KR19980048108A - 동적 제동 회로를 구비한 인버터 - Google Patents

동적 제동 회로를 구비한 인버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동적 제동 회로를 구비한 인버터에 관한 것이다. 본 발명의 동적 제동회로를 구비한 인버터는 입력 직류전원을 3상 교류전원으로 변환하는 정류 회로와, 상기 3상 교류전원에 의해 유도전동기를 운전 제어하는 인버터부와, 상기 인버터부에 의해 상기 유도전동기가 급감속될 때 발생되는 역기전력으로부터 상기 정류 회로를 보호하는 동적 제동 회로와, 상기 동적 제동 회로에 흐르는 순시전류를 검출하는 전류검출부와, 상기 전류검출부에 의해 검출된 순시전류와 상기 동적 제동 회로의 피크 정격 전류를 비교하여 상기 순시전류가 보다 크면 오류메시지를 출력하고, 상기 순시 전류가 보다 작으면 상기 동적 제동 회로의 저항값에 맞는 전류가 흐르도록 상기 순시전류의 듀티비를 조절하는 동적 제동 제어부로 구성되어 있다. 본 발명에 의해 동적 제동 회로의 파손 및 인버터의 오동작이 방지된다.

Description

동적 제동 회로를 구비한 인버터
본 발명은 유도전동기를 운전 제어하는 인버터에 관한 것으로, 특히 인버터에 의해 운전 제어되는 유도전동기의 급감속으로부터 동적 제동 회로가 보호되도록 한 동적 제동 회로를 구비한 인버터에 관한 것이다.
일반적으로 인버터는 유도전동기를 운전 제어하는 장치이다. 즉, 인버터는 입력 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 유도전동기에 급전해 줌으로써 유도전동기를 운전 제어하는 장치로서, 산업계의 전력전자분야에서는 없어서는 안될 매우 중요한 장치이다. 이러한 인버터는 일종의 보호회로로서 동적 제동 회로(dynamic braking circuit)를 가질 수 있다.
도 1에는 이와같은 동적 제동 회로를 가지고 있는 종래 인버터의 구성이 도시되어 있다. 이에 도시된 바와같이, 종래 인버터는 입력 전류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 정류 회로(110)와, 상기 3상 교류 전원에 의해 유도전동기(도시되지 않음)를 운전 제어하는 인버터부(130)와, 상기 인버터부(130)에 의해 상기 유도전동기가 급감속될 때 발생되는 역기전력으로부터 상기 정류 회로(110)를 보호하는 동적 제동 회로(120)로 구성되어 있다.
상기 정류 회로(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 6개의 다이오드(D1-D6)로 구성되어 있다. 이와같이 다이오드로 구성된 정류 회로(110)에 의해 입력 직류 전원으로부터 정류된 3상 교류 전원이 상기 인버터부(130)에 공급된다.
상기 인버터부(130)는 6개의 스위칭소자(S1-S6)와, 이들 스위칭소자들중 해당하는 스위칭소자에 각각 병렬접속되어 있는 6개의 병렬 다이오드(WD1-WD6)로 구성되어 있다. 인버터부(130)는 적절한 제어기법을 이용하여 상기 3상 교류 전원에 의해 유도전동기(도시되지 않음)에 대해 운전 제어를 행하는데, 이러한 유도전동기의 운전제어는 본 발명과 직접적으로 관련되지 않으므로 이에 대한 더 이상의 설명은 하지 않는다.
인버터부(130)에 의해 유도전동기가 운전 제어되는 경우에, 정속 운전중인 유도전동기를 어떠한 필요에 의해 급감속시켜야 하는 경우가 있을 수 있다. 유도전동기를 급감속시키면, 이 유도전동기 자체의 역기전력에 의해 인버터부(130)측으로 전류가 흐르게 된다. 즉, 상기 인버터부(130)의 상기 병렬 다이오드(WD1-WD6)를 통해 전류가 흐리게 되며, 이 전류 흐름에 의해 상기 동적 제동 회로(120)의 제1, 제2콘덴서(C1, C2)에 전압이 충전되게 된다.
상기 동적 제동회로(120)는 도 1에 도시된 바와같이, 동적 제동 스위치(S7)와, 동적 제동 저항기(RDB)와, 제1콘덴서(C1)와, 제2콘덴서(C2)로 구성되어 있으며, 이때 상기 동적 제동 스위치(S7)와 동적 제동 저항기(RDB)는 직렬접속되어 제1직렬회로를 구성하고 있고, 상기 제1콘덴서(C1)와 제2콘덴서(C2)도 마찬가지로 직렬접속되어 제2직렬회로를 구성하고 있으며, 그리고 상기 제1직렬회로와 상기 제2직렬회로는 병렬접속되어 있다.
유도전동기에서 발생된 역기전력에 의해, 상기 제1, 제2콘덴서(C1, C2)의 충전전압이 일정 레벨에 도달하면 상기 동적 제동 스위치(S7)는 턴온되게 된다. 이 턴온에 의해 상기 일정레벨에 도달한 충전전압은 상기 동적 제동 저항기(RDB)에 의해 방전된다. 따라서 상기 역기전력에 의해 과전류가 흐르게 되더라도 상기 동적 제동 회로(12)에 의해 상기 정류 회로 등은 과전류로부터 보호된다.
이와같이, 동적 제동 회로는 유도전동기는 급감속에 의해 유도전동기에서 발생된 역기전력으로부터 정류 회로를 보호하는 역할을 한다.
인버터 제조 회사들은 인버터 제조시에 각각 자기 회사에 의해 권장된 용량의 동적 제동 스위칭 소자(예컨대, 도 1의 동적 제동 스위치(S7))를 사용하고 있다. 따라서 용량이 동일한 인버터라도 사용되는 그러한 스위칭 소자의 전류 정격이 상이할 수 있다. 즉, 도 1에서 동적 제동 스위치(S7)의 정격 전류는 인버터 제조 회사마다 상이하다. 인버터 제조 회사에 의해 권장되는 저항값을 가지고 있지 않은 동적 제동 저항기(또는 동적 제동 회로)를 인버터의 구성에 사용하면 이 동적 제동 저항기를 통해 흐르는 전류값이 달라진다. 실제로 현장에서는 인버터를 구성할 때 인버터 제조 회사에서 권장하는 저항값을 가진 동적 제동 저항기를 사용하는 경우는 매우 드물며, 사용자에 의해 임의로 설정된 저항값을 가진 동적 제동 저항기가 사용되는 경우가 빈번하다. 이때, 동적 제동 저항기의 저항값의 설정시, 사용자의 실수로 그 설정이 부적절한 경우도 있을 수 있다.
사용자에 의해 설정된 동적 제동 저항기의 저항값이 인버터 제조 회사에서 권장하는 값보다 매우 작은 경우에는 이 동적 제동 저항기에 과전류가 흐르게 되어 동적 제동 저항기의 파손이 야기될 수 있을 뿐만 아니라, 인버터 관련 부분 자체의 안전성에도 악영향을 미칠 수 있다. 결국, 동적 제동 저항기가 파손되는 경우에는 동적 제동 저항기를 빈번하게 교환해 주어야 한다. 또한, 빈번한 교환을 위해 인버터가 설치되어 있는 공장의 생산 라인이 작업 중단되는 시간적 경제적 손실이 야기된다.
반면에, 사용자에 의해 설정된 동적 제동 저항기의 저항값이 인버터 제조 회사에서 권장하는 저항값에 비해 너무 커서 이 동적 제동 저항기를 통해 흐르는 전류의 값이 작으면 동적 제동 회로의 제1, 제2콘덴서(C1, C2)에 충전되어 있던 충전전압이 필요한 만큼 소비되지 않게 되며, 이에따라 과전압상태가 빈번하게 발생할 수도 있다. 이는 또한 인버터에서 에러발생으로 간주되어 인버터가 설치되어 있는 공장의 생산라인에서의 작업지연이 야기될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 동적 제동 회로의 저항값을 인식하여, 유도전동기의 급감속으로 인해 발생된 역기전력에 의해 동적 제동 회로의 콘덴서에 충전되어 있던 충전전압이 필요한 만큼 방전되도록 하기에는 동적 제동 저항기의 저항값이 너무 작은 경우에는, 에러신호를 발생해 줌으로써 동적 제동 저항기의 파손을 미연에 방지할 수 있는 동적 제동 회로를 구비한 인버터를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 동적 제동 저항기의 저항값에 따라 전류를 결정해 줌으로써 인버터의 오동작의 원인을 제거할 수 있는 동적 제동 회로를 구비한 인버터를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 동적 제동 회로를 구비한 인버터의 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동적 제동 회로를 구비한 인버터의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 프로그램 영역을 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동적 제동 회로를 구비한 인버터의 동작 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
210:정류 회로220:동적 제동 회로
230:인버터부240:전류검출부
250:동적 제동 제어부
본 발명의 상기 목적들은 본 발명에 따른 동적 제동 회로를 구비한 인버터에 의해 달성된다. 본 발명의 동적 제동 회로를 구비한 인버터는 입력 전류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 정류 회로와, 상기 3상 교류 전원에 의해 유도전동기를 운전 제어하는 인버터부와, 상기 인버터부에 의해 상기 유도전동기가 급감속될 때 발생되는 역기전력으로부터 상기 정류 회로를 보호하는 동적 제동 회로와, 상기 동적 제동 회로에 흐르는 순시전류를 검출하는 전류검출부와, 상기 전류검출부에 의해 검출된 순시전류와 상기 동적 제동 회로의 피크 정격 전류를 비교하여 상기 순시전류가 보다 크면 오류메시지를 출력하고, 상기 순시 전류가 보다 작으면 상기 동적 제동 회로의 저항값에 맞는 전류가 흐르도록 상기 순시전류의 듀티비를 조절하는 동적 제동 제어부로 구성되어 있다.
본 발명에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 인버터의 프로그램 영역중 기존의 인버터 구동을 위한 영역(ST1-ST3)외에 본 발명에 따른 동적 제동 제어를 위한 영역(ST4)을 포함하고 있으며, 기존의 인버터 구동을 위한 영역(ST1-ST3)에서는 인버터를 초기화한다. 즉, 주변장치를 확인하고 프로그램을 점검하며 오프셋(offset) 계산에 대해 보상을 행한다. 다음에, 메인 프로그램을 전류 또는 속도 제어 스위칭을 행하고 기타 주변장치를 제어한다. 상기 본 발명에 따른 동적 제동 제어를 위한 영역(ST4)에서는 이하에서 설명하는 바와같이 동적 제동 제어를 행한다.
본 발명에서는, 인버터를 초기화할 때, 인버터에 설치되어 있는 동적 제동 회로측에 짧은 시간동안에 걸쳐서 순시전류를 공급해 줌으로써 사용자에 의해 상기 동적 제동 회로에 설정된 동적 제동 저항기의 저항값을 측정하고, 이 측정에 의해 이 사용자에 의해 설정된 저항값이 부적절한 것으로 판명된 경우에, 즉 사용자에 의해 동적 제동 저항기의 저항값이 부주의하게 설정된 것으로 판명된 경우에, 본 발명에 따라 상기 동적 제동 회로의 파손을 방지하게 된다.
또한 본 발명에서는, 사용자에 의해 설정된 동적 제동 회로에서 저항값에 맞게 전류를 제어함으로써 인버터의 오동적을 방지한다.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동적 제동 회로를 구비한 인버터의 블록도가 도시되어 있다. 이에 도시된 바와같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동적 제동 회로를 구비한 인버터는 입력 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 정류 회로(210)와, 상기 3상 교류 전원에 의해 유도전동기(도시되지 않음)를 운전 제어하는 인버터부(230)와, 이 인버터부(230)에 의해 상기 유도전동기가 급감속될 때 발생되는 역기전력으로부터 상기 정류 회로(210)를 보호하는 동적 제동 회로(220)와, 이 동적 제동 회로(220)에 흐르는 순시전류를 검출하는 전류검출부(240)와, 이 전류검출부(240)에 의해 검출된 순시전류와 상기 동적 제동(220)의 피크 정격 전류를 비교하여 상기 순시전류가 보다 크면 오류메시지를 출력하고, 상기 순시 전류가 보다 작으면 상기 동적 제동 회로(220)에서 저항값에 맞는 전류가 흐르도록 상기 순시전류의 듀티비를 조절하는 동적 제동 제어부(250)로 구성되어 있다.
이러한 구성으로부터 알 수 있는 바와같이, 동적 제동 회로(220)로부터 전류를 검출하는 전류검출부(240)와, 이 전류검출부(240)로부터 검출전류를 입력받아 동적 제동 제어를 행하도록 된 동적 제동 제어부(250)를 더 구비하고 있다는 점을 제외하고는 본 발명은 하드웨어측면에서는 도 1의 종래의 동적 제동 회로를 구비한 인버터와 실질적으로 동일하다.
동적 제동 회로(120)는 도 2에 도시되어 있는 바와같이 동적 제동 스위치(S7)와, 동적 제동 저항기(RDB)와, 이들 동적 제동 스위치와 동적 제동 저항기에 의해 형성된 직렬회로에 병렬접속되어 있는 제1콘덴서(C1)와 제2콘덴서(C2)의 직렬회로로 구성되어 있으며, 도 1의 종래 구성과 동일하다.
상기 전류검출부(240)는 동적 제동 회로(120)의 상기 동적 제동 스위치(S7)의 단락에 의해 상기 동적 제동 저항기(RDB)에 흐르는 전류를 검출하도록 되어 있으며, 도 2에 도시된 바와같이 동적 제동 회로(220)의 상기 동적 제동 스위치(S7)와 상기 동적 제동 저항기(RDB) 사이에 설치되어 있다. 이 설치위치는 이에 한정되지 않으며, 동적 제동 회로의 전류를 측정할 수 있는 위치이면 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 전류검출부(240)는 홀센서로 구성되어 있다. 전류검출부(240)에 의해 검출된 측정전류, 즉 동적 제동 회로(220)에 흐르는 전류는 동적 제동 제어부(250)에 입력된다.
도 4에는 이 동적 제동 제어부(250)의 동작을 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다. 동적 제동 제어부(250)는 주변장치를 확인하고 프로그램을 점검하며 그리고 오프셋 계산 보상을 행하는 초기화 과정을 먼저 수행하는데, 이 초기화 과정에서는 동적 제동 회로(220)의 동적 제동 저항기(RDB)에 직렬접속되어 있는 동적 제동 스위치(S7)를 10밀리초[ms]정도의 짧은 시간 동안 단락(ON)시켜서, 상기 동적 제동 회로(220)에 상기 짧은 시간동안 전원을 공급한다(ST1). 이에따라, 상기 짧은 시간 동안에 동적 제동 저항기(RDR)에 순시적으로 전류가 흐르며, 이때의 전류를 순시전류(IDB)로 정의한다.
상기 순시전류(IDB)는 전류검출부(240), 즉 홀센서에 의해 검출되어 동적 제동 제어부(250)에 입력된다. 동적 제동 제어부(250)는 이 순시전류(IDB)가 동적 제동 스위치(S7)의 피크 정격 전류(IPK)보다 큰지를 확인한다(ST2).
상기 순시전류(IDB)가 동적 제동 스위치(S7)의 피크 정격 전류(IPK) 이상이면, 동적 제동 제어부(250)에서는 사용자에 의해 설정된 상기 동적 제동 저항기(RDB)의 저항값이 적절하지 않은 것으로 간주하고, 사용자에게 오류 메시지(신호)를 출력해 준다(ST3). 이러한 오류 메시지의 출력은 발광다이오드를 통한 출력 또는 액정표시장치를 통한 출력 등 여러 가지의 방법으로 행해질 수 있다. 오류메시지의 출력에 의해, 상기 사용자는 상기 동적 제동 저항기(RDB)의 저항값이 적절하게 설정되지 않았음을 인식할 수 있고, 이때 그 저항값을 증가시켜 주면 된다.
반면에, 상기 순시전류(IDB)가 상기 동적제동 저항기(RDB)의 피크 정격 전류(IPK) 미만인 것으로 판명되면, 상기 동적 제동 스위치(S7)를 단락시킨다. 이 단락에 의해 상기 동적 제동 스위치(S7)와 동적 제동 저항기(RDB)로 구성된 직렬회로에는 일반적인 전류(Inrm)가 흐르게 되며, 이 전류(Inrm)는 마찬가지로 상기 전류검출부(홀센서)(240)에 의해 검출되어, 상기 동적 제동 제어부(250)에 입력된다.
이때, 상기 동적 제동 회로(220)의 저항값(및 전력)이 인버터 제작 회사에서 권장하는 저항값이면 상기 전류의 듀티비(T)는 0.5가 되며, 권장하는 저항값이 아니면 이에 맞게 듀티비(T)가 조절되어야 한다(ST4, ST5).
즉, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 동적 제동 회로에서 항상 일정한 전력이 유지되도록, 다음의 식(1)에 따라 동적 제동 회로(220)의 전력을 구하여, 이 동적 제동 회로(220)에 흐르는 전류의 양을 제한할 수 있는 듀티비를 구한다:
[수학식 1]
Prms=Vrms·Irms
Irms=Vms/R
동적 제동 회로(220), 즉 동적 제동 스위치(S7)가 턴온되는 전압은 항상 일정하므로, 동적 제동 회로에서 항상 전력이 일정하도록 하기 위해서는 상기 전류(Irms)를 일정하게 유지시켜 주어야 한다.
따라서, 동적 제동 회로(220)의 저항값이 R에서 R'로 변할 때 흐르는 순시 전류(IDB')의 듀티브(T)를 조절함으로써, 동적 제동 회로(220)의 저항값이 R'일때의 전류(Irms')와 동적 제동 회로(220)의 저항값이 R일 때의 전류(Irms)가 동일해지도록 하면, 동적 제동 저항기의 저항값과 무관하게 동적 제동 회로(220)에 흐르는 전류를 일정하게 제어할 수 있다.
순시전류의 듀티비(T)는 다음의 식으로부터 산출될 수 있다(ST5):
[수학식 2]
T=0.5R'/R
사용자에 의해 설정된 동적 제동회로(220)의 저항값(R')이 인버터 제조 회사에서 권장하는 저항값(R)보다 2배 이상 크면, 상기 듀티비(T)는 1를 초과하게 되므로, 이와같이 R'이 R보다 2배 이상일 때에는 듀티비(T)를 조작하지 않고 이 듀티비(T)를 1로 하여 동적 제동 회로(220)가 항상 턴온되도록 한다(ST7). 하지만 사용자에 의해 설정된 동적 제동회로(220)의 저항값(R')이 인버터 제조 회사에서 권장하는 저항값(R)보다 2배 이상 큰 경우에도, 동적 제동 저항기 R'일 때 흐르는 동적 제동 회로(220)에서 흐르는 순시전류(IDB')의 크기는 동적 제동 스위치(S7)의 피크 정격 전류를 초과하지 않는다.
반면에, 사용자에 의해 설정된 동적 제동회로(220)의 저항값(R')이 인버터 제조 회사에서 권장하는 저항값(R)보다 작으면, 듀티비(T)는 1보다 작게 되며, 이때에는 상기 동적 제동 제어부(250)는 상기 사용자에 의해 설정된 동적 제동회로(220)에서 저항값(R')에 맞는 전류가 흐르도록 제어한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 인버터를 초기화할 때, 인버터에 설치되어 있는 동적 제동 회로측에 짧은 시간동안에 걸쳐서 순시전류를 공급해 줌으로써 사용자에 의해 상기 동적 제동 회로에 설정된 동적 제동 저항기의 저항값을 측정하고, 이 측정에 의해 이 사용자에 의해 설정된 저항값이 부적절한 것으로 판명된 경우에, 즉 사용자에 의해 동적 제동 저항기의 저항값이 부주의하게 설정된 것으로 판명된 경우에, 본 발명에 따라 상기 동적 제동 회로의 파손을 방지하게 된다.
또한, 본 발명에서는, 사용자에 의해 설정된 동적 제동 회로의 저항값에 맞게 동적 제동 회로에 흐르는 전류를 제어함으로써 부적절하게 설정된 동적 제동 회로의 저항값에 의해 야기될 수 있는 인버터의 오동작이 방지될 수 있다.

Claims (4)

  1. 입력 전류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 정류 회로와,
    상기 3상 교류 전원에 의해 유도전동기를 운전 제어하는 인버터부와,
    상기 인버터부에 의해 상기 유도전동기가 급감속될 때 발생되는 역기전력으로부터 상기 정류 회로를 보호하는 동적 제동 회로와,
    상기 동적 제동 회로에 흐르는 순시전류를 검출하는 전류검출부와,
    상기 전류검출부에 의해 검출된 순시전류와 상기 동적 제동 회로의 피크 정격 전류를 비교하여 상기 순시전류가 보다 크면 오류메시지를 출력하고, 상기 순시 전류가 보다 작으면 상기 동적 제동 회로에서 저항값에 맞는 전류가 흐르도록 상기 순시전류의 듀티비를 조절하는 동적 제동 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 동적 제동 회로를 구비한 인버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 순시전류는 10밀리초 정도의 짧은 시간 동안 상기 동적 제동 회로에 전원을 공급하여 측정된 전류인 것을 특징으로 하는 인버터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전류검출부는 홀센서인 것을 특징으로 하는 동적 제동 회로를 구비한 인버터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전류검출부는 인버터의 초기화시에 상기 순시전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 동적 제동 회로를 구비한 인버터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100547336B1 (ko) * 1999-10-13 2006-01-26 엘지전자 주식회사 세탁기에서의 제동 제어방법
KR20230073699A (ko) * 2021-11-19 2023-05-26 한국전자기술연구원 다이나믹 브레이킹 모듈의 제동 저항 시스템

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