KR200468715Y1 - 초기 충전 회로를 갖는 ｈ-브릿지 멀티레벨 인버터 - Google Patents

초기 충전 회로를 갖는 ｈ-브릿지 멀티레벨 인버터 Download PDF

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Abstract

본 고안은 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터를 제공한다. 본 고안에 따른 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터는 주 전압을 인가하는 전원 인가부와, 초기 충전 전압을 인가하는 초기 충전 회로부와, 상기 전원 인가부와 초기 충전 회로부에 각각 연결되어 서로 다른 전압을 입력받는 입력 권선과 상기 입력권선에 입력된 서로 다른 전압을 동일한 전압으로 출력하는 출력 권선을 갖는 변압기와, 상기 변압기의 출력 전압을 전원으로 사용하는 파워 셀; 및 상기 주 전압 인가 전에 초기 충전 전압이 인가되도록 하여 파워셀 DC 변환부의 콘덴서를 미리 충전하도록 상기 전원 인가부와 초기 충전 회로부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 고안의 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터에 따르면, 변압기의 제 1 권선을 통하여 주 전압을 인가하기 전에 변압기의 제 3 권선을 통하여 파워 셀의 DC 변환부를 구성하는 콘덴서를 미리 충전하여 줌으로써, 충전 완료 후 주 전압 인가 시 파워 셀에 전압 과도 현상이 발생하지 않게 되어 H-브릿지 멀티레벨 인버터의 소손을 방지하게 된다.

Description

초기 충전 회로를 갖는 Ｈ-브릿지 멀티레벨 인버터{H-BRIDGE MULTI-LEVEL INVERTER HAVE A INITIAL CHARGING CIRCUIT}
본 고안은 H-브릿지 멀티레벨 인버터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 H-브릿지 멀티레벨 인버터의 전원인가 전, 인버터의 전압을 미리 충전하여 전원인가 시 전압의 과도 현상이 발생되지 않도록 하는 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터에 관한 것이다.
일반적으로, H-브릿지 멀티레벨 인버터는 고전압 전동기의 가변속장치로 도 1에 도시한 바와 같이 직렬 접속되는 다수개의 파워 셀로 구성된다.
이러한 다수개의 파워 셀(3)은 각 상별로 각각 직렬 접속되며, 각각의 파워 셀(3)은 독립된 단상인버터 구조를 갖는다.
그리고, 여러 개의 파워 셀(3)을 직렬로 연결함으로써, 저 전압 파워 셀, 즉 저 전압 전력용 반도체를 사용하여 고전압(4)을 얻을 수 있다.
여기서, 전원계통(1)과 연결되는 입력부는 2차측이 확장 델타 결선방법의 여러 개의 탭을 갖는 변압기(2)로 파워 셀(3)의 전원선으로 연결된다.
또한, H-브릿지 멀티레벨 인버터는 각 저 전압 파워 셀(3)에서 AC를 DC로 변환 후 다시 AC로 변환하는 방식으로 고전압 전동기를 가변속하고 있다.
그리고, 상기 다수개의 파워 셀(3)은 변압기 2차측 전압(2b)에 따라 동작하며, 상기 변압기 2차측 전압(2b)은 변압기 1차측 전압(2a) 변동에 비례하여 출력된다.
이때, 변압기 1차측 전압(2a) 인가시 변압기 2차측 전압(2b)을 받아 동작하는 파워 셀(3)에도 전압이 인가되게 되며, 이때 순간적으로 파워 셀(3)의 DC변환부에 전압 과도 현상이 발생한다.
상기 파워 셀(3)에 전압 과도 현상이 발생하는 이유는 DC 변환부를 구성하는 콘덴서에 순간적으로 전압이 인가됨에 따라 OV 전위를 가지는 콘덴서가 파워 셀 DC전압 기준인 850V 전위까지 상승하는 과정에서 짧은 시간에 콘덴서 전압이 기준 전위 이상으로 상승하기 때문이다.
이러한 순간적인 전압 상승은 파워 셀의 DC 변환부를 구성하는 콘덴서의 소손을 유발하거나 수명을 단축시킬 수 있으며, 이때 상승한 전압이 파워 셀의 최대 허용 전압을 초과할 경우 파워 셀 전체의 소손을 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 고안의 목적은 변압기에 전원 인가 전 파워 셀의 DC 변환부를 구성하는 콘덴서를 미리 충전하여 변압기에 전원 인가 시 콘덴서의 순간적인 전압 상승 폭을 줄임으로써 전압 과도 현상을 방지하도록 하는 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터는 주 전압을 인가하는 전원 인가부와, 초기 충전 전압을 인가하는 초기 충전 회로부와, 상기 전원 인가부와 초기 충전 회로부에 각각 연결되어 서로 다른 전압을 입력받는 입력 권선과 상기 입력권선에 입력된 서로 다른 전압을 동일한 전압으로 출력하는 출력 권선을 갖는 변압기와, 상기 변압기의 출력 전압을 전원으로 사용하는 파워 셀; 및 상기 주 전압 인가 전에 초기 충전 전압이 인가되도록 하여 파워셀 DC 변환부의 콘덴서를 미리 충전하도록 상기 전원 인가부와 초기 충전 회로부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 변압기의 입력 권선은 1차 측에 구비되어 주 전압에 비례하는 턴 수를 가지는 제 1 권선과, 충전 전압에 비례하는 턴 수를 가지는 제 3 권선이 이루어지고, 출력 권선은 2차 측에 구비되어 출력 전압에 비례하는 턴 수를 가지는 제 2 권선으로 이루어진다.
또한, 상기 초기 충전 회로부는 변압기의 제 3 권선에 충전용 전압을 기계적으로 인가 및 차단하는 MCCB와, 상기 제어부의 신호를 받아 변압기의 제 3 권선에 충전용 전압을 인가 및 차단하는 MC 및 보조 릴레이와, 상기 파워 셀 충전 및 방전 시 발생할 수 있는 전력을 소비하여 초기 충전 회로를 보호하는 메탈클레드 저항으로 구성된다.
그리고, 상기 전원 인가부와 초기 충전 회로부에는 제어부의 신호를 이용하여 전원을 ON/OFF 하는 시퀸스가 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 고안의 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터에 따르면, 변압기의 제 1 권선을 통하여 주 전압을 인가하기 전에 변압기의 제 3 권선을 통하여 파워 셀의 DC 변환부를 구성하는 콘덴서를 미리 충전하여 줌으로써, 충전 완료 후 주 전압 인가 시 파워 셀에 전압 과도 현상이 발생하지 않게 되어 H-브릿지 멀티레벨 인버터의 소손을 방지하게 되며 아울러 수명을 연장시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 H-브릿지 멀티레벨 인버터의 전원 구성도를 도시한 도면.
도 2는 본 고안의 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터의 전원 구성도를 도시한 도면.
도 3은 본 고안에 따른 초기 충전 회로 구성도를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 2에 도시한 바와 같이 본 고안의 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터는 주 전압을 인가하는 전원 인가부(10)와, 초기 충전 전압을 인가하는 초기 충전 회로부(20)와, 상기 전원 인가부(10)와 초기 충전 회로부(20)에 각각 연결되어 서로 다른 전압을 입력받는 입력 권선(31, 32)과 상기 입력 권선(31,32)에 입력된 서로 다른 전압을 동일한 전압으로 출력하는 출력 권선(33)을 갖는 변압기(30)와, 상기 변압기(30)의 출력 전압(33)을 전원으로 사용하는 파워 셀(40)과, 상기 주 전압 인가 전에 초기 충전 전압이 인가되도록 하여 파워 셀(40) DC 변환부의 콘덴서를 미리 충전하도록 상기 전원 인가부(10)와 초기 충전 회로부(20)의 동작을 제어하는 제어부(50)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 변압기(30)의 입력 권선은 1차 측에 구비되어 전원 인가부(10)와 연결되고 주 전압인 AC 6600V에 비례하는 턴 수를 가지는 제 1 권선(31)과, 초기 충전 회로부(20)에 연결되고 충전 전압인 AC 440V에 비례하는 턴 수를 가지는 제 3 권선(32)으로 이루어지고, 출력 권선은 2차 측에 구비되어 출력 전압인 AC 640에 비례하는 턴 수를 가지는 18개의 제 2 권선(33)으로 이루어진다.
즉, 상기 변압기(30)의 1차 측 제 3 권선(32)은 초기 충전용 전원으로 사용되고, 제 1 권선(31)은 초기 충전 완료 후 주 전원으로 사용되며, 상기 변압기(30)의 2차 측 제 2 권선(33)은 제 3 권선(32)과 제 1 권선(31) 중 어떤 한가지 권선에 각 정격 전원이 인가되더라도 동일한 AC 640V 전압을 출력하도록 구성된다.
그리고, 상기 변압기(30) 2차 측의 AC 640V를 가지는 18개의 제 2 권선(33)은 각각의 18개 파워 셀(40)로 입력되며, 상기 각각의 파워 셀(40)은 다이오드 정류부를 거쳐 DC 전압으로 변환된다.
이때, 상기 파워 셀(40)은 균일한 DC 전압 생성을 위하여 콘덴서 평활 회로를 사용하며, 이 콘덴서는 DC 850V 전압을 가지게 된다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 초기 충전 회로부(20)는 변압기(30)의 제 3 권선(32)에 충전용 440V 전원을 기계적으로 인가 및 차단할 수 있는 MCCB(Molded Case Circuit Breaker)(20a)와, 상기 제어부(50)의 신호를 받아 변압기(30)의 제 3 권선(32)에 충전용 440V 전원을 인가 및 차단할 수 있는 MC 및 보조 릴레이(20b)와, 상기 파워 셀(40) 충전 및 방전 시 발생할 수 있는 전력을 소비하여 초기 충전 회로를 보호하는 메탈클레드 저항(20c)으로 구성된다.
상기의 구성으로 이루어진 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터는 변압기(30)에 전원 인가부(10)의 주 전압을 인가하기 전에 초기 충전 회로부(20)의 MCCB(20a)에서 제 3 권선(32)에 충전용 440V 전원을 기계적으로 인가하여 파워 셀(40)의 DC변환부의 콘덴서가 DC 850V까지 충전 되도록 하고, 상기 충전이 완료되면, 초기 충전 회로부(20)의 MC(20b)에서 제어부(50)의 신호를 받아 제 3 권선(32) 측 전원을 차단시킨다. 이어서 제어부(50)의 신호를 받은 전원 인가부(10)는 제 1 권선(31)에 주 전압을 인가한다.
여기서, 상기 제 3 권선(32)의 동작은 제어부(50)의 신호를 받아 MC(20B)를 ON,OFF 함으로써 이루어지며, 제 1 권선(31)의 동작은 제어부(50)의 신호를 받아 전원 인가부(10)를 ON, OFF 함으로써 이루어진다. 이때, 상기 전원 인가부(10)와 초기 충전 회로부(20)에는 제어부(50)의 신호를 이용하여 전원을 ON/OFF 하는 시퀸스(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 제 1 권선(31)에 전원 인가부(10)의 주 전압이 인가되면, 상기 변압기(30) 및 파워 셀(40)은 자동으로 ON이 되며, 상기 파워 셀(40)에는 DC 변환부의 콘덴서가 미리 DC 850V까지 충전되어 있음에 따라 파워 셀(40)에 전압 과도 현상이 발생되지 않게 된다.
또한, 상기 파워 셀(40)의 전원이 차단되더라도 파워 셀(40) DC 변환부의 콘덴서가 방전될 때까지 콘덴서 잔여 전압에 비례하여 전압이 유지되게 된다.
이와 같이 본 고안은 변압기의 제 1 권선을 통하여 주 전압을 인가하기 전에 변압기의 제 3 권선을 통하여 파워 셀의 DC 변환부를 구성하는 콘덴서를 미리 충전하여 줌으로써, 충전 완료 후 주 전압 인가 시 파워 셀에 전압 과도 현상이 발생하지 않게 되어 H-브릿지 멀티레벨 인버터의 소손을 방지하게 된다.
본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 전원 인가부 20: 초기 충전 회로부
20a:MCCB 20b: MC
20c:메탈클레드 저항 30: 변압기
31: 제 1 권선 32: 제 3 권선
33: 제 2 권선 40: 파워 셀
50: 제어부

Claims (4)

  1. 주 전압을 인가하는 전원 인가부; 초기 충전 전압을 인가하는 초기 충전 회로부; 상기 전원 인가부와 초기 충전 회로부에 각각 연결되어 서로 다른 전압을 입력받는 입력 권선과 상기 입력권선에 입력된 서로 다른 전압을 동일한 전압으로 출력하는 출력 권선을 갖는 변압기; 상기 변압기의 출력 전압을 전원으로 사용하는 파워 셀; 및 상기 주 전압 인가 전에 초기 충전 전압이 인가되도록 하여 파워셀 DC 변환부의 콘덴서를 미리 충전하도록 상기 전원 인가부와 초기 충전 회로부의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성하고,
    상기 변압기의 입력 권선은 1차 측에 구비되어 주 전압에 비례하는 턴 수를 가지는 제 1 권선과, 충전 전압에 비례하는 턴 수를 가지는 제 3 권선이 이루어지고, 출력 권선은 2차 측에 구비되어 출력 전압에 비례하는 턴 수를 가지는 제 2 권선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 초기 충전 회로부는 변압기의 제 3 권선에 충전용 전압을 기계적으로 인가 및 차단하는 MCCB와, 상기 제어부의 신호를 받아 변압기의 제 3 권선에 충전용 전압을 인가 및 차단하는 MC 및 보조 릴레이와, 상기 파워 셀 충전 및 방전 시 발생할 수 있는 전력을 소비하여 초기 충전 회로를 보호하는 메탈클레드 저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 인가부와 초기 충전 회로부에는 제어부의 신호를 이용하여 전원을 ON/OFF 하는 시퀸스가 구비되는 것을 특징으로 초기 충전 회로를 갖는 H-브릿지 멀티레벨 인버터.
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