KR102024821B1 - 가변 속도 드라이브 내 지락 검출 및 가변 속도 드라이브 보호를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

가변 속도 드라이브 내 지락 검출 및 가변 속도 드라이브 보호를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

AC 모터 드라이브 내에 지락을 검출하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. AC 모터 드라이브를 위한 결함 검출 및 보호 시스템은 제 1 및 제 2 상 출력 전류를 측정하기 위한 전류 센서, DC 링크 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 및 출력의 제 3 상에 대한 PWM 인버터 스위치를 가로지르는 전압 및 연계된 전류를 결정하기 위한 탈포화 제어 회로를 포함한다. 제어기는 제 1 및 제 2 상전류, 측정된 DC 링크 전압, 및 제 3 상에서의 PWM 인버터 스위치를 가로지르는 전압을 복수의 임계치에 비교한다. 제어기는 제 1 및 제 2 상전류, DC 링크 전압, 및 스위치를 가로지르는 전압과 임계치의 비교에 기초하여 AC 모터에 대한 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상, 및 제 3 상 중 하나에서의 지락을 검출한다.

Description

가변 속도 드라이브 내 지락 검출 및 가변 속도 드라이브 보호를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR GROUND FAULT DETECTION AND PROTECTION IN ADJUSTABLE SPEED DRIVES}
본 발명은 일반적으로 가변 속도 드라이브(adjustable speed drive; ASD)에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 ASD 내의 지락(ground fault)을 검출하고 그 검출시에 이러한 지락으로부터 ASD를 보호하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가변 속도 드라이브(ASD)는 에너지 효율 향상을 위해 모터 제어 분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 ASD는 통상적으로 3상 AC 전원에 접속되고, ASD는 3상 AC 전원으로부터 공급된 3상 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 AC/DC 컨버터를 포함하고, AC/DC 컨버터로부터의 DC 전력 출력을 모터에 공급하기 위한 3상 AC 전력으로 변환하기 위한 DC/AC 컨버터를 또한 포함한다.
ASD를 거쳐 모터에 전력을 제공할 때에, 발생할 수도 있는 전류 결함(current fault)을 검출하고 이러한 결함이 검출될 때 ASD에 보호를 제공하는 것이 가능해야 할 필요가 있다. 이러한 전류 결함의 통상의 원인은 동작 중에 발생하는 모터 권선 절연 고장이다. 이러한 권선 절연 고장은 모터 접지 봉입체(enclosure)에 권선 단락을 유발하여, 지락을 야기할 수 있다. 이러한 것이 발생할 때, ASD 출력 상 위의 단락된 상전류는 급격하게 상승할 것이고, 결함 검출 및 적소의 보호가 존재하지 않으면, ASD 장비는 손상될 수 있다. 따라서, 전류 결함의 검출 및 이러한 결함 검출시에 ASD를 위한 보호 방안의 구현이 모터 드라이브 용례에서 중요한 고려사항이다.
전류 결함을 검출하기 위한 통상의 해결책은 전류 센서의 사용을 통해 모터측에서 모든 3상 전류를 측정하는 것이다. 이를 위해, 과전류 보호 회로는 통상적으로 모든 3상 모터 전류를 모니터링하기 위한 수단(즉, 3개의 전류 센서) 및 전류 불규칙이 식별될 때 인버터 IGBT(insulated gate bipolar transistor: 절연 게이트 쌍극 트랜지스터)를 차단하기 위한 수단을 포함한다. 라인 전류 중 하나가 사전 결정된 임계치를 초과할 때, 회로는 단락의 가능성을 인식하고, 모든 3개의 모터 상으로 인버터를 차단시켜, 불규칙의 원인이 식별될 때까지 모터를 효과적으로 정지시킨다. 이 해결책은 지락 검출 및 보호에 매우 효과적이지만, 모든 3개의 전류 센서, 뿐만 아니라 지원 회로의 비용이 고가일 수 있다.
3개의 전류 센서의 사용을 통해 모든 3상 전류를 측정하는 것에 의한 전류 결함의 검출은 고비용일 수 있기 때문에, 전류 결함 검출은 또한 단지 2개의 전류 센서의 사용에 의해서만 미리 성취되어 왔다. 이러한 시스템에서, 3상 전류 중 나머지 하나는 3상 전류의 합이 제로인 것으로 가정함으로써 계산을 통해 얻어진다. 불행하게도, 단지 2개의 라인 전류가 측정되고 제 3 전류가 유도되는 경우, 유도된 전류는 제 3 라인 내의 접지로 결함을 반영하지 않을 수도 있다. 이는 제 3 라인 내의 접지로의 접속이 제 1 및 제 2 라인 내의 전류에 상당히 영향을 미치지 않을 수도 있기 때문이다. 단락이 제 3 라인에서 발생하고 제 3 라인 전류가 제 1 및 제 2 감지된 전류를 거쳐 유도되기 때문에 검출되지 않으면, 과전류 회로는 3상으로 전류를 적절히 차단하도록 동작할 수 없고 모터 손상이 발생할 수 있다.
따라서, 3상 모터 시스템 내의 모든 전류가 3개 미만의 전류 센서를 사용하여 유도될 수 있고 완전한 과전류 보호가 또한 DC 링크 전압 및 인버터 IGBT 포화 전압과 같은 감지된 전류 및 특정 전압을 거쳐 제공될 수도 있는 전류 감지 및 보호 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 실시예는 ASD 내의 지락을 검출하고 그 검출시에 이러한 지락으로부터 ASD를 보호하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, AC 소스에 접속 가능한 입력 및 AC 모터의 입력 단자에 접속 가능한 3상 출력을 갖는 AC 모터 드라이브가 제공되고, AC 모터 드라이브는 AC 모터 내의 전류 흐름 및 단자 전압을 제어하기 위한 복수의 스위치를 그 내부에 갖는 펄스폭 변조(pulse width modulation: PWM) 인버터를 포함한다. AC 모터 드라이브는 PWM 컨버터에 접속된 결함 검출 및 보호 시스템을 또한 포함하고, 결함 검출 및 보호 시스템은 AC 모터 드라이브 유닛의 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류를 측정하기 위한 한 쌍의 전류 센서, AC 모터 드라이브의 DC 링크에서의 DC 링크 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 3상 출력의 제 3 상에 대응하는 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압 및 연계된 전류를 결정하도록 구성된 탈포화(desaturation) 제어 회로, 및 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서 측정된 전류를 제 1 임계치에 비교하고, 측정된 DC 링크 전압을 제 2 임계치에 비교하고, 제 3 상에서 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압을 제 3 임계치에 비교하고, 제 1 및 제 2 상전류, DC 링크 전압, 및 제 3 상에서 스위치를 가로지르는 전압과 제 1, 제 2 및 제 3 임계치의 비교에 기초하여, AC 모터로의 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락을 검출하도록 구성되는 제어기를 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법은 AC 전력 소스와 AC 모터 사이에 직렬로 AC 모터 드라이브를 제공하는 단계를 포함하고, AC 모터 드라이브는 복수의 스위치를 갖고 AC 모터로의 3상 출력을 조절하도록 구성되는 펄스폭 변조(PWM) 인버터를 포함한다. 방법은 제 1 상 및 제 2 상에 포함된 전류 센서를 통해 3상 출력의 적어도 제 1 상 및 제 2 상의 각각에서 전류를 측정하는 단계, AC 모터 드라이브의 DC 링크 위의 전압을 측정하는 단계, 및 탈포화 제어 회로를 통해 3상 출력의 제 3 상에 대응하는 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압을 측정하는 단계를 또한 포함하고, 3상에 대응하는 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전류가 또한 측정된 전압에 기초하여 결정된다. 방법은 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서 측정된 전류를 제 1 임계치에 비교하는 단계, 측정된 DC 링크 전압을 제 2 임계치에 비교하는 단계, 제 3 상에서의 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압을 제 3 임계치에 비교하는 단계, 및 제 1 및 제 2 상전류, DC 링크 전압, 및 제 3 상에서의 스위치를 가로지르는 전압과 제 1, 제 2 및 제 3 임계치의 비교에 기초하여, AC 모터에 대한 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락의 존재를 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 시스템은 AC 모터 드라이브의 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류를 측정하기 위한 한 쌍의 전류 센서, AC 모터 드라이브 내의 DC 링크 위의 DC 링크 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 및 AC 모터 드라이브 내의 인버터의 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(IGBT)를 가로지르는 전압 및 연계된 전류를 결정하도록 구성된 탈포화 제어 회로를 포함하고, 탈포화 제어 회로는 3상 출력의 적어도 제 3 상에서 전압 및 연계된 전류를 결정한다. 시스템은 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서 측정된 전류를 제 1 임계치에 비교하고, 측정된 DC 링크 전압을 제 2 임계치에 비교하고, 제 3 상에 대응하는 인버터의 IGBT를 가로지르는 전압을 제 3 임계치에 비교하고, 제 1 및 제 2 상전류 중 하나가 제 1 임계치를 초과하고 DC 링크 전압이 제 2 임계치를 초과하면, 또는 제 1 및 제 2 상전류가 제 1 임계치 미만이고, DC 링크 전압이 제 2 임계치를 초과하고, 제 3 상에 대응하는 인버터의 IGBT를 가로지르는 전압이 제 3 임계치를 초과하면, 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락을 선언하도록 구성되는 제어기를 또한 포함한다.
본 발명의 다양한 다른 특징 및 장점이 이하의 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다.
도면은 본 발명을 수행하기 위해 현재 고려되는 바람직한 실시예를 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 가변 속도 모터 드라이브(ASD)의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 ASD 내의 다양한 결함 전류 흐름 경로의 예를 도시하는 청구항 1의 ASD의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 ASD에 사용을 위한 탈포화 제어 회로의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 ASD에 의해 구동된 모터가 모터 정지 상태에 있을 때 도 1의 ASD 내의 지락의 검출을 위한 기술을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 모터 정지 상태에서 도 1의 ASD 내의 1상에서 지락에 대응하는 전류값 및 전압값을 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 ASD에 의해 구동된 모터가 운전할 때 도 1의 ASD 내의 지락의 검출을 위한 기술을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 ASD의 3상 출력 전압을 2상 출력으로 프로세싱하기 위한 기술을 도시하는 차트이다.
도 9는 모터가 운전하는 동안 도 1의 ASD 내의 1상에서 지락에 대응하는 전류값 및 전압값을 도시하는 그래프이다.
본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예는 가변 속도 드라이브(ASD) 내의 지락을 검출하기 위한 그리고 그 검출시에 이러한 지락으로부터 ASD를 보호하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 복수의 구조체 및 제어 방안을 포함하는 AC 모터 드라이브에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따라 구현될 수 있는 AC 모터 드라이브(10)의 구조가 도 1에 도시되어 있다. 모터 드라이브(10)는 예를 들어 3개의 AC 전력 유닛을 수용하고, AC 입력을 정류하고, 부하에 공급된 가변 주파수 및 진폭의 3상 교류 전압으로의 정류된 세그먼트의 DC/AC 변환을 수행하도록 설계된 가변 속도 드라이브(ASD)로서 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, ASD(10)는 예시적인 주파수-대-전압(volts-per-hertz) 특성에 따라 동작한다. 이와 관련하여, 모터 드라이브는 3% 미만 총 고조파 왜곡을 갖는 정상 상태에서 ±1%의 전압 조절, ±0.1 Hz의 출력 주파수, 및 전체 부하 범위에 걸쳐 고속 동적 단계적 부하 응답을 제공한다.
예시적인 실시예에서, 3상 AC 입력(12a 내지 12c)은 3상 정류기 브리지(14)에 공급된다. 입력 라인 임피던스는 모든 3개의 상에서 동일하다. 정류기 브리지(14)는 DC 링크 전압이 정류기 브리지(14)와 스위치 어레이(16) 사이에 존재하도록 AC 전력 입력을 DC 전력으로 변환한다. 링크 전압은 DC 링크 캐패시터 뱅크(18)에 의해 평활화된다. 스위치 어레이(16)는 PWM 인버터(24)를 집합적으로 형성하는 일련의 절연 게이트 쌍극 트랜지스터 스위치(20)(IGBT) 및 역병렬 다이오드(22)로 구성된다. PWM 인버터(24)는 인덕션 모터(26)와 같은, 부하로의 전달을 위한 고정 주파수 및 진폭과 AC 전압 파형을 합성한다.
인버터(24)의 동작은 제어 시스템(28)을 거쳐서 이루어지고, 이 제어 시스템은 예를 들어 공간 벡터 변조, DC 링크 전압 디커플링 및 보호와 같은 고속 동작을 수행하는 시스템 계층 및 프로그램가능 애플리케이션 계층을 각각 갖는 복수의 PID 제어기로 더 구성된다. 제어 시스템(28)은 DC 링크 전압의 변화가 감지될 수 있도록 DC 링크 전압 및 극 전류의 감지(예를 들어, 전압 센서(30)를 거쳐) 및 게이트 구동 신호를 거쳐 PWM 인버터(24)에 인터페이스한다. 이들 전압 변화는 과도 부하 조건으로서 해석되고 근 정상 상태 부하 조건이 유지되도록 PWM 인버터(24)의 스위치 어레이(16)의 스위칭을 제어하는데 사용될 수 있다. 부가적으로, 제어 시스템(28)은 ASD(10) 내의 접지 전류 관련 결함을 식별하고, IGBT 스위치(20)를 보호하는 것을 포함하여, 이러한 결함으로부터 ASD를 보호하는 기능을 한다. 이러한 결함 검출 및 보호를 수행할 때에, 제어 시스템은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 입력에 응답하여 IGBT 게이트 구동 신호, 및 결함 식별 및 보호 신호를 출력하면서, DC 링크 전압, 측정된 IGBT 포화 전압, 및 2상 출력 전류를 입력으로서 수신한다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, AC 모터 드라이브(10)는 DC 링크(34)의 포지티브 및 네거티브 레일 상에 위치된 DC 라인 초크(L1, L2)(도 1에 32로서 지시되어 있음)를 또한 포함한다. DC 링크 초크(32)는 AC 모터 드라이브(10) 및 모터(26)의 동작 중에 DC 링크 상에 에너지 저장 및 필터링을 제공한다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 지락이 모터 부하측에서 상-C(도 2 및 도 3에 36으로 지시되어 있음, 상-B 및 상-A는 각각 38, 40으로 지시되어 있음)에서 도입될 때 동작 중인 AC 모터 드라이브(10)가 도시되어 있다. 도 2를 먼저 참조하면, 결함 전류 흐름 경로(42)는 상-C에서 상부 스위치 트랜지스터(44)가 게이트 온될 때 도시되어 있다. 상부 스위치 트랜지스터(44)가 게이트 온 된 상태에서, 결함있는 상-C는 부스트 회로가 된다. 결함 전류는 따라서 포지티브 DC 링크 위에 DC 초크(L1)를 통한 에너지 저장을 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상-C에서의 상부 스위치 트랜지스터(44)는 게이트 오프되고 상-C에서 하부 스위치 트랜지스터(46)는 게이트 온될 때, 전류 흐름 경로(42)는 변경된다. 즉, 전류 흐름 경로(42)는 동일한 방향으로 계속 흐르지만, 이제는 DC 링크 캐패시터 뱅크(18)의 DC 링크 캐패시터를 변경하기 위해 경로를 변경한다. DC 초크(L1)를 통한 에너지 저장을 제공하고 DC 링크 캐패시터 뱅크(18)의 DC 링크 캐패시터를 충전하기 위해 교대하는 결함 전류 흐름 경로(42)의 이 사이클은 상부 및 하부 트랜지스터(44, 46)가 인버터(24)의 펄스폭 변조 패턴으로 스위치 온 및 오프됨에 따라 반복된다.
결함 전류 흐름 경로에 관한 특성은 결함있는 상이 임의의 다른 상, 즉 상-B 또는 상-A일 수도 있으면 유사하고 여기서 그에 대응하는 스위치들은 게이트 온 및 오프된다. 명료화를 위해, DC 링크 전압에 영향을 미치는 스위치의 쌍은 상-C 지락에 대해 스위치(44, 46)이고, 상-B 지락에 대해 스위치(48, 50)이고, 상-A 지락에 대해 스위치(52, 54)이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(28)은, 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 입력에 응답하여 IGBT 게이트 구동 신호, 및 결함 식별 및 보호 신호를 출력하면서, DC 링크 전압, 측정된 IGBT 포화 전압, 및 2상 출력 전류를 입력으로서 수신한다. 제어 시스템(28)은 ASD(10) 내의 접지 전류 관련 결함을 식별하고, IGBT 스위치(20)를 보호하는 것을 포함하여, 이러한 결함으로부터 ASD를 보호하도록 구성된다. 상 A, B 또는 C에서 지락의 식별과 관련하여, 통상적으로 이러한 지락 검출을 가능하게 하기 위해 출력 모터 부하측에 3개의 전류 센서가 존재하는 것이 인식된다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 2 및 도 3에서 각각 상-A 및 상-B(40, 38)에서 전류 센서(56, 58)와 같은 단지 2개의 전류 센서만을 이용하는 ASD 시스템 내의 지락 검출을 위한 기술이 제공된다. 단지 2개의 전류 센서만을 이용하는 ASD 시스템 내의 지락 검출을 위한 기술을 이용할 때에, 과전류 조건(예를 들어, 단락 회로의 경우에서와 같은)을 검출하는 ASD 내의 각각의 상전류 구조체 위에 미리 설치된 탈포화 제어 회로가 이용되고, 측정된 DC 링크 전압이 또한 이용되고, DC 링크 전압은 예를 들어 도 1에 도시된 전압 센서(30)와 같은 전압 센서에 의해 측정된다.
탈포화 제어 회로(60)의 다이어그램이 본 발명의 실시예에 따라 도 4에 제공되어 있고, 탈포화 제어 회로는 인버터(예를 들어, 인버터(24)) 내의 스위치의 게이팅을 제어하는 게이트 드라이버(62)를 포함한다. 탈포화 제어 회로(60)는 게이트 드라이버(62)에 신호를 송신하고 그로부터 신호를 수신하는 제어 알고리즘을 그 위에 갖는 디지털 신호 프로세서(digital signal processor: DSP)를 또한 포함한다. 보호 기구로서 기능하는 탈포화 제어 회로(60)의 동작의 원리는 전력 전자 부품 스위치(예를 들어, IGBT 스위치(20))가 스위치를 통해 흐르는 전류의 함수라는 사실에 기초한다. 스위치 전류가 그 최대 허용치를 초과하면, 스위치를 가로지르는 전압은 그 최대 허용 전류에 대응하는 임계 전압을 통과할 것이다. 여기서, 스위칭 상태가 고려되어야 하는데 - "오프" 상태(즉, 게이트 신호가 0임)에서, 스위치를 가로지르는 전압은 스위치를 통한 전류가 0일지라도 DC 링크 전압에 동일하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 탈포화 회로(60)는 단지 단락된 상의 상부 및 하부 트랜지스터(예를 들어, 도 2 및 도 3의 트랜지스터/IGBT(44, 46)) 또는 모든 3개의 상에서 상부 및 하부 트랜지스터 위에만 설치될 수 있다.
이제, 도 2 및 도 3을 계속 참조하면서 도 5를 참조하면, 단지 2개의 상에서 전류 센서를 이용함으로써 ASD 내의 지락의 검출을 위한 기술(70)의 예시적인 실시예가 ASD(10)와 연계된 모터(26)가 모터 정지 상태에 있는 시나리오에서 도시되어 있다. 기술(70)은 ASD(10)에 접속된 제어기(28)와 같은, ASD와 연계된 제어기를 거쳐 구현될 수 있다. 탈포화 제어 회로(60)(도 4)와 함께, 상-A 및 상-B에서 전류 센서(56, 58)의 조합은, 모터로의 상-C 출력에 전류 센서가 존재하지 않더라도, ASD(10)의 출력의 모든 3개의 상에서의 지락의 검출을 위한 기술(70)의 구현을 가능하게 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기술(70)은 단계 72에서 정지 상태에서 모터의 시동으로 시작한다. 펄스폭 변조(PWM)가 이어서 인버터 내의 스위치의 게이팅을 제어함으로서 단계 74에서 개시되고, PWM은 3상 동시 PWM 또는 순차적 PWM이고, 여기서 3개의 상은 순차적으로 턴온된다. PWM의 개시시에, 기술은 단계 76에서 계속되고, 여기서 상-A 또는 상-B에서 측정된 전류(ian 또는 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치(Threshold_1)를 초과하는지 여부에 대한 판정이, ASD(10)의 DC 링크(34) 위의 전압이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하는지 여부의 판정과 함께 행해진다. 전압(vdc)은 상-C에 대응하는 스위치(44, 46)에 의해 영향을 받고, 여기서 어떠한 출력 전류 센서도 사용되지 않는다는 것이 주목된다. 단계 76에서 상전류(ian 또는 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치(Threshold_1)를 초과하고 DC 링크 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하는 것으로 판정되면(78에 지시됨), 기술은 단계 80 및 82에서 계속되고, 여기서 지락이 ASD(10) 내에 존재하는 것으로서 선언되고 ASD(10) 내의 IGBT(즉, IGBT(44 내지 54))는 ASD를 손상으로부터 보호하기 위해 턴오프된다. 따라서, 지락이 ASD(10) 내에서 상-A 또는 상-B에서 존재하면, 단계 76에서 행해진 판정(78)은 이러한 지락의 검출을 제공할 것이다.
역으로, 단계 76에서, 전류(ian 또는 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치를 초과하지 않고 그리고/또는 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치를 초과하지 않는 것으로 판정되면(84에 지시됨), 기술은 단계 86으로 계속되고, 여기서 다른 전압 및 전류 분석이 지락의 존재를 결정하기 위해 수행된다. 즉, 단계 86에서, 전류(ian 및 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치(Threshold_1) 미만인지 여부에 대한 판정이 행해진다. 단계 86에서 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하는지 여부에 대한 그리고 탈포화 제어 회로(도 4)를 거쳐 결정된 바와 같은 상-C에서 측정된 IGBT 포화 전압들(즉, 도 2 및 도 3에서 스위치(44, 46)를 가로지르는 전압)(vc _ desat)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_3)를 초과하는지 여부에 대한 판정이 또한 행해진다. 측정된 IGBT 포화 전압(vc _ desat)과 관련하여, 44, 46과 같은 IGBT를 가로지르는 측정된 전압이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_3)를 초과하면, IGBT(44, 46)를 통해 흐르는 전류는 또한 대응 전류 임계치를 초과할 것이라는 것이 인식된다.
단계 86에서, 88에 지시된 바와 같이, 전류(ian 및 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치(Threshold_1) 미만이고, DC 링크 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하고, 전압(vc _ desat)이 사전 결정된 임계치(Threshold_3)를 초과하는 것으로 판정되면, 기술은 단계 80 및 82로 계속되고, 여기서 지락이 ASD(10) 내에 존재하는 것으로서 선언되고 ASD(10) 내의 IGBT는 ASD를 손상으로부터 보호하기 위해 턴오프된다. 따라서, 지락이 ASD(10) 내에서 상-C에 존재하면, 단계 88에서 행해진 판정은 이러한 지락의 검출을 제공할 것이다. 도 6은 모터 정지 상태에서 상-C에서 지락 조건 하에서 모터 전류 및 DC 링크 전압의 예시를 통해 상-C에서의 이러한 지락의 결정을 도시하고 있다. 도 6의 상부 윈도우(90)는 3상 모터 전류를 예시하고, 반면에 하부 윈도우(92)는 DC 링크 전압을 예시한다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 상-C 전류(94)는 급격하게 슛업하고, 반면에 상 A 및 B 전류(96, 98)는 증가하지만 이들의 트립 레벨(즉 Threshold_1)에 신속하게 도달하지 않는다. 한편, DC 링크 전압(100)은 증가한다. 기술(70)(도 5) 및 단계 86에서 행해진 판정을 구현할 때에, 제어기(28) 내의 로직은 시스템이 상-C 과전압 검출(vc _ desat)에 의해 트리거링되어 트립할 수 있는 이러한 방식으로 구성되고, 타이머는 이어서 DC 링크 과전압(즉, vdc > Threshold_2)이 또한 존재하면 캡처하기 위해 계속 운전한다. 양 신호(vc _ desat 및 vdc)가 각각의 임계치에 도달할 때, 지락 조건이 확인된다.
도 5를 재차 참조하면, 단계 86에서, 102에 지시된 바와 같이, 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하는 것으로 또는 측정된 IGBT 포화 전압(vc _ desat)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_3)를 초과하지 않는 것으로 판정되면, 기술은 단계 104로 계속되고, 여기서 ASD(10) 내에 어떠한 지락도 존재하지 않는다고 선언한다. 기술(70)은 이어서 모터가 정지 상태로부터 운전 조건으로 전이하는 상태로 종료할 것이고, 이는 도 7과 관련하여 이하에 상세히 설명될 것이다.
기술(70)은 따라서 단지 2개의 상에서 전류 센서를 이용함으로써 모터 정지 상태에서 ASD 내의 지락의 검출을 제공한다. 2개의 전류 센서로부터의 피드백은 탈포화 제어 회로로부터의 전압(및 대응 전류) 피드백과 함께 그리고 DC 링크 전압 정보와 함께 분석되어, 모터로의 출력의 1상에 전류 센서가 존재하지 않더라도, ASD의 출력의 모든 3개의 상에서 지락의 검출을 제공한다.
이제, 도 2 및 도 3을 계속 참조하면서 도 7을 참조하면, 단지 2개의 상에서 전류 센서를 이용함으로써 ASD 내의 지락의 검출을 위한 기술(110)의 예시적인 실시예가 ASD와 연계된 모터가 운전하는 시나리오에서 도시되어 있다. 기술(110)을 구현할 때에, 모터는 기술(110)과 관련하여 설명된 바와 같이, 예를 들어 상-C와 같은 1 상에서 지락이 갑자기 발생할 때 정상 동작 조건 하에서 부하를 구동할 것이라는 것이 고려된다. 모터 정지 상태에서 지락을 검출하기 위한 기술(70)(도 5)과 유사하게, 모터 동작 중에 지락을 검출하기 위한 기술(110)은 ASD(10)에 접속된 제어기(28)와 같은 ASD와 연계된 제어기를 거쳐 구현될 수도 있다. 탈포화 제어 회로(60)(도 4) 및 DC 링크 전압 프로파일과 함께 상-A 및 상-B에서 전류 센서(56, 58)의 조합은, 모터로의 상-C 출력에 전류 센서가 존재하지 않더라도, ASD(10)의 출력의 모든 3개의 상에서의 지락의 검출을 위한 기술(110)의 구현을 가능하게 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 기술(110)은 "정상" 조건(즉, 어떠한 접지 전류 결함도 존재하지 않음)에서 운전하는 모터로 단계 112에서 시작한다. 기술은 이어서 단계 114로 계속되고, 여기서 상-A 또는 상-B에서 측정된 전류(ian 또는 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치(Threshold_1)를 초과하는지 여부에 대한 그리고 ASD의 DC 링크 위의 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하는지 여부에 대한 판정이 행해진다. 또한 단계 114에서, 인버터 PWM 명령에 대한 d-q 전압 성분의 모터 출력 기준 전압(vref -d)이 강하하여 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_4)에 도달하는지(즉, 미만임) 여부에 대한 판정이 행해진다. 모터 출력 기준 전압(vref _d)은 도 8에 도시된 바와 같이, PWM 기준 전압(vref ,a, vref _b, vref_c)의 프로세싱에 기초하여 결정되고, PWM 기준 전압값은 먼저 2상 교류값으로 변환되고, 이어서 2상 d-q DC값으로 변환된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 알파-베타 변환(αβ 변환)(116)이 적용되어 αβ 기준 프레임 내에 기준 전압(vref _α, vref _β)을 생성한다. αβ 기준 전압(118), 뿐만 아니라 αβ 기준 전압의 아크탄젠트(120)가 이어서 d-q 변환(122) 내로 플러깅되어 d-q 기준 프레임 내에 기준 전압(vref,d, vref_a)을 생성한다. 모터 출력 기준 전압(vref ,d)은 따라서 도 8에 도시된 바와 같이, PWM 기준 전압(vref ,a, vref _b, vref _c)의 프로세싱으로부터 취득된다. PWM 기준 전압(vref ,a, vref _b, vref _c)과 관련하여, 모터 3상 출력 기준 전압은 DC 링크 전압(vdc)의 변동에 기초하여 동적으로 조정된다는 것이 인식된다. 따라서, 예를 들어, 전압(vdc)이 증가할 때, PWM 듀티 사이클 및 대응 모터 출력 기준 전압(vref ,d)이 감소되고, 그 반대도 마찬가지이다. 최종 조정된 전압(vd, va)은 따라서 기준 전압(vref ,d, vref _q) 및 DC 링크 전압(vdc)에 기초하여 인버터 내에 출력된다.
이제 도 7을 재차 참조하면, 단계 114에서, 전류(ian 또는 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치(Threshold_1)를 초과하고, 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하고, 모터 출력 기준 전압(vref _d)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_4) 미만으로 강하하는 것으로(즉, 미만임) 판정되면(116에 지시됨), 기술은 단계 118 및 120으로 계속되고, 여기서 지락이 ASD(10) 내에 존재하는 것으로서 선언되고 ASD 내의 IGBT는 ASD를 손상으로부터 보호하기 위해 턴오프된다. 따라서, 지락이 ASD(10) 내에서 상-A 또는 상-B에 존재하면, 단계 114에서 행해진 판정(116)은 이러한 지락의 검출을 제공할 것이다.
역으로, 단계 114에서, 전류(ian 또는 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치를 초과하지 않고 그리고/또는 DC 링크 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치를 초과하지 않고 그리고/또는 모터 출력 기준 전압(vref _d)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_4) 미만으로 강하하지 않는 것으로(즉, 초과임) 판정되면(122에 지시됨), 기술은 단계 124로 계속되고, 여기서 다른 전압 및 전류 분석이 지락의 존재를 결정하기 위해 수행된다. 즉, 단계 124에서, 전류(ian 및 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치(Threshold_1) 미만인지 여부에 대한 그리고 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하는지 여부에 대한 판정이 행해진다. 단계 124에서 모터 출력 기준 전압(vref _d)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_4) 미만인지 여부에 대한 그리고 탈포화 제어 회로(도 4)를 거쳐 결정된 바와 같은 상-C에서 측정된 IGBT 포화 전압(들)(즉, 도 2 및 도 3에서 스위치(44, 46)를 가로지르는 전압)(vc _ desat)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_3)를 초과하는지 여부에 대한 판정이 또한 행해진다. 측정된 IGBT 포화 전압(vc _ desat)과 관련하여, IGBT(44, 46)를 가로지르는 측정된 전압이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_3)를 초과하면, IGBT(44, 46)를 통해 흐르는 전류는 또한 대응 전류 임계치를 초과할 것이라는 것이 인식된다.
단계 124에서, 126에 지시된 바와 같이, 전류(ian 및 ibn)가 사전 결정된 전류 임계치(Threshold_1) 미만이고, DC 링크 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하고, 모터 출력 기준 전압(vref _d)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_4) 미만으로 강하하고(미만이고/보다 작음), 측정된 IGBT 포화 전압(들)(vc _ desat)이 사전 결정된 임계치(Threshold_3)를 초과하는 것으로 판정되면, 기술은 단계 118 및 120으로 계속되고, 여기서 지락이 ASD(10) 내에 존재하는 것으로 선언하고 ASD를 손상으로부터 보호하기 위해 ASD 내의 IGBT가 턴오프된다. 따라서, 지락이 ASD(10) 내에 상-C에서 존재하면, 단계 126에서 행해진 판정은 이러한 지락의 검출을 제공할 것이다. 도 9는 모터 전류, DC 링크 전압 및 모터 출력 기준 전압의 예시를 거쳐 상-C에서 이러한 지락의 판정을 도시하고 있고, 모터는 지락이 상-C에서 갑자기 발생할 때 부하를 구동한다. 도 9의 상부 윈도우(128)는 3상 모터 전류의 예시이고, 중간 윈도우(130)는 DC 링크 전압의 예시이고, 하부 윈도우(132)는 인버터 내로 출력되는 최종 조정된 전압(vd, vq)의 2상 d 및 q 성분을 예시한다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 상-C 전류(134)는 급격하게 상승(shoots up)되고, 반면에 상 A 및 B 전류(136, 138)는 증가하지만 이들의 트립 레벨(즉, Threshold_1)에 신속하게 도달하지 않을 가능성이 있다. 한편, DC 링크 전압(140)은 증가한다. 도 9에 지시된 바와 같이, 그 과전류 트립 임계치(Threshold_3)에 도달하는 상-C 과전류 검출(ic - desat)과 그 과전압 트립 임계치(Threshold_2)에 도달하는 DC 링크 전압(vdc) 사이의 지연이 존재할 수 있고, DC 링크 전압은 또한 인버터 내에 출력되는 최종 조정된 전압(vd, vq)에 영향을 미친다. 양 신호가 각각의 임계치에 도달할 때, 단계 120에서 지락 조건이 확인되어 선언된다.
도 7을 재차 참조하면, 단계 124에서, 142에 지시된 바와 같이, 전압(vdc)이 사전 결정된 전압 임계치(Threshold_2)를 초과하지 않고 또는 측정된 IGBT 포화 전압(들)(vc_desat)이 사전 결정된 임계치(Threshold_3)를 초과하지 않는 것으로 판정되면, 기술은 단계 144로 계속되고, 여기서 어떠한 지락도 ASD(10)에 존재하지 않는다고 선언한다. 기술(110)은 이어서 단계 112로 루프백함으로써 계속될 수 있고, 여기서 모터는 계속 운전하고, ASD 내의 전류 및 전압의 후속의 분석이 수행된다.
기술(10)은 따라서 단지 2개의 상에서 전류 센서를 이용함으로써 모터의 정상 동작/운전 중에 ASD 내의 지락의 검출을 제공한다. 2개의 전류 센서로부터의 피드백은 탈포화 제어 회로로부터의 전압(및 대응 전류), 뿐만 아니라 DC 링크 전압 특성과 함께 분석되어, 모터로의 출력의 1상에서 전류 센서가 존재하지 않더라고, ASD의 출력의 모든 3개의 상에서 지락의 검출을 제공한다.
ASD 시스템 동작 조건 - 부하 변동, 스위칭 주파수 세팅, 지락이 특정 전류 진폭에서 발생할 때의 시간 순간, 시스템 임피던스 변동 등과 같은 - 에 따라, 각각의 지락 뿐만 아니라 결함 시퀀스 변동의 다양한 심각성이 존재할 수 있다는 것이 인식된다. 예를 들어, 일 지락 시나리오에서, 모터 상전류는 결함 임계치를 첫번째로 초과할 수도 있고, 이어서 DC 링크 전압은 결함 임계치를 두번째로 초과할 수도 있다. 다른 지락 시나리오에서, DC 링크 전압은 결함 임계치를 첫번째로 초과할 수도 있고, 이어서 모터 상전류는 결함 임계치를 두번째로 초과할 수도 있다. 이들 시나리오 변형예에 무관하게, 본 발명의 실시예에 따라 제공된 방법은 ASD 시스템을 위한 지락 검출, 식별 및 보호를 제공할 수 있다.
유리하게는 본 발명의 실시예는 따라서 DC 링크 상의 전류 션트(shunt)에 대한 필요 없이, 단지 2개의 출력 전류 센서만을 이용하는 가변 속도 드라이브 내의 지락 검출 및 보호의 시스템 및 방법을 제공한다. 검출 방법은 미리 이용 가능한 모터 전류 측정, DC 링크 전압 측정, IGBT 탈포화 회로, 및 제어 로직의 조합을 구현한다. 기술은 결함이 지락에 독립적인 과전류 결함, 또는 지락에 독립적인 DC 링크 전압 결함에 기인하면 또는 진정으로 지락이면 결함을 격리하는데 효과적이고, 모터가 정지 상태에 있는지 또는 운전 상태에 있는지 여부에 무관하게 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 ASD 시스템 내의 지락 조건을 식별하고, 뿐만 아니라 3개의 모터 출력으로부터 어느 상에서 지락이 발생하는지를 정확히 결정한다. ASD 내의 IGBT는 이어서 지락이 식별될 때 턴오프될 수 있어 임의의 손상으로부터 장비를 보호한다. 본 발명의 실시예는 따라서 정밀한 지락 진단 및 보호 특징을 제공한다.
개시된 방법 및 장치를 위한 기술적 기여는 이것이 ASD 내의 지락을 검출하고 그 검출시에 이러한 지락으로부터 ASD를 보호하기 위한 컴퓨터 구현된 기술을 제공한다는 것이다. 기술은 미리 이용 가능한 모터 전류 측정, DC 링크 전압 측정, IGBT 탈포화 회로, 및 ASD 내의 지락을 검출하기 위한 제어 로직의 조합을 구현하고, 출력의 2개의 상에서 단지 2개의 출력 전류 센서만이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, AC 소스에 접속 가능한 입력 및 AC 모터의 입력 단자에 접속 가능한 3상 출력을 갖는 AC 모터 드라이브가 제공되고, AC 모터 드라이브는 AC 모터 내의 전류 흐름 및 단자 전압을 제어하기 위한 복수의 스위치를 그 내부에 갖는 펄스폭 변조(PWM) 인버터를 포함한다. AC 모터 드라이브는 PWM 컨버터에 접속된 결함 검출 및 보호 시스템을 또한 포함하고, 결함 검출 및 보호 시스템은 AC 모터 드라이브 유닛의 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류를 측정하기 위한 한 쌍의 전류 센서, AC 모터 드라이브의 DC 링크에서의 DC 링크 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 3상 출력의 제 3 상에 대응하는 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압 및 연계된 전류를 결정하도록 구성된 탈포화(desaturation) 제어 회로, 및 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서 측정된 전류를 제 1 임계치에 비교하고, 측정된 DC 링크 전압을 제 2 임계치에 비교하고, 제 3 상에서 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압을 제 3 임계치에 비교하고, 제 1 및 제 2 상전류, DC 링크 전압, 및 제 3 상에서 스위치를 가로지르는 전압과 제 1, 제 2 및 제 3 임계치의 비교에 기초하여, AC 모터로의 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락을 검출하도록 구성되는 제어기를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법은 AC 전력 소스와 AC 모터 사이에 직렬로 AC 모터 드라이브를 제공하는 단계를 포함하고, AC 모터 드라이브는 복수의 스위치를 갖고 AC 모터로의 3상 출력을 조절하도록 구성되는 펄스폭 변조(PWM) 인버터를 포함한다. 방법은 제 1 상 및 제 2 상에 포함된 전류 센서를 통해 3상 출력의 적어도 제 1 상 및 제 2 상의 각각에서 전류를 측정하는 단계, AC 모터 드라이브의 DC 링크 위의 전압을 측정하는 단계, 및 탈포화 제어 회로를 통해 3상 출력의 제 3 상에 대응하는 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압을 측정하는 단계를 또한 포함하고, 3상에 대응하는 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전류가 또한 측정된 전압에 기초하여 결정된다. 방법은 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서 측정된 전류를 제 1 임계치에 비교하는 단계, 측정된 DC 링크 전압을 제 2 임계치에 비교하는 단계, 제 3 상에서의 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압을 제 3 임계치에 비교하는 단계, 및 제 1 및 제 2 상전류, DC 링크 전압, 및 제 3 상에서의 스위치를 가로지르는 전압과 제 1, 제 2 및 제 3 임계치의 비교에 기초하여, AC 모터에 대한 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락의 존재를 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 시스템은 AC 모터 드라이브의 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류를 측정하기 위한 한 쌍의 전류 센서, AC 모터 드라이브 내의 DC 링크 위의 DC 링크 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 및 AC 모터 드라이브 내의 인버터의 IGBT를 가로지르는 전압 및 연계된 전류를 결정하도록 구성된 탈포화 제어 회로를 포함하고, 탈포화 제어 회로는 3상 출력의 적어도 제 3 상에서 전압 및 연계된 전류를 결정한다. 시스템은 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서 측정된 전류를 제 1 임계치에 비교하고, 측정된 DC 링크 전압을 제 2 임계치에 비교하고, 제 3 상에 대응하는 인버터의 IGBT를 가로지르는 전압을 제 3 임계치에 비교하고, 제 1 및 제 2 상전류 중 하나가 제 1 임계치를 초과하고 DC 링크 전압이 제 2 임계치를 초과하면 또는 제 1 및 제 2 상전류가 제 1 임계치 미만이고, DC 링크 전압이 제 2 임계치를 초과하고, 제 3 상에 대응하는 인버터의 IGBT를 가로지르는 전압이 제 3 임계치를 초과하면, 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락을 선언하도록 구성되는 제어기를 또한 포함한다.
본 발명이 바람직한 실시예의 견지에서 설명되었고, 이들 명시적으로 언급된 것과는 별개의 등가물, 대안예 및 변형예가 가능하고 첨부된 청구범위의 범주 내에 있다는 것이 인식된다.
10: AC 모터 드라이브 12a 내지 12c: 3상 AC 입력
14: 정류기 브리지 16: 스위치 어레이
18: 캐패시터 뱅크 20: 절연 게이트 쌍극 트랜지스터
22: 역병렬 다이오드 24: PWM 인버터
26: 인덕션 모터 28: 제어 시스템
30: 전압 센서 32: DC 링크 초크

Claims (23)

  1. AC 소스에 접속 가능한 입력 및 AC 모터의 입력 단자에 접속 가능한 3상 출력을 갖는 AC 모터 드라이브에 있어서,
    상기 AC 모터 내의 전류 흐름 및 단자 전압을 제어하기 위한 복수의 스위치를 그 내부에 갖는 펄스폭 변조(pulse width modulation: PWM) 인버터와,
    상기 PWM 인버터에 접속된 결함 검출 및 보호 시스템을 포함하되,
    상기 결함 검출 및 보호 시스템은
    상기 AC 모터 드라이브의 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류를 측정하기 위한 한 쌍의 전류 센서와,
    상기 AC 모터 드라이브의 DC 링크에서의 DC 링크 전압을 측정하기 위한 전압 센서와,
    상기 3상 출력의 제 3 상에 대응하는, 상기 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압 및 연계된 전류를 결정하도록 구성된 탈포화 제어 회로(a desaturation control circuit)와,
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는
    상기 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서 측정된 전류를 제 1 임계치에 비교하고,
    측정된 DC 링크 전압을 제 2 임계치에 비교하고,
    상기 제 3 상에서 상기 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압을 제 3 임계치에 비교하고,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류, 상기 DC 링크 전압, 및 상기 제 3 상에서 스위치를 가로지르는 전압과 상기 제 1, 제 2 및 제 3 임계치의 비교에 기초하여, 상기 AC 모터로의 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락(ground fault)을 검출하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 AC 모터가 정지 상태에 있는 동안 상기 지락을 검출하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류 중 하나가 상기 제 1 임계치를 초과하고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과할 때 지락을 선언하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류가 상기 제 1 임계치 미만이고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하고, 상기 3상 출력의 제 3 상에 대응하는, PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압이 상기 제 3 임계치를 초과할 때 지락을 선언하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 AC 모터가 운전하는 동안 상기 지락을 검출하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분을 결정하고,
    상기 모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분을 제 4 임계치에 비교하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류 중 하나가 상기 제 1 임계치를 초과하고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하고, 상기 모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분이 상기 제 4 임계치 미만일 때 지락을 선언하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류가 상기 제 1 임계치 미만이고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하고, 상기 모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분이 상기 제 4 임계치 미만이고, 상기 3상 출력의 제 3 상에 대응하는, PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압이 상기 제 3 임계치를 초과할 때 지락을 선언하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 임계치는 전압 임계치를 포함하고, 상기 제 3 상에서의 스위치를 가로지르는 전압이 전압 임계치를 초과할 때, 상기 제 3 상에서의 스위치를 가로지르는 연계된 전류는 대응 전류 임계치를 초과하는
    AC 모터 드라이브.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 PWM 인버터 내의 복수의 스위치는 IGBT를 포함하고, 상기 제어기는 지락이 검출될 때 복수의 IGBT를 게이트 오프하여, 상기 지락으로부터 발생하는 손상으로부터 상기 AC 모터 드라이브를 보호하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 어느 것에서 상기 지락이 발생했는지를 검출하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브.
  12. AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    AC 전력 소스와 AC 모터 사이에 직렬로 AC 모터 드라이브를 제공하는 단계 - 상기 AC 모터 드라이브는, 복수의 스위치를 갖고 상기 AC 모터로의 3상 출력을 조절하도록 구성되는 펄스폭 변조(PWM) 인버터를 포함함 - 와,
    상기 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에 포함된 전류 센서를 통해 상기 3상 출력의 적어도 제 1 상 및 제 2 상의 각각에서 전류를 측정하는 단계와,
    상기 AC 모터 드라이브의 DC 링크 상의 전압을 측정하는 단계와,
    탈포화 제어 회로를 통해 상기 3상 출력의 제 3 상에 대응하는, PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압을 측정하는 단계 ― 상기 제 3 상에 대응하는, 상기 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전류는 상기 측정된 전압에 기초하여 결정됨 ― 와,
    상기 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서 측정된 전류를 제 1 임계치에 비교하는 단계와,
    상기 측정된 DC 링크 전압을 제 2 임계치에 비교하는 단계와,
    상기 제 3 상에서의 PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압을 제 3 임계치에 비교하는 단계와,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류, 상기 DC 링크 전압, 및 상기 제 3 상에서의 스위치를 가로지르는 전압과 상기 제 1, 제 2 및 제 3 임계치의 비교에 기초하여, 상기 AC 모터에 대한 상기 3상 출력의 상기 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락의 존재를 결정하는 단계를 포함하는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 지락은 상기 AC 모터가 정지 상태에 있는 동안 상기 AC 모터 드라이브 내에서 검출되는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류 중 하나가 상기 제 1 임계치를 초과하고 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과할 때 지락을 선언하는 단계를 더 포함하는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류가 상기 제 1 임계치 미만이고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하고, 상기 3상 출력의 제 3 상에 대응하는, PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압이 상기 제 3 임계치를 초과할 때 지락을 선언하는 단계를 더 포함하는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 지락은 상기 AC 모터가 운전하는 동안 상기 AC 모터 드라이브 내에서 검출되는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분을 결정하는 단계와,
    상기 모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분을 제 4 임계치에 비교하는 단계를 더 포함하는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류 중 하나가 상기 제 1 임계치를 초과하고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하고, 상기 모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분이 상기 제 4 임계치 미만일 때 지락을 선언하는 단계를 더 포함하는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류가 상기 제 1 임계치 미만이고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하고, 상기 모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분이 상기 제 4 임계치 미만이고, 상기 3상 출력의 제 3 상에 대응하는, PWM 인버터의 스위치를 가로지르는 전압이 상기 제 3 임계치를 초과할 때 지락을 선언하는 단계를 더 포함하는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는 복수의 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor: IGBT)를 포함하고,
    지락이 존재하는 것으로 판정될 때, 상기 방법은 상기 지락으로부터 발생하는 손상으로부터 상기 AC 모터 드라이브를 보호하기 위해 상기 복수의 IGBT를 턴오프하는 단계를 더 포함하는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 3 임계치는 전압 임계치를 포함하고, 상기 제 3 상에서의 스위치를 가로지르는 전압이 상기 전압 임계치를 초과할 때, 상기 제 3 상에서의 스위치를 가로지르는 연계된 전류는 대응 전류 임계치를 초과하는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 방법.
  22. AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 AC 모터 드라이브의 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류를 측정하기 위한 한 쌍의 전류 센서와,
    상기 AC 모터 드라이브 내의 DC 링크 상의 DC 링크 전압을 측정하기 위한 전압 센서와,
    상기 AC 모터 드라이브 내의 인버터의 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(IGBT)를 가로지르는 전압 및 연계된 전류를 결정하도록 구성된 탈포화 제어 회로 - 상기 탈포화 제어 회로는 상기 3상 출력의 적어도 제 3 상에서 전압 및 연계된 전류를 결정함 - 와,
    제어기를 포함하되,
    상기 제어기는
    상기 3상 출력의 제 1 상 및 제 2 상에서 측정된 전류를 제 1 임계치에 비교하고,
    상기 측정된 DC 링크 전압을 제 2 임계치에 비교하고,
    상기 제 3 상에 대응하는, 인버터의 IGBT를 가로지르는 전압을 제 3 임계치에 비교하고,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류 중 하나가 상기 제 1 임계치를 초과하고 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하거나, 또는,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류가 상기 제 1 임계치 미만이고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하고, 상기 제 3 상에 대응하는, 인버터의 IGBT를 가로지르는 전압이 상기 제 3 임계치를 초과하면,
    상기 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락을 선언하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는
    모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분을 결정하고,
    상기 모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분을 제 4 임계치에 비교하고,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류 중 하나가 상기 제 1 임계치를 초과하고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하고, 상기 모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분이 상기 제 4 임계치 미만이거나, 또는,
    상기 제 1 상 및 제 2 상에서의 전류가 상기 제 1 임계치 미만이고, 상기 DC 링크 전압이 상기 제 2 임계치를 초과하고, 상기 모터 출력 기준 전압의 d-q 전압 성분이 상기 제 4 임계치 미만이고, 상기 제 3 상에 대응하는, 인버터의 IGBT를 가로지르는 전류가 상기 제 3 임계치를 초과하면,
    상기 3상 출력의 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 중 하나에서의 지락을 선언하도록 구성되는
    AC 모터 드라이브 내의 지락을 검출하기 위한 시스템.
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