KR20000020055A - Device for improving power factor of motor - Google Patents

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KR20000020055A
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이관석
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윤종용
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Abstract

PURPOSE: A device for improving a power factor of a motor is provided to suppress a harmonic current by improving the power factor and to maintain stably a direct current link voltage even when a load varies. CONSTITUTION: A device for improving a power factor includes a motor driving device, an inductor(L1,L2), a diode(D5,D6), a switching unit(31), a zero potential detector(32) and a controller(33). The motor driving device includes a bridge diode(22) and a smoothing capacitor(C). The bridge diode rectifies with full wave an AC voltage input from a power supply and outputs the rectified voltage. The smoothing capacitor smoothers the DC voltage output from the bridge diode and outputs to a load. The inductor and the diode are serially connected between the bridge diode and the smoothing capacitor. The switching unit are parallel connected between the inductor and the diode. The zero potential detector detects a zero potential of the AC voltage and outputs an interrupt signal. The controller switches on the switching unit for a predetermined time when the interrupt signal input from the zero potential detector.

Description

전동기의 역률개선장치Power factor improvement device of motor

본 발명은 전동기의 역률개선장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 전동기의 역률을 향상시키는 전동기의 역률개선장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power factor improving apparatus for an electric motor, and more particularly, to a power factor improving apparatus for an electric motor that improves the power factor of the electric motor.

도 1은 일반적인 전동기 구동장치의 회로도로서, 일반적인 전동기 구동장치는, 교류전원(AC)을 입력하는 전원입력부(1)와, 상기 전원입력부(1)에서 입력되는 교류전원(AC)을 전파정류하여 직류전원(DC)을 출력하는 브릿지 다이오드(2) 및, 상기 브릿지 다이오드(2)를 통해 전파정류되어 입력되는 직류전원(DC)을 평활하여 부하(3)로 출력하는 평활콘덴서(C)를 포함하여 구성되어 있다.FIG. 1 is a circuit diagram of a general motor driving apparatus. The general motor driving apparatus includes a power input unit 1 for inputting AC power and an AC power input from the power input unit 1 for full-wave rectification. A bridge diode 2 for outputting a direct current power (DC) and a smoothing capacitor (C) for smoothing and outputting the direct current power (DC) input by full-wave rectification through the bridge diode (2) to the load (3) It is composed.

그러나, 상기와 같이 구성된 일반적인 전동기 구동장치는, 적은 리플(ripple)을 갖는 직류전원(DC)을 얻기 위해 비교적 용량이 큰 평활콘덴서(C)를 사용하는데, 이 평활콘덴서(C)의 영향으로 전원전류의 파형이 왜곡되어 역률이 저하되는 단점을 가지고 있다.However, a general electric motor drive device configured as described above uses a relatively large capacity smoothing capacitor (C) to obtain a direct current power supply (DC) having a small ripple, which is influenced by the smoothing capacitor (C). The waveform of the current is distorted, so the power factor is lowered.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 전원입력부(1)로부터 전원전압(Vs)이 인가되면 평활콘덴서(C)의 영향으로 전원전류(Is)의 파형이 좁은 펄스폭형태를 갖는 비정현적인 파형으로 왜곡되어 역률(power factor)이 0.5∼0.7 정도로 낮아진다.That is, as shown in FIG. 2, when the power supply voltage Vs is applied from the power supply input unit 1, the waveform of the power supply current Is has a narrow pulse width form under the influence of the smoothing capacitor C. FIG. The power factor is lowered to about 0.5 to 0.7.

이와 같이 역률이 낮아지면 고주파전류 성분이 증가하고, 고조파전류 성분이 증가함에 따라 전원노이즈 및 전자파가 발생된다.As such, when the power factor decreases, the high frequency current component increases, and as the harmonic current component increases, power supply noise and electromagnetic waves are generated.

또한, 상기와 같이 고조파전류 성분이 증가함에 따라 무효전력이 증가하여 기기에 많은 전류를 공급해야만 하고, 이와 같이 전류공급량이 증가함에 따라 기기 설계시 정격전류값이 큰 부품을 사용해야만 한다.In addition, as the harmonic current component increases as described above, reactive power increases to supply a large amount of current to the device, and as the amount of current supply increases, a component having a large rated current value must be used when designing the device.

따라서, 전동기의 역률을 개선하기 위한 역률개선장치가 사용되고 있는데, 이와 같은 역률개선장치는 크게 능동방식의 역률개선장치와 수동방식의 역률개선장치로 나누어질 수 있다.Therefore, a power factor improving device for improving the power factor of the electric motor is used, and such a power factor improving device can be largely divided into an active type power factor improving device and a passive type power factor improving device.

상기 능동방식의 역률개선장치는 브릿지 다이오드와 평활콘덴서 사이에 벅컨버터(Buck converter)나 부스트컨버터(Boost conveter)를 접속하여 전류의 파형을 전원전압과 동상의 파형으로 만들어줌으로써 역률을 개선하는 방식이고, 수동방식의 역률개선장치는 브릿지 다이오드 후단 또는 전원입력단에 인덕터와 콘덴서를 접속하여 임피던스를 조절함으로써 역률을 개선하는 방식이다.The active power factor improving device is a method of improving power factor by connecting a buck converter or boost converter between a bridge diode and a smoothing capacitor to make a current waveform into a power voltage and an in-phase waveform. The passive power factor correction device is a method of improving the power factor by controlling the impedance by connecting the inductor and the capacitor to the rear end of the bridge diode or the power input terminal.

그러나, 상기와 같은 능동방식의 역률개선장치는 복잡한 제어회로와 높은 스위칭 주파수로 인해 신뢰성이 저하되며 스위칭동작 자체가 노이즈의 원인이 될 수 있는 단점을 가지고 있다.However, such an active power factor improving apparatus has a disadvantage in that reliability is degraded due to a complicated control circuit and a high switching frequency, and the switching operation itself may cause noise.

또한, 상기와 같은 수동방식의 역률개선장치는 부하에 따라 직류링크전압(DC link voltage)이 변동됨과 더불어 역률개선효과가 그다지 크지 않다는 단점을 가지고 있다.In addition, the power factor improvement apparatus of the manual type as described above has a disadvantage that the power factor improvement effect is not very large as well as the DC link voltage is changed according to the load.

도 3는 종래 기술에 의한 수동방식의 역률개선장치가 구비된 전동기 구동장치의 회로도로서, 전동기 구동장치는, 교류전원(AC)을 입력하는 전원입력부(11)와, 상기 전원입력부(11)에서 입력되는 교류전원(AC)을 전파정류하여 직류전원(DC)을 출력하는 브릿지 다이오드(12), 상기 브릿지 다이오드(12)를 통해 전파정류되어 입력되는 직류전원(DC)을 평활하여 부하(13)로 출력하는 평활콘덴서(C1) 및, 상기 브릿지 다이오드(12)와 평활콘덴서(C1) 사이에 접속된 역률개선장치(14)로 이루어지는 한편, 상기 역률개선장치(14)는 서로 병렬로 연결된 인덕터(L1)와 콘덴서(C2)로 이루어져 있다.3 is a circuit diagram of a motor driving apparatus including a manual power factor improving apparatus according to the prior art, wherein the motor driving apparatus includes a power input unit 11 for inputting AC power (AC) and a power input unit (11). A bridge diode 12 for full-wave rectifying the input AC power AC and outputting a DC power DC, and smoothing the DC power DC input by full-wave rectification through the bridge diode 12 to load 13. And a power factor improving device 14 connected between the bridge diode 12 and the smoothing capacitor C1, and the power factor improving device 14 includes an inductor connected in parallel to each other. L1) and condenser C2.

상기와 같이 구성된 수동방식의 역률개선장치에 있어서, 브릿지 다이오드(12)에서 바라본 임피던스(Z)는 다음의 수학식 1에 의해 구해진다.In the passive power factor improvement apparatus configured as described above, the impedance Z viewed from the bridge diode 12 is obtained by the following equation (1).

여기서, s=jω 이다.Where s = jω.

따라서, 역률개선장치(14)의 인덕터(L1)의 값과 콘덴서(C2)의 값을 적절히 조절하여 전원전류의 1차 고조파전류에 대해서는 작은 임피던스를 가지게 하고 그 외의 고조파전류에 대해서는 높은 임피던스를 갖도록 하여 전원전류의 파형을 개선함으로써 역률을 향상시킬 수 있다.Therefore, by appropriately adjusting the value of the inductor L1 and the capacitor C2 of the power factor improving device 14 to have a small impedance for the first harmonic current of the power supply current and a high impedance for other harmonic currents. Therefore, the power factor can be improved by improving the waveform of the power supply current.

이때, 상기와 같은 역률개선장치(14)는 이상적으로는 전원전류의 1차 고조파전류에 대하여 '0'의 임피던스를 갖게 하고, 그 이외의 고조파전류에 대해서는 무한대의 임피던스를 갖도록 하는 것이 바람직하나, 이와 같은 이상적인 인덕터(L1)와 콘덴서(C2)가 없으므로, 상대적으로 1차 고조파전류에 대하여 작은 임피던스를 갖도록 하고 왜곡에 가장 큰 영향을 주는 3차 및 5차 고조파전류에 대해서는 비교적 큰 임피던스를 갖도록 함으로써 역률을 향상시킨다.At this time, the power factor improving device 14 is ideally to have an impedance of '0' for the first harmonic current of the power supply current, and to have an infinite impedance for other harmonic currents. Since there is no ideal inductor L1 and capacitor C2, it has a relatively small impedance for the first harmonic current and a relatively large impedance for the third and fifth harmonic currents that have the greatest influence on distortion. Improve power factor.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 수동방식의 역률개선장치는 이상적으로는 '1'의 역률이 나와야 하지만 실제로는 약 0.8∼0.9 정도의 비교적 낮은 역률을 나타냄에 따라 고조파전류 성분이 증가하고, 직류링크전압이 부하의 변동에 따라 변하게 되는 문제점이 있었다.However, the conventional power factor improvement device according to the prior art should ideally have a power factor of '1', but in practice it shows a relatively low power factor of about 0.8 to 0.9. There was a problem that the link voltage is changed according to the load variation.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 역률을 향상시켜 고조파전류 성분을 억제함과 더불어 부하의 변동시에도 직류링크전압을 안정되게 유지할 수 있는 전동기의 역률개선장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and improves the power factor to suppress the harmonic current components and to maintain the DC link voltage stably even under load fluctuations. The purpose is to provide a device.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동기의 역률개선장치는, 전원입력부로부터 입력되는 교류전원을 전파정류하여 출력하는 브릿지 다이오드와, 상기 브릿지 다이오드를 통해 전파정류되어 입력되는 직류전원을 평활하여 부하로 출력하는 평활콘덴서가 구비된 전동기 구동장치에 있어서, 상기 브릿지 다이오드와 평활콘덴서의 사이에 차례로 직렬 접속된 인덕터 및 다이오드와, 상기 인덕터와 다이오드의 사이에 병렬 접속된 스위칭소자와, 상기 교류전원의 영전위점을 검출하여 인터럽트신호를 출력하는 영전위검출부 및, 상기 영전위검출부로부터 인터럽트신호가 입력되면 상기 스위칭소자를 미리 설정된 시간동안 '온'시키는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an apparatus for improving power factor of a motor includes a bridge diode for full-wave rectifying and outputting AC power inputted from a power input unit, and a direct-current power supplied through full-wave rectification through the bridge diode to load the load. An electric motor drive device including a smoothing capacitor, comprising: an inductor and a diode connected in series between the bridge diode and the smoothing capacitor; a switching element connected in parallel between the inductor and the diode; And a control unit for detecting a zero potential point and outputting an interrupt signal, and a controller for turning on the switching element for a predetermined time when an interrupt signal is input from the zero potential detection unit.

도 1은 일반적인 전동기 구동장치의 회로도,1 is a circuit diagram of a general electric motor drive device,

도 2는 도 1에 도시된 전동기 구동장치에서의 전원전압(Vs) 및 전원전류(Is)의 파형도,2 is a waveform diagram of a power supply voltage Vs and a power supply current Is in the motor driving apparatus shown in FIG. 1;

도 3은 종래 기술에 의한 수동방식의 역률개선장치가 구비된 전동기 구동장치의 회로도,3 is a circuit diagram of a motor driving apparatus equipped with a manual power factor improving apparatus according to the prior art;

도 4는 본 발명의 1실시예에 따른 역률개선장치가 구비된 전동기 구동장치의 회로도,4 is a circuit diagram of a motor driving apparatus provided with a power factor improving apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 2실시예에 따른 역률개선장치가 구비된 전동기 구동장치의 회로도,5 is a circuit diagram of a motor driving apparatus provided with a power factor improving apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 3실시예에 따른 역률개선장치가 구비된 전동기 구동장치의 회로도,6 is a circuit diagram of a motor driving apparatus equipped with a power factor improving apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명의 1실시예 내지 3실시예에 따른 역률개선장치에 구비된 인덕터의 성질을 설명하기 위한 전원전압(Vs) 및 전원전류(Is)의 파형도,7 is a waveform diagram of a power supply voltage Vs and a power supply current Is for explaining the properties of the inductor provided in the power factor improving apparatus according to the first to third embodiments of the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 1실시예 내지 3실시예의 역률개선장치의 동작을 설명하기 위한 전원전압(Vs) 및 전원전류(Is)의 파형도이다.8 is a waveform diagram of a power supply voltage Vs and a power supply current Is for explaining the operation of the power factor improving device according to the first to third embodiments of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

21 : 전원입력부 22 : 브릿지 다이오드21: power input unit 22: bridge diode

23 : 부하 24 : 역률개선장치23 load 24 power factor improvement device

31 : 스위칭소자 32 : 영전위검출부31: switching element 32: zero potential detection unit

33 : 제어부 C : 평활콘덴서33: control unit C: smoothing capacitor

D5, D6 : 다이오드 L1, L2 : 인덕터D5, D6: Diodes L1, L2: Inductors

Z1 : 트랜지스터Z1: Transistor

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 1실시예에 따른 역률개선장치가 구비된 전동기 구동장치의 회로도로서, 전동기 구동장치는, 교류전원(AC)을 입력하는 전원입력부(21)와, 상기 전원입력부(21)에서 입력되는 교류전원(AC)을 전파정류하여 직류전원(DC)을 출력하는 브릿지 다이오드(22), 상기 브릿지 다이오드(22)를 통해 전파정류되어 입력되는 직류전원(DC)을 평활하여 부하(23)로 출력하는 평활콘덴서(C) 및, 상기 브릿지 다이오드(22)와 평활콘덴서(C) 사이에 접속된 역률개선장치(24)를 포함하여 구성되어 있다.4 is a circuit diagram of a motor driving apparatus including a power factor improving apparatus according to an embodiment of the present invention, wherein the motor driving apparatus includes a power input unit 21 for inputting AC power and an AC power input unit 21. Bridge diode 22 for full-wave rectification of AC power AC input from the output DC power DC, and smoothing the DC power DC input through full-wave rectification through the bridge diode 22 to load 23. ) And a power factor improving device 24 connected between the bridge diode 22 and the smoothing capacitor C.

상기 역률개선장치(24)는, 상기 브릿지 다이오드(22)와 평활콘덴서(C)의 사이에 차례로 직렬 접속된 인덕터(L1) 및 다이오드(D5)와, 상기 인덕터(L1)와 다이오드(D5)의 사이에 병렬 접속되어, 인덕터(L1)의 출력단과 직류링크(DC link)의 (-)단을 단락 또는 개방하는 스위칭소자(31)와, 상기 교류전원(AC)의 영전위점을 검출하여 인터럽트신호를 출력하는 영전위검출부(32)와, 상기 영전위검출부(32)로부터 인터럽트신호가 입력되면 상기 스위칭소자(31)를 미리 설정된 시간동안 '온'시키는 제어부(33)를 포함하여 구성되어 있다.The power factor improving device 24 includes an inductor L1 and a diode D5 connected in series between the bridge diode 22 and the smoothing capacitor C, and the inductor L1 and the diode D5. A switching element 31 connected in parallel between the output terminal of the inductor L1 and a shorting or opening of the negative terminal of the DC link, and a zero potential point of the AC power source AC to detect an interrupt signal. And a control unit 33 for outputting a zero potential detection unit 32 and an ON signal when the interrupt signal is input from the zero potential detection unit 32.

상기 스위칭소자(31)는 상기 제어부(33)의 제어에 따라 스위칭동작하는 트랜지스터(Z1)와, 상기 트랜지스터(Z1)의 양단에 병렬로 접속된 안정용 다이오드(D6)를 포함하여 구성되어 있다.The switching element 31 includes a transistor Z1 for switching operation under the control of the controller 33 and a stabilizing diode D6 connected in parallel to both ends of the transistor Z1.

그리고, 상기 제어부(33)는 부하(23)에 적합한 스위칭소자(31)의 '온/오프'시작시간이 저장되어 있는 롬테이블(미도시)과, 타이머 레지스터(미도시)를 포함하여 구성되어, 상기 영전위검출부(32)로부터 인터럽트신호가 입력되면 상기 롬테이블에 저장된 스위칭소자(31)의 '온/오프'시작시간을 상기 타이머 레지스터에 저장시키고, 상기 타이머 레지스터로부터 '온/오프'시작시간이 되었다는 인터럽트신호가 입력되면 상기 스위칭소자(31)를 '온/오프'시키도록 제어한다.The controller 33 is configured to include a ROM table (not shown) and a timer register (not shown) in which the on / off start time of the switching element 31 suitable for the load 23 is stored. When the interrupt signal is input from the zero potential detection unit 32, the 'on / off' start time of the switching element 31 stored in the ROM table is stored in the timer register, and the 'on / off' start is started from the timer register. When the interrupt signal is reached, the switching element 31 is controlled to be 'on / off'.

도 5는 본 발명의 2실시예에 따른 역률개선장치가 구비된 전동기 구동장치의 회로도로서, 도 4에 도시된 전동기 구동장치와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였다.FIG. 5 is a circuit diagram of a motor driving apparatus including a power factor improving apparatus according to a second embodiment of the present invention, and the same reference numerals are used for the same configuration as the motor driving apparatus shown in FIG. 4.

도 5에 도시된 본 발명의 2실시예에 의한 역률개선장치는 도 4에 도시된 본 발명의 1실시예에 의한 역률개선장치와 그 구성이 동일하며, 단지 다이오드(D5)의 입력단에 직열 접속된 인덕터(L2)가 더 구비되어 있다.The power factor improving device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 has the same configuration as the power factor improving device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 4, and is directly connected to an input terminal of the diode D5. Inductor L2 is further provided.

도 6는 본 발명의 3실시예에 따른 역률개선장치가 구비된 전동기 구동장치의 회로도로서, 도 4에 도시된 전동기 구동장치와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였다.FIG. 6 is a circuit diagram of a motor driving apparatus including a power factor improving apparatus according to a third embodiment of the present invention, and the same reference numerals are used for the same configuration as the motor driving apparatus shown in FIG. 4.

도 6에 도시된 본 발명의 3실시예에 의한 역률개선장치는 도 4에 도시된 본 발명의 1실시예에 의한 역률개선장치와 그 구성이 동일하며, 단지 스위칭소자(31)의 입력단에 직열 접속된 인덕터(L2)가 더 구비되어 있다.The power factor improving device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 6 has the same configuration as the power factor improving device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 4, and is directly connected to an input terminal of the switching element 31. A connected inductor L2 is further provided.

상기와 같이 구성된 본 발명의 1실시예 내지 3실시예에 따른 역률개선장치의 작용 및 효과를 도 4 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation and effects of the power factor improving apparatus according to the first to third embodiments of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8.

본 발명의 1실시예 내지 3실시예에 따른 역률개선장치에 있어서, 브릿지 다이오드(22)의 출력단에 인덕터(L1)이 구비되어 있는데, 브릿지 다이오드(22)가 전원입력부(21)로부터 입력되는 교류전원(AC)을 전파정류하여 직류전원(DC)을 인덕터(L1)로 출력함에 따라 인덕터(L1)에 전류가 흐르게 되고, 이와 같이 인덕터(L1)에 흐르는 전류에 의해 전원전류(Is)가 결정됨에 따라 전원전류(Is)는 인덕터(L1)의 양단전압(VL)을 조절함으로써 제어할 수 있다.In the power factor improvement apparatus according to the first to third embodiments of the present invention, the inductor L1 is provided at the output terminal of the bridge diode 22, and the bridge diode 22 is inputted from the power input unit 21. As the full-wave rectification of the power supply AC outputs the DC power supply DC to the inductor L1, a current flows in the inductor L1, and thus the power supply current Is is determined by the current flowing in the inductor L1. Accordingly, the power supply current Is can be controlled by adjusting the voltage VL across the inductor L1.

이때, 인덕터(L1)에 양(+)의 전압이 걸리면(인덕터(L1)의 입력단 전압이 인덕터(L1)의 출력단 전압 보다 높으면) 전류가 인덕터(L1)로 흐르게 되고, 이 전류는 인덕터(L1)에 축적되다가 인덕터(L1)에 음(-)의 전압이 걸리게 되어도(인덕터(L1)의 입력단 전압이 인덕터(L1)의 출력단 전압 보다 낮더라도) 축적된 양만큼 전류가 계속해서 동일한 방향으로 흐르게 된다.At this time, when a positive voltage is applied to the inductor L1 (when the input terminal voltage of the inductor L1 is higher than the output terminal voltage of the inductor L1), the current flows to the inductor L1, and the current flows to the inductor L1. ), The current continues to flow in the same direction by the accumulated amount even if the negative voltage is applied to the inductor L1 (even if the input terminal voltage of the inductor L1 is lower than the output terminal voltage of the inductor L1). do.

따라서, 이와 같은 인덕터(L1)의 성질에 의해 인덕터(L1)의 값이 비교적 큰 값을 가지면 도 7에 도시된 바와 같이, 전원전류(Is)가 크게 위상지연되면서(전원전압(Vs)에 비해 θ1만큼 지연되면서) 흐르게 된다.Therefore, if the value of the inductor L1 has a relatively large value due to the property of the inductor L1 as shown in FIG. 7, the power supply current Is is greatly delayed (compared to the power supply voltage Vs). delayed by θ1).

이때, 역률(P.F ; Power Factor)은 다음의 수학식 2와 같이 전원전압(Vs)과 기본파전류(Is1)의 위상차(θ) 및 기본파전류(Is1)의 크기에 의해 결정되므로, 위상차(θ)와 기본파전류(Is1)를 제어함으로써 역률을 향상시킬 수 있다.In this case, the power factor PF is determined by the magnitude of the phase difference θ of the power supply voltage Vs and the fundamental wave current Is1 and the magnitude of the fundamental wave current Is1, as shown in Equation 2 below. power factor can be improved by controlling?) and fundamental wave current Is1.

여기서 P는 평균전력(Average power)이고, S는 피상전력(Apparent power)이며, Is1은 전원전류(Is)의 기본파전류, θ는 전원전압(Vs)과 기본파전류(Is)의 위상차이다.Where P is the average power, S is the apparent power, Is1 is the fundamental wave current of the supply current Is, and θ is the phase difference between the supply voltage Vs and the fundamental wave current Is. .

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 전원전류(Is)의 위상지연부분에서 전원전압(Vs)의 영전위점에 동기시켜 인덕터(L1)에 강제로 양(+)의 전압으로 인가하면 인덕터(L1)에 전류가 흐르게 되어 전원전압(Vs)과 전원전류(Is)의 위상이 서로 일치하게 되고 전원전류(Is)의 파형도 정현파에 가까운 형태로 됨에 따라, 역률을 개선할 수 있게 된다.Therefore, as shown in FIG. 7, when the phase delay portion of the power supply current Is is applied to the inductor L1 with a positive voltage in synchronization with the zero potential point of the power supply voltage Vs, the inductor L1 is applied. As a current flows through the power supply, the power supply voltage Vs and the power supply current phase are coincident with each other, and the waveform of the power supply current Is also becomes a sine wave, thereby improving the power factor.

이와 같이 인덕터(L1)에 강제로 전류를 흐르게 하기 위해서 도 4에 도시된 바와 같이 스위칭소자(31)의 양단을 인덕터(L1)의 출력단과 직류링크(DC link)의 (-)단에 접속시킨 상태에서 상기 스위칭소자(31)를 스위칭동작시킴으로써 원하는 구간에서 인덕터(L1)에 전류를 흐르게 할 수 있다.As shown in FIG. 4, the both ends of the switching element 31 are connected to the output terminal of the inductor L1 and the negative terminal of the DC link in order to force a current to flow through the inductor L1. By switching the switching element 31 in the state, a current can flow in the inductor L1 in a desired section.

또한, 상기와 같이 상기 스위칭소자(31)를 스위칭동작시킴으로써 인덕터(L1)에 강제로 전류를 흐르게 하면 직류링크전압이 마치 부스트컨버터(boost converter)처럼 상승하게 되어 부하 변동시에도 직류링크전압을 안정되게 유지할 수 있다.In addition, when the current is forced to flow through the inductor L1 by switching the switching element 31 as described above, the DC link voltage rises as if it is a boost converter, so that the DC link voltage is stabilized even when the load fluctuates. I can keep it.

즉, 한주기 동안 인덕터(L1)의 양단전압(VL)을 적분하면 '0'이 되므로 인덕터(L1)에 전류가 연속적으로 흐른다고 가정하면 스위칭소자(31)의 '온'시에 인덕터(L1)의 양단전압(VL)은 인덕터(L1)의 입력전압(Vd)이 되고, 스위칭소자(31)의 '오프'시에 인덕터(L1)의 양단전압(Vd)는 인덕터(L1)의 입력전압(Vd)에서 출력전압(Vo)를 뺀 Vd-Vo가 된다.That is, integrating the voltage VL across the inductor L1 for one period becomes '0', so assuming that current flows in the inductor L1 continuously, the inductor L1 is turned on when the switching element 31 is turned on. The voltage across both ends of VL becomes the input voltage Vd of the inductor L1, and the voltage Vd across the inductor L1 becomes the input voltage of the inductor L1 when the switching element 31 is 'off'. It becomes Vd-Vo minus the output voltage Vo from (Vd).

따라서, 다음의 수학식 3이 성립한다.Therefore, the following equation (3) holds.

여기서, Vo는 인덕터의 출력전압, Vd는 인덕터의 입력전압, ton은 스위칭소자의 '온'시간, toff는 스위칭소자의 '오프'시간이다.Where Vo is the output voltage of the inductor, Vd is the input voltage of the inductor, ton is the 'on' time of the switching element, and toff is the 'off' time of the switching element.

상기와 같은 수학식 3을 스위칭 주기(Ts)로 나누면 다음의 수학식 4가 성립한다.When Equation 3 is divided by the switching period Ts, Equation 4 below is established.

여기서, D는 ton/Ts : 스위칭소자의 '온'듀티이다.Where D is ton / Ts: the 'on' duty of the switching element.

따라서, 상기 수학식 4로부터 스위칭소자(31)의 '온'듀티가 증가함에 따라 인덕터(L1)의 출력전압(Vo)이 증가함을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen from Equation 4 that the output voltage Vo of the inductor L1 increases as the 'on' duty of the switching element 31 increases.

결론적으로, 본원발명의 1실시예 내지 3실시예에 따른 역률개선장치는 스위칭소자(31)를 사용하여 인덕터(L1)에 강제적으로 전류를 흐르게 하고, 이와 같이 인턱터(L1)에 강제적으로 전류를 흐르게 하는 구간(스위칭소자의 '온'듀티)을 조절함으로써, 역률을 향상시킬 수 있음과 더불어 직류링크전압을 안정되게 유지할 수 있는 것이다.In conclusion, the power factor improving device according to the first to third embodiments of the present invention forcibly flows current through the inductor L1 using the switching element 31, and thus forcibly applies current to the inductor L1. By adjusting the flow section (the 'on' duty of the switching element), the power factor can be improved and the DC link voltage can be kept stable.

이와 같은 원리에 의해 구현된 본 발명의 1실시예에 의해 역률개선장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 영전위검출부(32)가 전원입력부(21)로부터 공급되는 전원전압(Vs)의 영전위점을 검출하여 인터럽트신호를 제어부(33)로 출력하고, 상기 제어부(33)는 상기 영전위검출부(32)로부터 입력된 인터럽트신호에 따라 스위칭소자(31)를 '온/오프' 제어한다.According to one embodiment of the present invention embodied by the above principle, as shown in FIG. 4, the zero potential detection unit 32 receives the power supply voltage Vs supplied from the power input unit 21. The controller detects a weak point and outputs an interrupt signal to the control unit 33. The control unit 33 controls the switching element 31 'on / off' according to the interrupt signal input from the zero potential detection unit 32.

즉, 전원입력부(21)로부터 교류전원(AC)이 인가되면 인버터, 모터등의 부하(23)가 작동하기 시작하는데, 이때, 영전위검출부(32)로부터 전원전압 주파수의 2배에 해당하는 주파수로 인터럽트신호가 제어부(33)에 입력된다.That is, when AC power is applied from the power input unit 21, the load 23 of an inverter, a motor, etc. starts to operate. At this time, a frequency corresponding to twice the frequency of the power voltage from the zero potential detection unit 32 is started. The interrupt signal is input to the controller 33.

그리고, 제어부(33)는 상기와 같이 영전위검출부(32)로부터 인터럽트신호가 입력되면 수행하던 작업을 멈추고 인터럽트 서비스루틴으로 프로그램 포인터를 점프시켜 상기 인터럽트신호에 따른 명령을 수행한다.When the interrupt signal is input from the zero potential detection unit 32, the controller 33 stops the operation and jumps the program pointer to the interrupt service routine to execute the command according to the interrupt signal.

상기 인터럽트 서비스루틴에서는 롬테이블에 미리 저장되어 있는 부하(23)에 맞는 스위칭소자(31)의 '온/오프'시작시간을 읽어들여 타이머레지스터에 저장시킨 다음 원래의 프로그램 루틴으로 복귀한다.The interrupt service routine reads the 'on / off' start time of the switching element 31 corresponding to the load 23 previously stored in the ROM table, stores it in the timer register, and returns to the original program routine.

그리고, 상기 타이머레지스터는 저장된 '온/오프'시작시간에 도달하면 인터럽트신호를 출력하고, 이에 따라 제어부(33)가 스위칭소자(31)를 '온/오프'시킨다.When the timer register reaches the stored 'on / off' start time, the timer register outputs an interrupt signal, and the control unit 33 causes the switching element 31 to be 'on / off'.

이때, 상기 스위칭소자(31)가 '온'되는 시점은 전원전압(Vs)의 영전위점 직후인데 이때에는 인덕터(L1)의 양단전압(VL)이 음(-)으로 되어 있어 인덕터(L1)에 전류가 흐르지 못하지만, 스위칭소자(31)가 '온'되면 인덕터(L1)의 양단이 브릿지 다이오드(22) 출력단 및 직류링크의 (-)단과 단락되므로 인덕터(L1)에는 스위칭소자(31)가 '온'됨과 동시에 양(+)의 전압이 걸리게 되면서 전류가 흐르게 된다,At this time, the time when the switching element 31 is 'on' immediately after the zero potential point of the power supply voltage (Vs), the voltage VL of both ends of the inductor (L1) is negative (-) to the inductor (L1) Although no current flows, when the switching element 31 is 'on', both ends of the inductor L1 are short-circuited with the output terminal of the bridge diode 22 and the negative end of the DC link, so that the switching element 31 is connected to the inductor L1. On and at the same time a positive voltage is applied and current flows.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 전원전압(Vs)의 영전위점 직후에 스위칭소자(31)를 '온'시켰을 때 인덕터(L1)에 강제로 전류가 흐르게 되어 도 8에 점선부분과 같이 전원전류(Is)가 상승하게 된다.That is, as shown in FIG. 8, when the switching element 31 is 'on' immediately after the zero potential point of the power supply voltage Vs, a current flows through the inductor L1 forcibly, as shown by a dotted line in FIG. 8. The current Is rises.

이후, 스위칭소자(31)를 미리 정해진 시간 후에 '오프'시키면 인덕터(L1)에 축적되어 있던 전류가 다이오드(D5)를 통해 전류가 흐르게 되는데 이때는 다이오드(D5)를 통해 흐르는 전류가 약간 감소하게 된다.Thereafter, when the switching element 31 is 'off' after a predetermined time, the current accumulated in the inductor L1 flows through the diode D5. At this time, the current flowing through the diode D5 decreases slightly. .

그리고, 잠시후 직류링크전압이 인덕터(L1)의 입력단의 전압보다 작아지면서 인덕터(L1)에는 양(+)의 전압이 걸리게 되어 인덕터(L1)에 흐르는 전류가 증하게 되고 다시 인덕터(L1) 입력단의 전압이 직류링크전압 전압보다 작아지면서 인덕터(L1)에는 음(-)의 전압이 걸리게 된다. 이때에는 브릿지 다이오드(22)로부터 전류가 유입되지 않고, 인덕터(L1)에 축적되어 있던 전류가 감소하면서 흐르게 된다.After a while, the DC link voltage becomes smaller than the voltage at the input terminal of the inductor L1, and the inductor L1 takes a positive voltage to increase the current flowing through the inductor L1. As the voltage of is lower than the DC link voltage, the negative voltage is applied to the inductor L1. At this time, no current flows from the bridge diode 22, and the current accumulated in the inductor L1 flows while decreasing.

따라서, 도 8에 도시된 바와 같이 강제적으로 흐르는 전류와 원래의 전류가 합쳐지면서 전류의 위상이 보상되고 전류파형이 정현파형태를 가지게 되는 것이다.Therefore, as shown in FIG. 8, the forced current and the original current are combined to compensate for the phase of the current and have a sinusoidal waveform.

한편, 본 발명의 2실시예에 따른 역률개선장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 1실시예에 따른 역률개선장치와 그 구성이 동일하며, 단지 다이오드(D5)의 입력단에 직렬 접속된 인덕터(L2)가 더 구비됨에 따라, 스위칭소자(31)의 '온'시에 스위칭소자(31)를 통해 흐르는 전류를 크게 하는 것이다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, the power factor improving device according to the second embodiment of the present invention has the same configuration as the power factor improving device according to the first embodiment of the present invention, and is only connected in series to the input terminal of the diode D5. As the inductor L2 is further provided, the current flowing through the switching element 31 is increased when the switching element 31 is 'on'.

그리고, 본 발명의 3실시예에 따른 역률개선장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 1실시예에 따른 역률개선장치와 그 구성이 동일하며, 스위칭소자(31)의 입력단에 직렬 접속된 인덕터(L2)가 더 구비됨에 따라, 스위칭소자(31)쪽으로의 임피던스가 크게 되고, 이에 따라 스위칭소자(31)쪽으로 흐르는 전류를 지연시켜 큰 부하시에 스위칭소자(31)의 '온'시간을 증가시킬 수 있다.The power factor improving device according to the third embodiment of the present invention has the same configuration as the power factor improving device according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, and is connected in series to the input terminal of the switching element 31. As the inductor L2 is further provided, the impedance toward the switching element 31 becomes large, thereby delaying the current flowing toward the switching element 31, thereby causing the 'on' time of the switching element 31 under a large load. Can be increased.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 전원전압의 영전위점 근처에서 인덕터에 강제로 전류를 흐르게 함으로써 역률을 향상시켜 고조파전류 성분을 억제함과 더불어 부하의 변동시에도 직류링크전압을 안정되게 유지할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by forcibly flowing a current through the inductor near the zero potential point of the power supply voltage, the power factor is improved to suppress the harmonic current components, and the DC link voltage can be stably maintained even when the load changes. It has an effect.

Claims (5)

전원입력부로부터 입력되는 교류전원을 전파정류하여 출력하는 브릿지 다이오드와, 상기 브릿지 다이오드를 통해 전파정류되어 입력되는 직류전원을 평활하여 부하로 출력하는 평활콘덴서가 구비된 전동기 구동장치에 있어서,In a motor drive device having a bridge diode for full-wave rectifying and outputting AC power input from the power input unit, and a smoothing capacitor for smoothing and outputting the DC power input by full-wave rectification through the bridge diode to the load, 상기 브릿지 다이오드와 평활콘덴서의 사이에 차례로 직렬 접속된 인덕터 및 다이오드와,An inductor and a diode connected in series between the bridge diode and the smoothing capacitor; 상기 인덕터와 다이오드의 사이에 병렬 접속된 스위칭소자와,A switching element connected in parallel between the inductor and the diode; 상기 교류전원의 영전위점을 검출하여 인터럽트신호를 출력하는 영전위검출부 및,A zero potential detection unit for detecting an zero potential point of the AC power supply and outputting an interrupt signal; 상기 영전위검출부로부터 인터럽트신호가 입력되면 상기 스위칭소자를 미리 설정된 시간동안 '온'시키는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동기의 역률개선장치.And a control unit configured to 'on' the switching element for a predetermined time when an interrupt signal is input from the zero potential detection unit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어부는, 부하에 적합한 스위칭소자의 '온/오프'시작시간이 저장되어 있는 롬테이블(미도시)을 포함하여 구성되어, 상기 영전위검출부로부터 인터럽트신호가 입력되면 상기 롬테이블에 저장된 스위칭소자의 '온/오프'시작시간에 따라 스위칭소자를 '온/오프'시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전동기의 역률개선장치.The control unit may include a ROM table (not shown) in which an on / off start time of a switching element suitable for a load is stored, and when an interrupt signal is input from the zero potential detection unit, the switching element stored in the ROM table. The power factor improvement device of the motor, characterized in that to control the 'on / off' switching element according to the 'on / off' start time. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 스위칭소자의 '온'구간은 전원전압의 반주기보다 작은 것을 특징으로 하는 전동기의 역률개선장치.The power factor improvement device of the motor, characterized in that the 'on' period of the switching element is smaller than the half period of the power supply voltage. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 다이오드의 입력단에 직렬 접속된 인덕터가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 역률개선장치.A power factor improvement apparatus for an electric motor, characterized in that the inductor further connected in series to the input terminal of the diode. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 스위칭소자의 입력단에 직렬 접속된 인덕터가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 역률개선장치.And an inductor connected in series to an input terminal of the switching element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100627156B1 (en) * 2004-06-21 2006-09-25 박성철 heater

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