을 정현파 형태와 유사하게 출력함으로써, 스트레스를 최소화하고 고조파 손실을 대폭 저감시킬 수 있다.
멀티레벨 인버터부(300)는, 제1컨버터 모듈(210)로부터 제공받은 제1DC 전압을 인가받아 제1출력 전압을 부하(1)의 제1단자로 출력하는 멀티레벨 제1인버터 모듈(310)과, 제2컨버터 모듈(220)로부터 제공받은 제2DC 전압을 인가받아 제2출력 전압을 부하(1)의 제2단자로 출력하는 멀티레벨 제2인버터 모듈(320)을 포함한다.
한편, 스파이크 전압(spike voltage)은, 전압이 없는 영전압 상태에서 전류의 극성이 바뀔 때 발생하는데, DC 링크에서 전류가 나오지 않는 구간, 각 IGBT내에서 전류가 순환할 때 발생할 수 있다. 스파이크 전압(spike voltage)은, 소자의 일단에서 타단으로 전류가 일방향으로 흐르다가 서서히 역방향으로 전류가 흐르게 될 시에, 소자의 일단과 타단에 각각 걸리는 전압 차이가 크게 발생하는 경우를 말한다. 2레벨의 경우 이러한 전압은 정상적인 경우에는 IGBT의 정격을 넘지 않으나, 멀티 레벨의 경우 다른 레벨의 전압이 같이 더해져서 스파이크 전압이 자기 정격 전압 이상 발생하게 되어 소자를 손상시키게 되는데, 멀티레벨 전력 변환 시스템에서 소자인 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)의 내압을 넘는 스파이크 전압의 발생으로 인하여, 멀티레벨 인버터부(300)를 이루는 IGBT의 소손 및 출력 전압에 영향을 받을 수 있다.
멀티레벨 전력 변환 시스템에서 모드 변경에 따른 전류의 극성 바뀜으로 인해서 발생되는 스파이크 전압을 억제하기 위하여, 본 발명은 스파이크 전압 억제부(400)를 포함한다.
스파이크 전압 억제부(400)는, 멀티레벨 인버터부(300)와 부하(1) 사이에 병렬로 연결된 저항을 구비하여, 부하(1)로 출력되는 전류의 방향이 바뀔 때 발생되는 스파이크 전압을 최소화한다. 전류 흐름 방향이 제1방향에서 극성이 바뀌어 반대인 제2방향으로 흐를 시에 스파이크 전압이 발생되더라도, 발생된 스파이크 전압으로 인한 전류가 저항을 거쳐 접지측으로 흐르게 하여 스파이크 전압이 소자에 인가되지 않도록 할 수 있다.
이러한 저항은, 멀티레벨 인버터부(300)의 출력 전압에 반비례하여 저항값이 결정되도록 한다. 즉, 멀티레벨 인버터부(300)의 용량에 따라 저항값을 반비례하여 설계한다. 또한, 멀티레벨 인버터부(300)의 출력 전압 및 용량에 반비례하여 저항값이 결정되는데, 멀티레벨 인버터부(300)의 용량에 따라 저항값을 다르게 설정할 수 있도록 가변 저항이 사용될 수 있다. 멀티레벨 인버터부(300)의 용량이 클수록 가변 저항의 저항값을 작게 하여 설정한다. 따라서 부하(1)가 교체되어 멀티레벨 전력 변환 시스템의 멀티레벨 인버터부(300)의 용량을 종전보다 더 큰 용량의 인버터부로 교체할 필요가 있더라도 별도의 저항 교체없이 스파이크 전압 억제부(400)의 회로 모듈을 그대로 사용할 수 있다.
또한 스파이크 전압의 발생으로 인하여 저항에 흐르는 전류를 억제하기 위하여 커패시터가 삽입될 수 있다. 이러한 커패시터는 내압과 수명을 고려하여 저항에 직렬로 연결되도록 설계될 수 있다.
한편, 본 발명의 멀티레벨 전력 변환 시스템은, 도 10에 도시한 바와 같이 멀티레벨 인버터부(300)와 부하(1) 사이에 변압기부(500)를 추가로 더 구비할 수 있다. 변압기부(500)는, 멀티 레벨 인버터부의 계단형 구형파의 출력을 입력받아 고전압으로 변환시켜 부하(1)에 제공한다. 멀티레벨 인버터에서 제공되는 3 레벨의 계단형 구형파는 변압기부(500)의 스트레스를 감소시킬 수 있다. 변압기부(500)에서 고전압으로 변환되어 출력되는 출력 전압은 부하(1)(예컨대, 오존 발생기)로 인가되어 부하(1)의 구동 전력으로 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 멀티레벨 전력 변환 시스템의 구체적인 회로도를 참조하여 좀더 자세히 설명하기로 한다. 변압기부(500)가 구비된 멀티레벨 전력 변환 시스템의 회로도를 도 11에 도시하여 설명하겠으나, 변압기부(500)가 구비되지 않은 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있음은 자명할 것이다. 또한 도 11에서는 변압기부(500)가 부하(1)에 직렬로 연결된 것처럼 도시하였으나, 변압기부(500)는 도 10과 같이 부하에 병렬로 연결될 수 있다.
도 11은 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 전력 변환 시스템의 회로도이며, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 전력 변환 시스템의 출력 전압에 따른 멀티레벨 인버터부 내의 각 IGBT의 전류 흐름을 도시한 그래프이며, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 멀티레벨 전력 변환 시스템의 출력 전압에 따른 컨버터부의 RC 필터의 전압 및 전류 흐름을 도시한 그래프이다.
전원부(100)는, 컨버터부(200)에 AC 전압을 공급한다. 전원부(100)는 3상 교류 전원(R,S,T)이 사용될 수 있으며, 이러한 3상 교류 전원은 컨버터부(200)의 제1컨버터 모듈(210) 및 제2컨버터 모듈(220)에 각각 제공된다. 즉, 3상 교류 전원인 제1상전압(R), 제2상전압(S), 제3상전압(T)가 제1컨버터 모듈(210)로 제공되며, 마찬가지로 3상 교류 전원인 제1상전압(R), 제2상전압(S), 제3상전압(T)가 제2컨버터 모듈(220)로 제공된다.
컨버터부(200)는 전원부(100)로부터 3상 AC 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력시킨다. 본 실시예의 경우, 컨버터부(200)는 정류하면서 발생되는 고조파 및 역률 저감을 개선하고 인버터 상하단 캐패시터의 DC전압을 일정하게 유지시키고 전압을 일반 정류시보다 승압을 하여 DC 전압을 고전압으로 생성시킨다. 컨버터부(200)는, 전원부(100)로부터 3상 전압을 인가받아 제1DC 전압으로 변환하여 출력하는 제1컨버터 모듈(210)과, 마찬가지로 전원부(100)로부터 3상 전압을 인가받아 제2DC 전압으로 변환하여 출력하는 제2컨버터 모듈(220)을 포함한다.
제1컨버터 모듈(210)과 제2컨버터 모듈(220) 각각은, 각 상전압을 입력받아 정류하는 복수의 다이오드(D;D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12)를 구비하며, 다이오드(D)를 통해 정류부의 커패시터(C;C1,C2,C3,C4)는 평활용 콘덴서로서 사용된다. 리액터(L;L1,L2)는 역률 개선 및 고조파 저감용으로 사용된다.
멀티레벨 인버터부(300)는, 컨버터부(200)에서 출력을 인가받아 3 레벨의 계단형 구형파 형태의 전압으로 변환시켜 부하(1)(예컨대, 오존 발생기 등)로 출력한다. 이와 같이 멀티레벨 인버터부(300)가 출력을 정현파 형태와 유사하게 출력함으로써, 스트레스를 최소화하고 고조파 손실을 대폭 저감시킬 수 있다. 참고로 3 레벨의 계단형 구형파 형태의 전압이라 함은 도 12 및 도 13의 출력 전압(Vinv)과 같이 2K, 0, -2K의 3 레벨의 계단형으로 된 구형파 형태의 전압을 말한다.
멀티레벨 인버터부(300)는, 제1컨버터 모듈(210)로부터 제공받은 제1DC 전압을 인가받아 제1출력 전압을 부하(1)의 제1단자로 출력하는 멀티레벨 제1인버터 모듈(310)과, 제2컨버터 모듈(220)로부터 제공받은 제2DC 전압을 인가받아 제2출력 전압을 부하(1)의 제2단자로 출력하는 멀티레벨 제2인버터 모듈(320)을 포함한다.
제1인버터 모듈과 제2인버터 모듈 각각은, 복수의 IGBT 소자로 이루어져 3 레벨의 계단형 구형파 형태의 전압을 출력하여 변압기부(500)로 제공한다. 참고로 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 소자는, 파워 MOS FET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)와 바이폴러 트랜지스터의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자(素子)이다. IGBT 소자는 구동전력이 작고, 고속스위칭, 고내압화(高耐壓化), 고전류 밀도화(高電流密度化)가 가능하다.
스파이크 전압 억제부(400)는, 멀티레벨 인버터부(300)와 부하(1) 사이에 병렬로 연결된 저항을 구비하여, 부하(1)로 출력되는 전류의 방향이 바뀔 때 발생되는 스파이크 전압을 최소화한다.
스파이크 전압 억제부(400)는, 멀티레벨 제1인버터와 부하(1)의 제1단자 사이의 제1노드(N1)와, 멀티레벨 제2인버터와 부하(1)의 제2단자 사이의 제2노드(N2)에 연결된 노드 연결선으로 이루어진다. 저항에 흐르는 전류를 억제하여 저항의 용량을 줄이기 위하여 커패시터를 추가로 구비할 수 있다.
따라서 스파이크 전압 억제 노드 연결선은, 제1노드(N1)와 연결된 일측단을 가지는 제1저항(R1)과, 제1저항(R1)의 타측단과 연결된 일측단을 가지는 제1커패시터(C5)와, 제2노드(N2)와 연결된 제2저항(R2)과, 제2저항(R2)의 타측단과 연결된 일측단을 가지는 제2커패시터(C6);를 포함하며, 제1커패시터(C5)의 타측단과 제2커패시터(C6)의 타측단이 연결되는 제3노드(N3)를 가지며, 제3노드(N3)는 접지(GND)와 연결된다.
따라서 전류 흐름 방향이 제1방향에서 극성이 바뀌어 반대인 제2방향으로 흐를 시에 스파이크 전압이 발생되는데, 이때 발생된 스파이크 전압으로 인한 전류가 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)을 거쳐 접지(GND) 측으로 흐르게 된다. 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)은 500Ω 이상의 고저항값을 각각 가지는 저항을 사용한다. 정상적인 전류가 제1방향으로 흐를 때는 제1저항(R1)이나 제2저항(R2)을 관통하지 못하도록 하기 위함이다. 그러나 스파이크 전압으로 인하여 제1방향의 역방향인 제2방향으로 높은 전류가 흐를 시에는 고저항값을 가지는 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)을 거쳐 접지측으로 전류가 흐르게 하여 멀티레벨 인버터부(300)내의 IGBT의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)은, 멀티레벨 인버터부(300)의 멀티레벨 제1인버터 모듈(310) 및 멀티레벨 제2인버터 모듈(320)의 출력 전압에 반비례하여 저항값이 결정되도록 한다. 즉, 제1저항(R1)은 멀티레벨 인버터부(300)의 멀티레벨 제1인버터 모듈(310)의 용량에 따라 저항값이 결정되며, 제2저항(R2)은 멀티레벨 인버터부(300)의 멀티레벨 제2인버터 모듈(320)의 용량에 따라 저항값이 결정되도록 한다.
각 멀티레벨 인버터 모듈의 출력 전압에 반비례하여 저항값이 결정되도록 하는데, 이를 위해 각 멀티레벨 인버터부(300)의 출력 전압의 크기를 측정하는 전압 측정 모듈(미도시)을 구비하며, 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)은 가변 저항으로서, 전압 측정 모듈(미도시)을 통해 측정된 전압의 크기에 따라 제1저항 및 제2저항의 저항값이 가변되도록 한다.
상술하면, 스파이크 전압 억제부(400)는, 멀티레벨 제1인버터 모듈(310) 및 멀티레벨 제2인버터 모듈(320)의 출력 전압의 크기를 각각 측정하는 전압 측정 모듈(미도시)을 구비하며,제1저항(R1) 및 제2저항(R2)는 가변 저항으로 구현하여, 전압 측정 모듈(미도시)을 통해 측정된 멀티레벨 제1인버터 모듈(310)의 출력 전압의 크기에 따라 상기 제1저항(R1)의 저항값을 가변시켜 설정하며, 전압 측정 모듈(미도시)을 통해 측정된 멀티레벨 제2인버터 모듈(320)의 출력 전압의 크기에 따라 제2저항(R2)의 저항값을 가변시켜 설정함을 특징으로 하는 멀티레벨 전력 변환 시스템.
따라서 부하(1)가 교체되어 멀티레벨 전력 변환 시스템의 멀티레벨 인버터부(300)의 용량을 종전보다 더 큰 용량의 인버터부로 교체할 필요가 있더라도 별도의 저항 교체없이 스파이크 전압 억제부(400)의 회로 모듈을 그대로 사용할 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
100:전원부 200:컨버터부
210:제1컨버터 모듈 220:제2컨버터 모듈
300:멀티레벨 인버터부 310:멀티레벨 제1인버터 모듈
320:멀티레벨 제2인버터 모듈 400:스파이크전압 억제부
500:변압기부

Claims (5)

  1. 전원부로부터 3상 전압을 인가받아 DC 전압으로 변환하여 출력하는 컨버터부;
    상기 컨버터부에서 출력을 인가받아 계단형 구형파 형태의 전압으로 변환시켜 부하로 출력하는 멀티레벨 인버터부; 및
    상기 멀티레벨 인버터부와 상기 부하 사이에 병렬로 연결된 저항을 구비하여, 상기 부하로 출력되는 전류의 방향이 바뀔 때 발생되는 스파이크 전압을 최소화하는 스파이크 전압 억제부;를 포함하며,
    상기 스파이크 전압 억제부는, 상기 멀티레벨 제1인버터 모듈과 부하의 제1단자 사이에 연결된 제1노드와, 상기 멀티레벨 제2인버터 모듈과 부하의 제2단자 사이의 제2노드에 연결된 스파이크 전압 억제 노드 연결선으로 이루어지며,
    상기 스파이크 전압 억제 노드 연결선은,
    상기 제1노드와 연결된 일측단을 가지는 제1저항; 상기 제1저항의 타측단과 연결된 일측단을 가지는 제1커패시터; 상기 제2노드와 연결된 제2저항; 및 상기 제2저항의 타측단과 연결된 일측단을 가지는 제2커패시터;를 포함하며, 상기 제1커패시터의 타측단과 상기 제2커패시터의 타측단이 연결되는 제3노드를 가지며, 상기 제3노드는 접지와 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 전력 변환 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 멀티레벨 전력 변환 시스템은,
    상기 멀티레벨 인버터부의 출력을 입력받아 고전압으로 변환시켜 상기 부하에 출력하는 변압기부;를 포함하는 멀티레벨 전력 변환 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 스파이크 전압 억제부는,
    상기 저항과 직렬로 연결된 커패시터를 포함하는 멀티레벨 전력 변환 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터부는, 전원부로부터 3상 전압을 인가받아 제1DC 전압으로 변환하여 출력하는 제1컨버터 모듈; 및 전원부로부터 3상 전압을 인가받아 제2DC 전압으로 변환하여 출력하는 제2컨버터 모듈;을 포함하며,
    상기 멀티레벨 인버터부는, 상기 제1DC 전압을 인가받아 제1출력 전압을 상기 부하의 제1단자로 출력하는 멀티레벨 제1인버터 모듈; 및 상기 제2DC 전압을 인가받아 제2출력 전압을 상기 부하의 제2단자로 출력하는 멀티레벨 제2인버터 모듈;을 포함하는 멀티레벨 전력 변환 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스파이크 전압 억제부는, 멀티레벨 제1인버터 모듈 및 멀티레벨 제2인버터 모듈의 출력 전압의 크기를 각각 측정하는 전압 측정 모듈을 구비하며,
    상기 제1저항 및 제2저항은 가변 저항으로서, 상기 전압 측정 모듈을 통해 측정된 멀티레벨 제1인버터 모듈의 출력 전압의 크기에 따라 상기 제1저항의저항값을 가변시켜 설정하며, 상기 전압 측정 모듈을 통해 측정된 멀티레벨 제2인버터 모듈의 출력 전압의 크기에 따라 상기 제2저항의 저항값을 가변시켜 설정함을 특징으로 하는 멀티레벨 전력 변환 시스템.
KR1020150016959A 2015-02-03 2015-02-03 멀티레벨 전력 변환 시스템 KR101638938B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150016959A KR101638938B1 (ko) 2015-02-03 2015-02-03 멀티레벨 전력 변환 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150016959A KR101638938B1 (ko) 2015-02-03 2015-02-03 멀티레벨 전력 변환 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101638938B1 true KR101638938B1 (ko) 2016-07-13

Family

ID=56505727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150016959A KR101638938B1 (ko) 2015-02-03 2015-02-03 멀티레벨 전력 변환 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101638938B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6130970A (ja) * 1984-07-17 1986-02-13 Jeol Ltd トランジスタインバ−タ
JPH03195809A (ja) * 1989-12-26 1991-08-27 Japan Atom Energy Res Inst ＳＯｘの発生を防止した廃樹脂の焼却法
KR101336911B1 (ko) 2012-12-06 2013-12-04 (주)인텍에프에이 3레벨 인버터를 포함한 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법
KR101456569B1 (ko) * 2014-05-09 2014-11-13 진화전기통신주식회사 서지 보호 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6130970A (ja) * 1984-07-17 1986-02-13 Jeol Ltd トランジスタインバ−タ
JPH03195809A (ja) * 1989-12-26 1991-08-27 Japan Atom Energy Res Inst ＳＯｘの発生を防止した廃樹脂の焼却法
KR101336911B1 (ko) 2012-12-06 2013-12-04 (주)인텍에프에이 3레벨 인버터를 포함한 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법
KR101456569B1 (ko) * 2014-05-09 2014-11-13 진화전기통신주식회사 서지 보호 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8508957B2 (en) Power conversion device for converting DC power to AC power
US9374016B2 (en) AC-DC converter
US7804271B2 (en) Multiphase current supplying circuit, driving apparatus, compressor and air conditioner
WO2012067167A1 (ja) 交流－交流変換装置
EP1858149A1 (en) System linkage power converting apparatus
US20170045572A1 (en) Circuit Arrangement For Generating a Test Voltage, in Particular For Testing The Insulation of Installed Cable
US9407133B1 (en) Active power conditioner
US10505462B2 (en) Power converter
US7271505B1 (en) Voltage balancing in intermediate circuit capacitors
EP2814165B1 (en) DC Power Supply
US20220173652A1 (en) Power conversion system and virtual dc voltage generator circuit
Choi New pulse multiplication technique based on six-pulse thyristor converters for high-power applications
Kolli et al. Design considerations of three phase active front end converter for 13.8 kv asynchronous microgrid power conditioning system enabled by series connection of gen-3 10 kv sic mosfets
EP3503366A1 (en) Uninterruptible power supply apparatus
JP6158125B2 (ja) 電力変換装置
US20200169177A1 (en) Power conversion system
US11456660B2 (en) Grounding scheme for power conversion system
US8120930B2 (en) Rush current reduction circuit and electric appliance
KR101638938B1 (ko) 멀티레벨 전력 변환 시스템
US20200228028A1 (en) Inverter system
KR20160047131A (ko) 발전 시스템의 ３상 인버터 및 전력변환장치
CN107748301B (zh) 一种高压直流滤波电容器噪声测试加载电路
CN220173111U (zh) 一种基于同步二极管的整流电路
KR100321875B1 (ko) 3상 멀티 레벨 전압원 컨버터
TWI715464B (zh) 降壓轉換器

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190611

Year of fee payment: 4