KR102053715B1

KR102053715B1 - 전력 변환기의 입력결상 보호장치

Info

Publication number: KR102053715B1
Application number: KR1020150052066A
Authority: KR
Inventors: 손주범
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2019-12-10
Also published as: KR20160122352A

Abstract

본 발명은 전력 변환기의 입력결상 보호 장치에 관한 것으로, 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 AC/DC 변환부와, 상기 직류 전원의 에너지를 저장하는 충전부와, 상기 충전부에 저장된 직류 전원의 에너지를 교류 전원으로 변환하는 DC/AC 변환부와, 상기 충전부의 출력 전압을 검출하는 직류 링크 전압검출부와, 상기 DC/AC 변환부의 동작을 제어하고, 상기 직류 링크 전압검출부로부터 검출된 출력 전압을 기설정된 샘플링 시간마다 확인하여, 확인된 출력 전압이 증가하다가 감소하는 시점부터 다시 증가하는 시점까지 샘플링 시간을 카운트한 후, 카운트 된 횟수에 따라 입력결상 여부를 판단하는 제어부를 포함함으로써, 인버터 등과 같은 전력 변환기에서 출력되는 직류 링크(DC Link)가 크게 흔들리거나 왜곡이 심해져도 3상의 입력 전원 중 1상 이상이 단상(OFF)되는 입력결상의 상태를 정확하게 판단하여 입력결상 보호 동작이 제대로 동작될 수 있는 효과가 있다.

Description

전력 변환기의 입력결상 보호장치{APPARATUS FOR PROTECTION INPUT OPEN PHASE OF POWER CONVERTER}

본 발명은 전력 변환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업용 인버터(Inverter) 등과 같은 전력 변환기에서 출력되는 직류 링크(DC Link)가 크게 흔들리거나 왜곡이 심해져도 3상의 입력 전원 중 1상 이상이 단상(OFF)되는 입력결상(Input Phase Open)의 상태를 더욱 정확하게 판단하여 입력결상 보호 동작이 제대로 동작될 수 있도록 한 전력 변환기의 입력결상 보호 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 널리 사용되고 있는 산업용 인버터는 직류(DC) 전원을 교류(AC)전원으로 변환하여 각종 부하의 장치에 적절한 전원을 공급하기 위한 전력변환 장치이다.

통상의 유도 전동기나 동기 전동기 등의 3상 전동기를 가변속으로 구동하기 위한 장치로 3상 인버터가 사용된다. 3상 인버터는 3상 교류 전원을 입력으로 받아 다이오드 정류기를 통해서 직류 전원을 얻는다.

한편, 직류 전원의 전압을 더 직류에 가깝게 유지시키기 위하여 3상 인버터는 내부에 평활 커패시터를 가지고 있다. 이 평활 커패시터에는 보통 알루미늄 전해 커패시터가 사용되는데, 전해 커패시터의 수명은 커패시터의 리플(Ripple) 전류와 관계가 있다. 이러한 리플 전류는 커패시터 내부에 열을 발생시켜 수명을 단축시킨다.

상기 3상 인버터의 반영구적인 스위칭 소자나 기타 다른 부품에 비해서 전해 커패시터의 수명이 짧기 때문에 커패시터의 수명이 인버터의 수명을 결정하게 된다.

그런데, 사고나 고장 등으로 3상 교류 전원 중 1상 또는 그 이상의 전원이 단선 등에 의해서 공급되지 못하면, 커패시터에 흐르는 리플 전류의 크기가 증가하게 되고, 커패시터의 수명이 감소하게 되는 문제점이 있으며, 단선이 되지 않은 나머지 상의 전류부담이 증가하여 과전류가 발생되며 설계된 3상 정류기 스위칭 소자의 정격전류 이상으로 과전류가 발생할 때 열화가 생겨 정류기가 소손되는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 입력결상(Input Phase Open)을 검출하기 위한 방법이 모색되었다.

종래의 입력결상 검출 방법은 주로 직류 전압의 최소 값을 이용하여 입력결상의 유무를 판별하는 방식이었다. 즉, 직류 전압은 부하 상황에 따라서 변동하는데 부하가 없을 경우에 비해서 부하가 많을 경우에 직류 전압의 최소 값이 감소하게 된다.

이러한 직류 전압의 최소 값은 입력결상이 있을 경우에 더 크게 감소하는데, 종래 기술은 이런 점을 이용하여 입력결상을 검출하였다. 그러나. 이러한 종래 기술은 입력결상 에러를 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 산업용 인버터(Inverter) 등과 같은 전력 변환기에서 출력되는 직류 링크(DC Link)가 크게 흔들리거나 왜곡이 심해져도 3상의 입력 전원 중 1상 이상이 단상(OFF)되는 입력결상(Input Phase Open)의 상태를 더욱 정확하게 판단하여 입력결상 보호 동작이 제대로 동작될 수 있도록 한 전력 변환기의 입력결상 보호 장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 AC/DC 변환부; 상기 직류 전원의 에너지를 저장하는 충전부; 상기 충전부에 저장된 직류 전원의 에너지를 교류 전원으로 변환하는 DC/AC 변환부; 상기 충전부의 출력 전압을 검출하는 직류 링크 전압검출부; 및 상기 DC/AC 변환부의 동작을 제어하고, 상기 직류 링크 전압검출부로부터 검출된 출력 전압을 기설정된 샘플링 시간마다 확인하여, 확인된 출력 전압이 증가하다가 감소하는 시점부터 다시 증가하는 시점까지 샘플링 시간을 카운트한 후, 카운트 된 횟수에 따라 입력결상 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 전력 변환기의 입력결상 보호 장치를 제공하는 것이다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 카운트 된 횟수가 기설정된 기준 카운트 횟수보다 2배수 내지 4배수로 클 경우, 입력 전원의 입력결상으로 판단함이 바람직하다.

바람직하게, 상기 제어부는, 입력 전원의 입력결상으로 판단될 경우, 상기 DC/AC 변환부의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고 신호가 출력되도록 제어하고, 상기 제어부로부터 출력된 특정 경고 신호를 제공받아 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경고해주기 위한 경고부가 더 포함될 수 있다.

바람직하게, 상기 제어부는, 입력 전원의 입력결상으로 판단될 경우, 상기 DC/AC 변환부의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고메시지를 생성하여 기설정된 사용자 단말로 전송할 수 있다.

바람직하게, 상기 기설정된 기준 카운트 횟수는 2 내지 4로 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 전력 변환기의 입력결상 보호 장치에 따르면, 산업용 인버터(Inverter) 등과 같은 전력 변환기에서 출력되는 직류 링크(DC Link)가 크게 흔들리거나 왜곡이 심해져도 3상의 입력 전원 중 1상 이상이 단상(OFF)되는 입력결상(Input Phase Open)의 상태를 더욱 정확하게 판단하여 입력결상 보호 동작이 제대로 동작될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환기의 입력결상 판별 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 전력 변환기의 입력결상 판별 방법에서 직류 링크 전압의 왜곡 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기의 입력결상 보호 장치를 설명하기 위한 전체적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 충전부에서의 정상/비정상인 경우의 전압 파형을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기의 입력결상 보호 방법을 설명하기 위한 전체적으로 흐름도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환기의 입력결상 판별 방법을 설명하기 위한 개념도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 전력 변환기의 입력결상 판별 방법에서 직류 링크 전압의 왜곡 상태를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 전력 변환기의 입력결상 판별 방법은, 통상의 3상 인버터 등과 같은 전력 변환기의 3상 입력 전원에 입력결상이 발생하면, 3상 인버터의 내부에 구비된 커패시터의 직류 링크 리플(DC Link Ripple)의 크기가 증가하고, 직류 링크 리플의 주파수가 약 3배로 된다. 이 두 현상을 가지고 입력결상을 판단한다.

즉, 도 1에 수평으로 표시된 일점쇄선은 직류 링크 평균값 즉, 필터링 된 직류 링크(Filtering DC Link)를 나타내며, 삼각파 모양의 굵은 실선은 직류 링크 필터링 전의 값을 나타낸다. 그리고, 상기 직류 링크 리플의 크기 측정은 현재 필터링 된 직류 링크 전압(즉, 직류 링크 평균값)과 현재 직류 링크 전압(즉, 필터링 전 직류 링크 전압)의 차이로 구할 수 있다.

한편, 3상 인버터의 소프트웨어(SW) 구조상, 직류 링크 리플의 실제 주기를 정확히 측정할 수는 없다. 간접적으로 측정하는 방법을 사용해야 한다. 현재 인버터 시스템에서는 1ms 마다 직류 링크를 측정하고 있기 때문에, 1ms 마다 측정한 직류 링크의 변화 패턴을 분석하면 주기를 구할 수 있다.

즉, 필터링 된 직류 링크 값을 기준으로 직류 링크의 현재 값이 높게 측정된 부분을 1ms 마다 확인하여 카운트(count)하는 것이며, 입력결상의 상황이라면, 이 카운트 값이 평상시보다 3배로 많게 되어, 평상시와 비교하여 입력결상을 판단할 수 있다. 음영 내에 표시된 화살표가 카운트되는 부분이다. 평상시(Normal) 상황이면 카운트 값이 약 2가 될 것이고, 입력결상의 상황이면 약 5 내지 6 정도가 될 것이다.

한편, 직류 링크를 1ms 마다 측정할 수 있으며, 필터링 된 직류 링크 값보다 크게 측정된 값에 대하여 카운트를 하게 되는데, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 직류 링크 자체가 크게 흔들린다거나, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 필터링 된 직류 링크 값이 흔들릴 경우, 오동작이 발생할 수 있다.

즉, 직류 링크 자체가 크게 흔들리거나 필터링 된 직류 링크 값이 흔들릴 경우, 측정되는 카운트 값이 작아지게 되고, 이렇게 되면 입력결상의 상황에서 입력결상을 판단할 수 없는 상태가 될 수 있다. 즉, 카운트하는 값의 오차로 인해서 입력결상을 판단할 수 없는 경우가 생긴다.

만약, 입력결상 판별 조건 즉, 입력결상 시 카운트되는 값이 평상시 카운트 값보다 3배가 되지 않으면, 카운트가 다시 감소하기 때문에, 도 2와 같은 상황에서는 입력결상 보호 동작이 제대로 발생하지 않을 수 있는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 산업용 인버터 등과 같은 전력 변환기에서 출력되는 직류 링크가 크게 흔들리거나 왜곡이 심해져도 3상의 입력 전원 중 1상 이상이 단상되는 입력결상의 상태를 더욱 정확하게 판단하여 입력결상 보호 동작이 제대로 동작될 수 있도록 한 특징적인 기술이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기의 입력결상 보호 장치를 설명하기 위한 전체적인 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 충전부에서의 정상/비정상인 경우의 전압 파형을 나타낸 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기의 입력결상 보호 장치는, 크게 AC/DC 변환부(100), 충전부(200), DC/AC 변환부(300), 직류 링크 전압검출부(400) 및 제어부(500) 등을 포함하여 이루어진다.

여기서, AC/DC 변환부(100)는 3상 교류(AC) 전원(10)을 직류(DC) 전원으로 변환하는 정류부로서, 3상 교류 전원에 각각 연결되고, 각 상의 전원을 정류하여 직류 전원을 공급하는 기능을 수행한다.

이러한 AC/DC 변환부(100)는 외부의 전원 입력부로부터 입력되는 상용 교류 전원을 정류하여 직류 전원으로 변환할 수 있도록, 복수개의 다이오드(Diode)로 구성되어 있고, 외부의 전원 입력부로부터 입력된 3상 교류 전압(R, S, T)을 각각 입력받아 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전원이 충전부(200)로 입력되도록 한다. 한편, 상기 복수개의 다이오드는 3상 브릿지 정류회로로 구성되는 것이 바람직하다.

충전부(200)는 AC/DC 변환부(100)로부터 변환된 직류 전원의 에너지를 저장하는 기능을 수행한다.

또한, 충전부(200)는 AC/DC 변환부(100)로부터 변환된 각 상의 직류 전원을 평활하게 즉, 직류 전원의 전압을 보다 더 직류에 가깝게 유지시키는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 충전부(200)는 입력되는 직류 전원을 평활하는 적어도 하나 이상의 커패시터(Capacitor)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 충전부(200)는, 그 일단이 AC/DC 변환부(100)의 양극 출력단에 연결되고, 그 타단이 AC/DC 변환부(100)의 음극 출력단에 연결된 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor)로 이루어질 수 있다.

상기 직류 링크 커패시터는 정류부인 AC/DC 변환부(100)에 접속되어 에너지를 축적하기 위한 전해 콘덴서로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 다른 종류의 콘덴서나 축전지 등으로 구현될 수도 있다.

DC/AC 변환부(300)는 충전부(200)에 저장된 직류 전원의 에너지를 교류 전원으로 변환하는 인버터부(Inverter)로서, 제어부(500)로부터의 제어 신호에 따라 구동되며, 충전부(200)로부터 정류 및 평활된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(20)로 동작 전원을 공급하는 기능을 수행한다.

이러한 DC/AC 변환부(300)는 6개의 스위칭 소자를 3상 풀 브릿지(Full Bridge) 접속하여 직류 모선 전압을 3상 교류로 변환하고 이 3상 교류를 모터(20)에 공급하는 것으로, 통상의 스위칭 회로이다.

즉, DC/AC 변환부(300)는 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프(ON/OFF) 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 3상 교류 전원으로 변환하여 출력한다. 구체적으로 설명하면, 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상암 및 하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. 제어부(500)로부터의 스위칭 제어 신호가 각 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력되면, 각 스위칭 소자는 스위칭 동작을 수행한다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 3상 교류 전원이 출력되게 된다.

이렇게 DC/AC 변환부(300)에서 출력되는 3상 교류 전원은 모터(20)의 각 상에 인가된다. 여기서, 모터(20)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각 상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각 상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 이러한 모터(20)는 예컨대, BLDC 전동기, synRM 전동기 등 3상 전동기로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 다양한 형태가 가능하다.

직류 링크 전압검출부(400)는 충전부(200)의 출력 전압을 검출하는 기능을 수행한다.

이러한 직류 링크 전압검출부(400)는 충전부(200)의 출력단과 제어부(500)의 A/D 입력단자 사이에 회로 구성되어, 충전부(200)의 양단에 인가되는 직류 전원을 검출하며, 획득된 검출 신호는 제어부(500)의 A/D 입력단자에 입력한다.

여기서, 직류 링크 전압검출부(400)에 의해 검출된 직류 전원에 대한 아날로그 감지신호는, 상기 A/D 입력단자로 입력된 후 제어부(500)에 의해 디지털 변환되어 상기 직류 전원에 대한 직류 전압 값으로 측정되며, 측정된 직류 전압 값은 이후에 입력 전원의 입력결상 여부를 판단하기 위한 기본 데이터로 이용된다.

그리고, 제어부(500)는 AC/DC 변환부(100), 충전부(200), DC/AC 변환부(300) 및 직류 링크 전압검출부(400)의 동작을 전체적으로 제어하는 바, 특히 DC/AC 변환부(300)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 특정 스위칭 제어신호를 DC/AC 변환부(300)에 출력한다. 상기 특정 스위칭 제어신호는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)용 스위칭 제어신호로서, 검출되는 충전부(200)의 출력 전압을 기초로 생성되어 DC/AC 변환부(300)에 출력된다.

즉, 제어부(500)는 DC/AC 변환부(300)에 구비된 ６개 스위칭 소자의 온/오프(ON/OFF)를 제어하고, 임의 전압 및 임의 주파수의３상 교류를 만들어 내는 것으로, 이는 펄스폭 변조(PWM) 제어를 사용한 일반적 방식으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

특히, 제어부(500)는 현재 필터링 된 직류 링크에 상관없이 직류 링크 전압검출부(400)로부터 검출된 출력 전압을 기설정된 샘플링 시간(바람직하게, 약 1ms 정도)마다 확인하여, 확인된 출력 전압이 증가하다가 감소하는 시점부터 다시 증가하는 시점까지 샘플링 시간을 카운트한 후, 카운트 된 횟수에 따라 입력결상 여부를 판단하는 기능을 수행한다.

또한, 제어부(500)는 상기 카운트 된 횟수가 기설정된 기준 카운트 횟수(바람직하게, 약 2 내지 4 정도)보다 2배수 내지 4배수(바람직하게, 약 3배수 정도)로 클 경우, 입력 전원의 입력결상으로 판단할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기의 입력결상 보호 장치를 적용하면, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 직류 링크가 정상적인 평상시(Normal) 상황이면 카운트 값이 약 2가 될 것이고, 입력결상의 상황이면 약 5 내지 6 정도가 될 것이다.

또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 직류 링크 자체가 크게 흔들린다거나, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 필터링 된 직류 링크 값이 흔들릴 경우 종래 기술에서는 오동작이 발생할 수 있다.

즉, 종래 기술에서는 전술한 도 2에 도시된 바와 같이, 직류 링크 자체가 크게 흔들리거나 필터링 된 직류 링크 값이 흔들릴 경우, 측정되는 카운트 값이 작아지게 되고, 이렇게 되면 입력결상의 상황에서 입력결상을 판단할 수 없는 상태가 될 수 있다. 즉, 카운트하는 값의 오차로 인해서 입력결상을 판단할 수 없는 경우가 생긴다.

그러나, 본 발명에서는 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 직류 링크 자체가 크게 흔들린다거나, 필터링 된 직류 링크 값이 흔들릴 경우에도 도 4의 (a)에서와 마찬가지로 평상시(Normal) 상황이면 카운트 값이 약 2가 될 것이고, 입력결상의 상황이면 약 5 내지 6 정도가 될 것이다. 따라서, 본 발명을 적용하면, 직류 링크 자체가 크게 흔들린다거나, 필터링 된 직류 링크 값이 흔들릴 경우에도 입력결상을 정확하게 판단할 수 있게 된다.

추가적으로, 제어부(500)는 입력 전원의 입력결상으로 판단될 경우, DC/AC 변환부(300)의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고 신호가 출력되도록 제어하고, 제어부(500)로부터 출력된 특정 경고 신호를 제공받아 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경고해주기 위한 경고부(600)가 더 포함될 수 있다.

이러한 경고부(600)는 전력 변환기의 근처에 설치될 수 있으며, 적어도 하나의 램프(Ramp), LED(Light Emitting Diode) 및/또는 스피커(speaker) 등으로 구현될 수 있다.

더욱이, 제어부(500)는 입력 전원의 입력결상으로 판단될 경우, DC/AC 변환부(300)의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고메시지를 생성하여 기설정된 사용자 단말(미도시)로 전송할 수도 있다.

이때, 상기 사용자 단말은 예컨대, 데스크탑 PC(Personal Computer, PC), 노트북 PC 등 컴퓨터인 것이 일반적이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 유/무선 통신망을 통하여 제어부(500)에 접속되어 데이터 송수신할 수 있는 모든 종류의 유무선 통신 장치일 수 있다.

예를 들어, 상기 사용자 단말은 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 다양한 이동 단말을 포함하고, 이외에도 팜 PC(Palm Personal Computer), 스마트폰(Smart phone), 통신기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC, 아이패드(iPad) 등 메시지 송수신이 가능한 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.

이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기의 입력결상 보호 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기의 입력결상 보호 방법을 설명하기 위한 전체적으로 흐름도로서, 별다른 설명이 없는 한 제어부(500)가 주체가 되어 수행함을 밝혀둔다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기의 입력결상 보호 방법은, 먼저, 직류 링크 전압검출부(400)를 통해 충전부(200)의 출력 전압을 검출한다(S100).

그런 다음, 제어부(500)를 통해 상기 단계S100에서 검출된 출력 전압을 기설정된 샘플링 시간(바람직하게, 약 1ms 정도)마다 확인한 후(S200), 상기 단계S200에서 확인된 출력 전압이 증가하다가 감소하는 시점부터 다시 증가하는 시점까지 샘플링 시간을 카운트한다(S300).

이후에, 제어부(500)를 통해 상기 단계S300에서 카운트 된 횟수에 따라 입력결상 여부를 판단한다(S400). 이때, 상기 단계S300에서 카운트 된 횟수가 기설정된 기준 카운트(바람직하게, 약 2 내지 4 정도) 횟수보다 2배수 내지 4배수(바람직하게, 약 3배수 정도)로 클 경우, 입력 전원의 입력결상으로 판단함이 바람직하다.

추가적으로, 상기 단계S400 이후에, 제어부(500)를 통해 입력 전원의 입력결상으로 판단될 경우, 외부의 사용자에게 특정 경고를 시각적 또는 청각적으로 알려주는 단계를 더 포함할 수 있다.

더욱이, 상기 단계S400 이후에, 제어부(500)를 통해 입력 전원의 입력결상으로 판단될 경우, 특정 경고메시지를 생성하여 기설정된 사용자 단말로 전송하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 입력결상 보호 동작을 위한 입력결상 상태를 체크하는 방식을 개선하여 입력결상 상태를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한 것이다.

이때, 입력결상 보호 동작은 인버터 등의 전력 변환기의 입력 전원 3상 중 적어도 1상 이상이 결상(OFF)이 되었을 경우 전력 변환기의 고장을 띄워 전력 변환기를 보호하도록 구현되어 있는 것을 뜻한다.

이러한 입력결상 보호 동작은 전력 변환기에 구비된 커패시터의 수명과 직접적인 연관이 있기 때문에 전력 변환기 제품의 전체적인 품질과 밀접한 연관성을 가진다.

만약, 입력결상이 발생하면 직류 링크 리플(DC Link Ripple)이 커지고, 이러한 직류 링크 리플 전류가 커짐으로써, 커패시터의 수명이 단축되기 때문이다. 그리하여 정확한 입력결상 상태를 체크하는 것이 무엇보다 중요하다고 볼 수 있다.

본 발명에서는 기존의 입력결상 체크의 방식을 개선하고 보완하여 정확한 입력결상 상태를 판단하여 인버터 보호 동작으로서의 역할을 확실히 할 수 있도록 하는 기술적 특징이 있다.

즉, 종래 기술에서 입력결상 판별 방법은 필터링 된 직류 링크와 비교하여 필터링 전 직류 링크가 높게 측정되는 구간을 카운트하는 방법인데, 개선된 본 발명에서는 기설정된 샘플링 시간마다 충전부(200)의 출력 전압을 확인하여, 확인된 출력 전압이 증가하다가 감소하는 시점부터 다시 증가하는 시점까지 샘플링 시간을 카운트하도록 하는 방식이다.

이와 같은 본 발명의 제안된 방식으로 구현하게 되면, 직류 링크(DC Link)가 크게 흔들리거나 왜곡이 심해져도 정확한 측정을 할 수 있게 된다. 또한, 삼각파 모양으로 증가하는 시간과 감소하는 시간의 전체 시간은 변함이 없기 때문에 정확한 측정이 가능해진다.

또한, 제어부(500)의 연산오차나 1ms 타이머의 연산 오류로 카운트가 1, 2개 정도 빠지게 되어도 평상시의 카운트 값보다 입력결상 시의 카운트 값이 약 2 내지 3배가 되기 때문에, 충분한 비교가 될 수 있다.

한편, 전력 변환기의 구성 부품 중에 커패시터는 핵심부품이라고 말할 수 있다. 입력결상 보호 동작이 제대로 작동하지 않아서 직류 링크 리플이 큰 상태에서 계속해서 전력 변환기의 운전을 하게 되면 커패시터의 수명이 단축될 수밖에 없다.

그리고, 입력결상 보호 동작은 커패시터의 수명을 단축을 예방할 수 있는 것이다. 전력 변환기 제품의 전체적인 품질에 영향을 미치기 때문에 정확한 입력결상 상태를 체크하는 것이 무엇보다 중요하다고 볼 수 있다. 이에 따라, 입력결상의 보호 동작에 대한 개선은 전력 변환기의 품질을 향상시키는 것이라고 볼 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 전력 변환기의 입력결상 보호 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

100 : AC/DC 변환부
200 : 충전부,
300 : DC/AC 변환부,
400 : 직류 링크 전압검출부,
500 : 제어부,
600 : 경고부

Claims

3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 AC/DC 변환부;
상기 직류 전원의 에너지를 저장하는 충전부;
상기 충전부에 저장된 직류 전원의 에너지를 교류 전원으로 변환하는 DC/AC 변환부;
상기 충전부의 출력 전압을 검출하는 직류 링크 전압검출부; 및
상기 DC/AC 변환부의 동작을 제어하고, 상기 직류 링크 전압검출부로부터 검출된 출력 전압을 기설정된 샘플링 시간마다 확인하여, 확인된 출력 전압이 증가하다가 감소하는 시점부터 다시 증가하는 시점까지 샘플링 시간을 카운트한 후, 카운트 된 횟수에 따라 입력결상 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 전력 변환기의 입력결상 보호 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 카운트 된 횟수가 기설정된 기준 카운트 횟수보다 2배수 내지 4배수로 클 경우, 입력 전원의 입력결상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 입력결상 보호 장치.
제2 항에 있어서,
상기 제어부는, 입력 전원의 입력결상으로 판단될 경우, 상기 DC/AC 변환부의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고 신호가 출력되도록 제어하고, 상기 제어부로부터 출력된 특정 경고 신호를 제공받아 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경고해주기 위한 경고부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 입력결상 보호 장치.
제2 항에 있어서,
상기 제어부는, 입력 전원의 입력결상으로 판단될 경우, 상기 DC/AC 변환부의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고메시지를 생성하여 기설정된 사용자 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 입력결상 보호 장치.
제2 항에 있어서,
상기 기설정된 기준 카운트 횟수는 2 내지 4로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 입력결상 보호 장치.