KR20140091659A - 고압인버터 시스템 - Google Patents

Abstract

고압인버터 시스템이 개시된다. 본 발명의 시스템은, 상기 고압인버터로부터 출력되는 출력전압을 상기 모터에 스위칭하는 제1스위치; 상용전원을 상기 모터에 스위칭하는 제2스위치; 상기 제1스위치와 상기 고압인버터 사이에 배치되는 리액터; 및 상기 고압인버터의 입력전압정보를 이용하여 상기 고압인버터의 출력전압을 상용전원과 동기화하는 제어부를 포함한다.

Description

고압인버터 시스템{MEDIUM VOLTAGE INVERTER SYSTEM}

본 발명은 고압인버터 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 인버터를 이용하여 복수의 모터를 기동하는 멀티 소프트스타터(multi soft starter) 제어를 수행하기 위해서는, 모터에 입력되는 전원을 인버터 출력전원에서 상용전원으로 절체하는 동작이 필요하다.

멀티 소프트스타터란, 한 대의 모터에 인버터 출력을 연결하고 상용전원과 같은 주파수의 운전속도로 모터를 가속한 후 모터의 입력전원을 상용전원으로 바꾸고, 인버터 출력을 다른 모터에 연결하고 가속하여 상용전원으로 절체하는 것에 의해, 복수의 모터를 순차적으로 가동시키는 방법을 말한다.

고압인버터 시스템에서, 인버터 출력전원과 상용전원간 절체는 주로 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker; 'VCB') 또는 진공스위치(Vacuum Switch; VCS)를 사용하여 수행되며, 절체동작 중에는 여러 가지 원인으로 인한 전기적 충격이 모터와 인버터 및 상용전원에 가해지게 된다.

도 1은 고압 시스템에서 멀티 소프트스타터 동작을 설명하기 위한 예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 고압인버터 시스템에서는, 모터 M1을 기동하기 위하여, A라인을 연결하고 고압인버터(100)로 기동한다. 즉, 상용전원과 주파수를 맞춘 후에, A라인을 차단하고 B라인을 연결하여 상용전원으로 연결한다.

이후, 모터 M2 또는 동일하게 동작하여, 순차적으로 모터 Mn까지 기동할 수 있다.

이와 같은 시스템은 주로 워터펌프 설비에 사용되며, 보통 마지막 모터 Mn은 고압인버터(100)로 속도를 제어한다.

도 2는 도 1의 전원절체 동작을 설명하기 위한 예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, A라인을 통해 모터 M이 고압인버터(100)에 연결되어 있는 상태에서, 인버터 스위치(SW)(110)를 오프하고, B라인의 그리드 스위치(SW)(120)를 연결하여 상용전원을 모터 M에 연결한다.

한편, 이와 같은 시스템에서, 대부분의 사용자는 인버터가 이상상태일 때 모터의 운전이 불가능할 것을 염려해 상용전원의 바이패스(bypass) 설비를 설치한다. 이 경우, 인버터의 연결을 차단하고 모터가 정지할때까지 기다려 상용전원을 모터에 투입하여 기동하는 방식을 사용한다. 그러나, 이 경우 상용전원에 의해 모터가 기동되면 순간적으로 많은 전류가 모터에 인가되며, 이를 방지하기 위해 상용전원이 연결되는 라인에 소프트스타터를 설치하는 경우도 있다.

이와 같은 경우, 저압모터를 사용하는 시스템에서도, 인버터 출력이 끊기면 모터는 감속하게 되고 역기전력이 감소하게 되므로, 상용전원이 연결되는 순간 역기전력과 상용전원 크기차의 전압충격과 상용전원 주파수와 감속된 회전속도차의 전류충격이 발생하게 되어, 이러한 전기적 충격으로 인해 자주 사용되지 않는다.

그러나, 고압모터를 사용하는 시스템에서 이 방식을 사용하게 되면, 고가의 모터에 전기적 충격이 가해지게 되어 수명에 영향이 발생하게 되므로, 고압모터에는 사용할 수 없다.

이와 같은 이유로, 고압모터에 멀티 소프트스타터 동작을 위한 상용전원 절체에 의해 발생하는 전기적인 충격을 최대한 줄일 것이 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 인버터 출력전원에서 사용전원으로 모터의 입력을 절체하는 경우 모터에 가해지는 전기적 충격을 최소화하기 위한 고압인버터 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 인버터의 유지보수 등 인버터를 정지하고 상용전원으로 모터를 구동하여야 할 경우, 모터가 정지하지 않고 계속 운전상태를 유지하도록 하는 고압인버터 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 모터를 구동하는 고압인버터 시스템은, 상기 고압인버터로부터 출력되는 출력전압을 상기 모터에 스위칭하는 제1스위치; 상용전원을 상기 모터에 스위칭하는 제2스위치; 상기 제1스위치와 상기 고압인버터 사이에 배치되는 리액터; 및 상기 고압인버터의 입력전압정보를 이용하여 상기 고압인버터의 출력전압을 상용전원과 동기화하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 고압인버터의 입력전압을 수신하여 상기 고압인버터의 입력전압정보를 결정하는 제1PLL부; 상기 제1PLL부의 출력과 상기 고압인버터의 출력지령을 비교하여, 그 차이를 출력하는 비교부; 및 상기 차이를 이용하여, 상기 고압인버터의 출력지령을 상용전원과 동기화하는 동기제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 리액터의 리액턴스는, 상기 고압인버터의 출력전압와 상용전원간 전압차에 따른 순환전류의 크기를 제한하는 정도에 의해 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 리액터의 리액턴스는, 상기 리액터에 의해 발생하는 상기 고압인버터의 출력전압의 강하분을 고려하여 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 고압인버터의 입력단에 배치되어, 상기 고압인버터의 입력전압을 검출하여 상기 제1PLL부로 전달하는 제1검출부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 동기화된 상기 고압인버터의 출력지령을 이용하여 출력전압을 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 출력부가 출력하는 출력전압을 수신하여 출력전압정보를 결정하는 제2PLL부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 동기제어부는, 상기 제2PLL부로부터 출력전압정보를 수신하여, 상기 고압인버터의 출력지령을 동기화할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 상용전원과 인버터 출력전압을 동기화하여 절체를 수행하여, 전압차에 의해 발생하는 전기적 충격을 상당히 줄이도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상용전원과 인버터 출력전압간 리액터를 설치하여 전류에 의한 전기적 충격을 줄이도록 하는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은, 인버터가 모터의 속도를 제어하고 있는 상황에서, 인버터의 유지보수가 필요한 경우 모터의 운전을 상용전원으로 넘기고 인버터를 정지할 경우에도 적용되어, 안정적인 모터운전이 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 고압 시스템에서 멀티 소프트스타터 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 도 1의 전원절체 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고압인버터 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고압인버터 제어장치의 일실시예 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 인버터 출력전원과 사용전원의 절체시 전기적 충격을 줄이기 위한 것으로서, 두 전원의 크기와 위상을 동기화하고 두 전원이 동시에 소정 시간동안 모터에 인가되도록 하여 순간 단속되지 않도록 하고, 두 전원 사이에 리액터를 설치하여 전류에 의한 전기적 충격을 없애고자 하는 것이다.

본 발명은, 인버터가 모터의 속도를 제어하고 있는 상황에서, 인버터의 유지보수가 필요한 경우 모터의 운전을 상용전원으로 넘기고 인버터를 정지할 경우에도 적용되어, 안정적인 모터운전을 할 수 있도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 고압인버터 시스템의 일실시예 구성도로서, 도 1과 같은 시스템의 일부를 확대한 것을 나타낸다. 본 발명의 시스템은 복수의 모터의 멀티 소프트스타터를 위한 고압인버터 시스템으로서, 편의상 복수의 모터를 생략하여 도시한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고압인버터 시스템은, 고압인버터(10), 상용전원 검출부(20), 인버터 출력전원 검출부(30), 리액터(reactor)(40), 상용전원 스위치(50) 및 인버터 스위치(60)를 포함한다.

상용전원 검출부(20)는 입력되는 상용전원을 측정한다. 인버터 출력전원 검출부(30)는 모터 M의 입력측 전원, 즉 고압인버터(10)의 출력전원을 측정한다.

또한, 상용전원 스위치(50)는 상용전원의 모터 M으로의 바이패스를 스위칭하며, 인버터 스위치(60)는 고압인버터(10)의 출력을 모터 M으로 스위칭한다.

리액터(40)는 고압인버터(10)와 인버터 스위치(60) 사이에 배치되어, 상용전원과 고압인버터(10)의 출력전원이 동시에 연결되는 경우 두 전원이 충돌하는 것을 방지한다. 리액터(40)의 크기는 두 전원간 전압차에 따른 순환전류의 크기를 제한하는 정도와, 리액터(40)에 의해 발생하는 고압인버터(10)의 출력전압의 강하분을 고려하여 설계한다.

도 4는 본 발명에 따른 고압인버터 제어장치의 일실시예 구성도로서, 도 3의 고압인버터(10) 내부에 구성되는 것이다. 본 발명의 제어장치 이외에, 고압인버터(10)를 본 기능을 수행하는 다수의 구성요소를 포함한다 할 것이나, 본 발명과 관련없는 구성요소의 설명은 편의상 생략하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어장치는, 입력 위상동기루프(Phase Locked Loop; 이하, 'PLL'이라 함)부(11), 출력 PLL부(12), 비교부(13), 동기제어부(14) 및 인버터 출력부(15)를 포함한다.

입력 PLL부(11)는 상용전원 검출부(20)로부터 고압인버터(10)의 입력전압, 즉 상용전원을 수신하여, 그로부터 고압인버터(10)의 입력전원의 크기와 위상 등 정보를 결정한다.

비교부(13)는 입력 PLL부(11)로부터 수신한 입력전압과 고압인버터(10)의 출력지령을 비교하여, 에러를 출력한다.

동기제어부(14)는, 인버터 출력전압을 급격하게 변화하지 않고 안정적으로 제어할 수 있도록, 동기화된 인버터 출력지령을 출력한다.

인버터 출력부(15)는 동기제어부(14)로부터 수신하는 동기화된 인버터 출력지령을 이용하여 출력전압을 출력한다. 캐스캐이드(cascade) 방식의 고압인버터(10)의 경우, 인버터 출력전압은 주로 마스터 제어기(도시되지 않음)가 전압지령을 결정하고, 각 셀의 펄스폭변조(PWM) 제어부와 전력용 반도체를 통하여 출력전압이 결정되는 것임은 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 사항이므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다

또한, 출력 PLL부(12)는, 인버터 출력전원 검출부(30)가 검출한 인버터 출력전원으로부터 출력전압을 출력하여, 그 크기 및 위상 등 출력전압의 정보를 결정하여, 동기제어부(14)로 피드백한다.

이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조로, 본 발명의 제어장치의 동작을 설명하기로 한다.

본 발명은 고압인버터(10)의 상용전원 절체를 위한 것으로서, 절체시 모터 M에 가해지는 전기적인 충격을 최소화하기 위한 것이다. 전기적인 충격은, 모터 M에 입력전압의 크기 및 위상의 변화에 의해서 발생하고, 상용전원 스위치(50)와 인버터 스위치(60)가 모두 오픈(open)상태인 순간단속 구간에 의해 발생하는 것이다.

모터 M에 입력되는 전압이 고압인버터(10)의 출력전압에서 상용전원으로 바뀌는 동안에 발생하는 전기적 충격을 감소하기 위해서는, 고압인버터 출력과 상용전원의 크기와 위상을 동일하게 하여야 한다.

이를 위하여, 본 발명의 도 4와 같은 제어장치를 구성하여, 입력전압 정보를 이용하여 인버터 출력전압을 상용전원과 동기화한다.

본 발명의 제어장치는, 입력 PLL부(11)가 삼상 입력전압의 각 정보와 전압의 크기를 결정하고, 비교부(13)가 고압 인버터(10)에서 입력되는 인버터 출력지령과 비교하여, 동기제어부(14)가 동기화된 인버터 출력지령을 결정한다.

이때, 리액터(40)를 고려하여, 인버터 출력전원 검출부(30)는 리액터(40)의 후단에서 출력전압을 측정하여, 리액터(40)에 의해 발생하는 전압의 위상지연을 동기제어부(14)가 보상하는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 제어장치에 의하면, 상용전원과 인버터 출력전압을 동기화하여 절체를 수행하면, 전압차에 의해 발생하는 전기적 충격을 상당히 줄일 수 있다.

한편, 순간단속 구간에 의해 발생하는 전기적 충격을 줄이기 위해서는 단속구간이 없도록 하여야 하며, 이는 상용전원과 인버터 출력이 모터 M에 동시에 입력되어야 한다는 것을 의미한다.

이론적으로, 두개의 전원이 동시에 공급되는 경우, 수 V의 전압차에 의해 무한대의 순환전류가 각 전원으로 입력될 수 있게 되는데, 이를 방지하기 위해, 본 발명의 리액터(40)를 두 전원 사이에 배치한다.

또한, 리액터(40)는 인버터 출력전압의 특징인 PWM 파형의 형태를 상용전압과 같은 정현파 형태와 유사하게 하는 필터기능을 수행하지만, 리액터(40)의 리액턴스가 너무 크면, 고압인버터(10)의 운전중 인버터 출력의 전압강하의 요인이 되므로, 적절한 설계를 통하여 리액턴스를 정해야 한다.

본 발명은, 동기제어부(14)를 통해 고압인버터(10)의 출력전압을 상용전원과 동기화하고, 절체동작 중 순간단속 구간을 없애, 절체중 발생하는 전기적인 충격을 상당히 줄일 수 있다.

따라서, 고압인버터(10)로 복수의 고압모터를 순시적으로 기동하는 멀티 소프트스타터를 수행할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 고압인버터 20: 상용전원 검출부
30: 인버터 출력전원 검출부 40: 리액터
50: 그리드 스위치 60: 인버터 스위치
11: 입력 PLL부 12: 출력 PLL부
13: 비교부 14: 동기제어부
15: 인버터 출력부

Claims (7)

1. 모터를 구동하는 고압인버터 시스템에 있어서,
   상기 고압인버터로부터 출력되는 출력전압을 상기 모터에 스위칭하는 제1스위치;
   상용전원을 상기 모터에 스위칭하는 제2스위치;
   상기 제1스위치와 상기 고압인버터 사이에 배치되는 리액터; 및
   상기 고압인버터의 입력전압정보를 이용하여 상기 고압인버터의 출력전압을 상용전원과 동기화하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는,
   상기 고압인버터의 입력전압을 수신하여 상기 고압인버터의 입력전압정보를 결정하는 제1PLL부;
   상기 제1PLL부의 출력과 상기 고압인버터의 출력지령을 비교하여, 그 차이를 출력하는 비교부; 및
   상기 차이를 이용하여, 상기 고압인버터의 출력지령을 상용전원과 동기화하는 동기제어부를 포함하는 고압인버터 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 리액터의 리액턴스는,
   상기 고압인버터의 출력전압와 상용전원간 전압차에 따른 순환전류의 크기를 제한하는 정도에 의해 결정되는 고압인버터 시스템.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 리액터의 리액턴스는,
   상기 리액터에 의해 발생하는 상기 고압인버터의 출력전압의 강하분을 고려하여 결정되는 고압인버터 시스템.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 고압인버터의 입력단에 배치되어, 상기 고압인버터의 입력전압을 검출하여 상기 제1PLL부로 전달하는 제1검출부를 더 포함하는 고압 인버터 시스템.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   동기화된 상기 고압인버터의 출력지령을 이용하여 출력전압을 출력하는 출력부를 더 포함하는 고압 인버터 시스템.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 출력부가 출력하는 출력전압을 수신하여 출력전압정보를 결정하는 제2PLL부를 더 포함하는 고압 인버터 시스템.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 동기제어부는,
   상기 제2PLL부로부터 출력전압정보를 수신하여, 상기 고압인버터의 출력지령을 동기화하는 고압 인버터 시스템.

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