KR20140108956A - Power converting apparatus and air conditioner having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서에 개시된 기술은 인버터에 유입되는 전류의 형태가 컨버터의 출력 전류의 형태를 추종하도록 제어하여 직류 링크 커패시터의 유입되는 전류를 최소화할 수 있는 전력변환장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기에 관한 것이다.The technique disclosed in this specification includes a power conversion device, a control method thereof, and a power conversion device capable of minimizing the current flowing into the DC link capacitor by controlling the shape of the current flowing into the inverter to follow the shape of the output current of the converter The present invention relates to an air conditioner.
또한, 본 명세서에 개시된 기술은 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기에 관한 것이다.Further, the technology disclosed in this specification relates to a power conversion apparatus that performs a converter control function based on phase current restoration of a converter through inductor ripple current estimation, a control method thereof, and an air conditioner including a power conversion apparatus.
최근 공기조화기는 압축기의 구동 모터로서 주로 3상 모터를 사용한다. 3상 모터의 전력변환장치는 상용 전원인 교류를 직류로 변환한 후, 변환된 직류를 인버터를 이용하여 3상 모터에 인가함으로써 3상 모터를 구동시킨다.Background Art [0002] In recent years, an air conditioner mainly uses a three-phase motor as a driving motor for a compressor. A three-phase motor power conversion device converts an alternating current, which is a commercial power source, into a direct current, and then drives the three-phase motor by applying the converted direct current to the three-phase motor using an inverter.
공기조화기는 압축기, 팬 등에 전동기를 사용하며, 이를 구동하기 위한 전력변환장치를 사용하고 있다. 전력변환장치는 입력전원으로부터 제공된 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 변환된 직류전압을 펄스-폭 변조된(PWM:Pulse Width Modulation) 전압으로 다시 변환하여 부하에 공급한다.The air conditioner uses a motor such as a compressor and a fan, and uses a power conversion device for driving the motor. The power conversion apparatus converts the AC voltage supplied from the input power source into a DC voltage, converts the DC voltage into a pulse-width modulated (PWM) voltage, and supplies the DC voltage to the load.
한편, 공기조화기가 고성능, 고효율을 요구함에 따라 고조파 전류, 입력 역률, EMC 등의 문제가 발생한다. 예를 들어, 입력 전원 측으로의 고조파 전류 유입 및 입력 역률 특성이 안 좋아지는 경우, 전력계통에 접속된 다른 전기기기가 오동작을 일으킬 수 있고, 수명에 악영향을 주게 된다. 이러한 이유로, 각국에서는 전력품질 향상을 위해 역률, 고조파 등에 대한 규제를 강화하고 있다.On the other hand, as the air conditioner requires high performance and high efficiency, problems such as harmonic current, input power factor, and EMC arise. For example, when the harmonic current input to the input power source side and the input power factor characteristic are poor, other electric devices connected to the power system may malfunction and adversely affect the service life. For these reasons, countries are tightening regulations on power factor, harmonics, etc. to improve power quality.
일반적으로 전력 변환 장치는 입력 교류 전원과 부하, 예를 들어 모터,의 사이에 컨버터와 인버터가 병렬 연결된다. 이때, 컨버터와 인버터의 사이에는 직류 링크 커패시터가 개재된다.Generally, a power conversion apparatus is connected in parallel between an input AC power source and a load, for example, a motor, and a converter and an inverter. At this time, a DC link capacitor is interposed between the converter and the inverter.
일반적인 전력 변환 장치는 컨버터(다이오드 정류 회로)를 이용하여 교류 전원으로부터 직류 전원을 얻은 뒤, 인버터를 이용하여 모터를 구동하였다. 이러한 방식은 컨버터의 특성상 에너지 회생이 불가능하여 제동 저항이 필요하게 된다. 또, 인버터에서 회생하는 순시 에너지의 흡수를 위하여 직류 링크 커패시터로 대용량의 전해 커패시터를 사용하여야 한다. 전해 커패시터를 사용하는 인버터를 이른바 노멀 인버터(normal inverter)라 한다. 전해 커패시터는 그 자체의 수명뿐 아니라, 입력 전원 전류의 고조파를 증대시킬 수 있다.A typical power conversion device uses a converter (diode rectifier circuit) to obtain DC power from an AC power source, and then drives the motor using an inverter. This method is not able to regenerate the energy due to the characteristics of the converter, and thus a braking resistor is required. In order to absorb the instantaneous energy regenerated in the inverter, a large capacity electrolytic capacitor should be used as a DC link capacitor. An inverter using electrolytic capacitors is called a normal inverter. Electrolytic capacitors can increase not only their lifetime, but also the harmonics of the input supply current.
또한, 입력 전원 전류의 고조파를 억제하기 위하여 직류 또는 교류 리액터(AC reactor)를 더 구비하게 되고, 리액터(reactor)의 용량이 커짐에 따라 비용 및 제품의 부피, 무게가 증가하게 된다.In order to suppress the harmonics of the input power supply current, a DC or AC reactor is further provided. As the capacity of the reactor increases, the cost and the volume and weight of the product increase.
이에 따라 근래에는 직류 링크 커패시터로 대용량의 전해 커패시터를 사용하지 아니하고 저용량의 커패시터를 사용하는 인버터, 이른바 커패시터리스 인버터(capacitorless inverter)를 이용하여 전력 변환을 수행하는 전력 변환 장치에 대한 연구가 활발하다. 이러한 인버터는 종래의 인버터에 비해서 가격, 부피 면에서 장점을 갖는다.In recent years, researches have been actively conducted on a power conversion device that performs power conversion using an inverter using a low capacity capacitor, that is, a so-called capacitorless inverter, without using a large capacity electrolytic capacitor as a DC link capacitor. Such an inverter has advantages in terms of price and volume as compared with a conventional inverter.
한편, 인버터(Inverter)는 일정 또는 가변 직류 전원으로부터 가변 전압, 가변 주파수의 교류 전원을 발생시키는 장치로, 에너지 절약 및 출력 제어의 용이성 때문에 세탁기, 냉장고, 공기조화기 등의 전기제품에 사용되는 모터를 구동시킨다.인버터 회로를 이용하여 모터를 효율적으로 제어하기 위해서, 모터에 인가되는 전류를 검출하여 그에 따라 모터에 인가되는 전류를 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식으로 제어하는 방법 등이 사용된다.On the other hand, an inverter is a device which generates a variable voltage and a variable frequency AC power from a constant or variable DC power source. Because of the ease of energy saving and output control, a motor used in an electric appliance such as a washing machine, a refrigerator, A method of detecting a current applied to a motor and controlling the current applied to the motor by a pulse width modulation (PWM) method in order to efficiently control the motor using an inverter circuit, etc. Is used.
그러나, 일반적으로 인버터에 유입되는 전류와 컨버터의 출력 전류의 형태가 다르므로, 직류 링크 커패시터에 유입되는 전류가 상당량 존재하며, 상기 직류 링크 커패시터에 유입되는 전류로 인해 직류 링크 커패시터의 양단에 걸리는 직류 링크 전압의 요동(fluctuation)이 존재하여 상기 직류 링크 커패시터의 크기를 감소시킬 수 없는 문제점이 있을 수 있다. 특히, 이러한 문제점은 전술된 커패시터리스 인버터(capacitorless inverter) 설계에 있어서 중요하게 부각될 수 있다.However, since the current flowing into the inverter and the output current of the converter are different from each other in general, there is a considerable amount of current flowing into the DC link capacitor, and the DC current flowing into the DC link capacitor There may be a problem that the size of the DC link capacitor can not be reduced due to the fluctuation of the link voltage. In particular, this problem can be highlighted in the above-described capacitorless inverter design.
본 명세서는 인버터에 유입되는 전류의 형태가 컨버터의 출력 전류의 형태를 추종하도록 제어하여 직류 링크 커패시터의 유입되는 전류를 최소화할 수 있는 전력변환장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention relates to a power conversion device capable of minimizing the current flowing into a DC link capacitor by controlling the shape of the current flowing into the inverter to follow the shape of the output current of the converter, a control method thereof, and an air conditioning The purpose of this paper is to provide
또한, 본 명세서는 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치, 이의 제어방법 및 전력변환장치를 포함하는 공기조화기를 제공하는 데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a power conversion apparatus that performs a converter control function based on phase current restoration of a converter through inductor ripple current estimation, a control method thereof, and an air conditioner including a power conversion apparatus.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터; 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터의 직류 링크 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터; 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 인버터에 유입되는 인버터 입력 전류의 형태가 상기 컨버터로부터 출력되는 컨버터 출력 전류의 형태를 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하는 것일 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power conversion apparatus including: a converter for converting an input AC voltage into a DC voltage; A DC link capacitor connected in parallel to the converter and generating a DC link voltage based on the DC voltage; An inverter for converting the DC link voltage of the DC link capacitor into a motor drive voltage according to a control signal and supplying the DC link voltage to the motor; And a control unit for generating the control signal. The control unit may generate the control signal so that the type of the inverter input current flowing into the inverter tracks the shape of the converter output current output from the converter.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 인버터 입력 전류에 해당하는 전류 값이 상기 컨버터 출력 전류에 해당하는 전류 값의 일정 범위 내에 들어오도록 상기 인버터를 제어하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controller may control the inverter such that the current value corresponding to the inverter input current falls within a certain range of the current value corresponding to the converter output current.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 일정 범위는, 상기 컨버터 출력 전류 값의 ±5%인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the predetermined range may be ± 5% of the converter output current value.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 기준 각속도, 상기 모터에 해당하는 각속도 및 상기 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력을 생성하는 속도 제어기; 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 기준 전류를 생성하는 전력 제어기; 및 상기 기준 전류를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 전류 제어기를 포함할 수 있다.The control unit may include a speed controller for generating a reference inverter power for controlling the speed of the motor based on a reference angular speed, an angular speed corresponding to the motor, and an input angular speed corresponding to the input AC voltage, ; A power controller for generating a reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter; And a current controller for generating a reference voltage for controlling the current of the motor based on the reference current.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 입력 각속도를 검출하는 입력 전압 센서를 더 구비할 수 있다.As an example related to the present specification, an input voltage sensor for detecting the input angular velocity may be further provided.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 속도 제어기는, 비례 적분 제어기(PI)를 포함할 수 있다.As an example related to the present specification, the speed controller may include a proportional integral controller (PI).
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 제어기는, 비례 적분 제어기(PI), 약계자 제어기 및 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.As an example associated with this disclosure, the power controller may include at least one of a proportional integral controller (PI), a weak field controller, and a maximum torque operating point per unit current (MTPA).
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 제어기는, 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 상기 기준 전류를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the power controller may generate the reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 컨버터는, 컨버터 제어신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하고, 상기 제어부는, 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the converter improves the power factor of the power supplied by the input AC voltage based on the switching operation by the converter control signal, and the control unit controls the input And to generate the converter control signal based on the current.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서를 더 포함할 수 있다.As an example related to the present specification, it may further include an input current sensor for detecting the input current.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the control unit may generate the converter control signal based on a fundamental wave component of the input current.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 컨버터는, 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고, 상기 제어부는, 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the converter may be an interleaved converter having two phases, and the control unit may generate a converter control signal corresponding to each phase of the interleaved converter.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고, 상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.The control unit may detect a fundamental wave component of the input current from the input current and output a fundamental wave component corresponding to each phase of the interleaved converter based on the fundamental wave component of the input current, And generates a converter control signal corresponding to each phase based on the fundamental wave component corresponding to the detected phase.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 컨버터는, 상기 컨버터 제어신호에 의해 스위칭 동작하는 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자에 연결되는 션트 저항을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 상기 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As one example related to the present specification, the converter includes: a switching device that is switched by the converter control signal; And a shunt resistor connected to the switching element, and the control unit may generate the converter control signal based on a current flowing on the converter detected based on the shunt resistor.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 컨버터는, 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고, 상기 제어부는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the converter is an interleaved converter in which two phases exist, and the control unit controls the phase of each of the phases on each phase of the interleaved converter based on a current flowing on each phase detected based on the shunt resistance To generate the corresponding converter control signal.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간 이하인 경우, 상기 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간을 초과한 경우, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하는 것일 수 있다.The control unit generates the converter control signal based on the input current when the turn-on time of the switching element is equal to or less than a reference time, and the control unit controls the turn- And if it exceeds the time, generates the converter control signal based on the current flowing in each phase detected based on the shunt resistance.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 기준 시간은, 2 [usec]인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the reference time may be 2 [usec].
또한, 상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 컨버터 제어신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하는 컨버터; 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터; 상기 직류 링크 전압을 부하 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터; 및 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a power conversion apparatus for converting an input AC voltage to a DC voltage and improving a power factor of power supplied by the input AC voltage based on a switching operation by a converter control signal Converter; A DC link capacitor connected in parallel to the converter and generating a DC link voltage based on the DC voltage; An inverter for converting the DC link voltage into a load drive voltage and supplying the DC link voltage to the motor; And a controller for generating the converter control signal based on an input current supplied by the input AC voltage.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치에 따르면, 인버터에 유입되는 전류의 형태가 컨버터의 출력 전류의 형태를 추종하도록 제어하여 직류 링크 커패시터의 유입되는 전류를 최소화함으로써 효율적인 커패시터리스 인버터(capacitorless inverter)를 제공할 수 있는 이점이 있을 수 있다.According to the power conversion apparatus according to the embodiment disclosed herein, the current flowing into the inverter is controlled so as to follow the shape of the output current of the converter, thereby minimizing the current flowing into the DC link capacitor. Thus, an efficient capacitorless inverter inverter may be provided.
도 1은 일 실시 예에 따른 전력변환장치를 보인 블록도
도 2 내지 도 3은 도 1에서의 컨버터의 예들을 상세히 보인 회로 구성도들이다
도 4는 본 발명에 따른 3상 모터의 제어 장치의 구성을 보인 블록도이다.
도 5는 도 4에서의 정현파 통전 방식 제어부의 구성을 보인 블록도이다.
도 6은 도 4에서의 구형파 통전 방식 제어부의 구성을 보인 블록도이다.
도 7은 정현파 통전 방식으로 모터 구동 시의 측정값들을 보인 그래프;
도 8은 구형파 통전 방식으로 모터 구동 시의 측정값들을 보인 그래프;
도 9는 인터리빙(Interleaving) 컨버터를 구비하는 전력 변환 장치의 일 예를 보여주는 예시도이다.
도 10은 직류 링크 커패시터에 유입되는 전류를 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 제어부의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 13은 션트 저항을 통해 검출된 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 스위칭 소자를 제어하는 컨버터를 나타내는 예시도이다.
도 14는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 예시도이다.
도 15는 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 예시도이다.
도 16은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 상전류 리플값을 검출하는 방법을 나타내는 예시도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예들에 따른 전력변환장치를 포함하는 공기조화기의 일 예를 보인 도이다.1 is a block diagram illustrating a power conversion device according to one embodiment.
Figs. 2 to 3 are circuit diagrams showing details of examples of the converter in Fig. 1
4 is a block diagram showing a configuration of a three-phase motor control apparatus according to the present invention.
5 is a block diagram showing a configuration of a sine wave conduction system control unit in Fig.
6 is a block diagram showing a configuration of a square-wave-conduction-type control unit in Fig.
FIG. 7 is a graph showing measured values when a motor is driven by a sinusoidal energization method; FIG.
8 is a graph showing measured values when the motor is driven by a square wave energizing method;
9 is an exemplary view showing an example of a power conversion apparatus having an interleaving converter.
10 is an exemplary view showing a current flowing into the DC link capacitor.
11 is a configuration diagram showing a configuration of a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed in this specification.
12 is a configuration diagram showing a configuration of a control unit according to an embodiment disclosed in this specification.
13 is an exemplary view showing a converter for controlling a switching element based on a current flowing on a converter detected through a shunt resistor.
14 is an exemplary diagram illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed herein.
15 is an exemplary diagram illustrating a power conversion apparatus according to another embodiment disclosed herein.
16 is an exemplary diagram illustrating a method for detecting a phase current ripple value according to an embodiment disclosed herein.
17 is a view illustrating an example of an air conditioner including a power conversion apparatus according to embodiments of the present invention.
본 명세서에 개시된 기술은 전력변환장치를 포함하는 공기조화기에 대해서만 설명하나, 압축기, 모터를 구비하는 다른 전기기기 등에도 동일하게 전력변환장치가 사용될 수 있다.Although the technology disclosed in this specification describes only the air conditioner including the power conversion device, the power conversion device can be similarly used for other electric devices including a compressor and a motor.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the scope of the technology disclosed herein. Also, the technical terms used herein should be interpreted as being generally understood by those skilled in the art to which the presently disclosed subject matter belongs, unless the context clearly dictates otherwise in this specification, Should not be construed in a broader sense, or interpreted in an oversimplified sense. In addition, when a technical term used in this specification is an erroneous technical term that does not accurately express the concept of the technology disclosed in this specification, it should be understood that technical terms which can be understood by a person skilled in the art are replaced. Also, the general terms used in the present specification should be interpreted in accordance with the predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced in meaning.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprising ", or" comprising "and the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals denote like or similar elements, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Further, in the description of the technology disclosed in this specification, a detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the technology disclosed in this specification may be obscured. It is to be noted that the attached drawings are only for the purpose of easily understanding the concept of the technology disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the spirit of the technology by the attached drawings.
본 발명의 실시 예들에 따른 전력변환장치를 포함하는 공기조화기An air conditioner including a power conversion device according to embodiments of the present invention
먼저, 도 17을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 전력변환장치를 포함하는 공기조화기는, 후술하는 바와 같은 전력변환장치, 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 인버터 제어신호에 따라 상기 직류전원을 모터구동전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터와, 상기 모터구동전압에 따라 구동되는 구동 모터를 구비하는 압축기를 포함하여 구성된다.17, an air conditioner including a power conversion device according to embodiments of the present invention includes a power conversion device as described below, a plurality of switching devices, and the DC power source An inverter for converting the voltage into a motor driving voltage and outputting it to the motor, and a compressor including a driving motor driven in accordance with the motor driving voltage.
상세히, 공기조화기는 공기 조화를 수행하는 하나 이상의 실내기와, 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기, 상기 압축기를 운전하는 모터, 및 상기 모터의 구동을 제어하는 제어 장치를 구비한다. 또, 상기 공기조화기는 하나 이상의 실내기와 배관을 통해 연결되어 상기 실내기를 구동하는 실외기를 포함한다. 상기 제어장치는 본 발명에 따른 전력변환장치를 포함하며, 상기 전력변환장치는 하나 이상의 전력변환장치용 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 스위칭 소자를 구동하여 환류 경로를 생성함으로써 전력 효율을 보상한다. 또한 상기 전력변환장치는 상용 교류 전원의 교류 전압을 정류하여 정류 전압으로 변환하는 정류부를 포함하여 이루어진다.Specifically, the air conditioner includes at least one indoor unit that performs air conditioning, a compressor that compresses the refrigerant at a high temperature and a high pressure, a motor that operates the compressor, and a controller that controls driving of the motor. In addition, the air conditioner includes an outdoor unit connected to at least one indoor unit through a pipe to drive the indoor unit. The control device includes a power conversion device according to the present invention, wherein the power conversion device includes at least one switching device for a power conversion device, and drives the switching device in accordance with a control signal to generate a return path, Compensate. Further, the power conversion apparatus includes a rectifying unit for rectifying the AC voltage of the commercial AC power source and converting the rectified AC voltage into a rectified voltage.
실외기(10)는, 압축기에서 압축된 냉매를 공기와 열 교환하여 방열하는 증발기(13)와, 증발기에서 방열된 상기 냉매를 저온, 저압으로 팽창하는 팽창 밸브(14)와, 저온, 저압의 냉매를 물과 열 교환하는 응축기(15)와, 압축기(12)의 출구에 구비되어 압축기에서 압축된 냉매를 증발기(13) 또는 응축기(15)로 안내하는 냉매전환밸브(17)를 더 포함하여 구성된다.The
도 17을 참조하면, 실외기(10)는, 케이스(11)의 내부에 압축기(12)와 증발기(13) 그리고 팽창 밸브(14)와 응축기(15)로 된 냉동사이클이 설치되고, 케이스(11)의 상면 또는 측면에는 외부의 공기를 흡입하여 증발기(13)와 열교환되도록 하기 위한 복수 개의 흡기팬(16)이 설치되며, 응축기(15)에는 실내기(20)들로 냉수 또는 온수를 공급하기 위한 매질순환관(30)이 연결된다. 그리고 압축기(12)의 출구에는 그 압축기(12)에서 압축되는 냉매를 운전조건에 따라 증발기 방향 또는 응축기 방향으로 전환하기 위한 냉매전환밸브(17)가 설치된다.17, the
냉매전환밸브(17)는 통상 4방밸브로 이루어진다. 상기와 같은 실외기(10)는 하절기에는 냉방기로 운전을 하는 반면 동절기에 난방기로 전환하여 운전을 하게 된다. 예를 들어, 하절기에는 압축기(12)에서 고온,고압으로 압축된 냉매를 냉매전환밸브가 증발기(13)로 안내하여 그 증발기(13)에서 공기와 열교환되어 방열하고 팽창 밸브(14)에서 저온, 저압으로 만든 후 응축기(15)에서 물과 열교환되어 그 열교환된 물을 냉방 열원으로 사용하는 실내기(20)들에 공급한다. 한편, 동절기에는 냉매전환밸브(17)가 냉매를 응축기 방향으로 안내하여 고온, 고압의 냉매가 응축기(15)에서 물과 열교환되어 그 열교환된 물을 난방 열원으로 사용하는 실내기(20)들에 공급한다.The
전력변환장치 및 이에 포함된 컨버터 구조에 대한 설명Description of power conversion device and converter structure included in it
도 1은 일 실시 예에 따른 전력변환장치를 보인 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 전력변환장치는, 컨버터(200)와, 직류링크부(300)와, 제어부(400)를 포함하여 구성된다. 또, 상기 전력변환장치는 인버터(500)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a power conversion apparatus according to an embodiment includes a
컨버터(200)는, 하나 이상의 스위치를 포함하고, 입력전원(100)을 직류전원으로 변환하며, 컨버터 제어신호에 따라 스위치를 동작하여 역률을 개선한다. 직류링크부(300)는 컨버터(200)의 후단에 연결된다. 인버터(500)는, 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 직류링크부(300)의 직류링크전압을 모터구동전압으로 변환하여 부하(예를 들어, 압축기 모터(600))에 출력한다. 제어부(400)는, 인버터(500) 내의 스위칭 소자에 인버터 제어신호를 발생하고, 컨버터(200) 내의 스위치에 컨버터 제어신호를 발생한다.The
도 2 내지 도 3은 도 1에서의 컨버터의 예들을 상세히 보인 회로 구성도들이다.FIGS. 2 to 3 are circuit diagrams showing the details of the examples of the converter in FIG.
도 2를 참조하면, 컨버터(200)는 정류부와, 역률개선부로 구분될 수 있다. 정류부는 입력전원(100)의 교류전압을 정류한다. 또한, 정류부와 역률개선부는 다이오드 브리지 회로를 공유한다. 입력전원(100)이 공급하는 교류전압을 전파정류하기 위해서는 일반적으로 네 개의 다이오드로 구성된 다이오드 브리지 회로가 필요하다. 물론, 역률개선부는 하나 이상의 스위치를 더 포함한다.Referring to FIG. 2, the
컨버터(200)는 컨버터 제어신호에 따라, 구비된 스위치를 동작하여 입력전원(100)의 역률을 개선한다. 구체적으로, 스위치를 온(on) 상태로 하여 입력전원의 전류를 환류하고 환류된 전류를 연결된 리액터에 저장함으로써 입력전류의 역률을 개선할 수 있다. 여기서, 스위치는 예를 들어, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT), MOSFET 등일 수 있다. 스위치는 컨버터 제어신호에 따라 입력전원(100)의 환류 경로를 단속한다. 즉, 컨버터 제어신호에 따라 스위치의 스위칭 동작이 이루어져서 입력전원이 환류된다.The
제어부(400)는 컨버터(200)에 구비된 스위치를 통해 입력전원(100)의 경로와 단락전도시간을 제어한다. 여기서, 단락전도시간은 전류의 파형을 정류하기 위해 부하에 따라 또는 입력전원의 전력값에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 또한, 제어부(400)는 입력전원의 일단과 연결되면 제로 크로싱 지점(Zero Crossing Point)을 검출할 수 있다. 제어부(400)는 컨버터의 스위치를 도통하는 컨버터 제어신호를 발생하여 입력전원(100)의 환류 경로를 생성하게끔 한다. 또, 제어부는 검출된 부하의 크기에 따라 입력전원(100)의 단락전도시간을 제어하여 역률을 개선한다.The
도 3에 도시한 바와 같이 리액터(200a)가 컨버터(200) 내에 구비될 수 있다.리액터는 고조파 성분을 제거하고 입력전원(100)의 전력 효율을 보상한다. 리액터는 컨버터(200)의 스위치가 도통되면, 입력전원(100)의 에너지를 저장하고 입력전원(100)을 단락시킨다. 즉, 제어부의 컨버터 제어신호에 따라 컨버터(200)의 스위치가 턴온되면 환류 경로가 형성되며, 이에 리액터는 입력전원(100)의 전력을 저장하고 입력전원(100)을 강제로 단락시킨다.A
또한, 입력전원(100)과 리액터, 또는 입력전원(100)과 컨버터(200)의 사이에는 노이즈 필터(N/F)가 더 포함될 수 있다.Also, a noise filter (N / F) may be further included between the
직류링크부(300)는 컨버터(200)에 의해 정류된 직류전압을 평활화한다. 상기 직류링크부(300)는 평활한 직류전압을 부하, 예를 들어 인버터 및 후단에 공급한다. 직류링크부(300)는 하나의 커패시터(DC Link Capacitor) 또는 이를 포함한 간단한 회로로 구성될 수 있다.The
이때, 제어부(400)는, 입력전원(100)의 입력전류의 파형이, 전원주파수 및 입력전류의 피크값에 의해 결정되는 전류기울기를 추종하도록 컨버터의 스위치를 스위칭할 수 있다. 제어부(400)는 입력전원(100)의 전원주파수의 2배수 만큼 제로 크로싱 지점을 기준으로 일 회 또는 복수 회 동안 스위치를 스위칭하는 컨버터 제어신호를 발생하여 입력전류의 파형을 결정한다. 전력변환장치는, 부하의 소비전력, 입력전압, 직류링크전압에 대한 데이터를 이용하여 역률 및 하모닉 규제(Harmonics)를 만족하는 전류의 형태를 결정한다. 입력전류의 파형은, 전원주파수 및 입력전류의 피크값에 의해 결정되는 전류기울기를 추종한다. 입력전류의 파형은, 입력전압의 제로 크로싱 지점으로부터 일정시간의 지연시간, 전류기울기, 스위칭에 따른 전류리플, 스위칭 횟수, 및 직류링크전압 중 하나 이상의 인자에 의해 결정된다.At this time, the
도 3은 또 다른 예의 컨버터(200)를 도시한다. 도 3을 참조하면, 컨버터(200)는 도 2와 마찬가지로 정류부(210)와 역률개선부(220)로 구분될 수 있다. 다만, 정류부와 역률개선부는 브리지 다이오드 회로를 공유하지 아니한다. 즉, 정류부(210)는 일반적으로 브리지 다이오드 회로로 구성되고, 역률개선부(220)는 인터리브드 컨버터(Interleaved Converter) 회로로 구성된다. FIG. 3 shows another
상기 인터리브드 컨버터(Interleaved Converter) 회로는 두개의 상의 전류를 제어하며 한 개의 상의 전류 위상에 지연을 주어 전류 리플을 서로 상쇄시켜 입력단 인덕터, 입력단 EMI 필터를 감소시키는 역할을 수행할 수 있다.The interleaved converter circuit controls the currents of the two phases and may delay the current phase of one phase to cancel the current ripples to reduce the input stage inductor and the input stage EMI filter.
또한, 스위치(예를 들어, IGBT) 아래에 션트(shunt) 저항을 추가하고, 상기 션트 저항을 이용해 전류를 감지하여 제어부(예를 들어, Micom)에서 연산하고 상기 스위칭에 인가되는 제어 신호(또는 스위칭 신호)의 입력 듀티를 가변하여 전류제어를 수행할 수 있다.It is also possible to add a shunt resistor under a switch (for example, an IGBT), to sense the current using the shunt resistor and to operate in a control part (for example, Micom) Switching signal) can be varied to perform current control.
따라서, 도 3에 개시된 인터리브드 컨버터(Interleaved Converter) 회로는 인터리빙 부스트(Boost) PFC(Power Factor Corrector)라고도 한다.Therefore, the interleaved converter circuit disclosed in FIG. 3 is also referred to as an interleaving Boost PFC (Power Factor Corrector).
상기 인터리브드 컨버터(Interleaved Converter) 회로의 경우 2상이므로 단상 부스트 컨버터에 비해 전류정격이 1/2로 감소될 수 있다. In the case of the interleaved converter circuit, the current rating can be reduced to 1/2 as compared with the single-phase boost converter since it is two-phase.
또한 인터리빙 효과로 동일한 스위칭 주파수에서 인덕터 부피를 감소시킬 수 있는 장점이 있을 수 있다.The interleaving effect may also have the advantage of reducing the inductor volume at the same switching frequency.
역률개선부(220)는 두 쌍의 스위치와 전류 패스를 형성하는 다이오드로 구성된다. 스위치에는 각각 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diode)가 연결될 수 있다. 또, 스위치들의 전단에는 각각 리액터가 연결될 수 있다. 역률개선부(220)를 구성하는 스위치들은 상호 보완적으로 동작한다. 이에 대한 상세한 설명은 일반적인 인터리브드 컨버터 회로의 동작과 같으므로 이하 생략한다.The power
상기 전력변환장치는 입력전원(100)의 입력전압을 검출하는 입력전압검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또, 상기 전력변환장치는 직류링크부(300)의 직류링크전압을 검출하는 직류링크전압검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The power conversion apparatus may further include an input voltage detection unit (not shown) for detecting an input voltage of the
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상술된 제어부(400)는 후술될 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 컨버터 제어신호를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어부(400)는 상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고, 상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하여 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 통한 컨버터 제어 기능을 수행할 수 있다.According to the embodiment disclosed herein, the
전력변환장치, 이에 포함된 인버터 구조 및 인버터 제어방법에 대한 설명Explanation of the power conversion device, the inverter structure included therein, and the inverter control method
이하에서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 일 예로서, 3상 모터에 적용되는 전력 변환 장치, 이에 포함된 인버터 구조 및 인버터 제어방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a power conversion device applied to a three-phase motor, an inverter structure included therein, and an inverter control method will be described with reference to FIGS. 4 to 8. FIG.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 3상 모터의 제어 장치는, 입력 교류 전원(10)을 직류 전원으로 정류하는 컨버터(20)와, 3상 모터(100)의 전단에 구비되고, 인버터 제어 신호를 근거로 상기 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 상기 3상 모터(100)에 인가하는 인버터(40)와, 상기 컨버터(20)와 상기 인버터(40)의 사이에 구비되는 직류 링크 커패시터(30)와, 상기 인버터 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 유닛(50, 또는 제어부)을 포함하여 구성된다. 여기서, 3상 모터(100)로는 다양한 형태의 모터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 브러시리스 모터(Blushless DC motor; BLDC motor), 교류 전동기등이 사용될 수 있다. 이하에서는 브러시리스 모터를 기본 전제로 설명할 수 있으나, 다른 3상 모터에도 발명의 범위를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 동일하게 적용될 수 있다.Referring to FIG. 4, the three-phase motor control apparatus according to the embodiment includes a
컨버터(20)는 입력 교류 전원(10)에 연결되고, 입력 교류 전원(10)으로부터의 교류를 직류로 정류한다. 컨버터(20)는 일반적으로 복수의 다이오드, 일반적으로 4개의 다이오드로 구성된 다이오드 브리지,를 구비하여, 다이오드들에 의해 교류 전원의 교류 전압을 전파 정류하고, 직류 전압으로 변환한다.The
직류 링크 커패시터(30)는 컨버터(20)의 출력 단에 병렬 연결되고, 커패시터의 양단에 생기는 직류 전압, 즉 직류 링크 전압을 인버터(40)의 입력단으로 인가한다. 직류 링크 커패시터(30)는 인버터(40) 내의 스위칭 소자들이 스위칭하는 동안, 스위칭 주파수에 대응하여 발생하는 리플 전압(전압 변동)을 평활화한다. 또, 직류 링크 커패시터(30)는, 컨버터(20)에 따라 정류하는 전압, 즉 전원 전압에 따라 변동하는 전압을 평활화할 수 있다.The
인버터(40)는 일 단이 직류 링크 커패시터(30)에 병렬 접속되고, 타 단이 3상 모터(100)에 접속되어, 인버터 제어 신호에 따라 직류 링크 커패시터(30)의 출력을 스위칭하여 모터 구동 전압, 일반적으로 삼상 교류로 변환하여 3상 모터(100)에 공급한다.One end of the
제어 유닛(50)은, 적어도 정현파 통전 방식 및 구형파 통전 방식을 포함한다. 또, 제어 유닛(50)은 3상 모터(100)에 대한 속도 지령을 근거로 정현파 통전 방식 또는 구형파 통전 방식을 선택하여 인버터 제어 신호를 생성한다. 정현파 통전 방식은 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식(Space Vector Pulse Width Modulation; SVPWM), 불연속 펄스 폭 변조 방식(Discrete PWM; DPWM) 등을 포함한다. 또, 구형파 통전 방식은 이른바 120도 통전 방식이라 불린다.The
도 4를 다시 참조하면, 3상 모터의 제어 장치는, 상기 인버터(40)로부터 상기 3상 모터(100)에 흐르는 구동 전류를 검출하는 구동 전류 검출 유닛(60)을 더 포함하여 구성된다. 제어 유닛(50)은 검출 전류와 지령 전류를 비교하여 인버터를 제어하는 인버터 제어 신호를 생성할 수 있다. 구동 전류 검출 유닛(60)은, 인버터(40)와 3상 모터의 사이에 연결되어 연속적으로 모터 구동 전류를 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)일 수 있다. 전류 트랜스듀서는 모터 구동 전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 제어 유닛(50)에 출력할 수 있다. 제어 유닛(50)은 인터럽트 신호를 발생하여 모터 구동 전류에 따른 전압 신호를 샘플링할 수 있다. 물론, 도 4에 도시한 바와 같이, 구동 전류 검출 유닛(60)은 인버터(40) 내의 스위칭 소자에 직렬 연결된 션트 저항일 수 있다. 도 4에서는 3상에 대하여 모두 구동 전류를 검출하도록 연결(3p)되어 있으나, 하나의 상에 대하여만 구동 전류를 검출하도록 연결(1p)될 수도 있다.Referring again to FIG. 4, the three-phase motor control apparatus further includes a drive
모터 구동 전류를 검출하여 3상 모터를 제어하는 경우에, 일반적으로 제어 유닛(50)은 상기 정현파 통전 방식이 이용될 수 있다. 정현파 통전 방식의 경우, 제어 장치는, 모터 구동 전류를 이용하여 센서리스 알고리즘, 예를 들어 전압 방정식, 자속 방정식, 확장된 역기전력 방정식,을 이용하여 전기각의 위치를 센싱한다. 정현파 통전 방식의 하나인 SVPWM 방식을 예로 들면, 3상의 6각 벡터도를 이용한다. 이 경우, 1상에서 다른 2상 또는 2상에서 다른 1상으로 전류가 흐르고, 3상의 펄스 폭 변조의 듀티의 변화가 서로 다르다. 일정한 출력 조건에 대하여 전기각에 따른 펄스 폭 변조 듀티가 변화된다. 진상 각 제어가 90도까지 가능해 고속에서의 제어 자유도가 높다.In the case of controlling the three-phase motor by detecting the motor drive current, the
도 5를 참조하면, 제어 유닛(50)은, 정현파 통진 방식으로 인버터(40)를 제어하는 정현파 통전 방식 제어부를 포함할 수 있다. 정현파 통전 방식 제어부는, 상기 속도 지령과 회전자 속도를 입력받고 속도 오차를 줄이는 전류 지령을 산출하여 출력하는 속도 제어부(511)와, 상기 전류 지령과 상기 구동 전류를 입력받고 전류 오차를 줄이는 전압 지령을 산출하여 출력하는 전류 제어부(513)와, 상기 전압 지령을 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 펄스 폭 변조 제어부(515)를 포함할 수 있다. 또, 정현파 통전 방식 제어부는, 3상을 d-q축의 2상으로 변환하는 축 변환부(517)를 더 포함할 수 있다. 또, 정현파 통전 방식 제어부는, 회전자 속도를 연산하여 속도 제어부(511)에 출력하는 속도 연산부(519)를 더 포함할 수 있다. 도 7은 정현파 통전 방식의 하나인 SVPWM으로 3상 모터를 구동하는 경우의 신호 측정값들을 보인 그래프이다. 도시한 바와 같이, 구동 전류를 검출하여 인버터 제어 신호를 생성하여 인버터를 통해 3상 모터의 U, V, W상의 게이트에 신호를 출력한다. 이때, 상 전류의 그래프가 정현파의 형태를 가질 수 있다.Referring to FIG. 5, the
속도 제어부(511)는, 사용자가 원하는 속도 지령(ω* m)과, 회전자 속도를 비교하는 비교기와, 속도 비례 적분 제어기(Proportional Integral Controller; PI)를 구비한다. 속도 제어부(511)는, 속도 지령과 회전자 속도를 입력받아 속도 오차를 비례 적분하여 q축 전류 지령(i* q)을 생성하고, 이를 전류 제어부(513)에 출력할 수 있다.The
전류 제어부(513)는, 속도 제어부(511)에서 생성된 q축 전류 지령과 d축 전류 지령(i* d)을 입력받아 전압 지령을 생성하여 출력한다. 전류 제어부(513)는 q축 전류 지령을 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압 지령(V* q)을 펄스 폭 변조 제어부(515)에 출력한다. 즉, 전류 제어부(513)는 q축 전류 지령과 모터 구동 전류를 축 변환부(517)를 통해 축 변환한 q축 검출 전류(iq)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압 지령(V* q)을 펄스 폭 변조 제어부(515)에 출력한다. 한편, 전류 제어부(513)는 d축 전류 지령을 다른 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압 지령(V* d)을 펄스 폭 변조 제어부(515)에 출력한다. 즉, 전류 제어부(513)는 d축 전류 지령과 모터 구동 전류를 축 변환한 d축 검출 전류(id)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압 지령(V* d)을 펄스 폭 변조 제어부(515)에 출력할 수 있다. 여기서, 상기 전압과 전류들은 동기 좌표계 상에서의 값들이다.The
펄스 폭 변조 제어부(515)는, 먼저 상기 동기 좌표계의 전압 지령을 정지 좌표계(α,β)의 전압 지령으로 축 변환한다. 즉, 펄스 폭 변조 제어부(515)는 (V* d, V* q)를 (V* α, V* β)로 변환한다. 또한, 펄스 폭 변조 제어부(515)는 정지 좌표계의 전압 지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 즉, 펄스 폭 변조 제어부(515)는 정지 좌표계의 전압 지령을 3상의 전압 지령 (V* u, V* v, V* w)으로 변환하여 인버터(40)에 출력할 수 있다.The pulse
도 4를 다시 참조하면, 3상 모터의 제어 장치는, 상기 인버터(40)로부터 상기 3상 모터(100)에 인가되는 구동 전압을 검출하는 구동 전압 검출 유닛(70)을 더 포함하여 구성된다. 여기서도 3상의 구동 전압을 모두 검출하는 것으로 도시하였으나, 1상의 구동 전압만 검출할 수 있다. 모터 구동 전압을 검출하여 3상 모터를 제어하는 경우에, 일반적으로 제어 유닛(50)은 상기 구형파 통전 방식을 이용한다. 구형파 통전 방식의 경우, 제어 장치는, 상 전압 검출로 도통되지 아니하는 구간에서 나타나는 역기전력의 제로 크로싱 지점을 검출한다. 구형파 통전 방식은 단순 PWM 온 듀티 제어를 수행한다. 즉, 구형파 통전 방식은 1상에서 1상으로 전류가 흐르고, PWM 스위칭은 한 상에서만 이루어지며, 일정 출력 조건에서 전기각에 따른 PWM 듀티 변화가 일정하다. 구형파 통전 방식은 전기각 위치를 역기전력으로 직접 검출하므로 동기 구동(운전)에 유리하다.Referring again to FIG. 4, the three-phase motor control apparatus further includes a drive
도 6을 참조하면, 제어 유닛(50)은, 상기 구형파 통전 방식으로 상기 인버터를 제어하는 구형파 통전 방식 제어부를 포함할 수 있다. 구형파 통전 방식 제어부는, 상기 속도 지령과 회전자 속도를 입력받고 속도 오차를 줄이는 상기 인버터 제어 신호에 대한 듀티를 산출하는 듀티 제어부(521)와, 상기 구동 전압을 근거로 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출부(523)를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 6, the
또, 구형파 통전 방식 제어부는, 회전자 속도를 연산하여 듀티 제어부(521)에 출력하는 속도 연산부(525)를 더 포함할 수 있다. 구형파 통전 방식 제어부는 속도 지령 또는 주파수 지령에 따라 구동 전류의 주파수를 설정하여 듀티를 제어하는 인버터 제어 신호를 인버터(40)에 출력할 수 있다. 도 8은 구형파 통전 방식의 하나인 120도 통전 방식으로 3상 모터를 구동하는 경우의 신호 측정값들을 보인 그래프이다. 도 4와 달리, 상 전류의 파형이 구형파의 형태를 가진다. 또, U상의 게이트에 게이트 신호가 인가되지 아니하는 경우가 있다. 제어 장치는 구동 전압을 검출하여 인버터 제어 신호를 생성하여 인버터를 통해 3상 모터의 U, V, W상의 게이트에 신호를 출력한다.The square wave conduction system control unit may further include a
상기에서는 구동 전류를 이용하여 정현파 통전 방식으로 인버터를 제어하거나, 또는 구동 전압을 이용하여 구형파 통전 방식으로 인버터를 제어하는 경우에 대해서만 설명하였으나, 반대의 경우, 즉 구동 전류와, 구형파 통전 방식을 이용할 수 있고, 구동 전압과 정현파 통전 방식을 이용할 수도 있다. 또, 구동 전류 검출 유닛이나 구동 전압 검출 유닛을 별개로 구비할 수도 있으나, 본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 두 검출 유닛을 모두 구비하는 것도 가능다.In the above description, the inverter is controlled by the sinusoidal wave current method using the drive current or the inverter is controlled by the square wave current method using the drive voltage. In the opposite case, that is, the drive current and the square wave current method And a drive voltage and a sinusoidal current conduction method may be used. In addition, the driving current detection unit and the driving voltage detection unit may be provided separately, but according to the technique disclosed in this specification, it is also possible to provide both detection units.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상술된 제어 유닛(50, 또는 제어부)은 후술될 기준 각속도, 모터에 해당하는 각속도 및 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력을 생성하는 속도 제어부, 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 기준 전류를 생성하는 전력 제어부 및 상기 기준 전류를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 전류 제어부등을 포함하여 인버터 전류 동기제어를 통한 직류 링크 커패시터의 유입 전류의 최소화 기능을 할 수 있다.According to the embodiment disclosed herein, the control unit 50 (or the control unit) described above controls the speed of the motor based on the reference angular velocity, the angular velocity corresponding to the motor, and the input angular velocity corresponding to the input AC voltage A power controller for generating a reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter and a reference voltage for controlling the current of the motor based on the reference current, And a current control unit to generate a DC link capacitor, thereby minimizing the inrush current of the DC link capacitor through inverter current synchronization control.
이하에서는 도 9 내지 도 16을 참조하여, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 직류 링크 커패시터의 유입 전류의 최소화 기능 및/또는 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, referring to FIGS. 9 to 16, a converter control function is performed based on the function of minimizing the inrush current of the DC link capacitor and / or restoring the phase current of the converter through inductor ripple current estimation according to the embodiments disclosed herein Will be described.
직류 링크 커패시터의 유입 전류의 최소화 기능을 구비한 전력 변환 장치에 대한 설명Description of a power conversion device having a function of minimizing the inrush current of a DC link capacitor
도 9는 인터리빙(Interleaving) 컨버터를 구비하는 전력 변환 장치의 일 예를 보여주는 예시도이다.9 is an exemplary view showing an example of a power conversion apparatus having an interleaving converter.
도 9를 참조하면, 인터리빙 컨버터(또는 인터리브드(Interleaved) 컨버터)를 제어하는 제어부(미도시)는 직류 링크 커패시터를 기준으로 컨버터 측 및 인버터 측을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.Referring to FIG. 9, a control unit (not shown) for controlling an interleaved converter (or an interleaved converter) can independently control the converter side and the inverter side based on the DC link capacitor.
즉, 상기 제어부는 상기 컨버터가 입력 전류의 하모닉(hamonics) 규제가 만족되고, 요구되는 역률 보상이 이루어지고, 상기 직류 링크 커패시터에 걸리는 전압(또는 직류 링크 전압)에 요동(fluctuation)이 최소화되도록 상기 인터리빙 컨버터를 제어할 수 있다.That is, the control unit controls the converter such that the harmonics regulation of the input current is satisfied, the required power factor correction is performed, and the fluctuation of the voltage (or the DC link voltage) applied to the DC link capacitor is minimized The interleaving converter can be controlled.
이 경우, 상기 제어부는 상기 직류 링크 전압의 요동이 없다고 가정하고, 상기 직류 링크 전압이 모터 구동 전압으로 변환되어 모터에 공급되도록 상기 인버터를 제어할 수 있다.In this case, the controller may control the inverter to assume that there is no fluctuation of the DC link voltage, and to convert the DC link voltage into a motor drive voltage to be supplied to the motor.
도 9에 개시된 전력 변환 장치 및 이의 제어방법에 따르면, 직류 링크 커패시터를 기준으로 컨버터와 인버터를 각각 제어하기 때문에 필요로 하는 전류의 오차가 발생할 수 있다.According to the power conversion apparatus and the control method thereof disclosed in FIG. 9, since a converter and an inverter are respectively controlled based on a DC link capacitor, a current error may be required.
여기서, Vin은 입력전압(또는 입력 교류 전압)이고, Iin은 입력전류(또는 입력 교류 전류)이고, Icon은 컨버터의 출력 전류이고, Idc는 직류 링크 커페시터에 유입되는 유입 전류이고, Iinv는 인버터에 유입되는 입력 전류를 의미할 수 있다.Here, Vin is the input voltage (or input AC voltage), Iin is the input current (or the input alternating current), Icon is the output current of the converter, Idc is the inrush current flowing into the DC link capacitor, May refer to the incoming input current.
도 10은 직류 링크 커패시터에 유입되는 전류를 나타내는 예시도이다.10 is an exemplary view showing a current flowing into the DC link capacitor.
도 10을 참조하면, 도 9에 개시된 전력 변환 장치에 따르면, 컨버터가 필요로 하는 전류와 인버터가 필요로 하는 전류가 다르기 때문에 상대적으로 큰 전류 리플이 직류 링크 커패시터로 유입됨을 알 수 있다.(즉, 직류 링크 커패시터의 유입전류(Idc) = 컨버터 출력 전류(Icon) - 인버터 입력 전류(Iinv))Referring to FIG. 10, according to the power conversion apparatus disclosed in FIG. 9, it can be seen that relatively large current ripple flows into the DC link capacitor because the current required by the converter is different from the current required by the inverter , The inrush current (Idc) of the DC link capacitor = the converter output current (Icon) - the inverter input current (Iinv))
따라서, 각각 제어하는 컨버터와 인버터가 필요로 하는 전류 오차를 보상하기 위해 큰 전류용량(ripple)을 가지는 직류 링크 커패시터가 필요해질 수 있다.Therefore, a DC link capacitor having a large current capacity (ripple) may be required to compensate the current error required by the converter and the inverter to be controlled, respectively.
이 밖에도, 인버터는 SVPWM방식으로 동작될 수 있으므로, 0 벡터가 인가되는 시간이 존재하며 이 때문에 인버터 PWM 한주기 내에서 전류가 0이 되는 구간이 발생할 있어 이를 완충하기 위한 최소한의 직류 링크 커패시터가 필요할 수 있다.In addition, since the inverter can be operated by the SVPWM method, there is a time when the 0 vector is applied. Therefore, a period in which the current becomes zero within one PWM PWM period of the inverter occurs, and a minimum DC link capacitor .
또한, 직류 링크 커패시터로 유입되는 전류는 직류 링크 전압을 요동( fluctuation)키게 하며, 이로 인해 모터제어의 성능저하가 발생하여 냉방능력의 감소, 진동, 소음이 발생할 수 있다.Also, the current flowing into the DC link capacitor causes the DC link voltage to fluctuate, resulting in degradation of the motor control performance, resulting in reduction in cooling capacity, vibration, and noise.
따라서, 본 명세서에 개시된 기술은 직류 링크 커패시터로 유입되는 전류를 최소화하기 위해 인버터가 필요로하는 전류를 컨버터가 필요로 하는 전류의 형태와 같도록(또는 일정 범위 내에서 두 전류의 형태가 유사하도록) 컨버터와 인버터를 동기하여 제어하는 전력 변환 장치를 제안한다. Thus, the techniques disclosed herein require the current required by the inverter to be equal to the type of current needed by the converter to minimize the current drawn into the DC link capacitor (or, ) We propose a power converter that controls converter and inverter synchronously.
여기서, 일정 범위 내는 두 전류의 차이가 ±5% 이내인 것을 의미할 수 있다.Here, within a certain range, it may mean that the difference between the two currents is within ± 5%.
즉, 컨버터의 출력전류의 형태(각각의 주파수성분의 크기)가 인버터 소비전류의 형태(각각의 주파수 성분의 크기)와 동일(또는 매우 유사)하다면 직류 링크 커패시터로 유입되는 전류는 이상적으로 0(또는 0에 매우 근접)일 수 있다(즉, Icon - Iinv=0이면, Idc=0임).That is, if the form of the output current of the converter (the magnitude of each frequency component) is the same (or very similar) to the form of the inverter current consumption (the magnitude of each frequency component), the current entering the DC link capacitor is ideally 0 Or very close to 0) (i.e., if Icon - Iinv = 0, Idc = 0).
본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 직류 링크 커패시터로 유입되는 전류의 양이 작아지므로 필요한 직류 링크 커패시터의 개수 내지 크기(또는 커패시턴스 값)를 감소시킬 수 있는 장점이 있을 수 있다.According to the technique disclosed in this specification, the amount of the current flowing into the DC link capacitor becomes small, so that it is possible to reduce the number or size (or the capacitance value) of the DC link capacitors required.
가능한 제어방법으로는, 상기 컨버터의 출력 전류 형태가 상기 인버터 입력 전류의 형태를 추종하도록 하는 제 1 방법과 상기 인버터의 입력 전류 형태가 상기 컨버터 출력 전류의 형태를 추종하도록 하는 제 2 방법이 있을 수 있다.Possible control methods include a first method of allowing the output current type of the converter to follow the form of the inverter input current and a second method of allowing the input current type of the inverter to follow the form of the converter output current have.
이하에서는 상기 제 2 방법을 기준으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the second method will be described.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 직류 링크 커패시터의 유입 전류의 최소화 기능을 구비하는 전력 변환 장치는, 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터, 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터의 직류 링크 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터 및 상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.A power conversion apparatus having a function of minimizing an inrush current of a DC link capacitor according to an embodiment disclosed herein includes a converter for converting an input AC voltage into a DC voltage, a converter connected in parallel to the converter, An inverter for converting a DC link voltage of the DC link capacitor into a motor drive voltage according to a control signal and supplying the motor drive voltage to the motor, and a control unit for generating the control signal.
여기서, 상기 제어부는, 상기 인버터에 유입되는 인버터 입력 전류의 형태가 상기 컨버터로부터 출력되는 컨버터 출력 전류의 형태를 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하는 것일 수 있다(즉, 상기 제어부는 상기 생성된 제어신호를 근거로 하여 상기 인버터를 제어할 수 있다).Here, the control unit may generate the control signal so that the type of the inverter input current flowing into the inverter tracks the shape of the converter output current output from the converter (i.e., the control unit generates the control signal The inverter can be controlled on the basis of the output voltage of the inverter.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 인버터 입력 전류에 해당하는 전류 값이 상기 컨버터 출력 전류에 해당하는 전류 값의 일정 범위 내에 들어오도록 상기 인버터를 제어하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the controller may control the inverter such that the current value corresponding to the inverter input current falls within a certain range of the current value corresponding to the converter output current.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 일정 범위는, 상기 컨버터 출력 전류 값의 ±5%인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the predetermined range may be ± 5% of the converter output current value.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 기준 각속도, 상기 모터에 해당하는 각속도 및 상기 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력을 생성하는 속도 제어기(또는 속도 제어부), 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 기준 전류를 생성하는 전력 제어기(또는 전력 제어부) 및 상기 기준 전류를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 전류 제어기(또는 전력 제어부)를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the controller includes a speed controller for generating a reference inverter power for controlling a speed of the motor based on a reference angular speed, an angular speed corresponding to the motor, and an input angular speed corresponding to the input AC voltage, A power controller (or a power controller) for generating a reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter, and a reference voltage generator for controlling the current of the motor based on the reference current, (Or a power control section) that generates a current control signal.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 변환 장치는 상기 입력 각속도를 검출하는 입력 전압 센서를 더 구비할 수 있다.According to an embodiment, the power conversion apparatus may further include an input voltage sensor for detecting the input angular velocity.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 속도 제어기는, 비례 적분 제어기(PI controller)를 포함하는 것일 수 있다.Further, according to one embodiment, the speed controller may include a PI controller.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 전력 제어기는, 비례 적분 제어기(PI), 약계자 제어기 및 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Also, according to one embodiment, the power controller may include at least one of a proportional integral controller (PI), a weak field controller, and a maximum torque operating point per unit current (MTPA).
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 전력 제어기는, 상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 상기 기준 전류를 생성하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the power controller may generate the reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter.
도 11은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.11 is a configuration diagram showing a configuration of a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed in this specification.
도 11을 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(PCU)는 컨버터(CVR100), 직류 링크 커패시터(DC100), 인버터(INV100) 및 제어부(C100)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, a power conversion apparatus (PCU) according to an embodiment disclosed herein may include a converter CVR100, a DC link capacitor DC100, an inverter INV100, and a controller C100.
상기 전력 변환 장치(PCU)에는 부하인 모터(LOAD, M)가 연결될 수 있다.A motor (LOAD, M) which is a load may be connected to the power conversion unit (PCU).
상기 컨버터(CVR100)는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 역할을 할 수 있다. 이외에도, 상기 컨버터(CVR100)의 기능에 대해서는 상술된 컨버터들과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The converter CVR100 may serve to convert an input AC voltage into a DC voltage. In addition, the functions of the converter CVR100 are similar to those of the converters described above, so a detailed description thereof will be omitted.
상기 직류 링크 커패시터(DC100)는 상기 컨버터(CVR100)에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성할 수 있다. 이외에도, 상기 직류 링크 커패시터(DC100)에 대해서는 상술된 직류 링크 커패시터들과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The DC link capacitor DC100 is connected to the converter CVR100 in parallel, and can generate a DC link voltage based on the DC voltage. In addition, since the DC link capacitor DC100 is similar to the DC link capacitors described above, a detailed description thereof will be omitted.
상기 인버터(INV100)는 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터(DC100)의 직류 링크 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터(LOAD)에 공급하는 역할을 할 수 있다. 이외에도, 상기 인버터(INV100)에 대해서는 상술된 인버터들과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The inverter INV100 may convert the DC link voltage of the DC link capacitor DC100 into a motor drive voltage and supply the DC link voltage to the motor LOAD according to a control signal. In addition, since the inverter INV100 is similar to the inverters described above, a detailed description thereof will be omitted.
상기 제어부(C100)는 기본적으로 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(INV100)를 제어하는 역할을 할 수 있다.The controller C100 basically generates the control signal and controls the inverter INV100.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부(C100)는 상기 인버터(INV100)의 입력 전류(Iinv)의 형태가 상기 컨버터(CVR100)의 출력 전류(Icon) 형태를 추종하도록 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.According to one embodiment, the controller C100 may generate the control signal so that the shape of the input current Iinv of the inverter INV100 follows the shape of the output current Icon of the converter CVR100.
이렇게 함으로써, 상기 인버터(INV100)의 입력 전류(Iinv)의 형태가 상기 컨버터(CVR100)의 출력 전류(Icon) 형태와 동일 또는 유사하게 되어 상기 직류 링크 커패시터(DC100)에 유입되는 직류 링크 전류가 감소될 수 있다.Thus, the input current Iinv of the inverter INV100 is equal to or similar to the output current Icon of the converter CVR100, so that the DC link current flowing into the DC link capacitor DC100 is reduced .
이 경우, 전술한 바와 같이, 상기 직류 링크 커패시터의 개수 내지 크기를 감소시킬 수 있어 성능이 우수한 커패시터리스 인버터(capacitorless inverter)가 구현될 수 있다.In this case, as described above, the number and size of the DC link capacitors can be reduced, and a capacitorless inverter having excellent performance can be realized.
또한, 상기 제어부(C100)는 상기 인버터 입력 전류에 해당하는 전류 값이 상기 컨버터 출력 전류에 해당하는 전류 값의 일정 범위 내에 들어오도록 상기 인버터를 제어할 수 있다.Also, the controller C100 may control the inverter such that the current value corresponding to the inverter input current falls within a certain range of the current value corresponding to the converter output current.
여기서, 상기 일정 범위는, 상기 컨버터 출력 전류 값의 ±5%인 것일 수 있다.Here, the predetermined range may be ± 5% of the converter output current value.
도 12는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 제어부의 구성을 나타내는 구성도이다.12 is a configuration diagram showing a configuration of a control unit according to an embodiment disclosed in this specification.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(C100)는 속도 제어기(SC100), 전력 제어기(PC100)을 포함할 수 있다.According to one embodiment disclosed herein, the controller C100 may include a speed controller SC100 and a power controller PC100.
또한, 상기 제어부(C100)는 전류 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다.The controller C100 may further include a current controller (not shown).
상기 속도 제어기(SC100)는 기준 각속도(wm*), 상기 모터에 해당하는 각속도(wm) 및 상기 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도(win)를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력()을 생성할 수 있다.The speed controller SC100 includes a reference inverter power control unit for controlling the speed of the motor based on a reference angular speed wm *, an angular speed wm corresponding to the motor, and an input angular speed win corresponding to the input AC voltage, ( Can be generated.
상기 전력 변환 장치(PCU)는 상기 입력 각속도(win)을 검출하기 위한 입력 전압 센서(미도시)를 더 구비할 수 있다.The power conversion unit PCU may further include an input voltage sensor (not shown) for detecting the input angular speed win.
일 실시예에 따르면, 상기 속도 제어기(SC100)는, 비례 적분 제어기(PI)를 포함할 수 있다(도 12 참조).According to one embodiment, the speed controller SC100 may include a proportional integral controller PI (see FIG. 12).
상기 전력 제어기(PC100)는 상기 기준 인버터 전력() 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력()을 근거로 기준 전류(,)를 생성할 수 있다. The power controller (PC 100) compares the reference inverter power ( ) And the inverter power corresponding to the inverter ( ) Based on the reference current ( , Can be generated.
여기서, 상기 기준 전류는 모터에 해당하는 d축 기준전류() 및 q축 기준 전류()를 포함할 수 있다.Here, the reference current is a d-axis reference current ( ) And q-axis reference current ( ).
또한, 상기 인버터 전력()은 d축 전압 및 전류(, ), q축 전압 및 전류(, )를 근거로 검출되는 것일 수 있다.(예를 들어, )Further, the inverter power ( ) Is the d-axis voltage and current ( , ), q-axis voltage and current ( , ) (For example, )
여기서, e는 동기 좌표계를 의미하는 것일 수 있다.Here, e may be a synchronous coordinate system.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 제어기(PC100)는 비례 적분 제어기(PI controller), 약계자 제어기 및 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the
상기 약계자 제어기는 모터를 약계자 영역에서 구동시키는 경우에 사용되는 제어기이다. 일반적으로 대용량의 전해 커패시터를 사용하는 노멀 인버터(normal inverter)의 경우, 약계자 제어를 피드백을 가진 루프로 구현하나, 커패시터리스 인버터의 경우에는 빠른 동작을 위해 개회로(open loop)의 형태로 구현될 수 있다.The weak field controller is a controller used when driving the motor in the weak field region. In the case of a normal inverter using a large-capacity electrolytic capacitor, weak field control is implemented as a feedback loop. In the case of a capacitorless inverter, an open loop is implemented for fast operation. .
약계자 제어를 수행하는 경우, d축 전류를 -방향으로 적절한 크기로 더하여 제어 가능 구간을 넓힐 수 있다.When weak field control is performed, it is possible to widen the controllable section by adding the d-axis current to the proper magnitude in the minus direction.
이외에도, 상기 약계자 제어기는 본 기술분야에 일반적으로 알려진 의미, 기능 및 역할을 수행할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, the weak field controller may perform semantics, functions, and roles commonly known in the art. A detailed description thereof will be omitted.
상기 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA)은 상기 기준 인버터 전력() 및 상기 인버터 전력()을 근거로 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA)을 산출할 수 있다.Wherein the maximum torque operating point per unit current (MTPA) ) And the inverter power ( ), The maximum torque operating point (MTPA) per unit current can be calculated.
이외에도, 상기 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA)은 본 기술분야에 일반적으로 알려진 의미, 기능 및 역할을 수행할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, the maximum torque operation point per unit current (MTPA) may perform a function, a role, and the like generally known in the art. A detailed description thereof will be omitted.
상기 전류 제어부는 상기 기준 전류(,)를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 역할을 할 수 있다.The current controller may control the reference current , And a reference voltage for controlling the current of the motor.
이외에도, 상기 전류 제어부의 역할 및 기능은 전술된 전류 제어기와 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, since the role and function of the current controller are similar to those of the current controller described above, a detailed description thereof will be omitted.
결론적으로, 상기 제어부(C100)는 상기 입력 각속도(win)를 근거로 상기 기준 전류(,)를 생성하여 상기 인버터(INV100)를 제어하기 때문에 상기 인버터 입력 전류(Iinv)의 형태는 상기 컨버터 출력 전류(Icon)의 형태를 추종할 수 있게 될 수 있다.Consequently, the control unit C100 determines the reference current (I) based on the input angular speed (win) , To control the inverter INV100 so that the form of the inverter input current Iinv can follow the form of the converter output current Icon.
인덕터 Inductor 리플ripple 전류 추정을 통한 컨버터의 Of the converter through current estimation 상전류Phase current 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치에 대한 설명 Description of a power conversion device that performs converter control functions based on restoration
이하에서는 도 13 내지 도 16을 참조하여 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a power conversion apparatus that performs a converter control function based on phase current restoration of a converter through inductor ripple current estimation according to an embodiment disclosed herein will be described with reference to FIGS. 13 to 16. FIG.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치는, 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 인덕터 리플 전류 추정을 통한 컨버터의 상전류 복원을 근거로 컨버터 제어 기능을 수행하는 전력 변환 장치의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.The power conversion apparatus performing the converter control function based on the phase current restoration of the converter through the inductor ripple current estimation according to the embodiment disclosed herein may be implemented as a part or a combination of the configurations or steps included in the embodiments described above Or a combination of the embodiments. In order to clearly express the power conversion apparatus performing the converter control function based on the phase current restoration of the converter through the inductor ripple current estimation according to the embodiment disclosed herein, Can be omitted.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 컨버터 제어신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하는 컨버터, 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터 및 상기 직류 링크 전압을 부하 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터, 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.A power converter according to an embodiment disclosed herein includes a converter that converts an input AC voltage to a DC voltage and improves a power factor of power supplied by the input AC voltage based on a switching operation by a converter control signal, A DC link capacitor connected in parallel to the converter for generating a DC link voltage based on the DC voltage and an inverter for converting the DC link voltage into a load drive voltage and supplying the same to a motor, And a control unit for generating the converter control signal based on the control signal.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 변환 장치는, 상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the power conversion apparatus may further include an input current sensor for detecting the input current.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the control unit may generate the converter control signal based on a fundamental wave component of the input current.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터는, 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고, 상기 제어부는, 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the converter is an interleaved converter having two phases, and the controller can generate a converter control signal corresponding to each phase of the interleaved converter.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고, 상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control unit detects a fundamental wave component of the input current from the input current, and generates a fundamental wave component corresponding to each phase of the interleaved converter based on the fundamental wave component of the input current And generates a converter control signal corresponding to each phase based on the fundamental wave component corresponding to the detected phase.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터는, 상기 컨버터 제어신호에 의해 스위칭 동작하는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자에 연결되는 션트 저항을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the converter may include a switching element that is switched by the converter control signal and a shunt resistor connected to the switching element.
이 경우, 상기 제어부는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 상기 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성할 수 있다.In this case, the controller may generate the converter control signal based on the current flowing on the converter detected based on the shunt resistor.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터는, 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고, 상기 제어부는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the converter is an interleaved converter having two phases, and the control unit controls the phase of each of the phases on the phase of the interleaved converter based on a current flowing on each phase detected based on the shunt resistor. The corresponding converter control signal can be generated.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간 이하인 경우, 상기 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간을 초과한 경우, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성할 수 있다.According to still another embodiment of the present invention, the controller generates the converter control signal based on the input current when the turn-on time of the switching element is equal to or less than a reference time, and when the turn- If the time is exceeded, the converter control signal can be generated based on the currents flowing on each phase detected based on the shunt resistance.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 기준 시간은, 2 [usec]인 것일 수 있다.Further, according to one embodiment, the reference time may be 2 [usec].
도 13은 션트 저항을 통해 검출된 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 스위칭 소자를 제어하는 컨버터를 나타내는 예시도이다.13 is an exemplary view showing a converter for controlling a switching element based on a current flowing on a converter detected through a shunt resistor.
도 13을 참조하면, 상기 전력 변환 장치는 전술된 인터리빙 컨버터의 구조를 포함하고 있다. Referring to FIG. 13, the power conversion apparatus includes the structure of the above-described interleaved converter.
또한, 상기 전력 변환 장치는 상기 인터리빙 컨버터 각 상(a상, b상)에 존재하는 스위칭 소자(S1, S2), 이에 연결된 션트(shunt) 저항 및 상기 스위칭 소자에 컨버터 제어 신호(Sgate_a, Sgate_b)를 생성하는 제어부(C200)을 포함할 수 있다.The power conversion apparatus further includes switching elements S1 and S2, a shunt resistor connected to the switching elements S1 and S2 and converter control signals Sgate_a and Sgate_b applied to the switching elements, And a control unit C200 for generating the control signal.
또한, 상기 전력 변환 장치는 상기 션트 저항에 의해 검출된 컨버터 각 상에 흐르는 전류를 증폭하여 상기 제어부(C200)에 제공하는 증폭부(A100, A200)을 더 포함할 수 있다.The power conversion apparatus may further include amplifiers A100 and A200 amplifying a current flowing on the converter detected by the shunt resistor and providing the amplified current to the controller C200.
상기 전력 변환 장치(또는 제어부(C200)는, 현재 직류 링크 전압이 목표 직류 링크 전압이 되도록 컨버터 각 상 전류의 지령을 선정할 수 있다.The power converter (or the control unit C200) can select the command of the converter phase current so that the current DC link voltage becomes the target DC link voltage.
상기 전력 변환 장치(또는 제어부(C200))는, 상기 각 상 전류의 지령과 션트 저항을 통해 읽은 각 상 전류의 현재값을 비교하여 스위치 소자(S1, S2)에 각각 인가되는 게이트 신호(또는 컨버터 제어 신호, Sgate_a, Sgate_b)를 결정(또는 생성)할 수 있다.The power converter (or controller C200) compares the command of each phase current with the current value of each phase current read through the shunt resistor and outputs a gate signal (or converter) (Or generate) the control signal, Sgate_a, Sgate_b.
여기서, Vs는 입력전압(또는 입력 교류 전압), Vsh_a는 a상 션트 전압, Vsh_b는 b상 션트 전압, is는 입력 전류(또는 입력 교류 전류), iph_a는 a상 전류, iph_b는 b상 전류를 의미할 수 있다.Vsh_a is a shunt voltage, Vsh_b is a b-phase shunt voltage, is is an input current (or input alternating current), iph_a is a phase current, and iph_b is a b-phase current. It can mean.
도 13에 개시된 전력 변환 장치에 따르면, 스위칭 소자(S1, S2)의 아래쪽에 있는 션트(shunt) 저항을 이용해 각 상의 전류를 센싱(또는 검출)하므로 스위치가 턴-온 되어 있는 상황에서만 전류를 센싱할 수 있다.According to the power conversion apparatus disclosed in Fig. 13, the current of each phase is sensed (or detected) by using the shunt resistor under the switching elements S1 and S2, so that only when the switch is turned on, can do.
이 경우, 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 제어부(C200, 예를 들어, Micom등으로 구현될 수 있음)의 센싱 시간보다 짧은 경우 전류를 센싱하지 못하는 현상 발생할 수 있다.In this case, when the turn-on time of the switching elements S1 and S2 is shorter than the sensing time of the control unit C200 (for example, Micom or the like), a current may not be sensed.
즉, 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 기준 시간(예를 들어, 2[usec]) 이상 확보되지 않는 경우, 상 전류가 흐르고 있음에도 전류가 흐르지 않는 것으로 인식할 수 있는 문제점이 있을 수 있다.That is, if the turn-on time of the switching elements S1 and S2 is not secured for more than the reference time (for example, 2 [usec]), there is a problem that the current can not be recognized as flowing even though the phase current flows .
본 명세서에 개시된 기술은 키르히호프의 전류법칙에 의해 입력전류는 각 상으로 흐르는 전류의 성분을 포함하고 있으며 현재 스위칭 소자에 인가하고 있는 게이트 신호를 이용해 (스위치 턴-온 시간, Duty비) 입력전류의 고조파 성분이 제거된 기본파 성분을 알 수 있는 점을 이용하였다.The technique disclosed in this specification is based on Kirchhoff's current law. The input current includes a component of a current flowing to each phase, and the gate current (switching turn-on time, duty ratio) The harmonic component of the fundamental wave component is removed.
즉, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력 전류의 기본파 성분을 이용해 각 상으로 흐르는 전류를 추정하고, 상기 추정된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 컨버터 제어신호를 생성함으로써, 스위칭 소자의 턴-온 시간에 무관하게 정확한 컨버터 제어신호 생성할 수 있는 장점이 있을 수 있다.That is, the power conversion apparatus according to an embodiment disclosed herein estimates a current flowing to each phase by using a fundamental wave component of an input current, and based on the fundamental wave component corresponding to the estimated phase, It is possible to generate an accurate converter control signal irrespective of the turn-on time of the switching device.
도 14는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 예시도이다.14 is an exemplary diagram illustrating a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed herein.
도 14를 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 컨버터 제어신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하는 컨버터, 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터(Cdc), 상기 직류 링크 전압을 부하 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터(미도시) 및 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 제어부(C300)를 포함할 수 있다.14, a power conversion apparatus according to an embodiment disclosed herein converts an input AC voltage to a DC voltage and calculates a power factor of the power supplied by the input AC voltage based on a switching operation by the converter control signal A DC link capacitor (Cdc) connected in parallel to the converter to generate a DC link voltage based on the DC voltage, an inverter (not shown) for converting the DC link voltage into a load drive voltage and supplying the DC link voltage to the motor And a controller C300 for generating the converter control signal based on the input current supplied by the input AC voltage.
여기서, Vs는 입력전압(또는 입력 교류 전압), is는 입력 전류(또는 입력 교류 전류), iph_a는 a상 전류, iph_b는 b상 전류, CT는 입력전류 센서를 의미할 수 있다.Here, Vs may be an input voltage (or input AC voltage), is is an input current (or input AC current), iph_a is a phase current, iph_b is a b phase current, and CT is an input current sensor.
상기 컨버터, 직류 링크 커패시터(Cdc) 및 인버터등의 역할 기능에 대해서는 전술된 것과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The role functions of the converter, the DC link capacitor Cdc, and the inverter are similar to those described above, and a detailed description thereof will be omitted.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 변환 장치는 상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서(CT)를 더 포함할 수 있다. 상기 입력 전류 센서(CT)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 입력 전류 센서(CT)는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)로 구현될 수 있다.According to one embodiment, the power conversion apparatus may further include an input current sensor (CT) for detecting the input current. The input current sensor CT may be implemented in various ways. For example, the input current sensor CT may be implemented as a current transducer.
도 14에 개시된 컨버터는 2개의 상(a상, b상)이 존재하는 인터리브드 컨버터일 수 있다.The converter disclosed in Fig. 14 may be an interleaved converter in which two phases (a phase, b phase) exist.
이 경우, 상기 제어부(C300)는 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호(Sgate_a, Sgate_b)를 생성하는 것일 수 있다.In this case, the controller C300 may generate the converter control signals Sgate_a and Sgate_b corresponding to the respective phases of the interleaved converter.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부(C300)는, 상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고, 상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고, 상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호(Sgate_a, Sgate_b)를 생성하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the control unit C300 detects a fundamental wave component of the input current from the input current, and calculates a fundamental wave component corresponding to each phase of the interleaved converter based on the fundamental wave component of the input current And generates converter control signals Sgate_a and Sgate_b corresponding to the respective phases based on the fundamental wave components corresponding to the detected phases.
구체적으로, 각 상에 해당하는 기본파 성분의 검출 방법에 대해 살펴보면, 먼저, 입력 전류 Is는 각 상에 흐르는 전류의 합이므로 다음과 같은 수학식 1으로 표현될 수 있다.Specifically, the method of detecting the fundamental wave component corresponding to each phase will be described. First, since the input current Is is the sum of the currents flowing through each phase, it can be expressed by the following equation (1).
마찬가지로, 입력 전류의 기본파 성분인 Is_1도 각 상의 기본파 성분의 합이므로 다음과 같은 수학식 2로 표현될 수 있다.Likewise, Is_1, which is the fundamental wave component of the input current, is also the sum of the fundamental wave components of each phase and can be expressed by the following equation (2).
여기서, 기본파 성분인 Is_1는 입력 전류 Is에서 리플 전류를 빼주면 되므로 다음과 같은 수학식 3으로 표현될 수 있다.Here, Is_1, which is a fundamental wave component, can be expressed by Equation (3) as it is necessary to subtract the ripple current from the input current Is.
각 상의 전류는 서로 유사한바 이므로The currents of the respective phases are similar to each other Because of
각 상의 기본파 성분은 다음과 같은 수학식 4로 표현될 수 있다.The fundamental wave component of each phase can be expressed by the following equation (4).
결론적으로 입력전류와 듀티에 따른 상전류 리플값을 계산하여 상전류 기본파 성분을 복원(또는 검출)할 수 있다.As a result, the phase current ripple value according to the input current and duty can be calculated to restore (or detect) the phase current fundamental wave component.
여기서, 수학식 4의 뒤의 term은 각 상의 리플 전류 성분의 합을 의미하는 것으로 상전류의 리플 값에 대응되는 것일 수 있다.Here, the term after Equation (4) means the sum of the ripple current components of each phase and may correspond to the ripple value of the phase current.
도 15는 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 예시도이다.15 is an exemplary diagram illustrating a power conversion apparatus according to another embodiment disclosed herein.
도 15를 참조하면, 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 인터리빙 컨버터 각 상(a상, b상)에 존재하는 스위칭 소자(S1, S2)에 연결된 션트(shunt) 저항 및 상기 스위칭 소자에 컨버터 제어 신호(Sgate_a, Sgate_b)를 생성하는 제어부(C400)을 포함할 수 있다.15, a power conversion apparatus according to another embodiment disclosed herein includes a shunt connected to switching elements S1 and S2 existing in respective phases (a and b phases) of the interleaved converter, And a controller C400 for generating a converter control signal Sgate_a, Sgate_b in the switching element.
또한, 상기 전력 변환 장치는 상기 션트 저항에 의해 검출된 컨버터 각 상에 흐르는 전류를 증폭하여 상기 제어부(C400)에 제공하는 증폭부(A100, A200)을 더 포함할 수 있다.The power conversion apparatus may further include amplifying units A100 and A200 for amplifying a current flowing on each of the converters detected by the shunt resistor and providing the amplified current to the controller C400.
즉, 도 15에 개시된 전력 변환 장치는 도 14에 개시된 전력 변환 장치(입력 전류를 근거로 컨버터 제어신호 생성하는 기능 구비)에 추가적으로 상기 션트 저항을 근거로 검출된 상기 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 기능을 추가적으로 구비할 수 있다.That is, the power conversion apparatus disclosed in Fig. 15 further includes, in addition to the power conversion apparatus disclosed in Fig. 14 (having a function of generating a converter control signal based on the input current), based on the current flowing on the converter And a function of generating the converter control signal may be additionally provided.
여기서, Vs는 입력전압(또는 입력 교류 전압), Vsh_a는 a상 션트 전압, Vsh_b는 b상 션트 전압, is는 입력 전류(또는 입력 교류 전류), iph_a는 a상 전류, iph_b는 b상 전류, CT는 입력전류 센서를 의미할 수 있다.Here, Vs is an input voltage (or input AC voltage), Vsh_a is a-phase shunt voltage, Vsh_b is a b-phase shunt voltage, is is an input current (or input AC current), iph_a is a- CT may refer to an input current sensor.
도 15에 개시된 컨버터는 2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터인 경우를 나타내며, 상기 제어부(C400)는, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것일 수 있다.15 shows a case where the converter is an interleaved converter having two phases, and the controller C400 controls the phases of the interleaved converters based on the currents flowing on the respective phases detected based on the shunt resistors To generate the corresponding converter control signal.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 기준 시간 이하인 경우, 상기 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 기준 시간을 초과한 경우, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the controller generates the converter control signal based on the input current when the turn-on time of the switching elements S1 and S2 is equal to or less than a reference time, and the switching elements S1 and S2 ) Of the shunt resistor exceeds the reference time, the converter control signal may be generated based on the current flowing in each phase detected based on the shunt resistor.
여기서, 상기 기준 시간은, 2 [usec]인 것일 수 있다.Here, the reference time may be 2 [usec].
즉, 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 상기 기준 시간을 기준으로 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 상기 기준 시간 이하인 경우(제 1 경우), 상기 입력 전류를 근거로 하여 상기 컨버터를 제어하고, 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간이 상기 기준 시간을 초과한 경우(제 2 경우), 션트 저항에 의해 검출된 컨버터 상의 전류를 근거로 상기 컨버터를 제어하는 기능을 구비할 수 있다.That is, when the turn-on time of the switching elements S1 and S2 is equal to or less than the reference time (the first case) based on the reference time, Controls the converter and controls the converter based on the current on the converter detected by the shunt resistor when the turn-on time of the switching elements (S1, S2) exceeds the reference time (second case) Function can be provided.
상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간은 컨버터 PWM 주기 Tcarrier 및 PWM duty에 의해 결정될 수 있다.The turn-on time of the switching elements S1 and S2 may be determined by the converter PWM period Tcarrier and the PWM duty.
즉, PWM 듀티(D, duty)는 으로 결정될 수 있고, 상기 스위칭 소자(S1, S2)의 턴-온 시간은 로 결정될 수 있다.That is, the PWM duty (D, duty) , And the turn-on time of the switching elements (S1, S2) may be determined as . ≪ / RTI >
따라서, 값이 상기 기준 시간(예를 들어, 2 usec) 보다 작은 경우 상기 제 1 경우에 해당하고, 반대인 경우, 상기 제 2 경우에 해당할 수 있다.therefore, Corresponds to the first case when the value is smaller than the reference time (for example, 2 usec), and corresponds to the second case when the value is opposite.
상술된 바와 같이, 입력 전류의 기본파 성분을 검출하기 위해서는 상전류 리플값 △is의 검출이 필요할 수 있다.As described above, in order to detect the fundamental wave component of the input current, it may be necessary to detect the phase current ripple value Is.
도 16은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 상전류 리플값을 검출하는 방법을 나타내는 예시도이다.16 is an exemplary diagram illustrating a method for detecting a phase current ripple value according to an embodiment disclosed herein.
도 16(a)는 PWM 신호의 듀티 값이 0.5 이하인 경우에 있어서의 상전류 리플값을 검출하는 방법을 나타낸다.16 (a) shows a method of detecting the phase current ripple value when the duty value of the PWM signal is 0.5 or less.
도 16(a)에 따르면, 상전류 리플값 △is는 다음과 같은 수학식 5에 의해 결정될 수 있다.According to Fig. 16 (a), the phase current ripple value? Is can be determined by the following equation (5).
도 16(b)는 PWM 신호의 듀티 값이 0.5 이상인 경우에 있어서의 상전류 리플값을 검출하는 방법을 나타낸다.16 (b) shows a method of detecting the phase current ripple value when the duty value of the PWM signal is 0.5 or more.
도 16(ㅠ)에 따르면, 상전류 리플값 △is는 다음과 같은 수학식 6에 의해 결정될 수 있다.According to Fig. 16 (g), the phase current ripple value? Is can be determined by the following Equation (6).
여기서, L은 리액터의 인덕턴스 값, Vs는 입력 교류 전압, VDC는 직류 링크 전압, D는 PWM 신호의 듀티, Ts는 PWM 신호 또는 입력 전원(입력 전압 또는 입력 전류)에 해당하는 주기일 수 있다.Here, L is the inductance value of the reactor, Vs is the input AC voltage, VDC is the DC link voltage, D is the duty of the PWM signal, Ts is the period corresponding to the PWM signal or the input power source (input voltage or input current).
본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, and the present invention can be modified, changed, or improved in various forms within the scope of the present invention and the claims.
Vin: 입력전원 CVR100: 컨버터
INV100: 인버터 DC100: 직류 링크 커패시터
C100: 제어부 LOAD: 모터 또는 부하Vin: Input power CVR100: Converter
INV100: Inverter DC100: DC link capacitor
C100: Control section LOAD: Motor or load
Claims (17)
상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 근거로 직류 링크 전압을 생성하는 직류 링크 커패시터;
제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터의 직류 링크 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터; 및
상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 인버터에 유입되는 인버터 입력 전류의 형태가 상기 컨버터로부터 출력되는 컨버터 출력 전류의 형태를 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.A converter for converting an input AC voltage into a DC voltage;
A DC link capacitor connected in parallel to the converter and generating a DC link voltage based on the DC voltage;
An inverter for converting the DC link voltage of the DC link capacitor into a motor drive voltage according to a control signal and supplying the DC link voltage to the motor; And
And a control unit for generating the control signal,
Wherein,
Wherein the control signal generating unit generates the control signal so that the form of the inverter input current flowing into the inverter follows the form of the converter output current output from the converter.
상기 인버터 입력 전류에 해당하는 전류 값이 상기 컨버터 출력 전류에 해당하는 전류 값의 일정 범위 내에 들어오도록 상기 인버터를 제어하는 것인 전력 변환 장치.The apparatus of claim 1,
And controls the inverter such that the current value corresponding to the inverter input current falls within a certain range of the current value corresponding to the converter output current.
상기 컨버터 출력 전류 값의 ±5%인 것인 전력 변환 장치.3. The method according to claim 2,
The current value being ± 5% of the converter output current value.
기준 각속도, 상기 모터에 해당하는 각속도 및 상기 입력 교류 전압에 해당하는 입력 각속도를 근거로 상기 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 인버터 전력을 생성하는 속도 제어기;
상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 기준 전류를 생성하는 전력 제어기; 및
상기 기준 전류를 근거로 상기 모터의 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 전류 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The apparatus of claim 1,
A speed controller for generating a reference inverter power for controlling the speed of the motor based on a reference angular speed, an angular speed corresponding to the motor, and an input angular speed corresponding to the input ac voltage;
A power controller for generating a reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter; And
And a current controller for generating a reference voltage for controlling the current of the motor based on the reference current.
상기 입력 각속도를 검출하는 입력 전압 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.5. The method of claim 4,
Further comprising an input voltage sensor for detecting the input angular velocity.
비례 적분 제어기(PI)를 포함하는 것인 전력 변환 장치.5. The apparatus of claim 4,
And a proportional integral controller (PI).
비례 적분 제어기(PI), 약계자 제어기 및 단위 전류당 최대 토크 운전점(MTPA) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전력 변환 장치.5. The apparatus of claim 4, wherein the power controller comprises:
A proportional integral controller (PI), a weak field controller, and a maximum torque operating point per unit current (MTPA).
상기 기준 인버터 전력 및 상기 인버터에 해당하는 인버터 전력을 근거로 상기 기준 전류를 생성하는 것인 전력 변환 장치.5. The apparatus of claim 4, wherein the power controller comprises:
And generates the reference current based on the reference inverter power and the inverter power corresponding to the inverter.
컨버터 제어신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 전력의 역률을 개선하고,
상기 제어부는,
상기 입력 교류 전압에 의해 공급되는 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.2. The apparatus of claim 1,
The power factor of the power supplied by the input AC voltage is improved based on the switching operation by the converter control signal,
Wherein,
And generates the converter control signal based on the input current supplied by the input AC voltage.
상기 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.10. The method of claim 9,
Further comprising an input current sensor for detecting the input current.
상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.10. The apparatus according to claim 9,
And generates the converter control signal based on the fundamental wave component of the input current.
2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고,
상기 제어부는,
상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.10. The converter of claim 9,
Lt; / RTI > is an interleaved converter in which two phases exist,
Wherein,
And generates a converter control signal corresponding to each phase of the interleaved converter.
상기 입력 전류로부터 상기 입력 전류의 기본파 성분을 검출하고,
상기 입력 전류의 기본파 성분을 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 기본파 성분을 검출하고,
상기 검출된 각 상에 해당하는 기본파 성분을 근거로 상기 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.[12] The apparatus of claim 12,
Detecting a fundamental wave component of the input current from the input current,
Detecting a fundamental wave component corresponding to each phase of the interleaved converter based on the fundamental wave component of the input current,
And generates a converter control signal corresponding to each phase on the basis of the fundamental wave component corresponding to each of the detected phases.
상기 컨버터 제어신호에 의해 스위칭 동작하는 스위칭 소자; 및
상기 스위칭 소자에 연결되는 션트 저항을 포함하고,
상기 제어부는,
상기 션트 저항을 근거로 검출된 상기 컨버터 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.10. The converter of claim 9,
A switching element for performing switching operation by the converter control signal; And
And a shunt resistor connected to the switching element,
Wherein,
And generates the converter control signal based on the current flowing on the converter detected based on the shunt resistor.
2개의 상이 존재하는 인터리브드 컨버터이고,
상기 제어부는,
상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 인터리브드 컨버터의 각 상에 해당하는 컨버터 제어신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.15. The apparatus of claim 14,
Lt; / RTI > is an interleaved converter in which two phases exist,
Wherein,
And generates a converter control signal corresponding to each phase of the interleaved converter based on a current flowing in each phase detected based on the shunt resistor.
상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간 이하인 경우, 상기 입력 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하고,
상기 스위칭 소자의 턴-온 시간이 기준 시간을 초과한 경우, 상기 션트 저항을 근거로 검출된 각 상에 흐르는 전류를 근거로 상기 컨버터 제어 신호를 생성하는 것인 전력 변환 장치.16. The apparatus of claim 15,
The converter control signal is generated based on the input current when the turn-on time of the switching element is equal to or less than a reference time,
And when the turn-on time of the switching element exceeds a reference time, generates the converter control signal based on a current flowing in each phase detected based on the shunt resistor.
2 [usec]인 것인 전력 변환 장치.17. The method of claim 16,
2 < / RTI > [usec].
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