KR20060022945A - 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터에서 출력되는 직류 전압의 리플 크기와 리플 주파수를 이용하여 입력 결상 및 커패시터 과부하를 판별할 수 있는 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법에 관한 것으로, 인버터로 입력된 3상 교류 전원이 변환된 직류 전압의 리플 크기를 측정하는 단계와; 상기 측정된 리플 크기가 기 설정된 기준 리플 크기보다 큰지 판단하는 단계와; 상기 판단 결과, 상기 측정된 리플 크기가 기준 리플 크기보다 크면, 직류 리플 전압의 리플 주파수를 측정하고, 그 측정된 리플 주파수와 기 설정된 기준 리플 주파수를 비교하는 단계와; 상기 비교 결과, 상기 측정된 리플 주파수가 기 설정된 리플 주파수보다 작고, 상기 과정들이 기 설정된 일정시간 이상 반복되면 입력 결상으로 판단하는 단계를 포함하여 이루어짐으로써, 인버터와 모터의 소손을 방지하고, 사용자에게 편리함을 줄 수 있으며, 인버터의 수명과 신뢰성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법{METHOD FOR DISCRIMINATING INPUT OPEN-PHASE OF INVERTER IN 3-PHASE AC MOTOR}
도1은 3상 교류 모터 인버터에 대한 구성도.
도2는 종래 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법에 대한 순서도.
도3은 본 발명 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법에 대한 일 실시예 순서도.
도4a 내지 도4b는 본 발명에 따른 직류 리플 전압 파형에 대한 예시도(a)와 리플 주파수를 계산하기 위한 일 예시도(b).
본 발명은 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법에 관한 것으로, 특히 인버터에서 출력되는 직류 전압의 리플 크기와 리플 주파수를 이용하여 입력 결상 및 커패시터 과부하를 판별할 수 있는 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법에 관한 것이다.
도1은 3상 교류 모터를 구동하는 인버터의 구성을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 3상 교류 전원(1)을 인버터에 구비된 단자대(R, S, T)(2)로부터 입력받아 3상 교류 전원(1)을 직류로 변환하는 다이오드 컨버터(3)와, 전원인가 시 돌입 전류의 유입을 방지하기 위한 초기 충전 저항(4)과, 돌입 전류가 억제된 후 초기 충전저항(4)을 회로에서 분리하기 위한 전자 접촉기(5)와, 상기 다이오드 컨버터(3)에서 출력된 직류전원을 평활시키는 직류단 커패시터(6)와, 제어스위칭 소자로 구성되고, 직류를 교류로 변환하여 3상 교류 모터(8)를 동작시키는 가변 전압, 가변 주파수의 펄스폭 변조 인버터부(7)와, 3상 교류 모터(8)의 U, V, W 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(10)와, 상기 커패시터(6)에서 출력되는 전압을 검출하는 전압 검출기(9)로 구성된다.
상기 구성된 다이오드 컨버터(3), 초기 충전 저항(4), 전자 접촉기(5) 그리고 커패시터(6)로 구성된 정류회로는 초기 기동 시 돌입 전류를 억제하고, 정상적인 운전에서 직류 전압원을 생성하는 기능을 한다.
상기 전류 검출기(10)는 펄스폭 변조 인버터부(7)에서 3상 교류 모터(8)의 각 상으로 출력하는 전류를 감지하여 제어부(미도시)로 출력하고, 제어부에서 상기 펄스폭 변조 인버터부(7)에 구성된 제어 스위칭 소자를 제어하여 3상 교류 모터(8)로 출력되는 전류를 제어한다.
상기 인버터로 입력되는 3상 교류 전원(1)과 인버터의 단자대(2)의 연결이 계통의 사고나 사용자의 부주의로 인하여 3상 교류전원(1) 중 한 상이 단선되거나 결선된 상태에서 인버터를 운전하는 경우가 발생할 수 있는데 이런 경우에 대비하여 인버터의 입력 결상을 판별할 수 있는 방법이 있다.
도2는 종래 인버터의 입력 결상을 판별하는 방법에 대한 일 실시예의 순서도로서, 도시된 바와 같이, 인버터의 직류 전압에 대한 리플 전압의 최대값과 최소값의 차이(리플크기)(△Vdc)를 검출하는 단계와, 상기 직류전압의 리플크기(△Vdc)와 기 설정된 기준 리플 크기(Ref △Vdc)와 비교하는 단계와, 상기 비교 결과와 출력되는 전류 값을 이용하여 입력 결상 여부를 판단하는 단계로 이루어진다.
이러한 단계로 이루어진 종래 인버터 입력 결상 방법은 상기 측정된 리플 전압의 리플크기(△Vdc)가 기 설정된 기준 리플크기(Ref △Vdc)보다 크고, 출력되는 전류가 정격 전류의 50%보다 크면서 이 같은 경우가 일정시간 이상 발생하면 입력 결상으로 판단한다.
하지만, 인버터에서 입력 결상이 발생하지 않더라도 과도한 부하가 인가되는 경우에도 직류 전압의 리플크기(△Vdc)가 기 설정된 기준 리플크기(Ref △Vdc)보다 크게 되나, 종래기술에서는 입력 결상인 경우와 과부하인 경우를 구분하지 않고 모 두 입력 결상으로 판단하는 단점이 있다.
상기와 같이 종래 인버터의 입력 결상 판별 방법은 입력 결상이 발생하지 않더라도 과도한 부하가 인가되는 경우에도 측정된 직류 전압의 리플크기(△Vdc)가 기 설정된 기준 리플크기(Ref △Vdc)보다 크기 때문에 입력 결상인 경우와 과부하인 경우를 구분할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 인버터의 직류 전압에 대한 리플크기와 리플 주파수를 검출하고, 그 검출된 리플 크기 및 리플 주파수를 기 설정된 리플 크기 및 리플 주파수와 각각 비교하여 입력 결상 및 커패시터 과부하를 구분하여 판단함으로써, 인버터와 모터의 소손을 방지하고, 사용자에게 편리함을 줄 수 있는 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 추가 회로를 사용하지 않고도 입력 결상과 커패시터 과부하를 구분할 수 있고, 인버터의 수명과 신뢰성을 증대시킬 수 있는 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인버터로 입력된 3상 교류 전원이 변환된 직류 전압의 리플 크기를 측정하는 단계와; 상기 측정된 리플 크기가 기 설정된 기준 리플 크기보다 큰지 판단하는 단계와; 상기 판단 결과, 상기 측정된 리플 크기가 기준 리플 크기보다 크면, 직류 리플 전압의 리플 주파수를 측정하 고, 그 측정된 리플 주파수와 기 설정된 기준 리플 주파수를 비교하는 단계와; 상기 비교 결과, 상기 측정된 리플 주파수가 기 설정된 리플 주파수보다 작고, 상기 과정들이 기 설정된 일정시간 이상 반복되면 입력 결상으로 판단하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리플 주파수를 측정하는 단계는 상기 직류 전압의 평균값을 계산하고, 상기 직류 전압에서 상기 계산된 평균값과 일치되는 리플 위치를 확인하는 단계와; 상기 일치되는 리플 위치에서 소정의 시간을 갖는 클럭의 카운팅을 시작하고, 그 다음 리플 위치까지 카운팅된 클럭의 수를 확인하여 직류 전압의 리플 한 주기에 해당하는 시간을 계산하는 단계와; 상기 계산된 한 주기의 시간을 이용하여 리플 주파수를 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비교 결과, 상기 측정된 리플 주파수가 기 설정된 리플 주파수보다 크고, 상기 과정들이 기 설정된 일정시간 이상 반복되면 인버터에 구비된 커패시터의 과부하로 판단하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.
도3은 본 발명 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법에 대한 일 실시예 순서도를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 직류 전압의 리플 크기(△Vdc)를 측정하고, 그 측정된 직류 전압의 리플크기(△Vdc)와 기 설정된 기준 리플 크기(Ref △Vdc)와 비교하는 단계와, 상기 비교 결과, 측정된 직류전압의 리플크기(△Vdc)가 기 설정된 기준 리플크기(Ref △Vdc)보다 크면, 직류 전압의 리플 주파수를 측정하고, 그 측정된 리플 주파수(fripple)와 기 설정된 기준 리플 주파수(Ref fripple)를 비교하는 단계와, 상기 비교 결과, 측정된 리플 주파수(fripple)이 기 설정된 기준 리플 주파수(Ref fripple)보다 크고, 상기 과정들이 기 설정된 일정 시간 이상 반복되는 경우 입력 결상으로 판단하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 측정된 직류전압의 리플크기(△Vdc)가 기 설정된 리플크기(Ref △Vdc)보다 크고, 측정된 리플 주파수(fripple) 이 기 설정된 기준 리플 주파수(Ref fripple)보다 작으면서 기 설정된 일정 시간 이상 반복되는 경우에는 커패시터 과부하로 판단하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.
상기 리플 주파수를 측정하는 방법의 일 예로 카운터를 이용할 수 있는데, 리플이 시작되는 점 또는 일정한 위치에 해당하는 점에서 카운터를 동작시키고, 그 다음 리플 시작 점 또는 일정한 위치에 해당하는 점까지 증가한 카운터 수를 이용하여 리플 주파수를 측정할 수 있다. 즉, 해당 카운터(또는 클럭)의 시간에 전체 카운터 수를 곱하여 리플 주기에 대한 시간을 측정하고, 그 측정된 시간을 이용하여 리플 주파수를 계산할 수 있다. 상기 카운터를 동작시키는 위치에 대한 검출 방법으로는 리플 전압에 대한 평균 전압과 리플 전압이 일치하는 경우를 이용하여 검출할 수 있는데, 이러한 검출 방법은 당업계에 종사하는 사람이면 알 수 있는 기술사항이므로 상세히 설명하지 않는다.
또한, 상기 기 설정된 기준 리플 전압 및 기준 리플 주파수인 Ref △Vdc, Ref fripple와 기 설정된 일정 시간은 인버터 생산업체에서 결정될 수 있다. 예컨대, 입력 결상이 발생하지 않는 경우 직류 전압의 리플 주파수는 360[Hz]이고, 한 상이 입력 결상된 경우의 리플 주파수는 120[Hz]이기 때문에 상기 두 주파수를 이용하여 기준 리플 주파수를 설정할 수 있다.
도4a는 3상 교류 전원의 입력에 따른 직류 리플 전압의 예로서, 정상 입력시의 직류 리플 전압 파형(a)과 정상 입력 후 과부하 인가 시 직류 리플 전압 파형(b)과 입력 결상 시의 직류 리플 전압 파형(c)을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 과부하 인가시의 직류 리플 전압은 정상 입력시의 직류 리플 전압과 비교하여 리플 주파수는 동일하지만 리플 전압 크기가 큰 것을 알 수 있으며, 입력 결상시의 직류 리플 전압은 정상 입력시의 직류 리플 전압과 비교하여 리플 주파수는 더 작고, 리플 전압 크기는 더 큰 것을 알 수 있다.
본 발명에서는 도4a에서 알 수 있듯이, 과부하인 경우와 입력 결상인 경우를 구분할 수 있는 리플 전압 크기와 리플 주파수를 이용한다.
그럼, 본 발명에 대한 동작을 도1과 도4b를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 3상 교류 전원(1)으로부터 전원을 입력받아 다이오드 컨버터(3) 및 커패시터(6)를 통해 직류 리플 전압을 출력한다. 이때, 상기 출력되는 직류 리플 전압을 전압 검출기(9)를 이용하여 측정하고, 그 측정된 직류 전압의 리플크기(△Vdc)와 리플 전압의 평균값(Avg Vdc)을 측정한다.
상기 측정된 직류 전압의 리플크기(△Vdc)와 기 설정된 기준 리플 크기( Ref △Vdc)를 비교하여 측정된 직류 전압의 리플크기(△Vdc)가 기 설정된 기준 리플 크기(Ref △Vdc)보다 큰지 판단한다. 상기 판단 결과, 측정된 직류 전압의 리플크기(△Vdc)가 기 설정된 기준 리플크기(Ref △Vdc)보다 작으면 상기 과정을 반복 수행하고, 측정된 직류 전압의 리플크기(△Vdc)가 기 설정된 기준 리플크기(Ref △Vdc)보다 크면 직류 리플 전압의 리플 주파수(fripple)를 측정한다.
여기서, 상기 직류 리플 전압의 리플 주파수(fripple)를 측정하는 과정을 도4b를 참고하여 설명하면, 도4b에 도시된 바와 같이, 상기 측정된 리플 전압의 평균값(Avg Vdc)와 직류 리플 전압이 일치하는 점인 리플이 시작되는 점 또는 리플 전압 값이 떨어지는 점을 확인하는데, 본 발명의 상세한 설명에서는 리플 전압 값이 떨어지는 점으로 설명한다.
상기 측정된 리플 전압의 평균값(Avg Vdc) 는 직류 리플 전압에서 카운터를 동작시키고, 그 다음 위치에 해당하는 점까지 카운팅된 수(클럭수)를 확인하여 한 주기에 해당하는 시간을 계산한다. 상기 한 주기에 해당하는 시간은 카운팅되는 클럭의 시간을 알 수 있기 때문에 그 클럭 시간에 카운팅된 수를 곱하여 계산하고, 그 계산된 시간을 주파수로 변환하여 리플 주파수(fripple)를 계산한다.
상기 계산된 리플 주파수(fripple)를 기 설정된 기준 리플 주파수(Ref fripple)과 비교하여 계산된 리플 주파수(fripple)이 기 설정된 기준 리플 주파수(Ref fripple)보다 작은지 판단한다. 상기 판단 결과, 계산된 리플 주파수(fripple)이 기 설정된 기 준 리플 주파수(Ref fripple)보다 작고, 이러한 과정이 기 설정된 일정시간 이상 반복되면 입력 결상에 의해 발생하는 직류 리플 전압으로 판단하여 입력 결상에 대한 소정의 정보를 표시하거나 사용자에게 통보한다.
반면, 상기 판단 결과 계산된 리플 주파수(fripple)이 기 설정된 기준 리플 주파수(Ref fripple)보다 크고, 이러한 과정이 기 설정된 일정시간 이상 반복되면 입력 결상이 아닌 과부하에 의해 직류 전압의 리플크기(△Vdc)가 커진 것으로 판단하여 커패시터 과부하에 대한 소정의 정보를 표시하거나 사용자에게 통보한다.
이와 같이 본 발명은 직류 리플 전압의 리플 크기와 리플 주파수를 측정하고, 그 측정된 리플 크기 및 리플 주파수를 이용하여 입력 결상과 커패시터 과부하를 판단할 수 있기 때문에 사용자에게 편리함을 줄 수 있다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 인버터의 직류 전압에 대한 리플크기와 리플 주파수를 검출하고, 그 검출된 리플 크기 및 리플 주파수를 기 설정된 리플 크기 및 리플 주파수와 각각 비교하여 입력 결상 및 커패시터 과부하를 판단함으로써, 인버터와 모터의 소손을 방지하고, 사용자에게 편리함을 줄 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 추가 회로를 사용하지 않고도 입력 결상과 커패시터 과부하를 구분할 수 있고, 인버터의 수명과 신뢰성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 인버터로 입력된 3상 교류 전원이 변환된 직류 전압의 리플 크기를 측정하는 단계와;
    상기 측정된 리플 크기가 기 설정된 기준 리플 크기보다 큰지 판단하는 단계와;
    상기 판단 결과, 상기 측정된 리플 크기가 기준 리플 크기보다 크면, 직류 리플 전압의 리플 주파수를 측정하고, 그 측정된 리플 주파수와 기 설정된 기준 리플 주파수를 비교하는 단계와;
    상기 비교 결과, 상기 측정된 리플 주파수가 기 설정된 리플 주파수보다 작고, 상기 과정들이 기 설정된 일정시간 이상 반복되면 입력 결상으로 판단하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리플 주파수를 측정하는 단계는 상기 직류 전압의 평균값을 계산하고, 상기 직류 전압에서 상기 계산된 평균값과 일치되는 리플 위치를 확인하는 단계와;
    상기 일치되는 리플 위치에서 소정의 시간을 갖는 클럭의 카운팅을 시작하고, 그 다음 리플 위치까지 카운팅된 클럭의 수를 확인하여 직류 전압의 리플 한 주기에 해당하는 시간을 계산하는 단계와;
    상기 계산된 한 주기의 시간을 이용하여 리플 주파수를 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 계산된 평균값과 일치되는 직류 전압의 리플 위치는 리플이 시작되는 위치이거나 리플 전압 값이 떨어지는 위치인 것을 특징으로 하는 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비교 결과, 상기 측정된 리플 주파수가 기 설정된 리플 주파수보다 크고, 상기 과정들이 기 설정된 일정시간 이상 반복되면 인버터에 구비된 커패시터의 과부하로 판단하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3상 교류 모터 인버터의 입력 결상 판별 방법.
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