KR20010047574A

KR20010047574A - 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치 및 방법

Info

Publication number: KR20010047574A
Application number: KR1019990051867A
Authority: KR
Inventors: 김창범; 강병식
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-06-15
Also published as: KR100379163B1

Abstract

본 발명은 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치및 방법에 관한 것으로, 종래에는 입력전원(AC)이 정격전압의 소정범위 이상에서 변동되면 전력소자의 용량을 넘게 되어 그 전력소자가 소손되거나 또는 에러신호를 출력하게 되어 운전이 정지되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 입력전원(AC)의 전류를 변류기로 감지하는 총합전류감지부와; 상기 입력전원(AC)을 입력받아 이를 직류전압으로 변환하는 교류/직류변환부와; 상기 교류/직류변환부의 직류전압 레벨로 입력전원(AC)의 레벨을 감지하는 입력전원(AC)감지부와; 상기 입력전원(AC)감지부의 감지신호로 해당 입력전원(AC)의 총합전류제한값을 설정하여 이 총합전류제한값과 상기 총합전류감지부의 총합전류감지값을 비교하여 그에 따른 펄스폭 변조신호를 출력함과 아울러 총합전류감지값에 대한 역률보상 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 교류/직류변환부의 직류전압을 입력받아 이를 상기 역률보상제어신호에 의해 스위칭하여 역률을 보상하는 역률보상부와; 상기 역률보상부의 역률보상신호를 입력받아 이를 상기 제어부의 펄스폭 변조신호에 의해 스위칭하여 그에 따라 3상 교류전원으로 가변하는 인버터부와; 상기 인버터부의 3상 교류전원에 의해 구동되는 압축기를 포함하여 구성함으로써 입력전원(AC)이 과도하게 상승하더라도 부하에 흐르는 전류를 입력전원(AC)에 반비례하게 제한하여 부하의 최대 소비전력량을 항상 일정하게 유지함으로써 과전류로 인한 전력소자의 소손을 방지함과 아울러 정격 용량의 전력소자를 사용하게 되어 비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치 및 방법{POWER DEVICE PROTECTION APPARATUS AND METHOD FOR INVERTER HEAT PUMP}

본 발명은 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 정격 전압 상태의 정격 부하점에서 선택한 전력소자를 어떠한 과전압 조건에서도 소손없이 시스템의 정격 능력으로 운전될 수 있도록 한 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 입력전류를 변류기로 감지하는 총합전류 감지부(10)와; 상기 입력전원(AC)을 입력받아 이를 직류전압으로 변환하는 교류/직류 변환부(12)와; 상기 총합전류 감지부(10)의 감지신호를 입력받아 그에 따른 펄스폭 변조신호 및 역률 보상 제어신호를 출력하는 제어부(11)와; 상기 교류/직류 변환부(12)의 직류전압을 입력받아 이를 상기 제어부(11)의 역률 보상 제어신호에 의한 스위칭 동작으로 역률을 보상하는 역률보상부(13)와; 상기 역률보상부(13)의 역률 보상 신호를 입력받아 이를 제어부(11)의 펄스폭 변조신호에 의해 스위칭하여 3상 교류전원으로 가변하여 출력하는 인버터부(14)와; 상기 인버터부(14)의 3상 교류전원에 의해 구동되는 압축기(15)로 구성되며, 이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 도2의 회로도를 참조하여 설명한다.

먼저, 총합전류 감지부(10)는 변류기로 입력전류를 감지하여 제어부(11)에 인가하고, 그러면, 상기 제어부(11)는 상기 총합전류 감지부(10)의 감지신호를 입력받아 그에 따른 펄스폭 변조신호를 후술할 인버터부(14)에 인가함과 아울러 초기에 설정된 역률 보상 제어신호를 출력한다.

이때, 교류/직류 변환부(12)는 입력전원(AC)을 입력받아 이를 직류전압으로 변환하여 출력하고, 역률보상부(13)는 상기 교류/직류 변환부(12)로부터 직류전압을 입력받아 이를 상기 제어부(11)의 역률 보상 제어신호에 의해 스위칭하여 역률을 보상한다.

이후, 인버터부(14)는 상기 역률보상부(13)의 역률 보상신호를 입력받아 이를 상기 펄스폭 변조신호에 의해 스위칭하여 3상 교류전원으로 가변하여 출력하고, 그러면 압축기(15)는 상기 3상 교류전원에 의해 구동된다.

여기서, 예를 들어 도 2에서, 최대 정격 소비전력을 5066W, 전력소자의 용량을 20A(피크값),역률(COSθ1=0.98)이라고 가정하면, 정격전압 220V에서 총합전류감지부(10)가 감지하는 입력전류는 아래의 수식에 의해 23.5A가 얻어진다.

Pt=VICOSθ1 -------식(1)

이때, 상기 입력전류값이 총합 전류 제한값이 되는데, 이 총합 전류 제한값 보다 큰 전류가 감지되면 제어부(11)가 압축기(15)의 운전주파수를 제어하여 항상 총합 전류값이 상기 총합 전류 제한값 이하가 되도록 제어하여 인버터부(14)의 전력소자를 보호하는 역활을 수행하게 된다.

여기서, 상기 전력소자에 흐르는 선전류를 구하여 보면, 역률보상회로를 적용하였으므로 도3의 전력소자 양단 전압(Vpn)은 입력전원(AC)에 관계없이 항상 400V를 유지한다고 보면, 압축기(15)의 최대 선간전압(400/1.414)은 280V가 된다.

또한, 압축기(15)의 역률(COSθ2)이 '0.8'이라고 가정하고, 순수하게 상기 압축기(15)가 소비하는 소비전력은 전체 소비전력에서 실내외 팬등 기타 소비전력 300W 정도를 뺀 476W라고 하면, 선전류는 12.28A이면 피크값은 17.37(A)로써 20A의 전력소자의 87%정도를 사용하게 되어 정격전압(220V)에서 운전되는 데는 아무런 문제가 없다.

그러나, 입력전원(AC)의 정격의 20% 범위에서 변동한다면, 예를 들어 입력전원(AC)이 정격전압의 +20%인 264V에서 운전된다고 가정하면 총합전류 감지부(10)의 총합 전류 제한값은 23.5A로 이전과 동일하다.

이때, 시스템이 부하조건에 따라 운전하다가 입력전류가 총합 전류 제한값인 23.5A까지 올라가면 전력소자가 소손되거나 에러신호를 출력하게 되어 시스템이 정지하게 되는 데, 이를 설명한다.

우선, 전체 소비전력을 구하면(역률=0.98),

Pt=VICOSθ1=264×23.5×0.98=6080W

여기서, 실내외팬등 기타 소비전력 300W정도를 뺀 5780W가 순수하게 압축기(15)에서 소비되는 전력이다.

따라서, 선전류는 '14.9A'이고,피크전류치는 21.06A로써 20A의 전력소자의 용량을 넘게되어 전력소자가 소손된다.

즉, 상술한 바와 같이 종래에는 입력전원(AC)이 정격전압의 소정범위 이상에서 변동되면 전력소자의 용량을 넘게 되어 그 전력소자가 소손되거나 또는 에러신호를 출력하게 되어 운전이 정지되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 정격 전압 상태의 정격 부하점에서 선택한 전력소자를 어떠한 과전압 조건에서도 소손없이 시스템이 정격 능력으로 운전될 수 있도록 한 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치의 구성을 보인 블록도.

도2는 종래 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치에 대한 실시예의 구성을 보인 회로도.

도3은 도2에 있어서, 전력소자에 흐르는 전류를 보인도.

도4는 본 발명 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치의 구성을 보인 블록도.

도5는 본 발명 인버터 히트펌프의 전력소자 보호방법에 대한 동작흐름도.

도6은 본 발명 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치에 대한 실시예의 구성을 보인 회로도.

도7은 도4에 있어서, 총소비 전력을 일정하게 유지하기 위한 입력전원(AC) 변동에 따른 총합전류제한값을 보인도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

10:총합전류감지부 11:제어부

12:교류/직류변환부 13:역률보상부

14:인버터부 15:압축기

100:입력전원(AC)감지부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력전원(AC)의 전류를 변류기로 감지하는 총합전류 감지부와; 상기 입력전원(AC)을 입력받아 이를 직류전압으로 변환하는 교류/직류 변환부와; 상기 교류/직류 변환부의 직류전압 레벨로 입력전원 (AC)의 레벨을 감지하는 입력전원(AC) 감지부와; 상기 입력전원(AC) 감지부의 감지신호로 해당 입력전원(AC)의 총합 전류 제한값을 설정하여 이 총합 전류 제한값과 상기 총합전류 감지부의 총합전류 감지값을 비교하여 그에 따른 펄스폭 변조신호를 출력함과 아울러 총합전류 감지값에 대한 역률보상 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 교류/직류 변환부의 직류전압을 입력받아 이를 상기 역률 보상 제어신호에 의해 스위칭하여 역률을 보상하는 역률보상부와; 상기 역률보상부의 역률보상신호를 입력받아 이를 상기 제어부의 펄스폭 변조신호에 의해 스위칭하여 그에 따라 3상 교류전원으로 가변하는 인버터부와; 상기 인버터부의 3상 교류전원에 의해 구동되는 압축기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력전원(AC)을 감지하여 그 입력전원(AC)이 소정 전압값인지를 판단하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 판단 결과 입력전원(AC)이 소정 전압값이면 그에 해당되는 전류 제한값을 설정한후 그 전류 제한값이 총합 전류 감지값 보다 큰지를 판단하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 판단결과 상기 전류 제한값이 총합 전류 감지값 보다 크면 상기 제1 단계로 궤환하고, 상기 전류 제한값이 총합 전류 감지값 보다 작으면 압축기의 운전주파수를 내린후 상기 제1 단계로 궤환하는 제3 단계로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4는 본 발명 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 입력전원(AC)의 전류를 변류기로 감지하는 총합전류 감지부(10)와; 상기 입력전원(AC)을 입력받아 이를 직류전압으로 변환하는 교류/직류 변환부(12)와; 상기 교류/직류 변환부(12)의 직류전압 레벨로 입력전원(AC)의 레벨을 감지하는 입력전원(AC) 감지부(100)와; 상기 입력전원(AC) 감지부(100)의 감지신호로 해당 입력전원(AC)의 총합 전류 제한값을 설정하여 이 총합 전류 제한값과 상기 총합전류 감지부(10)의 총합 전류 감지값을 비교하여 그에 따른 펄스폭 변조신호를 출력함과 아울러 총합 전류 감지값에 대한 역률 보상 제어신호를 출력하는 제어부(11)와; 상기 교류/직류 변환부(12)의 직류전압을 입력받아 이를 상기 역률 보상 제어신호에 의해 스위칭하여 역률을 보상하는 역률보상부(13)와; 상기 역률보상부(13)의 역률 보상신호를 입력받아 이를 상기 제어부(11)의 펄스폭 변조신호에 의해 스위칭하여 그에 따라 3상 교류전원으로 가변하는 인버터부(14)와; 상기 인버터부(14)의 3상 교류전원에 의해 구동되는 압축기(15)로 구성한다.

상기 입력전원(AC) 감지부(100)는 도6에 도시한 바와같이, 교류/직류 변환부(12)의 출력단과 접지단 사이에 순방향으로 다이오드(D1)와 커패시터(C1)를 직렬로 접속하고, 상기 다이오드(D1)와 커패시터(C1)의 접속점과 접지단 사이에 제1,제2 저항(R1),(R2)을 직렬로 접속하며, 상기 제1,제2 저항(R1),(R2)의 접속점과 접지단 사이에 제3 저항(R3)과 제2 커패시터(C2)를 직렬로 접속하고, 상기 제3 저항(R3)과 제2 커패시터(C2)의 접속점에서 출력신호가 출력되도록 구성한다.

도5는 본 발명 인버터 히트펌프의 전력소자 보호방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 입력전원(AC)을 감지하여 그 입력전원(AC)이 소정 전압값인지를 판단하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 판단 결과 입력전원(AC)이 소정 전압값이면 그에 해당되는 전류 제한값을 설정한후 그 전류 제한값이 총합 전류 감지값 보다 큰지를 판단하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 판단결과 상기 전류 제한값이 총합 전류 감지값 보다 크면 상기 제1 단계로 궤환하고, 상기 전류 제한값이 총합 전류 감지값 보다 작으면 압축기(15)의 운전주파수를 내린후 상기 제1 단계로 궤환하는 제3 단계로 이루어지며, 이와 같이 구성한 본 발명의 동작을 본 발명의 실시예인 도4를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 일반적인 동작은 종래와 동일하다. 즉, 총합전류 감지부(10)는 변류기로 입력전류를 감지하여 제어부(11)에 인가하고, 그러면, 상기 제어부(11)는 상기 총합전류 감지부(10)의 감지신호를 입력받아 그에 따른 펄스폭 변조신호를 후술할 인버터부(14)에 인가함과 아울러 초기에 설정된 역률 보상 제어신호를 출력한다.

이후, 인버터부(14)는 상기 역률보상부(13)의 역률 보상신호를 입력받아 이를 상기 펄스폭 변조신호에 의해 스위칭하여 3상 교류전원으로 가변하여 출력하고, 그러면 압축기(15)는 상기 3상 교류 전원에 의해 구동된다.

여기서, 본 발명은 상기 교류/직류 변환부(12)와 역률보상부(13) 사이에 입력전원(AC) 감지부(100)를 두어 입력전원(AC) 레벨의 변동을 감지하게 하여 이를 제어부(11)에 인가하게 된다.

즉, 도6에서와 같이 역률보상부(13) 후단(B)은 역률보상에 의해 입력전원(AC)이 변동해도 일정 전압을 유지하므로, 입력전원(AC) 감지부(100)를 입력전원(AC)의 변동에 연동되어 직류전압이 변동되는 교류/직류 변환부(12)의 후단(A)에 접속하여, 직류전압을 감지하여 입력전원(AC)의 레벨을 감지한다.

그러면, 상기 제어부(11)는 상기 입력전원(AC)을 이용하여 총합 전류 제한값을 재설정하며, 그 재설정된 총합 전류 제한값과 상기 총합전류 감지부(10)에서 감지한 총합 전류값을 비교하여 그에 따른 펄스폭 변조신호를 인버터부(14)에 인가하게 되고, 이에 의해 인버터부(14)의 전력소자가 안정되게 스위칭동작을 수행하여 압축기(15)를 구동시킨다.

이때, 상기 총합 전류값이 총합 전류 제한값보다 작으면 전력소자가 허용 전류용량 내에서 안정되게 동작됨을 알 수 있고, 반대로 총합 전류값이 총합 전류제한값 보다 크면 전력소자에 허용 전류용량보다 큰 전류가 흐르게 되어 그 전력소자가 소손된다.

이에 따라, 상기 제어부(11)는 압축기(15)의 운전주파수를 낮추어 총합 전류값이 총합 전류 제한값 내에서 운전되도록 제어하는데, 도7은 총소비 전력을 일정하게 유지하기 위한 입력전원(AC) 변동에 따른 총합 전류 제한값을 나타낸다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 입력전원(AC)이 과도하게 상승하더라도 부하에 흐르는 전류를 입력전원(AC)에 반비례하게 제한하여 부하의 최대 소비전력량을 항상 일정하게 유지함으로써 과전류로 인한 전력소자의 소손을 방지함과 아울러 정격 용량의 전력소자를 사용하게 되어 비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims

입력전원(AC)의 전류를 변류기로 감지하는 총합전류 감지부와; 상기 입력전원(AC)을 입력받아 이를 직류전압으로 변환하는 교류/직류 변환부와; 상기 교류/직류 변환부의 직류전압 레벨로 입력전원(AC)의 레벨을 감지하는 입력전원(AC) 감지부와; 상기 입력전원(AC) 감지부의 감지신호로 해당 입력전원(AC)의 총합 전류 제한값을 설정하여 이 총합 전류 제한값과 상기 총합전류 감지부의 총합 전류 감지값을 비교하여 그에 따른 펄스폭 변조신호를 출력함과 아울러 총합 전류 감지값에 대한 역률 보상 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 교류/직류 변환부의 직류전압을 입력받아 이를 상기 역률 보상 제어신호에 의해 스위칭하여 역률을 보상하는 역률보상부와; 상기 역률보상부의 역률 보상신호를 입력받아 이를 상기 제어부의 펄스폭 변조신호에 의해 스위칭하여 그에 따라 3상 교류전원으로 가변하는 인버터부와; 상기 인버터부의 3상 교류전원에 의해 구동되는 압축기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치.
제1 항에 있어서, 교류/직류 변환부의 출력단과 접지단 사이에 순방향으로 다이오드와 커패시터를 직렬로 접속하고, 상기 다이오드와 커패시터의 접속점과 접지단 사이에 제1,제2 저항을 직렬로 접속하며, 상기 제1,제2 저항의 접속점과 접지단 사이에 제3 저항과 제2 커패시터를 직렬로 접속하고, 상기 제3 저항과 제2 커패시터의 접속점에서 출력신호가 출력되도록 구성한 것을 특징으로 하는 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치.
제1 항에 있어서, 제어부는 총합 전류값이 총합 전류제한값 보다 크면 압축기의 운전주파수를 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터 히트펌프의 전력소자 보호장치.
입력전원(AC)을 감지하여 그 입력전원(AC)이 소정 전압값인지를 판단하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 판단 결과 입력전원(AC)이 소정 전압값이면 그에 해당되는 전류 제한값을 설정한후 그 전류 제한값이 총합 전류 감지값 보다 큰지를 판단하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 판단결과 상기 전류 제한값이 총합 전류 감지값 보다 크면 상기 제1 단계로 궤환하고, 상기 전류 제한값이 총합 전류 감지값 보다 작으면 압축기의 운전주파수를 내린후 상기 제1 단계로 궤환하는 제3 단계로 수행함을 특징으로 하는 인버터 히트펌프의 전력소자 보호방법.
제4 항에 있어서, 소정 전압값은 220V ~ 264V 까지 1V씩 순차적으로 증가시킨 값이고, 전류 제한값은 상기 220V ~ 264V에 반비례로 일대일 대응되는 23.5A~19.58A 사이의 값인 것을 특징으로 하는 인버터 히트펌프의 전력소자 보호방법.