KR101822427B1

KR101822427B1 - 인버터 출력결상 검출방법

Info

Publication number: KR101822427B1
Application number: KR1020160178718A
Authority: KR
Inventors: 전미림
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-01-26

Abstract

인버터 출력결상 검출방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예의 방법은, 인버터에서 전동기로 전류가 인가되도록 전류지령을 출력하고, 전류지령에 대한 좌표변환각을 소정 각으로 고정하고, 인버터로부터 출력되는 상전류의 절대값을 출력결상 기준레벨과 비교하여, 절대값의 크기가 기준레벨보다 작은 경우 출력결상으로 결정한다.

Description

인버터 출력결상 검출방법{METHOD FOR DETECTING PHASE OPEN IN OUTPUT FROM INVERTER}

본 발명은 인버터 출력결상 검출방법에 대한 것이다.

일반적으로, 인버터는 상용 교류전원을 입력으로 하여 이를 직류전원으로 변환한 후, 다시 전동기에 적합한 교류전원으로 변환하여 전동기에 공급하는 전력변환장치이다. 이러한 인버터는 전동기를 효율적으로 제어함으로써 전동기의 소모전력을 감소시켜 에너지 효율을 높인다.

인버터의 출력결상은 전동기와 연결된 인버터의 3상 출력중 1상 이상이 단선(open)된 것을 의미한다. 이러한 출력결상은 인버터 출력단과 전동기를 연결하지 않았거나, 또는 인버터 출력단과 전동기 사이의 개폐 장치의 오동작에 의해 발생된다. 인버터의 출력결상시 전동기에는 정격 전류 이상의 과전류가 흐르게 되어 열화에 의한 소손이 발생할 수 있다.

보통 인버터의 출력결상은 인버터에서 출력되는 전류를 검출하여 판별한다. 전동기를 회전시키기 위해 인버터에서 전류를 출력하면, 인버터 출력 검출회로에 의해 각 상의 출력전류가 검출된다. 이때 검출된 각 상의 전류의 절대값이 인버터 정격전류 대비 결상 기준레벨 이하가 되면 출력결상을 검출한다.

종래의 출력결상 검출방법에서는, 전동기가 최소 운전주파수 이상으로 운전하는 경우에 한하여 출력결상 검출이 가능하다. 정상적으로 인버터와 전동기가 연결된 경우에는 인버터의 출력이 교류로 출력되어야 3상의 전류가 모두 검출될 수 있기 때문이다.

도 1은 일반적인 출력결상 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

종래의 출력결상 검출방법에서, 인버터의 전원이 켜 있는 경우, 주기적으로 출력결상을 확인하게 되는데, 이때 운전지령을 확인한다(S110). 운전지령이 입력되지 않은 경우에는 다음 주기에 출력결상 확인시 운전지령을 확인하게 된다. 만약 운전지령이 입력된 경우에는, 인버터의 출력주파수가 최소 운전주파수 이상인지 확인한다(S120). 만약 출력주파수가 최소 운전주파수 이상인 경우 출력결상을 검출하고(S130), 출력결상 여부를 확인하게 된다(S140). 출력결상이 확인되면, 인버터의 운전을 종료하게 된다. 만약 출력결상이 아닌 것으로 확인되면, 다음 주기에 다시 운전지령을 확인하게 된다. S140에서 출력주파수가 최소 운전주파수 이상이 아닌 경우에는, 출력결상 검출이 불가능하다. 따라서, 다음 주기에 다시 운전지령을 확인하기 위한 절차로 진입하게 된다.

이와 같은 종래의 인버터에서는, 인버터 출력을 통해 최소 운전주파수 이상으로 전동기를 회전시켜야 출력결상을 검출할 수 있다.

일반적으로, 전동기가 회전하지 않고는 출력 연결상태를 인버터에서 확인할 수 없다. 이는 전동기가 회전하지 않도록 인버터가 출력하는 경우, 좌표변환에 필요한 각도에 따라 출력이 거의 나가지 않는 상이 존재할 수 있으며, 이경우 정상적으로 출력선이 연결되어 있어도 전류가 거의 흐르지 않아 출력결상 기준전류보다 낮아지게 되어 출력결상 고장이 발생하게 된다.

또한, 전동기가 정상적으로 회전하는 경우, 각도는 출력속도에 따라 증가하며, 이로 인해 각 상의 전류가 정현파 형태로 출력된다. 이때 출력선이 연결된 상태라면, 상전류의 절대값이 출력결상 기준보다 낮은 경우가 생기더라도 각 상의 카운트가 기준카운트가 되기 전에 다시 출력결상 기준보다 높아져 카운트가 초기화되어 출력결상 고장이 검출되지 않는다. 그러나, 전동기가 회전하지 않는 상태의 출력이라면 좌표변환 각이 변동되지 않고 일정한 값으로 고정되어 있어 이전 운전에서 정지된 각도에 따라 출력결상 기준전류보다 낮은 상이 존재할 수 있으며, 이 상은 계속 낮은 상태로 존재하기 때문에 출력결상 고장으로 검출된다.

따라서, 종래의 인버터에서는, 인버터의 출력속도가 최소 운전주파수 이상으로 운전되는 경우에만 출력결상 고장을 검출할 수 있다. 그러나 인버터를 사용하는 시스템에 따라 전동기를 회전시키기 전에 인버터의 출력 연결상태를 확인할 필요가 있으므로, 전동기가 회전하지 않는 경우에도 출력결상을 검출할 필요가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전동기를 회전하지 않는 상태에서 출력결상을 검출하는 인버터 출력결상 검출방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 전동기를 구동하는 인버터 시스템의, 인버터 출력결상을 검출하는 본 발명의 일실시예의 방법은, 상기 인버터에서 상기 전동기로 전류가 인가되도록 전류지령을 출력하는 단계; 상기 전류지령에 대한 좌표변환각을 소정 각으로 고정하는 단계; 및 상기 인버터로부터 출력되는 상전류의 절대값을 출력결상 기준레벨과 비교하여, 절대값의 크기가 기준레벨보다 작은 경우 출력결상으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 전류지령은, 회전좌표계 q축전류일 수 있으며, 회전좌표계 d축전류는 0일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 q축전류의 크기

는,

이 출력결상 기준레벨 이상이 되도록 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 소정 각은, -90도일 수 있다.

본 발명의 일실시예의 방법은, 운전지령을 확인하는 단계; 및 상기 인버터의 출력주파수가 최소 운전주파수 이상인 것을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 출력결상으로 결정하는 단계는, 각 상전류의 절대값의 크기가 기준레벨보다 작은 경우, 소정 기준시간 이후 출력결상으로 결정할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 전동기의 정지상태에서 직류전류를 인가하도록 전류지령을 입력함으로써, 전동기의 정지상태에서도 측정되는 abc 상전류를 통해 출력결상을 검출하게 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 출력결상 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 2는 도 1의 출력결상 검출을 상세하게 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 출력결상 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 출력결상 검출을 상세하게 설명하기 위한 일실시예 상세 흐름도이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. '포함한다' 또는 '가진다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예의 출력결상 검출방법이 적용되는 인버터 시스템을 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 시스템은, 인버터(1), 전동기(2) 및 제어부(3)로 구성되며, 인버터(1)는 컨버터부(10), 평활부(20) 및 인버터부(30)를 포함할 수 있다.

인버터(1)는 3상의 상용전원을 수신하여, 이를 소정 전압과 주파수로 변환하여 전동기(2)에 인가하며, 본 발명의 일실시예의 제어부(3)는 인버터(1)의 출력전류를 수신하여 출력결상 여부를 검출할 수 있다.

컨버터부(10)는 복수의 다이오드로 구성되며, 3상 상용전원을 직류로 변환할 수 있다. 평활부(20)는 직류링크 커패시터로 구성되는 것으로서, 정류된 직류를 평활할 수 있다. 인버터부(30)는 복수의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)와 같은 전력 반도체 스위칭소자로 구성되며, 직류를 교류로 변환할 수 있다. 이때 제어부(3)는 인버터부(30)의 스위칭소자의 온오프를 제어하여 소정 출력주파수의 전압을 출력하게 할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 제어부(3)는, 인버터(1)의 운전지령이 없는 경우에도, 출력결상을 검출할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예의 출력결상 검출방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도 2의 제어부(2)의 동작을 중심으로 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서, 제어부(3)는, 인버터(1)의 운전지령이 입력되는지 확인할 수 있다(S31). 운전지령은 전동기(2)를 지령주파수로 회전시키는 지령으로서, 지령주파수의 입력여부로 확인할 수 있다. 인버터(1)에 운전지령이 입력되는 경우에는, 제어부(3)는 인버터(1)의 출력주파수를 확인하여, 출력주파수가 최소 운전주파수 이상인지 확인할 수 있다(S32).

출력주파수가 최소 운전주파수 이상인 경우에는, 출력결상을 검출할 수 있다(S33). 출력결상 검출에 따라 출력결상 고장이 있는 경우에는(S34), 제어부(3)는 인버터(1)의 운전을 종료하고 고장동작을 수행할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 제어부(3)는, 운전지령의 입력이 없는 경우, 직류전류 출력지령이 입력되는지를 확인할 수 있다(S35). 즉, 본 발명의 일실시예에서 제어부(3)는 지령주파수가 입력되지 않는 경우에도, 인버터(1)에서 전동기(2)로 직류전류가 출력되도록 하는 지령이 있는지 확인할 수 있다.

이에, 직류전류 출력지령이 있는 경우에는, 제어부(3)는 좌표변환각을 -90°로 고정하여 직류전류를 인버터(1)가 출력하도록 하고(S36), 출력결상 검출을 수행할 수 있다(S33). 직류전류 출력지령은, 인버터(1)가 전동기(2) 최종적으로 직류전류가 인가되도록 출력시키는 지령일 수 있다.

직류전류 인가는, 일반적인 주파수지령을 통해 인버터(1)를 운전하는 것이 아니고, 일정한 전류지령을 회전좌표계 q축에 인가하여 인버터(1)가 출력하는 것으로서, 이때 각이 고정되어 일정한 전류를 출력하므로, 전동기(2)는 회전하지 않는다.

제어부(3)는, 인버터(1) 제어시 abc 좌표계에 대한 변수를 회전좌표계로 변환하여 사용하는데, 이때, 본 발명의 일실시예에 의하면, 회전좌표계 q축에 일정한 전류지령을 인가하고, d축에는 전류지령을 인가하지 않는 것이다. 이때 직류인 전류지령을 인가하는 경우에도, 좌표변환각을 -90°로 설정하면, 정상적으로 인버터(1)와 전동기(2)가 연결된 경우에는 각 abc 상전류가 각각 일정한 상수로 출력되므로 출력결상을 검출할 수 있다.

회전좌표계와 abc 좌표계간 변환식을 알아보면 다음과 같다.

및

는 회전좌표계 d축 및 q축 변수를 나타내며, 이를 abc 좌표계로 변환하기 위해서는 먼저 정지좌표계 dq축으로 변환하여야 한다. 이는 다음 수학식 1과 같다.

정지좌표계 dq축으로 변환된 값은 아래 수학식 2와 같이 abc 좌표계로 변환할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 제어부(3)는 회전좌표계 q축 전류에 일정한 전류

를 인가하고, θ는 예를 들어 -90°이므로, 위 수학식 1 및 수학식 2를 통해 각 상의 전류를 연산하면, 다음과 같은 abc 좌표계상 전류가 출력될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에서 제어부(3)가 인가하는 q축전류

는,

이 출력결상 기준레벨 이상으로 설정되도록 인가할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 기준각도로서 -90°를 인가하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 좌표변환을 통해 얻은 abc 좌표계상 전류가 모두 출력결상 기준전류 이상인 경우에는 해당 각도로 설정할 수 있을 것이다.

제어부(3)는, 회전좌표계 q축 전류를 전류지령으로 하는 경우, 해당 전류지령을 이용하여 지령전압을 결정할 수 있으며, 해당 지령전압을 기반으로 PWM 제어신호를 생성하여 이를 인버터부(30)에 제공할 수 있을 것이다.

도 4는 도 3의 출력결상 검출을 상세하게 설명하기 위한 일실시예 상세 흐름도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서, 출력결상 검출은, a상 출력전류의 절대값이 출력결상 기준레벨 이하인지 확인할 수 있다(S41). a상 출력전류의 절대값이 출력결상 기준레벨 이하인 경우에는, CountA에 1을 더할 수 있다(S42). 카운트를 1씩 증가시키는 것은, 이 값이 결상에 의해 작아진 것인지 또는 전동기(2)의 회전동안 출력전류가 정현파로 나타나기 때문에 이로 인해 일정 시간동안 기준레벨 이하로 측정되는 것인지를 확인하기 위한 것이다.

이후, CountA가 기준카운트 이상인 경우(S43), 출력결상 고장임을 알릴 수 있다(S44). 카운트가 기준카운트 이상이라는 것은, 일정 시간동안 계속하여 출력전류가 출력결상 기준레벨 이하인 것을 의미하며, 이를 통해 출력결상 상태임을 판단하게 되는 것이다. 따라서, S43에서 CountA가 기준 카운트 이상인 경우, 출력결상 고장임을 발생하게 되는 것이다.

만약, S41에서 a상 출력전류의 절대값이 출력결상 기준레벨보다 크다면, CountA를 초기화하고(S45), b상 출력전류에 대한 비교를 수행할 수 있다(S46). 또한, S43에서도 CountA가 기준카운트보다 작은 경우에는 b상 출력전류에 대한 비교를 수행할 수 있다(S46). 그 결과, b상 출력전류의 절대값이 출력결상 기준레벨 이하인 경우에는, CountB에 1을 더할 수 있다(S47).

이후, CountB가 기준카운트 이상인 경우(S48), 출력결상 고장임을 알릴 수 있다(S44).

만약, S46에서 b상 출력전류의 절대값이 출력결상 기준레벨보다 크다면, CountB를 초기화하고(S49), c상 출력전류에 대한 비교를 수행할 수 있다(S50). 또한, S47에서도 CountB가 기준카운트보다 작은 경우에는 c상 출력전류에 대한 비교를 수행할 수 있다(S50). 그 결과, c상 출력전류의 절대값이 출력결상 기준레벨 이하인 경우에는, CountC에 1을 더할 수 있다(S51).

이후, CountC가 기준카운트 이상인 경우(S52), 출력결상 고장임을 알릴 수 있다(S44).

종래의 출력결상 검출에서 전동기(2)의 정지시 출력결상을 검출하지 않은 것은, 좌표변환의 각도가 일정 값으로 설정되지 않고, 이전 인버터(1)의 운전에서 연산된 각도가 사용되어, 운전시마다 각도가 달라졌기 때문이다.

따라서, 수학식 1 및 수학식 2를 통해 연산된 전류가 각도에 따라 출력결상 기준전류 이하가 될 수 있으므로, 출력이 정상적으로 연결된 상태이어도 출력결상 고장이 검출되는 경우가 있었다. 이에, 종래의 경우 일정한 속도 이상으로 운전되는 상태에서만 출력결상을 검출하였다.

그러나, 본 발명의 일실시예에 의하면, 전동기(2)를 회전시키지 않은 상태에서 인버터(1)의 출력과 전동기(2)의 연결상태를 확인하고, 전동기(2)의 정지상태에서 직류전류를 인가하도록 전류지령을 입력함으로써, 측정되는 abc 상전류를 통해 출력결상을 검출할 수 있다. 이때 좌표변환에 따른 잘못된 검출을 방지하기 위해 좌표변환각을 소정각으로 일정하게 설정할 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 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: 인버터 2: 전동기
3: 제어부 10: 컨버터부
20: 평활부 30: 인버터부

Claims

전동기를 구동하는 인버터 시스템의, 인버터 출력결상을 검출하는 방법에 있어서,
상기 인버터에서 상기 전동기로 직류전류가 인가되게 하는 회전좌표계 q축전류인 전류지령을 출력하는 단계;
상기 전류지령의 정지좌표계로의 좌표변환각을 소정 각으로 고정하는 단계; 및
상기 인버터로부터 출력되는 상전류의 절대값을 출력결상 기준레벨과 비교하여, 절대값의 크기가 기준레벨보다 작은 경우 출력결상으로 결정하는 단계를 포함하는 인버터 출력결상 검출방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 전류지령은,
회전좌표계 d축전류가 0인 인버터 출력결상 검출방법.
제3항에 있어서, 상기 q축전류의 크기
는,

이 출력결상 기준레벨 이상이 되도록 결정되는 인버터 출력결상 검출방법.
제1항에 있어서, 상기 소정 각은, -90도인 인버터 출력결상 검출방법.
제1항에 있어서,
상기 인버터에 운전지령이 입력되는지 확인하는 단계; 및
상기 인버터의 출력주파수가 최소 운전주파수 이상인 경우, 출력결상으로 결정하는 단계를 더 포함하고,
상기 전류지령은, 상기 인버터에 운전지령이 입력되지 않는 경우 상기 인버터로 출력되는 인버터 출력결상 검출방법.
제1항에 있어서, 상기 출력결상으로 결정하는 단계는,
각 상전류의 절대값의 크기가 기준레벨보다 작은 경우, 소정의 기준시간 이후 출력결상으로 결정하는 인버터 출력결상 검출방법.