KR20160032857A - Inverter with Built-In DC Reactor and Surge Voltage Protection Circuit - Google Patents

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Abstract

An inverter with a built-in DC reactor according to the present invention comprises: a DC reactor which is connected between a 3-phase wave rectification unit and a direct current link capacitor; and a snubber capacitor which is connected to the DC reactor in parallel. Even when surge voltage flows into an input terminal of the inverter, the surge voltage can be absorbed through the snubber capacitor, and thus voltage stress of the 3-phase wave rectification unit is reduced to prevent burn-out.

Description

서지 전압 보호 기능을 구비한 DC 리액터 내장형 인버터{ Inverter with Built-In DC Reactor and Surge Voltage Protection Circuit }BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC reactor-

본 발명은 DC 리액터 내장형 인버터에 관한 것으로서, 특히 내장형 DC 리액터를 사용하는 인버터의 입력 전원에 서지 전압이 인가될 때 인버터의 소손을 방지할 수 있도록 해준다.
The present invention relates to a DC reactor built-in inverter, and more particularly, it prevents a burn-in of an inverter when a surge voltage is applied to an input power source of an inverter using an internal DC reactor.

산업용 인버터는 3상 교류전원을 입력 받아 3상 전파를 수행하여 직류 전원을 생성하고 이를 기반으로 교류전압을 출력한다.The industrial inverter receives 3-phase AC power and generates 3-phase radio wave to generate DC power and output AC voltage based on it.

중/대용량 인버터의 경우 제품 성능과 신뢰성 향상을 위해 인버터 내부에 DC 리액터를 삽입하여 3상 전파 정류부에 흐르는 전류와 직류 링크 커패시터의 리플 전류의 크기를 감소시킨다.In the case of medium / large capacity inverters, a DC reactor is inserted inside the inverter to improve the product performance and reliability, and the current flowing in the three-phase full-wave rectification part and the ripple current of the DC link capacitor are reduced.

도 1은 종래 내장형 DC 리액터를 사용하는 인버터의 입력단 회로를 나타낸 것으로서, 3상 교류 전원(11)을 6개의 다이오드(D1~D6)를 이용하여 직류 전원으로 정류하는 3상 전파 정류부(12), 3상 전파 정류부(12)에서 정류된 전원을 충전하는 직류 링크 커패시터(C), 직류 링크 커패시터(C)로 흐르는 리플 전류를 감소시키는 DC 리액터(L)로 이루어진다.1 shows an input stage circuit of an inverter using a conventional built-in DC reactor. The three-phase full-wave rectifier 12 rectifies the three-phase alternating-current power supply 11 to a direct-current power supply using six diodes D1 to D6, A DC link capacitor C for charging the power rectified by the three-phase full-wave rectification section 12, and a DC reactor L for reducing the ripple current flowing to the DC link capacitor C.

그런데, 단락 사고 등으로 인해 인버터의 입력 전원에 큰 서지 전압이 유입되면 DC 리액터(L)의 영향으로 3상 전파 정류부(12)에 인가되는 전압 스트레스의 크기가 DC 리액터(L)를 사용하지 않을 때 보다 더 증가하며, 이로 인하여 인버터의 3상 전파 정류부(12)가 소손될 수 있다.
However, if a large surge voltage is input to the input power source of the inverter due to a short-circuit accident or the like, the magnitude of the voltage stress applied to the three-phase full wave rectifying unit 12 due to the influence of the DC reactor L So that the three-phase full wave rectification part 12 of the inverter can be destroyed.

도 2는 R상과 S상이 단락되어 서지 전압이 발생했을 때 서지 전류가 흐르는 경로를 나타낸 것으로서, 서지 전류는 입력 R상 -> 다이오드 D1 -> DC 리액터(L) -> 직류 링크 커패시터(C) -> 다이오드 D4 -> 입력 S상을 통해 흐른다.FIG. 2 shows a path through which a surge current flows when a surge voltage is generated when the R phase and the S phase are short-circuited. The surge current flows from the input R phase to the diode D1 to the DC reactor (L) to the DC link capacitor (C) -> diode D4 -> input S phase.

이때, 다이오드 D1에 인가되는 전압(VD1)과 다이오드 D4에 인가되는 전압(VD4)은 DC 리액터 양단 전압(VL)과 직류 링크 커패시터 양단 전압(VC)의 합이 된다. 서지 전압이 인가되면 DC 리액터(L)에 흐르는 전류의 시간당 변화량(di÷dt)이 매우 커지므로, 'V = L × di ÷ dt'의 관계에 따라 DC 리액터 양단에 걸리는 피크 전압의 크기가 커지며, 다이오드 D1과 D4에 걸리는 전압 스트레스의 크기 또한 증가하게 된다.At this time, the voltage VD1 applied to the diode D1 and the voltage VD4 applied to the diode D4 are the sum of the DC reactor voltage VL and the DC link capacitor voltage VC. When the surge voltage is applied, the amount of change (di ÷ dt) per unit time of the current flowing through the DC reactor L becomes very large, so that the magnitude of the peak voltage across the DC reactor becomes large in accordance with the relationship of 'V = L × di ÷ dt' , The magnitude of the voltage stress across the diodes D1 and D4 also increases.

도 3은 도 2에 보인 예에서 AC 440V 입력 전원을 사용하는 조건으로 시뮬레이션한 결과이다. R상과 S상 사이의 단락으로 인해 인버터에 서지 전압이 인가되면 DC 리액터 양단에 3kV의 피크 전압이 걸리고, 다이오드 D1에 인가되는 전압 스트레스의 크기는 3.4kV가 된다. 이는 AC 440V용 인버터에서 사용하는 다이오드가 견딜 수 있는 전압 사양을 훨씬 웃돌며, 실제 인버터에 이와 같은 서지 전압이 유입되면 3상 전파 정류부(12)의 소손을 야기할 수 있다.FIG. 3 shows a simulation result using an AC 440V input power source in the example shown in FIG. When a surge voltage is applied to the inverter due to a short circuit between the R phase and the S phase, a peak voltage of 3 kV is applied across the DC reactor and the voltage stress applied to the diode D1 becomes 3.4 kV. This exceeds the voltage specification that can be tolerated by the diodes used in AC 440V inverters, and if such a surge voltage is introduced into the actual inverter, it may lead to burnout of the three-phase full wave rectification part (12).

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, DC 리액터 내장형 인버터의 입력단에 유입되는 서지 전압을 흡수하여 서지 전압 유입으로 인한 인버터의 소손을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to prevent the inverter from being burned due to the surge voltage input by absorbing the surge voltage flowing into the input terminal of the DC reactor built-

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 서지 전압 보호 기능을 구비한 DC 리액터 내장형 인버터는, 3상 교류전원을 전파 정류하는 3상 전파 정류부와, 상기 3상 전파 정류부에서 정류된 전원을 충전하는 직류 링크 커패시터를 포함하고, 상기 직류 링크 커패시터에 충전된 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하를 제어하며, 특히 상기 3상 전파 정류부와 상기 직류 링크 커패시터의 사이에 연결된 DC 리액터; 및 상기 DC 리액터와 병렬 연결되는 스너버 커패시터를 포함하여 이루어진다.
In order to achieve the above object, a DC reactor built-in inverter having a surge voltage protection function according to the present invention includes a three-phase full-wave rectification unit for full-wave rectifying a three-phase AC power source, a power source rectified in the three- A DC reactor connected between the three-phase full-wave rectification section and the DC link capacitor, the DC reactor being connected to the DC link capacitor; And a snubber capacitor connected in parallel to the DC reactor.

본 발명에 따르면, DC 리액터 내장형 인버터의 입력단에 서지 전압이 유입되더라도 스너버 커패시터를 통해 이를 흡수할 수 있다.According to the present invention, even when the surge voltage flows into the input terminal of the DC reactor built-in inverter, it can be absorbed through the snubber capacitor.

이로 인해 3상 전파 정류부의 전압 스트레스를 감소시킬 수 있으며, 서지 전압 유입으로 인한 인버터의 소손을 방지할 수 있다.Accordingly, the voltage stress of the three-phase full wave rectification part can be reduced, and the inverter can be prevented from being burned due to the surge voltage input.

도 1은 종래 DC 리액터 내장형 인버터의 입력단 회로에 관한 예,
도 2는 서지 전류가 흐르는 경로의 예,
도 3은 서지 전압으로 인해 각 부분에 인가되는 전압의 예,
도 4는 본 발명에 따른 서지 전압 보호 기능을 구비한 DC 리액터 내장형 인버터의 일 실시예,
도 5는 도 4의 실시예에서 서지 전류가 흐르는 경로의 예,
도 6은 도 5에서 서지 전압으로 인해 각 부분에 인가되는 전압의 예이다.1 is an example of an input stage circuit of a conventional DC reactor built-in inverter,
2 shows an example of a path through which a surge current flows,
3 is an example of the voltage applied to each part due to the surge voltage,
4 is a view illustrating an embodiment of a DC reactor built-in inverter having a surge voltage protection function according to the present invention,
5 shows an example of a path through which a surge current flows in the embodiment of FIG. 4,
6 is an example of the voltage applied to each part due to the surge voltage in FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 서지 전압 보호 기능을 구비한 DC 리액터 내장형 인버터(40)의 일 실시예를 보인 것으로서, 3상 교류 전원(11)을 6개의 다이오드(D1~D6)를 이용하여 전파 정류하는 3상 전파 정류부(42), 직류 링크 커패시터(C)로 흐르는 리플 전류를 감소시키기 위한 DC 리액터(L), 3상 전파 정류부(42)에서 정류된 전원을 충전하는 직류 링크 커패시터(C), 직류 링크 커패시터(C)의 직류 전압을 교류로 변환하기 위한 전력회로부(43), 부하(5)로 흐르는 출력 전류를 검출하기 위한 전류검출부(44), 출력 전압 및 주파수를 제어하기 위한 제어부(45)를 포함하여 이루어진다.4 shows an embodiment of a DC reactor built-in inverter 40 having a surge voltage protection function according to the present invention. The three-phase alternating current power supply 11 is divided into sixteen diodes D1 to D6, A DC reactor L for reducing the ripple current flowing to the DC link capacitor C, a DC link capacitor C for charging the power rectified by the three-phase full wave rectification unit 42, A power circuit 43 for converting the DC voltage of the DC link capacitor C into AC, a current detector 44 for detecting the output current flowing to the load 5, a controller 45 for controlling the output voltage and frequency ).

제어부(45)는 전력회로부(43)의 각 전력용 반도체 소자를 PWM(펄스 폭 변조) 제어하여 전동기 등의 부하(5)를 구동할 수 있다.The control unit 45 can drive the load 5 such as an electric motor by controlling each of the power semiconductor elements of the power circuit unit 43 by PWM (Pulse Width Modulation).

특히, 스너버 커패시터(Cs)가 DC 리액터(L)와 병렬로 구비되는데, 스너버(Snubber) 커패시터(Cs)는 입력단에 서지 전압이 유입될 때 서지 전압을 흡수하여 3상 전파 정류부(42)의 스트레스를 감소시키는 역할을 수행한다.
More specifically, a snubber capacitor Cs is provided in parallel with the DC reactor L. The snubber capacitor Cs absorbs the surge voltage when the surge voltage flows into the input terminal, and supplies the surge voltage to the three- And to reduce the stress of the patient.

3상 전파 정류부(42)의 다이오드 D1, D3, D5는 각각 3상 교류 전원(11)의 각 상 전압을 애노드(Anode) 단에 입력받고, 각 캐소드(Cathode) 단은 병렬 연결된 DC 리액터(L)와 스너버 커패시터(Cs)의 일단에 공통 연결된다.Each of the diodes D1, D3 and D5 of the three-phase full-wave rectification section 42 receives the respective phase voltages of the three-phase AC power source 11 at the anode stage and each cathode stage is connected to a DC reactor L ) And the snubber capacitor Cs.

다이오드 D2, D4, D6의 캐소드 단은 각각 다이오드 D1, D3, D5의 애노드 단에 연결되고, 다이오드 D2, D4, D6의 애노드 단은 직류 링크 커패시터(C)의 일단(스너버 커패시터에 연결되지 않은 단)에 공통 연결된다.
The cathode ends of the diodes D2, D4 and D6 are connected to the anode ends of the diodes D1, D3 and D5, respectively, and the anode ends of the diodes D2, D4 and D6 are connected to one end of the DC link capacitor C (not connected to the snubber capacitor) Are connected in common.

그러므로, 3상 교류 전원(11)이 정상일 때 온(On) 상태의 다이오드를 경유하는 전류는 DC 리액터(L)와 직류 링크 커패시터(C)를 통해 흐르고, 3상 교류 전원(11)에 서지 전압이 발생하였을 경우에는 온(On) 상태의 다이오드를 경유하는 전류가 스너버 커패시터(Cs)와 직류 링크 커패시터(C)를 통해 흐르게 된다.
Therefore, when the three-phase alternating-current power supply 11 is normal, the current passing through the diode in the on-state flows through the DC reactor L and the DC link capacitor C, and the surge voltage Current flows through the snubber capacitor Cs and the DC link capacitor C through the on-state diode.

도 5는 도 4에 보인 실시예의 입력단에서 R상과 S상이 단락되어 서지 전압이 발생했을 때 서지 전류가 흐르는 경로를 나타낸 것이다.5 shows a path through which a surge current flows when an R phase and an S phase are short-circuited at the input terminal of the embodiment shown in FIG. 4 to generate a surge voltage.

서지 전류는 R상 입력 전원 -> 다이오드 D1 -> 스너버 커패시터(Cs) -> 직류 링크 커패시터(C) -> 다이오드 D4 -> 입력 S상의 경로를 통해 흐르며, 다이오드 D1에 인가되는 전압(VD1)과 다이오드 D4에 인가되는 전압(VD4)은 스너버 커패시터 양단 전압(VCs)과 직류 링크 커패시터 양단 전압(VC)의 합이 된다.
The surge current flows through the path on the R phase input power supply -> diode D1 -> snubber capacitor (Cs) -> DC link capacitor (C) -> diode D4 -> input S, And the voltage VD4 applied to the diode D4 are the sum of the snubber capacitor voltage VCs and the DC link capacitor voltage VC.

서지 전압이 인가되었을 때, 전압의 급격한 변동을 막는 커패시터의 일반적인 특성으로 인하여, 스너버 커패시터(Cs)와 DC 리액터(L)에 인가되는 피크 전압은 스너버 커패시터(Cs)가 없을 경우에 비해 작아진다. 이에 따라 다이오드 D1과 D4에 걸리는 전압 스트레스의 크기도 작아지게 된다.
The peak voltage applied to the snubber capacitor Cs and the DC reactor L is smaller than that in the case where there is no snubber capacitor Cs due to the general characteristic of the capacitor which prevents abrupt fluctuation of the voltage when the surge voltage is applied Loses. As a result, the magnitude of the voltage stress applied to the diodes D1 and D4 also becomes small.

도 6은 도 5에 보인 예에 AC 440V 입력 전원과 10μF의 스너버 커패시터(Cs)를 사용하는 조건으로 시뮬레이션한 결과이다.FIG. 6 shows a simulation result using an AC 440V input power source and a snubber capacitor Cs of 10 μF in the example shown in FIG.

R상과 S상 사이의 단락으로 인해 서지 전압이 인가되면, R-S 선간 전압으로 1.7.kV가 발생하고, 스너버 커패시터(Cs)와 DC 리액터(L)의 양단에는 1.0kV의 피크 전압이 걸리게 되며, 다이오드 D1에 인가되는 피크 전압의 크기는 1.6kV가 됨을 보여주고 있다.When a surge voltage is applied due to a short circuit between the R phase and the S phase, 1.7 kV is generated as the RS line voltage, and a peak voltage of 1.0 kV is applied to both ends of the snubber capacitor Cs and the DC reactor L , And the magnitude of the peak voltage applied to the diode D1 is 1.6 kV.

다이오드 D1에 인가되는 전압 스트레스의 크기는 도 3에 보인 예와 비교하여 1.8kV 감소하였다.The magnitude of the voltage stress applied to the diode D1 is reduced by 1.8 kV as compared with the example shown in Fig.

이러한 피크 전압의 크기(1.6kV)는 AC 440V용 인버터에서 사용하는 3상 전파 정류부(42)의 다이오드(D1~D6)에서 견딜 수 있는 전압 사양 이내이므로, 실제 인버터에서 이와 같은 조건으로 서지 전압이 인가되더라도 인버터(40)의 3상 전파 정류부(42)는 소손되지 않는다.
Since the magnitude of the peak voltage (1.6 kV) is within the voltage specification that can withstand the diodes (D1 to D6) of the three-phase full-wave rectification section 42 used in the AC 440 V inverter, the surge voltage The three-phase full-wave rectification section 42 of the inverter 40 is not damaged.

인버터(40)가 정상 동작할 때 스너버 커패시터(Cs)는 항상 개방 상태로 아무런 동작을 하지 않으므로, 스너버 커패시터(Cs)가 추가되더라도 오동작을 유발하지 않고, 서지 전압으로부터 인버터(40)를 보호할 수 있다.Since the snubber capacitor Cs does not operate in the open state at all when the inverter 40 operates normally and the inverter 40 is protected from the surge voltage without causing malfunction even if the snubber capacitor Cs is added, can do.

또한 DC 리액터(L)의 양단에 스너버 커패시터(Cs)를 삽입하는 단순한 구조이므로 기존 회로에 별다른 무리없이 적용할 수 있다.
In addition, since the snubber capacitor Cs is inserted at both ends of the DC reactor L, it is possible to apply the present invention to a conventional circuit without any difficulty.

상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.
It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention. to be.

5: 부하 11: 3상 교류 전원
12, 42: 3상 전파 정류부 40: 인버터
43: 전력회로부 44: 전류검출부
45: 제어부 D1~D6: 다이오드
L: DC 리액터 C: 직류 링크 커패시터
Cs: 스너버 커패시터5: Load 11: Three phase AC power source
12, 42: Three phase full wave rectification part 40: Inverter
43: Power circuit unit 44: Current detection unit
45: Controllers D1 to D6: Diodes
L: DC reactor C: DC link capacitor
Cs: Snubber capacitor

Claims (3)

3상 교류전원을 전파 정류하는 3상 전파 정류부와, 상기 3상 전파 정류부에서 정류된 전원을 충전하는 직류 링크 커패시터를 포함하고, 상기 직류 링크 커패시터에 충전된 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하를 제어하는 인버터로서,
상기 3상 전파 정류부와 상기 직류 링크 커패시터의 사이에 연결된 DC 리액터; 및
상기 DC 리액터와 병렬 연결되는 스너버 커패시터를 포함하는 서지 전압 보호 기능을 구비한 DC 리액터 내장형 인버터.A full-wave full-wave rectification section for full-wave rectifying a three-phase AC power source, and a DC link capacitor for charging a power source rectified by the three-phase full wave rectification section, wherein the voltage charged in the DC link capacitor is converted into an AC voltage, As the inverter,
A DC reactor connected between the three-phase full-wave rectification section and the DC link capacitor; And
And a snubber capacitor connected in parallel with the DC reactor, wherein the DC reactor has a surge voltage protection function. 제 1 항에 있어서,
상기 3상 전파 정류부는, 상기 3상 교류전원의 각 상 전압을 각각 애노드 단에 입력받고, 각 캐소드 단이 상기 병렬 연결된 DC 리액터와 스너버 커패시터의 일단에 공통 연결되는 3개의 다이오드(D1, D3, D5); 및
상기 다이오드 D1, D3, D5의 각 애노드 단에 각각 캐소드 단이 연결되고, 애노드 단은 상기 직류 링크 커패시터의 일단(상기 스너버 커패시터에 연결되지 않은 단)에 공통 연결된 3개의 다이오드(D2, D4, D6)를 포함하고,
상기 3상 교류전원이 정상일 때, 상기 각 다이오드를 경유하는 전류는 상기 DC 리액터와 상기 직류 링크 커패시터를 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 서지 전압 보호 기능을 구비한 DC 리액터 내장형 인버터.The method according to claim 1,
The three-phase full-wave rectifier includes three diodes (D1, D3), each of which receives an input of each phase voltage of the three-phase AC power source at its anode terminal and is commonly connected to one end of the snubber capacitor and the parallel- , D5); And
The anode ends of the diodes D1, D3 and D5 are respectively connected to the anode ends of the diodes D1, D3 and D5. The anode ends of the diodes D1, D3 and D5 are connected to three diodes D2, D4, D6)
Wherein when the three-phase AC power is normal, a current passing through each diode flows through the DC reactor and the DC link capacitor. 제 2 항에 있어서,
상기 3상 교류전원에 서지 전압이 발생하였을 때, 상기 각 다이오드를 경유하는 전류는 상기 스너버 커패시터와 상기 직류 링크 커패시터를 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 서지 전압 보호 기능을 구비한 DC 리액터 내장형 인버터.3. The method of claim 2,
Wherein when a surge voltage is generated in the three-phase AC power source, a current passing through each of the diodes flows through the snubber capacitor and the DC link capacitor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190045556A (en) * 2017-10-24 2019-05-03 현대모비스 주식회사 Inverter device
WO2021235561A1 (en) * 2020-05-18 2021-11-25 엘지마그나 이파워트레인 주식회사 Inverter device

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