KR20080036467A - Apparatus for detecting input current of inverter - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 모터 구동용 인버터의 전류측정 회로도,1 is a current measurement circuit diagram of a conventional motor drive inverter,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 인버터의 전류측정 회로도.Figure 2 is a circuit diagram of the current measurement of the inverter according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
20 : 상용전원 22 : 정류기20: commercial power 22: rectifier
24 : 평활콘덴서 26 : 인버터24: smoothing capacitor 26: inverter
28 : 모터 30 : 인버터구동부28: motor 30: inverter drive unit
32 : 제어부 50 : 차동증폭기32
52 : 적분기 54 : 영전위검출부52: integrator 54: zero potential detection unit
56 : 필터부56 filter unit
본 발명은 모터 구동용 인버터로 입력되는 전류를 측정하는 인버터의 전류측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a current measuring device of the inverter for measuring the current input to the inverter for driving the motor.
일반적으로, 인버터는 직류전력을 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류전력(U, V, W)으로 변환시키는 전력변환장치로, 에너지 절약 및 출력 제어의 용이성 때문에 세탁기, 냉장고, 에어컨 등의 전기제품에 사용되는 모터를 구동하기 위하여 그 사용이 점차 증가하고 있다.In general, an inverter is a power converter that converts DC power into pulsed three-phase AC power (U, V, W) having an arbitrary variable frequency. Its use is gradually increasing to drive motors used in electrical appliances.
이러한 인버터는 정격전압과 정격전류의 최대 허용전력이 정해져 있으며 정격전압과 정격전류를 벗어난 전압 또는 전류가 입력되면, 인버터가 제대로 작동하지 않거나 고장을 유발하게 된다. 따라서 정격전류가 아닌 전류가 입력될 경우 인버터를 보호하기 위해 인버터에 입력되는 전류의 크기를 실시간으로 측정하는 다양한 장치들이 개발되어 왔다.These inverters have a maximum allowable power of the rated voltage and the rated current, and if a voltage or a current out of the rated voltage and the rated current is input, the inverter may not operate properly or may cause a failure. Therefore, various devices have been developed to measure the amount of current input to the inverter in real time to protect the inverter when a current other than the rated current is input.
그 일례로 도 1에 도시한 바와 같이, 상용전원(20)의 교류를 전파 정류하여 출력하는 정류기(22)와, 상기 정류기(22)의 뒷단에 위치하여 역률을 개선하는 리액터(L)와, 상기 정류기(22)에서 출력되는 전압을 평활하여 직류로 변환하는 평활콘덴서(24)와, 상기 평활콘덴서(24)에서 출력되는 직류전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 임의의 가변주파수를 가진 교류로 바꾸어 모터(28)를 구동하는 인버터(26)와, 상기 인버터(26)에 공급되는 PWM신호의 패턴을 출력하여 인버터구동부(30)를 통해 인버터(26)를 제어하는 제어부(32)로 구성된 인버터 회로에서 인버터(26)에 입력되는 전류를 측정하기 위해 전류 트랜스포머(CT;이하, 전류센서라 한다)를 상용전원(20)의 전원단 측에 연결하고, 전류센서(CT)의 2차측에 유기된 교류 신호를 저항(40)을 통해 정류기(42)에서 정류하며 정류된 신호는 평활콘덴서(44)와 저항(46)으로 구성된 로우 패스 필터(LPF)를 거쳐 전류를 검출함으로써 인버터(26)에 입력되는 전원단 전류를 측정하였다.As an example, as shown in FIG. 1, a
그런데, 이러한 종래 모터 구동용 인버터의 전류측정회로는 인버터(26)에 입 력되는 전류를 측정하기 위해 전류센서(CT)를 사용해야 하므로 제조비용이 상승하고, 전류센서(CT)에서 검출된 전류의 신호처리를 위해 정류기(42)와, 평활콘덴서(44) 및 저항(46)으로 구성된 로우 패스 필터(LPF)의 부가회로를 설치해야 하므로 회로가 복잡해지는 단점이 있다.However, since the current measurement circuit of the conventional motor drive inverter has to use the current sensor CT to measure the current input to the
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전류센서나 부가회로를 사용하지 않고 역률 개선을 위한 리액터의 양단전압을 검출하여 인버터로 입력되는 전류를 측정할 수 있는 인버터의 전류측정장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to measure the current input to the inverter by detecting the voltage across the reactor for improving the power factor without using a current sensor or an additional circuit. The present invention provides a device for measuring the current of an inverter.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상용전원을 정류기 및 평활콘덴서에 의해 직류로 변환하고, 변환된 직류를 원하는 주파수의 3상 교류전원으로 변환시켜 모터를 구동하는 모터 구동용 인버터에 있어서, 상기 인버터의 역률 개선을 위해 전원단측에 접속된 리액터; 상기 리액터의 양단전압을 측정하여 전류로 변환하는 전류변환수단; 및 변환된 전류의 크기에 기초하여 상기 인버터에 입력되는 전류를 측정하는 제어부;를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention is a motor drive inverter for driving a motor by converting a commercial power source to a direct current by a rectifier and a smoothing capacitor, and converts the converted direct current into a three-phase AC power source of a desired frequency, the inverter A reactor connected to the power supply terminal for improving the power factor of the reactor; Current conversion means for measuring the voltage across the reactor and converting it into a current; And a controller configured to measure a current input to the inverter based on the magnitude of the converted current.
또한, 상기 리액터는 정류기와 평활콘덴서 사이에 접속된 것을 특징으로 한다.In addition, the reactor is characterized in that connected between the rectifier and the smoothing capacitor.
또한, 상기 전류변환수단은 상기 리액터 양단의 전압을 증폭하는 차동증폭기와, 상기 차동증폭기에 의해 증폭된 전압출력을 적분하는 적분기와, 상기 적분기에 의해 적분된 신호를 로우 패스 필터링하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The current converting means may include a differential amplifier for amplifying the voltage across the reactor, an integrator for integrating the voltage output amplified by the differential amplifier, and a filter unit for low pass filtering the signal integrated by the integrator. It is characterized by.
또한, 상기 전류변환수단은 상기 적분기의 적분에 의한 포화를 방지하기 위해 상용전원의 전류, 전압이 제로가 되는 위치를 검출하는 영전위검출부를 더 포함한다.The current converting means further includes a zero potential detection unit for detecting a position where the current and voltage of the commercial power supply become zero in order to prevent saturation due to integration of the integrator.
또한, 상기 영전위검출부는 상용전원의 전류, 전압이 제로가 되는 위치에서 상기 적분기의 적분 초기화시점을 검출하는 것을 특징으로 한다.The zero potential detection unit may detect an integral initialization time of the integrator at a position where the current and voltage of the commercial power supply become zero.
또한, 상기 제어부는 필터부의 출력신호에 의해 상기 인버터에 입력되는 전류값을 검출하는 것을 특징으로 한다.The control unit may detect a current value input to the inverter by an output signal of the filter unit.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 인버터의 전류측정 회로도로서, 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 명기한다.FIG. 2 is a circuit diagram of a current measurement of an inverter according to an embodiment of the present invention, in which like reference numerals designate like parts.
도 2에서, 인버터에 입력되는 전류를 측정하기 위한 회로는 220V 60Hz 등의 교류로 공급되는 상용전원(20)을 전파 정류하여 출력하는 정류기(22)와, 상기 정류기(22)의 뒷단에 위치하여 역률을 개선하는 리액터(L)와, 상기 정류기(22)에 접속되어 정류기(22)에서 출력되는 전압을 평활하여 직류로 변환하는 평활콘덴서(24)와, 상기 평활콘덴서(24)에서 출력되는 직류전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류(U, V, W)로 바꾸어 모터(28)를 구동하는 인버터(26)와, 상기 인버터(26)에 공급되는 PWM신호의 패턴을 출력하여 인버터구동부(30)를 통해 인버터(26)를 제어하는 제어부(32)로 구성된 인버터 회로에 차동증폭기(50), 적분기(52), 영전위검출부(54) 및 필터부(56)로 이루어진 전류변환수단 을 포함하여 구성한다.In FIG. 2, the circuit for measuring the current input to the inverter is a
상기 인버터(26)는 6개의 스위칭소자(IGBT)와 다이오드(FRD)를 3상 풀 브릿지(Full Bridge)로 결선하여 직류전압을 3상 교류로 변환하고 이 3상 교류를 모터(28)에 공급하는 통상의 스위칭회로이다.The
상기 제어부(32)는 인버터(26)의 6개 스위칭소자의 온/오프를 제어하고, 임의 전압 및 임의 주파수의 3상 교류를 만들어 내는 마이크로프로세서로, 이는 PWM 제어를 사용한 일반적 방식으로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 출력은 등폭 PWM 제어를 사용한 구형파 120° 통전에서도, 부등폭 PWM 제어를 사용한 정현파 180° 통전에서도 상관없다.The
상기 차동증폭기(50)는 상용전원(20)의 전원단측에 역률 개선을 위해 사용한 리액터(L)에 연결되어 리액터(L)의 양단에 걸리는 낮은 전압차를 차동 증폭하고, 적분기(52)는 차동증폭기(50)에 의해 증폭된 전압신호를 적분한다.The
상기 영전위검출부(54)는 적분기(52)의 무한 적분에 의한 포화를 방지하기 위해 상용전원(20)의 전류, 전압이 제로가 되는 위치(제로크로싱)를 검출하여 상기 적분기(52)를 초기화하고, 필터부(56)는 상기 적분기(52)에 의해 적분된 신호를 로우 패스 필터링(LPF)하여 제어부(32)의 A/D컨버터에 입력한다.The zero
따라서, 상기 제어부(32)는 필터부(56)의 출력신호에 의해 인버터(26)에 입력되는 상용전원(20)의 전원단 전류를 측정하여 인버터(26)에 공급되는 PWM신호의 패턴을 제어함으로써 최대 허용전력으로 인버터(26)를 보호 제어한다.Accordingly, the
이하, 상기와 같이 구성된 인버터의 전류측정장치장치의 동작과정 및 작용효 과를 설명한다.Hereinafter, an operation process and an effect of the current measuring device of the inverter configured as described above will be described.
도 2에서, 상용전원(20)이 투입되면, 220V 60Hz 등의 교류로 공급되는 상용전원(20)을 정류기(22)에서 정류하고, 이를 정류기(22)에 접속된 평활용 콘덴서(24)에서 평활하여 직류로 변환하여 출력한다.In FIG. 2, when the
상기 평활용 콘덴서(24)로부터 출력되는 직류전압을 인버터(26)에서 펄스폭변조(PWM)를 통해 임의의 가변주파수를 가진 3상 교류로 변환하여 모터(28)에 공급함에 따라 모터(28)가 구동을 시작한다.As the DC voltage output from the
이때, 제어부(32)는 최대 허용전력으로 인버터(26)를 보호 제어하기 위해 인버터(26)에 입력되는 전류를 측정한다.At this time, the
상기 인버터(26)에 입력되는 전류를 측정하기 위해 본 발명에서는 역률 개선을 위해 상용전원(20)의 전원단측에 연결한 리액터(L)의 양단에 발생하는 차동 전압을 직접 검출하여 몇 가지 신호처리를 통하여 인버터(26)에 입력되는 전원단 전류를 측정한다.In order to measure the current input to the
먼저, 리액터(L)의 양단에 걸리는 전압은 아래의 [식1]과 같다.First, the voltage applied to both ends of the reactor (L) is as shown in [Equation 1] below.
...... [식1] [Equation 1]
상기 [식1]의 리액터(L) 양단에 걸리는 전압을 차동증폭기(50)에서 차동 증폭하고, 증폭된 전압신호를 적분기(52)를 통해 적분하면 상기 [식1]로부터 리액터(L)를 통하여 흐르는 전류는 양변을 적분하여 아래의 [식2]와 같이 정리하여 얻을 수 있다.Differential amplification of the voltage across the reactor (L) of the formula (1) in the
...... [식2] [Equation 2]
상기 [식2]와 같이 리액터(L)를 통하여 흐르는 전류의 회귀식으로 정리가 되나, 리액터(L)의 직류저항(RL)은 매우 작은 값으로 [식2]의 2번째 항은 인버터(26)에 입력되는 전체 전류를 측정함에 있어 큰 영향을 끼치지 않으므로 옵셋 변수로 정리 가능하다.The group the second term of Equation 2] and [Formula 2] with the direct current resistance (RL) is a very small value, but is organized as a regression equation of the current flowing through the reactor (L), a reactor (L), such as an inverter ( 26) Since it does not have a big influence in measuring the total current input to the current, it can be arranged as an offset variable.
따라서, 리액터(L) 양단전압을 적분하여 일정 이득을 곱한 후 옵셋 값의 차로 인버터(26)에 입력되는 전원단 전류를 얻을 수 있다.Therefore, the voltage across the reactor L may be integrated, multiplied by a certain gain, and then a power terminal current input to the
상기 적분기(52)의 출력은 실제 리액터(L)에 흐르는 전류에 비례한 형태를 가지며, 이 적분기(52)의 출력신호는 필터부(56)에서 로우 패스 필터링되어 전류값에 비례한 값을 얻게 된다.The output of the
한편, 상기 적분기(52)는 [식2]의 2번째 항에서 옵셋에 의해 포화되어 동작을 하지 못할 수 있으므로 상용전원(20)의 전류, 전압이 제로가 되는 위치를 영전위검출부(54)에서 검출하여 매 주기마다 적분기(52)를 초기화시킴으로써 옵셋의 영향을 제거한 전류를 검출한다.On the other hand, the
따라서, 본 발명은 전류센서를 사용하지 않고 리액터(L) 양단전압을 직접 검출함으로서 회로가 간단해지며, 상용전원(20)의 전원단측 전류를 직접 검출함으로써 사용된 리액터(L)와 적분기(52), 필터부(56) 등이 일정한 경우 별도의 설정없이 인버터(26)에 입력되는 전류를 측정할 수 있다.Accordingly, the present invention simplifies the circuit by directly detecting the voltage across the reactor L without using a current sensor, and the reactor L and the
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 인버터의 전류측정장치에 의하면, 별도의 전류센서나 부가회로 없이 인버터로 입력되는 전류의 역률을 개선하기 위해 전원단에 연결한 리액터의 양단전압을 검출하여 인버터로 입력되는 전원단 전류를 정확하게 측정할 수 있다는 효과가 있다.As described above, according to the current measuring device of the inverter according to the present invention, by detecting the voltage between both ends of the reactor connected to the power supply to improve the power factor of the current input to the inverter without a separate current sensor or additional circuit There is an effect that can accurately measure the power supply current input to the inverter.
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