KR102060069B1 - 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전력 변환 장치는, 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 DC 전압이 충전되는 DC-링크 커패시터; 상기 DC-링크 커패시터에 충전된 전압으로부터 모터로 3상 교류 전력을 출력하는 인버터; 상기 교류 전원으로부터 입력되는 운전 전류를 감지하는 전류 감지부; 상기 전류 감지부에서 감지되는 운전 전류에 따라 상기 인버터의 작동을 제어하는 제어부; 및 상기 교류 전원의 전력 용량에 따라 운전 제한 전류를 설정하여 상기 제어부에 설정 신호를 인가하는 전류 제한 회로를 포함한다.

Description

전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기{Power transforming apparatus, Method for controlling the same and Air conditioner including the power transforming apparatus}
본 발명은 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로 특히, 발전기 용량에 따라 운전 전류 제한 회로를 가져서 발전기의 차단기가 작동되지 않고 연속적으로 공기 조화기를 운전할 수 있도록 한다.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터를 포함하는 것으로 일반적으로 알려져 있다.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터에 공급된다. 이때, 인버터에서는 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.
이때, 정류부에서 출력된 전압 또는 컨버터에서 출력된 전압은 DC-링크 커패시터에 충전되고, 이렇게 충전된 전압을 이용하여 인버터에서 모터 구동 신호를 생성할 수 있다.
일반적으로, 상용 전원의 경우 전력의 변동 폭이 작아서 안정적이므로 전력 변환 장치는 모터를 안정적으로 구동할 수 있다.
하지만, 전력이 불안정한 지역이나 가정용 발전기로 공기 조화기를 구동하는 경우 또는 전기 자동차의 배터리로 자동차의 다른 부하인 엔진을 구동하는 경우, 공기 조화기로 공급되는 전력의 변동 폭이 커질 수 있다.
또한, 상용 교류 전원은 소정의 정격 전압과 정격 주파수를 갖는데, 그 정격 전압과 정격 주파수는 나라마다 다르게 정해져 있다.
특히, 가정용 발전기의 전력 용량이 작은 경우 압축기 모터의 정격 전압을 맞추기 위해서는 운전 전류가 매우 커져서 발전기의 차단기가 작동되어 공기 조화기의 운전이 정지될 수 있다.
한편, 대한민국 등록특허공보 제10-0157281호에는 전압 변동이 큰 전원에 의해 공조용의 전동압축기를 구동하는 인버터장치가 개시되어 있다.
개시된 종래기술은, 직류전원 전압이 변동해도, 교류의 주파수-전압특성을 소정의 특성으로 유지할 수 있는 공조용 인버터장치를 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.
그 구성은 직류전압검출수단이 직류전원의 실제 직류전압을 검출하고, 제어장치는, 직류전압이 소정의 공칭전압인 때에, 펄스 폭 변조에 의해 소정의 주파수-전압 특성의 가변주파수 가변전압의 사교류전압을 생성하는 동시에, 직류전압이 공칭전압보다도 변동했을 때, 공칭전압에 대한 변동의 정도에 따라, 펄스 폭을 축소 또는 확대해서 소정의 주파수-전압 특성을 유지한다. 또, 소망의 전압을 얻는데 불충분한 직류전압인 때는, 그 직류전압에 의해 얻게 되는 최대의 교류전압을 주파수에 관계없이 출력하도록 하고, 또, 전류검출수단에 의해 전류치를 검출하고 소정의 허용치로 제한하도록 주파수를 하강시키거나, 또는, 직류전압치에 따라서 최대주파수를 제한해서 과대 전류에 의한 압축기가 정지에 이르는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.
즉, 고주파 영역에서 모터 부하가 큰 경우에는 토크 부족 때문에 전류가 증가하게 되지만, 허용 전류를 초과한 경우에는 주파수를 하강시켜서 모터가 정지되지 않도록 한다.
그러나, 운전 제한 전류가 고정되어 있기 때문에 사용자가 사용하는 발전기의 용량이 작은 경우 운전 전류가 과도하게 상승할 수 있다. 이 경우, 발전기의 차단기가 작동되어 공기 조화기를 연속적으로 운전할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 교류 전원을 공급하는 발전기의 전력 용량이 달라짐에 따라 제한 전류를 다르게 설정할 수 있고, 운전 전류가 제한 전류를 초과할 때 모터 운전 주파수를 하강시킴으로써 발전기의 차단기가 작동하지 않고 연속적으로 운전할 수 있도록 하는 전력 변환 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력 변환 장치는, 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 DC 전압이 충전되는 DC-링크 커패시터; 상기 DC-링크 커패시터에 충전된 전압으로부터 모터로 3상 교류 전력을 출력하는 인버터; 상기 교류 전원으로부터 입력되는 운전 전류를 감지하는 전류 감지부; 상기 전류 감지부에서 감지되는 운전 전류에 따라 상기 인버터의 작동을 제어하는 제어부; 및 상기 교류 전원의 전력 용량에 따라 운전 제한 전류를 설정하여 상기 제어부에 설정 신호를 인가하는 전류 제한 회로를 포함한다.
상기 제어부는 상기 운전 전류가 제한 전류보다 클 경우 상기 모터의 운전 주파수를 하강시키는 것이 바람직하다.
상기 전류 제한 회로는 상기 교류 전원의 전력 용량에 따라 상기 제어부로 인가되는 전압을 변경하는 로터리 스위치(rotary switch)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 교류 전원은 발전기에 의해 공급되고, 상기 발전기의 전력 용량이 클수록 상기 제한 전류 값은 더 크게 설정되는 것이 바람직하다.
상기 제한 전류 값은 상기 발전기의 차단기가 작동되지 않도록 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 공기 조화기는 상기한 전력 변환 장치를 포함한다.
본 발명의 전력 변환 장치의 제어방법은, 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부와, 상기 정류부에서 정류된 직류로부터 모터로 3상 교류 전력을 출력하는 인버터와, 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하는 전력 변환 장치의 제어방법에 있어서, 상기 교류 전원의 전력 용량에 따라 운전 제한 전류 값을 설정하는 단계; 상기 제어부에 인가되는 전압으로부터 제한 전류 값을 인식하는 단계; 상기 교류 전원으로부터 입력되는 운전 전류를 감지하는 단계; 상기 운전 전류가 상기 제한 전류보다 큰지를 판단하는 단계; 및 상기 운전 전류가 상기 제한 전류보다 클 경우 상기 모터의 운전 주파수를 하강시키는 단계를 포함한다.
상기 운전 제한 전류 값을 설정하는 단계에서, 상기 교류 전원의 전력 용량에 따라 전류 제한 회로의 로터리 스위치(rotary switch)를 돌려서 상기 제어부로 인가되는 전압을 변경하는 것이 바람직하다.
상기 교류 전원은 발전기에 의해 공급되고, 상기 발전기의 전력 용량이 클수록 상기 제한 전류 값은 더 크게 설정되는 것이 바람직하다.
상기 제한 전류 값은 상기 발전기의 차단기가 작동되지 않도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 의하면, 발전기의 전력 용량이 작아서 공기 조화기 제품의 모터를 구동하기 위해 필요한 전력 용량이 불충분하더라도 발전기의 전력 용량에 따라 그에 맞게 제한 전류를 설정할 수 있다.
또한, 모터의 운전 전류가 제한 전류보다 커질 경우 모터 운전 주파수를 하강시켜 제한 운전을 함으로써 발전기의 차단기가 동작하지 않고 연속적으로 제품을 운전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전류 제한 회로를 구비하는 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전류 제한 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 발전기 용량에 따라 스위치 설정, VCL 전압, 제한 전류 값들을 나타내는 표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(110), 정류부(110)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 개선하는 컨버터(120), 컨버터(120)를 제어하는 컨버터 제어부(130), 3상 교류 전류를 출력하는 인버터(140), 인버터(140)를 제어하는 인버터 제어부(150)와, 그리고 컨버터(120)와 인버터(140) 사이의 DC-링크(DC-link) 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
이러한 인버터(140)는 3상 교류 전력를 출력하며, 이러한 출력 전력은 모터(200)에 공급된다. 여기서, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(100)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.
그러나 모터(200)는 압축기 모터에 한정되지 않으며, 주파수 가변된 교류 전압을 이용하는 다양한 응용제품, 예를 들어, 냉장고, 세탁기, 전동차, 자동차, 청소기 등의 교류 모터에 이용될 수 있다.
한편, 모터 구동장치(100)는, 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), DC단 전압 검출부(B), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
모터 구동장치(100)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(200)에 변환된 전력을 공급한다.
정류부(110)는, 교류 전원(10)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전력을 컨버터(120) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(110)는 브리지 다이오드(Bridged Diode)를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.
컨버터(120)는, 입력되는 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터(120)는 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 승압 컨버터(boost converter)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 컨버터(120)는 정류부(110)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터(120)는 승압 컨버터를 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
이와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압 신호를 승압 및 평활화하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.
이러한 컨버터(120)는, 정류부(110)에 연결되는 인덕터(L1), 이 인덕터(L1)에 연결되는 스위칭 소자(Q1), 및 스위칭 소자(Q1)와 DC-링크 커패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
승압 컨버터(120)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, DC-링크 커패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.
또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.
여기서, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자(Q1)의 게이트(gate; 또는 베이스) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.
컨버터 제어부(130)는 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver; 131)와, 이러한 게이트 구동부(131)에 제어 신호를 전달하는 제어부(160)를 포함한 구성일 수 있다.
이러한 스위칭 소자(Q1)는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
이와 같이, 컨버터 제어부(130)는 컨버터(120) 내의 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍(Turn-On Timing)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호(Sc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(130)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(D)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
경우에 따라, 이러한 컨버터(120) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(110)를 거친 출력 전압이 컨버터(120)를 거치지 않고 DC-링크 커패시터(C)에 충전되거나 인버터(140)를 구동할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 입력 전압 검출부(A)는 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 입력 전류 검출부(D)는 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(Current Transformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전류(Is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
DC 전압 검출부(B)는 DC-링크 커패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC-링크 커패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC-링크 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(130)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.
인버터(140)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구비하고, 컨버터(120)의 스위칭 소자(Q1)의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 3상 교류 전원으로 변환하여, 3상 모터(200)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(140)는 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.
컨버터(120)와 마찬가지로, 인버터(140)의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
인버터 제어부(150)는, 인버터(140)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터(140)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(200)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC-링크 커패시터(C) 양단인 DC-링크 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC-링크 전압(Vdc)은 DC-링크 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
인버터 제어부(150)는 인버터(140)에 포함되는 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')의 게이트 단에 PWM 신호를 전달하는 게이트 구동부(gate driver; 151)와, 이러한 게이트 구동부(151)에 제어 신호를 전달하는 제어부(160)를 포함하는 구성일 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 컨버터(120)의 게이트 구동부(131)에 제어 신호를 제어하는 제어부(160)와 인버터(140)의 게이트 구동부(151)에 제어 신호를 제어하는 제어부(160)는 동일할 수 있다. 즉, 하나의 제어부(160)가 컨버터(120)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부(131) 및 인버터(140)에 포함되는 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부(151)를 제어할 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(140)와 모터(200) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(200)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia, ib, ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 3상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(140)와 모터(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(Current Transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전류 제한 회로를 구비하는 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전류 제한 회로를 나타내는 도면이며, 도 5는 발전기 용량에 따라 스위치 설정, VCL 전압, 제한 전류 값들을 나타내는 표이다.
도 3을 참조하면, 전력 변환 장치 중에서 교류 전원(10)으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부(110)와, 정류부에서 정류된 DC 전압이 충전되는 DC-링크 커패시터(C)와, DC-링크 커패시터에 충전된 전압으로부터 모터(200)로 3상 교류 전력을 출력하는 IPM(145)을 구비한다.
도 3에는 도 1 및 도 2에 도시된 컨버터(120)가 도시되지 않았는데, 이렇게 컨버터(120)는 도 3에서 생략된 것으로 볼 수도 있고 아예 구비되지 않을 수도 있다.
IPM(145)은 지능형 전력 모듈(Intelligent Power Module)을 가리키는 것으로서, 전력을 제어하는 전력 MOSFET이나　IGBT 등의　전력 장치의 구동 회로나 자기보호 기능을 부가한 전원 모듈이다.
즉, IPM(145)은 IGBT와 이를 구동하는 드라이브 IC를 단일 패키지에 내장하고 있다. 따라서, IPM(145)은 도 2에 도시된 인버터(140)와 그 스위칭 소자를 구동하는 게이트 구동부(151)를 포함하는 구성이라 할 수 있다.
IPM(145)을 이용하면 이전의 여러 가지의 IGBT에 맞춘 구동회로나 보호 회로를 설계할 필요가 없으므로, 저속　포토 커플러로 제어 회로를 절연하게 할 수 있는 등의 효과가 있다.
상기 교류 전원(10)과 정류부(110) 사이에는 전류 감지부(190)가 구비되어, 교류 전원(10)으로부터 입력되는 운전 전류를 감지할 수 있다.
이 전류 감지부(190)는 CT(Current Transformer, 변류기)인 것이 바람직하다. 변류기는 고전압 대전류의 1차 전류를 작은 전류값을 가진 2차 전류로 변환하여 전류를 측정할 수 있다.
전류 감지부(190)에서 감지된 운전 전류 신호는 제어부(160)로 송신된다.
그래서, 제어부(160)는 전류 감지부(190)에서 감지되는 운전 전류에 따라 IPM(145), 즉 인버터(140)의 작동을 제어할 수 있다.
그리고, 전력 변환 장치는 교류 전원(10)의 전력 용량에 따라 운전 제한 전류를 설정하여 제어부(160)에 설정 신호를 인가하는 전류 제한 회로(180)를 더 포함할 수 있다.
이 전류 제한 회로(180)는 교류 전원(10)의 전력 용량이 달라짐에 따라 제어부(160)가 운전 제한 전류를 다르게 설정할 수 있도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전류 제한 회로(180)는 교류 전원(10)의 전력 용량에 따라 제어부(160)로 인가되는 전압을 변경하는 로터리 스위치(rotary switch, 181)와 이에 연결되는 복수의 저항을 포함할 수 있다.
로터리 스위치(181)는 복수의 회전 각도로 설정될 수 있는데, 도 4에는 4가지 회전 위치로 설정될 수 있는 예가 도시되어 있다.
즉, 로터리 스위치(181)에는 각각 접지선, 1㏀ 저항, 2㏀ 저항, 4㏀ 저항이 연결되고, 로터리 스위치(181)와 2㏀ 저항 사이에서 제어부로 설정되는 운전 제한 전류의 신호선이 제어부(160)로 연결된다.
상기 접지선, 1㏀ 저항, 4㏀ 저항은 접지와 로터리 스위치(181) 사이에 병렬로 연결되고, 상기 2㏀ 저항은 로터리 스위치(181)에 직렬로 연결될 수 있다.
전류 제한 회로(180)에는 일반적으로 제어부(160)에 인가되는 전압과 같이, 5V의 전압이 인가될 수 있다.
전류 제한 회로(180)에서 로터리 스위치(181)에 의해 설정되는 운전 제한 전류는 전압값(VCL)으로 제어부(160)에 인가될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 발전기 용량(G)이 4kW 초과이면 사용자가 로터리 스위치(181)를 "0"으로 설정하고, 이때 VCL 전압은 5.0V가 제어부(160)에 인가될 수 있다. 그러면, 제어부(160)는 운전 제한 전류를 18.0A로 설정할 수 있다.
다음으로, 발전기 용량(G)이 3kW 초과, 4kW 이하이면 사용자가 로터리 스위치(181)를 "1"로 설정하고, 이때 VCL 전압은 3.3V가 제어부(160)에 인가될 수 있다. 그러면, 제어부(160)는 운전 제한 전류를 13.5A로 설정할 수 있다.
다음으로, 발전기 용량(G)이 2kW 초과, 3kW 이하이면 사용자가 로터리 스위치(181)를 "2"로 설정하고, 이때 VCL 전압은 1.7V가 제어부(160)에 인가될 수 있다. 그러면, 제어부(160)는 운전 제한 전류를 9.0A로 설정할 수 있다.
마지막으로, 발전기 용량(G)이 1kW 초과, 2kW 이하이면 사용자가 로터리 스위치(181)를 "3"으로 설정하고, 이때 VCL 전압은 0V가 제어부(160)에 인가될 수 있다. 그러면, 제어부(160)는 운전 제한 전류를 4.5A로 설정할 수 있다.
본 발명의 전력 변환 장치는 공기 조화기의 압축기를 구동하는 3상 교류 모터에 전력을 공급하는 것이어서, 일반적으로 발전기의 전력 용량이 1kW를 넘는 것이 필요하다. 그래서, 도 5의 표에서 발전기 용량이 1kW 이하인 것은 제외하였다.
다만, 모터의 종류는 매우 다양하므로 모터의 종류에 따라 필요한 교류 전원의 전력이 달라질 수 있고, 제한 전류도 달라질 수 있다.
또한, 발전기의 종류에 따라 그 전력 용량이 달라질 수 있고, 발전기에 구비되는 과전류 차단기가 작동되는 최대 전류값도 달라질 수 있다. 따라서, 도 5의 표에 기재된 수치들은 예시적으로 나타낸 것일 뿐이고, 발전기 용량의 단계별 분류, 스위치 설정 가지수, VCL 전압, 제한 전류는 모터와 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기에 따라 다르게 설정될 수 있다.
다만, 발전기에서 공급되는 전력 용량이 클수록 제한 전류 값은 더 크게 설정되는 경향을 띠고 있음을 알 수 있다.
그리고, 제한 전류 값은 상기 발전기의 차단기가 작동되지 않도록 미리 설정될 수 있다.
이러한 운전 제한 전류 값은 제어부(160)에 미리 설정되어 저장된 기준값으로서, 제어부(160)는 인가되는 VCL 전압으로부터 스위치 설정을 알 수 있고, 그에 따라 발전기 용량에 해당하는 제한 전류 값을 기준값으로 채용할 수 있다.
위에서, 교류 전원(10)은 발전기에서 공급하는 경우를 설명하였는데, 본 발명은 상용 전원 공급이 불안정하거나 상용 전원의 전력 용량이 불충분한 경우에도 적용될 수 있다.
한편, 전류 제한 회로(180)에 구비되는 로터리 스위치(181)는 발전기 용량(G)에 따라 제어부에 단계적으로 다른 VCL 전압을 인가할 수 있다면 DIP(dual-in-line) 스위치와 같이 다른 형태의 스위치도 사용될 수 있다.
또한, 사용자가 발전기의 전력 용량을 확인하고 로터리 스위치(181)를 돌려 설정하는 것으로 설명하였으나, 상기 제어부(160)가 연결된 발전기의 전력 용량을 감지하여 그에 따라 자동으로 제한 전류를 설정하도록 구성할 수도 있다.
이 경우, 발전기가 정상적으로 전원을 공급할 때 제어부(160)는 그 전력을 측정하여 제한 전류를 미리 설정해 둘 수 있다.
발전기에서 교류 전원(10)을 공급할 때 운전 전류가 설정되어 있는 제한 전류보다 클 경우 제어부(160)는 모터(200)의 운전 주파수를 하강시키도록 제어한다.
즉, 제어부(160)는 인버터(140)의 스위칭 소자들에 PWM 신호를 인가하여 제어할 때 인버터(140)에서 출력되어 모터(200)를 작동하는 구동 신호의 운전 주파수를 하강시킴으로써, 결국 발전기에서 공급되는 전력의 운전 전류가 작아지도록 한다. 그래서, 발전기에서 출력되는 운전 전류가 작아지므로 발전기에 구비되는 차단기가 작동하지 않고 전력을 계속 공급하여, 모터(200)가 계속 작동되어 공기 조화기 제품을 연속적으로 운전할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치의 제어방법을 나타내는 순서도가 도시되어 있다. 이하, 도 6을 참조하여 전력 변환 장치의 제어방법을 설명한다.
전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기를 설치할 때 교류 전원을 공급하기 위해 발전기를 연결할 수 있다. 이때, 사용자는 발전기의 전력 용량을 확인하고(S10), 전류 제한 회로(180)에 구비되는 로터리 스위치(181)로 제한 전류를 설정한다(S20).
일반적으로 상용 전원이 연결된 경우에는 전력이 안정적으로 공급되기 때문에, 제어부(160)는 상용 전원이 공급되지 않고 발전기로 교류 전원을 공급하는 발전기 사용 모드인지 여부를 판단한다(S30).
만약, 상용 전원이 공급된다면, 공기 조화기 제품은 정상적으로 운전될 수 있다(S100).
반대로, 발전기에서 전원이 공급된다면, 제어부(160)는 VCL 전압 신호를 확인하여(S40), 발전기 전력 용량에 따라 제어부(160)에 저장되어 있는 운전 제한 전류 값 중에서 선택하여 기준값으로 설정한다(S50).
다음으로, 전류 감지부(190)에 의해 실제 운전 전류를 감지하고(S60), 그 감지된 운전 전류 신호를 제어부(160)가 수신한다.
제어부(160)는 실제 운전 전류가 설정된 제한 전류보다 큰지 여부를 판단한다(S70).
만약, 실제 운전 전류가 설정된 제한 전류보다 크지 않으면, 발전기의 차단기는 작동되지 않으므로 공기 조화기 제품은 정상적으로 운전될 수 있다(S100).
만약, 실제 운전 전류가 설정된 제한 전류보다 크면, 제어부(160)는 인버터를 제어할 때 모터(200)의 운전 주파수를 하강시킨다(S80).
이렇게 낮아진 운전 주파수로 모터(200)를 작동시키면 모터를 작동시키기 위한 운전 전류도 결과적으로 낮아지게 되어 발전기의 차단기가 작동되지 않고 제품은 제한적이지만 연속적으로 운전할 수 있다(S90).
본 발명에 의하면, 발전기의 전력 용량이 작아서 공기 조화기 제품의 모터를 구동하기 위해 필요한 전력 용량이 불충분하더라도 발전기의 전력 용량에 따라 그에 맞게 제한 전류를 설정할 수 있고, 운전 전류가 제한 전류보다 커질 경우 모터 운전 주파수를 하강시켜 제한 운전을 함으로써 발전기의 차단기가 동작하지 않고 연속적으로 제품을 운전할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
100: 전력 변환 장치 110: 정류부
120: 컨버터 130: 컨버터 제어부
140: 인버터 150: 인버터 제어부
131, 151: 게이트 구동부 160: 제어부
180: 전류 제한 회로 190: 전류 감지부
200: 모터

Claims (10)

  1. 교류 전원으로부터 입력되는 교류를 정류하는 정류부;
    상기 정류부에서 정류된 DC 전압이 충전되는 DC-링크 커패시터;
    상기 DC-링크 커패시터에 충전된 전압으로부터 모터로 3상 교류 전력을 출력하는 인버터;
    상기 교류 전원으로부터 입력되는 운전 전류를 감지하는 전류 감지부;
    상기 전류 감지부에서 감지되는 운전 전류에 따라 상기 인버터의 작동을 제어하는 제어부; 및
    상기 교류 전원의 전력 용량에 따라 운전 제한 전류를 설정하여 상기 제어부에 설정 신호를 인가하는 전류 제한 회로를 포함하고,
    상기 운전 전류가 제한 전류보다 클 경우 상기 모터의 운전 주파수를 하강시키고,
    상기 전류 제한 회로는 상기 교류 전원의 전력 용량에 따라 상기 제어부로 인가되는 전압을 변경하며, 다수의 단을 포함하는 스위치 및 상기 스위치의 각 단에 연결되는 서로 다른 저항을 포함하고,
    상기 전류 제한 회로에서 스위치에 의해 설정되는 운전 제한 전류는 전압값으로 상기 제어부에 인가되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 인가되는 상기 운전 제한 전류는 전압값으로부터 상기 스위치의 설정을 판단하고, 상기 판단된 스위치의 설정에 따라 상기 모터를 구동할 수 있는 발전기 용량에 해당하는 제한 전류 값을 기준값으로 채용하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교류 전원은 발전기에 의해 공급되고,
    상기 발전기의 전력 용량이 클수록 상기 제한 전류 값은 더 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제한 전류 값은 상기 발전기의 차단기가 작동되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제1항, 제2항, 및 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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