KR20000013071U

KR20000013071U - 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로

Info

Publication number: KR20000013071U
Application number: KR2019980026198U
Authority: KR
Inventors: 이상철; 박태준
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원; 홍상복; 포스코신기술연구조합
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2000-07-15
Also published as: KR200206498Y1

Abstract

본 고안은 삼상 4레벨 고압 인버터회로에 관한 것으로서, 교류전원(AC)에 인버터(1)를 연결하고, 상기 인버터(1)에 승압트랜스포머(T)를 통해 전동기(2)를 연결한 고압전동기 구동장치에 있어서, 상기 승압트랜스포머(T) 대신에 인버터(1)의 각 상별 출력단에 인버터회로(11∼13)를 연결하고, 상기 인버터회로(11∼13) 각각의 출력단에 전동기(2)를 연결한 구성으로 종래의 저압 인버터와 승압트랜스포머를 사용한 회로와 비교하면 고조파를 최소화한 출력전압을 얻을 수 있고, 승압트랜스포머를 사용하지 않으므로 철손 및 저항 손실을 최소화할 수 있으며, 구성이 간단한 장점이 있는 것이다.

Description

단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로

본 고안은 삼상 4레벨 고압 인버터회로에 관한 것으로서, 특히 트랜스포머를 사용함이 없이 고조파를 최소화한 출력전압을 얻을 수 있는 간단한 구성의 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 인버터는 전력소자의 출력전압 한계로 인하여 고압전동기를 직접 구동할 수 없는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로서 여러 가지가 알려져 있는 바, 그 중 도 1에 도시한 바와 같이 교류전원(AC)에 저압인버터(1)를 연결하고, 상기 인버터(1)의 출력전압을 승압트랜스포머(T)를 이용하여 고압으로 변환하여 고압전동기(2)를 구동하는 장치가 사용되고 있다. 그러나 이러한 종래 고압전동기 구동장치는 고압전동기(2)의 용량이 증가하면 트랜스포머(T)에서의 변압기손실이 많아지는 단점이 있다.

이와 같은 변압기손실 문제를 극복하기 위한 다른 방법으로는 단일소자를 직렬 연결하여 고전압을 제어하는 방법이 있다. 그러나 이 경우에는 대용량 전력소자의 직렬연결로 인한 문제가 발생한다. 즉, 고압소자 직렬 연결시 전력소자간에 전압분배가 되지 않는 경우 과도한 전압으로 인한 개별 소자가 파손되는 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 실정을 감안하여 종래 고압전동기 구동장치의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로서, 멀티레벨 인버터를 구성하여 트랜스포머를 사용함이 없이 고조파를 최소화한 출력전압을 얻을 수 있는 간단한 구성의 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 고압전동기 구동장치의 구성도

도 2는 본 고안 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로의 구성도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 인버터 2 : 전동기

11∼13 : 인버터회로

AC : 삼상 교류전원 T : 고압트랜스포머

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로는 교류전원(AC)에 인버터(1)를 연결하고, 상기 인버터(1)에 승압트랜스포머(T)를 통해 전동기(2)를 연결한 고압전동기 구동장치에 있어서, 상기 승압트랜스포머(T) 대신에 인버터(1)의 각 상별 출력단에 인버터회로(11∼13)를 연결하고, 상기 인버터회로(11∼13) 각각의 출력단에 전동기(2)를 연결하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 인버터회로(11∼13) 각각은 역방향으로 다이오드(D1∼D4)가 각각 연결된 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q1∼Q4)를 2개씩 직렬연결하고, 직렬연결된 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q1, Q2),(Q3, Q4) 각각과 캐패시터(C)를 병렬로 연결하여 상기 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q1, Q2)의 접속점에 상기 인버터(1)의 출력단을 연결함과 더불어 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q3∼Q4) 접속점에다 전동기(2)를 연결하여 구성된다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 고안 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로의 작용을 상세하게 설명한다.

지금까지는 3레벨 구조의 인버터를 구성하는 것이 가능하여 전압의 한계를 어느정도 올려줄 수 있었다. 그러나 고압전동기를 직접 구동하기에는 전압이 낮아 4레벨 구조의 인버터도 제시되고 있는데 구조상의 복잡성으로 인해 구현하는데 많은 문제점을 안고 있어 제품으로 개발되기에는 힘든 상황이다. 따라서 본 고안은 기존의 4레벨 고압 인버터와 출력전압 특성은 동일하면서 인버터 구조의 간결성과 전력소자 제어에 용이성이 있는 인버터 구조를 제공하는 것으로 도 2에 도시한 바와 같이 구성된다.

도 2에 도시한 본 고안 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로는 종래 기존의 3레벨 인버터(1)를 사용하여 최대 전압을 제어하게 되며, 각 상당 독립된 전압원을 가진 2레벨 단상 인버터회로(11∼13)가 연결되어 있어서 2레벨 인버터회로(11∼13)는 절연된 구조로 안정된 동작을 하게 된다.

따라서 3레벨 인버터(1)가 주된 전압을 제어하며, 여기에 각 상당 추가된 단상 인버터회로(11∼13)가 전압 단계를 한 단계 추가한다. 이러한 동작은 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q1, Q2),(Q3, Q4) 각각의 게이트에 인가되는 제어신호에 의해 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q1, Q2),(Q3, Q4)가 온/오프됨으로서 이루어지게 되고, 이러한 인버터회로(11∼13)의 동작으로 얻어지는 4레벨 인버터의 출력전압으로 고압전동기(2)를 구동하게 되므로 고압전동기(2)를 안정되게 구동시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 작용하는 본 고안 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로는 종래의 저압 인버터와 승압트랜스포머를 사용한 회로와 비교하면 고조파를 최소화한 출력전압을 얻을 수 있다. 즉 2레벨 출력전압 파형의 경우와 4레벨 출력전압 파형을 비교하면 같은 전압을 얻기 위해서 추가적으로 2단계를 더 거치게 되므로 좀더 부드러운 형태를 취하게 되어 고조파가 훨씬 많이 줄어드는 장점이 있다. 또한 승압트랜스포머를 사용하지 않으므로 철손 및 저항 손실을 최소화할 수 있고, 구성이 간단한 장점이 있다.

Claims

교류전원(AC)에 인버터(1)를 연결하고, 상기 인버터(1)에 승압트랜스포머(T)를 통해 전동기(2)를 연결한 고압전동기 구동장치에 있어서, 상기 승압트랜스포머(T) 대신에 인버터(1)의 각 상별 출력단에 인버터회로(11∼13)를 연결하고, 상기 인버터회로(11∼13) 각각의 출력단에 전동기(2)를 연결하여 구성됨을 특징으로 하는 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로.
제 1항에 있어서, 상기 인버터회로(11∼13) 각각이 역방향으로 다이오드(D1∼D4)가 각각 연결된 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q1∼Q4)를 2개씩 직렬연결하고, 직렬연결된 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q1, Q2),(Q3, Q4) 각각과 캐패시터(C)를 병렬로 연결하여 상기 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q1, Q2)의 접속점에 상기 인버터(1)의 출력단을 연결함과 더불어 게이트절연형 바이폴라트랜지스터(Q3∼Q4) 접속점에다 전동기(2)를 연결하여 구성된 것을 특징으로 하는 단상 2레벨 인버터를 이용한 삼상 4레벨 고압 인버터회로.