KR102092159B1 - 인버터의 트립 제어 방법 - Google Patents

인버터의 트립 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102092159B1
KR102092159B1 KR1020150026340A KR20150026340A KR102092159B1 KR 102092159 B1 KR102092159 B1 KR 102092159B1 KR 1020150026340 A KR1020150026340 A KR 1020150026340A KR 20150026340 A KR20150026340 A KR 20150026340A KR 102092159 B1 KR102092159 B1 KR 102092159B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
inverter
trip
time
control method
ref
Prior art date
Application number
KR1020150026340A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160104134A (ko
Inventor
김홍석
양천석
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스산전 주식회사 filed Critical 엘에스산전 주식회사
Priority to KR1020150026340A priority Critical patent/KR102092159B1/ko
Priority to EP16150168.9A priority patent/EP3062411B1/en
Priority to ES16150168T priority patent/ES2802415T3/es
Priority to CN201610060457.0A priority patent/CN105915087B/zh
Priority to US15/016,185 priority patent/US9997904B2/en
Priority to JP2016033763A priority patent/JP6247323B2/ja
Publication of KR20160104134A publication Critical patent/KR20160104134A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102092159B1 publication Critical patent/KR102092159B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H02H5/042—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature using temperature dependent resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H02H7/1227—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to abnormalities in the output circuit, e.g. short circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/085—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current making use of a thermal sensor, e.g. thermistor, heated by the excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/093—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 인버터의 온도를 고려하여 인버터의 트립을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자를 포함하는 인버터의 트립 제어 방법은, 온도 센싱 회로를 이용하여 과부하 전류 측정 시간 동안 상기 인버터의 온도 변화량을 검출하는 단계, 상기 온도 변화량을 이용하여 상기 인버터의 발열량을 결정하는 단계, 상기 과부하 전류 측정 시간 동안 소모되는 상기 인버터의 전기 에너지를 결정하는 단계, 상기 발열량 및 상기 전기 에너지를 이용하여 보상 기준 시간을 결정하는 단계 및 상기 보상 기준 시간과 상기 과부하 전류 측정 시간을 비교하여 상기 인버터의 트립을 발생시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 인버터의 운전 시 측정되는 인버터의 실제 온도를 반영하여 보다 정확하게 인버터의 트립 발생을 제어할 수 있는 장점이 있다.

Description

인버터의 트립 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING TRIP OF INVERTER}
본 발명은 인버터의 트립 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인버터의 온도를 고려하여 인버터의 트립을 제어하는 방법에 관한 것이다.
인버터는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 스위칭 소자가 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 변환된 직류 전압을 스위칭시켜 교류 전압을 생성하며, 생성된 교류 전압을 부하로 출력시키는 회로로 구성되며, 사용자가 원하는 전압 및 주파수의 교류 전압을 부하로 공급하여 부하의 구동을 정밀하게 제어할 수 있다.
이와 같은 인버터의 운전 시 필요 이상으로 높은 과전류가 인버터 내에 흐르게 되면 인버터의 온도가 상승하여 인버터가 과열된다. 이러한 과열 발생 시 인버터에 내장된 보호 기능에 따라 트립이 발생되고, 트립이 발생되면 인버터의 운전은 정지된다. 인버터의 트립 제어는 여러가지 타입으로 구현될 수 있는데, 대표적인 예로는 과열로 인한 트립 발생 후 리셋(Reset)을 통해서만 트립 상태를 해지할 수 있는 래치(Latch) 타입과 과열이 해소되면 트립 상태가 자동으로 해소되는 레벨(Level) 타입을 들 수 있다.
특히 래치 타입의 트립 제어를 사용하는 인버터의 경우, 과열로 인한 트립이 발생하면 사용자가 직접 리셋 동작을 수행해야만 하므로 불필요한 트립 발생을 방지해야할 필요가 있다. 그러나 종래 기술에 따른 인버터의 트립 제어 방식에 따르면, 실제로 측정된 온도가 아닌 간접적으로 추정된 인버터의 온도를 기반으로 인버터의 트립 발생 여부를 판단하므로 정확한 트립 제어가 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 인버터의 운전 시 측정되는 인버터의 실제 온도를 반영하여 보다 정확하게 인버터의 트립 발생을 제어할 수 있는 인버터의 트립 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 인버터의 실제 온도 반영을 통해 인버터의 동작점을 개선함으로써 불필요한 트립 발생을 줄임과 동시에 인버터의 과열 시 트립 발생 시간을 단축시켜 인버터의 소손을 방지할 수 있는 인버터의 트립 제어 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스위칭 소자를 포함하는 인버터의 트립 제어 방법에 있어서, 온도 센싱 회로를 이용하여 과부하 전류 측정 시간 동안 상기 인버터의 온도 변화량을 검출하는 단계, 상기 온도 변화량을 이용하여 상기 인버터의 발열량을 결정하는 단계, 상기 과부하 전류 측정 시간 동안 소모되는 상기 인버터의 전기 에너지를 결정하는 단계, 상기 발열량 및 상기 전기 에너지를 이용하여 보상 기준 시간을 결정하는 단계 및 상기 보상 기준 시간과 상기 과부하 전류 측정 시간을 비교하여 상기 인버터의 트립을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 인버터의 운전 시 측정되는 인버터의 실제 온도를 반영하여 보다 정확하게 인버터의 트립 발생을 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 인버터의 실제 온도 반영을 통해 인버터의 동작점을 개선함으로써 불필요한 트립 발생을 줄임과 동시에 인버터의 과열 시 트립 발생 시간을 단축시켜 인버터의 소손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 트립 제어 방법이 적용되는 인버터의 파워 모듈의 회로도이다.
도 2는 도 1의 인버터에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 대한 기준 부하율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 인버터의 실제 부하율에 따른 인버터의 트립이 발생하기 까지의 시간을 나타내는 그래프이다.
도 4는 종래 기술에 따른 인버터의 트립 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 인버터의 온도를 측정하기 위해 사용되는 온도 센싱 회로의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 트립 제어 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 과부하 전류 측정 시간 동안 인버터의 실제 발열량이 측정된 전류에 의해 계산된 전기 에너지보다 작은 경우 트립 동작점 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 과부하 전류 측정 시간 동안 인버터의 온도 정보에 의한 과열 판단 기준이 출력 전류 정보에 의한 과열 판단 기준보다 큰 경우 트립 동작점 변화를 나타내는 그래프이다.
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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 트립 제어 방법이 적용되는 인버터의 파워 입출력을 담당하는 파워 모듈의 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인버터(102)에는 다수의 스위칭 소자(11 내지 17)가 포함된다. 인버터(102)에서 사용되는 스위칭 소자의 예시로는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)를 들 수 있으나, 본 발명에서 사용되는 스위칭 소자가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 스위칭 소자(11 내지 17)는 반복적인 스위칭 동작을 통해 직류 전압을 스위칭시켜 교류 전압을 생성한다. 이 때 정해진 시간 동안 스위칭 소자(11 내지 17)의 스위칭 횟수가 높을수록, 다시 말해서 스위칭 소자(11 내지 17)의 스위칭 주파수가 높을수록 스위칭 소자(11 내지 17)의 발열량이 높아지며, 이에 따라서 인버터(102)의 온도도 상승하게 된다.
도 2는 도 1의 인버터에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 대한 기준 부하율의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에서는 인버터(102)의 실제 부하율(Io/Iref)을 기준 부하율과 비교하고, 비교 결과에 따라 인버터(102)의 트립 제어 여부를 결정한다. 여기서 실제 부하율은 스위칭 소자에 흐르는 출력 전류(Io)와 인버터(102)의 정격 전류(Iref) 간의 비율(Io/Iref)로 정의된다. 그리고 기준 부하율은 인버터의 트립 제어 여부를 결정하기 위하여 설정되는 기준 값으로서, 기본 설정값은 100%이다.
전술한 바와 같이 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 높아질수록 스위칭 소자의 발열량도 증가하게 된다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 스위칭 주파수가 기준 주파수(예컨대, 6kHz)를 초과할 경우 기준 부하율을 보간함으로써 기준 부하율은 100% 이하로 낮아진다.
도 3은 인버터의 실제 부하율에 따른 인버터의 트립이 발생하기까지의 시간을 나타내는 그래프이다.
앞서 도 2를 통해 설명한 바와 같이 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 따라 기준 부하율이 결정된다. 또한 전술한 바와 같이 인버터(102)의 실제 부하율(Io/Iref)을 기준 부하율과 비교하고, 비교 결과에 따라 인버터(102)의 트립 제어 여부 및 인버터의 트립이 발생하기 까지의 시간(트립 발생 시간)이 달라지게 된다. 도 3에 나타난 바와 같이, 실제 부하율(Io/Iref)이 높아질수록 트립 발생 시간은 점점 더 짧아지게 된다.
도 4는 종래 기술에 따른 인버터의 트립 제어 방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 인버터에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수(fs)를 기준 주파수(fc)와 비교한다(402). 여기서 기준 주파수(fc)는 스위칭 소자의 스위칭 주파수(fs)에 의한 인버터의 과열 여부를 판단하기 위한 기준 값으로서 임의로 설정될 수 있다. 만약 스위칭 주파수(fs)가 기준 주파수(fc)보다 크지 않다면 기준 부하율은 미리 설정된 값(예컨대, 100%)으로 설정된다(404). 그러나 스위칭 주파수(fs)가 기준 주파수(fc)보다 크다면 기준 부하율은 미리 지정된 비율로 보간된다(406).
다음으로, 단계 404 또는 406을 통해 정해진 기준 부하율을 스위칭 소자에 흐르는 출력 전류(Io)와 인버터의 정격 전류(Iref) 간의 비율인 실제 부하율(Io/Iref)과 비교한다(408). 만약 실제 부하율(Io/Iref)이 기준 부하율보다 크지 않다면 이후의 트립 제어 과정은 수행되지 않고 단계 402가 다시 수행된다. 그러나 단계 408에서 실제 부하율(Io/Iref)이 기준 부하율보다 크다면 이는 인버터의 과열을 의미하므로 과부하 전류 측정 시간(t)과 트립 발생 기준 시간(tref)의 비교(410)를 통해 트립 제어가 수행된다. 이 때 과부하 전류 측정 시간(t)은 스위칭 소자에 출력 전류(Io)가 흐르는 시간을 의미하며, 트립 발생 기준 시간(tref)은 다음과 같이 정의된다.
[수학식 1]
tref = Eref / (C×Io 2)
[수학식 1]에서 tref는 트립 발생 기준 시간, Eref는 트립 판단 기준 에너지, C는 비례 상수, Io는 스위칭 소자에 흐르는 출력 전류를 의미한다. 참고로 [수학식 1]은 E[J] = Io 2×R×t (단, E는 전기에너지, R은 인버터의 저항값)와 같은 수식으로부터 유도된 시간 추정식이다.
단계 410에서 과부하 전류 측정 시간(t)이 트립 발생 기준 시간(tref)보다 크지 않다면 트립 제어는 수행되지 않고 단계 402가 다시 수행된다. 그러나 단계 410에서 과부하 전류 측정 시간(t)이 트립 발생 기준 시간(tref)보다 크다면 인버터의 트립이 발생되며(412) 이에 따라서 인버터의 운전은 정지된다.
도 4를 통해 설명된 종래 기술에 따르면, 과부하 전류 측정 시간(t)을 트립 발생 기준 시간(tref)과 비교하여 인버터의 과열 여부 및 그에 따른 트립 발생 여부가 결정된다. 이 때 트립 발생 기준 시간(tref)은 [수학식 1]과 같이 출력 전류(Io)에 의해 정의된다. 이는 인버터가 소모하는 전기 에너지가 E[J] = Io 2×R×t (단, R은 인버터의 저항값)와 같이 정의되고, 이와 같은 전기 에너지(E)는 1J = 0.24cal와 같은 관계식에 의해 인버터의 발열량(Q)으로 변환될 수 있다는 점에 착안한 것이다. 참고로 인버터의 발열량 Q[cal] = c×m×Δt (단, c는 인버터의 비열, m은 인버터의 질량, Δt는 인버터의 온도 변화량)로 정의된다. 결국 인버터가 소모하는 전기 에너지(E)를 발열량(Q)로 변환함으로써 온도 변화량(Δt)의 추정이 가능해진다.
즉, 종래 기술에서는 과부하 전류 측정 시간(t)동안 인버터가 소모하는 전기 에너지(E)를 통해 과부하 전류 측정 시간(t)동안 인버터의 온도 변화량(Δt)을 추정하여 트립 동작을 제어한다. 그러나 이와 같은 종래 기술의 인버터 트립 제어 방법에 따르면, 인버터의 온도를 직접 측정하는 것이 아니라 출력 전류(Io)를 통해 온도 변화량을 추정한다는 점에서 정확한 인버터 트립 제어가 불가능하다. 또한 종래 기술에 따르면 E[J] = Io 2×R×t 와 같이 부하에 의한 인버터의 전기 에너지 소모를 저항 관점에서만 고려하나, 실제로 인버터에 연결되는 부하(예컨대, 전동기)는 등가회로 상 저항(R) 뿐만 아니라 인덕턴스(L)로도 표현되므로, 이와 같은 전기 에너지를 이용한 인버터 온도의 추정은 실제 온도 변화를 정확히 반영한다고 볼 수 없다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에서는 인버터의 온도 변화를 직접 측정하고 이를 인버터의 트립 제어에 반영하기 위하여, 온도 센싱 회로를 이용하여 과부하 전류 측정 시간(t) 동안 인버터의 온도 변화량을 검출한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 인버터의 온도를 측정하기 위해 사용되는 온도 센싱 회로의 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 인버터의 온도를 측정하기 위해 사용되는 온도 센싱 회로는 서로 직렬로 연결되는 제1 저항(502) 및 제2 저항(504), 그리고 제2 저항(504)과 병렬로 연결되는 제3 저항(506)을 포함한다. 여기서 제3 저항(506)은 측정 대상, 예컨대 인버터의 온도와 반비례하는 저항 값을 갖는 NTC 저항과 같은 가변 저항일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 도 5와 같은 온도 센싱 회로를 이용하여 인버터의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어 제1 저항(502)의 저항값을 R1, 제2 저항(504)의 저항값을 R2, 제3 저항(506)의 저항값을 R3이라 할 때, 출력 전압(Vout)은 다음과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 2]
Vout = VDC×[(R2∥R3)/{R1+(R2∥R3)}
여기서 1/(R2∥R3) = 1/R2 + 1/R3 로 정의된다.
본 발명의 일 실시예에서는 이와 같이 출력되는 출력 전압(Vout)을 미리 정해진 테이블, 예컨대 하기 [표 1]과 같은 테이블의 출력 전압 범위와 비교하고 대응되는 온도를 인버터의 온도로 결정할 수 있다.
온도[℃] 출력 전압(V out ) 범위
-20 2.36~2.45
-10 2.20~2.32
0 1.98~2.13
10 1.72~1.89
20 1.43~1.61
30 1.16~1.32
40 0.91~1.04
50 0.70~0.80
60 0.53~0.61
70 0.40~0.46
인버터의 온도 측정을 위해, 실시예에 따라서 도 5의 온도 센싱 회로가 아닌 다른 온도 센싱 장치가 사용될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 트립 제어 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 인버터에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수(fs)를 기준 주파수(fc)와 비교한다(602). 만약 스위칭 주파수(fs)가 기준 주파수(fc)보다 크지 않다면 기준 부하율은 미리 설정된 값(예컨대, 100%)으로 설정된다(604). 그러나 스위칭 주파수(fs)가 기준 주파수(fc)보다 크다면 기준 부하율은 미리 지정된 비율로 보간된다(606).
다음으로, 단계 604 또는 606을 통해 정해진 기준 부하율을 스위칭 소자에 흐르는 출력 전류(Io)와 인버터의 정격 전류(Iref)의 비율인 실제 부하율(Io/Iref)과 비교한다(608). 만약 실제 부하율(Io/Iref)이 기준 부하율보다 크지 않다면 이후의 트립 제어 과정은 수행되지 않고 단계 602가 다시 수행된다. 그러나 단계 608에서 실제 부하율(Io/Iref)이 기준 부하율보다 크다면 이는 인버터의 과열을 의미하므로 과부하 전류 측정 시간(t)과 보상 기준 시간(tref+ tc)의 비교(610)를 통해 트립 제어가 수행된다.
한편, 도 6의 실시예에서는 앞서 도 5를 통해 설명한 바와 같이 직접 측정된 인버터의 온도를 이용하여 과부하 전류 측정 시간(t) 동안의 인버터의 온도 변화량(Δt)을 검출하여 다음과 같이 과부하 전류 측정 시간(t) 동안 인버터의 발열량(Q)을 계산한다.
[수학식 3]
Q[cal] = c×m×Δt
여기서 c는 인버터의 비열, m은 인버터의 질량, Δt는 인버터의 온도 변화량을 의미한다.
또한 과부하 전류 측정 시간(t) 동안 인버터에 의해 소모된 전기 에너지(E)는 다음과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 4]
E[J] = Io 2×R×t
여기서 R은 인버터의 저항값을 의미한다.
본 발명에서는 이와 같이 계산된 과부하 전류 측정 시간(t) 동안 인버터의 실제 발열량(Q) 및 계산된 전기 에너지(E)를 이용하여 다음과 같이 보상 시간(tc)을 계산한다.
[수학식 5]
tc = (E-Q) / (C×Io 2)
여기서 C는 비례 상수를 의미한다. 또한 인버터의 계산된 전기에너지(E) 및 실제 발열량(Q) 간의 차이, 즉 (E-Q)를 구할 때에는 1J = 0.24cal 또는 1cal = 4.186J와 같은 관계식에 따라 Q와 E의 단위를 일치시킬 수 있다.
이와 같이 보상 시간(tc)이 계산되면, 본 발명에서는 종래의 트립 발생 기준 시간(tref)([수학식 1] 참조)에 보상 시간(tc)을 더함으로써 보상 기준 시간(tref+tc)을 산출하고, 산출된 보상 기준 시간(tref+tc)과 과부하 전류 측정 시간(t)을 비교하여 인버터의 트립 발생 여부를 판단한다(610). 즉, 과부하 전류 측정 시간(t)이 보상 기준 시간(tref+tc) 보다 큰 경우에는 인버터가 과열된 것으로 보고 트립을 발생시켜 인버터를 정지시키며(612), 그렇지 않은 경우에는 단계 602로 복귀한다.
이와 같이 본 발명에서는 과부하 전류 측정 시간(t) 동안 인버터의 계산된 전기에너지(E) 및 실제 발열량(Q) 간의 차이(E-Q)를 기초로 트립 발생 기준 시간(tref)을 보상함으로써 종래 기술에 비해 보다 정확한 인버터의 트립 제어가 가능하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 과부하 전류 측정 시간 동안 인버터의 실제 발열량이 측정된 전류에 의해 계산된 전기 에너지보다 작은 경우 경우 트립 동작점 변화를 나타내는 그래프이다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는 인버터의 계산된 전기에너지(E) 및 실제 발열량(Q) 간의 차이(E-Q)를 기초로 트립 발생 기준 시간(tref)을 보상하며, 이는 결과적으로 인버터 트립 동작점의 조절로 이어지게 된다. 예컨대 인버터의 실제 발열량(Q)이 계산된 전기 에너지(E)보다 작은 경우 보상 시간(tc)은 양수가 되므로 보상 기준 시간(tref+tc)은 트립 발생 기준 시간(tref) 보다 커진다. 이 경우 도 7과 같이 보상된 트립 발생시간 기준 곡선(706)은 종래의 트립 발생시간 기준 곡선(704)에 비해 우측으로 이동하게 된다. 이에 따라 종래 기준 곡선(704)에 의해 과부하로 인지되었던 과부하 신호(702)는 새로운 기준 곡선(706)에 의해 과부하로 인지되지 않는다. 결국 본 발명에서 인버터의 실제 발열량(Q)이 계산된 전기 에너지(E)보다 작은 경우에는 인버터의 온도가 정상 범위 내에 있음에도 불구하고 잘못된 온도 정보의 반영으로 인한 불필요한 트립 발생 횟수가 감소하는 효과를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 과부하 전류 측정 시간 동안 인버터의 온도 정보에 의한 과열 판단 기준이 출력 전류 정보에 의한 과열 판단 기준보다 큰 경우 트립 동작점 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7과 반대로 인버터의 실제 발열량(Q)이 계산된 전기 에너지(E)보다 큰 경우 보상 시간(tc)은 음수가 되므로 보상 기준 시간(tref+tc)은 트립 발생 기준 시간(tref) 보다 작아진다. 이 경우 도 8과 같이 보상된 트립 발생시간 기준 곡선(804)은 종래의 트립 발생시간 기준 곡선(806)에 비해 좌측으로 이동하게 된다. 이에 따라 종래 기준 곡선(806)에 의해 과부하로 인지되지 않았던 과부하 신호(802)는 새로운 기준 곡선(804)에 의해 과부하로 인지된다. 결국 본 발명에서 인버터의 실제 발열량(Q)이 계산된 전기 에너지(E)보다 큰 경우에는 종래의 인버터 제어 방법에서 인버터가 과열 상태임에도 불구하고 이를 정상 상태로 판단함으로 인해 발생했던 인버터의 소손 및 제품의 고장을 방지할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (8)

  1. 스위칭 소자를 포함하는 인버터의 트립 제어 방법에 있어서,
    온도 센싱 회로를 이용하여 과부하 전류 측정 시간 동안 상기 인버터의 온도 변화량을 직접 측정하는 단계;
    상기 온도 변화량을 이용하여 상기 인버터의 발열량을 결정하는 단계;
    상기 과부하 전류 측정 시간 동안 소모되는 상기 인버터의 전기 에너지를 결정하는 단계;
    상기 발열량 및 상기 전기 에너지 간의 차이를 이용하여 보상 기준 시간을 결정하는 단계; 및
    상기 보상 기준 시간과 상기 과부하 전류 측정 시간을 비교하여 상기 인버터의 트립을 발생시키는 단계를
    포함하는 인버터의 트립 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보상 기준 시간은
    트립 발생 기준 시간에 보상 시간을 더하여 결정되는
    인버터의 트립 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보상 시간은 하기 [수학식 1]에 의해 결정되는
    인버터의 트립 제어 방법.

    [수학식 1]
    tc = (E-Q) / (C×Io 2)
    (단, tc는 상기 보상 시간, Q는 상기 발열량, E는 상기 전기 에너지, C는 비례 상수, Io는 상기 스위칭 소자에 흐르는 출력 전류)
  4. 제2항에 있어서,
    상기 트립 발생 기준 시간은 하기 [수학식 2]에 의해 결정되는
    인버터의 트립 제어 방법.

    [수학식 2]
    tref = Eref / (C×Io 2)
    (단, tref는 상기 트립 발생 기준 시간, Eref는 트립 판단 기준 에너지, C는 비례 상수, Io는 상기 스위칭 소자에 흐르는 출력 전류)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센싱 회로는
    서로 직렬로 연결되는 제1 저항 및 제2 저항; 및
    상기 제2 저항과 병렬로 연결되는 제3 저항을
    포함하는 인버터의 트립 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 저항은
    상기 인버터의 온도와 반비례하는 저항 값을 갖는 가변 저항인
    인버터의 트립 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자에 흐르는 출력 전류 및 상기 인버터의 정격 전류의 비율을 이용하여 실제 부하율을 계산하는 단계; 및
    상기 실제 부하율과 기준 부하율을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라서 상기 인버터의 트립 제어 여부를 결정하는 단계를
    더 포함하는 인버터의 트립 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 기준 주파수와 비교하는 단계; 및
    상기 스위칭 주파수와 상기 기준 주파수의 비교 결과에 따라서 상기 기준 부하율의 보간 여부를 결정하는 단계를
    더 포함하는 인버터의 트립 제어 방법.
KR1020150026340A 2015-02-25 2015-02-25 인버터의 트립 제어 방법 KR102092159B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150026340A KR102092159B1 (ko) 2015-02-25 2015-02-25 인버터의 트립 제어 방법
EP16150168.9A EP3062411B1 (en) 2015-02-25 2016-01-05 Method for controlling trip event of inverter
ES16150168T ES2802415T3 (es) 2015-02-25 2016-01-05 Método para controlar un evento de disparo de un inversor
CN201610060457.0A CN105915087B (zh) 2015-02-25 2016-01-28 用于控制变换器的跳闸事件的方法
US15/016,185 US9997904B2 (en) 2015-02-25 2016-02-04 Method for controlling trip event of inverter
JP2016033763A JP6247323B2 (ja) 2015-02-25 2016-02-25 インバータのトリップの制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150026340A KR102092159B1 (ko) 2015-02-25 2015-02-25 인버터의 트립 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160104134A KR20160104134A (ko) 2016-09-05
KR102092159B1 true KR102092159B1 (ko) 2020-03-24

Family

ID=55077405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150026340A KR102092159B1 (ko) 2015-02-25 2015-02-25 인버터의 트립 제어 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9997904B2 (ko)
EP (1) EP3062411B1 (ko)
JP (1) JP6247323B2 (ko)
KR (1) KR102092159B1 (ko)
CN (1) CN105915087B (ko)
ES (1) ES2802415T3 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6950604B2 (ja) * 2018-03-26 2021-10-13 トヨタ自動車株式会社 電圧変換装置、電圧変換装置を用いた車両および電圧変換装置の制御方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004064977A (ja) * 2002-07-31 2004-02-26 Densei Lambda Kk 無停電電源装置
JP2015006074A (ja) * 2013-06-21 2015-01-08 株式会社ノーリツ 電力変換装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4910631A (en) * 1988-01-25 1990-03-20 Westinghouse Electric Corp. Circuit breaker with over-temperature protection and low error I2 t calculator
US4980624A (en) * 1989-12-22 1990-12-25 Eaton Corporation Adaptive overload protection of electric motors and static switching drives
JPH05292656A (ja) * 1992-04-13 1993-11-05 Mitsubishi Electric Corp パワーデバイスの過電流保護装置
JP3243922B2 (ja) 1994-03-16 2002-01-07 株式会社明電舎 パワースイッチ素子の熱破損防止方法
JP3512522B2 (ja) 1995-06-19 2004-03-29 株式会社日立産機システム インバータ駆動電動機の熱保護装置
JP3605269B2 (ja) 1997-10-02 2004-12-22 三菱電機株式会社 インバータの保護装置
JP2002302359A (ja) 2001-04-04 2002-10-18 Toshiba Elevator Co Ltd エレベータの制御装置
AT412693B (de) * 2002-09-20 2005-05-25 Siemens Ag Oesterreich Verfahren zum steuern des abschaltens bei überlastzuständen eines schaltnetzteils
JP2006025493A (ja) * 2004-07-06 2006-01-26 Toyota Motor Corp 電力変換装置およびその電流制限方法
JP4839780B2 (ja) * 2004-12-28 2011-12-21 トヨタ自動車株式会社 モータ制御装置および車両
JP2006280193A (ja) * 2005-03-03 2006-10-12 Toyota Motor Corp 駆動回路の異常判定装置およびこれを備える駆動装置並びに駆動回路の異常判定方法
KR101364204B1 (ko) 2007-05-29 2014-02-17 엘지전자 주식회사 모터 드라이버 시스템 및 모터 드라이버 보호방법
KR100951505B1 (ko) * 2008-03-20 2010-04-07 엘에스산전 주식회사 인버터 제어장치
JP2009261078A (ja) 2008-04-15 2009-11-05 Yaskawa Electric Corp モータ制御装置と温度推定方法
CN103415992B (zh) * 2011-02-25 2016-07-27 Ntn株式会社 电动汽车
JP5770649B2 (ja) * 2012-01-27 2015-08-26 日野自動車株式会社 異常検出装置、ハイブリッド自動車および異常検出方法、並びにプログラム
KR20140097628A (ko) * 2013-01-28 2014-08-07 삼성에스디아이 주식회사 배터리 온도 제어 시스템 및 그 제어 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004064977A (ja) * 2002-07-31 2004-02-26 Densei Lambda Kk 無停電電源装置
JP2015006074A (ja) * 2013-06-21 2015-01-08 株式会社ノーリツ 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
ES2802415T3 (es) 2021-01-19
EP3062411A1 (en) 2016-08-31
EP3062411B1 (en) 2020-04-15
KR20160104134A (ko) 2016-09-05
JP2016158489A (ja) 2016-09-01
US20160248245A1 (en) 2016-08-25
CN105915087A (zh) 2016-08-31
CN105915087B (zh) 2018-09-25
US9997904B2 (en) 2018-06-12
JP6247323B2 (ja) 2017-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6280975B2 (ja) リレーの誤作動検出装置
JP6279192B1 (ja) インバータ装置およびインバータ装置の異常検出方法
US20150061639A1 (en) Dead-Time Selection In Power Converters
CN103036203A (zh) 保护电路
RU2661311C2 (ru) Электронная схема и способ работы электронной схемы
US5986866A (en) Solid state overload relay
JP2015011836A (ja) リレー制御装置
US5818674A (en) Solid state overload relay
KR102092159B1 (ko) 인버터의 트립 제어 방법
US20230113919A1 (en) Current overload protection apparatus
US20110286138A1 (en) Temperature Controller
CN107787059B (zh) 一种电磁炉高温保护的加热方法及电磁炉
EP3058634A1 (en) Thermal protection for electrical device
JP2001086764A (ja) インバータ
JP5097229B2 (ja) 過熱保護装置
RU2567218C2 (ru) Электрическая схема для переключения и/или регулирования электрической мощности нагрузок
KR102189448B1 (ko) 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치
CN204462926U (zh) 电阻式热盘的功率调节电路和烹饪器具
CN204462927U (zh) 电阻式热盘的功率调节电路和烹饪器具
JP3177415B2 (ja) ヒータを備えた電気機器の制御装置
Robinson et al. Protection of motors fed through ASD
JP2567440B2 (ja) 過電流検出装置
EP3016258B1 (en) Apparatus and method for protecting grid-connected inverter from occurrence of low grid voltage
KR200241432Y1 (ko) 자동 온도조절장치
KR20200073470A (ko) 전원공급장치의 과전압 보호회로

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant