KR20090029333A - 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20090029333A
KR20090029333A KR1020070094484A KR20070094484A KR20090029333A KR 20090029333 A KR20090029333 A KR 20090029333A KR 1020070094484 A KR1020070094484 A KR 1020070094484A KR 20070094484 A KR20070094484 A KR 20070094484A KR 20090029333 A KR20090029333 A KR 20090029333A
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Abstract

본 발명은 인버터 회로의 직류 전원 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 교류 전원을 정류기 및 평활용 전해콘덴서에 의해 정류 및 평활하고, 정류 및 평활된 직류 전원을 3상 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 모터 구동용 인버터 회로에 있어서, 상기 모터 정지 시 상기 인버터 직류 전압을 검출하는 전압검출부; 상기 모터 정지 시 상기 모터 상 전류를 검출하는 전류검출부; 검출된 상기 인버터 직류 전압과 상기 모터 상 전류로부터 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 제어부를 포함한다.

Description

평활용 전해콘덴서의 고장진단장치 및 그 방법{Apparatus to diagnose defect of smoothing electrolytic condenser and method thereof}
본 발명은 인버터 회로의 직류 전원 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 인버터 회로는 직류 전원을 임의의 가변주파수를 갖는 3상 교류 전원(U, V, W)으로 변환시키는 전원변환장치로, 에너지 효율 및 출력 제어의 용이성 때문에 세탁기, 냉장고, 에어컨, 전자레인지, 엘리베이터 등의 전기제품에 채용되는 모터 구동을 위하여 폭넓게 적용되고 있다.
이러한 인버터 회로에는 입력 전원(교류 전원)을 직류 전원으로 정류 및 평활하는 부분에 직류 전원 평활용 전해콘덴서를 설치하여 직류 전원을 일정레벨로 평활시킴은 물론, 전기적 에너지를 축적하거나 방전하도록 한다. 그러나 인버터 회로의 고장에서 평활용 전해콘덴서의 열화로 인한 고장이 가장 빈번하게 발생하기 때문에 평활용 전해콘덴서의 열화 정도를 판단하여 고장을 진단하는 것이 매우 중요하다.
이는 평활용 전해콘덴서가 열화로 인해 고장이 발생할 경우 과열에 의한 주 변 부품 파손과 화재발생 등의 사고가 뒤따르기 때문에 종래 미국특허 5,880,589호에서는 평활용 전해콘덴서의 열화에 따른 고장을 진단하고 있다.
동 공보에 개시된 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법은 평활용 전해콘덴서의 +단자 전위와 평활용 전해콘덴서의 표면 전위를 전위검출수단에서 각각 검출한 후, 이를 A/D컨버터를 통해 디지털로 변환시켜 CPU에 입력하면, CPU에서는 평활용 전해콘덴서의 +단자 전위와 표면 전위 차를 표면 전위로 나눈 값으로부터 평활용 전해콘덴서의 고장 유무를 진단하였다.
그런데, 이러한 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법은 평활용 전해콘덴서의 표면 전위를 검출하기 위해 평활용 전해콘덴서 표면에 별도의 전위검출수단(예를 들어, 와이어 등)을 부착하여야 하므로 이로 인해 PCB생산성이 저하되고 제조비가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 추가 회로없이 인버터 직류 전압과 모터 상 전류로부터 평활용 전해콘덴서의 ESR값과 C값을 추정하여 평활용 전해콘덴서의 열화에 따른 고장을 정확하게 진단할 수 있는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 평활용 전해콘덴서의 방전구간에서 평활용 전해콘덴서의 고장 진단을 위한 스위칭 동작을 통해 ESR값과 C값을 추정함으로써 평활용 전해콘덴서의 고장을 실시간으로 진단할 수 있는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 교류 전원을 정류기 및 평활용 전해콘덴서에 의해 정류 및 평활하고, 정류 및 평활된 직류 전원을 3상 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 모터 구동용 인버터 회로에 있어서, 상기 모터 정지 시 상기 인버터 직류 전압을 검출하는 전압검출부; 상기 모터 정지 시 상기 모터 상 전류를 검출하는 전류검출부; 검출된 상기 인버터 직류 전압과 상기 모터 상 전류로부터 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 모터 정지 시 또는 상기 모터 기동 전에 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 평활용 전해콘덴서의 방전구간에서 상기 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 위해 상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 인버터 하단의 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 상기 인버터 상단의 제2스위치를 스위칭 동작시키는 중에 상기 인버터 직류 전압의 변동으로부터 [식 1]을 이용하여 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하는 것을 특징으로 한다.
[식 1]
Figure 112007067317858-PAT00001
여기서, △ec,avg는 인버터 직류 전압의 변동 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
또한, 상기 제어부는 추정된 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값이 초기값 대비 최소 10배 이상 증가한 경우 상기 평활용 전해콘덴서가 열화되었다고 판단하여 상 기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 인버터 하단의 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 상기 인버터 상단의 제2스위치를 스위칭 동작시키는 중에 상기 인버터 직류 전압의 변동으로부터 [식 2]를 이용하여 상기 평활용 전해콘덴서의 C값을 추정하는 것을 특징으로 한다.
[식 2]
Figure 112007067317858-PAT00002
여기서, D는 듀티이고, Ts는 스위칭 주파수이고, △vc는 인버터 직류 전압의 방전 전압 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
또한, 상기 제어부는 추정된 상기 평활용 전해콘덴서의 C값이 초기값 대비 최대 0.6배 이하 감소한 경우 상기 평활용 전해콘덴서가 열화되었다고 판단하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 표시하는 표시부를 더 포함한다.
또한, 상기 전압검출부는 상기 평활용 전해콘덴서의 방전구간에서 상기 평활용 전해콘덴서의 양단에 링크된 직류 전압을 검출하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 교류 전원을 정류기 및 평활용 전해콘덴서에 의해 정류 및 평활하고, 정류 및 평활된 직류 전원을 3상 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 모터 구동용 인버터 회로에 있어서, 상기 모터 정지 시 상기 인버터 직류 전압을 검출하는 단계; 상기 모터 정지 시 상기 모터 상 전류를 검출하는 단계; 검출된 상기 인버터 직류 전압과 상기 모터 상 전류로부터 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계를 포함한다.것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는, 상기 모터 정지 시 또는 상기 모터 기동 전에 상기 평활용 전해콘덴서의 방전구간에서 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는, 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하기 위해 상기 인버터 하단의 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 상기 인버터 상단의 제2스위치를 스위칭 동작시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하는 것은, 상기 스위칭 전후의 상기 인버터 직류 전압 변동으로부터 [식 1]을 이용하여 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하는 것을 특징으로 한다.
[식 1]
Figure 112007067317858-PAT00003
여기서, △ec,avg는 인버터 직류 전압의 변동 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
또한, 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는, 추정된 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값이 초기값 대비 최소 10배 이상 증가한 경우 상기 평활용 전해콘덴서가 열화되었다고 판단하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는, 상기 평활용 전해콘덴서의 C값을 추정하기 위해 상기 인버터 하단의 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 상기 인버터 상단의 제2스위치를 스위칭 동작시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평활용 전해콘덴서의 C값을 추정하는 것은, 상기 스위칭 전후의 상기 인버터 직류 전압의 변동으로부터 [식 2]를 이용하여 상기 평활용 전해콘덴서의 C값을 추정하는 것을 특징으로 한다.
[식 2]
Figure 112007067317858-PAT00004
여기서, D는 듀티이고, Ts는 스위칭 주파수이고, △vc는 인버터 직류 전압의 방전 전압 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
또한, 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는, 추정된 상기 평활용 전해콘덴서의 C값이 초기값 대비 최대 0.6배 이하 감소한 경우 상기 평활용 전해콘덴서가 열화되었다고 판단하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 표시하는 단계를 더 포함한다.
이러한 본 발명에 의한 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치 및 그 방법은 별도의 추가 회로없이 인버터 직류 전압과 모터 상 전류로부터 평활용 전해콘덴서의 ESR값과 C값을 추정하여 평활용 전해콘덴서의 열화에 따른 고장을 정확하게 진단할 수 있으며, 평활용 전해콘덴서의 방전구간에서 평활용 전해콘덴서의 고장 진단을 위한 스위칭 동작을 통해 ESR값과 C값을 추정함으로써 평활용 전해콘덴서의 고장을 실시간으로 진단할 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 모터 구동용 인버터 회로도이다.
도 1에서, 본 발명의 인버터 직류 전원 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 위한 인버터 회로는 220V 60Hz 등의 교류로 공급되는 교류 전원(20)을 정류하는 정류기(22), 상기 정류기(22)에 접속되어 제어 직류 전원 공급을 위한 스위칭모드 파워서플라이(SMPS:Switching Mode Power Supply, 23), 상기 정류기(22)에 접속되어 정류된 직류 전압을 평활하고 전기적 에너지를 축적하는 평활용 전해콘덴서(24), 상기 평활용 전해콘덴서(24)에 접속되어 평활용 전해콘덴서(24) 양단에 링크된 직류 전압을 검출하는 분압저항(26,28)과, 인버터(30), 모터(32), 전류검출부(34), 제어부(36) 및 표시부(38)를 포함하여 구성된다.
인버터(30)는 ６개의 스위칭소자(IGBT:Q1~Q6)와 다이오드(FRD:D1~D6)를 ３상 풀 브릿지(Full Bridge)로 결선하여 직류 전압을 3상 교류로 변환하고 이 3상 교류를 모터(32)에 공급하는 IPM(Intelligent Power Module)이다.
전류검출부(34)는 모터(32)에 공급되는 부하전류(상 전류)의 크기를 검출하여 제어부(36)의 A/D컨버터에 입력한다.
제어부(36)는 인버터(30)의 ６개 스위칭소자(Q1~Q6)의 온/오프를 제어하고, 임의 전압 및 임의 주파수의 ３상 교류를 만들어 내는 마이크로프로세서로, PWM 제어를 통한 모터(32) 구동은 일반적인 공지기술이다.
본 발명의 인버터(30) 직류 전원 평활용 전해콘덴서(24)의 고장진단을 위해 제어부(36)는 모터(32) 정지 시 또는 모터(32) 기동 전에 평활용 전해콘덴서(24)의 방전구간에서 인버터(30)의 상단 스위치(예를 들어, Q1)와 하단 스위치(예를 들어, Q6)를 유니폴라 스위칭(Unipolar Switching)하여 평활용 전해콘덴서(24)의 ESR(Equivalent Series Resistance, 등가직렬저항)값과 C(Capacitance, 순수 콘덴서 성분)값을 추정한다. 이를 위해 제어부(36)는 하단 스위치(Q6)의 턴 온 상태에서 상단 스위치(Q1)를 스위칭 또는 오프 동작시켜 스위칭 전후의 인버터(30) 직류 전압과 모터(32) 상 전류로부터 평활용 전해콘덴서(24)의 ESR값과 C값을 추정한다.
또한, 제어부(36)는 추정된 평활용 전해콘덴서(24)의 ESR값이 초기값(정상 값) 대비 최소 10배 이상(예를 들어, 약 2Ω 이상) 증가한 경우 평활용 전해콘덴서(24)가 열화되었다고 판단하여 평활용 전해콘덴서(24)의 고장을 진단하고, 추정된 평활용 전해콘덴서(24)의 C값이 초기값(정상 값) 대비 최대 0.6배 이하(예를 들 어, 약 400㎌ 이하) 감소한 경우 평활용 전해콘덴서(24)가 열화되었다고 판단하여 평활용 전해콘덴서(24)의 고장을 진단한다. 평활용 전해콘덴서(24)의 고장이 진단되면 인버터(30)의 동작을 정지시키고 표시부(38)를 통해 평활용 전해콘덴서(24)의 열화에 따른 고장진단을 표시해준다.
이하, 상기와 같이 구성된 평활용 콘덴서의 고장진단장치 및 그 방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.
도 1에서, 교류전원(20)이 투입되면, 220V 60㎐ 등의 교류로 공급되는 교류전원(20)을 정류기(22)에서 정류하고, 이를 정류기(22)에 접속된 평활용 콘덴서(24)에서 평활하여 직류로 변환하여 출력한다.
평활용 콘덴서(24)로부터 출력되는 직류 전압을 인버터(30)에서 펄스폭변조(PWM)를 통해 임의의 가변주파수를 가진 3상 교류로 변환하여 모터(32)에 공급함에 따라 모터(32)가 구동을 시작한다. PWM 제어를 통한 모터(32) 구동은 일반적인 공지기술이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 인버터(30) 직류 전원 평활용 전해콘덴서(24)의 고장진단을 위해 제어부(36)는 모터(32) 정지 시 또는 모터(32) 기동 전에 평활용 전해콘덴서(24)의 방전구간에서 인버터(30)의 상단 스위치(Q1)와 하단 스위치(Q6)를 유니폴라 스위칭(Unipolar Switching)하여 평활용 전해콘덴서(24)의 ESR값과 C값을 추정하는데 평활용 전해콘덴서(24)의 ESR값과 C값을 추정하여 평활용 전해콘덴서(24)의 고장(열화정도)을 진단하는 과정을 도 2 내지 6을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 위해 도 1의 인버터 회로를 간략화한 제1등가회로도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 위해 도 1의 인버터 회로를 간략화한 제2등가회로도로서, 평활용 전해콘덴서(24)의 방전구간에서 인버터(30)의 상단 스위치(Q1)와 하단 스위치(Q6)를 유니폴라 스위칭하였을 때의 등가회로도이다.
도 2는 하단 스위치(Q6)의 턴 온 상태에서 상단 스위치(Q1)를 스위칭시켰을 때의 폐회로이고, 도 3은 하단 스위치(Q6)의 턴 온 상태에서 상단 스위치(Q1)를 오프시켰을 때의 폐회로로서, 모터(32)의 'U'상과 'V'상에는 각각 고정자 권선저항(Rs)과 고정자 권선인덕턴스(Ls)가 존재하므로 모터(32)의 'U'상과 'V'상을 2Rs와 2Ls로 간략화하였다.
또한, 평활용 전해콘덴서(24)는 등가적으로 순수 콘덴서 성분(C)과 등가직렬저항(ESR:Equivalent Series Resistance), 등가직렬 인덕턴스(ESL:Equivalent Series Inductance)의 직렬 연결회로로 모델링할 수 있다. 저주파(60㎐~1㎑) 영역에서 등가직렬 인덕턴스(ESL)의 영향은 매우 적기 때문에 무시할 수 있다. 일반적으로 ESR의 크기는 일반적으로 아주 작은 값(수 백 mΩ)을 가지며 평활용 전해콘덴서(24)가 열화되면 ESR의 크기가 점차적으로 증가한다. 이는 평활용 전해콘덴서(24)가 열화되면서 내부의 전해질이 기화되어 평활용 전해콘덴서(24) 밖으로 빠져나감에 따라 전극간 면적이 감소하여 ESR은 증가하고 정전용량은 감소하게 된다. 이러한 ESR의 증가는 손실을 증가시켜 열화를 촉진하여 고장을 유발한다.
이러한 평활용 전해콘덴서(24)의 고장진단을 위해 도 1의 인버터 회로를 시뮬레이션 한 결과, 전류 및 전압파형을 도 4 내지 도 6에 도시하였다.
도 4는 도 1의 인버터 회로를 시뮬레이션 한 결과 파형도로서, CH1은 평활용 전해콘덴서(24) 양단에 링크된 인버터(30) 직류 전압이고, CH2는 교류전원(20)의 입력전압이고, CH3은 평활용 전해콘덴서(24) 전류이고, CH4는 모터(32) 상 전류이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 교류전원(20)의 입력전압 크기가 인버터(30) 직류 전압보다 작은 상태에서 평활용 전해콘덴서(24)는 방전을 하여 모터(32)에 전류를 공급한다. 평활용 전해콘덴서(24)의 충전구간에서 인버터(30) 직류 전압은 증가하고 평활용 전해콘덴서(24)의 방전구간에서 인버터(30) 직류 전압은 감소한다.
도 5는 평활용 전해콘덴서가 정상상태일 때 도 2 및 도 3의 등가회로를 시뮬레이션 한 결과 파형도이고, 도 6은 평활용 전해콘덴서가 열화상태일 때 도 2 및 도 3의 등가회로를 시뮬레이션 한 결과 파형도로서, 평활용 전해콘덴서(24)의 방전구간에서의 확대 파형도이다.
도 5 및 도 6에서, CH1은 평활용 전해콘덴서(24) 양단에 링크된 인버터(30) 직류 전압(ec)이고, CH3은 평활용 전해콘덴서(24) 전류(Ic)이고, CH4는 모터(32) 상 전류(Ias)이고, CH5는 인버터(30) 상단 스위치(Q1)를 스위칭시키는 스위칭 신호이다.
도 5 및 도 6의 점선 원에서 알 수 있듯이, 평활용 전해콘덴서(24)가 정상상태에서는 보이지 않던 전압강하가 열화에 따른 ESR값이 증가함에 따라 전압강하가 발생함을 알 수 있다.
따라서, 평활용 전해콘덴서(24)의 ESR값은 아래의 [식 1]을 이용하여 추정할 수 있다.
[식 1]
Figure 112007067317858-PAT00005
여기서, △ec,avg는 인버터 직류 전압의 변동 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
또한, 평활용 전해콘덴서(24)의 방전구간 한 주기 동안에 평활용 전해콘덴서(24)의 방전량을 구할 수 있고, 평활용 전해콘덴서(24)의 C값은 아래의 [식 2]를 이용하여 추정할 수 있다.
[식 2]
Figure 112007067317858-PAT00006
여기서, D는 듀티이고, Ts는 스위칭 주파수이고, △vc는 인버터 직류 전압의 방전 전압 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
이와 같이, 인버터 직류 전압(ec)과 모터 상 전류(Ias)로부터 평활용 전해콘덴서(24)의 ESR값과 C값을 추정한다.
따라서, 제어부(36)는 추정된 평활용 전해콘덴서(24)의 ESR값이 초기값(정상 값) 대비 최소 10배 이상(예를 들어, 약 2Ω 이상) 증가한 경우 평활용 전해콘덴 서(24)가 열화되었다고 판단하여 평활용 전해콘덴서(24)의 고장을 진단하고, 추정된 평활용 전해콘덴서(24)의 C값이 초기값(정상 값) 대비 최대 0.6배 이하(예를 들어, 약 400㎌ 이하) 감소한 경우 평활용 전해콘덴서(24)가 열화되었다고 판단하여 평활용 전해콘덴서(24)의 고장을 진단한다. 평활용 전해콘덴서(24)의 고장이 진단되면 인버터(30)의 동작을 정지시켜 평활용 전해콘덴서(24)의 고장에 따른 부품 파손과 화재발생 등의 사고를 방지할 수 있도록 한다.
또한, 제어부(36)는 표시부(38)를 통해 평활용 전해콘덴서(24)의 열화에 따른 고장진단을 표시하여 사용자로 하여금 평활용 전해콘덴서(24)의 고장에 따른 조치를 취할 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 위해 실험한 ESR값과 C값의 추정 결과를 실제 측정한 결과와 비교한 표로서, 평활용 전해콘덴서의 방전구간에서 인버터(30)를 유니폴라 스위칭하여 인버터(30) 직류 전압과 모터(32) 상 전류로부터 ESR값과 C값을 추정한 실험 결과(추정치)와 실제 측정 결과(실측치)를 비교한 것이다.
도 7에서, ESR값의 경우 평활용 전해콘덴서(24)가 정상상태에서 추정치는 0.147Ω이고 실측치는 0.148Ω으로 거의 유사하며, 열화상태에서도 추정치는 2.48Ω이고 실측치는 2.43Ω으로 0.05Ω의 차이가 있으나 이는 거의 무시할 수 있는 정도이다.
C값의 경우, 평활용 전해콘덴서(24)가 정상상태에서 추정치는 615㎌이고 실측치는 628㎌으로 13㎌의 차이가 있으나 이는 거의 무시할 수 있는 정도의 차이고, 열화상태에서도 추정치는 410㎌이고 실측치는 432㎌로 022㎌의 차이가 있으나 이는 거의 무시할 수 있는 정도의 차이다.
결론적으로, 평활용 전해콘덴서(24)의 고장진단을 위해 평활용 전해콘덴서(24)의 방전구간에서 인버터(30)를 유니폴라 스위칭하여 측정한 인버터(30) 직류 전압과 모터(32) 상 전류로부터 추정한 ESR값과 C값이 실제 측정한 결과와 거의 일치하고 있음을 알 수 있다.
이외에도, 평활용 전해콘덴서(24)는 온도에 따라 ESR값과 C값이 변화하므로 온도별 ESR값과 C값에 따라 평활용 전해콘덴서(24)의 내부온도를 추정할 수 있다.
도 8은 평활용 전해콘덴서가 정상 또는 열화상태일 때 온도별 ESR값과 C값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8에서, 평활용 전해콘덴서(24)가 정상상태일 때는 온도에 따라 ESR값과 C값이 크게 변화하지 않으나, 평활용 전해콘덴서(24)가 열화상태일 때는 온도에 따라 ESR값과 C값이 변화함을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 모터 구동용 인버터 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 위해 도 1의 인버터 회로를 간략화한 제1등가회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 위해 도 1의 인버터 회로를 간략화한 제2등가회로도이다.
도 4는 도 1의 인버터 회로를 시뮬레이션 한 결과 파형도이다.
도 5는 평활용 전해콘덴서가 정상상태일 때 도 2 및 도 3의 등가회로를 시뮬레이션 한 결과 파형도이다.
도 6은 평활용 전해콘덴서가 열화상태일 때 도 2 및 도 3의 등가회로를 시뮬레이션 한 결과 파형도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 위해 실험한 ESR값과 C값의 추정 결과를 실제 측정한 결과와 비교한 표이다.
도 8은 평활용 전해콘덴서가 정상 또는 열화상태일 때 온도별 ESR값과 C값의 변화를 나타낸 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
20 : 교류 전원 22 : 정류기
24 : 평활용 전해콘덴서 30 : 인버터
32 : 모터 34 : 전류검출부
36 : 제어부 38 : 표시부

Claims (18)

  1. 교류 전원을 정류기 및 평활용 전해콘덴서에 의해 정류 및 평활하고, 정류 및 평활된 직류 전원을 3상 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 모터 구동용 인버터 회로에 있어서,
    상기 모터 정지 시 상기 인버터 직류 전압을 검출하는 전압검출부;
    상기 모터 정지 시 상기 모터 상 전류를 검출하는 전류검출부;
    검출된 상기 인버터 직류 전압과 상기 모터 상 전류로부터 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 제어부를 포함하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모터 정지 시 또는 상기 모터 기동 전에 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 평활용 전해콘덴서의 방전구간에서 상기 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 위해 상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인버터 하단의 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 상기 인버터 상단의 제2스위치를 스위칭 동작시키는 중에 상기 인버터 직류 전압의 변동으로부터 [식 1]을 이용하여 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치.
    [식 1]
    Figure 112007067317858-PAT00007
    여기서, △ec,avg는 인버터 직류 전압의 변동 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 추정된 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값이 초기값 대비 최소 10배 이상 증가한 경우 상기 평활용 전해콘덴서가 열화되었다고 판단하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인버터 하단의 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 상기 인버터 상단의 제2스위치를 스위칭 동작시키는 중에 상기 인버터 직류 전압의 변동 으로부터 [식 2]를 이용하여 상기 평활용 전해콘덴서의 C값을 추정하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치.
    [식 2]
    Figure 112007067317858-PAT00008
    여기서, D는 듀티이고, Ts는 스위칭 주파수이고, △vc는 인버터 직류 전압의 방전 전압 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 추정된 상기 평활용 전해콘덴서의 C값이 초기값 대비 최대 0.6배 이하 감소한 경우 상기 평활용 전해콘덴서가 열화되었다고 판단하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 표시하는 표시부를 더 포함하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 전압검출부는 상기 평활용 전해콘덴서의 방전구간에서 상기 평활용 전 해콘덴서의 양단에 링크된 직류 전압을 검출하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단장치.
  10. 교류 전원을 정류기 및 평활용 전해콘덴서에 의해 정류 및 평활하고, 정류 및 평활된 직류 전원을 3상 전원으로 변환하여 모터를 구동하는 모터 구동용 인버터 회로에 있어서,
    상기 모터 정지 시 상기 인버터 직류 전압을 검출하는 단계;
    상기 모터 정지 시 상기 모터 상 전류를 검출하는 단계;
    검출된 상기 인버터 직류 전압과 상기 모터 상 전류로부터 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계를 포함하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는,
    상기 모터 정지 시 또는 상기 모터 기동 전에 상기 평활용 전해콘덴서의 방전구간에서 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는,
    상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하기 위해 상기 인버터 하단의 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 상기 인버터 상단의 제2스위치를 스위칭 동작시키는 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하는 것은,
    상기 스위칭 전후의 상기 인버터 직류 전압 변동으로부터 [식 1]을 이용하여 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값을 추정하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법.
    [식 1]
    Figure 112007067317858-PAT00009
    여기서, △ec,avg는 인버터 직류 전압의 변동 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는,
    추정된 상기 평활용 전해콘덴서의 ESR값이 초기값 대비 최소 10배 이상 증가한 경우 상기 평활용 전해콘덴서가 열화되었다고 판단하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는,
    상기 평활용 전해콘덴서의 C값을 추정하기 위해 상기 인버터 하단의 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 상기 인버터 상단의 제2스위치를 스위칭 동작시키는 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 평활용 전해콘덴서의 C값을 추정하는 것은,
    상기 스위칭 전후의 상기 인버터 직류 전압의 변동으로부터 [식 2]를 이용하여 상기 평활용 전해콘덴서의 C값을 추정하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법.
    [식 2]
    Figure 112007067317858-PAT00010
    여기서, D는 듀티이고, Ts는 스위칭 주파수이고, △vc는 인버터 직류 전압의 방전 전압 값이고, Ias,dc는 모터 상 전류의 평균값이다.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 단계는,
    추정된 상기 평활용 전해콘덴서의 C값이 초기값 대비 최대 0.6배 이하 감소한 경우 상기 평활용 전해콘덴서가 열화되었다고 판단하여 상기 평활용 전해콘덴서의 고장을 진단하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 평활용 전해콘덴서의 고장진단을 표시하는 단계를 더 포함하는 평활용 전해콘덴서의 고장진단방법.
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