KR20000060883A - 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치에 관한 것으로, 종래에 리액터를 삽입하여 사용하는 경우 리액터의 값을 크게 할 수록 전압억제 효과가 커지기 때문에 충분한 전압 억제 효과를 얻기 위해 큰 값의 리액터를 적용할수록 전동기가 이용할 수 있는 전압을 줄이는 단점이 있고, 상기 리액터에서의 전압강하는 전동기 고속 운전시 특히 문제가 될 수 있는 점이 있고, 반면 LCR필터의 C,R의 값을 조정하는 것에 의해 L값을 줄일 수 있어 리액터를 적용한 경우의 단점을 보완하였으나 부품의 수가 증가했고, 필터의 L,C,R값을 조정하는 것이 인버터 스위칭 주파수, 선로의 길이, 선로의 특성임피던스 및 인버터 전압의 상승시간등에 의해 결정되어지기 때문에 각 요소들의 변동을 고려한 설계가 어려운 단점이 있다. 따라서 본 발명은 고정전압, 고정주파수의 상용 교류전원을 직류전원으로 변환한 후 이를 다시 가변전압, 가변주파수의 교류전원으로 변환시키는 인버터부와, 상기 인버터부에서 제공하는 교류전원에 의해 가변속 구동되는 전동기로 구성된 시스템에 있어서, 상기 인버터부 출력단에 연결하여, 인버터부 출력단에서의 임피던스 정합에 의해 전동기 입력단에서 발생할 수 있는 과전압을 억제하도록 하는 과전압 억제부를 더 구비하여, 과전압을 억제하도록 한 것이다.

Description

인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치{OVER VOLTAGE SUPPRESSION DEVICE FOR INVERTER-FED MOTOR}

본 발명은 인버터로 구동되는 전동기에서의 과전압에 의한 절연 파괴 현상을 억제할 수 있도록 한 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치에 관한 것으로, 특히 긴 선로를 통해 고속 스위칭 소자를 채용한 인버터로 구동되는 전동기의 입력단에서 발생하는 과전압을 억제하기 위한 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치에 관한 것이다.

인버터는 고정전압, 고정주파수의 상용전원을 입력받아 이를 가변전압, 가변주파수의 교류전압으로 변환하여 교류 전동기의 속도제어를 용이하게 할 수 있도록 하는 장치이다.

인버터 기술의 발전에 의해 교류 전동기의 속도제어 성능이 향상되면서 산업현장의 자동화 설비에는 기존의 직류 전동기를 대체하여 교류 전동기가 널리 사용되어지고 있다.

일반적으로 섬유, 제지, 제철, 유리등의 제품을 생산하기 위한 생산 설비에는 수십∼수백대의 전동기가 전 공정에 걸쳐 여러가지 용도로 사용되고 있으며, 여러대의 전동기 및 각종 기계장치를 제어하기 위한 제어반(인버터 포함)은 전동기 및 생산설비와 분리된 별도의 장소에 설치되어져 있다.

제어반과 전동기는 긴 선로를 통해 연결되어지며 선로의 길이는 공정에 따라 수십∼수백m에 이르는 것으로 알려져 있다.

최근의 전력용 반도체 기술의 발전으로 기존의 파워 트랜지스터(power transistor)를 대치하여 인버터의 소형, 경량화 및 저소음화를 가능하게 하고 전동기의 제어성능을 향상시킬 수 있는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 고속 스위칭 소자를 탑재한 인버터의 보급이 늘어나면서 긴 선로를 통해 인버터로 구동되어지는 전동기에서의 절연파괴에 의한 전동기의 파손문제가 발생하고 있다.

본 발명은 긴 선로를 통해 고속 스위칭 인버터로 구동되는 교류전동기에서 발생하는 과전압을 억제하여 전동기의 절연파괴현상을 억제할 수 있도록 하기 위한 것으로, 후에 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 인버터 구동 전동기의 제어장치에 대한 회로도로서, 이에 도시된 바와같이, 전동기를 요구되어지는 상황에 맞추어 적절하게 제어할 수 있는 지령신호를 속도지령 내지 위치지령의 형태로 인버터로 공급해주는 운전 제어부(102)와, 입력되는 고정전압, 고정주파수의 교류전원(103)을 상기 운전 제어부(102)의 지령에 따라 가변전압, 가변주파수의 전압으로 변환시켜 선로(105)를 통해 전동기군(107)으로 인가해주는 인버터부(104)로 구성된다. 미설명부호 101은 제조공정에 맞추어 전동기를 비롯한 각종 장치들을 통제하는 제어기들이 설치되는 제어반으로, 전동기와 기계장치와는 분리되어 별도의 장소에 설치되어져 있다.

도 2는 도 1에서, 1대의 인버터로 1대의 전동기를 구동하기 위한 인버터 구동 전동기의 제어장치에 대한 회로도로서, 이에 도시된 바와같이, 입력되는 3상 상용전원을 정류 다이오드(204)를 이용하여 직류전압으로 변환시켜 출력하는 정류부(203)와, 상기 정류부(203)에서 출력되는 직류전압의 맥동을 제거하는 직류평활 커패시터(205)와, 상기에서 맥동이 제거된 직류전압을 가변전압, 가변주파수로 변환시킨 후 선로(209)를 통해 전동기(211)로 공급하는 교류 전력변환부(206)와, 운전 제어장치로 부터 전달되어지는 인버터 제어신호에 맞추어 전동기를 구동시킬 수 있는 전압을 공급하도록 하기 위한 게이트 구동신호를 출력시키는 인버터 제어부(213)로 구동된다.

이와같이 구성된 종래기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

제품생산 과정에서 도 1의 기계장치(106)가 현재 상황에서 요구되어지는 작업을 할 수 있도록 운전 제어부(102)는 요구되어지는 작업에 맞게 전동기군(107)내의 각각의 전동기가 운전하도록 운전지령신호를 속도지령 내지 위치지령의 형태로 인버터부(104)로 인가해준다.

상기 운전 제어부(102)로 부터 지령을 받은 인버터부(104)와 전동기군(107)의 동작에 대하여 1대의 인버터와 1대의 전동기를 구동시키기 위한 장치인 도2에 의거하여 살펴본다.

3상 교류전원(201)이 입력되면 정류부(203)의 정류 다이오드(204)가 정류를 행하여 입력 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 직류 평활 콘덴서(205)를 충전시킨다.

한편 인버터 제어부(213)는 상위의 운전 제어부(102)로 부터 지령신호(212)를 입력받아 전달된 지령 신호대로 전동기(211)가 구동될 수 있도록 하는 전압지령의 크기를 계산하며, 이 계산된 전압지령의 크기를 갖는 전압이 교류 전력변환부(207)에서 출력되어 전동기(211)로 입력될 수 있게 전력용 스위칭 반도체(207)를 온/오프시키기 위한 게이트 구동신호(214)를 상기 교류 전력변환부(206)로 제공한다.

이에따라 상기 교류 전력변환부(206)의 전력용 스위칭 반도체(207)가 온/오프하여 계산된 지령전압이 전동기(211)로 공급되도록 한다.

그런데, 최근들어 구동성능이 향상된 IGBT 인버터의 보급이 늘어나면서 기존 전동기 구동 시스템에서 인버터만을 교체하는 경우가 많이 있으며, 이 경우 고속 스위칭에 의해 발생하는 높은 전압 변화량에 의해 전동기 단자에서 과전압이 발생되는 현상이 관측되고 있다.

전압 변화량의 크기는 스위칭소자의 온/오프시간에 크게 의존한다.

각 스위칭 소자들의 전형적인 온/오프시간은 기존의 스위칭 소자인 게이트 턴 오프 싸이리스터(Gate-turn-off-thyristor,GTO)는 약 10μs, 트랜지스터는 약 2μs이지만 IGBT의 경우는 약 0.2μs 정도로 IGBT 인버터의 경우 기존인버터에 비해 전압 변화량이 매우 커지게 된다.

전압변화량이 크고, 선로의 길이가 긴 경우 전압단(인버터)에서 전압이 인가되었을 경우 곧바로 부하단(전동기)의 전압 및 전류가 상승하는 것이 아니라 일정한 시간을 가지고 전달되는 것으로 간주해야 하며, 이 경우 입력단 및 부하단에서의 임피던스 부정합에 의해 생기는 전압반사 현상에 의해 과전압이 발생하게 되며, 전압반사로 생긴 과전압의 반복적인 인가에 의해 전동기 절연파괴의 원인이 된다.

전압반사 현상은 선로가 매우 길거나 선로의 길이에 비해 전압상승률이 상대적으로 매우 높아 전원단에서 출력된 전압, 전류가 어느 정도의 지연시간을 가지고 부하단으로 전달되는 경우 발생하는 것으로, 종래에는 송배전 선로나 대형 변압기 권선 내부에서 문제가 되었던 것이다.

전압반사 현상의 원인이 되는 임피던스 부정합은 도 2에서 임피던스 불연속점인 인버터 출력단(208) 및 전동기 입력단(210)에 존재하게 되며, 전압반사 현상은 아래식 (1)(2)로 주어지는 반사계수로 기술되어 진다.

식(1)(2)에서 Γm은 전동기 입력단의 반사계수, Γinv는 인버터 출력단의 반사계수, Zm,Zc,Zinv는 각각 전동기, 선로, 인버터의 특성 임피던스이다. Vinv를 인버터 출력전압이라고 할 경우 전동기 입력단에서의 전압(Vm)은 식(3)과 같이 입력전압과 전동기 입력단에서의 반사 계수만큼 반사된 전압의 합으로 주어진다.

일반적으로 전동기의 특성 임피던스는 전동기 용량에 따라 변화하지만 약 수∼수십kΩ의 범위내에 있고, 선로의 특성 임피던스는 약50∼200Ω의 범위내에 있는것으로 알려지고 있고, 인버터의 특성 임피던스는 거의 0으로 볼 수 있다.

따라서 이들 임피던스간의 관계는 식(4)와 같이 나타낼 수 있으며, 식(4)의 관계에 의해 일반적으로 인버터 출력단에서의 반사계수는 -1, 전동기 입력단에서의 반사계수는 전동기 용량에 따라 달라지지만 0.6∼0.9 정도로 알려져 있다.

따라서 인버터로 구동되는 전동기 시스템내에 존재하는 임피던스 불연속점에서의 전압반사현상에 의해 전동기 입력단에 전압은 이론적으로 최대 2배까지, 실제적으로는 1.6∼1.9배까지 상승할 수 있음을 알 수 있으며, 전압반사에 의해 전동기 권선의 절연내력을 초과하는 과전압의 반복적인 인가로 절연파괴를 일어날 수 있게 된다.

도 3은 인버터의 전압 상승률이 큰 경우 전압반사에 의해 전동기 입력단(210)에서 발생하는 과전압을 도시한 것으로, 301은 인버터 출력단(208)의 전압으로 일정한 전압 상승시간을 가지고 직류 평활 커패시터(205)에 충전된 전압의 크기로 상승한다.

302는 전동기 입력단(210)의 전압으로 인버터 출력전압(301)이 선로(209)의 길이에 의한 지연시간 만큼 지연되어 전동기 입력단(210)에 도달한 후 직류 평활 커패시터의 전압의 크기로 상승하기 시작한다.

상승과 동시에 전동기 입력단(210)에서의 반사계수(Γm)만큼의 전압반사가 발생하여 식(3)과 같이 전동기 입력단(210)의 전압은 피크치가 입력전압, 즉 인버터 출력단(208)의 전압에 비해 커지게 된다.

전동기 입력단(210)에서 반사된 전압은 인버터 출력단(208)으로 다시 되돌아가며, 인버터 출력단(208)으로 되돌아온 전압은 다시 반사계수(Γinv)만큼 반사되어 전동기 입력단(210)으로 되돌아간다.

이와같은 과정이 반복되어지면 302와 같이 전동기 입력단 전압은 인버터 출력전압(301)을 중심으로 진동하는 양상을 가진다.

전동기 입력단(210)에서의 전압이 시간에 따라 점차 줄어드는 이유는 반사된 전압의 크기가 점차 줄어들기 때문으로 이는 전동기 입력단의 반사계수(Γm)가 1보다 작은 값이고, 선로내에 존재하기 때문이다.

인버터로 전동기 구동시 과전압에 의한 절연파괴를 방지하기 위한 한 방법으로, 권선의 절연내력이 전압반사로 인해 인가될 수 있는 전압보다 크게 설계된 전동기를 사용하는 것이 있으나 이미 기존의 고정전압, 고정주파수의 입력전압용으로 설계된 전동기가 설치된 현장에서 전동기를 교체하는 것은 힘들다.

따라서 많이 사용되고 있는 방법이 도 4의 (a)(b)와 같이 리액터를 삽입하거나, LCR필터를 삽입하여 사용하는 것이다.

도 4a는 리액터가 높은 주파수 성분을 통과시키지 않는 성질을, 도 4b는 L-C-R로 구성된 일종의 저역통과필터로 역시 높은 주파수의 성분을 통과시키지 않는 성질을 이용한 것으로, 인버터 출력전압의 전압 상승시간을 느리게 만들어서 전압변화량을 줄여주어 전압반사의 원인이 되는 높은 전압 상승률을 억제하여 전압반사 현상을 완화시켜 과전압을 억제한다.

LCR필터의 주파수 응답 특성은 식(5)와 같이 주어진다. 식(5)에서 s는 파플라스 연산자이고, Rf, Cf, Lf는 각각 도 4b의 LCR필터에서 각 파라미터의 값이다.

LCR 필터의 Lf,Cf값을 조절하여 저역통과필터의 차단주파수를 조절하고, Rf를 조절하여 차단주파수에서의 감쇠특성을 조절한다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에 있어서, 도 4a에서와 같이 리액터를 삽입한 형태는 리액터(402)와 전동기(404)가 선로(403)를 통해 직렬로 연결되기 때문에, 리액터에서의 전압강하가 발생한다. 그런데 리액터의 값을 크게 할 수록 전압억제 효과가 커지기 때문에 충분한 전압 억제 효과를 얻기 위해 큰 값의 리액터를 적용할수록 전동기가 이용할 수 있는 전압을 줄이는 단점이 있고, 상기 리액터에서의 전압강하는 전동기 고속 운전시 특히 문제가 될 수 있는 문제점이 있다. 반면 도 4b에서 LCR필터의 C,R의 값을 조정하는 것에 의해 L값을 줄일 수 있어 리액터를 적용한 경우의 단점을 보완하였으나 부품의 수가 증가했고, 필터의 L,C,R값을 조정하는 것이 인버터 스위칭 주파수, 선로의 길이, 선로의 특성임피던스 및 인버터 전압의 상승시간등에 의해 결정되어지기 때문에 각 요소들의 변동을 고려한 설계가 어려운 단점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 단점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고속 스위칭 소자를 탑재한 시스템의 인버터 출력단에 과전압 억제 필터를 삽입하는 것에 의해 과전압의 원인이 되는 전압 반사현상을 억제하여 과전압에 의한 전동기 절연파괴 현상을 제거하기 위한 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 인버터 구동 전동기의 제어장치에 대한 회로도.

도 2는 도 1에서, 1대의 인버터로 1대의 전동기를 구동하기 위한 인버터 구동 전동기의 제어장치에 대한 상세도.

도 3은 도 2에서, 인버터의 전압 상승률이 큰 경우 전압반사에 의해 전동기 입력단에서 발생하는 과전압 특성도.

도 4a는 도 2에서, 인버터 출력단에 리액터를 삽입하여 과전압을 억제하기 위한 회로도.

도 4b는 도 2에서, 인버터 출력단에 L-C-R필터를 삽입하여 과전압을 억제하기 위한 회로도.

도 5는 본 발명 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치에 대한 회로도.

도 6은 도 5에서, 1대의 인버터로 1대의 전동기를 구동하기 위한 인버터 구동 전동기의 제어장치에 대한 상세도.

도 7은 도 6에서, 과전압 억제어부의 상세도.

도 8은 도 6의 과전압 억제부에 의해 과전압이 억제된 상태를 보여주는 과전압 특성도.

***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****

502 : 운전 제어부 504 : 인버터부

505 : 선로 507 : 전동기

508 : 과전압 억제부 608 : 인버터 출력단

610 : 전동기 입력단

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고정전압, 고정주파수의 상용전원을 직류전원으로 변환시켜 이를 다시 가변전압, 가변주파수의 교류전원으로 변환하는 인버터부와, 이 인버터부로 가변속 구동되는 전동기를 구비한 인버터 구동 전동기에 있어서, 상기 인버터부의 출력단에 연결하여 인버터부 출력단에서의 임피던스 정합에 의해 상기 전동기 입력단에서 발생할 수 있는 과전압을 억제하는 과전압 억제부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치에 대한 회로도로서, 이에 도시한 바와같이, 전동기를 요구되어지는 상황에 맞추어 적절하게 제어할 수 있는 지령신호를 속도지령 내지 위치지령의 형태로 인버터로 공급해주는 운전 제어부(502)와, 입력되는 고정전압, 고정주파수의 교류전원(503)을 상기 운전 제어부(502)의 지령에 따라 가변전압, 가변주파수의 전압으로 변환시켜 선로(505)를 통해 전동기군(507)으로 인가해주는 인버터부(504)와, 상기 인버터부(504)의 출력단에 연결되어 출력단에서의 임피던스 정합에 의해 상기 전동기군(507)의 입력단에서 발생할 수 있는 과전압을 억제하는 과전압 억제부(508)로 구성한다.

도 6은 도 1에서, 1대의 인버터로 1대의 전동기를 구동하기 위한 인버터 구동 전동기의 제어장치에 대한 회로도로서, 이에 도시된 바와같이, 입력되는 3상 상용전원을 정류 다이오드(604)를 이용하여 직류전압으로 변환시켜 출력하는 정류부(603)와, 상기 정류부(603)에서 출력되는 직류전압의 맥동을 제거하는 직류평활 커패시터(605)와, 상기에서 맥동이 제거된 직류전압을 가변전압, 가변주파수로 변환시킨 후 선로(609)를 통해 전동기(611)로 공급하는 교류 전력변환부(606)와, 운전 제어장치로 부터 전달되어지는 인버터 제어신호에 맞추어 전동기를 구동시킬 수 있는 전압을 공급하도록 하기 위한 게이트 구동신호를 출력시키는 인버터 제어부(613)와, 상기 상기 교류 전력변환부(606)의 출력단에 연결되어 운전과정중에 상기 교류 전력변환부(606)에서의 전압반사현상을 없애 전동기 입력단으로 부터 반사된 전압을 제어하여 전동기로 인가되는 전압이 인버터 출력전압 이상으로 되는 것을 억제하는 과전압 억제부(615)로 구성한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제품생산 과정에서 도 5의 기계장치(506)가 현재 상황에서 요구되어지는 작업을 할 수 있도록 운전 제어부(502)는 요구되어지는 작업에 맞게 전동기군(507)내의 각각의 전동기가 운전하도록 운전지령신호를 속도지령 내지 위치지령의 형태로 인버터부(504)로 인가해준다.

상기 운전 제어부(502)로 부터 지령을 받은 인버터부(504)와 전동기군(507)의 동작에 대하여 1대의 인버터와 1대의 전동기를 구동시키기 위한 장치인 도 6에 의거하여 살펴본다.

3상 교류전원(601)이 입력되면 정류부(603)의 정류 다이오드(604)가 정류를 행하여 입력 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 직류 평활 콘덴서(605)를 충전시킨다.

한편 인버터 제어부(613)는 상위의 운전 제어부(602)로 부터 지령신호(612)를 입력받아 전달된 지령 신호대로 전동기(611)가 구동될 수 있도록 하는 전압지령의 크기를 계산하며, 이 계산된 전압지령의 크기를 갖는 전압이 교류 전력변환부(607)에서 출력되어 전동기(611)로 입력될 수 있게 전력용 스위칭 반도체(607)를 온/오프시키기 위한 게이트 구동신호(614)를 상기 교류 전력변환부(606)로 제공한다.

이에따라 상기 교류 전력변환부(606)의 전력용 스위칭 반도체(607)가 온/오프하여 계산된 지령전압이 전동기(611)로 공급되도록 한다.

상기에서와 같은 운전 과정중에 과전압 억제부(615)는 인버터 출력단(608)에서의 전압 반사현상을 없애 전동기 입력단(610)으로 부터 반사된 전압을 제거하는 역할을 하여 전동기(611)로 인가되는 전압이 인버터 출력전압 이상으로 되는 것을 억제하는 역할을 한다.

상기 과전압 억제부(615)의 동작에 대하여 도 7에 의거하여 살펴보면, R-L 병렬회로(702)에서 리액터(L)를 제거하여 주파수에 대해 임피던스가 변하지 않은 저항(R)만으로 이루어졌다고 가정한다.

이 경우 도 6에서와 같이 과전압 억제부(615)가 인버터 출력단(608)에 직렬로 연결될 경우 선호(609)측에서 바라본 인버터의 특성 임피던스는 과전압 억제부(615)의 저항(R)의 임피던스가 되고, 식(6)과 같이 바뀌게 된다.

상기 식(6)과 같이, 인버터의 특성 임피던스 값이 본 발명의 과전압 억제부의 임피던스 값으로 결정되므로, 상기 과전압 억제부(615)의 임피던스를 변경하는 것에 의해 식(2)로 계산되는 인버터 출력단(608)에서의 반사계수가 변화하여 인버터 출력단(608)에서의 전압반사 특성을 변화시킬 수 있게 된다.

만일 과전압 억제부(615)의 임피던스 값(R값)을 선로(609)의 특성 임피던스(Zc)와 동일하게 설정해준다면 인버터측 반사계수를 식(7)과 같이 0으로 만들 수 있게 되어 인버터 출력단(608)에서의 전압반사를 완전히 제거할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 과전압 억제부(615)의 적용으로 인버터 출력단(608)에서 임피던스 정합이 이루어져 전압반사 현상이 발생하는 시스템내의 2개소의 임피던스 불연속점중의 1개소인 인버터 출력단(608)에서의 전압반사 현상을 완전히 제거하는 것이 가능하다.

상기와 같이 저항으로만 구성된 과전압 억제부를 인버터 출력단(608)에 연결한 경우에 초기 전력용 스위칭 반도체(607)의 온/오프에 의해 인버터 출력단(608)의 전압이 상승하면 과전압 억제부(615), 선로(609), 전동기 입력단(610)을 거쳐 전동기(611)로 전달되어진다.

선호(609)를 따라 전달되는 전압은 전동기 입력단(610)에 도달되기 전까지는 인버터의 출력전압이 과전압 억제부(615)내의 R의 임피던스와 선로(609)의 임피던스값에 따라 양측에 분압되며, 인버터 출력전압에서 과전압 억제부(615)에서의 전압강하를 차감한 크기의 전압이 전동기 입력단(610)에 전달된다.

전동기 입력단(610)의 전압은 전압반사 현상에 의해 식(3)으로 계산될 수 있지만, 기존의 과전압 억제부가 없는 경우와는 달리 전동기 입력단으로 전달된 전압이 인버터 출력전압이 있는 그대로 인가되는 것이 아니라 과전압 억제부(615)와 선로(609)에서 분압된 전압이 인가되므로 전동기 입력단(610)의 전압은 전압반사를 고려하더라도 인버터 출력전압의 크기보다 작거나 같게된다.

전동기 입력단(610)에서 반사된 전압은 다시 선호(609)를 따라 인버터 출력단(608)쪽으로 되돌아오지만 과전압 억제부(615)에 의해 전압반사 현상이 일어나지 않으므로 전압반사 현상은 인버터에서 다른 전압펄스가 입력되기 전까지는 발생하지 않게 되고, 전동기 입력단(610)에서 과전압이 발생하지 않게 된다.

앞에서는 저항만으로 이루어진 과전압 억제부를 적용하였을 경우의 인버터 출력단(608)에서의 임피던스 정합에 의해 전동기 입력단(610)에서의 과전압을 억제할 수 있는 원리를 설명했다.

그런데 이와같이 저항만을 사용할 경우에는 전압 분압에 의해 전압강하가 발생하여 전동기 입력단의 전압이 인버터 출력전압까지 상승하지 않게 되고, 또한 전동기 전류가 저항으로 계속 흐르기 때문에 전력손실이 문제가 될 수 있으므로, 저항만을 사용하는 것을 보완할 필요가 있다.

인버터의 정상적인 동작에 영향을 주지않으면서 본 발명의 목적인 전동기 입력단(610)에서의 과전압 억제를 위해서는 인버터 출려겆ㄴ압의 변동이 큰 순간에는 임피던스 정합의 기능을 가지면서, 출력전압의 변동이 작은 정상상태에서는 영향을 미치지 않아야 한다.

즉, 스위칭 순간에만 저항성분으로 작용하고, 정상상태에서는 저항성분이 보이지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위해 도 7의 과전압 억제부를 구성하는 R-L병령회로(702)를 인버터 출력단(703)에 연결할 경우에는 스위칭 순간 및 전동기 입력단(701)에서 반사된 전압이 인버터 출력단(703)으로 다시 인가될때와 같이 전압 변화량이 큰 전압이 인가될 경우에는 리액터는 개방상태이므로 리액터로는 전류가 흐르지 않게 되고, 따라서 과도상태에서는 R-L병렬회로(702)를 R만의 회로로 볼 수 있으며, 전압이 상승을 마치고 정상상태값이 된 경우에는 리액터는 단락상태가 되므로 저항에는 전류가 흐르지 않게 되어 R-L병렬회로(702)를 L만의 회로로 볼 수 있게 된다.

따라서 도 7의 R-L병렬회로(702)로 하는 것에 의해 스위칭시의 과도상태에서는 저항(R)에 의한 임피던스 정합으로 도 6의 인버터 출력단(608)에서의 전압반사 현상을 제거하여 전동기 입력기(610)에서 발생할 수 있는 과전압 발생원인을 제거하고, 리액터(L)에 의해 정상상태에서는 저항(R)에서의 전압강하 및 전력손실을 없앨 수 있게 된다.

그리고 본 발명의 과전압 억제부(615)는 인버터 출력단(608)에 연결하기 때문에 1대의 인버터로 여러대의 전동기를 구동하는 경우에도 1대의 과전압 억제부만으로도 전동기 입력단(610)에서 발생하는 과전압을 억제할 수 있는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 과전압 억제부(615)에 의해 과전압이 효과적으로 억제된 상태를 보여주는 과전압 특성도로서, 801은 인버터 출력단(608)의 전압 파형이고, 802는 전동기 입력단(610)의 전압 파형으로, 전동기 입력단에서 과전압이 억제됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 전압반사의 원인이 전동기, 선로, 인버터간의 임피던스 차이에 의한 임피던스 부정합에 기인하는 것에 착안하여 인버터 출력단에 선로의 특성 임피던스와 동일한 값의 임피던스 회로를 연결하여 인버터 출력단에서의 반사계수를 0으로 만드는 것에 의해 인버터 출력단에서의 전압반사를 제거하여 전동기 입력단에서의 과전압을 억제하도록 한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 고정전압, 고정주파수의 상용 교류전원을 직류전원으로 변환한 후 이를 다시 가변전압, 가변주파수의 교류전원으로 변환시키는 인버터부와, 상기 인버터부에서 제공하는 교류전원에 의해 가변속 구동되는 전동기로 구성된 시스템에 있어서, 상기 인버터부 출력단에 연결하여, 인버터부 출력단에서의 임피던스 정합에 의해 전동기 입력단에서 발생할 수 있는 과전압을 억제하도록 하는 과전압 억제부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치.
2. 고정전압, 고정주파수의 상용 교류전원을 직류전원으로 변환한 후 이를 다시 가변전압, 가변주파수의 교류전원으로 변환시키는 인버터부와, 상기 인버터부에서 제공하는 교류전원에 의해 가변속 구동되는 전동기를 복수대 구비한 시스템에 있어서, 상기 인버터부 출력단에 1대만 연결하여, 인버터부 출력단에서의 임피던스 정합에 의해 복수개의 전동기 입력단에서 발생할 수 있는 과전압을 억제하도록 하는 과전압 억제부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치.
3. 제2항에 있어서, 과전압 억제부는 R-L병렬회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치.