KR101711155B1 - 저고조파형 저압 인버터장치 - Google Patents

저고조파형 저압 인버터장치 Download PDF

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이형묵
정경원
황판희
황수명
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한국수자원공사
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Abstract

본 발명은 저고조파형 저압 인버터장치이 개시된다. 본 발명의 저고조파형 저압 인버터장치는 전원부로부터 전원을 공급받고, 공급받은 전원의 위상을 멀티레벨(multi level) 방식을 통해 변환시켜 고조파의 발생을 억제하는 저압 다권선 변압기를 구비하며, 저압 다권선 변압기의 각 권선에 전압이 15°씩 위상차가 있는 전원을 공급하는 변압부, 변압부로부터 위상이 변환된 전원을 각각 공급받고, 공급된 전원을 교류에서 직류로 변환시켜주는 복수의 저압 컨버터를 구비하는 컨버터부, 컨버터부로부터 직류로 변환된 전원을 각각 공급받고, 공급된 전원의 주파수를 변환하여 적어도 하나의 모터를 구비하는 모터부에 주파수가 변환된 전원을 공급하는 복수의 저압 인버터를 구비하는 인버터부 및 인버터부의 분할 및 다중 시스템을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

저고조파형 저압 인버터장치{low-voltage inverter apparatus of Low harmonic}
본 발명은 저압 인버터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저압 다권선 변압기의 2차를 멀티레벨 방식에 적용하여 저 고조파를 구현하는 저고조파형 저압 인버터장치에 관한 것이다.
용수공급에 활용되는 펌프모터는 목표연도 용수공급량 기준으로 최적의 운전이 될 수 있도록 설치하고 있다. 특히, 용수 공급량이 상대적으로 적은 운영 초기 또는 상시 발생하는 수요량 변동에 따른 공급량 조정이 필요시에 수송 에너지 손실 저감을 위해 인버터를 다수 적용하고 있다.
일반적으로, 사용되는 국산 저압(사용전압 600V 이하) 인버터는 다량의 고조파 발생으로 인하여 주변기기의 과열 및 소손, 오작동 등의 부정적 영향을 미치므로, 고조파 발생 억제를 위하여 고가의 외산 저 고조파형 인버터를 사용 중에 있다. 여기서, 고조파는 기본 진동수의 정수 배수가 되는 진동으로써, 주기파 또는 주기 변화량에 있어서 기본파 주파수의 정 배수 주파수를 가지는 성분을 의미한다. 또한 저 고조파는 진동 중 고조파의 함유율이 4% 이하를 의미한다.
따라서, 인버터 사용으로 인한 기기들의 오동작을 방지하고, 용수공급 안정성을 높이며 원가를 절감할 수 있는 저 고조파형 저압 인버터의 국산화 개발이 필요하며, 국산화 개발 시 종래의 인버터 운영방식을 향상시킬 수 있는 기술을 추가적으로 개발하여 비용절감과 안정적 설비 운영을 도모할 수 있도록 기술 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제10-0884356호(2009.02.17.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저압 다권선 변압기의 멀티레벨 방식을 적용하여 복수의 저압 인버터에 전압이 동일하고, 위상이 15°씩 차이가 있는 전원을 공급하는 저고조파형 저압 인버터장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 복수의 저압 인버터를 병렬로 연결하고, 분할 및 다중 시스템을 통해 예비용량을 확보하는 저고조파형 저압 인버터장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 복수의 저압 인버터로 구성된 하나의 인버터부로 복수의 모터를 기동 및 정지하는 멀티 기동운전을 하는 저고조파형 저압 인버터장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 저고조파형 저압 인버터장치는, 전원부로부터 전원을 공급받고, 상기 공급받은 전원의 위상을 멀티레벨(multi level) 방식을 통해 변환시켜 고조파의 발생을 억제하는 저압 다권선 변압기를 구비하며, 상기 저압 다권선 변압기의 각 권선에 전압이 15°씩 위상차가 있는 전원을 공급하는 변압부, 상기 변압부로부터 상기 위상이 변환된 전원을 각각 공급받고, 상기 공급된 전원을 교류에서 직류로 변환시켜주는 복수의 저압 컨버터를 구비하는 컨버터부, 상기 컨버터부로부터 상기 직류로 변환된 전원을 각각 공급받고, 상기 공급된 전원의 주파수를 변환하여 적어도 하나의 모터를 구비하는 모터부에 상기 주파수가 변환된 전원을 공급하는 복수의 저압 인버터를 구비하는 인버터부 및 상기 인버터부의 분할 및 다중 시스템을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 상기 변압부와 상기 컨버터부 사이에 배치되어 상기 전원의 과부하를 차단하는 각각 배선용 차단기(molded case circuit breaker, MCCB) 및 상기 인버터부와 상기 모터부 사이에 배치되어 상기 전원의 흐름을 제어하는 전자 접촉기(magnetic contactor, MC)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 인버터부와 상기 모터부 사이에 각각 배치되어 상기 복수의 모터를 가변속 운전시키는 가변속 스위치 및 상기 전원부와 상기 모터부 사이에 각각 배치되어 상기 복수의 모터를 정속 운전시키는 정속 스위치를 구비하는 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 변압부는, 상기 멀티레벨 방식을 5권선으로 형성하고, 상기 5권선 중 2차 권선 내지 5차 권선에 대한 위상각을 점진적으로 15°씩 차이를 두는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 컨버터부 및 상기 인버터부는, 서로 연결된 상기 복수의 저압 컨버터 및 상기 복수의 저압 인버터를 그룹화하여 복수의 모듈로 형성하고, 상기 형성된 복수의 모듈은 각각 병렬구조로 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 복수의 모듈 중 적어도 하나를 수리 또는 교체해야 하는 경우, 해당 모듈과 연결된 전자 접촉기가 열린 상태(off)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 모터부가 복수의 모터를 구비한 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 인버터부로부터 상기 복수의 모터에 상기 주파수가 변환된 전원이 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 저고조파형 저압 인버터장치는, 저압 다권선 변압기의 멀티레벨 방식을 적용하여 복수의 저압 인버터에 전압이 동일하고, 위상이 15°씩 차이가 있는 전원을 공급함으로서, 고조파의 발생을 억제할 수 있다.
또한 복수의 저압 인버터를 병렬로 연결하고, 분할 및 다중 시스템을 통해 예비용량을 확보할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 복수의 저압 인버터로 구성된 하나의 인버터부로 복수의 모터를 기동 및 정지하는 멀티 기동운전을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인버터부의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인버터부의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인버터부의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치의 정속운전을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치의 가변속 운전을 설명하기 위한 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 저압 다권선 변압기의 멀티레벨(multi level) 방식을 적용하여 복수의 저압 인버터(40)에 전압이 동일하고, 위상이 15°씩 차이가 있는 전원을 공급함으로서, 고조파의 발생을 억제할 수 있다. 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 복수의 저압 인버터(40)를 병렬로 연결하고, 분할 및 다중 시스템을 통해 예비용량을 확보할 수 있다. 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 변압부(10), 컨버터부(30), 인버터부(40) 및 제어부(60)를 포함한다.
변압부(10)는 전원부(200)로부터 전원을 공급받고, 공급받은 전원의 위상을 멀티레벨 방식을 통해 변환시켜 고조파의 발생을 억제하는 저압 다권선 변압기를 구비한다. 바람직하게는, 변압부(10)는 5권선으로 저압 다권선 변압기를 형성한다.
즉, 변압부(10)의 2차 권선 내지 5차 권선은 1개의 마스터 드라이버 라인과 3개의 팔로우 드라이버 라인으로 형성되며 후술되는 컨버터부(30)와 연결되어 전원을 공급한다. 이 때, 1개의 마스터 드라이버 라인은 제1 컨버터(31)와 연결되고, 3개의 팔로우 드라이버 라인은 제2 컨버터 내지 제4 컨버터(32, 33, 34)와 각각 연결되어 각각 별도의 전원을 공급한다.
변압부(10)는 5권선 중 2차 권선 내지 5차 권선에 대한 위상각을 점진적으로 15°씩 차이를 둔다. 즉, 주파수 1Hz의 전기적인 각도가 360°이므로, 24펄스 정류를 하여야 함에 따라 변압부(10)로부터 공급되는 전압의 위상각을 360°/ 24 = 15°의 위상차로 공급한다.
예를 들면, 변압부(10)는 2차 권선의 위상각을 0°로 하고, 3차 권선의 위상각을 15°로 하며, 4차 권선의 위상각을 30°로 하고, 5차 권선의 위상각을 45°로 할 수 있다. 여기서, 변압부(10)는 2차 권선 내지 5차 권선에 대해 위상각을 15°씩 차이를 두는 것으로 한정하였지만 이에 한정되지 않고, 내외부적인 요인에 따라 위상각을 변화시킬 수 있다.
컨버터부(30)는 변압부(10)의 다권선 변압기로부터 위상이 변환된 전원을 공급받고, 공급된 전원을 교류에서 직류로 변환시킨다. 여기서, 컨버터부(30)는 변압부(10)의 권선의 개수와 동일한 개수의 저압 컨버터를 구비하며, 각각의 저압 컨버터는 6펄스(pulse) 저압 컨버터이다. 즉, 변압부(10)가 5권선 변압기인 경우, 컨버터부(30)는 제1 저압 컨버터(31), 제2 저압 컨버터(32), 제3 저압 컨버터(33) 및 제4 저압 컨버터(34)를 포함한다. 이 때, 제1 저압 컨버터 내지 제4 저압 컨버터(31, 32, 33, 34)는 각각 위상각의 차이가 15°씩 있는 전원을 공급받는다. 즉, 제1 저압 컨버터(31)는 2차 권선으로부터 위상각이 0°변환된 전원을 공급받고, 제2 저압 컨버터(32)는 3차 권선으로부터 위상각이 15°변환된 전원을 공급받으며, 제3 저압 컨버터(33)는 4차 권선으로부터 위상각이 30°변환된 전원을 공급받고, 제4 저압 컨버터(34)는 5차 권선으로부터 위상각이 45°변환된 전원을 공급받을 수 있다.
이 때, 발생되는 고조파는 nP ± 1로 나타낼 수 있다. 여기서, n은 상수이고, P는 펄스 수이므로 24(6펄스 × 4개 저압 컨버터)가 된다. 즉, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 n = 1일 때 23, 25차 고조파가 발생하고, n = 2일 때 47, 49차 고조파가 발생하게 되므로, 저차 고조파를 발생하지 않는다. 이를 통해, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 최저 고조파 발생을 23차 고조파부터 발생시키므로, 국제 기준에 적합한 저고조파를 구현할 수 있으며, 고조파 발생을 4% 이하로 낮출 수 있다.
인버터부(40)는 컨버터부(30)로부터 직류로 변환된 전원을 공급받고, 공급된 전원의 주파수를 변환하여 모터부에 주파수가 변환된 전원을 공급한다. 여기서, 인버터부(40)는 컨버터부(30)의 저압 컨버터의 개수와 동일한 개수의 저압 인버터를 구비한다. 즉, 컨버터부(30)가 4개의 저압 컨버터를 구비하는 경우, 인버터부(40)는 제1 저압 인버터(41), 제2 저압 인버터(42), 제3 저압 컨버터(43) 및 제4 저압 컨버터(44)를 포함한다.
여기서, 컨버터부(30) 및 인버터부(40)는 서로 연결된 복수의 저압 컨버터(31, 32, 33, 34) 및 복수의 저압 인버터(41, 42, 43, 44)를 그룹화하여 복수의 모듈로 형성할 수 있다. 이 때, 복수의 모듈은 각각 병렬 구조로 구비될 수 있다.
여기서, 복수의 모듈은 각각의 앞단에 전원의 과부하를 차단하는 배선용 차단기(molded case circuit breaker, MCCB)(20)를 구비하고, 뒤단에 전원의 흐름을 제어하는 전자 접촉기(magnetic contactor, MC)(50)를 구비한다.
즉, 배선용 차단기(20)는 변압부(10)와 컨버터부(30) 사이에 복수의 배선용 차단기를 배치한다. 상세하게는, 제1 배선용 차단기(21)는 2차 권선과 제1 저압 컨버터(31) 사이에 배치되고, 제2 배선용 차단기(22)는 3차 권선과 제2 저압 컨버터(32) 사이에 배치되고, 제3 배선용 차단기(23)는 4차 권선과 제3 저압 컨버터(33) 사이에 배치되며, 제4 배선용 차단기(24)는 5차 권선과 제4 저압 컨버터(34) 사이에 배치된다. 또한 전자 접촉기(50)는 인버터부(40)와 모터부(300) 사이에 복수의 전자 접촉기를 배치한다. 상세하게는, 제1 전자 접촉기(51)는 제1 저압 인버터(41)와 모터부(300) 사이에 배치되고, 제2 전자 접촉기(52)는 제2 저압 인버터(42)와 모터부(300) 사이에 배치되며, 제3 전자 접촉기(53)는 제3 저압 인버터(43)와 모터부(300) 사이에 배치되고, 제4 전자 접촉기(54)는 제4 저압 인버터(44)와 모터부(300) 사이에 배치된다.
제어부(60)는 인버터부(40)의 분할 및 다중 시스템을 제어한다. 제어부(60)는 복수의 저압 인버터(41, 42, 43, 44) 중 하나를 마스터 저압 인버터로 설정하고, 나머지를 팔로우 저압 인버터로 설정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(60)는 제1 저압 인버터(41)를 마스터 저압 인버터로 설정하고, 제2 저압 인버터 내지 제4 저압 인버터(42, 43, 44)를 팔로우 저압 인버터로 설정할 수 있다. 즉, 제어부(60)는 마스터 저압 인버터로 팔로우 저압 인버터를 제어할 수 있다.
예를 들면, 마스터 저압 인버터를 수리 또는 교체해야 하는 경우, 제어부(60)는 팔로우 저압 인버터 중 하나를 마스터 저압 인버터로 설정한다. 이를 통해, 제어부(60)는 인버터부(40)의 운전을 계속 진행시킬 수 있다. 이 때, 제어부(60)는 수리 또는 교체가 완료된 이전 마스터 저압 인버터를 리셋하여 팔로우 저압 인버터로 재설정할 수 있다.
또한 팔로우 저압 인버터를 수리 또는 교체해야 하는 경우, 제어부(60)는 수리 또는 교체가 필요한 팔로우 저압 인버터를 제외하고, 마스터 저압 인버터와 나머지 팔로우 저압 인버터로 인버터부(40)의 운전을 계속 진행할 수 있다. 이 때, 제어부(60)는 수리 또는 교체가 완료된 팔로우 저압 인버터를 리셋하여 수리 또는 교체 전 상태의 팔로우 저압 인버터로 재설정할 수 있다.
즉, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 인버터부(40)가 포함하는 복수의 저압 인버터(41, 42, 43, 44) 중 어느 하나가 수리 또는 교체가 필요하더라도 나머지 저압 인버터만으로 예비용량을 확보할 수 있으므로 운전을 멈추지 않고, 모터부(300)에 전원을 일정하게 공급할 수 있다.
여기서, 인버터부(40)를 수리 또는 교체하는 경우만 개시하였지만 인버터부(40)가 컨버터부(30)와 그룹화되어 모듈로 형성된 경우, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 모듈을 수리 또는 교체하는 경우에도 전술된 수리 또는 교체하는 방법을 적용한다.
도면을 보다 상세하게 설명하면, 도 1은 저고조파형 저압 인버터장치(100)가 정상상태인 경우를 도시한 도면으로, 복수의 저압 인버터(41, 42, 43, 44)에서 모터부(300)에 공급하는 전원을 1/4씩 부담하여 연속 운전을 유지한다. 이 때, 복수의 저압 인버터(41, 42, 43, 44)와 각각 연결된 복수의 전자 접촉기(51, 52, 53, 54)는 닫힌 상태(on)가 된다.
도 2는 저고조파형 저압 인버터장치(100)의 제4 저압 인버터(44)가 고장인 경우를 도시한 도면으로, 나머지 저압 인버터(41, 42, 43)에서 모터부(300)에 공급하는 전원을 1/3씩 부담하여 연속 운전을 유지한다. 이 때, 제4 저압 인버터(44)와 연결된 제4 전자 접촉기(54)는 열린 상태(off)가 되고, 나머지 전자 접촉기(51, 52, 53)는 닫힌 상태가 된다.
도 3은 저고조파형 저압 인버터장치(100)의 제3 저압 인버터(43) 및 제4 저압 인버터(44)가 고장인 경우를 도시한 도면으로, 나머지 저압 인버터(41, 42)에서 모터부(300)에 공급하는 전원을 1/2씩 부담하여 연속 운전을 유지한다. 이 때, 제3 저압 인버터(43) 및 제4 저압 인버터(44)와 각각 연결된 제3 전자 접촉기(53) 및 제4 전자 접촉기(54)는 열린 상태가 되고, 나머지 전자 접촉기(51, 52)는 닫힌 상태가 된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 하나의 인버터부(40)로 복수의 모터(310, 320, 330)를 포함하는 모터부(300)를 기동 및 정지하는 멀티 기동운전을 할 수 있다.
이를 위해, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 모터부(300)의 멀티 기동운전 및 라인동기절체를 제어하는 스위치부(80)를 포함한다. 스위치부(80)는 복수의 가변속 스위치(81, 82, 83) 및 복수의 정속 스위치(84, 85, 86)를 포함한다.
가변속 스위치(81, 82, 83)는 인버터부(20)와 모터부(300) 사이에 각각 배치되어 복수의 모터(310, 320, 330)를 가변속 운전되도록 제어한다. 정속 스위치(84, 85, 86)는 전원부(200)와 모터부(300) 사이에 각각 배치되어 복수의 모터(310, 320, 330)를 정속 운전되도록 제어한다. 바람직하게는, 복수의 가변속 스위치(81, 82, 83) 및 복수의 정속 스위치(84, 85, 86)는 접촉기(contactor)일 수 있다. 또한 도면에서는 모터부(300)가 제1 모터 내지 제3 모터(310, 320, 330)를 포함하는 것으로 한정하였지만, 이에 한정되지 않고 설치되는 환경에 맞게 모터의 개수를 설정할 수 있다.
상세하게는, 저고조파형 저압 인버터 장치(100)는 제1 모터 내지 제3 모터(310, 320, 330)의 전체 또는 일부를 선택하여 기동 및 운전을 수행할 수 있다. 즉, 인버터부(40)와 제1 모터(310) 사이에는 제1 가변속 스위치(81)가 배치되고, 인버터부(40)와 제2 모터(320) 사이에는 제2 가변속 스위치(82)가 배치되며, 인버터부(40)와 제3 모터(330) 사이에는 제3 가변속 스위치(83)가 배치된다. 또한 전원부(200)와 제1 모터(310) 사이에는 제1 정속 스위치(84)가 배치되고, 전원부(200)와 제2 모터(320) 사이에는 제2 정속 스위치(85)가 배치되며, 전원부(200)와 제3 모터(330) 사이에는 제3 정속 스위치(86)가 배치된다. 이 때, 복수의 가변속 스위치(81, 82, 83) 및 복수의 정속 스위치(84, 85, 86)는 제어부(60)의 제어에 따라 선택적으로 열고 닫힐 수 있다.
예를 들면, 제1 모터 내지 제3 모터(310, 320, 330)를 모두 운전시키는 경우, 제어부(60)는 제1 가변속 스위치 내지 제3 가변속 스위치(92, 93, 94)를 모두 닫히도록 제어한다. 또한 제1 모터(310)를 제외한 제2 모터(320) 및 제3 모터(330)를 운전시키는 경우, 제어부(60)는 제2 가변속 스위치(82) 및 제3 가변속 스위치(83)만 선택하여 닫히도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(60)는 저고조파형 저압 인버터장치(100)가 복수의 모터(310, 320, 330)를 선택적으로 가변속 운전시킬 수 있도록 제어한다.
또한 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 순간정전이 발생하여도 모터부(300)에 전원을 공급할 수 있다. 즉, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 인버터부(40)에서 모터부(300)로 공급되는 전원이 순간정전이 되면 제어부(60)를 통해 전원라인을 절체하여 전원부(200)의 무정전 전원이 모터부(300)로 공급시킨다. 이를 통해, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 정전으로 인한 모터부(300)의 재기동을 방지할 수 있다. 여기서, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 정전이 복귀되면 전원부(200)의 무정전 전원을 인버터부(30)의 주파수 변환된 전원으로 다시 절체하여 모터부(300)로 공급할 수 있다.
또한, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 순간정전뿐만 아니라 유지보수를 할 경우에도 전원라인을 절체하여 사용자에게 편의성을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인버터부의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인버터부의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인버터부의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3 및 도 5 내지 도 7을 참조하면, 노란색 파형은 제1 저압 인버터(41)의 2차측 전류이고, 파란색 파형은 제2 저압 인버터(42)의 2차측 전류이며, 핑크색 파형은 제3 저압 인버터(43)의 2차측 전류이고, 초록색 파형은 제4 저압 인버터(44)의 2차측 전류를 의미한다.
도 5는 저고조파형 저압 인버터장치(100)의 정상상태인 경우에서 운전된 상태를 도시한 도면으로서, 제1 저압 인버터 내지 제4 저압 인버터(41, 42, 43, 44)의 2차측에서 측정된 전류 파형이 병렬운전조건(전압, 주파수, 위상)이 완벽하게 이루어진 상태를 나타낸다.
도 6은 저고조파형 저압 인버터장치(100)의 인버터부(40) 중 제4 저압 인버터(44)가 고장 상태인 경우에서 운전된 상태를 도시한 도면으로서, 모터부(300)로 공급되는 전류는 변화가 없고, 제1 저압 인버터 내지 제3 저압 인버터(41, 42, 43)에서 공급하는 전류는 모터부(300)의 운전전류에 대한 1/3씩을 각각 부담하는 것을 나타낸다.
도 7은 저고조파형 저압 인버터장치(100)의 인버터부(40) 중 제3 저압 인버터(43) 및 제4 저압 인버터(44)가 고장 상태인 경우에서 운전된 상태를 도시한 도면으로서, 모터부(300)로 공급되는 전류의 변화가 없고, 제1 저압 인버터(41) 및 제2 저압 인버터(42)에서 공급하는 전류는 모터부(300)의 운전전류에 대한 1/2씩을 각각 부담하는 것을 나타낸다.
따라서, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 일부 저압 인버터가 고장이 발생하더라도, 나머지 저압 인버터를 통하여 모터부(300)에 전원을 공급함으로, 연속으로 운전을 유지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치의 정속운전을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 저고조파형 저압 인버터장치의 가변속 운전을 설명하기 위한 도면이다.
도 4, 도 8 및 도 9를 참조하면, 노란색 파형은 모터 전류이고, 파란색 파형은 인버터부(40)의 2차측 전류이며, 핑크색 파형은 바이패스측 전류를 의미한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 가변속 운전 중 적어도 하나의 모터를 정속 운전으로 가동할 필요가 있는 경우, 제어부(60)를 통해 전원부(200)의 전원상태와 인버터부(40)의 전원상태를 동기화(전압, 주파수, 위상 동일) 제어를 한다. 이 때, 감지부(70)는 동기화 조건을 확인할 수 있다. 전원상태의 동기화가 완료되면, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 정속 스위치(84, 85, 86) 중 정속 운전이 필요한 모터와 연결된 정속 스위치를 닫는 동시에 해당 가변속 스위치를 열어 선택된 모터가 무정전 상태로 정속 운전이 되도록 한다.
또한 도 9에 도시된 바와 같이, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 정속 운전 중 적어도 하나의 모터를 가변속 운전으로 가동할 필요가 있는 경우, 제어부(60)를 통해 전원부(200)의 전원상태와 인버터부(40)의 전원상태를 동기화 제어를 한다. 이 때, 감지부(70)는 동기화 조건을 확인할 수 있다. 전원상태의 동기화가 완료되면, 저고조파형 저압 인버터장치(100)는 가변속 스위치(81, 82, 83) 중 가변속 운전이 필요한 모터와 연결된 가변속 스위치를 닫는 동시에 해당 정속 스위치를 열어 선택된 모터가 설정된 주파수로 가변속 운전이 되도록 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 변압부 20: 배선용 차단기
21: 제1 배선용 차단기 22: 제2 배선용 차단기
23: 제3 배선용 차단기 24: 제4 배선용 차단기
30: 컨버터부 31: 제1 컨버터
32: 제2 컨버터 33: 제3 컨버터
34: 제4 컨버터 40: 인버터부
41: 제1 저압 인버터 42: 제2 저압 인버터
43: 제3 저압 인버터 44: 제4 저압 인버터
50: 전자 접촉기 51: 제1 전자 접촉기
52: 제2 전자 접촉기 53: 제3 전자 접촉기
54: 제4 전자 접촉기 60: 제어부
70: 감지부 80: 스위치부
81: 제1 가변속 스위치 82: 제2 가변속 스위치
83: 제3 가변속 스위치 84: 제1 정속 스위치
85: 제2 정속 스위치 86: 제3 정속 스위치
100: 저고조파형 저압 인버터장치
200: 전원부 300: 모터부
310: 제1 모터 320: 제2 모터
330: 제3 모터

Claims (7)

  1. 전원부로부터 전원을 공급받고, 상기 공급받은 전원의 위상을 멀티레벨(multi level) 방식을 통해 변환시켜 고조파의 발생을 억제하는 저압 다권선 변압기를 구비하며, 상기 저압 다권선 변압기의 각 권선에 전압이 15°씩 위상차가 있는 전원을 공급하는 변압부;
    상기 변압부로부터 상기 위상이 변환된 전원을 각각 공급받고, 상기 공급된 전원을 교류에서 직류로 변환시켜주는 복수의 저압 컨버터를 구비하는 컨버터부;
    상기 컨버터부로부터 상기 직류로 변환된 전원을 각각 공급받고, 상기 공급된 전원의 주파수를 변환하여 병렬구조로 연결된 복수의 모터에 상기 주파수가 변환된 전원을 균등분할 공급하는 복수의 저압 인버터를 구비하는 인버터부;
    상기 전원부 및 상기 인버터부의 전원상태에 대한 동기화 상태를 확인하는 감지부; 및
    상기 인버터부의 분할 및 다중 시스템을 제어하고, 상기 감지부의 동기화 상태를 이용하여 상기 전원부 및 상기 인버터부의 전원상태가 동기화되도록 제어하며, 상기 동기화가 완료되면 상기 인버터부를 통해 상기 복수의 모터에 전원이 균등분할 공급되도록 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 저압 인버터 중 하나를 마스터 저압 인버터로 설정하고, 나머지를 팔로우 저압 인버터로 설정하며, 상기 마스터 저압 인버터를 통하여 상기 팔로우 저압 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 저고조파형 저압 인버터장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변압부와 상기 컨버터부 사이에 배치되어 상기 전원의 과부하를 차단하는 각각 배선용 차단기(molded case circuit breaker, MCCB); 및
    상기 인버터부와 상기 복수의 모터 사이에 배치되어 상기 전원의 흐름을 제어하는 전자 접촉기(magnetic contactor, MC);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저고조파형 저압 인버터장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인버터부와 상기 복수의 모터 사이에 각각 배치되어 상기 복수의 모터를 가변속 운전시키는 가변속 스위치 및 상기 전원부와 상기 복수의 모터 사이에 각각 배치되어 상기 복수의 모터를 정속 운전시키는 정속 스위치를 구비하는 스위치부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저고조파형 저압 인버터장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 변압부는,
    상기 멀티레벨 방식을 5권선으로 형성하고, 상기 5권선 중 2차 권선 내지 5차 권선에 대한 위상각을 점진적으로 15°씩 차이를 두는 것을 특징으로 하는 저고조파형 저압 인버터장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 컨버터부 및 상기 인버터부는,
    서로 연결된 상기 복수의 저압 컨버터 및 상기 복수의 저압 인버터를 그룹화하여 복수의 모듈로 형성하고, 상기 형성된 복수의 모듈은 각각 병렬구조로 구비하는 것을 특징으로 하는 저고조파형 저압 인버터장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 모듈 중 적어도 하나를 수리 또는 교체해야 하는 경우, 해당 모듈과 연결된 전자 접촉기가 열린 상태(off)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저고조파형 저압 인버터장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스위치부를 제어하여 상기 인버터부로부터 상기 복수의 모터에 상기 주파수가 변환된 전원이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 저고조파형 저압 인버터장치.
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