KR20160043434A - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 Download PDF

Info

Publication number
KR20160043434A
KR20160043434A KR1020140137812A KR20140137812A KR20160043434A KR 20160043434 A KR20160043434 A KR 20160043434A KR 1020140137812 A KR1020140137812 A KR 1020140137812A KR 20140137812 A KR20140137812 A KR 20140137812A KR 20160043434 A KR20160043434 A KR 20160043434A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
inverter
unit
switching
control signal
Prior art date
Application number
KR1020140137812A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102379836B1 (ko
Inventor
박귀근
엄재부
서보환
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020140137812A priority Critical patent/KR102379836B1/ko
Publication of KR20160043434A publication Critical patent/KR20160043434A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102379836B1 publication Critical patent/KR102379836B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/025—Motor control arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/88—Electrical aspects, e.g. circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/021—Inverters therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/024—Compressor control by controlling the electric parameters, e.g. current or voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부호부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터와, 정류부와 커패시터 사이에, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는, 인버터 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력한다. 이에 따라, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 구동가능하게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기{Mootor driver and air conditioner including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 구동가능한 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
본 발명의 목적은, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 구동가능한 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부호부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터와, 정류부와 커패시터 사이에, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는, 인버터 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환기와, 압축기 내의 모터를 구동하기 위한 압축기 모터 구동 장치를 포함하며, 압축기 모터 구동 장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부와 커패시터 사이에, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 정류부로부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터와, 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는, 인버터 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 입력 교류 전원을 정류하는 정류부와, 정류부호부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터와, 정류부와 커패시터 사이에, 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터와, 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 인버터 제어부는, 인버터 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력함으로써, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 모터 구동이 가능하게 된다.
특히, 스위칭 주기의 절반 기간 마다, 맥동 전압을 검출하고, 검출된 맥동 전압을 이용하여, 인버터 스위칭 제어 신호를, 생성함으로써, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 모터 구동이 가능하게 된다.
한편, 인버터 제어부는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차에 기초하여, 지연 보상치를 연산하는 맥동 전압 지연 보상부를 구비함으로써, 맥동하는 커패시터 양단 전압에 대응하여 인버터 제어를 수행할 수 있게 된다. 따라서, 모터로 인가되는 출력 전류의 파형의 포락선이 일정하게 된다.
한편, 커패시터와 인버터 사이에 모터로부터의 회생 전력을 소비하는 회생 전력 소비부가 배치됨으로써, 회생 전력 소비가 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 실외기 내의 압축기 구동을 위한 모터 구동장치의 블록도의 다양한 예이다.
도 4a는 도 3a 내지 도 3b의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4b는 도 3b의 컨버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 5a는 도 3a의 컨버터의 회로도의 일예이다.
도 5b는 도 3b의 컨버터의 회로도의 다른 예이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5b의 모터 구동 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 회생 전력 소비부의 회로도의 일예이다.
도 8 내지 도 9e는 도 4a의 인버터 제어부의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 10은 도 3b의 컨버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기는 도 1에 도시된 바와 같이, 대형의 공기조화기(50)로서, 복수의 실내기(31 내지 35), 복수의 실내기에 연결되는 복수의 실외기(21, 22), 복수의 실내기 각각과 연결되는 리모컨(41 내지 45), 그리고 복수의 실내기 및 실외기를 제어하는 원격제어기(10)를 포함할 수 있다.
원격제어기(10)는 복수의 실내기(31 내지 36) 및 복수의 실외기(21, 22)와 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어한다. 이때, 원격제어기(10)는 복수의 실내기에 연결되어 실내기에 대한 운전설정, 잠금설정, 스케줄제어, 그룹제어 등을 수행할 수 있다.
공기조화기는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 이하 설명의 편의를 위하여 천장형 공기조화기를 예로 설명한다. 또한, 공기조화기는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21, 22)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(21, 22)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31 내지 35)로 냉매를 공급한다. 실외기(21,22)는 원격제어기(10) 또는 실내기(31 내지 35)의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 된다.
이때, 실외기(21, 22)는 복수의 실외기가, 각각 연결된 실내기로 각각 냉매를 공급하는 것을 기본으로 하여 설명하나, 실외기 및 실내기의 연결구조에 따라 복수의 실외기가 상호 연결되어 복수의 실내기로 냉매를 공급할 수도 있다.
실내기(31 내지 35)는 복수의 실외기(21, 22) 중 어느 하나에 연결되어, 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31 내지 35)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21, 22) 및 실내기(31 내지 35)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하고, 실외기 및 실내기는 원격제어기(10)와 별도의 통신선으로 연결되어 원격제어기(10)의 제어에 따라 동작한다.
리모컨(41 내지 45)는 실내기에 각각 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신하며, 경우에 따라 복수의 실내기에 하나의 리모컨이 연결되어 하나의 리모컨 입력을 통해 복수의 실내기의 설정이 변경될 수 있다.
또한, 리모컨(41 내지 45)은 내부에 온도감지센서를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분된다.
실외기(21)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.
실내기(31)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 도 2에서는 실내기(31)와 실외기(21)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.
도 1의 실외기(21) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(250)를 구동하는 압축기 고둥을 위한 모터 구동장치(200)에 의해 구동될 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 실외기 내의 압축기 구동을 위한 모터 구동장치의 블록도의 다양한 예이다.
먼저, 도 3a의, 모터 구동장치(200)는, 압축기 모터(250)에 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(220)와, 인버터(220)를 제어하는 인버터 제어부(230)와, 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210), 컨버터(210)를 제어하는 컨버터 제어부(215), 회생 전력 소비부(270)를 포함할 수 있다.
모터 구동장치(200)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 압축기 모터(250)에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 모터 구동장치(200)는, 전력변환장치 또는 압축기 구동장치라고도 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 수십 μF 이하의 저용량의 dc단 커패시터(C)를 사용하는 것으로 한다. 예를 들어, 저용량의 dc단 커패시터(C)는, 전해 커패시터가 아닌, 필름 커패시터를 포함할 수 있다.
저용량의 커패시터를 사용하는 경우, dc단 전압의 변화가 커져, 맥동하게되며, 평활 동작이 거의 수행되지 않게 된다.
이러한, 수십 μF 이하의 저용량의 dc단 커패시터(C)를 구비하는 모터 구동 장치를, 커패시터리스(capacitorless) 기반의 모터 구동장치라 할 수 있다.
본 명세서에서는, 저용량의 dc단 커패시터(C)를 구비하는 모터 구동 장치(200)를 중심으로 기술한다.
정류부(510)는, 입력 교류 전원(201)을 입력받아 정류하여 정류된 전원을 출력한다. 입력 교류 전원(201)이 삼상 교류 전원인 경우, 정류부(510)는 삼상 교류 전원을 정류하여 출력한다.
한편, 본 발명에 따르면, 인버터(220)에 직류 전원을 공급하는 컨버터(210)는, 삼상 교류 전원을 입력받아, 직류 전원을 변환을 수행한다. 이를 위해, 컨버터(210)는, 정류부(도 5a의 510)를 구비할 수 있다. 그외, 리액터(미도시)를 더 구비하는 것도 가능하다.
컨버터(210)의 출력단에는, 커패시터(C)가 접속된다. 커패시터(C)는, 컨버터(210)에서 출력되는, 전원을 저장할 수 있다. 컨버터(210)에서 출력되는, 전원은 dc 전원이므로, dc단 커패시터라 명명할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(510) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있다.
한편, 입력 전압 검출부(A)에 의해, 입력 전압의 제로 크로싱 지점도 검출할 수 있게 된다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(510) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있다.
dc 전압 검출부(B)는 dc 단 커패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 dc 단 전압 검출부(B)는, 맥동 전압 검출부라 명명될 수 있다.
이러한 맥동 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 dc 단 커패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있으며, dc 단 커패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성될 수 있다.
인버터(220)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(250)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(220)는, 복수의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결될 수 있다. 그리고, 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 인버터(220)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(220)에 출력할 수 있다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(250)에 흐르는 출력 전류(io) 또는 dc단 커패시터 양단인 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, dc 단 전압(Vdc)은 dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(220)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
회생 전력 소비부(270)는, 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에 배치되며, 모터(250)로부터의 회생 전력을 소비한다. 이에 따라, 브레이킹 쵸퍼(Braking Chopper)라고도 명명할 수 있다.
회생 전력 소비부(270)는, 커패시터(C) 양단 사이에 배치되는 저항 소자 및 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 추가로, 저항 소자에 병렬 접속되는 다이오드 소자를 더 포함할 수 있다.
다음, 도 3b의 모터 구동 장치(210)는, 도 3a와 유사하나, 컨버터(210) 내에 부스트 컨버터(515)를 더 구비하는 것에 그 차이가 있다.
부스트 컨버터(515)는, 정류부(510)와 인버터(220) 사이에, 서로 직렬 접속되는 인덕터(L1)와 다이오드(D1), 인덕터(L1)와 다이오드(D1) 사이에 접속되는 스위칭 소자(S1)를 구비한다. 이러한 스위칭 소자(S1)의 온에 의해, 인덕터(L1)에 에너지가 저장되다가, 스위칭 소자(S1)의 오프에 의해, 인덕터(L1)에 저장된 에너지가 다이오드(D1)를 거쳐, 출력될 수 있다.
특히, 저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 모터 구동장치(200)에 있어, 부스트 컨버터(515)로부터, 일정 전압이 승압된, 즉 오프셋된, 전압이 출력될 수 있다.
컨버터 제어부(215)는, 부스트 컨버터(515) 내의 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(215)는, 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
도 4a는 도 3a 내지 도 3b의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4a를 참조하면, 인버터 제어부(230)는, 축변환부(310), 위치 추정부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360), 맥동 전압 지연 보상부(365)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
위치 추정부(320)는, 축변환부(310)에서 변환된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 모터(250)의 회전자 위치(
Figure pat00001
)를 추정한다. 또한, 추정된 회전자 위치(
Figure pat00002
)에 기초하여, 연산된 속도(
Figure pat00003
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00004
)와 목표 속도(ω)에 기초하여, 속도 지령치(ω* r)를 연산하며, 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00005
)와 목표 속도(ω)의 차이인 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, PI 제어기(435)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(444)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(448)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00006
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00007
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 본 발명에서는, 인버터 제어부(230)가 인버터(220) 제어를 위한 인버터 스위칭 제어 신호를 생성하나, dc 단 전압이 맥동하므로, 맥동 전압에 대한 위상에 맞추어, 인버터 스위칭 제어 신호를 생성하도록 한다.
인버터 제어부(230)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차와, 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 인버터(220)를 제어할 수 있다.
특히, 인버터 제어부(230)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차와, 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 지연 보상치를 연산하며, 연산된 지연 보상치에 기초하여, 인버터(220)로 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 보상할 수 있다.
본 발명에서는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차를 고려하여, 맥동 전압 지연 보상부(365)를 활용한다.
맥동 전압 지연 보상부(365)는, dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출된 맥동 전압을 수신한다.
그리고, 맥동 전압 지연 보상부(365)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차를 연산할 수 있다. 한편, 맥동 전압 지연 보상부(365)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차에 기초하여, 지연 보상치를 연산할 수 있다.
한편, 지연 오차는, 맥동 전압 검출시의 샘플링 타이밍, 및 인버터에 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호의 출력 타이밍을 포함하는 지연 시간으로 인한 오차일 수 있다.
결국, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 전압 지령치 및 지연 보상치에 기초하여, 맥동하는 dc 단 전압의 순시치에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
도 4b는 도 3b의 컨버터 제어부의 내부 블록도이다.
도면을 참조하면, 컨버터 제어부(215)는, 전류 지령 생성부(410), 전압 지령 생성부(420), 및 스위칭 제어신호 출력부(430)를 포함할 수 있다.
전류 지령 생성부(410)는, 출력 전압 검출부(B), 즉 dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)과 dc 단 전압 지령치(V*dc)에 기초하여, PI 제어기 등을 통해 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성할 수 있다.
전압 지령 생성부(420)는 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 입력 전류(iL)에 기초하여 PI 제어기 등을 통해 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다.
스위칭 제어신호 출력부(430)는 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여, 도 5a의 부스트 컨버터(515) 내의 부스트 스위칭 소자(S)를 구동하기 위한 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 부스트 컨버터(515)에 출력할 수 있다.
한편, 도 5b의 인터리브 부스트 컨버터(520)를 제어하기 위해, 전압 지령 생성부(420)는 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 제1 입력전류(iL1) 및 제2 입력전류(iL2)에 기초하여, PI 제어기 등을 통해 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다.
스위칭 제어신호 출력부(430)는 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여, 제1 부스트 컨버터(523) 내의 제1 부스트 스위칭 소자(S1)와 제2 부스트 컨버터(526) 내의 제2 부스트 스위칭 소자(S2)를 구동하도록, 제1 컨버터 스위칭 제어신호(Scc1)와 제2 컨버터 스위칭 제어신호(Scc2)를 각각 제1 부스트 컨버터(523)와 제2 부스트 컨버터(526)로 출력한다.
한편, 맥동 전압 지연 보상부(365)는,
도 5a는 도 3a의 컨버터의 회로도의 일예이다.
도면을 참조하면, 컨버터(210)는, 삼상 교류 전원(210a,201b,201c)을 입력받아 정류하는 정류부(510)를 구비할 수 있다.
정류부(510)는, 삼상 브릿지 다이오드를 구비할 수 있다. 이를 위해, 정류부(510)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자(Da,Db,Dc) 및 하암 다이오드 소자(D'a,D'b,D'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 다이오드 소자가 서로 병렬(Da&D'a,Db&D'b, Dc&D'c)로 연결되는 것을 예시한다. 즉, 브릿지 형태로 서로 접속될 수 있다.
도 5b는 도 3b의 컨버터의 회로도의 다른 예이다.
도면을 참조하면, 컨버터(210)는, 삼상 교류 전원(210a,201b,201c)을 입력받아 정류하는 정류부(510)와, 부스트 컨버터(515)를 구비할 수 있다.
부스트 컨버터(515)는, 인덕터(L)와, 인덕터(L)에 접속되는 다이오드(D)와, 인덕터(L)와 다이오드(D) 사이에 접속되는 스위칭 소자(S)를 구비할 수 있다.
한편, 입력 전압 검출을 위한 입력전압 검출부(A)가 정류부(510)와, 부스트 컨버터(515) 사이에 배치될 수 있으며, 인덕터(L)에 흐르는 전류 검출을 위한 전류 검출부(F)가, 인덕터(L)와 스위칭 소자(S) 사이에 배치될 수 있다.
컨버터(210)에서 변환된 직류 전원은, 컨버터 출력단(210)에 접속되는 커패시터(C)로 출력되어 저장된다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5b의 모터 구동 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 6a는, 저용량의 dc 단 커패시터(C)가, 도 5b의 부스트 컨버터(515) 없이, 즉, 도 5a와 같이, 정류부(510)에 접속되는 경우의, dc 단 전압(Vdc)을 예시한다.
저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 경우, 도면과 같이, 저용량의 dc 단 커패시터(C)가, dc 단 전압(Vdc)을, 평활하지 못하며, 따라서, 맥동하는 dc 단 전압(Vdc)이 그대로 인버터(220)에 공급되게 된다.
이러한 경우, 맥동하는 dc 단 전압(Vdc)의 피크치(VL1) 보다 낮은, 대략 0.7VL1 전압에서 평균 전압이 형성된다.
인버터(220)는, 대략 0.7VL1 전압을 이용하여, 삼상의 교류 전원을 생성할 수 있으나, 대략 0.7VL1 전압 이하의 구간에서는, 모터 구동을 원활하게 수행하기 힘들게 된다. 따라서, 전압 이용율이 낮아지게 된다.
또한, 도면을 보면, 입력 전압의 주파수가 대략 60Hz인 경우, 그 두 배에 해당하는, 대략 120Hz의 전압 리플이 발생하게 된다.
한편, 도 6a와 같이 맥동하는 전압을 이용하여, 인버터(220)를 통해 모터(250)를 구동하는 경우, 도 6b와 같이, ΔT1에 대응하는 토크 리플이 발생한다. 이러한 토크 리플로 인하여, 진동 및 소음이 발생하게 된다.
한편, 저용량의 dc 단 커패시터(C)의 커패시턴스가 작아질수록, 전류 제어 등이 수행되지 않으므로, 낮은 입력 역률 특성이 발생하게 된다.
이러한 점을 해결하기 위해, 본 발명에서는, 입력 전원으로 삼상 입력 전원을 사용한다. 단상에 비해 고전압의 입력 전원을 사용함으로써, 실제 전압 이용율이 높아지게 된다.
또는, 이러한 점을 해결하기 위해, 본 발명에서는, 도 5b와 같이, 정류부(510) 이후에, 부스트 컨버터(515)를 배치한다.
도 6c는, 도 4의 부스트 컨버터(515)와 저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 경우의, dc 단 전압(Vdc)을 예시한다.
부스트 컨버터(515)를 이용하여, VL2 전압 만큼 승압시키면, 최소 전압이 VL2이며, 피크치가, VL2+VL1인 맥동 전압이 dc 단에 출력되게 된다. 이에 의하면, 대략, VL1 전압에서 평균 전압이 형성될 수 있다.
인버터(220)는, 대략 VL1 전압을 이용하여, 삼상의 교류 전원을 생성할 수 있으나, 대부분의 전압 구간에서, 모터 구동을 원활하게 수행할 수 있게 된다. 따라서, 전압 이용율이 상승하며, 운전 영역이 증대되게 된다.
한편, 도 6c와 같이, 부스트 컨버터(515)와 저용량의 dc 단 커패시터(C)를 사용하는 경우의, dc 단 전압(Vdc)에 의해, 인버터(220)를 통해 모터(250)를 구동하는 경우, 도 6d와 같이, ΔT2에 대응하는 토크 리플이 발생한다. 즉, 도 6a의 ΔT1 보다 작은, ΔT2 에 대응하는 토크 리플이 발생할 수 있다. 즉, 토크 리플이 상당히 저감되게 된다.
한편, 부스트 컨버터(515)를 사용하면, 입력 전류(Is)를 제어하게 되어, 결국, 입력 역률이 개선되게 된다.
한편, 입력 전압으로 삼상의 교류 전원을 사용하는 경우, 소용량이 커패시터(C)에 의해, dc 단 커패시터(C) 양단의 전압이, 맥동하므로, 고전압의 dc 단 전압이 발생하게 된다.
또한, 모터(250)가 급정지하거나, 탈조되는 경우, 모터(250)로부터의 회생 전력이 순간적으로, dc 단 커패시터(C) 양단의 전압이 과도하게 상승하게 된다.
이에 의해, 모터 구동장치(200) 내의 회로 소자의 소손이 발생할 가능성이 높게 된다.
본 발명에서는, 이러한 점을 해결하기 위해, dc 단 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에, 회전 전력 소비부를 배치한다. 이에 대해서는, 도 7 이하를 참조하여 기술한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 회생 전력 소비부의 회로도의 일예이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 회생 전력 소비부(270)는, 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에 배치되며, 모터(250)로부터의 회생 전력을 소비한다. 이에 따라, 브레이킹 쵸퍼(Braking Chopper)라고도 명명할 수 있다.
회생 전력 소비부(270)는, 커패시터(C) 양단 사이에 배치되는 저항 소자(RB) 및 스위칭 소자(Swa)를 포함할 수 있다. 추가로, 저항 소자(RB)에 병렬 접속되는 다이오드 소자(DB)를 더 포함할 수 있다.
회생 전력 소비부(270)는, dc 단 전압이 소정치 이상인 경우, 스위칭 소자(Swa)가 온 되어, 모터(250)로부터의 회생 전력(Pre)이 저항 소자(RB)에서 소비된다.
한편, dc단 전압이 소정치 이상인 지 여부를 판단하는 제1 방안으로, 인버터 제어부(230)가 소프트웨어적으로 판단하는 방법이 있다.
dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 인버터 제어부(230)로 입력되므로, 인버터 제어부(230)는, dc 단 전압(Vdc)의 레벨이, 소정치 이상인 지 여부를, 메모리에 기 저장된 레벨과 비교하여, 판단할 수 있다. 그리고, 소정치 이상인 경우, 인버터 제어부(230)는, 스위칭 소자(Swa) 구동을 위한 스위칭 제어 신호(Sbc)를 생성할 수 있다.
한편, dc단 전압이 소정치 이상인 지 여부를 판단하는 제2 방안으로, 하드웨어적으로 구현하는 방법도 가능하다.
도 8 내지 도 9e는 도 4a의 인버터 제어부의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 8은, 인버터 제어부(230), 특히 스위칭 제어 신호 출력부(360) 내에서, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를, 생성하기 위한 공간 벡터 기법을 예시한다.
공간 벡터(space vector) 기법을 사용하면, 도면과 같이, 6개의 유효 전압 벡터(V1~V6)와 2개의 영 전압 벡터를 이용하여, 인버터(230) 내의 복수의 스위칭 소자를 구동하기 위한 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를, 생성할 수 있다.
도면에서의 V* 를 예를 들어, 유효 전압 V1과 V2, 영전압인 V0과 V7을 이용하여 만들게 된다. 유효 전압 V1이 인가되는 시간을 T1, V2가 인가되는 시간을 T2, 영전압이 인가되는 시간을 T0라 하면, 다음의 수학식 1에 의해, T1, T2, T0가 결정될 수 있다.
Figure pat00008
그리고, 결정된 T1, T2, T0에 기초하여, 인버터(230) 내의 복수의 스위칭 소자를 구동하기 위한 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)가 생성된다. 특히, 인버터 스위칭 소자가 IGBT인 경우, 게이트 구동 신호가 생성된다.
한편, 본 발명에서는, 3상의 입력 전압을 이용하면서, 소용량의 커패시터를 사용하므로, 상술한 바와 같이, dc 단 전압이 맥동하게 된다. 이러한 상태에서, 입력 전압이 급격히 변한다던지 또는 dc 단 전압이 급격히 변한다던지 하는 경우, 순간적으로 모터에 흐르는 상 전류의 과도 상태가 커지게 된다.
도 9a는 dc 단 전압(Vdc)이 순간적으로 Vdc1 에서 Vdc로 상승한 것을 예시한다.
한편, 인버터 제어부(230)는, 도 8에 도시된 공간 벡터(space vector) 기법 사용시, 도 9b와 같이, 스위칭 주파수(fs)에 대응하는 스위칭 주기(Ts) 동안, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 연산하여 출력할 수 있다.
또한, 도 9b에서는, Ts1,Ts2,Ts3 시간에, 맥동 전압인 Vdc 전압을 검출하는 것을 예시한다.
그러나, 도 9a와 같이, dc 단 전압(Vdc)이 순간적으로 Vdc1 에서 Vdc로 상승하는 경우에도, 도 9b와 같이, 스위칭 주파수(fs)에 대응하는 스위칭 주기(Ts) 동안, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 연산하여 출력하면, 도 9c와 같이, 모터(250)에 흐르는 상 전류(Ia_a)에 순간적으로 피크치(Ipk)가 발생하며, 이로 인해, 회로 보호를 위해, 인버터(230)가 일시 정지하게 된다. 따라서, 도 9c와 같이, 피크치(Ipk) 발생 이후, 상 전류가 더 이상 흐르지 않게 될 수도 있다.
본 발명에서는, 이와 같이, 순간적인 전압 변동에 대응하여, 동작 가능하도록 하기 위해, 인버터 제어부(230)가, 인버터(220) 내의 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 동안 연산하도록 한다.
또한, 맥동 전압 검출부(B)가, 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 마다 맥동 전압(Vdc)을 검출하도록 한다.
도 9d는, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 동안, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)가 연산되어 출력되고, 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 마다 맥동 전압(Vdc)이 검출되는 것을 예시한다.
도면에서는, Tsa,Tsb,Tsc,Tsd,Tse 시간에, 맥동 전압인 Vdc 전압이 검출되는 것을 예시한다.
이에 따라, 도 9e와 같이, 모터(250)에 흐르는 상 전류(Ia_b)에, 피크치가 발생하지 않게 된다. 즉, 모터(250)에 흐르는 상 전류(Ia_b)는 일정한 크기의 정현파일 수 있다.
결국, 소용량의 커패시터를 사용하는 모터 구동장치(200)에서 dc 단(Vdc)의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 모터 구동이 가능하게 된다.
특히, 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2) 마다, 맥동 전압(Vdc)을 검출하고, 검출된 맥동 전압(Vdc)을 이용하여, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를, 생성함으로써, 소용량의 커패시터(C)를 사용하는 모터 구동장치(200)에서 dc 단의 급격한 전압 변동에도 안정적으로 모터 구동이 가능하게 된다.
한편, 도 4a의 인버터 제어부(230) 중 전류 지령 생성부(410)와 전압 지령 생성부(420)의 동작 주기는 스위칭 주기(Ts)와 동일할 수 있으며, 스위칭 제어 신호 출력부(430)의 동작 주기는 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2)과 동일할 수 있다.
전류 지령 생성부(410)와 전압 지령 생성부(420)는, 검출되는 맥동 전압(Vdc)을 이용하지 않으므로, 그 동작 주기가, 스위칭 주기(Ts)와 동일하여도 상관 없으나, 스위칭 제어 신호 출력부(430)는, 검출되는 맥동 전압(Vdc)에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하므로, 스위칭 제어 신호 출력부(430)의 동작 주기는 스위칭 주기의 절반 기간(Ts/2)과 동일한 것이 바람직하다.

한편, 인버터 제어부(230)가 인버터(220) 제어를 위한 인버터 스위칭 제어 신호를 생성하나, dc 단 전압이 맥동하므로, 맥동 전압에 대한 위상에 맞추어, 인버터 스위칭 제어 신호를 생성할 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)와, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)에 기초하여, 인버터(220)를 제어할 수 있다.
특히, 인버터 제어부(230)는, 검출되는 맥동 전압과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)와, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)에 기초하여, 지연 보상치(Tde)를 연산하며, 연산된 지연 보상치에 기초하여, 인버터(220)로 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 보상할 수 있다.
본 발명에서는, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)를 고려하여, 맥동 전압 지연 보상부(365)를 활용한다.
맥동 전압 지연 보상부(365)는, dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출된 맥동 전압을 수신한다.
그리고, 맥동 전압 지연 보상부(365)는, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)를 연산할 수 있다. 한편, 맥동 전압 지연 보상부(365)는, 검출되는 맥동 전압(Vdc-de)과 맥동 전압의 순시치(Vdc_re)와의 차이인 지연 오차(Vdc_di)에 기초하여, 지연 보상치(Tde)를 연산할 수 있다.
한편, 지연 오차(Vdc_di)는, 맥동 전압 검출시의 샘플링 타이밍, 및 인버터(220)에 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)의 출력 타이밍을 포함하는 지연 시간으로 인한 오차일 수 있다.
결국, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 전압 지령치 및 지연 보상치에 기초하여, 맥동하는 dc 단 전압의 순시치에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
도 10은 도 3b의 컨버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 컨버터 제어부(215)는, 입력 전류 지령 생성부(720), 전류류 제어부(730), 및 전향 보상부(740)를 구비할 수 있다.
입력 전류 지령 생성부(720)는, 입력 전압 검출부(A)에서 검출되는 입력 전압(Vs)을 수신하고, 입력 전압(Vs)에 기초하여, 입력 전류 지령치(I*s)를 생성할 수 있다.
한편, 감산기(725)는, 입력 전류 지령치(I*s)와, 입력 전류 검출부(D)에서 검출되는 입력 전류(Is)와의 차이를 연산하고, 그 차이를 전류 제어부(730)에 인가한다.
전류 제어부(730)는, 입력 전류 지령치(I*s)와, 입력 전류 검출부(D)에서 검출되는 입력 전류(Is)에 기초하여, 제1 듀티(duty)에 대응하는 제1 스위칭 제어 신호(Sp1)를 생성한다.
구체적으로, 전류 제어부(730)는, 입력 전류 지령치(I*s)와, 입력 전류(Is)의 차이에 기초하여, 제1 듀티(duty)에 대응하는 제1 스위칭 제어 신호를 생성한다.
한편, 전향 보상부(740)는, 부스트 컨버터(515)의 입력전압(Vs) 및 dc 단 전압(Vdc)으로 이루어진 왜란을 제거하기 위해, 전향 보상(feed-forward compensation)을 수행한다. 이에 따라, 전향 보상부(740)는, 왜란 제거를 고려한, 제2 듀티에 대응하는 제2 스위칭 제어 신호(Sp2)를 생성할 수 있다.
가산기(735)는, 제1 스위칭 제어 신호(Sp1)와 제2 스위칭 제어 신호(Sp2)를 가산하여, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 즉, 가산기(735)는, 제1 듀티와 제2 듀티를 고려한, 컨버터 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 부스트 컨버터(515)가 동작하게 된다.
한편, 본 발명의 모터 구동장치 또는 공기조화기의 동작방법은, 모터 구동장치 또는 공기조화기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 입력 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터의 맥동 전압을 저장하는 커패시터;
    상기 정류부와 상기 커패시터 사이에, 상기 정류부로부터 정류된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터;
    상기 맥동 전압을 검출하는 맥동 전압 검출부;
    복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 커패시터 양단의 전압을 이용하여, 변환된 교류 전원을 모터로 출력하는 인버터;
    상기 맥동 전압 검출부에서 검출되는 맥동 전압에 기초하여, 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하며,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 인버터 내의 상기 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 인버터 스위칭 제어 신호를, 스위칭 주파수에 대응하는 스위칭 주기의 절반 기간 동안 연산하여, 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 맥동 전압 검출부는,
    상기 스위칭 주기의 절반 기간 마다, 상기 맥동 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    속도 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;
    상기 전압 지령치 및 상기 맥동 전압에 기초하여, 상기 인버터 내의 상기 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 상기 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 지령 생성부와 상기 전압 지령부의 동작 주기는 상기 스위칭 주기와 동일하며,
    상기 스위칭 제어 신호 출력부의 동작 주기는 상기 스위칭 주기의 절반 기간과 동일한 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검출되는 맥동 전압과 상기 맥동 전압의 순시치와의 차이인 지연 오차에 기초하여, 지연 보상치를 연산하는 맥동 전압 지연 보상부;를 더 포함하고,
    상기 스위칭 제어 신호 출력부는,
    상기 전압 지령치 및 상기 지연 보상치에 기초하여, 상기 인버터 내의 상기 복수의 스위칭 소자의 턴 온 듀티에 대응하는 상기 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터와 상기 인버터 사이에 배치되며, 상기 모터로부터의 회생 전력을 소비하는 회생 전력 소비부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터는, 필름 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부;
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부; 및
    상기 입력 전류와 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 부스트 컨버터 내의 스위칭 소자를 제어하기 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 컨버터 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    상기 검출된 입력 전압에 기초하여, 입력 전류 지령치를 생성하는 입력 전류 지령 생성부;
    상기 입력 전류 지령치와 상기 검출된 입력 전류에 기초하여, 제1 스위칭 제어 신호를 생성하는 전류 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    제2 스위칭 제어 신호를 생성하는 전향 보상부;를 더 포함하며,
    상기 제1 스위칭 제어 신호와 제2 스위칭 제어 신호에 기초하여, 상기 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 입력 교류 전원은 삼상 교류 전원인 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  12. 상기 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 구동 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
KR1020140137812A 2014-10-13 2014-10-13 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 KR102379836B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140137812A KR102379836B1 (ko) 2014-10-13 2014-10-13 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140137812A KR102379836B1 (ko) 2014-10-13 2014-10-13 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160043434A true KR20160043434A (ko) 2016-04-21
KR102379836B1 KR102379836B1 (ko) 2022-03-28

Family

ID=55917941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140137812A KR102379836B1 (ko) 2014-10-13 2014-10-13 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102379836B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0149289B1 (ko) * 1994-07-01 1998-11-02 쯔지 하루오 역률을 개선하고 전원으로부터의 고조파 전류를 억제하는 능동 필터가 포함된 공기 조화기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0149289B1 (ko) * 1994-07-01 1998-11-02 쯔지 하루오 역률을 개선하고 전원으로부터의 고조파 전류를 억제하는 능동 필터가 포함된 공기 조화기

Also Published As

Publication number Publication date
KR102379836B1 (ko) 2022-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102314037B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR20150141085A (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
US9732991B2 (en) Motor driving device and air conditioner including the same
US10587182B2 (en) Power conversion device having a control unit that outputs based on detected inductor current
KR20150067654A (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR20140112297A (ko) 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102485727B1 (ko) 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102203433B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR20170004487A (ko) 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR101936631B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR20190005644A (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102366586B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102199378B1 (ko) 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR20140112298A (ko) 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102317144B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR101888084B1 (ko) 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102379836B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102366401B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR101905480B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
EP3121525A1 (en) Power conversion apparatus and air conditioner including the same
KR102313302B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR101811591B1 (ko) 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102136153B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102426372B1 (ko) 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR20160058436A (ko) 전력변환장치, 및 이를 구비하는 공기조화기

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant