KR101769176B1 - 멀티레벨 인버터 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보다 효율적인 구조를 가진 멀티 레벨 고압 인버터를 제공한다. 본 발명은 3상 입력전압을 입력받아 위상치환된 위상전압을 제공하는 다수의 모듈을 구비하는 위상치환변압기; 각각 상기 제1 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제1 내지 제3 단위전력셀; 각각 상기 제2 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제4 내지 제6 단위전력셀; 및 각각 상기 제3 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제7 내지 제9 단위전력셀을 구비하며, 상기 제1 내지 상기 제3 단위전력셀 중 하나와 상기 제4 내지 제6 단위전력셀 중 하나와 제7 내지 제9 단위전력셀중 하나가 짝을 이루어 같은 상의 출력전압을 제공하는 멀티 레벨 인버터를 제공한다.

Description

멀티레벨 인버터 시스템{Multi-level inverter system}
본 발명은 인버터에 관한 것으로, 보다 자세하게는 단위전력셀을 이용하는 고압 멀티 레벨(multi-level) 인버터에 관한 것이다.
멀티 레벨 고압 인버터(multi-level medium-voltage inverter)는 입력 선간 전압 실효치가 600V 이상의 입력 전원을 갖는 인버터로 출력 상 전압(output phase voltage)은 여러 단계를 갖는다. 고압 인버터는 일반적으로 수 백 kW ~ 수 십 MW의 용량을 갖는 대용량의 전동기를 구동하는데 사용되고 있으며, 팬(fan), 펌프(pump), 압축기(compressor), 견인(traction), 승강(hoist), 컨베이어(conveyor)와 같은 분야에서 주로 사용된다.
통상의 전압형 고압 인버터는 직렬 연결형 H-브릿지 인버터(Cascaded H-bridge inverter)를 사용하거나 이를 변형한 직렬 연결형 NPC 인버터(Cascaded Neutral Point Clamped inverter)를 이용한다. 최근 사용되기 시작한 직렬 연결형 NPC 인버터는 기존의 직렬 연결형 H-브릿지 인버터와 비교하여 그 부피가 작다는 점이 크게 부각되고 있다.
다양한 분야에서 적용되는 멀티 레벨 고압 인버터의 경우 더 작은 소자로 구성되고, 보다 더 높은 효율성을 가지기를 요구된다.
본 발명은 보다 효율적인 구조를 가진 멀티 레벨 고압 인버터를 제공한다.
본 발명은 3상 입력전압을 입력받아 1차결선과 2차 결선에 따라 위상치환된 제1 위상전압을 제공하는 제1 모듈과, 상기 3상 입력전압을 입력받아 상기 제1 모듈과는 다르게 예정된 만큼 위상을 시프팅하기 위한 1차 결선과 2차 결선을 구비하여 위상치환된 제2 위상전압을 제공하는 제2 모듈과, 상기 3상 입력전압을 입력받아 상기 제1 및 제2 모듈과는 다르게 예정된 만큼 위상을 시프팅하기 위한 1차 결선과 2차 결선을 구비하여 위상 치환된 제3 위상전압을 제공하는 제3 모듈을 구비하는 위상치환변압기; 각각 상기 제1 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제1 내지 제3 단위전력셀; 각각 상기 제2 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제4 내지 제6 단위전력셀; 및 각각 상기 제3 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제7 내지 제9 단위전력셀을 구비하며, 상기 제1 내지 상기 제3 단위전력셀 중 하나와 상기 제4 내지 제6 단위전력셀 중 하나와 제7 내지 제9 단위전력셀중 하나가 짝을 이루어 같은 상의 출력전압을 제공하는 멀티 레벨 인버터를 제공한다.
또한, 상기 제2 모듈의 제1차 결선은 3상 와이 결선이고, 상기 제2 모듈의 제2차 결선은 예정된 3가지 위상을 갖도록 결선되어 있으며,제1 및 제3 모듈의 제1 차 결선은 절대값이 같은 위상값을 가지며 각각 양과 음의 위상을 갖도록 결선되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 레벨 인버터.
또한, 상기 제1 모듈 내지 제3 모듈은 대칭이 되도록 구성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 제1 위상전압의 제1상을 입력받아 정류한 제1 정류전압을 제공하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 제1 정류전압을 입력받아 서로 다른 제1 내지 제3 노드로 각각 다른 레벨의 전압으로 제공하기 위한 평활부; 및 상기 평활부에서 제공되는 3가지 레벨의 전압을 전달하기 위해 다수의 스위치부를 구비한 인버터부를 구비하며, 상기 인버터부는 상기 제1 노드와 제1 출력단 사이에 구비되는 제1 스위치부와, 상기 제2 노드와 상기 제1 출력단 사이에 구비되는 제2 스위치부와, 상기 제3 노드와 상기 제1 출력단 사이에 구비되는 제3 스위치부와, 상기 제1 노드와 제2 출력단 사이에 구비되는 제4 스위치부와, 상기 제2 노드와 상기 제2 출력단 사이에 구비되는 제5 스위치부와, 상기 제3 노드와 상기 제2 출력단 사이에 구비되는 제6 스위치부를 구비한다.
또한, 상기 제1 내지 제6 스위치부는 전력용 반도체와 다이오드를 구비한다.
또한, 상기 제2 스위치부는 상기 제2 노드에서 상기 제1 출력단으로 전류의 방향성을 가지는 제1 다이오드; 상기 제1 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제1 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제1 전력용 반도체; 상기 제1 다이오드와 전류 역방향성을 가지며, 상기 제1 다이오드와 직렬연결된 제2 다이오드; 및상기 제1 전력용 반도체와 전류 역방향성을 가지며 상기 제2 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제2 전력용 반도체를 구비한다.
또한, 상기 제1 스위치부는 상기 제1 출력단에서 상기 제1 노드로 전류의 방향성을 가지는 제1 다이오드; 및 상기 제1 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제1 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제1 전력용 반도체를 구비한다.
또한, 상기 제3 스위치부는 상기 제3 노드에서 상기 제1 출력단으로 전류의 방향성을 가지는 제2 다이오드; 및 상기 제2 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제2 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제2 전력용 반도체를 구비한다.
또한, 상기 제5 스위치부는 상기 제2 노드에서 상기 제2 출력단으로 전류의 방향성을 가지는 제1 다이오드; 상기 제1 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제1 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제1 전력용 반도체; 상기 제1 다이오드와 전류 역방향성을 가지며, 상기 제1 다이오드와 직렬연결된 제2 다이오드; 및상기 제1 전력용 반도체와 전류 역방향성을 가지며 상기 제2 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제2 전력용 반도체를 구비한다.
또한, 상기 제4 스위치부는 상기 제2 출력단에서 상기 제1 노드로 전류의 방향성을 가지는 제1 다이오드; 및 상기 제1 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제1 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제1 전력용 반도체를 구비한다.
또한, 상기 제6 스위치부는 상기 제3 노드에서 상기 제2 출력단으로 전류의 방향성을 가지는 제2 다이오드; 및 상기 제2 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제2 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제2 전력용 반도체를 구비한다.
또한, 상기 평활부는 직렬연결된 제1 및 제2 캐패시터를 구비하여, 상기 제1 및 제2 캐패시터는 상기 제1 정류전압을 일측과 타측을 통해 인가받고, 상기 제1 및 제2 캐패시터의 일측과 공통노드 및 타측노드가 각각 상기 제1 내지 제3 노드인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정류부는 상기 제1 및 제2 캐패시터의 일측과 타측을 연결하며, 공통노드로 상기 제1 위상전압의 제1 상 전압을 제공받는 제1 및 제2 다이오드; 상기 제1 및 제2 캐패시터의 일측과 타측을 연결하며, 공통노드로 상기 제1 위상전압의 제2 상 전압을 제공받는 제3 및 제4 다이오드; 및 상기 제1 캐패시터의 일측과 타측을 연결하며, 공통노드로 상기 제1 위상전압의 제3상 전압을 제공받는 제5 및 제6 다이오드를 구비한다.
또한, 본 발명은 3상 입력전압을 입력받아 1차 결선과 2차 결선에 따라 위상치환된 제1 위상전압을 제공하는 제1 모듈과, 상기 3상 입력전압을 입력받아 상기 제1 모듈과는 다르게 예정된 만큼 위상을 시프팅하기 위한 1차 결선과 2차 결선을 구비하여 위상치환된 제2 위상전압을 제공하는 제2 모듈과, 상기 3상 입력전압을 입력받아 상기 제1 및 제2 모듈과는 다르게 예정된 만큼 위상을 시프팅하기 위한 1차 결선과 2차 결선을 구비하여 위상치환된 제3 위상전압을 제공하는 제3 모듈과, 상기 3상 입력전압을 입력받아 상기 제1 내지 제3 모듈과는 다르게 예정된 만큼 위상을 시프팅하기 위한 1차 결선과 2차 결선을 구비하여 위상치환된 제4 위상전압을 제공하는 제4 모듈을 구비하는 위상치환변압기; 각각 상기 제1 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제1 내지 제3 단위전력셀; 각각 상기 제2 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제4 내지 제6 단위전력셀; 각각 상기 제3 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제7 내지 제9 단위전력셀; 및 각각 상기 제4 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제10 내지 제12 단위전력셀을 구비하며, 상기 제1 내지 상기 제3 단위전력셀 중 하나와 상기 제4 내지 제6 단위전력셀 중 하나와 상기 제7 내지 제9 단위전력셀중 하나와, 상기 제10 내지 제12 단위전력셀중 하나가 짝을 이루어 같은 상의 출력전압을 제공한다.
또한, 상기 제1 단위전력셀은 3상의 제1 위상전압을 입력받아 각각 정류한 제1 정류전압을 제공하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 제1 정류전압을 입력받아 서로 다른 제1 내지 제3 노드로 각각 다른 레벨의 전압으로 제공하기 위한 평활부; 및 상기 평활부에서 제공되는 3가지 레벨의 전압을 전달하기 위해 다수의 스위치부를 구비한 인버터부를 구비하며, 상기 인버터부는 상기 제1 노드와 제1 출력단 사이에 구비되는 제1 스위치부와, 상기 제2 노드와 상기 제1 출력단 사이에 구비되는 제2 스위치부와, 상기 제3 노드와 상기 제1 출력단 사이에 구비되는 제3 스위치부와, 상기 제1 노드와 제2 출력단 사이에 구비되는 제4 스위치부와, 상기 제2 노드와 상기 제2 출력단 사이에 구비되는 제5 스위치부와, 상기 제3 노드와 상기 제2 출력단 사이에 구비되는 제6 스위치부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평활부는 직렬 연결된 제1 내지 제4 캐패시터를 구비하여, 상기 제1 및 제2 캐패시터의 일측과 타측이 각각 상기 제1 및 제2 노드이며, 상기 제4 캐패시터의 타측이 상기 제3 노드이며, 상기 제1 내지 제4 캐패시터의 일측과 타측을 통해 상기 제1 내지 제4 정류전압을 각각 제공받는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정류부는 상기 제1 및 제2 캐패시터의 일측과 타측을 연결하며, 공통노드로 상기 제1 위상전압의 제1 상 전압을 제공받는 제1 및 제2 다이오드; 상기 제1 및 제2 캐패시터의 일측과 타측을 연결하며, 공통노드로 상기 제1 위상전압의 제2 상 전압을 제공받는 제3 및 제4 다이오드; 및 상기 제1 캐패시터의 일측과 타측을 연결하며, 공통노드로 상기 제1 위상전압의 제3상 전압을 제공받는 제5 및 제6 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 인버터 시스템은 시스템 설계 시의 자유도 증가 및 전체 시스템 부피 및 무게가 감소될 수 있다. 이는 멀티 레벨 고압 인버터의 입력 단에 사용되는 위상 치환 변압기의 구조를 모듈화와 단위전력셀의 입력 단을 6-펄스의 다이오드로 구성함으로서 달성된다.
또한, 본 발명에 의한 인버터 시스템은 모듈화된 위상 치환 변압기를 사용함으로써 전체 시스템의 여유율(redundancy)이 증대될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 인버터 시스템은 동작상 효율도 증가되는데, 이는 변경된 인버터 부의 구조로 인하여 평균적으로 도통이 되는 전력 반도체 소자의 수를 줄임으로써 달성된다. 인버터 시스템의 도통 손실이 저하되면, 방열 설계를 용이하게 하여 전체 시스템의 부피 및 가격을 저감시킬 수 있다.
도1은 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 멀티레벨 인버터를 포함하는 인버터 시스템을 나타내는 블럭도.
도2는 도1에 도시된 각 단위전력셀의 구조를 나타낸 회로도.
도3은 또 다른 인버터를 포함하는 인버터 시스템를 나타내는 블럭도.
도4은 도2에 도시된 각 단위전력셀의 구조를 나타낸 블럭도.
도5 내지 도10은 도2에 도시된 인버터부의 동작을 나타내는 회로도.
도11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인버터 시스템을 나타내는 회로도.
도12는 도11의 단위전력셀을 나타내는 회로도.
도13과 도14는 본 발명의 제2 실시예와 제3 실시예를 나타내는 인버터 시스템을 나타내는 블럭도.
도15 내지 도20은 도12에 도시된 인버터부의 동작을 나타내는 회로도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도1은 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 멀티레벨 인버터를 포함하는 인버터 시스템을 나타내는 블럭도이다.
도1을 참조하여 살펴보면, 위상치환변압기(phase shift transformer)와 멀티레벨 고압 인버터를 포함하는 인버터 시스템(101)은 입력 3상 전원(102), 3상 전동기(103), 위상치환변압기(104), 단위전력셀(105a~105f)를 포함한다.
입력 3상 전원(102)은 선간 전압(line-to-line voltage) 실효치(root mean square)가 600V 이상인 전압이 공급되고 있는 것을 의미한다. 3상 전동기(103)는 인버터 시스템의 부하(load)이다. 위상치환변압기(104)의 1차 측 권선(primary winding)은 3상 와이 결선의 형태를 가지고 있으며, 2차 측(secondary winding)은 1차 측 권선 대비 -15도, 0도, 15도, 30도의 위상 차를 갖는 권선이 각 3개씩 총 12개로 구성된다. 2차 측 권선의 구조는 단위전력셀(105a~105f)의 전력셀 수에 따라 결정된다.
단위전력셀(105a~105f)의 각 출력 전압은 5레벨(5-level)이다. 부하로 동작하는 3상 전동기(103)의 각 상당 2개의 단위전력셀로 구성되어 있으며, 필요에 따라 단위전력셀의 수는 확장은 가능하다. 단위전력셀(105a와 105b)의 출력은 직렬로 연결되어 부하 3상 전동기의 a상 전압을 출력하고, 단위전력셀(105c와 105d)는 b상 전압을, 단위전력셀(105e와 105f)는 c상 전압을 출력한다. 단위전력셀(105a, 105c, 105e)은 위상치환변압기(104)의 출력 중 -15도와 0도의 위상을 갖는 출력과 연결되고, 단위전력셀(105b, 105d, 105f)은 위상치환변압기(104)의 출력 중 15도와 30도의 위상을 갖는 출력과 연결된다.
도2는 도1에 도시된 각 단위전력셀의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도2를 참조하여 살펴보면, 단위전력셀은 다이오드 정류부(201), 평활부(202), 출력 전압을 합성하는 인버터부(203)를 구비한다. 다이오드 정류부(201)는 두 개의 3상 전원 입력을 받으며, 입력 전원은 도1에 도시된 위상치환변압기(104)의 출력전압이다. 다이오드 정류부(201)의 출력은 직렬 연결(series-connected)된 2개의 직류 단 캐패시터(DC-link capacitor)로 전달되며, 두 개의 직류 단 캐패시터는 동일한 캐패시턴스(capacitance)를 가진다. 인버터부(203)는 출력 전압을 합성하기 위한 것으로, 출력 선간 전압이 5레벨이 된다.
도3은 또 다른 인버터를 포함하는 인버터 시스템를 나타내는 블럭도이다.
도3을 참조하여 살펴보면, 인버터 시스템(301)은 입력 3상 전원(302), 3상 전동기(303), 위상치환변압기(304), 단위전력셀(305a~305c)를 포함한다.
입력 3상 전원(302)은 선간 전압(line-to-line voltage) 실효치(root mean square)가 600V 이상인 전압이 공급되고 있는 것을 의미한다. 3상 전동기(303)는 인버터 시스템의 부하(load)이다. 위상치환변압기(304)의 1차 측 권선(primary winding)은 3상 와이 결선의 형태를 가지고 있으며, 2차 측(secondary winding)은 1차 측 권선 대비 -15도, 0도, 15도, 30도의 위상 차를 갖는 권선이 각 3개씩 총 12개로 구성된다. 2차 측 권선의 구조는 단위전력셀(305a~305c)의 전력셀 수에 따라 결정된다. 단위전력셀(305a~305c)는 5레벨의 출력 전압을 합성할 수 있으며, 단위전력셀(305a)는 부하 전동기(303)의 a상 전압을 출력하고, 단위전력셀(305b)는 b상 전압을 출력하며, 단위전력셀(305c)는 c상 전압을 출력한다.
도4는 도3에 도시된 단위전력셀의 내부 회로도이다. 다이오드 정류부(401), 평활부(402), 출력 전압을 합성하는 인버터부(403)를 구비한다. 도4의 경우에는 입력단 입력 단 다이오드 정류부(401)가 4개로 구성되며, 인버터부(403)의 동작은 도2와 실질적으로 같다. 단, 도2와 도4의 단위전력셀은 요구되는 출력에 따라 단위전력셀에 사용되는 전력 소자의 정격 전압(rated voltage)과 정격 전류(rated current)의 값이 달라질 수 있다. 단위전력셀의 출력전압은 5레벨까지 나타난다.
도5 내지 도10은 도1과 도2에 도시된 인버터부의 동작을 나타내는 회로도이다. 계속해서 도1 내지 도10을 참조하여 인버터부의 동작에 대해서 설명한다. 특히 도1 및 도2에 도시된 인버터부의 동작을 중심으로 설명한다.
도2에 도시된 인버터부(203)의 한 레그(leg)는 4개의 스위치부(203a, 203b, 203c, 203d)가 직렬 연결되어 있으며, 스위치부의 동작에 따라 출력 전압이 정의된다.
스위치부(203a와 203c)의 동작은 서로 상보적(complimentary)하며, 스위치부(203b와 203d)의 스위칭 동작 역시 서로 상보적이다. 따라서, 직렬 연결되어 있는 평활부(202)의 전압이 각각 E라고 정의할 때, 스위치부(203a, 203b)가 켜져 있을 경우, 스위치부(203c와 203d)는 꺼지게 되고, 이때 출력되는 극 전압(pole voltage)는 E가 된다. 또한, 스위치부(203a와 203c)가 켜져 있으면 스위치부(203b, 203d)는 꺼지게 되며 이 경우 출력 극 전압은 0이 된다. 마찬가지로, 스위치부(203a, 203b)가 꺼져 있는 상태에서는 스위치부(203c와 203d)는 켜지게 되고, 이 경우 출력 극 전압은 -E가 출력된다.
이와 같이 정의되는 출력 극 전압을 이용하면 각 단위 셀의 출력 선간 전압은 2E, E, 0, -E, -2E의 5단계를 갖게 된다. 각 셀의 출력 선간 전압이 5레벨로 정의됨에 의해, 도3의 단위전력셀(305a, 305b)이 합성할 수 있는 전압은 4E, 3E, 2E, E, 0, -E, -2E, -3E, -4E의 9단계를 갖게 되고, 부하 전동기(303)의 출력 선간 전압은 8E, 7E, 6E, 5E, 4E, 3E, 2E, E, 0, -E, -2E, -3E, -4E, -5E, -6E, -7E, -8E의 17레벨을 가질 수 있다.
다단 고압 인버터의 PWM 방법은 삼각 반송파(triangular carrier)의 형태에 따라 크게 위상 천이 PWM(Phase shifted PWM)과 레벨 천이 PWM(Level shifted PWM)으로 나뉘는데, 본 발명에서 설명하는 단상 NPC 인버터를 이용한 멀티레벨 인버터는 레벨 천이 PWM 방법으로 주로 작동한다. 또한, 레벨 천이 PWM은 삼각 반송파의 위상에 따라 IPD(In-phase disposition), APOD(Alternative phase opposite disposition), POD(Phase opposite disposition)으로 나뉘는데, 통상 IPD 방식이 출력 전압의 고조파(harmonics) 측면에서 가장 우수하다. 이에 따라서 본 발명에서는 IPD 방식의 레벨 천이 PWM 방법을 주로 이용하여 다단 고압 인버터의 전압 합성 방법에 대해서 자세히 설명한다.
계속해서 살펴보면, 출력 극 전압이 E, 0, -E로 결정되었을 때 전류의 방향에 따른 전력 반도체의 도통(conduction) 상태는 도5 내지 도10에 도시된 바와 같다.
도5는 출력 극 전압이 0이고, 출력 전류가 양(positive)일 때, 도6은 출력 극 전압이 E이고, 출력 전류가 양인 경우이며, 도7는 출력 극 전압이 -E이고, 출력 전류가 양일 때 도통이 되는 스위치부를 표시한 것이다. 도5에서는 다이오드 1개, 스위치부 1개가, 도6에서는 스위치부 2개, 도7에서는 다이오드 2개가 도통이 된다.
도8는 출력 극 전압이 0이고, 출력 전류가 음(negative)일 때, 도9는 출력 극 전압이 E이고, 출력 전류가 음인 경우이며, 도10는 출력 극 전압이 -E이고, 출력 전류가 음일 때 도통이 되는 스위치부를 표시한 것이다. 도8에서는 다이오드 1개, 스위치부 1개가, 도9에서는 다이오드 2개, 도10에서는 스위치부 2개가 도통이 된다.
계속해서 도1의 위상치환변압기(104)와 도3의 위상치환변압기(304)의 동작에 대해서 살펴본다.
위상치환변압기(104, 304)는 입력 3상 전원(102)으로부터 각 단위전력셀에 전기적 절연을 갖는 3상 전원을 인가한다. 이 때, 위상치환변압기(104, 304)의 1차 측 권선은 와이(wye) 결선 혹은 델타(delta) 결선을 갖게 되며, 2차 측 권선은 1차 측과 위상 천이된 전원을 출력하며, 이 때 단위전력셀의 요구에 맞는 적절한 전압 크기를 갖도록 한다.
위상치환변압기(104, 304)의 2차 측 출력은 단위 전력 셀의 다이오드 정류기 수와 마찬가지게 되어 다음과 같은 관계를 갖는다.
Nsec = 3Nunit* Ndiode (1)
이 때, Nsec는 위상치환변압기의 2차 측 출력 수이고, Nunit은 부하 전동기 각 상 당 연결되는 단위 전력 셀의 수이며, Ndiode는 하나의 단위 전력 셀에 설치되어 있는 다이오드 정류기의 수이다. 예를 들어, 도1과 같은 구조에서는 Nunit은 2이고, Ndiode는 2가 되어 Nsec는 12가 되며, 도3도와 같은 구조에서는 Nunit은 1이고, Ndiode는 4가 되어 Nsec 는 12가 된다.
위상치환변압기의 2차 측 권선의 위상 천이 각은 다음과 같은 관계로부터 구할 수 있다.
αsec = 360/2Nsec[degree] (2)
이 때, αsec 는 2차 측 권선 간의 위상 천이 각이다. 예를 들어, 제 1도와 제 3도와 같이 Nsec가 12가 되면 2차 측 권선 간의 위상 천이 각은 15도가 된다. 이와 같이 결정된 2차 측 권선 간의 위상 천이 각으로부터 각각의 2차 측 권선의 출력 전압은 1차 측 입력 전원 전압에 대해서 위상이 위상 천이 각 만큼씩 변하게 된다.
지금까지 살펴본 멀티레벨 고압 인버터의 입력 단 위상천이변압기는 1차 측 권선이 하나의 3상 전원으로만 구성되고, 단위전력셀에 연결되는 2차 측 권선이 모두 하나의 변압기에서 출력되는 구조인 단일 유닛(unit)이다. 이러한 단일 유닛으로 구성되어 있는 위상천이변압기는 요구되는 출력(output power)이 하나의 변압기에서 만족되어야 한다. 따라서, 변압기 자체의 부피와 무게가 증대될 뿐 아니라, 기구 설계 상의 자유도가 없기 때문에 전체 시스템의 부피를 증대시키는 문제점이 있으며, 변압기의 1차 측 권선에 문제가 발생하게 되면 전체 시스템의 운전이 불가능하다는 단점이 있다.
단위전력셀의 경우, 인버터부가 다이오드 4개, 능동 스위치(active switch)가 8개로 구성되어 있으며, 전압 합성 시 항상 두 개의 전력 반도체(power semi-conductor)가 도통되어 인버터부의 손실이 상대적으로 크다. 또한, 단위전력셀의 3상 다이오드 정류기가 2개 이상으로 구성되기 때문에 위상치환변압기 2차 측 출력 단의 수가 증가하기 때문에 위상치환변압기의 부피가 증가한다.
본 발명에서는 하나의 유닛으로만 구성되어 있는 멀티 레벨 고압 인버터의 위상천이변압기의 구조를 모듈화(modular) 구조를 갖도록 하여, 기구 설계 상의 자유도를 제공하고, 전체 시스템의 부피와 무게를 감소시킬 수 있도록 한다. 또한, 모듈화된 위상천이변압기를 사용함으로써 하나의 변압기 모듈이 고장 상태가 되더라도 부하 전동기는 출력이 줄어든 상태(derating)에서 연속적으로 운전이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 인버터 시스템에 사용되는 단위전력셀은 기존의 단위 전력 셀에 비해서 도통 손실을 저감 시킬 수 있는 직렬 연결형 T-type NPC 인버터(Cascaded T-type Neutral Point Clamped inverter)를 제안한다. 제안된 단위 전력 셀은 6-펄스의 다이오드 정류기를 사용하기 때문에 위상치환변압기의 2차측 출력 수를 줄일 수 있기 때문에 위상치환변압기의 부피를 감소시킬 수 있고, 이로부터 전체 시스템의 부피가 감소하게 된다.
도11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인버터 시스템을 나타내는 회로도이다.
도11을 참조하여 살펴보면, 본 실시예에서 제안하는 위상치환변압기를 이용한 멀티레벨 고압 인버터 시스템은 전동기(1103) 한 상 당 3개의 단위전력셀을 사용한다.
제1 실시예에 따른 멀티레벨 인버터 시스템(1101)은 9개의 단위전력셀(1105a ~ 1105i)과 위상치환변압기(1104)를 포함한다. 전압공급부(1102)는 전압 실효치가 600V 이상인 전압을 제공한다. 3상 전동기(1103)는 인버터 시스템(1101)의 부하인 3상 전동기이다. 위상치환변압기(1104)의 적용 방법에 따라 위상 각은 변동할 수 있다.
본 실시예 적용된 위상치환변압기(1104)는 세 개의 모듈(module)로 구성되어 있다. 제1 모듈(1104a)은 1차 측 권선이 -6.7도의 위상을 갖는 3상 결선으로 되어 있고, 2차 측 권선은 -20도, 0도, 20도의 위상을 갖는 세 개의 절연된 3상 결선이다. 제2 모듈(1104b)은 1차 측 권선이 3상 와이(wye) 결선이고, 2차 측은 제1 모뮬(1104a)과 동일하다. 제3 모듈(1104c)은 1차 측 권선이 6.7도의 위상을 갖는 3상 결선이고, 2차 측은 제1 모듈(1104a)와 동일하다. 단위전력셀(1105a ~ 1105i)의 출력전압은 5레벨(5-level)이다. 부하 전동기(1103)의 각 상당 3개의 단위전력셀이 대응되며, 필요에 따라 단위 전력 셀의 수는 확장이 가능하다.
단위전력셀(1105a, 1105b, 1105c)의 출력은 직렬로 연결되어 부하 3상 전동기의 a상 전압을 출력하고, 단위전력셀(1105d, 1105e, 1105f)는 b상 전압을, 단위전력셀(1105g, 1105h, 1105i)는 c상 전압을 출력한다. 단위전력셀(1105a, 1105d, 1105g)은 제1 모듈(1104a)의 출력과 연결되고, 단위전력셀(1105b, 1105e, 1105h)는 제2 모듈(1104b)의 출력과 연결되며, 단위전력셀(1105c, 1105f, 1105i)은 제3 모듈(1104c)의 출력과 연결 된다.
도12는 도11의 단위전력셀을 나타내는 회로도이다.
도12를 참조하여 살펴보면, 단위전력셀은 3상의 다이오드 정류기(1201), 평활부(1202), 인버터부(1203)을 포함한다. 평활부(1202)는 2개의 캐패시터(C1,C2)를 포함하고, 다이오드 정류기(1201)의 출력에 연결되어 있으며, 여기서는 직렬연결되어 있으나, 직/병렬(series and parallel) 연결하여 구성될 수 있다. 인버터부(1203)는 단상 T-type NPC 인버터(single phase T-type Neutral Point Clamped Inverter)이다. 스위치부(1203a, 1203b, 1203c, 1203d)가 하나의 레그(leg)를 구성하고, 스위치부(1203e, 1203f, 1203g, 1203h)가 또 하나의 레그를 구성하여, 두 레그 사이의 전위 차로 출력 전압(OUT1,OUT2)가 합성(synthesize)된다.
도13과 도14는 본 발명의 제2 실시예와 제3 실시예를 나타내는 인버터 시스템을 나타내는 블럭도이다. 도13은 도12의 단위전력셀을 이용하여 전동기의 각 상 당 4개의 단위 전력 셀을 구성한 인버터 시스템을 보여준다.
도13을 참조하여 살펴보면, 인버터 시스템(1301)은 위상치환변압기(1304)와, 단위전력셀(1305a ~ 1305l)을 포함한다. 위상치환변압기(1304)는 3상 전원 공급부(1302)에서 오는 전압을 인가받아 단위전력셀(1305a ~ 1305l)에 제공한다. 전동기는 인버터 시스템(1301)의 부하(load)인 3상 전동기(1303)이다. 3상 전원 공급부(1302)는 선간 전압 실효치가 600V이상인 3상 전원이다.
본 실시예 적용된 위상치환변압기(1304)는 네 개의 모듈로 구성되어 있다. 제1 모듈(1304a)은 1차 측 권선이 -5도의 위상을 갖는 3상 결선으로 되어 있고, 2차 측 권선은 -20도, 0도, 20도의 위상을 갖는 세 개의 절연된 3상 결선이다. 제2 모듈(1104b)은 1차 측 권선이 3상 와이(wye) 결선이고, 2차 측은 제1 모뮬(1304a)과 동일하다. 제3 모듈(1304c)은 1차 측 권선이 5도의 위상을 갖는 3상 결선이고, 2차 측은 제1 모듈(1304a)과 동일하다. 제4 모듈(1304d)은 1차 측 권선이 10도의 위상을 갖는 3상 결선이고, 2차 측은 제1 모듈(1304a)과 동일하다. 단위전력셀(1305a ~ 1305l)의 출력전압은 5레벨이다.
부하 전동기(1303)의 각 상당 3개의 단위전력셀로 구성되어 있으며, 필요에 따라 단위전력셀의 수는 확장이 가능하다. 단위전력셀(1305a, 1305b, 1305c, 1305d)의 출력은 직렬로 연결되어 부하 3상 전동기의 a상 전압을 출력하고, 단위전력셀(1305e, 1305f, 1305g, 1305h)는 b상 전압을 단위전력셀(1305i, 1305j, 1305k, 1305l)은 c상 전압을 출력한다. 단위전력셀(1305a, 1305e, 1305i)은 제1 모듈(1304a)의 출력과 연결되고, 단위전력셀(1305b, 1305f, 1305j)은 제2 모듈(1304b)의 출력과 연결되며, 단위전력셀(1305c, 1305g, 1305k)는 제3 모듈(1304c)의 출력과 연결되고, 단위전력셀(1305d, 1305h, 1305l)은 제4 모듈(1304d)의 출력과 연결된다.
도14는 도12의 단위전력셀을 이용하여 전동기의 각 상 당 5개의 단위 전력 셀을 구성한 인버터 시스템이다.
도14를 참조하여 살펴보면, 인버터 시스템(1401)은 위상치환변압기(1404)와, 단위전력셀(1405a ~ 1405o)을 포함한다. 위상치환변압기(1404)는 3상 전원 공급부(1402)에서 오는 전압을 인가받아 단위전력셀(1405a ~ 1405o)에 제공한다. 전동기는 인버터 시스템(1401)의 부하(load)인 3상 전동기(1403)이다. 3상 전원 공급부(1402)는 선간 전압 실효치가 600V이상인 3상 전원이다.
본 실시예 적용된 위상치환변압기(1404)는 5개의 모듈로 구성되어 있다. 제1 모듈(1404a)은 1차 측 권선이 -8도의 위상을 갖는 3상 결선으로 되어 있고, 2차 측 권선은 -20도, 0도, 20도의 위상을 갖는 세 개의 절연된 3상 결선이다. 제2 모듈(1104b)은 1차 측 권선이 -4도의 위상을 갖는 3상 결선이고, 2차 측은 제1 모뮬(1304a)과 동일하다. 제3 모듈(1304c)은 1차 측 권선이 3상 와이(wye) 결선이고, 2차 측은 제1 모듈(1304a)과 동일하다. 제4 모듈(1404d)은 1차 측 권선이 4도의 위상을 갖는 3상 결선으로 되어 있고, 2차 측은 제1 모듈(1404a)과 동일하다. 제5 모듈(1404e)은 1차 측 권선이 4도의 위상을 갖는 3상 결선으로 되어 있고, 2차 측은 제1 모듈(1404a)과 동일하다. 단위전력셀(1405a ~ 1405o)의 출력전압은 5레벨이다. 부하 전동기(1403)의 각 상당 5개의 단위전력셀로 구성되어 있으며, 필요에 따라 단위전력셀의 수는 확장이 가능하다.
단위전력셀(1405a, 1405b, 1405c, 1405d, 1405e)의 출력은 직렬로 연결되어 부하 3상 전동기의 a상 전압을 출력하고, 단위전력셀(1405f, 1405g, 1405h, 1405i, 1405j)은 b상 전압을, 단위전력셀(1405k, 1405l, 1405m, 1405n, 1405o)은 c상 전압을 출력한다. 단위전력셀(1405a, 1405f, 1405k)은 제1 모듈(1404a)의 출력과 연결되고, 단위전력셀(1405b, 1405g, 1405l)은 제2 모듈(1404b)의 출력과 연결되며, 단위전력셀(1405c, 1405h, 1405m)은 제3 모듈(1404c)의 출력과 연결되고, 단위전력셀(1405d, 1405i, 1405n)은 제4 모듈(1404d)의 출력과 연결되고, 제5 단위전력셀(1405e, 1405j, 1405o)는 제5 모듈(1404e)의 출력과 연결된다.
지금까지 설명한 본 실시예에 따른 인버터 시스템은 기존의 단일 유닛의 위상치환변압기를 모듈화하여 단위전력셀을 갖는 멀티레벨 고압 인버터에 사용하고 있다. 본 실시예에서 제안하는 모듈형 위상천이변압기(modular phase shifted transformer)의 2차 측 권선의 위상 천이 각은 식(1)과 식(2)에 의해서 결정된다.
또한, 본 발명에서 제안하는 모듈형 위상천이변압기의 1차 측 권선의 위상 천이 각은 다음과 같은 관계로 결정된다.
αprim = 360/Nm_T * 1/Nsec_out * 1/Ndiode_pulse [degree] (3)
여기서, Nm_T는 위상천이변압기의 모듈 수, Nsec_out은 하나의 위상천이변압기 모듈의 2차 측 출력 수, Ndiode_pulse은 다이오드 정류기의 펄스(pulse) 수이다. 예를 들어, 도111과 같은 경우, Nm_T는 3, Nsec_out은 6, Ndiode_pulse는 6이 되어 αprim 은 6.7도가 된다. 위상천이변압기의 1차 측 권선은 0도를 기준으로 의 배수(multiple)의 형태로 위상을 틀어주면 된다.
본 실시예에서 제안하는 모듈형 위상천이변압기의 용량은 기존의 단일 유닛형 위상천이변압기의 용량과 다음과 같은 관계를 갖는다.
Sm_T=Sconv/Nm_T (4)
여기서, Sm_T는 모듈형 위상천이변압기의 개 당 피상 전력(apparent power)이고, Sconv는 단일 유닛형 위상천이변압기의 피상 전력이다. 모듈형 위상천이변압기는 기존의 단일 유닛형 위상천이변압기에 비해 용량이 작기 때문에, 변압기 권선이 차지하는 면적(winding window)이 줄어들게 되어 전체 부피 및 무게가 감소하며, 위상천이변압기의 부피와 무게가 저감됨에 따라 전체 시스템의 크기 및 부피가 줄어들게 된다.
또한, 모듈형 위상천이변압기는 Nm_T 만큼의 변압기 수를 가지게 되는데, 이는 결국 전체 시스템의 설계(layout) 상의 자유도를 제공하게 되어 설계 상의 유연성을 갖게 된다.
또한, 기존의 단위 유닛형 위상천이변압기는 1차 측 권선이 고장 상태가 되면, 전체 시스템의 운전이 불가능하게 되지만, 본 실시에에서 제안하는 모듈형 위상천이변압기를 사용할 경우, 한 모듈의 위상천이변압기의 1차 측 권선이 고장 상태가 되면, 고장 상태의 모듈과 연결된 전력 변환 회로를 우회(bypass)시키고 출력을 저감(derating)시킨 상태에서 연속적인 운전(continuous operation)이 가능하게 할 수 있다. 이러한 구조 상의 특징으로 인하여 모듈형 위상천이변압기를 사용할 경우 전체 시스템의 여유율(redundancy)이 증대된다. 입력 단의 전류 왜곡(current distortion) 현상이 생길 수도 있다.
계속해서 본 실시예에 따른 인버터 시스템에 적용되는 단위전력셀의 인버터부에 대해 설명한다. 도12에서 보듯이, 본 발명에서 사용되는 인버터부는 단상 T-type NPC 인버터로 구성이 된다.
도12을 참조하여 살펴보면, 단위전력셀의 인버터부(1203)의 한 레그는 4개의 스위치부(1203a, 1203b, 1203c, 1203d)로 구성되며, 이들의 동작에 따라 출력 극 전압(output pole voltage)이 정의된다.
스위치부(1203a와 1203c)는 동시에 켜질 수 없으며, 스위치부(1203b와 1203d) 역시 동시에 켜질 수 없다. 또한, 스위치부(1203a와 1203b)의 동작은 서로 독립적으로 요구되는 출력 극 전압이 양(positive)인 경우에는 스위치부(1203a와 1203c)가 동작을 하고, 출력 극 전압 지령이 음(negative)인 경우에는 스위치부(1203b와 1203d)가 동작을 한다.
평활부(1202)의 직렬 연결되어 있는 직류 단 캐패시터(C1,C2)의 전압이 각각 E 라고 정의하고, 출력 극 전압 지령이 양일 때, 스위치부(1203a)가 켜지고, 스위치부(1203c)가 꺼진 경우에는 출력 극 전압은 E를 출력하게 되고, 스위치부(1203a)가 꺼지고, 스위치부(1203c)가 켜진 경우에는 출력 극 전압이 0이 된다. 출력 극 전압 지령이 음일 때, 스위치부(1203b)가 켜지고, 스위치부(1203d)가 꺼진 경우에는 출력 극 전압은 -E를 출력하고, 스위치부(1203b) 꺼지고, 스위치부(1203d)가 켜진 경우에는 출력 극 전압이 0이 된다. 이와 같이 정의되는 출력 극 전압을 이용하면 각 단위파워셀의 출력 선간 전압은 2E, E, 0, -E, -2E의 5단계를 갖게 된다.
출력 극 전압이 E, 0, -E로 결정되었을 때 전류의 방향에 따른 전력 반도체의 도통(conduction)을 살펴보면 제 15도부터 제 20도와 같다.
도15 내지 도20은 도12에 도시된 인버터부의 동작을 나타내는 회로도이다.
도15에서는 출력 극 전압이 0이고, 출력 전류가 양(positive)일 때, 도16는 출력 극 전압이 E이고, 출력 전류가 양인 경우이며, 도17은 출력 극 전압이 -E이고, 출력 전류가 양일 때 도통이 되는 스위치부를 표시한 것이다. 도15에서는 다이오드 1개, 스위치 1개가, 도16에서는 스위치부 1개, 도17에서는 다이오드 1개가 도통이 된다. 도18도에서는 출력 극 전압이 0이고, 출력 전류가 음(negative)일 때, 도19는 출력 극 전압이 E이고, 출력 전류가 음인 경우이며, 도20는 출력 극 전압이 -E이고, 출력 전류가 음일 때 도통이 되는 스위치부를 표시한 것이다. 도18에서는 다이오드 1개, 스위치부 1개가, 도19도는 다이오드 1개, 제 20도에서는 스위치부 1개가 도통이 된다.
도15와 도18에서는 스위치 1개, 다이오드 1개가 도통되지만, 나머지 경우에는 다이오드 1개 또는 스위치 1개만 도통하여 평균적으로 도통되는 전력 반도체 소자의 숫자가 도5부터 도10도까지의 경우와 비교하여 줄어드는 것을 알 수 있으며, 이로부터 전력용 반도체에서 발생하는 손실이 감소하여 전체 시스템의 효율이 증대되고 이로 인하여 방열의 크기가 줄어들 수 있다. 본 실시예에서 전력용 반도체는 IGBT 또는 Power MOSFET를 포함한다.
지금까지 설명한 본 발명에 의한 인버터 시스템은 시스템 설계 시의 자유도 증가 및 전체 시스템 부피 및 무게가 감소될 수 있다. 이는 멀티 레벨 고압 인버터의 입력 단에 사용되는 위상 치환 변압기의 구조를 모듈화와 단위전력셀의 입력 단을 6-펄스의 다이오드로 구성함으로서 달성된다.
또한, 본 발명에 의한 인버터 시스템은 모듈화된 위상 치환 변압기를 사용함으로써 전체 시스템의 여유율(redundancy)이 증대될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 인버터 시스템은 동작상 효율도 증가되는데, 이는 변경된 인버터 부의 구조로 인하여 평균적으로 도통이 되는 전력 반도체 소자의 수를 줄임으로써 달성된다. 인버터 시스템의 도통 손실이 저하되면, 방열 설계를 용이하게 하여 전체 시스템의 부피 및 가격을 저감시킬 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (13)

  1. 3상 입력전압을 입력받아 1차결선과 2차 결선에 따라 위상치환된 제1 위상전압을 제공하는 제1 모듈과, 상기 3상 입력전압을 입력받아 상기 제1 모듈과는 다르게 예정된 만큼 위상을 시프팅하기 위한 1차 결선과 2차 결선을 구비하여 위상치환된 제2 위상전압을 제공하는 제2 모듈과, 상기 3상 입력전압을 입력받아 상기 제1 및 제2 모듈과는 다르게 예정된 만큼 위상을 시프팅하기 위한 1차 결선과 2차 결선을 구비하여 위상 치환된 제3 위상전압을 제공하는 제3 모듈을 구비하는 위상치환변압기;
    각각 상기 제1 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제1 내지 제3 단위전력셀;
    각각 상기 제2 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제4 내지 제6 단위전력셀; 및
    각각 상기 제3 위상전압의 각 상에 대응하는 신호를 제공받아 예정된 인버팅 동작을 수행하여 예정된 상의 출력전압을 제공하는 제7 내지 제9 단위전력셀을 구비하며, 상기 제1 내지 상기 제3 단위전력셀 중 하나와 상기 제4 내지 제6 단위전력셀 중 하나와 제7 내지 제9 단위전력셀중 하나가 짝을 이루어 같은 상의 출력전압을 제공하도록 구성되고,
    상기 제2 모듈의 제1차 결선은 3상 와이 결선이고, 상기 제2 모듈의 제2차 결선은 예정된 3가지 위상을 갖도록 결선되며, 제1 및 제3 모듈의 제1 차 결선은 절대값이 같은 위상값을 가지며 각각 양과 음의 위상을 갖도록 결선되고,
    상기 제1 내지 제9 단위전력셀 중의 각각의 단위전력셀은,
    상기 제1 위상전압의 제1상을 입력받아 정류한 제1 정류전압을 제공하는 정류부;
    상기 정류부에서 정류된 제1 정류전압을 입력받아 서로 다른 제1 내지 제3 노드로 각각 다른 레벨의 전압으로 제공하기 위한 평활부; 및
    상기 평활부에서 제공되는 3가지 레벨의 전압을 전달하기 위해 다수의 스위치부를 구비한 인버터부를 구비하며,
    상기 인버터부는
    상기 제1 노드와 제1 출력단 사이에 구비되는 제1 스위치부와, 상기 제2 노드와 상기 제1 출력단 사이에 구비되는 제2 스위치부와, 상기 제3 노드와 상기 제1 출력단 사이에 구비되는 제3 스위치부와,
    상기 제1 노드와 제2 출력단 사이에 구비되는 제4 스위치부와, 상기 제2 노드와 상기 제2 출력단 사이에 구비되는 제5 스위치부와, 상기 제3 노드와 상기 제2 출력단 사이에 구비되는 제6 스위치부를 구비하는 멀티 레벨 인버터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 모듈 내지 제3 모듈은 대칭이 되도록 구성되는 것이 특징인 멀티 레벨 인버터.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 스위치부는 전력용 반도체와 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 스위치부는
    상기 제2 노드에서 상기 제1 출력단으로 전류의 방향성을 가지는 제1 다이오드;
    상기 제1 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제1 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제1 전력용 반도체;
    상기 제1 다이오드와 전류 역방향성을 가지며, 상기 제1 다이오드와 직렬연결된 제2 다이오드; 및
    상기 제1 전력용 반도체와 전류 역방향성을 가지며 상기 제2 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제2 전력용 반도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치부는
    상기 제1 출력단에서 상기 제1 노드로 전류의 방향성을 가지는 제1 다이오드; 및
    상기 제1 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제1 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제1 전력용 반도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 스위치부는
    상기 제3 노드에서 상기 제1 출력단으로 전류의 방향성을 가지는 제2 다이오드; 및
    상기 제2 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제2 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제2 전력용 반도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제5 스위치부는
    상기 제2 노드에서 상기 제2 출력단으로 전류의 방향성을 가지는 제1 다이오드;
    상기 제1 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제1 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제1 전력용 반도체;
    상기 제1 다이오드와 전류 역방향성을 가지며, 상기 제1 다이오드와 직렬연결된 제2 다이오드; 및
    상기 제1 전력용 반도체와 전류 역방향성을 가지며 상기 제2 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제2 전력용 반도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4 스위치부는
    상기 제2 출력단에서 상기 제1 노드로 전류의 방향성을 가지는 제1 다이오드; 및
    상기 제1 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제1 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제1 전력용 반도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제6 스위치부는
    상기 제3 노드에서 상기 제2 출력단으로 전류의 방향성을 가지는 제2 다이오드; 및
    상기 제2 다이오드와 역방향성의 전류흐름을 가지며 상기 제2 다이오드의 일측과 타측을 연결하는 제2 전력용 반도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 평활부는
    직렬연결된 제1 및 제2 캐패시터를 구비하여,
    상기 제1 및 제2 캐패시터는 상기 제1 정류전압을 일측과 타측을 통해 인가받고, 상기 제1 및 제2 캐패시터의 일측과 공통노드 및 타측노드가 각각 상기 제1 내지 제3 노드인 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 정류부는
    상기 제1 및 제2 캐패시터의 일측과 타측을 연결하며, 공통노드로 상기 제1 위상전압의 제1 상 전압을 제공받는 제1 및 제2 다이오드;
    상기 제1 및 제2 캐패시터의 일측과 타측을 연결하며, 공통노드로 상기 제1 위상전압의 제2 상 전압을 제공받는 제3 및 제4 다이오드; 및
    상기 제1 캐패시터의 일측과 타측을 연결하며, 공통노드로 상기 제1 위상전압의 제3상 전압을 제공받는 제5 및 제6 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터.
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