KR102530374B1

KR102530374B1 - Power transforming apparatus and air conditioner including the same

Info

Publication number: KR102530374B1
Application number: KR1020210053871A
Authority: KR
Inventors: 서보환; 김경민; 이승주; 정지연
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2023-05-09
Also published as: KR20220146940A

Abstract

본 발명은 자기베어링 적용 모터에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 자기베어링 적용 모터에 전원을 공급하는 전력 변환 장치는, 컨버터부; 직류 링크 커패시터를 포함하는 인버터부; 초기 충전을 수행하고, 정류된 전원을 컨버터부와 연결된 인버터 제어부 및 자기베어링 제어부에 공급하는 보조 회로부; 컨버터부 및 보조 회로부의 동작을 제어하는 컨버터 제어부를 포함한다. 여기에서, 컨버터 제어부는, 입력 전압을 제1 정전 기준전압과 비교하고, 비교 결과에 근거하여 정전 상태 제1 차 판단을 수행한다. 또, 인버터 제어부는, 제1 차 판단의 수행 결과에 근거하여, 인버터 전압을 제2 정전 기준전압과 비교하고, 비교 결과에 근거하여 정전 상태 제2 차 판단을 수행함으로써 정전 상태 지속 여부를 결정한다. 그에 따라, 정전 오판단으로 인해 야기될 수 있는 문제를 방지하고, 순간 정전과 연속 정전을 구별하여 회생 운전을 제어할 수 있다. The present invention relates to a power conversion device capable of stably supplying power to a magnetic bearing-applied motor and an air conditioner including the same. A power conversion device for supplying power to a magnetic bearing-applied motor includes a converter unit; an inverter unit including a DC link capacitor; an auxiliary circuit unit performing initial charging and supplying rectified power to an inverter control unit and a magnetic bearing control unit connected to the converter unit; and a converter control unit controlling operations of the converter unit and the auxiliary circuit unit. Here, the converter control unit compares the input voltage with the first power failure reference voltage and performs a first power failure state determination based on the comparison result. In addition, the inverter control unit compares the inverter voltage with the second power failure reference voltage based on the result of the first determination, and determines whether the power failure state continues by performing a second power failure state determination based on the comparison result. . Accordingly, it is possible to prevent problems that may be caused by erroneous judgment of power failure, and to control regeneration operation by distinguishing between instantaneous power failure and continuous power failure.

Description

Power conversion device and air conditioner including the same {POWER TRANSFORMING APPARATUS AND AIR CONDITIONER INCLUDING THE SAME}

본 발명은 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 자기베어링 적용 모터에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. The present invention relates to a power converter and an air conditioner including the same, and more particularly, to a power converter capable of stably supplying power to a magnetic bearing applied motor and an air conditioner including the same.

일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 모터는, 일반적으로 고정자의 내부에 위치한 회전축이 물리적으로 접촉되는 베어링에 의해 지지되는 구조를 갖는다. 최근에는, 고속으로 회전하는 모터의 개발 필요성에 따라, 자기베어링에 의하여 회전축이 물리적인 접촉 없이도 지지되는 고속회전용 모터가 개발되었다. 이와 같이, 자기베어링이 적용된 모터에도 전력 변환 장치를 통해 전력이 공급된다. In general, a compressor of an air conditioner uses a motor as a driving source. A motor generally has a structure in which a rotating shaft located inside a stator is supported by bearings in physical contact with each other. Recently, in accordance with the need to develop a motor that rotates at high speed, a high-speed rotational motor in which a rotating shaft is supported by magnetic bearings without physical contact has been developed. In this way, power is also supplied to the motor to which the magnetic bearing is applied through the power conversion device.

이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 구체적으로, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다. 또, 경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.It is generally known that such a power conversion device mainly constitutes a rectifying unit, a power factor control unit, and an inverter-type power conversion unit. Specifically, the commercial voltage of the alternating current output from the commercial power supply is rectified by the rectifying unit. The voltage rectified in this rectifying unit is supplied to a power conversion unit such as an inverter. At this time, the power converter generates AC power for driving the motor using the voltage output from the rectifier. In some cases, a DC-DC converter for power factor improvement may be provided between the rectifier and the inverter.

한편, 이러한 전력 변환 장치와 공기 조화기는 정전시에도 자기베어링의 역할을 유지하기 위한 전원 공급이 필수적이다. 일반적으로, 정전시에도 자기베어링의 역할을 유지하기 위하여 전력 변환 장치에 무정전전원공급장치(UPS, Uninterruptible power supply)를 사용한다. On the other hand, such power converters and air conditioners require power supply to maintain the role of magnetic bearings even in the event of a power outage. In general, an uninterruptible power supply (UPS) is used in a power conversion device to maintain the role of a magnetic bearing even during a power outage.

무정전전원공급장치(UPS)란, 정전 등으로 전원 공급이 불능이 되었을 때, 순간에 대체 전원을 공급하는 장치를 의미한다. 이러한 무정전전원공급장치(UPS)는 고가이며, 배터리를 내장하고 있기 때문에 유지보수가 필요하다 또한, 사용 온도가 제한적이라는 단점이 있다.An uninterruptible power supply (UPS) refers to a device that instantly supplies alternative power when power supply is inoperable due to a power outage or the like. Such an uninterruptible power supply (UPS) is expensive, requires maintenance because it has a built-in battery, and has a disadvantage in that the operating temperature is limited.

또한, 이러한 전력 변환 장치와 공기 조화기는, 자기베어링의 고장 및 제어 불안시에, 자기베어링 코일을 보호하기 위한 백업베어링이 필요하다. 백업베어링은, 순간적인 과도 상태의 마찰과 속도에 견딜수 있도록 설계 되어 있다. 이러한 백업베어링은, 고속 회전시 정전시이나 고장이 발생하는 경우 소손되거나 수명이 감소할 수 있으며, 심각한 경우 제품 파손까지 야기할 수 있다. 일반적으로 백업베어링의 수명은 약 10~100회 미만이다. 백업베어링 이상 발생시, 제품의 동작이 중단되면, 교체로 인한 유지보수 비용이 많이 발생한다. In addition, these power converters and air conditioners require backup bearings to protect magnetic bearing coils when magnetic bearings fail and control is unstable. Backup bearings are designed to withstand momentary transient friction and speed. These backup bearings may be damaged or their lifespan may be reduced in the event of a power outage or failure during high-speed rotation, and in serious cases may even cause product damage. In general, the life of the backup bearing is about 10 to less than 100 cycles. In the event of an error in the backup bearing, if the operation of the product is stopped, a lot of maintenance costs are incurred due to replacement.

한편, 미국 등록특허 US7928620('선행문헌 1')에는, 자기베어링 적용 모터에서 정전 발생시 모터와 연결된 변압기로부터 에너지를 공급하는 시스템을 개시합니다. 그러나, 이와 같은 추가 변압기의 설치는 비용의 증가 및 시스템 안전의 감소를 야기한다. On the other hand, the US registered patent US7928620 ('Prior Document 1') discloses a system that supplies energy from a transformer connected to the motor when a power failure occurs in a magnetic bearing applied motor. However, the installation of such an additional transformer causes an increase in cost and a decrease in system safety.

또한, EB00825702B1('선행문헌 2')에는, 비동기 모터를 사용하는 시스템으로 인버터DC 전압으로 자기베어링 제어 장치에 DC 전압을 공급하고 전압 변환기를 통해 제어 장치에 전원 공급하는 것을 개시한다. 또, 모니터링 장치에 입력 전압과 인버터 DC 전압이 입력되고, 모니터링 장치에서 정지 제어 장치로 전압이 전달 되어 정전 발생 시 정지 제어 장치가 회생 전압 제어 하도록 신호를 공급하는 것을 개시한다. 그러나, 선행문헌 2에는 정전 검출 방식에 관한 개시가 전혀 없다. In addition, EB00825702B1 ('Prior Document 2') discloses a system using an asynchronous motor, supplying DC voltage to a magnetic bearing control device with an inverter DC voltage and supplying power to the control device through a voltage converter. In addition, the input voltage and the inverter DC voltage are input to the monitoring device, and the voltage is transferred from the monitoring device to the stop control device to start supplying a signal so that the stop control device controls the regenerative voltage when a power failure occurs. However, Prior Document 2 does not disclose a power failure detection method at all.

이에, 본 발명은 정전시에도 안정적인 전원 공급이 가능하고, 배터리 추가로 인한 유지 보수 비용이 발생하지 않는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of stably supplying power even in the event of a power outage and not incurring maintenance costs due to the addition of a battery, and an air conditioner including the same.

또한, 본 발명은 정전시에도 자기베어링 제어기에 안정적인 전원 공급이 가능하도록 정전 발생을 오류 없이 보다 확실하게 판단할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of more reliably determining the occurrence of a power failure without error so as to stably supply power to a magnetic bearing controller even in the event of a power failure, and an air conditioner including the same.

또한, 본 발명은 순간 정전과 연속 정전을 구분하여 상황에 적절한 회생 운전이 가능하도록 구현한 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는데 다른 목적이 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a power conversion device implemented to enable regenerative operation appropriate to the situation by distinguishing between instantaneous power failure and continuous power failure, and an air conditioner including the same.

위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치는, 자기베어링 적용 모터에 전원을 공급하는 전력 변환 장치에 있어서, 초기 구동시 교류 전압을 제1 전원으로 공급받는 컨버터부; 직류 링크 커패시터를 포함하고, 상기 직류 링크 커패시터를 통해 상기 컨버터의 입력단과 연결되는 인버터부;상기 제1 전원을 사용하여 초기 충전을 수행하고, 정류된 제2 전원을 상기 컨버터부와 연결된 인버터 제어부 및 자기베어링 제어부에 공급하는 보조 회로부; 상기 컨버터부 및 상기 보조 회로부의 동작을 제어하는 컨버터 제어부를 포함한다. 또, 상기 컨버터 제어부는, 상기 제1 전원에 대응되는 입력 전압을 제1 정전 기준전압과 비교하고, 비교 결과에 근거하여 정전 상태 제1 차 판단을 수행한다. 또, 상기 인버터 제어부는, 상기 제1 차 판단의 수행 결과에 근거하여, 상기 제2 전원에 대응되는 인버터 전압을 제2 정전 기준전압과 비교하고, 비교 결과에 근거하여 정전 상태 제2 차 판단을 수행함으로써 정전 상태 지속 여부를 결정한다.In order to solve the above problems, a power conversion device according to an embodiment of the present invention, in the power conversion device for supplying power to a motor applied with a magnetic bearing, a converter unit that receives an AC voltage as a first power source during initial driving ; An inverter unit including a DC link capacitor and connected to an input terminal of the converter through the DC link capacitor; An inverter control unit that performs initial charging using the first power and connects the rectified second power to the converter unit; an auxiliary circuit unit supplying the magnetic bearing control unit; and a converter controller controlling operations of the converter unit and the auxiliary circuit unit. In addition, the converter control unit compares the input voltage corresponding to the first power supply with a first power failure reference voltage, and performs a first power failure state determination based on the comparison result. In addition, the inverter control unit compares the inverter voltage corresponding to the second power source with a second power failure reference voltage based on a result of performing the first determination, and makes a second power failure state determination based on the comparison result. By doing so, it determines whether or not the blackout state continues.

실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 제1 차 판단 또는 상기 제2 차 판단 결과 정전 시, 정전 플래그를 로우(low)에서 하이(high) 상태로 전환하거나 또는 하이(high) 상태를 유지하도록 제어하고, 상기 하이(high) 상태의 검출시, 하이(high) 상태의 유지 시간을 측정하기 위한 사이클 측정 수단을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the inverter control unit converts a power failure flag from low to high state or maintains a high state when the power failure occurs as a result of the first determination or the second determination and may further include a cycle measuring means for measuring a holding time of the high state when the high state is detected.

실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 하이(high) 상태의 검출 후 상기 사이클 측정 수단에 의해 측정된 시간이 기 설정된 임계 시간에 도달한 경우, 정전 상태 지속으로 결정하고, 기 설정된 회생 운전을 개시할 수 있다. In an embodiment, when the time measured by the cycle measuring unit after detecting the high state reaches a preset threshold time, the inverter control unit determines that the power failure state continues and starts a preset regenerative operation. can do.

실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 하이(high) 상태의 검출 후 상기 사이클 측정 수단에 의해 측정된 시간이 기 설정된 임계 시간에 도달하기 전, 상기 하이(high) 상태가 로우(low) 상태로 전환되면, 순간 정전으로 결정할 수 있다.In an embodiment, the inverter control unit converts the high state to a low state before the time measured by the cycle measuring unit reaches a predetermined threshold time after detecting the high state. When switched, it can be determined as a momentary outage.

실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 순간 정전으로 결정된 것에 응답하여, 상기 인버터의 직류 링크 커패시터에 직류 전압을 충전하도록 제어할 수 있다.In an embodiment, the inverter control unit may control a DC voltage to be charged in a DC link capacitor of the inverter in response to the instantaneous power failure.

실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 인버터의 직류 링크 커패시터의 충전 후, 속도 지령의 유무를 검출하고, 속도 지령이 검출되지 않으면 대기 상태를 유지하고, 속도 지령이 검출되면 인버터의 운전을 개시하도록 제어할 수 있다.In an embodiment, the inverter control unit detects the presence or absence of a speed command after charging the DC link capacitor of the inverter, maintains a standby state when the speed command is not detected, and starts operating the inverter when the speed command is detected. You can control it.

실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 하이(high) 상태의 검출 후 상기 사이클 측정 수단에 의해 측정된 시간이 기 설정된 임계 시간에 도달한 경우, 상기 인버터가 구동 정지하면 자기베어링 터치다운(touchdown)을 수행하도록 제어할 수 있다. In an embodiment, the inverter control unit, when the time measured by the cycle measuring means after detecting the high state reaches a preset critical time, if the inverter stops driving, touchdown the magnetic bearing can be controlled to do so.

실시 예에서, 상기 입력 전압의 크기가 상기 제1 정전 기준전압 미만으로 감소된 것에 응답하여, 정전 플래그가 하이(low)로 전환되고 상기 제1 차 판단이 정전 상태로 결정될 수 있다.In an embodiment, in response to a decrease in the magnitude of the input voltage to less than the first blackout reference voltage, a blackout flag may be turned high and the first determination may be a blackout state.

실시 예에서, 상기 컨버터 제어부는, 상기 입력 전압의 크기가 감소되어 상기 제1 정전 기준전압에 도달하면, 기 설정된 지연 시간이 경과한 후 상기 정전 상태로 결정할 수 있다.In an embodiment, the converter control unit may determine the power failure state after a predetermined delay time has elapsed when the magnitude of the input voltage is reduced to reach the first power failure reference voltage.

실시 예에서, 상기 제2 차 판단은 상기 제1 차 판단이 상기 정전 상태인지 여부가 결정된 이후에 개시될 수 있다.In an embodiment, the second determination may be initiated after the first determination is whether or not the power failure state is determined.

실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 인버터 전압의 크기가 감소되어 상기 제2 정전 기준전압에 도달하면 정전 플래그를 하이(high) 상태로 유지하고, 임계 시간이 도달할 때까지 상기 정전 플래그가 하이 상태를 유지하는지 여부에 기초하여 회생 운전의 개시를 결정할 수 있다.In an embodiment, the inverter control unit maintains a power failure flag in a high state when the magnitude of the inverter voltage decreases to reach the second power failure reference voltage, and the power failure flag remains high until a threshold time is reached. The start of regenerative operation can be determined based on whether the state is maintained.

실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 임계 시간이 도달할 때까지 상기 정전 플래그가 하이 상태를 유지하는 경우에 한하여 상기 회생 운전을 개시하고, 상기 임계 시간은 1분으로 설정될 수 있다. In an embodiment, the inverter control unit starts the regeneration operation only when the blackout flag maintains a high state until the threshold time reaches, and the threshold time may be set to 1 minute.

실시 예에서, 상기 입력 전압을 강압하여 상기 컨버터부와 상기 보조 회로부에 제공하는 강압 트랜스를 더 포함하고, 상기 강압 트랜스는 380V : 220V가 1:2 구조를 취하는 형태일 수 있다 .In an embodiment, a step-down transformer for stepping down the input voltage and providing the step-down voltage to the converter unit and the auxiliary circuit unit may be further included, and the step-down transformer may have a 1:2 structure of 380V:220V.

실시 예에서, 상기 강압 트랜스는, 별도 탭(Tap)으로 분기된 전원 라인을 통해 상기 컨버터부 및 상기 보조 회로부와 각각 연결되고, 상기 컨버터부는, 상기 보조 회로부와 병렬 연결되고 상기 인버터부의 직류 링크 커패시터와 직렬 연결되는 회로 구조일 수 있다. In an embodiment, the step-down transformer is connected to the converter unit and the auxiliary circuit unit through a power line branched with a separate tap, the converter unit is connected in parallel with the auxiliary circuit unit, and the DC link capacitor of the inverter unit It may be a circuit structure connected in series with.

실시 예에서, 상기 입력 전압 및 상기 인버터 전압은 노이즈로 인한 추정 전압의 오류를 피하도록 LPF(Low Pass Filter)를 적용하여 검출될 수 있다. In an embodiment, the input voltage and the inverter voltage may be detected by applying a Low Pass Filter (LPF) to avoid an error in the estimated voltage due to noise.

실시 예에서, 상기 제1 차 및 제2 차 판단의 결과 정전시, 상기 인버터 제어부는 상기 인버터부와 연결된 정류부의 사이리스터(SCR)를 차단하고, 상기 컨버터 제어부는 상기 컨버터부 및 상기 보조 회로부를 연결하는 충전 릴레이를 오프시키는 제어신호를 출력할 수 있다.In an embodiment, when a power failure occurs as a result of the first and second determinations, the inverter control unit cuts off a thyristor (SCR) of the rectifier unit connected to the inverter unit, and the converter control unit connects the converter unit and the auxiliary circuit unit. It is possible to output a control signal that turns off the charging relay.

실시 예에서, 상기 자기베어링 제어부는, 상기 제1 차 및 제2 차 판단의 결과 정전시, 상기 보조 회로부로터로부터 상기 제2 전원을 공급받아 상기 모터에 적용된 자기베어링에 전류를 인가함으로써 자기베어링 제어를 수행할 수 있다.In an embodiment, the magnetic bearing control unit controls the magnetic bearing by receiving the second power from the auxiliary circuit unit rotor and applying a current to the magnetic bearing applied to the motor when a power failure occurs as a result of the first and second determinations. can be performed.

또한, 위의 실시 예들 각각은 그러한 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기에도 마찬가지로 적용될 수 있다. In addition, each of the above embodiments may be similarly applied to an air conditioner including such a power conversion device.

본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the power conversion device and the air conditioner including the same according to the present invention will be described below.

본 발명은 자기베어링 적용 모터를 포함하는 전력변환장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에서 UPS 장치를 제외함으로써, 배터리 교체 비용이 발생하지 않고 실외에서도 사용이 가능한 장점이 있다. The present invention has the advantage of being able to use it outdoors without incurring battery replacement cost by excluding the UPS device from the power converter including a motor applied with magnetic bearings and the air conditioner including the same.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 정전 판단을 2단계로 분할하여 판단하도록 설정함으로써, 정전 오판단으로 인해 야기될 수 있는 문제를 방지할 수 있다. In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to prevent problems that may be caused by erroneous determination of power failure by setting the power failure determination to be divided into two steps.

또한, 본 발명에 따르면, 순간 정전과 연속 정전을 구별하여 회생 운전을 제어함으로써, 상황에 보다 적합한 대응이 가능하다. In addition, according to the present invention, it is possible to respond more appropriately to the situation by controlling the regenerative operation by distinguishing between instantaneous power failure and continuous power failure.

또한, 추가적인 장치 없이 입력 전압과 DC 전압의 센싱 및 추정에 의해 정전 발생을 파악하고, 최종 정전 판단을 위해 누적 시간을 추가 적용함으로써 보다 확실하게 정전을 검출하여 대응할 수 있다. In addition, it is possible to more reliably detect and respond to a power outage by recognizing the occurrence of a power outage by sensing and estimating the input voltage and DC voltage without an additional device and by additionally applying the cumulative time to determine the final power outage.

도 1은 본 발명에 따라 UPS 장치 없이 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치의 대표 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 정전 검출 및 대응 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따라, 정전 판단 및 회생 운전을 구체적으로 설명하기 위한 예시 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따라, 정전 상태의 1차 판단 및 2차 판단과 관련한 전압-시간 관계 그래프들이다.
도 5는 본 발명에 따라, 정전 판단에 따른 회생 운전 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 동작의 실험 결과를 보여주는 그래프들이다.1 is a representative circuit diagram of a power conversion device to which a magnetic bearing is applied without a UPS device according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating power failure detection and response operations of the power conversion device according to the present invention.
3 is an exemplary block diagram for specifically explaining power failure determination and regeneration operation according to the present invention.
4 is voltage-time relationship graphs related to a first determination and a second determination of a power failure state according to the present invention.
5 is a flowchart illustrating a regenerative driving operation according to a power failure determination according to the present invention.
6A and 6B are graphs showing experimental results of operations according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar elements are given the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used together in consideration of ease of writing the specification, and do not have meanings or roles that are distinct from each other by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the embodiment disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, the technical idea disclosed in this specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention , it should be understood to include equivalents or substitutes.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따라 UPS 장치 없이 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치를 설명하기로 한다.First, referring to FIG. 1, a power conversion device to which a magnetic bearing is applied without a UPS device according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 전력 변환 장치(100)는, 3상 정류부(30), 직류 링크 커패시터(35), 3상 인버터(40), 강압 트랜스(102), 보조 회로부(103), DC/DC 컨버터부(106), 자기베어링 제어부(80), 인버터 제어부(90)를 포함하며, AC 전압을 제공하는 MCCB(10) 및 자기베어링이 적용된 3상 모터(50)와 연결된다. The power converter 100 according to the present invention includes a three-phase rectifier 30, a DC link capacitor 35, a three-phase inverter 40, a step-down transformer 102, an auxiliary circuit unit 103, and a DC/DC converter unit. 106, a magnetic bearing control unit 80, and an inverter control unit 90, and are connected to the MCCB 10 providing AC voltage and the three-phase motor 50 to which magnetic bearings are applied.

본 발명에 따른 전력 변환 장치(100)는, 초기 동작시 MCCB(10)에 입력된 3상 교류 전압이 강압 트랜스(102)를 거쳐 DC/DC 컨버터부(105)에 공급된다.In the power converter 100 according to the present invention, during initial operation, a three-phase AC voltage input to the MCCB 10 is supplied to the DC/DC converter unit 105 via the step-down transformer 102.

본 발명에서 강압 트랜스(102)는 380V : 220V가 1:2 구조를 취하는 형태로 구현된다. 구체적으로, 강압 트랜스(102)는 3상 전원의 선간전압(R,T상)을 220V로 강압함으로써, 상위 제어기(사이클제어)와 인버터/자기베어링 제어를 위한 AC 전압을 공급하는 역할을 한다. In the present invention, the step-down transformer 102 is implemented in a 380V : 220V 1:2 structure. Specifically, the step-down transformer 102 serves to supply AC voltage for controlling the upper controller (cycle control) and the inverter/magnetic bearing by stepping down the line voltage (R, T phase) of the three-phase power supply to 220V.

상기 강압 트랜스(102)는, 초기 구동을 위하여, 별도의 탭(Tap)을 분리하여 DC/DC 컨버터부(105)에 제어 전원을 공급한다. 이는, 종래의 전력 변환 장치의 강압 트랜스(60, 도 1)가 UPS 장치(70)에 대해 단일 출력 구조(500VA ~3000VA 정도)로 연결된 구조와는 구별된다. For initial driving, the step-down transformer 102 supplies control power to the DC/DC converter unit 105 by separating a separate tap. This is different from a structure in which a step-down transformer 60 (FIG. 1) of a conventional power conversion device is connected to the UPS device 70 in a single output structure (about 500 VA to 3000 VA).

상기 강압 트랜스(102)는, 이와 같이 별도의 분리 탭(Tap) 구조를 취함으로써, DC/DC 컨버터부(105)의 초기 제어전원용으로 매우 작은 출력비(예, 1:9)를 필요로 한다. The step-down transformer 102 requires a very small output ratio (eg, 1:9) for the initial control power of the DC/DC converter unit 105 by adopting a separate tap structure.

따라서, DC/DC 컨버터부(105)의 초기 제어시에는 강압 트랜스(102)로부터 입력받은 AC전원(220V)을 사용하다가, 3상 인버터부(40)의 초기 충전 동작이 완료되면, DC/DC 컨버터부(105)와 3상 인버터부(40)에서의 각 전압의 전위 차이에 따라 인버터측의 직류 커패시터(35)의 DC 전압으로 변경된다.Therefore, during the initial control of the DC/DC converter unit 105, AC power (220V) input from the step-down transformer 102 is used, and when the initial charging operation of the three-phase inverter unit 40 is completed, DC/DC Depending on the potential difference between each voltage in the converter unit 105 and the three-phase inverter unit 40, the DC voltage of the DC capacitor 35 on the inverter side is changed.

한편, 비록 도시되지는 않았지만, 다른 예에서는 강압 트랜스(102)가 도 1의 강압 트랜스(60)와 함께 별도의 강압용 외장 트랜스가 하나 더 추가된 구조 형태를 취할 수 있다.Meanwhile, although not shown, in another example, the step-down transformer 102 may take a structure in which one additional external step-down transformer is added together with the step-down transformer 60 of FIG. 1 .

3상 정류부(30)는 리액터(20)를 지난 3상 교류 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환하여 3상 인버터(40)에 공급한다. The three-phase rectifier 30 receives the three-phase AC power that has passed through the reactor 20 and converts it into DC power and supplies it to the three-phase inverter 40 .

상기 3상 정류부(30)는 상단에 사이리스터(SCR, 실리콘 제어 정류 소자)를 포함하는 반파 위상 제어 정류기의 구조를 취할 수 있다. The three-phase rectifier 30 may take the structure of a half-wave phase control rectifier including a thyristor (SCR, silicon controlled rectifier) at an upper end.

상기 3상 정류부(30)는 정상 동작시에는, 3상 인버터부(40)의 초기충전과 AC 입력 역률을 제어하는 역할을 한다. 또한, 정전시에는, 회생 역전압을 방지하기 위하여, 모터 회생 전압 제어로부터 3상 AC 입력을 분리하기 위한 차단기 역할을 한다.The three-phase rectifier 30 serves to control the initial charging of the three-phase inverter unit 40 and the AC input power factor during normal operation. In addition, in case of power failure, in order to prevent regenerative reverse voltage, it serves as a circuit breaker for separating the 3-phase AC input from the motor regenerative voltage control.

3상 인버터부(40)는 6개의 전력용스위칭 소자(IGBT)와 이를 구동하기 위한 게이트 드라이브 회로를 포함하여 이루어질 수 있다. The three-phase inverter unit 40 may include six power switching devices (IGBTs) and a gate drive circuit for driving them.

IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.An IGBT is a switching device having a structure of a power MOSFET (metal oxide semi-conductor field effect transistor) and a bipolar transistor, and is capable of small driving power, high-speed switching, high withstand voltage, and high current density.

상기 3상 인버터부(40)는 정상 동작시에는 전압형 인버터로 직류 전압을 교류 전압으로 가변하여 압축기의 3상 모터(50)를 회전시킨다. 또한, 정전시에는, 압축기의 압력차이에 의해 역회전하는 3상 모터(50)의 발전 전압을 승압하기 위해, 3상 PWM 승압 컨버터로서 동작한다. 이 때, 3상 인버터부(40)에 의해 제어되는 전압은 3상 모터(50)의 역기전력 전압보다 커야 한다.The three-phase inverter unit 40 is a voltage-type inverter during normal operation, and rotates the three-phase motor 50 of the compressor by changing a DC voltage into an AC voltage. Also, during a power outage, it operates as a 3-phase PWM boost converter to boost the generated voltage of the 3-phase motor 50 that rotates in reverse due to the pressure difference in the compressor. At this time, the voltage controlled by the 3-phase inverter unit 40 must be greater than the counter electromotive force voltage of the 3-phase motor 50 .

DC/DC 컨버터부(105)는, 정상 동작시 전원 라인(108)을 통해 인버터 제어부(90)와 자기베어링 제어부(80)에 DC 전원을 공급한다. The DC/DC converter unit 105 supplies DC power to the inverter control unit 90 and the magnetic bearing control unit 80 through the power supply line 108 during normal operation.

DC/DC 컨버터부(105)는 정전 검출 기능을 수행한다. 정전 검출시, 상기 DC/DC 컨버터부(105)는 통신 라인(107)을 통해서 인버터 제어부(90)와 자기베어링 제어기(80)에 정전 검출 신호를 제공한다. The DC/DC converter unit 105 performs a power failure detection function. Upon detecting a power failure, the DC/DC converter unit 105 provides a power failure detection signal to the inverter control unit 90 and the magnetic bearing controller 80 via the communication line 107.

또, DC/DC 컨버터부(105)는 입력 DC 전압 대비 출력 DC 전압의 비(ratio)를 일정하게 제어한다. DC/DC 컨버터부(105)는 컨버터 제어기(미도시)를 포함할 수 있다. In addition, the DC/DC converter unit 105 constantly controls the ratio of the input DC voltage to the output DC voltage. The DC/DC converter unit 105 may include a converter controller (not shown).

보조 회로부(103)는, 초기에는 AC/DC 정류를 수행하여 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 전원을 공급한다. The auxiliary circuit unit 103 initially supplies power to the magnetic bearing control unit 80 and the inverter control unit 90 by performing AC/DC rectification.

상기 보조 회로부(103)는, 초기 충전 후 정상 동작시에는 출력 전압이 상승하며, DC 릴레이부(106)가 오프(off) 된 것에 응답하여, 전원 공급이 차단된다. The output voltage of the auxiliary circuit unit 103 rises during normal operation after initial charging, and power supply is cut off in response to the DC relay unit 106 being turned off.

상기 보조 회로부(103)는, DC/DC 컨버터부(105)의 고장 검출시 DC 릴레이부(106)가 온(on)으로 변경된 것에 응답하여, 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 전원을 공급한다. 즉, DC/DC 컨버터부(105)의 고장시 모드 전환이 가능하다. The auxiliary circuit unit 103, in response to the DC relay unit 106 being turned on when a failure of the DC/DC converter unit 105 is detected, operates in the magnetic bearing control unit 80 and the inverter control unit 90. supply power That is, mode conversion is possible when the DC/DC converter unit 105 fails.

DC 릴레이부(106)의 온/오프 제어는 DC/DC 컨버터부(105)의 컨버터 제어기에 의해 수행될 수 있다. On/off control of the DC relay unit 106 may be performed by a converter controller of the DC/DC converter unit 105 .

상기 보조 회로부(103)는 상기 초기 충전과 상기 모드 전환시 출력전압의 차이에 의해 발생하는 돌입전류를 제한(또는, 제거)하기 위해, NTC 또는 고정저항기를 포함할 수 있다. 그에 따라 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 과도 상태 없이 안정적인 전원 공급이 가능하다. [[이에 대해서는 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. ]] The auxiliary circuit unit 103 may include an NTC or a fixed resistor to limit (or eliminate) an inrush current generated by a difference in output voltage during the initial charging and the mode conversion. Accordingly, it is possible to stably supply power to the magnetic bearing control unit 80 and the inverter control unit 90 without a transient state. [[This will be described in more detail with reference to FIG. ]]

자기베어링 제어부(80)는, 3상 모터(50)에 적용된 자기베어링에 전류를 인가하여 3상 모터(50)의 샤프트(Shaft)를 부상시키는 역할을 한다. The magnetic bearing controller 80 serves to lift the shaft of the three-phase motor 50 by applying current to the magnetic bearing applied to the three-phase motor 50 .

또, 비록 자세히 도시되지는 않았지만, 자기베어링(AMB) 제어부(80)는 컨트롤 보드, 전류 엠프, 및 전원공급장치(SMPS)를 포함할 수 있다. Also, although not shown in detail, the magnetic bearing (AMB) control unit 80 may include a control board, a current amplifier, and a power supply unit (SMPS).

인버터 제어부(90)는, 정상 동작시에는 3상 정류부(30)의 사이리스터(SCR, 실리콘 제어 정류 소자)와 인버터부(40)의 IGBT를 구동하기 위한 PWM을 출력한다. 그에 따라, 3상 모터(50)를 원하는 속도로 가변제어하는 속도 제어를 수행한다. The inverter controller 90 outputs PWM for driving the thyristor (SCR, silicon controlled rectifier) of the three-phase rectifier 30 and the IGBT of the inverter unit 40 during normal operation. Accordingly, speed control is performed to variably control the three-phase motor 50 at a desired speed.

또한, 인버터 제어부(90)는, 3상 모터(50)에 초기 충전을 위한 초기 충전 회로(101)의 제어를 수행한다. 또한, 인버터 제어부(90)는, 정전 시에 DC/DC 컨버터부(105)로부터 정전 검출 신호가 입력된 것에 응답하여, 인버터부(40)가 승압 컨버터로 동작하도록 제어한다. In addition, the inverter controller 90 controls the initial charging circuit 101 for initial charging the 3-phase motor 50 . In addition, the inverter control unit 90 controls the inverter unit 40 to operate as a step-up converter in response to a power failure detection signal being input from the DC/DC converter unit 105 during a power failure.

한편, 비록 도면에 도시되지는 않았지만, DC/DC 컨버터부(105)의 동작을 제어하기 위한 컨버터 제어부가 회로도에 포함된다. 본 명세서에서, 컨버터 제어부는 정전 상태 1차 판단을 위한 제1 MCU를 포함할 수 있다. 또한, 인버터 제어부(90)는 정전 상태 2차 판단을 위한 제2 MCU를 포함할 수 있다. Meanwhile, although not shown in the drawings, a converter control unit for controlling the operation of the DC/DC converter unit 105 is included in the circuit diagram. In this specification, the converter control unit may include a first MCU for primary determination of a power failure state. In addition, the inverter controller 90 may include a second MCU for secondary determination of a power failure state.

자기베어링 제어부(80)에 의한 자기베어링의 부상이 외부전원의 정전 등에 의하여 갑자기 중단되는 경우를 대비하기 위하여, 보다 정확한 정전 판단이 중요하다. 이에 본 발명에서는 정전 상태를 두 단계로 분할하여 판단함으로써, 정전 오판을 보다 확실하게 방지하는 방법을 구현하였다. 또한, 정전이 순간 정전인지 또는 연속 정전인지를 보다 명확하게 파악하여 대응하는 방법을 구현하였다. In order to prepare for a case where the lifting of the magnetic bearing by the magnetic bearing controller 80 is suddenly stopped due to a power outage or the like of an external power source, more accurate power failure determination is important. Accordingly, in the present invention, a method for more reliably preventing a blackout misjudgment is implemented by determining the power failure state by dividing it into two steps. In addition, a method for responding to a power failure was implemented by more clearly grasping whether the power failure was an instantaneous power failure or a continuous power failure.

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 정전 검출 및 대응 동작을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 2 , a power failure detection and corresponding operation of the power conversion device according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 정전 검출 방법은, 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서, 컨버터 제어부의 제1 MCU에 의해 입력 전압을 검출하는 단계로 개시된다(S210). The power failure detection method according to the present invention starts with the step of detecting the input voltage by the first MCU of the converter control unit in the power conversion device according to the present invention (S210).

여기에서, 입력 전압을 검출한다는 것은, 피크값(Peak) 또는 실효값(RMS, Root Mean Square)을 이용하여 입력전압을 '추정'하는 것을 의미할 수 있다. 왜냐하면, 입력 전압은 AC 전압이므로, 실시간으로 입력 전압을 사용하는 것이 어렵고(파형 형태), 측정된 전압에 노이즈가 포함되므로 측정값에 오류가 있을 경우가 발생하기 때문이다. Here, detecting the input voltage may mean 'estimating' the input voltage using a peak value (Peak) or an effective value (RMS, Root Mean Square). This is because, since the input voltage is an AC voltage, it is difficult to use the input voltage in real time (waveform), and since the measured voltage contains noise, there may be errors in the measured value.

상기 피크값(Peak)은 순간 최대 전압값을 의미할 수 있다. 또, 상기 실효값(RMS)은 사인 파형의 AC전압을 DC전압으로 나타낸 것으로, 피크값의 1/√2 가 되는 값을 의미할 수 있다. 본 발명에서 입력 전압을 직접 검출하기 위해 전압검출센서를 추가로 구비할 필요가 없다.The peak value (Peak) may mean an instantaneous maximum voltage value. In addition, the effective value (RMS) represents a sine wave AC voltage as a DC voltage, and may mean a value that is 1/√2 of the peak value. In the present invention, there is no need to additionally provide a voltage detection sensor to directly detect the input voltage.

다른 예에서는, 적절한 센서를 추가로 구비하여 입력전압을 센싱할 수 있다. 이를 위해, DC/DC 컨버터부(105)의 입력단과 DC/DC 컨버터부(105)의 출력단에 각각에 또는 적어도 하나 이상에 센서를 구비할 수 있다.In another example, an appropriate sensor may be additionally provided to sense the input voltage. To this end, each or at least one sensor may be provided at an input terminal of the DC/DC converter unit 105 and an output terminal of the DC/DC converter unit 105 .

3상 입력전원(예, 380AC, 60Hz)은 도 1의 회로에서 3상 인버터(40)와 연결되는 제1부분과 강압 트랜스(103)와 연결되는 제2부분으로 구성될 수 있다. The 3-phase input power source (eg, 380AC, 60Hz) may consist of a first part connected to the 3-phase inverter 40 and a second part connected to the step-down transformer 103 in the circuit of FIG. 1 .

3상 인버터(40)의 직류 링크 커패시터(35)와 DC/DC 컨버터부(105)의 입력단이 연결된다. 또, 강압 트랜스(103)에서 정류된 DC 전압은 DC/DC 컨버터부(105)의출력단과 연결된다. 다시 말해, 도 1에서 DC/DC 컨버터부(105)는 강압 트랜스(102)로부터 분기된 보조 회로부(103)와는 병렬 연결되고, 3상 인버터(40)의 직류 링크 커패시터(35)와는 직렬 연결된다. The DC link capacitor 35 of the 3-phase inverter 40 and the input terminal of the DC/DC converter unit 105 are connected. In addition, the DC voltage rectified in the step-down transformer 103 is connected to the output terminal of the DC/DC converter unit 105. In other words, in FIG. 1, the DC/DC converter unit 105 is connected in parallel with the auxiliary circuit unit 103 branched from the step-down transformer 102, and is connected in series with the DC link capacitor 35 of the three-phase inverter 40. .

이와 같은 입력 전압의 추정은, 노이즈로 인한 추정 전압의 오류를 피하기 위해 LPF(Low Pass Filter)를 적용할 수 있다. LPF는 지정한 주파수 이하의 주파수를 포함하는 신호만을 통과시키는 필터로서, 예를 들어 RC회로 또는 LC회로를 사용하여 구현될 수 있다.To estimate the input voltage as described above, a Low Pass Filter (LPF) may be applied to avoid an error in the estimated voltage due to noise. The LPF is a filter that passes only signals having a frequency less than or equal to a specified frequency, and may be implemented using, for example, an RC circuit or an LC circuit.

단계(S210)의 검출 후, 즉 입력 전압의 추정 후, 제1 정전 기준전압과 추정 입력 전압을 비교한다. 그리고, 그 비교 결과에 근거하여 정전 상태 제1 차 판단을 수행한다(S220).After the detection in step S210, that is, after estimating the input voltage, the first electrostatic reference voltage is compared with the estimated input voltage. Then, based on the comparison result, a first power failure state determination is performed (S220).

여기에서, 상기 제1 정전 기준전압은 추정된 입력 전압을 정전 상태로 1차 판단하기 위한 전압값 또는 전압범위를 의미한다. Here, the first electrostatic reference voltage means a voltage value or voltage range for firstly determining the estimated input voltage as an electrostatic state.

예를 들어, 상기 제1 정전 기준전압은 정상 전압 대비 약 10~30% 범위 또는 10% 수준으로 설정될 수 있다. 또는, 예를 들어, 상기 제1 정전 기준전압은 정상 전압 대비 50% 수준으로 설정될 수 있다. 이러한 경우, 오류를 피하기 위해 비교 후, 판단 지연 시간(예, 3초)을 설정할 수 있다. For example, the first electrostatic reference voltage may be set to a range of about 10 to 30% or 10% of the normal voltage. Alternatively, for example, the first electrostatic reference voltage may be set to a level of 50% of the normal voltage. In this case, a judgment delay time (eg, 3 seconds) may be set after comparison to avoid an error.

제1 정전 기준전압과 추정 입력 전압의 비교 결과 추정 입력 전압이 제 1 정전 기준전압 보다 작으면, 정전 판단 플래그가 하이(high)로 설정된다. 이와 유사하게, 제1 정전 기준전압과 추정 입력 전압의 비교 결과 추정 입력 전압이 제 1 정전 기준전압 보다 크거나 같으면, 정전 판단 플래그가 로우(low)로 설정된다. If the estimated input voltage is smaller than the first blackout reference voltage as a result of comparison between the first blackout reference voltage and the estimated input voltage, the blackout determination flag is set to high. Similarly, when the estimated input voltage is greater than or equal to the first electrostatic reference voltage as a result of comparison between the first electrostatic reference voltage and the estimated input voltage, the electrostatic determination flag is set to low.

일 예에서는, 단계(S220)에서의 오판단 회피를 위해, 일정 시간의 판단 지연 시간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 판단 지연 시간은 예를 들어, 1~3초이내로 설정될 수 있다. 또, 상기 판단 지연 시간은 제1 정전 기준전압의 설정 크기에 따라 가감될 수 있다. In one example, in order to avoid misjudgment in step S220, a judgment delay time of a predetermined time may be included. For example, the determination delay time may be set within 1 to 3 seconds, for example. Also, the determination delay time may be increased or decreased according to a set size of the first electrostatic reference voltage.

이어서, 인터버측의 전압을 검출하는 단계가 수행된다(S230). Subsequently, a step of detecting the voltage on the inverter side is performed (S230).

일 예에서, 단계(S220)의 제1 정전 판단에 따라 정전 상태인 경우에 단계(S230)가 수행될 수 있다. 즉, 정전 판단 플래그가 하이(high)인 경우에 이하에 설명되는 제2 정전 판단이 수행될 수 있다. 이때는, 저전압 상태가 정전으로 오판된 경우인지를 확인하기 위한 목적으로 제2 정전 판단이 수행된다.In one example, when the power failure state is determined according to the first power failure determination in step S220, step S230 may be performed. That is, when the power failure determination flag is high, a second power failure determination described below may be performed. At this time, a second blackout determination is performed for the purpose of confirming whether the low voltage state is mistakenly determined to be a blackout.

또는, 단계(S220)의 제1 정전 판단에 따라 정전 상태가 아닌 경우에 한하여 단계(S230)가 수행될 수 있다. 즉, 정전 판단 플래그가 로우(low)인 경우에 이하에 설명되는 제2 정전 판단이 수행될 수 있다. 이때는, 정전임에도 저전압 상태로 오판된 경우인지를 재확인하기 위한 목적으로 제2 정전 판단이 수행된다.Alternatively, step S230 may be performed only when the power failure state is not determined according to the first power failure determination in step S220. That is, when the power failure determination flag is low, a second power failure determination described below may be performed. At this time, a second power outage determination is performed for the purpose of reconfirming whether or not the low voltage state has been misjudged despite a power outage.

제2 정전 판단의 구체적인 과정은 다음과 같다.A detailed process of determining the second blackout is as follows.

먼저, 인터버측의 전압을 검출하는 단계(S230)에서는, 위의 단계(S210)에서 설명한 것과 유사하게, 노이즈로 인한 추정 전압의 오류를 피하기 위해 LPF를 적용하여 인터버측의 전압을 추정할 수 있다. 또는, DC/DC 컨버터부(105)의 출력단에 센서를 추가하여 인버터측의 전압을 추정할 수 있다. First, in the step of detecting the inverter-side voltage (S230), similarly to that described in the above step (S210), the inverter-side voltage can be estimated by applying the LPF to avoid an error in the estimated voltage due to noise. . Alternatively, the inverter voltage may be estimated by adding a sensor to the output terminal of the DC/DC converter unit 105 .

이 후, 제2 정전 기준전압과 인버터 추정 전압을 비교하고, 비교 결과에 근거하여 저전압 상태 여부를 판단한다(S240).Thereafter, the second blackout reference voltage is compared with the inverter estimated voltage, and based on the comparison result, whether or not the low voltage state is determined (S240).

여기서, 상기 제2 정전 기준전압은 인버터 추정 전압이 정전상태가 아닌 저전압 상태인지를 판단하기 위한 기준이 되는 전압값 또는 전압범위를 의미한다. 예를 들어, 상기 제2 정전 기준전압은 정상 전압 대비 약 10~30% 전압범위 또는 10% 수준의 전압값으로 설정될 수 있다.Here, the second blackout reference voltage means a voltage value or voltage range that is a reference for determining whether the estimated voltage of the inverter is in a low voltage state rather than a blackout state. For example, the second electrostatic reference voltage may be set to a voltage value of about 10 to 30% or 10% of the normal voltage.

계속해서, 단계(S240)의 판단 결과 저전압 상태이면, 도 2 에는 도시되지 않았지만 단계(S210)로 복귀하여 정전 상태 여부를 계속 모니터링할 수 있다. Subsequently, if the low voltage state is determined as a result of step S240, although not shown in FIG. 2, it is possible to return to step S210 and continuously monitor whether or not a power failure state exists.

단계(S240)의 판단 결과 저전압 상태가 아니면(또는, 정전 상태이면), 즉 정전 플래그가 하이(high)이면 그 상태가 유지되는 시간을 측정한다(S250).If it is not the low voltage state (or power failure state) as a result of the determination in step S240, that is, if the power failure flag is high, the time for which the state is maintained is measured (S250).

정전 플래그가 하이(high)인 상태는, 제1 정전 판단에서 정전 플래그가 로우(low)에서 하이(high)로 변경된 경우이거나 또는 제1 정전 판단에서 하이(high)플래그가 계속 유지된 경우 중 어느 하나일 수 있다.The state in which the blackout flag is high is either when the blackout flag is changed from low to high in the first blackout determination or when the high flag is maintained in the first blackout determination. can be one

후자의 경우, 이하에서 설명되는 임계 시간을 소정 시간 감축시켜서 제2 정전 판단을 수행하거나 또는 임계 시간의 측정 시간을 제1 정전 판단으로 소급하는 것으로 변형 적용할 수 있다. In the latter case, the second blackout determination may be performed by reducing the critical time described below by a predetermined time, or the measurement time of the critical time may be retroactively applied to the first blackout determination.

하이(high) 플래그가 유지되는 시간을 측정하는 시점은, 단계(S240)에서 저전압 상태가 아닌 것으로 판단된 시점, 즉 정전 플래그가 하이(high)인 것으로 확정된 순간을 의미한다. 해당 순간에 하이(high) 플래그가 유지되는 시간 측정이 트리거(trigger)된다. The time point at which the high flag is maintained means the time point at which it is determined that the low voltage state is not in step S240, that is, the moment when it is determined that the blackout flag is high. At that instant, the time measurement for which the high flag is held is triggered.

정전 상태 제2 차 판단을 위한 제한 시간, 즉 임계 시간은 IEEE 표준. 1159에 근거하여 결정될 수 있다. 구체적으로, EEE 표준. 1159에 따라, 1분을 초과하도록 입력 전압이 특정 레벨 이하이면 연속 정전으로 판단한다. 그리고, EEE 표준. 1159에 따라, 1분 이내 동안만 입력 전압이 특정 레벨 이하이면 순간 정전으로 판단한다.The limiting time for the secondary determination of the power failure state, that is, the critical time, is IEEE standard. 1159. Specifically, the EEE standard. According to 1159, if the input voltage is below a certain level for more than 1 minute, it is determined as a continuous blackout. The EEE standard. According to 1159, if the input voltage is below a certain level for only one minute or less, it is determined as an instantaneous power failure.

다시 말해, 상기 순간 정전은, 예를 들어 입력 전압이 정상 전압 대비 약 10% 수준이며, 그러한 상태가 0.5사이클(cycle) ~ 1분(min) 이내로 유지되는 경우이다. 상기 연속 정전은, 예를 들어 입력 전압이 정상 전압 대비 약 10% 수준인 상태가 1분(min)을 초과하는 상태를 의미한다.In other words, the instantaneous power failure is, for example, when the input voltage is at a level of about 10% of the normal voltage, and such a state is maintained within 0.5 cycles to 1 minute. The continuous blackout means, for example, a state in which the input voltage is at a level of about 10% of the normal voltage for more than 1 minute (min).

한편, 위에서는 단계(S230)의 입력 전압의 검출과 단계(S210)의 인버터 전압 검출이 순차적으로 이루어지는 것만을 설명하였으나, 이는 하나의 예시이다. 예를 들어, 단계들(S210, S230)은 동시에 수행되거나 또는 각각 수행된 후에 취합되는 형태로 구현될 수 있다. 또는, 제1 정전 판단이 종료된 후에 제2 정전 판단이 개시되는 형태로 구현될 수도 있다. Meanwhile, in the above, only the detection of the input voltage in step S230 and the detection of the inverter voltage in step S210 are sequentially described, but this is an example. For example, steps S210 and S230 may be implemented simultaneously or combined after being performed separately. Alternatively, the second power failure determination may be initiated after the first power failure determination is terminated.

다음, 이와 같은 제2 정전 판단에 근거하여 인버터 회생 운전을 개시한다(S270). 보다 구체적으로, 제2 정전 판단 결과 '순간 정전'이면 특정 조건을 만족하는 경우에 한하여 정해진 회생 운전 동작을 수행할 수 있다. 제2 정전 판단 결과 '연속 정전'이면 정해진 회생 운전 동작을 수행한다.Next, based on the determination of the second power failure, the inverter regeneration operation is started (S270). More specifically, if the result of the second power failure determination is 'instantaneous power failure', a predetermined regenerative driving operation may be performed only when a specific condition is satisfied. If the result of determining the second power failure is 'continuous power failure', a predetermined regenerative operation operation is performed.

상기 특정 조건을 만족하는 경우란, 정전 상태의 지속이 임계 시간 이내이지만 입력 전압이 특정 설정 전압 미만으로 감소한 경우를 의미할 수 있다. 따라서, 상기 특정 조건을 만족하지 않는 순간 정전의 경우에는, 인버터 회생 운전을 수행할 필요 없이, 단계(S210)로 돌아가서 정전 상태 모니터링을 계속 수행한다.The case in which the specific condition is satisfied may mean a case in which the power failure state is maintained within a threshold time but the input voltage decreases to less than a specific set voltage. Therefore, in the case of an instantaneous power failure that does not satisfy the specific conditions, the power failure state monitoring is continued by returning to step S210 without performing the inverter regeneration operation.

회생 운전 동작의 구체적인 동작은 다음과 같다('제1 회생 운전 실시 예').The specific operation of the regenerative driving operation is as follows ('first regenerative driving embodiment').

회생 운전이 개시되면, 인버터 제어부(90)는 3상 정류부(30)의 사이리스터(SCR)를 차단(off)시킨다. 또한, 컨버터 제어부(미도시)에 의해 DC 릴레이부(106)가 오프되어, 보조 회로부(103)에 의한 초기 충전 릴레이가 오프된다. 그에 따라, 전원이 복전되더라도 3상 인버터(40)의 DC단, 즉 직류 링크 커패시터(35)에 전원이 공급되지 않는다. When the regeneration operation starts, the inverter controller 90 turns off the thyristor (SCR) of the three-phase rectifier 30. In addition, the DC relay unit 106 is turned off by the converter controller (not shown), and the initial charging relay by the auxiliary circuit unit 103 is turned off. Accordingly, even if power is restored, power is not supplied to the DC terminal of the three-phase inverter 40, that is, to the DC link capacitor 35.

컨버터 제어부는 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 정전 검출 신호를 전달하고, 인버터 제어부(90)의 릴레이가 오프되도록 제어할 수 있다. The converter control unit may transmit a power failure detection signal to the magnetic bearing control unit 80 and the inverter control unit 90 and control the relay of the inverter control unit 90 to be turned off.

인버터 제어부(90)는 회생 정전압 제어 모드를 수행할 수 있다. 구체적으로, 인버터 제어가 오프(OFF)됨에 따라 압축기가 정지되면, 압력의 방향이 바뀌면서 모터가 역회전하기 시작한다. 모터가 역회전하는 시점에, 인버터 제어부에 의해 3상 인버터(40)의 제어를 속도 제어에서 전압 제어로 절환한다. 또한, 3상 인버터(40) 회로의 6개의 스위칭 소자(IGBT)와 인버터 제어부(90)의 센서리스 알고리즘 위치 추정 정보를 이용하여 회생 승압 정전압 제어를 수행할 수 있다. 그에 따라, DC/DC 컨버터부(105)에 안정적인 전원 공급이 이루어져서, 자기베어링 제어부(80)에 전원이 계속 제공될 수 있다. 이때에는, 회생 운전 중 복전되더라도, 3상 전원이 3상 인버터(40) 측과 연결되지 않도록 제어한다. The inverter controller 90 may perform a regenerative constant voltage control mode. Specifically, when the compressor is stopped as the inverter control is turned off, the direction of the pressure is changed and the motor starts to rotate in reverse. When the motor rotates in reverse, the control of the three-phase inverter 40 is switched from speed control to voltage control by the inverter control unit. In addition, the regenerative step-up constant voltage control may be performed using the six switching elements (IGBTs) of the circuit of the three-phase inverter 40 and the position estimation information of the sensorless algorithm of the inverter controller 90. Accordingly, stable power is supplied to the DC/DC converter unit 105, so that power can be continuously supplied to the magnetic bearing control unit 80. At this time, even if power is restored during regenerative operation, control is performed so that the three-phase power is not connected to the three-phase inverter 40 side.

다른 예에서는, 다음과 같은 회생 운전 동작('제2 회생 운전 실시 예')이 수행될 수 있다. 구체적으로, 모터 정지 또는 백업 베어링이 소손되지 않을 정도의 저속으로 모터 구동시, 인버터 제어부(90)에 의해 3상 인버터(40)를 정지한다. 그리고, 3상 인버터(40)가 정지한 후, 자기베어링을 터치다운한다. 이와 같은 회생 운전 중 복전이 이루어지면, 3상 인버터(40) 정지 후 계통측에서 3상 전원이 인버터측의 DC단, 즉 직류 링크 커패시터(35)로 전달되어 DC 전압을 충전한다. In another example, the following regenerative driving operation ('second regenerative driving embodiment') may be performed. Specifically, when the motor is stopped or the motor is driven at a low speed enough not to damage the backup bearing, the three-phase inverter 40 is stopped by the inverter control unit 90 . Then, after the three-phase inverter 40 stops, the magnetic bearing is touched down. When power is restored during such a regenerative operation, after the 3-phase inverter 40 is stopped, the 3-phase power is transferred to the DC terminal of the inverter side, that is, the DC link capacitor 35, to charge the DC voltage.

여기에서는, 3상 인버터(40) 정지 후 3상 정류부(30)의 사이리스터(SCR)와 DC 릴레이부(106)의 초기 충전 릴레이가 모두 온(on) 상태로 설정된다.Here, after the 3-phase inverter 40 is stopped, both the thyristor (SCR) of the 3-phase rectifier 30 and the initial charging relay of the DC relay unit 106 are set to an on state.

또 다른 예에서는, 다음과 같은 회생 운전 동작('제3 회생 운전 실시 예')이 수행될 수도 있다. 구체적으로, 다른 동작은 제1 회생 운전 또는 제2 회생 운전의 동작에 따라 수행된다. 다만, 회생 운전 중 복전시, 3상 인버터(40) 측의 DC 전압이 충전된 이후, 속도 지령이 있는지 여부를 모니터링한다. 모니터링 결과, 속도 지령이 없으면 대기 상태를 유지하고, 속도 지령이 검출되면 3상 인버터(40)를 정상 동작하여 자기베어링 적용 모터(50)를 제어한다. In another example, the following regenerative driving operation ('third regenerative driving embodiment') may be performed. Specifically, the other operation is performed according to the operation of the first regeneration operation or the second regeneration operation. However, when power is restored during regenerative operation, after the DC voltage on the side of the three-phase inverter 40 is charged, whether or not there is a speed command is monitored. As a result of the monitoring, if there is no speed command, the standby state is maintained, and when the speed command is detected, the three-phase inverter 40 is normally operated to control the magnetic bearing-applied motor 50.

도 3은 본 발명에 따라, 정전 판단 및 회생 운전을 구체적으로 보여주는 예시 블록도이다. 3 is an exemplary block diagram showing in detail a power failure determination and regeneration operation according to the present invention.

도 3을 참조하면, 입력 전압 검출(310)에서 입력 전압을 센싱하여 입력 전압 추정(311) 모듈에 제공한다. 입력 전압 추정(311) 모듈은 센싱된 입력 전압의 피크값(Peak) 또는 실효값(RMS)을 이용하여 입력 전압을 추정한다. 이는, 정전 상태 1차 판단(320)에 입력되어, 정전 판단('제1 차 정전 판단')을 위한 설정 입력 전압(312)과 비교된다. Referring to FIG. 3 , the input voltage is sensed in the input voltage detection unit 310 and provided to the input voltage estimation unit 311 . The input voltage estimation module 311 estimates the input voltage using a peak value (Peak) or an effective value (RMS) of the sensed input voltage. This is input to the power failure state primary determination 320 and is compared with the set input voltage 312 for power failure determination ('first power failure determination').

비교 결과(325)는 정전 플래그의 상태로 나타내진다. 정전시, 정전 플래그는 하이(high) 상태가 된다. 반면, 정전이 아닌 경우(예, 저전압 상태 또는 정상 상태), 정전 플래그는 로우(low) 상태가 된다. The comparison result 325 is represented by the state of the blackout flag. In case of power failure, the power failure flag goes high. On the other hand, if it is not a power failure (eg, a low voltage state or a normal state), the power failure flag becomes low.

한편, 인버터 DC 전압 검출(330)에서도 전압을 센싱하여 LPF 적용(331) 모듈에 제공한다. LPF 적용(331) 모듈에서는 로우패스필터를 사용하여 인버터측 전압을 추정하고, 이를 정전 상태 2차 판단(360)에 제공한다. On the other hand, the inverter DC voltage detection 330 also senses the voltage and provides it to the LPF application 331 module. The LPF application 331 module uses a low-pass filter to estimate the voltage on the inverter side, and provides it to the secondary determination 360 of the power failure state.

정전 상태 2차 판단(360)에서는 정전 상태 1차 판단(320)의 판단 결과를 기초로, 인버터측 DC 전압 레벨(241)과 정전 판단 설정 DC 전압(242)을 비교한다. 이때, 정전 상태 2차 판단(360)에서는 전압레벨의 비교 뿐만 아니라, 정전 플래그 하이(high) 상태의 유지 시간을 측정한다. In the power failure state secondary determination 360, based on the determination result of the power failure state primary determination 320, the inverter DC voltage level 241 is compared with the power failure determination set DC voltage 242. At this time, in the power failure state secondary determination 360, not only the voltage level is compared, but also the maintenance time of the power failure flag high state is measured.

정전 상태 2차 판단(360)의 판단 결과, 정전 플래그 로우(low)시 인버터 DC 전압을 저전압 상태(375)로 판단한다. 이때에는 인버터 회생 운전을 수행하지 않는다. 반면, 정전 상태 2차 판단(360)의 판단 결과, 정전 플래그 하이(high)시 인버터 회생 운전(370)을 수행한다.As a result of the determination of the power failure state secondary determination 360, when the power failure flag is low, the inverter DC voltage is determined as the low voltage state 375. In this case, inverter regeneration operation is not performed. On the other hand, as a result of the determination of the power failure state secondary determination 360, when the power failure flag is high, the inverter regeneration operation 370 is performed.

한편, 정전 플래그 로우(low)시라도 인버터 DC 전압이 특정 전압 레벨 미만으로 감소된 경우에는, 자기베어링 제어를 위한 인버터 회생 운전을 수행할 수 있다. 또한, 정전 플래그 하이(high)시에도 그 상태가 임계 시간 내에 로우(low)로 전환되면 인버터 회생 운전(370)을 수행하지 않을 수 있다.Meanwhile, even when the power failure flag is low, when the inverter DC voltage is reduced below a specific voltage level, inverter regeneration operation for controlling the magnetic bearing may be performed. In addition, even when the power failure flag is high, if the state is converted to low within a threshold time, the inverter regeneration operation 370 may not be performed.

도 4는 본 발명에 따라, 정전 상태의 1차 판단 및 2차 판단과 관련한 전압-시간 관계 그래프들이다. 구체적으로, 도 4의 (a)는 정전 상태 1차 판단과 관련된 입력 전압(V)-시간(t) 그래프이고, 도 4의 (b)는 정전 상태 2차 판단과 관련된 인버터 DC 전압(V)-시간(t) 그래프이다. 4 is voltage-time relationship graphs related to a first determination and a second determination of a power failure state according to the present invention. Specifically, (a) of FIG. 4 is an input voltage (V)-time (t) graph related to the first determination of the power failure state, and (b) of FIG. 4 is the inverter DC voltage (V) related to the second determination of the power failure state. -It is a time (t) graph.

도 4의 (a)를 참조하면, 정상 운전 중에는 추정 입력 전압(401)의 전압값이 설정 전압(402) 대비 전 구간에서 크기를 초과한다. 정전이 되면, 추정 입력 전압(401)의 크기가 설정 전압(402) 이하로 감소하게 된다. 이상적으로는, 추정 입력 전압(401)의 크기가 설정 전압(402)의 크기와 동일하게 된 시점에 정전 상태로 판단될 수 있으나, 판단 오류를 회피하기 위해 소정 시간(예, 3초) 판단 지연 시간(410)을 포함할 수 있다. 정전으로 판단되면, 즉 판단 지연 시간(410)이 지나면, 정전 판단 플래그(403)가 하이(high)로 전환된다.Referring to (a) of FIG. 4 , during normal operation, the voltage value of the estimated input voltage 401 exceeds the set voltage 402 in all sections. When a power failure occurs, the magnitude of the estimated input voltage 401 decreases below the set voltage 402 . Ideally, the blackout state can be determined at the time when the magnitude of the estimated input voltage 401 becomes equal to the magnitude of the set voltage 402, but the determination delay for a predetermined time (eg, 3 seconds) to avoid a determination error. may include time 410 . When the power failure is determined, that is, when the determination delay time 410 passes, the power failure determination flag 403 is switched to high.

도 4의 (b)를 참조하면, 정전 판단 플래그(413)가 하이(high)가 된 시점에 순간 정전 판단을 시작한다. 그래프에서, 제1 시간(td)는 정전 상태 2차 판단을 위한 유지 시간이고, 제2 시간(tl)은 정전 상태 2차 판단을 위한 임계 시간을 가리킨다. Referring to (b) of FIG. 4 , instantaneous power failure determination starts when the power failure determination flag 413 becomes high. In the graph, the first time td is the holding time for the secondary determination of the power failure state, and the second time period tl indicates the threshold time for the secondary determination of the power failure state.

도 4의 (b)에서, 인버터 회생 운전 시작 개시를 위한 정전 상태는 두 가지 경우가 있을 수 있다. 제1 케이스(414)는 제1 시간(td) 및 제2 시간(tl)을 만족하지 못하였으나, 인버터 DC 전압(411)이 특정 설정 전압(412) 미만으로 크게 감소한 경우이다. 이때에는 제1 시간(td)을 유지하여 제2 시간(tl)에 도달하지 못한 경우라도 인버터 회생 운전(420)을 수행한다. 제2 케이스(415)는 저전압 상태가 제1 시간(td)을 유지하여 제2 시간(tl)에 도달한 경우로서, 이때에는 정전 상태로 판단함으로써, 인버터 회생 운전(420)을 개시한다. In (b) of FIG. 4, there may be two cases of a power failure state for starting the inverter regeneration operation. The first case 414 is a case where the first time period td and the second time period tl are not satisfied, but the inverter DC voltage 411 greatly decreases below a specific set voltage 412 . In this case, the inverter regeneration operation 420 is performed even when the first time period td is maintained and the second time period tl is not reached. In the second case 415, the low voltage state is maintained for the first time period td and reaches the second time period tl. At this time, the inverter regeneration operation 420 is started by determining that the power failure state is present.

제1 케이스(414)와 제2 케이스(415)는 모두 인버터 회생 운전(420)을 수행한다는 점은 동일하다. 다만, 인버터 회생 운전(420)의 개시 시점이 각각 제1 시간(td) 내의 특정 시점(예, 인버터 DC 전압(411)이 특정 설정 전압(412) 미만으로 감소한 후 일정 시간 후 또는 최대임계 전압 도달시점) 또는 제2 시간(tl) 도달시점으로 다르게 적용될 수 있다. It is the same in that both the first case 414 and the second case 415 perform the inverter regeneration operation 420 . However, the starting point of the inverter regeneration operation 420 is at a specific point in time within the first time td (eg, after a certain period of time after the inverter DC voltage 411 decreases to less than a specific set voltage 412 or when the maximum threshold voltage is reached). point of time) or the point of arrival of the second time (tl).

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 정전 판단시 회생 운전 동작을 구체적으로 설명하겠다. Hereinafter, with reference to FIG. 5 , a regenerative driving operation upon determination of a power outage according to the present invention will be described in detail.

먼저, 정전 1차 판단 및 정전 2차 판단에 기초하여, 정전 상태로 최종 확저되면, 인버터 회생 운전이 시작된다(570). First, when the power failure state is finally confirmed based on the first power failure determination and the second power failure determination, the inverter regeneration operation starts (570).

그에 따라, 3상 인버터(40, 도 1)의 DC단, 즉 직류 링크 커패시터(35, 도 1)에 DC 전압의 공급을 중단한다. 이를 위해, 인버터 제어부(90, 도 1)는 회생 운전이 시작됨과 동시에, 3상 정류부(30, 도 1)측의 사이리스터(SCR)와 DC 릴레이부(106)의 초기 충전 릴레이를 모두 오프(off) 상태로 제어한다. Accordingly, the DC voltage supply to the DC terminal of the three-phase inverter 40 (FIG. 1), that is, the DC link capacitor 35 (FIG. 1) is stopped. To this end, the inverter control unit 90 (FIG. 1) turns off both the thyristor (SCR) of the three-phase rectifier unit 30 (FIG. 1) and the initial charging relay of the DC relay unit 106 at the same time as the regeneration operation starts. ) to be controlled.

다음, 자기베어링적용 모터(50, 도 1)의 속도가 감소되어, 모터(50)가 구동 정지 백업베어링 소손 이하로 구동 속도가 감소되는지를 모니터링한다. 즉, 인버터 정지여부를 모니터링한다(571).Next, the speed of the magnetic bearing-applied motor 50 (FIG. 1) is reduced, and it is monitored whether the driving speed of the motor 50 is reduced below the burnout of the backup bearing to stop driving. That is, whether the inverter is stopped is monitored (571).

모터(50)가 구동 정지 백업베어링 소손 이하로 구동 속도가 감소된 것으로 판단되면, 이제는 정전 상태가 지속되는지를 모니터링한다(572). 이는 정전 플래그의 하이(high) 상태가 유지된 시간이 임계시간에 도달하였는지 여부로 확인할 수 있다. When it is determined that the driving speed of the motor 50 is reduced below the driving stop backup bearing burnout, it is now monitored whether the power failure state continues (572). This can be confirmed by checking whether the time for which the high state of the blackout flag is maintained reaches a critical time.

단계(572)에서의 판단 결과 순간 정전인 경우('아니오'로 분기), 위에서 설명한 제3 회생 운전 실시 예('복전')를 수행한다. 구체적으로, 인버터측 DC 단, 즉 직류 링크 커패시터(35)에 DC 전압을 충전한다(575). 3상 인버터(30) 측의 DC 전압이 충전된 이후, 속도 지령이 있는지 여부를 모니터링한다. 모니터링 결과, 속도 지령이 검출되면 인버터 운전을 개시한다(576). 즉 상 인버터(30)를 정상 동작하여 자기베어링 적용 모터(50)를 제어한다. 속도 지령이 검출되지 않으면, 대기 모드(577)를 유지한다.As a result of the determination in step 572, in case of instantaneous power failure (branch to 'No'), the third embodiment of regenerative operation described above ('restoration') is performed. Specifically, the DC voltage is charged in the inverter-side DC stage, that is, the DC link capacitor 35 (575). After the DC voltage on the side of the three-phase inverter 30 is charged, whether or not there is a speed command is monitored. As a result of the monitoring, if a speed command is detected, inverter operation starts (576). That is, the phase inverter 30 is normally operated to control the magnetic bearing-applied motor 50. If the speed command is not detected, the standby mode (577) is maintained.

단계(572)에서의 판단 결과 연속 정전으로 판단되면('예'로 분기), 위에서 설명한 제2 회생 운전 실시 예를 수행한다. 구체적으로, 자기베어링 터치다운(touchdown)이 가능한지를 판단하고(573), 가능한 것으로 판단되면 샤프트가 자기베어링에 안착되도록 자기베어링 터치다운을 수행한다(574). As a result of the determination in step 572, if it is determined that the power failure is continuous (branch to 'yes'), the second regenerative operation described above is performed. Specifically, it is determined whether magnetic bearing touchdown is possible (573), and if it is determined that it is possible, magnetic bearing touchdown is performed so that the shaft is seated on the magnetic bearing (574).

도 6a 및 도 6b는 이와 같이 본 발명에 따른 동작의 실험 결과를 그래프들로 보여준다.6A and 6B show experimental results of the operation according to the present invention as graphs.

도 6a에 도시된 바와 같이, AC 입력 전압(601)을 기초로 추정된 입력 추정 전압(602)이 기설정된 설정 전압(603) 이하로 감소된 것이 검출됨에 따라, 정전 플래그(604)가 로우(low)에서 하이(high)로 전환된 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6A , as it is detected that the estimated input voltage 602 based on the AC input voltage 601 is reduced below the preset set voltage 603, the power failure flag 604 turns low ( You can see that it has been switched from low to high.

또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 정상 상태(a)에서는, DC/DC 출력 전압(611)과 인버터 DC 전압(613)이 일정범위의 크기로 유지된다. 영역(620)은 정전 시(b)와 회생시(d) 동작과 관련된 전압/전류의 흐름을 보다 자세하게 보여준다. Also, as shown in FIG. 6B, in the steady state (a), the DC/DC output voltage 611 and the inverter DC voltage 613 are maintained within a certain range. Region 620 shows in more detail the flow of voltage/current related to operations during power failure (b) and regeneration (d).

도시된 바와 같이, 정전 시(b), C/DC 출력 전압(611)과 인버터 DC 전압(613)이 모두 감소하며, 정전 플래그 세트(c)는 하이(high)로 변경된다. 이후, 회생(d) 운전이 개시되면, 인버터의 구동이 정지하고(e), 이와 같이 인버터 DC 전압의 공급이 중단됨에 따라, 인버터 U상 전류(612)의 변화를 확인할 수 있다. As shown, in case of power failure (b), both the C/DC output voltage 611 and the inverter DC voltage 613 decrease, and the power failure flag set (c) is changed to high. Thereafter, when the regeneration (d) operation starts, the drive of the inverter stops (e), and as the supply of the inverter DC voltage is stopped, the change in the inverter phase U current 612 can be confirmed.

이와 같이 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.As described above, according to at least one of the embodiments of the present invention, effects of the power conversion device and the air conditioner including the same according to the present invention will be described as follows.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.A further scope of the applicability of the present invention will become apparent from the detailed description that follows. However, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention can be clearly understood by those skilled in the art, it should be understood that the detailed description and specific examples such as preferred embodiments of the present invention are given as examples only.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, etc. described in the embodiments above are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, and effects illustrated in each embodiment can be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to these combinations and variations should be construed as being included in the scope of the present invention.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, although the above has been described with a focus on the embodiments, these are only examples and do not limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention belongs can exemplify the above to the extent that does not deviate from the essential characteristics of the present embodiment. It will be seen that various variations and applications that have not been made are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Claims

In a power conversion device that supplies power to a magnetic bearing applied motor and includes an inverter unit and a converter unit,
The converter unit receiving an AC voltage as a first power source during initial driving;
The inverter unit including a DC link capacitor and connected to the input terminal of the converter through the DC link capacitor;
an auxiliary circuit unit performing initial charging using the first power and supplying the rectified second power to an inverter control unit and a magnetic bearing control unit connected to the converter unit;
A converter control unit controlling operations of the converter unit and the auxiliary circuit unit;
The converter control unit,
An input voltage corresponding to the first power source is compared with a first power failure reference voltage, and a first power failure state determination is performed based on the comparison result;
The inverter control unit,
Based on the result of performing the first determination, the inverter voltage corresponding to the second power source is compared with the second power failure reference voltage, and as a result of the comparison, during a power failure, a power failure flag is maintained at a high state. A power conversion device characterized in that it determines whether or not to continue the power failure state by performing a power failure state secondary determination based on the power failure state.

According to claim 1,
The inverter control unit,
As a result of the first determination or the second determination, when a power failure occurs, the power failure flag is switched from low to high or controlled to remain high;
The power conversion device of claim 1, further comprising a cycle measuring means for measuring a holding time of a high state when the high state is detected.

According to claim 2,
The inverter control unit,
When the time measured by the cycle measuring unit after detecting the high state reaches a preset threshold time, it is determined that the power failure state continues and a preset regenerative operation is started.

According to claim 2,
The inverter control unit,
Determining an instantaneous power failure when the high state is converted to a low state before the time measured by the cycle measuring unit after detecting the high state reaches a preset threshold time A characterized power conversion device.

According to claim 4,
The inverter control unit,
In response to the determination of the instantaneous power failure, the power conversion device characterized in that the control to charge the DC voltage in the DC link capacitor of the inverter.

According to claim 5,
The inverter control unit,
After charging the DC link capacitor of the inverter, detecting whether or not there is a speed command, maintaining a standby state when the speed command is not detected, and controlling the inverter to start operating when the speed command is detected .

According to claim 2,
The inverter control unit,
When the time measured by the cycle measuring means after the detection of the high state reaches a preset threshold time, controlling the magnetic bearing to touchdown when the inverter stops driving power converter.

According to claim 1,
In response to a decrease in the magnitude of the input voltage to less than the first power failure reference voltage, a power failure flag is switched to high and the first determination is determined to be a power failure state.

According to claim 8,
The converter control unit,
When the magnitude of the input voltage decreases to reach the first power failure reference voltage, the power conversion device is determined to be in the power failure state after a predetermined delay time has elapsed.

According to claim 9,
The power conversion device, characterized in that the second determination is started after it is determined whether or not it is in a power failure state as a result of the first determination.

According to claim 1,
The inverter control unit,
Maintaining a blackout flag in a high state when the magnitude of the inverter voltage decreases to reach the second blackout reference voltage;
and determining whether to start a regenerative operation based on whether or not the blackout flag remains high until a threshold time is reached.

According to claim 11,
The inverter control unit,
The regenerative operation is started only when the power failure flag remains high until the threshold time is reached;
The power conversion device, characterized in that the threshold time is set to 1 minute.

According to claim 1,
Further comprising a step-down transformer for stepping down the input voltage and providing it to the converter unit and the auxiliary circuit unit;
The step-down transformer is a power conversion device, characterized in that 380V: 220V takes a 1: 2 structure.

According to claim 13,
The step-down transformer is connected to the converter unit and the auxiliary circuit unit through a power line branched to a separate tap,
The power conversion device, characterized in that the converter unit has a circuit structure connected in parallel with the auxiliary circuit unit and connected in series with the DC link capacitor of the inverter unit.

According to claim 1,
The input voltage and the inverter voltage are detected by applying a low pass filter (LPF) to avoid an error in the estimated voltage due to noise.

According to claim 1,
In case of power outage as a result of the first and second judgments,
The inverter control unit blocks a thyristor (SCR) of the rectifier unit connected to the inverter unit, and the converter control unit outputs a control signal to turn off a charging relay connecting the converter unit and the auxiliary circuit unit. .

According to claim 1,
The magnetic bearing control unit,
As a result of the first and second determinations, in case of a power failure, the power conversion device characterized in that the magnetic bearing control is performed by receiving the second power from the auxiliary circuit unit and applying a current to the magnetic bearing applied to the motor .

An air conditioner comprising the power converter according to any one of claims 1 to 17.