KR20160121314A - 3상 부하의 전류제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 3상 부하에 복수 개의 인버터가 병렬로 연결되어 복수 개의 인버터들 가운데 발생되는 순환전류 전체를 제어하는 3상 부하의 전류제어장치에 관한 것이다. 이러한 3 상부하의 전류제어장치는 3상 부하에 서로 병렬 연결되어, 부하를 제어하는 3상 제어 전류를 상호 분배하여 공급하는 복수 개의 인버터, 복수 개의 인버터로부터 공급되는 제어전류를 동기좌표계의 성분으로 좌표 변환하여 복수 개의 인버터로 궤환 시키는 복수 개의 좌표변환기, 좌표변환기에서 좌표 변환된 제어전류로부터, 서로 다른 복수개의 인버터의 서로 다른 상 사이를 순환하는 크로스순환전류와, 서로 다른 복수개의 인버터의 서로 동일한 상 사이를 순환하는 영상순환전류를 추출하는 순환전류제어기, 크로스순환전류를 입력받고 비례 적분 제어하여 제로값에 추종시키는 크로스순환전류제어기 및 영상순환전류를 입력받고 비례 적분 제어하여 제로값에 추종시키는 영상순환전류제어기를 포함하는 3상 부하의 전류제어장치.

Description

3상 부하의 전류제어장치{Limited current apparatus for 3phase load}
본 발명은 3상 부하의 전류제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 3상 부하에 복수 개의 인버터가 병렬로 연결되어 복수 개의 인버터들 가운데 발생되는 순환전류 전체를 제어하는 3상 부하의 전류제어장치에 관한 것이다.
인버터는 전력변환장치로서, 일반적으로 풍력발전기 및 각종 전기기기 분야 등 산업 전반에 걸쳐 범용적으로 사용된다. 인버터는 구성되는 반도체 스위치의 스위칭 동작을 통해 PWM(Pulse Width Modulation)방식으로 사용자가 원하는 전압 및 주파수의 교류전압을 합성하여 부하로 공급하여 부하구동을 정밀하게 제어할 수 있는 특징이 있다.
이러한 인버터를 이용해 부하를 구동할 때, 인버터의 출력 전류 용량의 한계 및 인버터의 고장발생 등의 대비책으로 하나의 부하에 복수 개의 인버터를 병렬 연결하여 사용한다.
그러나, 이와 같이 하나의 부하에 복수 개의 인버터를 연결하여 사용할 경우, 반도체 스위치의 동작의 지연 및 PWM 신호의 지연 등으로 인해 복수 개의 인버터들이 하나의 부하에 균형적인 전류를 인가시키지 못하는 경우가 발생되며, 이를 통해 특정 인버터에 과부하가 걸리게 되면서 인버터가 파손되게 되는 문제가 발생한다.
그래서, 현재 복수 개의 인버터들로부터 균일한 전류가 부하에 공급될 수 있도록 하는 개발 및 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나, 진행된 개발장치 및 연구의 대부분은 인버터에서 부하에 공급되는 전류를 제어하는 것일 뿐, 인버터간에 발생되는 순환전류를 제어하는 방법에 대해서는 구체적으로 제시하지 못하고 있다.
대한민국 공개특허 10-2009-0096841 (2009.09.15)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 하나의 부하에 연결된 복수 개의 인버터들 간에 형성된 전류경로를 흐르는 순환전류 전체를 제어할 수 있는 3상 부하의 전류제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 3상 부하의 전류제어장치는 3상 부하에 서로 병렬 연결되어, 상기 부하를 제어하는 3상 제어 전류를 상호 분배하여 공급하는 복수 개의 인버터, 상기 복수 개의 인버터로부터 공급되는 상기 제어전류를 동기좌표계의 성분으로 좌표 변환하여 상기 복수 개의 인버터로 궤환시키는 복수 개의 좌표변환기, 상기 좌표변환기에서 좌표 변환된 상기 제어전류로부터, 서로 다른 복수 개의 인버터의 서로 다른 상 사이를 순환하는 크로스순환전류와, 서로 다른 복수 개의 인버터의 서로 동일한 상 사이를 순환하는 영상순환전류를 추출하는 순환전류제어기, 상기 크로스순환전류를 입력받고 비례 적분 제어하여 제로값에 추종시키는 크로스순환전류제어기 및 상기 영상순환전류를 입력받고 비례 적분 제어하여 제로값에 추종시키는 영상순환전류제어기를 포함한다.
상기 순환전류제어기는 서로 다른 상기 좌표변환기로부터 각각 좌표 변환된 서로 다른 상기 제어전류의 d축 성분간 차이값 및 q축 성분간 차이값에 비례하여 상기 크로스순환전류을 추출하고, 영전류 성분간의 차이값에 비례하여 상기 영상순환전류을 추출할 수 있다.
상기 크로스순환전류제어기는 상기 크로스순환전류를 입력받아 지령크로스전압을 출력하고, 상기 영상순환전류제어기는 상기 영상순환전류를 입력받아 지령영상순환전압을 출력할 수 있다.
상기 복수 개의 인버터에 연결되어 상기 동기좌표계 상에서 상기 제어전류를 조절하는 부하전류제어기를 더 포함하고, 상기 크로스순환전류제어기의 출력값의 적어도 일부가 상기 부하전류제어기의 출력값에 궤환 될 수 있다.
상기 부하전류제어기의 출력값, 및 상기 영상순환전류제어기의 출력값을 입력 받고 3축 정지좌표계 상의 성분으로 역변환하여 상기 인버터에 제공하는 역좌표변환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 3상 부하의 전류제어장치는 하나의 부하에 복수 개의 인버터부들이 전류를 균형적으로 분배시켜, 인버터를 구성하는 어느 하나의 반도체 스위치에 과부하가 인가되는 것을 방지하여, 과부화에 따른 반도체 스위치 파손 나아가 인버터회로의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3상 부하의 전류제어장치가 연결된 인버터회로이다.
도 2는 도 1의 3상 부하의 전류제어장치의 구조도이다.
도 3은 크로스순환전류제어기 및 영상전류제어기의 구조도이다.
도 4는 도 1의 인버터회로를 순환하는 크로스순환전류의 경로를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 인버터회로를 순환하는 영상순환전류의 경로를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점과 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 수 있다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 3상 부하의 전류제어장치가 연결된 인버터회로를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3상 부하의 전류제어장치가 연결된 인버터회로이다.
3상 부하의 전류제어장치(50)가 병렬 연결된 인버터회로(1)는 하나의 3상 부하(80)에 연결된 복수 개의 인버터(60)가 연결되며, 인버터(60)들 간에 흐르는 순환전류를 제어한다. 이를 통해, 인버터회로(1)는 하나의 3상 부하(80)에 동일한 크기의 전류를 균형적으로 분배한다.
이러한 인버터회로(1)는 본 발명에서 설명의 편의상 하나의 부하에 두 개의 인버터로 병렬 연결된 것 그리고, 이에 따라 전류성분에 곱해지는 값을 1/2로 하여 설명을 진행한다. 그러나, 이는 일 예일 뿐, 반드시 하나의 부하에 연결되는 인버터의 개수가 두 개로 한정되거나, 전류성분에 곱해지는 값이 1/2로 한정되지 않으며, 하나에 부하에 인버터가 세 개, 네 개 등 복수 개의 인버터가 병렬로 연결될 수 있으며, 이에 따라 전류성분에 곱해지는 값 또한 변경될 수 있다.
인버터회로(1)는 교류전원(10), 교류전원(10)과 연결되는 전원인덕터부(20), 전원인덕터부(20)에서 공급되는 교류전류를 정류하는 정류부(30), 정류부(30)와 병렬로 연결된 커패시터부(40), 부하전류제어기(51)와 순환전류제어기(52)등을 포함하는 3상 부하의 전류제어장치(50), 3상 부하의 전류제어장치(50)에 연결되어 3상 부하(80)에 균형적인 전류를 공급하는 인버터(60) 등을 포함할 수 있다.
이하, 인버터회로(1)에 포함되는 각 구성요소에 대해 좀 더 상세히 설명한다.
교류전원(10)은 서로 다른 위상 즉, 각각의 위상 차가 120도 되는 a상, b상, c상의 전압을 출력할 수 있는 3상 전원(three-phase power)이 되며, 이러한 교류전원(10)의 각 상의 전압은 일정한 크기의 교류전류가 형성되도록 한다. 교류전원(10)의 일측에는 복수 개의 인덕터(Ls1 내지 Ls6)로 구성된 전원인덕터부(20)가 연결되어 교류전원(10)에서 출력되는 교류에 불필요하게 섞여 있는 노이즈 성분을 제거하여 정류부(30)에 공급한다.
이를 통해, 복수 개의 다이오드(D1 내지 D12)로 구성된 정류부(30)는 교류전원(10)으로부터 인가된 각 상의 교류를 맥동성분으로 정류하여 커패시터부(40)에 인가한다.
커패시터부(40)는 정류부(30)에서 정류된 맥류에 해당하는 전기적 에너지를 저장하며, 3상 부하(80)의 전류제어장치(50)와 연결된 인버터(60)에 전류를 공급하여 방전된다. 이러한 커패시터부(40)는 충전된 전기를 방전시킬 때, 직류에 가까운 파형으로 변환하여 출력함으로써, 인버터(60)에 일정한 전압이 인가될 수 있도록 한다.
3상 부하의 전류제어장치(50)는 인버터(60)들 사이에 형성된 전류경로를 순환하는 전류 즉, 순환전류를 억제하여, 복수 개의 인버터(60)에서 출력되는 전류가 동일하게 되도록 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)를 제어한다. 이러한 3상 부하의 전류제어장치(50)는 인버터(60)에서 발생 되는 부하전류를 제어하기 위해 부하전류제어기(51), 크로스순환전류 및 영상순환전류를 제어하기 위해 d축크로스순환전류제어기(52d, 도 2참조), q축크로스순환전류제어기(52q, 도2 참조)와 영상순환전류제어기(52o, 도 2참조)를 포함한다. 이러한 3상 부하의 전류제어장치(50)의 구조 및 작동에 대해서는 구체적으로 후술하도록 한다.
인버터(60)는 하나의 3상 부하(80)에 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)가 병렬로 연결되어, 하나의 3상 부하(80)에서 필요로 하는 3상 제어전류를 상호 분배하여 공급한다. 인버터(60)는 입력된 신호 즉, 전압 또는 전류에 의해 신호의 흐름을 제어하는 반도체 스위치(S1 내지 S12) 그리고 반도체 스위치(S1 내지 S12)에 역병렬로 연결된 다이오드로 구성될 수 있다.
인버터(60)의 구성에 따른 구조에 대해 제1 인버터(61)를 일 예로 들어 구체적으로 설명하면, 제1 인버터(61)는 제1 반도체 스위치(S1)와 제2 반도체 스위치(S2) 한 쌍이 직렬로 연결되고 각각의 제1 반도체 스위치(S1) 및 제2 반도체 스위치(S2)에 제1 다이오드와 제2 다이오드가 역병렬로 연결된 제1 전력 반도체 세트, 제3 반도체 스위치(S3)와 제4 반도체 스위치(S4) 한 쌍이 직렬로 연결되고 각각의 제3 반도체 스위치(S3) 및 제4 반도체 스위치(S4)에 제3 다이오드와 제4 다이오드가 역병렬로 연결된 제2 전력 반도체 세트 및 제5 반도체 스위치(S5)와 제6 반도체 스위치(S6) 한 쌍이 직렬로 연결되고 각각의 제5 반도체 스위치(S5) 및 제6 반도체 스위치(S6)에 제5 다이오드와 제6 다이오드가 역병렬로 연결된 제3 전력 반도체 세트가 서로 병렬로 연결되어 형성된다.
이러한, 제1 반도체 스위치(S1) 내지 제6 반도체 스위치(S6)는 서로 동일한 전기적 특성을 가지는 소자가 사용될 수 있으며, 제1 반도체 스위치(S1) 내지 제6 반도체 스위치(S6)는 회로 상에서 전류 패스(current path)를 형성하는 다양한 전력반도체 즉, IGBT(Insulated Gate Bipolar mode transistor), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transister), SGCT(Symmetric Gate Commutated Thyristor), IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor) 및 GTO(Gate Turn-off thyristor) 가운데 어느 하나가 될 수 있다.
다만, 본 명세서에서는 구동이 간편하고, 고전압 및 대전류에서 효율이 높은 IGBT를 반도체 스위치(S1 내지 S6)의 일 예로 하여 설명한다.
IGBT는 게이트, 이미터 및 컬렉터 단자를 가지며, 게이트 단자에는 도시되지 않았지만 PWM제어기가 설치될 수 있으며, PWM 제어기는 기준신호 및 반송신호의 대소비교에 의해 게이트 단자에 입력되는 신호를 결정하고, IGBT 즉, 반도체 스위치(S1내지 S12)가 기준신호 및 반송신호의 대소비교에 의해 스위칭 되면서, 반도체 스위치(S1 내기 S12)가 평균적으로 기준신호와 유사한 값을 가지는 구형파를 출력할 수 있도록 한다.
제2 인버터(62)는 전술한 제1 인버터(61)와 동일한 구조로 형성되어 제1 인버터(61)와 같이 구형파를 출력할 수 있다. 이러한 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)에서 출력된 순환전류가 제거된 구형파는 부하인덕터부(70)를 통해 정현파로 변형되어 3상 부하(80)에 공급되어 3상 부하(80)를 구동시킨다.
이하, 도 2를 참조하여, 3상 부하의 전류제어장치의 구조에 대해 설명한다.
도 2는 도 1의 3상 부하의 전류제어장치의 구조도이다.
3상 부하의 전류제어장치(50)는 제1 인버터(61)와 제2 인버터(62)들 사이에 형성된 전류경로를 순환하는 전류를 제거하여 제1 인버터(61)와 제2 인버터(62)에 동일한 크기의 전류가 출력될 수 있도록 한다.
이러한 3상 부하의 전류제어장치(50)는 부하전류를 제어하는 부하전류제어기(51), 인버터(60)로부터 공급되는 제어전류를 동기좌표계(synchronous reference frame)기준으로 좌표 변환하여 인버터(60)의 출력측에서 입력측으로 궤환하는 복수 개의 좌표변환기(54a, 54b), 좌표변환기(54a, 54b)에서 좌표 변환된 제어전류로부터 서로 다른 인버터(60)의 서로 다른 상 사이를 순환하는 크로스순환전류(
Figure pat00001
), 서로 다른 인버터(60)의 서로 동일한 상 사이를 순환하는 영상순환전류(
Figure pat00002
)을 추출하는 순환전류제어기(52) 그리고 입력된 복수 개의 값을 연산하는 복수 개의 가산기(AD1 내지 AD14)를 포함한다.
여기서, 동기좌표계는 여자자속(excitation flux)이 존재하는 d축, d축과 직각을 이루는 q축 그리고 영상분축이 되는 n축을 좌표축으로 하는 좌표계를 나타낸다.
부하전류제어기(51)는 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)에 연결되어 동기좌표계 상에서 부하를 제어하는 전류를 출력하는 것으로서, d축의 지령부하전류(
Figure pat00003
)와 d축의 부하전류(
Figure pat00004
)를 제어하는 d부하전류제어기(51d) 그리고 q축의 지령부하전류(
Figure pat00005
)과 q축의 부하전류(
Figure pat00006
)를 제어하는 q부하전류제어기(51q)를 포함한다.
여기서, d부하전류제어기(51d)는 제1 가산기(AD1)에서 감산 연산되는 지령전류성분 즉, d축의 지령부하전류(
Figure pat00007
)와 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)로부터 동기좌표계를 통해 얻어진 d축의 부하전류(
Figure pat00008
)를 처리하여 d축의 지령부하전압(
Figure pat00009
)을 출력할 수 있다. 그리고 q부하전류제어기(51q)는 제2 가산기(AD2)에서 감산 연산되는 q축의 지령부하전류(
Figure pat00010
)와 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)로부터 동기좌표계를 통해 얻어진 q축의 부하전류(
Figure pat00011
)를 처리하여 q축의 지령부하전압(
Figure pat00012
)을 출력할 수 있다.
이때, d축의 부하전류(
Figure pat00013
)는 제10 가산기(AD10)를 통해 제1 좌표변화기(54a)로부터 출력된 d축의 제1 전류성분(
Figure pat00014
)과 제2 좌표변환기(54b)로부터 출력된 d축의 제2 전류성분(
Figure pat00015
)이 합산되어 얻어진다. 그리고 q축의 부하전류(
Figure pat00016
)은 제11 가산기(AD11)를 통해 제1 좌표변화기(54a)로부터 출력된 q축의 제1 전류성분(
Figure pat00017
)과 제2 좌표변환기(54b)로부터 출력된 q축의 제2 전류성분(
Figure pat00018
)이 합산되어 얻어질 수 있다.
순환전류제어기(52)는 지령부하전류와 순환전류를 비례 적분하여 순환전류를 제로값으로 추종시킨다. 이러한 순환전류제어기(52)는 d축의 크로스순환전류(
Figure pat00019
)를 제어하는 d크로스순환전류제어기(52d), q축의 크로스전류(
Figure pat00020
)를 제어하는 q크로스순환전류제어기(52q) 그리고 영상순환전류(
Figure pat00021
)를 제어하는 영상순환전류제어기(52o)를 포함할 수 있다.
d크로스순환전류제어기(52d)는 제3 가산기(AD3)에서 감산 연산되는 지령전류와 동기좌표계를 통해 얻어진 d크로스순환전류(
Figure pat00022
)의 차이값을 처리하여 d축의 지령크로스전압(
Figure pat00023
)을 출력할 수 있으며, q크로스순환전류제어기(52q)는 제4 가산기(AD4)에서 감산 연산되는 지령전류와 동기좌표계를 통해 얻어진 q크로스순환전류(
Figure pat00024
)의 차이값을 처리하여 q축의 지령크로스순환전압(
Figure pat00025
)을 출력할 수 있다.
이때, d크로스순환전류(
Figure pat00026
)는 제12 가산기(AD12)를 통해 제1 좌표변화기(54a)로부터 출력된 d축의 제1 전류성분(
Figure pat00027
)과 제2 좌표변환기(54b)로부터 출력된 d축의 제2 전류성분(
Figure pat00028
)이 가감된 전류성분에 1/2을 곱한 값이 될 수 있으며, q크로스순환전류(
Figure pat00029
)는 제13 가산기(AD13)를 통해 제1 좌표변화기(54a)로부터 출력된 q축의 제1 전류성분(
Figure pat00030
)과 제2 좌표변환기(54b)로부터 출력된 q축의 제2 전류성분(
Figure pat00031
)의 가감된 전류성분에 1/2을 곱한 값이 될 수 있다.
d크로스순환전류제어기(52d)에서 출력된 전압성분은 1/2이 곱해진 후, 제6 가산기(AD6) 및 제7 가산기(AD7)로 궤환 되고 q크로스순환전류제어기(52q)에서 출력된 전압성분은 1/2이 곱해진 후, 제8 가산기(AD8) 및 제9 가산기(AD9)로 궤환 되어 부하전류제어기(51)의 출력값과 연산될 수 있다. 즉, 크로스순환전류제어기(52d, 52q)에서 출력된 전압성분은 부하전류제어기(51)의 출력값에 궤환되어 연산될 수 있다.
여기서, 제6 가산기(AD6)는 부하전류제어기(51)에서 출력된 d축의 지령부하전압(
Figure pat00032
) 1/2이 곱해진 d지령크로스전압(
Figure pat00033
)을 가산하고, 제7 가산기(AD7)는 감산하여 각각 d축의 제1 지령 전압(
Figure pat00034
) 그리고 d축의 제2 지령 전압(
Figure pat00035
)으로 출력하여, 이를 제1 역좌표변환기(53a) 그리고 제2 역좌표변환기(53b)에 입력되도록 한다.
그리고, 제8 가산기(AD8)는 부하전류제어기(51)에서 출력된 q축의 지령부하전압(
Figure pat00036
)과 1/2이 곱해진 q지령크로스전압(
Figure pat00037
)을 가산하고, 제9 가산기(AD9)는 감산하여 각각 q축의 제1 지령 전압성분(
Figure pat00038
) 그리고 q축의 제2 지령 전압성분(
Figure pat00039
)으로 출력하며, 이를 제1 역좌표변환기(54a) 그리고 제2 역좌표변환기(53b)에 입력되도록 한다.
한편, 영상순환전류제어기(52o)는 제5 가산기(AD5)에서 감산 연산되는 지령영상순환전류(
Figure pat00040
)와 제1 좌표변환기(54a)및 제2 좌표변환기(54b)에서 각각 좌표 변환된 영상순환전류 성분간의 차이값이 되는 값 즉, 영상순환전류(
Figure pat00041
)를 처리하여 지령영상순환전압(
Figure pat00042
)을 출력할 수 있으며, 이렇게 출력된 지령영상순환전압(
Figure pat00043
)은 1/2이 곱해진 후 제1 역좌표변환기(53a)로 입력되며, 지령영상순환전압(
Figure pat00044
)에 -1/2이 곱해진 후 제2 역좌표변환기(53b)로 입력될 수 있다.
이때, 영상순환전류제어기(52o)에 입력되는 영상순환전류(
Figure pat00045
)는 제14 가산기(AD14)를 통해 제1 좌표변화기(54a)로부터 출력된 d축의 제1 영상순환전류성분(
Figure pat00046
)과 제2 좌표변환기(54b)로부터 출력된 d축의 제2 영상순환전류성분(
Figure pat00047
)의 연산 된 전류성분에 1/2을 곱한 값으로 얻어질 수 있다.
제1 역좌표변환기(53a)는 제6 가산기(AD6), 제8 가산기(AD8)의 출력값 및 제1 영상순환전류성분(
Figure pat00048
)을 입력받아 3축 정지좌표계 상의 성분 즉, a축, b축 및 c축의 3상의 좌표성분으로 역변환 하여 제1 인버터(61)에 제공하며, 제2 역좌표변환기(53b)는 제7 가산기(AD7), 제9 가산기(AD9)의 출력값 및 제1 영상순환전류성분(
Figure pat00049
)을 입력받아 3축 정지좌표계 상의 성분으로 역변환 하여 제2 인버터(62)에 제공한다.
다시 말해, 제1 역좌표변환기(53a)는 입력된 전압성분을 이용해 3상의 좌표계 성분 즉, 제1 a상지령전압성분(
Figure pat00050
), 제1 b상지령전압성분(
Figure pat00051
) 및 제1 c상지령전압성분(
Figure pat00052
)으로 출력하여 제1 인버터(61)에 제공하며, 제2 역좌표변환기(53b)는 입력된 전압성분을 이용하여 제2 a상지령전압성분(
Figure pat00053
), 제2 b상지령전압성분(
Figure pat00054
) 및 제2 c상지령전압성분(
Figure pat00055
)을 출력하여 제2 인버터(62)에 제공한다.
이를 통해, 최종적으로 제1 인버터(61)에서 출력되는 전압은 d축 및 q축의 지령부하전압에 1/2이 곱해진 d축 지령크로스순환전압(
Figure pat00056
), q축 지령크로스순환전압(
Figure pat00057
)및 지령영상순환전압(
Figure pat00058
)이 더해진 값 즉,
Figure pat00059
이 되며, 제2 인버터(62)에서 출력되는 전압은 최종적으로 d축 및 q축의 지령부하전압에 -1/2이 곱해진 d축 지령크로스순환전압(
Figure pat00060
), q축 지령크로스순환전압(
Figure pat00061
) 및 지령영상순환전압(
Figure pat00062
)이 더해진 값 즉,
Figure pat00063
이 된다.
이러한 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)에서 출력된 전압의 수식을 연립하면 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)의 사이를 순환하는 크로스순환전압성분과 영상순환전압성분이 제거될 수 있다. 다시 말해, 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)의 사이를 순환하는 크로스순환전압(
Figure pat00064
)과 영상순환전압(
Figure pat00065
)은 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)에서 출력되는 전압에 의해 서로 제거되어, 제1 인버터(61) 및 제2 인버터(62)는 지령부하전압값을 3상 부하(80)에 인가할 수 있게 된다.
이하, 도 3을 참조하여, 순환전류제어기의 구조에 대해 좀 더 구체적으로 설명하도록 한다.
(a)는 d크로스전류제어기를 나타내고, (b)는 q크로스전류제어기를 나타내며, (c)는 영전류제어기를 나타낸다.
d크로스순환전류제어기(52d), q크로스순환전류제어기(52q) 및 영상순환전류제어기(52o)는 각각 목표값이 되는 d축의 지령크로스순환전류(
Figure pat00066
), q축의 지령크로스순환전류(
Figure pat00067
)과 지령영상순환전류성분(
Figure pat00068
)에 제어값이 되는 d축의 크로스순환전류(
Figure pat00069
), q축의 크로스순환전류(
Figure pat00070
)과 영상순환전류(
Figure pat00071
)를 비례 연산과 적분 연산을 병렬연산 함으로써, d축의 지령크로스전압(
Figure pat00072
), q축의 지령크로스전압(
Figure pat00073
) 및 지령영상전압 (
Figure pat00074
)을 출력한다. 이때, 비례 연산과 적분 연산에 사용되는 게인(Kp, Ki)는 다양한 값으로 설정될 수 있다. 각각의 제어기의 게인(Kp, Ki)은 서로 다른 값으로 설정될 수도 있다. 이를 통해 출력된 각각의 전압성분은 제1 및 제2 좌표변환기(53a, 53b)로 입력되어 3상의 좌표계의 지령전압성분으로 변환된다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 인버터회로를 순환하는 순환전류에 대해 구체적으로 설명한다. 순환전류는 제1 인버터(61)와 제2 인버터(62)의 출력 전압 간에 차이가 있을 경우에 발생하며, 도 4 및 도 5에서는 대표적으로 두 인버터 간 출력 전압에 차이가 발생하는 경우인, 두 인버터의 스위칭 패턴에 차이가 있을 경우를 예를 들어 설명한다.
도 4는 도 1의 인버터회로를 순환하는 크로스순환전류의 경로를 도시한 도면이고, 도 5는 도 1의 인버터회로를 순환하는 영상순환전류의 경로를 도시한 도면이다.
순환전류는 제1 인버터(61)와 제2 인버터(62) 사이의 전류경로를 순환하는 전류를 나타나며, 이러한 순환전류는 제1 인버터(61)와 제2 인버터(62) 간의 출력 전류차로 정의될 수 있다.
이러한 순환전류는 각 인버터(61 및 62)들 가운데 서로 다른 위상의 전류성분을 제어하는 반도체 스위치의 경로를 순환하는 크로스순환전류와 서로 동일한 위상의 전류성분을 제어하는 반도체 스위치의 경로를 순환하는 영상순환전류로 구분될 수 있다.
일 예로, 먼저, 크로스순환전류는 도 4에 도시된 바와 같이 커패시터부(40)의 p1지점에서부터 S1->LL1->LL6->S8-> S10->L5->S4->n1->p1의 경로로 순환할 수 있다. 다시 말해, 크로스순환전류는 서로 다른 위상의 전류성분을 제어하는 반도체 스위치의 경로를 순환한다.
그리고, 이러한 크로스순환전류는 특히 복수 개의 인버터의 정류부가 절연되고 각각의 인버터에 연결된 커패시터부(40)가 서로 연결되지 않았을 때에도 발생할 수 있다.
다음으로, 영상순환전류는 도 5에 도시된 바와 같이 교류전원(10)의 한 상 즉, UL1에서부터 Ls1-> D1->p1-> S1-> LL1-> LL6-> S8->n2->D12->Ls4->UL3->UL1의 경로로 순환할 수 있다. 다시 말해, 영상순환전류는 동일한 위상의 전류성분을 제어하는 반도체 스위치의 경로를 순환한다.
이러한 크로스순환전류 및 영상순환전류는 두 인버터 간에만 흐르며, 부하에는 영향을 미치지 않는다. 따라서 이들은 존재하지 않는 것이 바람직하며, 전술한 크로스순환전류제어기 및 영상전류제어기를 통해 억제될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 인버터회로 10: 교류전원
20: 전원인덕터부 30: 정류부
40: 커패시터부 50: 3상 부하전류의 전류제어장치
60: 인버터 61: 제1 인버터
62: 제2 인버터 70: 부하인덕터부
80: 3상 부하 D: 다이오드
S: 반도체 스위치

Claims (5)

  1. 3상 부하에 서로 병렬 연결되어, 상기 부하를 제어하는 3상 제어 전류를 상호 분배하여 공급하는 복수 개의 인버터;
    상기 복수 개의 인버터로부터 공급되는 상기 제어전류를 동기좌표계의 성분으로 좌표 변환하여 상기 복수 개의 인버터로 궤환시키는 복수 개의 좌표변환기;
    상기 좌표변환기에서 좌표 변환된 상기 제어전류로부터, 서로 다른 복수개의 인버터의 서로 다른 상 사이를 순환하는 크로스순환전류와, 서로 다른 복수개의 인버터의 서로 동일한 상 사이를 순환하는 영상순환전류를 추출하는 순환전류제어기;
    상기 크로스순환전류를 입력받고 비례 적분 제어하여 제로값에 추종시키는 크로스순환전류제어기 및
    상기 영상순환전류를 입력받고 비례 적분 제어하여 제로값에 추종시키는 영상순환전류제어기를 포함하는 3상 부하의 전류제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 순환전류제어기는 서로 다른 상기 좌표변환기로부터 각각 좌표변환된 서로 다른 상기 제어전류의 d축 성분간 차이값 및 q축 성분간 차이값에 비례하여 상기 크로스순환전류를 추출하고, 영전류 성분간의 차이값에 비례하여 상기 영상순환전류를 추출하는 3상 부하의 전류제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 크로스순환전류제어기는 상기 크로스순환전류를 입력받아 지령크로스전압으로 출력하고, 상기 영상순환전류제어기는 상기 영상순환전류를 입력받아 지령영상순환전압으로 출력하는 3상 부하의 전류제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 인버터에 연결되어 상기 동기좌표계 상에서 상기 제어전류를 조절하는 부하전류제어기를 더 포함하고, 상기 크로스순환전류제어기의 출력값의 적어도 일부가 상기 부하전류제어기의 출력값에 궤환되는 3상 부하의 전류제어장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 부하전류제어기의 출력값, 및 상기 영상순환전류제어기의 출력값을 입력 받고 3축 정지좌표계 상의 성분으로 역변환하여 상기 인버터에 제공하는 역좌표변환기를 더 포함하는 3상 부하의 전류제어장치.
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