KR19990039712A - Inverter and its control method - Google Patents

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    • H02M7/5395Conversion 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 with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation

Abstract

본 발명은 직류전원공급부로부터의 직류전원을 스위칭하여 3상의 부하전압을 생성하여 부하에 공급하는 인버터와 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인버터는 직류전원공급부와, 3상 교류 전원의 전압제어신호를 받아 펄스폭 변조하여 스위칭제어신호를 생성하는 펄스폭변조부와, 상기 스위칭제어신호에 따라 상기 직류전원공급부로부터의 직류전원을 스위칭하는 적어도 3쌍의 스위칭소자를 가지고 3상의 부하전압을 생성하여 부하에 공급하는 인버팅부를 포함하는 인버터에 있어서, 각 상의 부하전류가 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점과 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 검출하는 제로검출부와; 상기 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류 전원의 크기가 변조파의 최대값보다 작지 않도록 하고, 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류전원의 크기가 변조파의 최소값보다 크지 않도록 하는 소정의 조절전압을 더하여 상기 3상교류전원을 조절하는 제어신호 조절부를 더 포함한다. 이에 의해, 부하전류의 역률각에 관계없이 부하전류의 크기가 작은 영역에서 부하전류의 왜곡을 방지할 수 있다.The present invention relates to an inverter for generating a three-phase load voltage and supplying the load to the load by switching the DC power from the DC power supply and a control method thereof. An inverter according to the present invention includes a DC power supply unit, a pulse width modulator for receiving a voltage control signal of a three-phase AC power and pulse width modulation to generate a switching control signal, and a direct current from the DC power supply unit according to the switching control signal. An inverter comprising an inverting portion having at least three pairs of switching elements for switching a power supply and generating a three-phase load voltage and supplying the load, wherein the load current of each phase changes from negative to positive and from positive to negative A zero detection unit for detecting a changing zero crossing point; In a predetermined region including the zero crossing point that changes from negative to positive, the magnitude of the three-phase AC power supply is not smaller than the maximum value of the modulation wave, and in the predetermined region including the zero crossing point that changes from positive to negative, the three-phase AC power supply And a control signal adjusting unit for adjusting the three-phase alternating current power by adding a predetermined control voltage such that the magnitude of? Is not greater than the minimum value of the modulation wave. As a result, it is possible to prevent distortion of the load current in a region where the magnitude of the load current is small regardless of the power factor angle of the load current.

Description

인버터 및 그 제어방법Inverter and its control method

본 발명은 인버터에 관한 것으로서, 보다 상세히는 직류전원공급부와, 3상 교류 전원의 전압제어신호를 받아 펄스폭 변조하여 스위칭제어신호를 생성하는 펄스폭변조부와, 상기 스위칭제어신호에 따라 상기 직류전원공급부로부터의 직류전원을 스위칭하는 적어도 3쌍의 스위칭소자를 가지고 3상의 부하전압을 생성하여 부하에 공급하는 인버팅부를 포함하는 인버터와 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter, and more particularly, a DC power supply unit, a pulse width modulator for receiving a voltage control signal of a three-phase AC power and pulse width modulating to generate a switching control signal, and the DC control unit according to the switching control signal. The present invention relates to an inverter including at least three pairs of switching elements for switching a DC power supply from a power supply unit and an inverting unit for generating a three-phase load voltage and supplying the load to a load and a control method thereof.

펄스폭변조형 인버터는 스위칭 소자를 교대로 온(ON)시켜 직류전원을 폭을 달리하는 복수의 펄스 형태의 교류전압으로 변환하는 장치로서, 부하에 인버터를 통하여 전력을 공급하는 경우 원하는 크기와 주파수를 갖는 부하전압을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 전력손실을 줄일 수 있기 때문에 산업현장에 널리 쓰이고 있다.A pulse width modulated inverter is a device that converts a DC power source into a plurality of pulsed AC voltages having different widths by alternately turning on switching elements. It is widely used in industrial sites because it can supply a load voltage having a voltage and a power loss.

그런데, 펄스폭변조형 인버터에서는, 펄스형태의 교류전압을 생성하기 위하여 스위칭 소자를 교대로 온시켜야 하는데, 만약 동시에 스위칭 소자가 온상태에 있는 경우 직류전원이 스위칭소자에만 인가되어 스위칭소자가 손상된다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법들이 다수 고안되어 적용되고 있다.By the way, in the pulse width modulation inverter, switching elements should be turned on alternately in order to generate an alternating voltage in the form of a pulse. At the same time, if the switching elements are in the on state, the DC power is applied only to the switching elements and the switching elements are damaged. There is a problem, and a number of methods have been devised and applied to solve this problem.

그러한 방법의 하나로 스위칭소자를 온시킬 때 데드타임(Dead Time)을 인가하고 있다.One such method applies a dead time when the switching device is turned on.

도 1은 종래의 데드타임을 인가하는 인버터의 구성도이다. 데드타임만을 인가하는 인버터는 3개의 비교기(COM, 8), 3개의 반전용 인버터(INV, 9) 및 데드타임인가부(7)을 가지고 6개의 스위칭제어신호(C1 *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *, C6 *)를 생성하는 펄스폭변조부(6)를 가지고 있다.1 is a configuration diagram of an inverter applying a conventional dead time. The inverter that applies only the dead time has three comparators (COM, 8), three inverting inverters (INV, 9), and a dead time applying unit (7) and six switching control signals (C 1 * , C 2 * ,). C 3 * , C 4 * , C 5 * , C 6 * ) and a pulse width modulator 6.

3상 교류전원의 공급원(도시되지 않음)으로부터 3상 정현파 교류전원(Va, Vb, Vc)이, 변조파 공급원(도시되지 않음)으로부터 삼각파가 공급된다. 교류 전원의 최대값과 변조파의 최대값의 비로 정의되는 변조지수(Modulation Index, M)를 사용하면, 3상 정현파 교류전원은 수학식 1로 나타낼 수 있다. 이후 이 표현을 사용하여 설명한다.Three-phase sine wave AC power supplies Va, Vb, and Vc are supplied from a three-phase AC power supply source (not shown), and a triangular wave is supplied from a modulation wave supply source (not shown). Using a Modulation Index (M) defined as the ratio of the maximum value of the AC power source to the maximum value of the modulated wave, the three-phase sinusoidal AC power source can be represented by Equation 1. This expression will be used later.

Va=MsinθVa = Msinθ

Vb=Msin(θ-120˚)Vb = Msin (θ-120˚)

Vc=Msin(θ+120˚)Vc = Msin (θ + 120˚)

여기서, θ 는 3상 교류 전원의 위상각, M은 변조지수를 나타낸다.here, θ Is the phase angle of the three-phase AC power supply, and M is the modulation index.

여기서, a상 정현파 교류전원 및 삼각파를 역률각(ψ)이 30˚와 90˚인 a상 부하전류와 함께 도시한 것이 도 2이다. 도 2의 가로축은 조절전압의 위상각, 세로축은 삼각파의 크기를 나타낸다. 한편, 3상 교류전원을 수학식 1로 나타내는 경우 3상 부하전류는 수학식 2로 나타낼수 있다.Here, FIG. 2 shows a phase sine wave AC power supply and a triangular wave together with a phase load current having power factor angles of 30 ° and 90 °. 2 represents the phase angle of the control voltage, and the vertical axis represents the magnitude of the triangular wave. Meanwhile, when the three-phase AC power source is represented by Equation 1, the three-phase load current may be represented by Equation 2.

여기서, θ 는 3상 교류 전원의 위상각, M은 변조지수, Z는 부하의 임피던스를 나타낸다.here, θ Is the phase angle of the three-phase AC power supply, M is the modulation index, and Z is the load impedance.

3상 교류전원의 공급원 및 변조파 공급원에 접속된 3개의 비교기(COM, 8)는3상 정현파 교류전원(Va, Vb, Vc)과 삼각파를 각 상별로 비교하여 정현파 교류전원의 크기가 삼각파보다 크면 하이(High) 전압을, 작으면 제로(0) 펄스를 출력한다. 이 때 비교기(8)의 출력은 2개로 분기되며, 비교기(8)에 접속된 반전용 인버터(9)는 비교기(8)의 출력중 하나를 반전시킨다. 이렇게 하여 반전되지 않은 3개의 펄스열(C1, C3, C5)과 반전된 3개의 펄스열(C2, C4, C6)이 생성되며, C1및 C2와C3및 C4는 120도의 위상차를 가지고, C3및 C4와 C5및 C6는 120도의 위상차를 가진다. 이 때 생성된 a상 펄스열 즉, C1및 C2를 도시한 것이 도 3이다. 도 3의 가로축은 위상각, 세로축은 펄스의 진폭을 나타낸다.The three comparators (COM, 8) connected to the three-phase AC power supply and the modulated wave supply source compare the three-phase sine wave AC power (Va, Vb, Vc) and the triangular wave by phase, and the magnitude of the sine wave AC power is larger than that of the triangular wave. If it is large, a high voltage is output, and if it is small, a zero pulse is output. At this time, the output of the comparator 8 is divided into two, and the inverting inverter 9 connected to the comparator 8 inverts one of the outputs of the comparator 8. This produces three uninverted pulse trains (C 1 , C 3 , C 5 ) and three inverted pulse trains (C 2 , C 4 , C 6 ), and C 1 and C 2 and C 3 and C 4 It has a phase difference of 120 degrees, and C 3 and C 4 and C 5 and C 6 have a phase difference of 120 degrees. FIG. 3 shows the a-phase pulse train generated at this time, that is, C 1 and C 2 . 3, the horizontal axis represents phase angles, and the vertical axis represents pulse amplitudes.

비교기(8) 및 반전용 인버터(9)에 접속된 데드타임인가부(7)는 6개의 펄스열(C1, C2, C3, C4, C5, C6)중 제로에서 하이로 변하는 시점을 데드타임(Δt) 즉, 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)의 온상태시 축적된 전하가 방전하는 데 충분한 시간(이하 같음)만큼 지연시켜 6개의 스위칭제어신호(C1 *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *, C6 *)를 생성한다. 여기서, C1 *및 C2 *는 a 상의 정현파 교류전원으로부터, C3 *및 C4 *는 b상의 정현파 교류전원으로부터, C5 *및 C6 * c상의 정현파 교류전원으로부터 생성된 것이다. 이 때 생성된 a상 스위칭제어신호 즉, C1 *및 C2 *를 도시한 것이 도 4이다. 도 4의 가로축은 위상각, 세로축은 펄스의 진폭을 나타내며, C1 *에는 6개소, C2 *에는 5개소에서 데드타임이 인가되어 있다.The dead time applying unit 7 connected to the comparator 8 and the inverter 9 for inversion has six pulse strings C.One, C2, C3, C4, C5, C6Is the dead time Δt, that is, the switching element Q.One, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 6 switching control signals (C) by delaying the accumulated charge by a time sufficient to dischargeOne *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *, C6 *) Where COne *And C2 *Is a sine wave ac power from a3 *And C4 *Is a sine wave ac power from b,5 *And C6 *Is It is generated from sinusoidal AC power in phase c. The a-phase switching control signal generated at this time, that is, COne *And C2 *4 is shown. 4, the horizontal axis represents the phase angle, the vertical axis represents the amplitude of the pulse, COne *There are six places, C2 *Dead time is authorized in five places.

직류전압공급부(4)는 직류전원을 공급하며, 직류전압공급부(4) 및 펄스폭변조부(6)에 접속된 인버팅부(2)는, 도 1에 도시한 바와 같이, C1 *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *및 C6 *을 각각 Q1, Q4, Q2 *, Q5, Q3, Q6스위칭소자의 스위칭제어신호로 하여 직류전원공급부(4)의 직류전원(Ed)을 펄스형태의 교류전압으로 변환하여 부하에 공급한다. 이 때, 상부 암(Arm)에 있는 Q1, Q2, 및 Q3스위칭소자와 하부 암에 있는 Q4, Q5및 Q6스위칭소자는 스위칭제어신호가 하이일 때 온된다.DC voltage supply (4) supplies a direct current power source, an inverting unit (2) is connected to the DC voltage supply 4 and the pulse width modulation unit 6, as shown in Fig. 1, C 1 *, DC power supply unit using C 2 * , C 3 * , C 4 * , C 5 * and C 6 * as switching control signals of Q 1 , Q 4 , Q 2 * , Q 5 , Q 3 and Q 6 switching elements, respectively The DC power supply Ed of (4) is converted into a pulsed AC voltage and supplied to the load. At this time, the Q 1 , Q 2 , and Q 3 switching elements in the upper arm and the Q 4 , Q 5 and Q 6 switching elements in the lower arm are turned on when the switching control signal is high.

스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)와 역병렬로 접속하고 있는 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)는 부하의 인덕턴스성분에 의한 자기유도작용으로부터 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)를 보호하는 역할을 한다.The diodes D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 5 , and D 6 connected in parallel with the switching elements Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 and Q 6 It protects the switching elements (Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 , Q 6 ) from the self-induction action by the inductance component of.

여기서, 도 2와 도 4를 비교하여 보면, 부하전류의 역률각이 30˚와 75˚되는 부근에서 데드타임이 인가되어 부하전류의 왜곡이 발생한다.Here, comparing FIG. 2 and FIG. 4, the dead time is applied in the vicinity of the power factor angle of the load current is 30 ° and 75 °, the distortion of the load current occurs.

통상적으로, 데드타임을 인가하면 부하전류의 왜곡을 가져와 부하의 정상적인 동작을 방해하게 되므로, 이러한 왜곡에 따른 부하전류의 변동을 보상하는 수단을 강구해야 한다.In general, when the dead time is applied, the load current is distorted and the normal operation of the load is disturbed. Therefore, a means for compensating for the variation of the load current due to such distortion must be taken.

그런데, 왜곡에 따른 부하전류의 변동을 보상하기 위해서는 정확한 부하전류의 검출이 전제되어야 하나, 부하전류의 크기가 작은 경우, 특히 부하전류의 제로크로싱(Zerocrossing)점 부근의 영역에서는 부하전류의 정확한 검출이 어려워 왜곡에 따른 부하전류의 정확한 보상이 불가능해진다는 문제점이 있었다.However, in order to compensate for the variation of the load current due to distortion, accurate detection of the load current should be premised.However, when the load current is small, in particular, in the region near the zero crossing point of the load current, the detection of the load current is accurate. Due to this difficulty, there was a problem that accurate compensation of the load current due to distortion was impossible.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 3상 교류 전원의 소정의 위상범위내에서 조절전압을 인가하는 방법을 고안하여 적용하고 있었다. 이 방법은 3상 교류 전원에 동일한 전압을 인가하더라도 부하의 동작에 영향을 미치지 않는다는 것에 따른 것이다.In order to solve this problem, a method of applying a regulated voltage within a predetermined phase range of a three-phase AC power supply has been devised and applied. This method is based on the fact that applying the same voltage to the three-phase AC power supply does not affect the operation of the load.

도 5는 종래의 데드타임 및 조절전압을 인가하는 인버터의 구성도이다.5 is a configuration diagram of an inverter applying a conventional dead time and a control voltage.

데드타임 및 조절전압을 인가하는 인버터는 3개의 가산기(ADD, 33)와 조절전압생성부(32)를 가지고 소정의 조절전압을 더하여 3상 교류전원을 조절하는 제어신호조절부(31)와, 3개의 비교기(COM, 28), 3개의 반전용 인버터(INV, 29) 및 데드타임인가부(27)을 가지고 6개의 스위칭제어신호(C1 *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *, C6 *)를 생성하는 펄스폭변조부(26)를 가지고 있다.Inverter for applying the dead time and the control voltage has three adders (ADD, 33) and the control voltage generation unit 32, the control signal control unit 31 for adjusting the three-phase AC power by adding a predetermined control voltage, Six switching control signals (C 1 * , C 2 * , C 3 * , C 4 * ) with three comparators (COM, 28), three inverting inverters (INV, 29) and a dead time application section 27 , C 5 * , C 6 * ) has a pulse width modulator 26.

3상 교류전원의 공급원(도시되지 않음)으로부터 3상 정현파 교류전원(Va, Vb, Vc)이, 삼각파 공급원(도시되지 않음)으로부터 삼각파가 공급된다.Three-phase sine wave AC power supplies Va, Vb, and Vc are supplied from a triangular wave supply source (not shown) from a supply source (not shown) of the three-phase AC power source.

3상 교류전원의 공급원에 접속된 조절전압생성부(32)는 수학식 3으로 주어지는 조절전압(V0)을 생성한다.The regulation voltage generation unit 32 connected to the supply source of the three-phase AC power source generates the regulation voltage V 0 given by Equation (3).

0˚<θ≤60˚일때,Vo=-1-Msin(θ-120˚)When 0˚ <θ≤60˚, Vo = -1-Msin (θ-120˚)

60˚<θ≤120˚ 일때, Vo=1-Msinθ 60˚ <θ≤120˚ when, Vo = 1-Msinθ

120˚<θ≤180˚ 일때, Vo=-1-Msin(θ+120˚) 120˚ <θ≤180˚ when, Vo = -1-Msin (θ + 120˚)

180˚<θ≤240˚ 일 때, Vo=1-Msin(θ-120˚) 180˚ <θ≤240˚ when, Vo = 1-Msin (θ-120˚)

240˚<θ≤300˚ 일 때, Vo=-1-Msinθ 240˚ <θ≤300˚ when, Vo = -1-Msinθ

300˚<θ≤360˚ 일 때, Vo=1-Msin(θ+120˚) 300˚ <θ≤360˚ when, Vo = 1-Msin (θ + 120˚)

이 조절전압을 도시한 것이 도 6이다. 도 6의 가로축은 조절전압의 위상각, 세로축은 크기를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 30˚<θ≤90˚ 구간에서 조절전압의 중앙은 위상각 90˚이다.This regulating voltage is shown in FIG. 6 represents the phase angle of the control voltage, and the vertical axis represents the magnitude. As shown in FIG. 6, 30˚ <θ≤90˚ The center of the regulation voltage in the interval is 90 ° phase angle.

조절전압생성부(32) 및 3상 교류전원의 공급원에 접속된 가산기(33)는 3상 정현파 교류 전원에 수학식 3으로 주어지는 조절전압을 더하여 수학식 4로 주어지는 조절된 3상 정현파 교류전원(Va*, Vb*, Vc*)을 출력한다.The adder 33 connected to the regulating voltage generator 32 and the supply source of the three-phase AC power source is a three-phase sinusoidal alternating current power source given by Equation 4 by adding a control voltage given by Equation 3 to the three-phase sinusoidal AC power source ( Va * , Vb * , Vc * ).

60˚<θ≤120˚ 일때, Va*=1 60˚ <θ≤120˚ when, Va * = 1

120˚<θ≤180˚ 일때, 120˚ <θ≤180˚ when,

180˚<θ≤240˚ 일 때, 180˚ <θ≤240˚ when,

240˚<θ≤300˚ 일 때, Va*=-1 240˚ <θ≤300˚ when, Va * = -1

300˚<θ≤360˚ 일 때, 300˚ <θ≤360˚ when,

이 때, 조절된 a상 정현파 교류전원 Va*를 삼각파와 함께 도시한 것이 도 7이다. 도 7의 가로축은 위상각, 세로축은 크기를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, Va*의 크기는 위상각 60˚와 120˚사이에서는 삼각파의 최대값과 같고, 위상각 240˚와 300˚사이에서는 삼각파의 최소값과 같음을 알 수 있다.In this case, FIG. 7 shows the adjusted a-phase sine wave AC power supply Va * together with the triangular wave. The horizontal axis of FIG. 7 represents a phase angle, and the vertical axis represents a magnitude. As shown in FIG. 7, the magnitude of Va * is equal to the maximum value of the triangular wave between the phase angles of 60 ° and 120 °, and the same as the minimum value of the triangular wave between the phase angles of 240 ° and 300 °.

가산기(33) 및 삼각파 공급원(도시되지 않음)에 접속된 3개의 비교기(COM, 28)는 조절된 3상 교류전원(Va*, Vb*, Vc*)과 삼각파를 각 상별로 비교하여 정현파 교류전원의 크기가 삼각파보다 크면 하이(High) 전압을, 작으면 제로(0) 전압을 출력한다. 이 때 비교기(28)의 출력은 2개로 분기되며, 비교기(28)에 접속된 반전용 인버터(29)는 비교기(28)의 출력중 하나를 반전시킨다. 이렇게 하여 반전되지 않은 3개의 펄스열(C1, C3, C5)과 반전된 3개의 펄스열(C2, C4, C6)이 생성되며, C1및 C2와C3및 C4는 120도의 위상차를 가지고, C3및 C4와 C5및 C6는 120도의 위상차를 가진다. 이 때 생성된 a상 펄스열 즉, C1및 C2를 도시한 것이 도 8이다. 도 8의 가로축은 위상각, 세로축은 펄스의 진폭을 나타낸다.The three comparators (COM, 28) connected to the adder 33 and the triangular wave source (not shown) compare the regulated three-phase alternating current power supply (Va * , Vb * , Vc * ) and the triangular wave for each phase to perform a sine wave alternating current. If the size of the power supply is larger than the triangular wave, a high voltage is output, and if it is small, a zero voltage is output. At this time, the output of the comparator 28 is divided into two, and the inverting inverter 29 connected to the comparator 28 inverts one of the outputs of the comparator 28. This produces three uninverted pulse trains (C 1 , C 3 , C 5 ) and three inverted pulse trains (C 2 , C 4 , C 6 ), and C 1 and C 2 and C 3 and C 4 It has a phase difference of 120 degrees, and C 3 and C 4 and C 5 and C 6 have a phase difference of 120 degrees. FIG. 8 shows the a-phase pulse train generated at this time, that is, C 1 and C 2 . 8, the horizontal axis represents phase angles, and the vertical axis represents pulse amplitudes.

비교기(28) 및 반전용 인버터(29)에 접속된 데드타임인가부(27)는 6개의 펄스열(C1, C2, C3, C4, C5, C6)중 제로에서 하이로 변하는 시점을 데드타임(Δt)만큼 지연시켜 6개의 스위칭제어신호(C1 *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *, C6 *)를 생성한다. 여기서, C1 *및 C2 *는 a 상 정현파 교류전원으로부터, C3 *및 C4 *는 b 상 정현파 교류전원으로부터, C5 *및 C6 * c상 정현파 교류전원으로부터 생성된 것이다. 이 때 생성된 a상 스위칭제어신호 즉, C1 *및 C2 *를 도시한 것이 도 9이다. 도 9의 가로축은 위상각, 세로축은 펄스의 진폭을 나타내고, C1 *에는 5개소, C2 *에는 4개소에서 데드타임이 인가된 것을 알 수 있다.The dead time applying unit 27 connected to the comparator 28 and the inverting inverter 29 has six pulse strings C.One, C2, C3, C4, C5, C6The six switching control signals (C) by delaying the time from zero to high by the dead time (Δt).One *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *, C6 *) Where COne *And C2 *Is a phase sine wave ac power, C3 *And C4 *Is b phase sine wave ac power, C5 *And C6 *Is It is generated from c phase sine wave AC power. The a-phase switching control signal generated at this time, that is, COne *And C2 *9 is shown. 9, the horizontal axis represents phase angles, and the vertical axis represents pulse amplitudes.One *There are five places, C2 *It can be seen that dead time is authorized at four places.

직류전압공급부(24)는 직류전원을 공급하며, 직류전압공급부(24) 및 펄스폭변조부(26)에 접속된 인버팅부(22)는, 도 5에 도시한 바와 같이, C1 *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *및 C6 *을 각각 Q1, Q4, Q2 *, Q5, Q3, Q6스위칭소자의 스위칭제어신호로 하여 직류전원공급부(24)의 직류전원(Ed)을 펄스형태의 교류전압으로 변환하여 부하에 공급한다. 이 때, 도 9에 도시된 바와 같이, 조절전압에 의해 위상각 60˚∼ 120˚사이에서 C1 *는 하이 전압, C2 *는 제로전압을 유지하고, 위상각 240˚∼ 300˚사이에서 C1 *는 제로전압, C2 *는 하이전압을 유지하여 Q1및 Q4스위칭 소자의 스위칭이 일어나지 않음을 알 수 있다. 따라서, 이 위상각 영역에서는 데드타임을 인가할 필요가 없고, 부하전류의 왜곡을 피할 수 있다.A direct current voltage supply 24 supplies a direct current power source, an inverting unit 22 connected to the DC voltage supply 24 and the pulse width modulation unit 26 as shown in Fig. 5, C 1 *, DC power supply unit using C 2 * , C 3 * , C 4 * , C 5 * and C 6 * as switching control signals of Q 1 , Q 4 , Q 2 * , Q 5 , Q 3 and Q 6 switching elements, respectively The DC power supply Ed of 24 is converted into a pulsed AC voltage and supplied to the load. At this time, as shown in FIG. 9, C 1 * maintains a high voltage and C 2 * maintains a zero voltage between the phase angles of 60 ° to 120 °, and the phase angle of 240 ° to 300 ° according to the adjustment voltage. It can be seen that C 1 * maintains zero voltage and C 2 * maintains high voltage, so that switching of Q 1 and Q 4 switching devices does not occur. Therefore, it is not necessary to apply dead time in this phase angle region, and distortion of the load current can be avoided.

그런데, 도 2 및 도 9를 비교하여 보면, 교류전원과 부하전류의 역률각이 30˚인 경우 부하전류의 제로크로싱점 부근에서 C1 * 데드타임이 인가되어 부하전류에 왜곡이 발생한다.By the way, comparing FIG. 2 and FIG. 9, when the power factor angle of the AC power supply and the load current is 30 degrees, C is near the zero crossing point of the load current.One *on Dead time is applied and distortion occurs in the load current.

다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)의 구성 및 역할, 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)의 동작은 종래의 데드타임만을 인가하는 인버터와 동일하다.Configuration and role of diodes D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 5 , D 6 , and operation of switching elements Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 , Q 6 are conventional It is the same as the inverter to apply only dead time of.

상술한 바와 같이, 조절전압을 더하는 소정영역을 3상 교류전원만을 기준으로 결정하는 경우, 부하전류의 역률각에 따라서는 부하전류의 크기가 작은 영역에서 스위칭소자의 스위칭이 일어날 수 있고, 이 때에는 종래 데드타임만을 인가하는 인버터의 경우와 같은 문제점이 발생한다.As described above, when the predetermined region to which the adjustment voltage is added is determined based on only the three-phase AC power supply, switching of the switching element may occur in the region where the load current is small depending on the power factor angle of the load current. The same problem as in the case of the inverter applying only the dead time conventionally occurs.

본 발명의 목적은, 부하전류의 역률각에 관계없이 부하전류의 크기가 작은 영역에서 스위칭소자의 스위칭이 일어나지 않도록 하는 인버터 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inverter and a control method thereof in which switching of a switching element does not occur in a region where the magnitude of the load current is small regardless of the power factor angle of the load current.

도 1은 종래의 데드타임을 인가하는 인버터의 구성도,1 is a configuration diagram of an inverter applying a conventional dead time,

도 2는 삼각파, a상 정현파 교류전원 및 역률각이 30˚와 90˚인 a상 부하전류의 파형도,2 is a waveform diagram of a triangular wave, a phase sine wave AC power source and a phase load current having power factor angles of 30 ° and 90 °,

도 3은 도 1에 도시한 인버터에서 데드타임인가부에 입력되는 a상 펄스열의 파형도,3 is a waveform diagram of a phase pulse train input to a dead time applying unit in the inverter shown in FIG. 1;

도 4는 도 1에 도시한 인버터에서의 a상 스위칭제어신호의 파형도,4 is a waveform diagram of a phase switching control signal in the inverter shown in FIG. 1;

도 5는 종래의 데드타임 및 조절전압을 인가하는 인버터의 구성도,5 is a configuration diagram of an inverter applying a conventional dead time and a control voltage;

도 6은 도 5에 도시한 인버터에서의 조절전압의 파형도,6 is a waveform diagram of a control voltage in the inverter shown in FIG. 5;

도 7은 도 5에 도시한 인버터에서 조절된 a상 정현파 교류전원의 파형도,7 is a waveform diagram of a phase sine wave AC power source adjusted in the inverter shown in FIG. 5;

도 8은 도 5에 도시한 인버터에서 데드타임인가부에 입력되는 a상 펄스열의 파형도,8 is a waveform diagram of a phase pulse train input to a dead time applying unit in the inverter shown in FIG. 5;

도 9는 도 5에 도시한 인버터에서의 a상 스위칭제어신호의 파형도,9 is a waveform diagram of a phase switching control signal in the inverter shown in FIG. 5;

도 10은 본 발명에 따른 인버터의 구성도,10 is a configuration diagram of an inverter according to the present invention;

도 11은 삼각파, a상의 정현파 교류전원 및 역률각이 66˚인 a상 부하전류의 파형도,11 is a waveform diagram of a triangular wave, a sine wave AC power supply and a phase load current having a power factor of 66 °;

도 12는 본 발명에 따른 조절전압의 파형도,12 is a waveform diagram of a control voltage according to the present invention;

도 13은 본 발명에 따라 조절된 a상 정현파 교류전원의 파형도,13 is a waveform diagram of a phase sinusoidal AC power source adjusted according to the present invention;

도 14는 본 발명에 따라 데드타임인가부에 입력되는 a상 펄스열의 파형도,14 is a waveform diagram of a phase pulse train input to a dead time applying unit according to the present invention;

도 15는 본 발명에 따른 a상 스위칭제어신호의 파형도이다.15 is a waveform diagram of a phase switching control signal according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

2, 22, 42: 인버팅부 4, 24, 44: 직류전원공급부2, 22, 42: inverting section 4, 24, 44: DC power supply section

6, 26, 46 : 펄스폭변조부 7, 27, 47: 데드타임인가부6, 26, 46: pulse width modulator 7, 27, 47: dead time

8, 28, 48 : 비교기 9, 29, 49 : 반전용 인버터8, 28, 48: comparators 9, 29, 49: inverting inverter

31, 51 : 제어신호조절부 32, 52 : 조절전압생성부31, 51: control signal control unit 32, 52: control voltage generation unit

33, 53: 가산기 61 : 제로검출부33, 53: adder 61: zero detection unit

상기 목적은, 직류전원공급부와, 3상 교류 전원의 전압제어신호를 받아 펄스폭 변조하여 스위칭제어신호를 생성하는 펄스폭변조부와, 상기 스위칭제어신호에 따라 상기 직류전원공급부로부터의 직류전원을 스위칭하는 적어도 3쌍의 스위칭소자를 가지고 3상의 부하전압을 생성하여 부하에 공급하는 인버팅부를 포함하는 인버터에 있어서, 각 상의 부하전류가 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점과 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 검출하는 제로검출부와; 상기 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류 전원의 크기가 변조파의 최대값보다 작지 않도록 하고, 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류전원의 크기가 변조파의 최소값보다 크지 않도록 하는 소정의 조절전압을 더하여 상기 3상교류전원을 조절하는 제어신호 조절부를 더 포함하는 인버터에 의하여 달성된다.The purpose of the present invention is to provide a DC power supply unit, a pulse width modulator for receiving a voltage control signal of a three-phase AC power source and generating a switching control signal by modulating a pulse width thereof, An inverter comprising an inverting unit having at least three pairs of switching elements for switching and generating a three-phase load voltage and supplying the load, wherein the load current of each phase changes from negative to positive and zero from negative to negative. A zero detection unit for detecting a crossing point; In a predetermined region including the zero crossing point that changes from negative to positive, the magnitude of the three-phase AC power supply is not smaller than the maximum value of the modulation wave, and in the predetermined region including the zero crossing point that changes from positive to negative, the three-phase AC power supply Is achieved by an inverter further comprising a control signal adjusting unit for adjusting the three-phase alternating current power by adding a predetermined control voltage such that the magnitude of?

여기서, 상기 각 상의 부하전류와 상기 각 상의 3상 교류전원의 역률각을 계산함으로써, 부하전류의 제로크로싱점을 검출할 수 있으며, 이 때 역률각의 계산은 수학식 5에 의하는 것이 바람직하다.Here, by calculating the power factor angle of the load current of each phase and the three-phase AC power supply of each phase, the zero crossing point of the load current can be detected, and the power factor angle is preferably calculated by the following equation (5). .

여기서, Va,Vb,Vc 는 각각 각 상의 정현파 교류 전원이고, Ia,Ib,Ic 는 각 상의 부하전류이다.here, Va, Vb, Vc Are the sinusoidal AC power in each phase, Ia, Ib, Ic Is the load current of each phase.

한편, 상기 소정영역은 부하전류의 제로크로싱점을 중심으로 좌우 30˚범위로 함으로써, 3상교류전원의 1주기 전체에 걸쳐 조절전압을 중첩없이 인가할 수 있다. 이 때 상기 조절전압은 상기 소정영역에서 조절된 3상교류전원의 최대값 또는 최소값이 변조파의 최대값 또는 최소값과 같아지도록 수학식 6에 따라 결정하는 것이 바람직하다.On the other hand, the predetermined region is in the left and right 30 ° range around the zero crossing point of the load current, it is possible to apply the control voltage without overlapping over one cycle of the three-phase AC power supply. At this time, the control voltage is preferably determined according to Equation 6 so that the maximum value or minimum value of the three-phase AC power source adjusted in the predetermined region is equal to the maximum value or minimum value of the modulated wave.

0˚<θ+(90˚-ψ)≤60˚ 일 때, Vo=-1-Msin(θ-120˚)When 0˚ <θ + (90˚-ψ) ≤60˚, Vo = -1-Msin (θ-120˚)

60˚<θ+(90˚-ψ)≤120˚ 일 때, Vo=1-Msinθ 60˚ <θ + (90˚-ψ) ≤120˚ when, Vo = 1-Msinθ

120˚<θ+(90˚-ψ)≤180˚ 일 때, Vo=-1-Msin(θ+120˚) 120˚ <θ + (90˚-ψ) ≤180˚ when, Vo = -1-Msin (θ + 120˚)

180˚<θ+(90˚-ψ)≤240˚ 일 때, Vo=1-Msin(θ-120˚) 180˚ <θ + (90˚-ψ) ≤240˚ when, Vo = 1-Msin (θ-120˚)

240˚<θ+(90˚-ψ)≤300˚ 일 때, Vo=-1-Msinθ 240˚ <θ + (90˚-ψ) ≤300˚ when, Vo = -1-Msinθ

300˚<θ+(90˚-ψ)≤360˚ 일 때, Vo=1-Msin(θ+120˚) 300˚ <θ + (90˚-ψ) ≤360˚ when, Vo = 1-Msin (θ + 120˚)

여기서, θ 는 3상 교류 전원의 위상각, M은 3상 교류 전원의 최대값과 변조파의 최대값의 비, ψ는 부하전류의 역률각을 나타낸다.here, θ Is the phase angle of the three-phase AC power supply, M is the ratio of the maximum value of the three-phase AC power supply to the modulated wave, and ψ is the power factor angle of the load current.

또한, 본 발명의 목적은, 적어도 3쌍의 스위칭소자를 구비하고 스위칭제어신호에 따라 직류전원을 스위칭하여 3상의 부하전압을 생성하여 부하에 공급하는 인버터의 제어방법에 있어서, 각 상의 부하전류의 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점과 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 검출하는 단계와; 상기 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류 전원의 크기가 변조파의 최대값보다 작지 않도록 하고, 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류전원의 크기가 변조파의 최소값보다 크지 않도록 하는 소정의 조절전압을 더하여 3상 교류 전원을 조절하는 단계와; 상기 조절된 3상교류전원으로부터 상기 스위칭소자의 스위칭제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 인버터의 제어방법에 의하여 달성된다.In addition, an object of the present invention is to provide a control method for an inverter including at least three pairs of switching elements and switching a DC power source in accordance with a switching control signal to generate a three-phase load voltage and supply the load to the load. Detecting a zero crossing point that changes from negative to positive and a zero crossing point that changes from positive to negative; In a predetermined region including the zero crossing point that changes from negative to positive, the magnitude of the three-phase AC power supply is not smaller than the maximum value of the modulation wave, and in the predetermined region including the zero crossing point that changes from positive to negative, the three-phase AC power supply Adjusting a three-phase AC power source by adding a predetermined control voltage such that the magnitude of? Is not greater than the minimum value of the modulated wave; It is achieved by the control method of the inverter comprising the step of generating a switching control signal of the switching device from the regulated three-phase AC power supply.

여기서, 부하전류의 제로크로싱을 검출하는 단계는, 상기 각 상의 부하전류와 상기 각 상의 3상 교류전원의 역률각을 계산하여 부하전류의 제로크로싱점을 검출할 수 있으며, 이 때 역률각의 계산은 수학식 5에 의하는 것이 바람직하다.In the detecting of the zero crossing of the load current, the zero crossing point of the load current may be detected by calculating the power factor angle of the load current of each phase and the three-phase AC power supply of each phase. Is preferably based on equation (5).

또한, 상기 소정영역은 상기 부하전류의 제로크로싱점을 중심으로 좌우 30˚ 범위로 함으로써, 3상교류전원의 1주기 전체에 걸쳐 조절전압을 중첩없이 인가할 수 있다. 이 때 상기 조절전압은 상기 소정영역에서 조절된 3상교류전원의 최대값 또는 최소값이 변조파의 최대값 또는 최소값과 같아지도록 수학식 6에 따라 결정하는 것이 바람직하다.In addition, the predetermined region is within a range of 30 ° to the left and right around the zero crossing point of the load current, so that the control voltage can be applied without overlapping over one cycle of the three-phase AC power supply. At this time, the control voltage is preferably determined according to Equation 6 so that the maximum value or minimum value of the three-phase AC power source adjusted in the predetermined region is equal to the maximum value or minimum value of the modulated wave.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 10은 본 발명에 따른 인버터의 구성도로서, 본 발명에 따른 인버터는 부하전류의 제로크로싱점을 검출하는 제로검출부(61)와, 3개의 가산기(ADD, 53)와 조절전압생성부(52)를 가지고 소정의 조절전압을 더하여 3상 교류전원을 조절하는 제어신호조절부(51)와, 3개의 비교기(COM, 48), 3개의 반전용 인버터(INV, 53) 및 데드타임인가부(47)을 가지고 6개의 스위칭제어신호(C1 *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *, C6 *)를 생성하는 펄스폭변조부(46)를 가지고 있다.10 is a configuration diagram of an inverter according to the present invention. The inverter according to the present invention includes a zero detector 61 for detecting a zero crossing point of a load current, three adders ADD, 53 and a regulated voltage generator 52. Control signal adjusting unit 51 for adjusting a three-phase AC power by adding a predetermined control voltage, three comparators (COM, 48), three inverting inverters (INV, 53), and a dead time applying unit ( And a pulse width modulator 46 for generating six switching control signals C 1 * , C 2 * , C 3 * , C 4 * , C 5 * , C 6 * .

3상 교류전원의 공급원(도시되지 않음)으로부터 3상 정현파 교류전원(Va, Vb, Vc)이, 삼각파 공급원(도시되지 않음)으로부터 삼각파가 공급된다. 이에 따른 a상 정현파 교류전원 및 삼각파를 역률각이 66˚인 a상의 부하전류와 함께 도시한 것이 도 11이다. 여기서, 부하전류는 수학식 2로 주어지며, 도 11의 가로축은 위상각, 세로축은 크기를 나타낸다.Three-phase sine wave AC power supplies Va, Vb, and Vc are supplied from a triangular wave supply source (not shown) from a supply source (not shown) of the three-phase AC power source. FIG. 11 illustrates the a-phase sine wave AC power and the triangular wave according to the load current of the a-phase having a power factor of 66 °. Here, the load current is given by the equation (2), the horizontal axis of Fig. 11 represents the phase angle, the vertical axis represents the magnitude.

부하에 접속된 제로검출부(61)는 부하전류의 역률각을 수학식 5에 의하여 계산하여 부하전류의 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점과 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 검출한다. 즉, 수학식 5에서, ,The zero detection unit 61 connected to the load calculates the power factor angle of the load current by Equation 5 and detects a zero crossing point that changes from negative to positive and a zero crossing point that changes from positive to negative. That is, in Equation 5, ,

, 로 주어지므로 부하전류의 역률각을 구할 수 있고, 이를 3상교류전원과 비교하여 부하전류의 제로크로싱점을 구할 수 있다. , Since the power factor angle of the load current can be obtained, and the zero crossing point of the load current can be obtained by comparing it with the three-phase AC power supply.

3상 교류전원 공급부(도시되지 않음) 및 제로검출부(61)에 접속된 조절전압생성부(52)는 수학식 6으로 주어지는 조절전압(V0)을 생성하며, 이 조절전압을 도시한 것이 도12이다. 도 12의 가로축은 조절전압의 위상각, 세로축은 크기를 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 60˚<θ+(90˚-66˚)≤120˚ 즉, 36˚<θ≤96˚ 구간에서의 조절전압의 중앙은 위상각 66˚이며, 이는 부하전류의 역률각과 동일하다.The regulated voltage generation unit 52 connected to the three-phase AC power supply unit (not shown) and the zero detection unit 61 generates the control voltage V 0 given by Equation 6, and shows the control voltage. 12. The horizontal axis of FIG. 12 represents the phase angle of the adjustment voltage, and the vertical axis represents the magnitude. As shown in FIG. 12, 60˚ <θ + (90˚-66˚) ≤120˚ In other words, 36˚ <θ≤96˚ The center of the regulation voltage in the section is the phase angle of 66 °, which is equal to the power factor angle of the load current.

조절전압생성부(52) 및 3상 교류전원의 공급원에 접속된 가산기(53)는 3상 정현파 교류 전원에 수학식 6으로 주어지는 조절전압을 더하여 수학식 7로 주어지는 조절된 3상 정현파 교류전원(Va*, Vb*, Vc*)을 출력한다.The adder 53 connected to the regulating voltage generation unit 52 and the supply source of the three-phase AC power supplies a three-phase sinusoidal AC power source provided by Equation 7 by adding a control voltage given by Equation 6 to the three-phase sinusoidal AC power source ( Va * , Vb * , Vc * ).

36˚<θ≤96˚ 일때, Va*=1 36˚ <θ≤96˚ when, Va * = 1

96˚<θ≤156˚ 일때, 96˚ <θ≤156˚ when,

156˚<θ≤216˚ 일 때, 156˚ <θ≤216˚ when,

216˚<θ≤276˚ 일 때, Va*=-1 216˚ <θ≤276˚ when, Va * = -1

276˚<θ≤336˚ 일 때, 276˚ <θ≤336˚ when,

이 때, 조절된 a상 정현파 교류전원 Va*를 삼각파와 함께 도시한 것이 도 13이다. 도 13의 가로축은 위상각, 세로축은 크기를 나타낸다. 도 13에 도시된 바와 같이, Va*의 크기는 위상각 36˚와 96˚사이에서 삼각파의 최대값과 같고, 위상각 216˚와 276˚사이에서 삼각파의 최소값과 같음을 알 수 있다.At this time, FIG. 13 shows the adjusted a-phase sine wave AC power supply Va * together with the triangular wave. 13, the horizontal axis represents phase angle and the vertical axis represents magnitude. As shown in FIG. 13, the magnitude of Va * is equal to the maximum value of the triangular wave between the phase angles of 36 ° and 96 °, and the same as the minimum value of the triangular wave between the phase angles of 216 ° and 276 °.

가산기(53) 및 삼각파 공급원(도시되지 않음)에 접속된 3개의 비교기(COM, 48)는 조절된 3상 교류전원(Va*, Vb*, Vc*)과 삼각파를 각 상별로 비교하여 정현파 교류전원의 크기가 삼각파보다 크면 하이(High) 전압을, 작으면 제로(0) 전압을 출력한다. 이 때 비교기(48)의 출력은 2개로 분기되며, 비교기(53)에 접속된 반전용 인버터(49)는 비교기(48)의 출력중 하나를 반전시킨다. 이렇게 하여 반전되지 않은 3개의 펄스열(C1, C3, C5)과 반전된 3개의 펄스열(C2, C4, C6)이 생성되며, C1및 C2와C3및 C4는 120도의 위상차를 가지고, C3및 C4와 C5및 C6는 120도의 위상차를 가진다. 이 때 생성된 a상 펄스열 즉, C1및 C2를 도시한 것이 도 14이다. 도 14의 가로축은 위상각, 세로축은 펄스의 진폭을 나타낸다.The three comparators (COM, 48) connected to the adder 53 and the triangular wave source (not shown) compare the regulated three-phase alternating current power supply (Va * , Vb * , Vc * ) with the triangular wave for each phase to perform a sine wave alternating current. If the size of the power supply is larger than the triangular wave, a high voltage is output, and if it is small, a zero voltage is output. At this time, the output of the comparator 48 is divided into two, and the inverting inverter 49 connected to the comparator 53 inverts one of the outputs of the comparator 48. This produces three uninverted pulse trains (C 1 , C 3 , C 5 ) and three inverted pulse trains (C 2 , C 4 , C 6 ), and C 1 and C 2 and C 3 and C 4 It has a phase difference of 120 degrees, and C 3 and C 4 and C 5 and C 6 have a phase difference of 120 degrees. FIG. 14 shows the a-phase pulse train generated at this time, that is, C 1 and C 2 . In Fig. 14, the horizontal axis represents phase angle, and the vertical axis represents pulse amplitude.

비교기(48) 및 반전용 인버터(49)에 접속된 데드타임인가부(47)는 6개의 펄스열(C1, C2, C3, C4, C5, C6)중 제로에서 하이로 변하는 시점을 데드타임(Δt)만큼 지연시켜 6개의 스위칭제어신호(C1 *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *, C6 *)를 생성한다. 여기서, C1 *및 C2 *는 a 상의 정현파 교류전원으로부터, C3 *및 C4 *는 b상의 정현파 교류전원으로부터, C5 *및 C6 * c상의 정현파 교류전원으로부터 생성된 것이다. 이 때 생성된 a상 스위칭제어신호 즉, C1 *및 C2 *를 도시한 것이 도 15이다. 도 15의 가로축은 위상각, 세로축은 펄스의 진폭을 나타내고, C1 *에는 5개소, C2 *에는 4개소에서 데드타임이 인가된 것을 알 수 있다.The dead time applying unit 47 connected to the comparator 48 and the inverting inverter 49 has six pulse strings (C).One, C2, C3, C4, C5, C6The six switching control signals (C) by delaying the time from zero to high by the dead time (Δt).One *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *, C6 *) Where COne *And C2 *Is a sine wave ac power from a3 *And C4 *Is a sine wave ac power from b,5 *And C6 *Is It is generated from sinusoidal AC power in phase c. The a-phase switching control signal generated at this time, that is, COne *And C2 *Figure 15 shows. 15, the horizontal axis represents phase angles, and the vertical axis represents pulse amplitudes.One *There are five places, C2 *It can be seen that dead time is authorized at four places.

직류전압공급부(44)는 직류전원을 공급하며, 직류전압공급부(44) 및 펄스폭변조부(46)에 접속되는 인버팅부(42)는, 도 10에 도시한 바와 같이, C1 *, C2 *, C3 *, C4 *, C5 *및 C6 *을 각각 Q1, Q4, Q2 *, Q5, Q3, Q6스위칭소자의 스위칭제어신호로 이용하여 직류전원공급부(44)의 직류전원(Ed)을 펄스형태의 교류전압으로 변환하여 부하에 공급한다. 이 때, 도 15에 도시한 바와 같이, 본 발명이 의도한 조절전압에 의하여 위상각 36˚∼ 96˚사이에서 C1 *는 하이 전압, C2 *는 제로전압을 유지하고, 위상각 216˚∼ 276˚사이에서 C1 *는 제로전압, C2 *는 하이전압을 유지하여 Q1및 Q4스위칭 소자의 스위칭이 일어나지 않음을 알 수 있다. 따라서, 이 위상각 영역에서는 데드타임을 인가할 필요가 없고, 부하전류의 왜곡을 피할 수 있다.A direct current voltage supply 44 supplies a direct-current power supply, direct-current voltage supply 44, and the pulse width modulator 46, an inverting unit 42 that is connected to, as shown in FIG. 10, C 1 *, DC power supply using C 2 * , C 3 * , C 4 * , C 5 * and C 6 * as switching control signal of Q 1 , Q 4 , Q 2 * , Q 5 , Q 3 , Q 6 switching elements respectively The DC power supply Ed of the supply unit 44 is converted into a pulsed AC voltage and supplied to the load. At this time, as shown in FIG. 15, C 1 * maintains a high voltage and C 2 * maintains a zero voltage between the phase angles 36 ° to 96 ° according to the control voltage intended by the present invention, and the phase angle 216 °. It can be seen that between 1 to 276 ° C 1 * maintains zero voltage and C 2 * maintains high voltage so that switching of Q 1 and Q 4 switching devices does not occur. Therefore, it is not necessary to apply dead time in this phase angle region, and distortion of the load current can be avoided.

다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)의 구성 및 역할, 스위칭소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)의 동작은 종래의 데드타임만을 인가한 인버터와 동일하다.Configuration and role of diodes D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 5 , D 6 , and operation of switching elements Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 , Q 6 are conventional It is the same as the inverter that applies only dead time of.

이상 부하전류의 역률각이 66˚인 경우에 대하여 설명하였지만, 부하전류의 역률각이 변함에 따라, 수학식 6에 나타난 바와 같이, 부하전류의 역률각을 중심으로 좌우 30˚범위에서 스위칭소자의 스위칭이 일어나지 않도록 조절전압 역시 변하게 된다. 따라서, 임의의 역률각을 갖는 부하전류에 대해서도 그 왜곡을 피할 수 있다.Although the case where the power factor angle of the load current is 66 ° has been described above, as the power factor angle of the load current changes, as shown in Equation 6, the switching element is in the left and right 30 ° ranges around the power factor angle of the load current. The regulation voltage is also changed so that no switching occurs. Thus, the distortion can be avoided even for a load current having an arbitrary power factor angle.

한편, 본 설명에서는 3상 교류전원 및 부하전류의 최대값을 변조지수로 나타내었으나, 다른 형태로 최대값을 나타내더라도 동일한 결과를 얻을 수 있으며, 또한, a상의 정현파 교류전원에 대해서만 도시하였으나, b상의 정현파 교류전원의 경우 a상의 경우보다 120˚의 위상차만큼 지연시키고, c상의 정현파 교류전원의 경우 a상의 경우보다 240˚의 위상차만큼 지연시킴으로써, a상의 경우와 동일한 도면을 얻을 수 있다.In the present description, the maximum value of the three-phase AC power supply and the load current is represented by the modulation index, but the same result can be obtained even if the maximum value is displayed in a different form. In the case of the sinusoidal AC power supply of the phase, the phase difference of 120 degrees is delayed from that of the a phase, and the sinusoidal AC power supply of the phase c is delayed by the phase difference of 240 degrees of the phase of the a phase.

상기와 같은 인버터와 그 제어방법에 따르면, 부하전류의 제로크로싱점을 검출하고, 그 제로크로싱점을 중심으로 하는 일정영역에서 소정의 조절전압을 더하여 스위칭소자의 스위칭이 일어나지 않도록 전압제어신호를 조절함으로써, 부하전류의 제로크로싱점에 관계없이 부하전류의 크기가 작은 영역에서 부하전류의 왜곡을 방지할 수 있다.According to the inverter and the control method as described above, the zero crossing point of the load current is detected, and the voltage control signal is adjusted so that switching of the switching element does not occur by adding a predetermined regulating voltage in a predetermined region centered on the zero crossing point. By doing so, it is possible to prevent distortion of the load current in a region where the magnitude of the load current is small regardless of the zero crossing point of the load current.

Claims (10)

직류전원공급부와, 3상 교류 전원의 전압제어신호를 받아 펄스폭 변조하여 스위칭제어신호를 생성하는 펄스폭변조부와, 상기 스위칭제어신호에 따라 상기 직류전원공급부로부터의 직류전원을 스위칭하는 적어도 3쌍의 스위칭소자를 가지고 3상의 부하전압을 생성하여 부하에 공급하는 인버팅부를 포함하는 인버터에 있어서,A DC power supply, a pulse width modulator for receiving a voltage control signal of a three-phase AC power and pulse width modulating to generate a switching control signal, and at least three switching DC power from the DC power supply according to the switching control signal. In the inverter having a switching device for generating a load voltage of the three-phase with a pair of switching elements, 각 상의 부하전류가 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점과 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 검출하는 제로검출부와;A zero detection unit for detecting a zero crossing point in which the load current of each phase changes from negative to positive and a zero crossing point in which the load current changes from positive to negative; 상기 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류 전원의 크기가 변조파의 최대값보다 작지 않도록 하고, 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류전원의 크기가 변조파의 최소값보다 크지 않도록 하는 소정의 조절전압을 더하여 상기 3상교류전원을 조절하는 제어신호 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터.In a predetermined region including the zero crossing point that changes from negative to positive, the magnitude of the three-phase AC power supply is not smaller than the maximum value of the modulation wave, and in the predetermined region including the zero crossing point that changes from positive to negative, the three-phase AC power supply And a control signal adjusting unit configured to adjust the three-phase AC power supply by adding a predetermined control voltage such that the magnitude of V is not greater than the minimum value of the modulation wave. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제로검출부는 상기 각 상의 부하전류와 상기 각상의 3상 교류전원의 역률각을 계산하여 각 상의 부하전류의 제로크로싱점을 검출하는 것을 특징으로 하는 인버터.And the zero detection unit detects a zero crossing point of each phase load current by calculating a load current of each phase and a power factor angle of the three-phase AC power supply of each phase. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 역률각의 계산은 다음 식에 의하는 것을 특징으로 하는 인버터:The power factor angle is calculated according to the inverter: 여기서, Va,Vb,Vc 는 각각 각 상의 정현파 교류 전원, Ia,Ib,Ic 는 각 상의 부하전류이다.here, Va, Vb, Vc Each phase is sinusoidal AC power, Ia, Ib, Ic Is the load current of each phase. 청구항 1 내지 청구항 3항 중 어는 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 소정영역은 부하전류의 제로크로싱점을 중심으로 좌우 30˚범위로 하는 것을 특징으로 하는 인버터.And the predetermined area is in a range of 30 ° to the left and right of the zero crossing point of the load current. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 조절전압은 다음 식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 인버터:The control voltage is determined according to the following equation: 0˚<θ+(90˚-ψ)≤60˚ 일 때, Vo=-1-Msin(θ-120˚) 0˚ <θ + (90˚-ψ) ≤60˚ when, Vo = -1-Msin (θ-120˚) 60˚<θ+(90˚-ψ)≤120˚ 일 때, Vo=1-Msinθ 60˚ <θ + (90˚-ψ) ≤120˚ when, Vo = 1-Msinθ 120˚<θ+(90˚-ψ)≤180˚ 일 때, Vo=-1-Msin(θ+120˚) 120˚ <θ + (90˚-ψ) ≤180˚ when, Vo = -1-Msin (θ + 120˚) 180˚<θ+(90˚-ψ)≤240˚ 일 때, Vo=1-Msin(θ-120˚) 180˚ <θ + (90˚-ψ) ≤240˚ when, Vo = 1-Msin (θ-120˚) 240˚<θ+(90˚-ψ)≤300˚ 일 때, Vo=-1-Msinθ 240˚ <θ + (90˚-ψ) ≤300˚ when, Vo = -1-Msinθ 300˚<θ+(90˚-ψ)≤360˚ 일 때, Vo=1-Msin(θ+120˚) 300˚ <θ + (90˚-ψ) ≤360˚ when, Vo = 1-Msin (θ + 120˚) 여기서, θ 는 3상 교류 전원의 위상각, M은 3상 교류 전원의 최대값과 변조파의 최대값의 비, ψ는 부하전류의 역률각이다.here, θ Is the phase angle of the three-phase AC power supply, M is the ratio of the maximum value of the three-phase AC power supply to the modulated wave, and ψ is the power factor angle of the load current. 적어도 3쌍의 스위칭소자를 구비하고 스위칭제어신호에 따라 직류전원을 스위칭하여 3상의 부하전압을 생성하여 부하에 공급하는 인버터의 제어방법에 있어서,A control method of an inverter having at least three pairs of switching elements and switching a direct current power source in accordance with a switching control signal to generate a three-phase load voltage and supply the load to the load. 각 상의 부하전류의 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점과 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 검출하는 단계와;Detecting a zero crossing point that changes from negative to positive and a zero crossing point that changes from positive to negative of the load current of each phase; 상기 음에서 양으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류 전원의 크기가 변조파의 최대값보다 작지 않도록 하고, 양에서 음으로 변하는 제로크로싱점을 포함하는 소정영역에서는 3상 교류전원의 크기가 변조파의 최소값보다 크지 않도록 하는 소정의 조절전압을 더하여 3상 교류 전원을 조절하는 단계와;In a predetermined region including the zero crossing point that changes from negative to positive, the magnitude of the three-phase AC power supply is not smaller than the maximum value of the modulation wave, and in the predetermined region including the zero crossing point that changes from positive to negative, the three-phase AC power supply Adjusting a three-phase AC power source by adding a predetermined control voltage such that the magnitude of? Is not greater than the minimum value of the modulated wave; 상기 조절된 3상교류전원으로부터 상기 스위칭소자의 스위칭제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어방법.And generating a switching control signal of the switching element from the regulated three-phase AC power supply. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 제로크로싱점을 검출하는 단계는,Detecting the zero crossing point, 상기 각 상의 부하전류와 상기 각 상의 3상 교류 전원의 역률각을 계산하여 제로크로싱점을 검출하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어방법.The control method of the inverter, characterized in that the zero crossing point is detected by calculating the load current of each phase and the power factor angle of the three-phase AC power supply of each phase. 청구항 7에 있어서,The method according to claim 7, 상기 역률각의 계산은 다음 식에 의하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어방법:The control method of the inverter, characterized in that the power factor is calculated by the following equation: 여기서, Va,Vb,Vc 는 각각 각 상의 교류 전원, Ia,Ib,Ic 는 각 상의 부하전류이다.here, Va, Vb, Vc Each of each phase is AC power, Ia, Ib, Ic Is the load current of each phase. 청구항 6 내지 청구항 8항 중 어는 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 6 to 8, wherein 상기 소정영역은 부하전류의 제로크로싱점을 중심으로 좌우 30˚범위로 하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어방법.The predetermined area is a control method of the inverter, characterized in that the left and right 30 ° range around the zero crossing point of the load current. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 조절전압은 다음 식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어방법:The control voltage of the inverter, characterized in that determined according to the following equation: 0˚<θ+(90˚-ψ)≤60˚ 일 때, Vo=-1-Msin(θ-120˚) 0˚ <θ + (90˚-ψ) ≤60˚ when, Vo = -1-Msin (θ-120˚) 60˚<θ+(90˚-ψ)≤120˚ 일 때, Vo=1-Msinθ 60˚ <θ + (90˚-ψ) ≤120˚ when, Vo = 1-Msinθ 120˚<θ+(90˚-ψ)≤180˚ 일 때, Vo=-1-Msin(θ+120˚) 120˚ <θ + (90˚-ψ) ≤180˚ when, Vo = -1-Msin (θ + 120˚) 180˚<θ+(90˚-ψ)≤240˚ 일 때, Vo=1-Msin(θ-120˚) 180˚ <θ + (90˚-ψ) ≤240˚ when, Vo = 1-Msin (θ-120˚) 240˚<θ+(90˚-ψ)≤300˚ 일 때, Vo=-1-Msinθ 240˚ <θ + (90˚-ψ) ≤300˚ when, Vo = -1-Msinθ 300˚<θ+(90˚-ψ)≤360˚ 일 때, Vo=1-Msin(θ+120˚) 300˚ <θ + (90˚-ψ) ≤360˚ when, Vo = 1-Msin (θ + 120˚) 여기서, θ 는 3상 교류 전원의 위상각, M은 3상 교류 전원의 최대값과 변조파의 최대값의 비, ψ는 부하전류의 역률각이다.here, θ Is the phase angle of the three-phase AC power supply, M is the ratio of the maximum value of the three-phase AC power supply to the modulated wave, and ψ is the power factor angle of the load current.
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