KR20160122348A - 인버터의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터의 제어 장치에 관한 것으로, 외부의 상용 교류전원을 인가 받아 모터의 동작에 필요한 고압 전원으로 변환시켜 모터에 공급하는 인버터부와, 상기 인버터부와 상기 모터 사이에 연결되어, 상기 인버터부로부터 출력되는 출력 전압이 상기 모터에 투입 또는 차단되도록 온/오프(ON/OFF) 스위칭하는 스위치부와, 상기 인버터부의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전류 검출부로부터 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 전류 값보다 작으면서 기설정된 기준 지속시간을 경과할 경우, 상기 인버터부의 동작이 정지되도록 제어하는 제어부를 포함함으로써, 스위치부의 오동작에 의한 고압 모터와 고압 인버터의 소손 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

인버터의 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING INVERTER}
본 발명은 인버터의 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 모터를 구동하기 위한 고압 인버터의 출력 전류를 이용하여 고압 인버터의 출력단에 연결된 스위치부의 동작 상태를 확인할 수 있도록 함으로써, 스위치부의 오동작에 의한 고압 모터와 고압 인버터의 소손 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 인버터의 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고압 인버터(Inverter)는 고압 모터의 입력 전압을 제어하는 장치로서, 상기 고압 인버터로 입력되는 전압의 크기와 주파수를 고압 모터의 정격 범위 내에서 조절하여 사용한다.
상기 고압 모터는 주로 공장의 중요 생산 시설에 사용하며, 대 당 억원 단위의 설치비용을 가지므로 여러 보호 장치들이 마련되어 있다. 즉, 고압 인버터와 고압 모터 사이에는 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker, VCB), 진공스위치(Vacuum Circuit Switch, VCS) 등과 같은 스위치 기어(Switch gear)를 설치하여 고압 모터의 운전 중 비상상황에 전원을 차단하도록 구성된다.
이러한 스위치 기어는 주로 공장의 컨트롤 룸과 같은 제어반에서 조절하며, 상기 제어반과 상기 스위치 기어의 사이에는 상용 교류전원(AC 220V)을 통해 디지털 접점으로 대부분 사용한다.
상기 고압 모터를 보호하기 위해 상기 스위치 기어를 사용하지만, 때에 따라서 상기 스위치 기어의 오동작에 의해 상기 고압 인버터와 상기 고압 모터가 소손될 수 있다. 즉, 상기 제어반에서 상기 스위치 기어로 보내는 제어 신호의 노이즈에 의한 오동작, 코일 수명에 의한 오점호, 또는 사용자 미숙으로 인한 오동작이 있을 수 있으며, 이 때에 매우 큰 사고가 발생할 여지가 있다. 이는 상기 고압 모터가 운전 중 상기 스위치 기어가 오프(OFF)된 뒤 바로 온(ON)될 경우, 상기 고압 인버터와 상기 고압 모터 사이의 전압 차이에 의해 과전류가 발생하여 상기 고압 인버터와 상기 고압 모터 및 상기 스위치 기어 모두 소손될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 고압 모터의 운전 상태에 따른 고압 인버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a는 고압 모터(10)의 정상운전 상태를 나타낸 것으로서, 고압 인버터(20)에 의해 고압 모터(10)를 정상적으로 운전할 때 고압 인버터(20)가 제어하는 전압을 통해서 고압 모터(10)에 인가된다.
이렇게 고압 모터(10)가 운전되는 도중 오동작에 의해 스위치 기어(30)가 오프(OFF)되면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 고압 인버터(20)는 고압 모터(10)의 운전 상황을 알 수 없으므로 출력 전압을 계속 내보낸다. 이러한 상황에서 도 1c에 도시된 바와 같이, 스위치 기어(30)가 온(ON)되면, 고압 인버터(20)의 높은 전압 출력이 순간적으로 고압 모터(10)에 인가되어 사고가 발생한다.
즉, 고압 인버터(20)가 스위치 기어(30)의 상태접점을 받지 않을 경우, 스위치 기어(30)의 온/오프(ON/OFF) 정보를 알 수 없으므로, 고압 모터(10)의 운전 중 스위치 기어(30)의 오동작에 따른 사고가 발생할 위험이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고압 모터를 구동하기 위한 고압 인버터의 출력 전류를 이용하여 고압 인버터의 출력단에 연결된 스위치부의 동작 상태를 확인할 수 있도록 함으로써, 스위치부의 오동작에 의한 고압 모터와 고압 인버터의 소손 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 인버터의 제어 장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 외부의 상용 교류전원을 인가 받아 모터의 동작에 필요한 고압 전원으로 변환시켜 모터에 공급하는 인버터부; 상기 인버터부와 상기 모터 사이에 연결되어, 상기 인버터부로부터 출력되는 출력 전압이 상기 모터에 투입 또는 차단되도록 온/오프(ON/OFF) 스위칭하는 스위치부; 상기 인버터부의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부; 및 상기 전류 검출부로부터 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 전류 값보다 작으면서 기설정된 기준 지속시간을 경과할 경우, 상기 인버터부의 동작이 정지되도록 제어하는 제어부를 포함하는 인버터의 제어 장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 기준 전류값은 상기 고압 모터의 무부하 전류 값으로 설정됨이 바람직하다.
바람직하게, 상기 기준 지속시간은 3초 내지 7초 범위로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 인버터부의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고 신호가 출력되도록 제어하고, 상기 제어부로부터 출력된 특정 경고 신호를 제공받아 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경고해주기 위한 경고부가 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 인버터부의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고메시지를 생성하여 기설정된 사용자 단말로 전송할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 인버터부의 동작을 정지시킨 후, 상기 스위치부의 동작이 오프(OFF)에서 온(ON)으로 전환될 경우, 상기 인버터부가 정상 동작되도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 인버터의 제어 장치에 따르면, 고압 모터를 구동하기 위한 고압 인버터의 출력 전류를 이용하여 고압 인버터의 출력단에 연결된 스위치부의 동작 상태를 확인할 수 있도록 함으로써, 스위치부의 오동작에 의한 고압 모터와 고압 인버터의 소손 사고를 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 고압 모터의 운전 상태에 따른 고압 인버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 제어 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 스위치부의 동작에 따라 인버터부의 출력 전류를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 제어 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 제어 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 스위치부의 동작에 따라 인버터부의 출력 전류를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 제어 장치는, 크게 고압 모터(100), 고압 인버터부(200), 스위치부(300), 전류 검출부(400) 및 제어부(500) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 고압 모터(100)는 주로 화학공장 및 발전소 등과 같이 규모가 큰 생산 시설에 사용되며, 고압 인버터부(200)의 교류전원 출력단에 연결되고, 고압 인버터부(200)로부터의 교류전원에 의해 구동된다.
이러한 고압 모터(100)는 전기적인 에너지에 의해 회전하고, 그 축에 회전력을 발생시키는 동력 기계를 지칭하며, 고압 인버터부(200)의 3상 교류 전원의 출력단에 연결되고, 고압 인버터부(200)의 3상 교류 전원에 의해 구동하는 3상 유도 전동기로 이루어질 수 있다. 이러한 고압 모터(100)는 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있으므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
고압 인버터부(200)는 외부의 상용 교류전원(AC 220V)을 인가 받아 고압 모터(100)의 동작에 필요한 고압 전원으로 변환시켜 고압 모터(100)에 공급하는 기능을 수행한다.
즉, 고압 인버터부(200)는 3상 상용 교류전원에 연결되어, 교류전원을 직류전원으로 평활화하고, 이를 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM) 스위칭을 통해 주파수와 전압을 가변하여 원하는 출력을 생성하여 고압 모터(100)로 공급하는 장치이다.
이러한 고압 인버터부(200)는 산업용 고압 모터(100)에 적용되며, 주로 사용되는 전압은 3.3kV, 6.6kV 및 10kV 등인데, 보통 주파수는 60Hz에 고정되고, 상용 교류전원을 직접 고압 모터(100)에 적용하여 구동된다.
또한, 고압 인버터부(200)는 직렬연결 H-브릿지(Cascaded H-Bridge) 방식으로서, 복수의 단상 인버터를 직렬로 연결하여 하나의 상전압을 구성하므로 고압 출력을 얻을 수 있는 삼상 인버터가 된다. 하나의 단상 인버터를 셀(cell)이라고 칭한다.
또한, 고압 인버터부(200)의 각 셀은 정류부와 직류단 캐패시터, 인버터부로 구성되며, 고압 인버터부(200)에 전원이 투입되면, 상기 정류부가 턴온(turn-on)되고 상기 직류단 캐패시터에 전압이 충전된다. 상기 정류부는 반도체 제어 정류소자(Semiconductor Controlled Rectifier; SCR)와 같은 다이오드 소자로 구성되며, 전원이 투입되면 초기충전 후 항상 턴온되어 있다.
상기 인버터부는 부트스트랩 캐패시터(Bootstrap Capacitor)를 이용하는 인버터 회로를 구비하고, 상기 인버터 회로의 스위칭 소자로서 예컨대, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) 등을 사용할 수 있다.
스위치부(300)는 고압 모터(100)와 고압 인버터부(200) 사이에 연결되어 있으며, 고압 인버터부(200)로부터 출력되는 출력 전압이 고압 모터(100)에 투입 또는 차단되도록 온/오프(ON/OFF) 스위칭하는 기능을 수행한다.
이러한 스위치부(300)는 예컨대, 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker, VCB), 진공스위치(Vacuum Circuit Switch, VCS) 등과 같은 스위치 기어(Switch gear)로 구현됨이 바람직하다.
전류 검출부(400)는 고압 인버터부(200)의 각 위상단에 출력되는 전류레벨을 검출하여 제어부(500)에 제공하는 기능을 수행한다.
이러한 전류 검출부(400)는 인버터 회로 내에 설치되는 적어도 하나의 전류 센서(미도시)와 상기 전류 센서로부터 검출되는 전류를 감지하는 아날로그-디지털 컨버터 등으로 구성될 수 있다.
제어부(500)는 고압 인버터부(200)의 동작을 전체적으로 제어하는 것으로서, 특히 전류 검출부(400)로부터 검출된 출력 전류 값과 기설정된 기준 전류 값을 비교하여, 전류 검출부(400)로부터 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 전류 값보다 작으면서 기설정된 기준 지속시간을 경과할 경우, 스위치부(300)가 오동작에 의해 오프(OFF)되었다고 처리하여 고압 인버터부(200)의 동작이 정지되도록 제어하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 기준 전류값은 고압 모터(100)의 무부하 전류 값(고압 모터의 정격에 따라 변경될 수 있음)으로 설정됨이 바람직하며, 상기 기준 지속시간은 3초 내지 7초 범위(바람직하게, 약 5초 정도)로 이루어짐이 바람직하다.
또한, 제어부(500)는 전류 검출부(400)로부터 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 전류 값보다 작으면서 기설정된 기준 지속시간을 경과할 경우, 고압 인버터부(200)의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고 신호가 출력되도록 제어할 수 있으며, 제어부(500)로부터 출력된 특정 경고 신호를 제공받아 외부의 사용자에게 시각적 및/또는 청각적으로 경고해주기 위한 경고부(600)가 더 포함될 수 있다.
이러한 경고부(600)는 고압 모터(100), 고압 인버터부(200), 스위치부(300) 또는 제어부(500) 중 어느 하나의 근처에 설치될 수 있으며, 적어도 하나의 램프(Ramp), LED(Light Emitting Diode) 및/또는 스피커(speaker) 등으로 구현될 수 있다.
또한, 제어부(500)는 전류 검출부(400)로부터 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 전류 값보다 작으면서 기설정된 기준 지속시간을 경과할 경우, 고압 인버터부(200)의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고메시지를 생성하여 기설정된 사용자 단말(미도시)로 전송할 수도 있다.
이때, 상기 사용자 단말은 예컨대, 데스크탑 PC(Personal Computer, PC), 노트북 PC 등 컴퓨터인 것이 일반적이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 유/무선 통신망을 통하여 제어부(500)에 접속되어 데이터 송수신할 수 있는 모든 종류의 유무선 통신 장치일 수 있다.
예를 들어, 상기 사용자 단말은 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 다양한 이동 단말을 포함하고, 이외에도 팜 PC(Palm Personal Computer), 스마트폰(Smart phone), 통신기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC, 아이패드(iPad) 등 메시지 송수신이 가능한 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.
또한, 제어부(500)는 전류 검출부(400)로부터 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 전류 값보다 작으면서 기설정된 기준 지속시간을 경과할 경우, 고압 인버터부(200)의 동작을 정지시킨 후, 스위치부(300)의 동작이 오프(OFF)에서 온(ON)으로 전환될 경우, 고압 인버터부(200)가 정상 동작되도록 제어할 수도 있다.
이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 제어 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 제어 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 제어 방법은, 먼저, 고압 인버터부(200)의 출력 전류를 실시간으로 검출한 후(S100), 상기 단계S100에서 검출된 출력 전류 값과 기설정된 기준 전류 값을 비교 판단한다(S200).
이때, 상기 단계S200에서, 상기 기준 전류값은 고압 모터(100)의 무부하 전류 값으로 설정함이 바람직하다.
상기 단계S200의 비교 판단 결과, 상기 단계S100에서 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 전류 값보다 작을 경우, 상기 단계S100에서 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 지속시간을 경과하는지 판단한다(S300).
이때, 상기 단계S300에서, 상기 기준 지속시간은 3초 내지 7초 범위(바람직하게, 약 5초 정도)로 이루어짐이 바람직하다.
상기 단계S300의 판단 결과, 상기 단계S100에서 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 지속시간을 경과할 경우, 고압 인버터부(200)의 동작을 정지시킨다(S400).
추가적으로, 상기 단계S400 이후에, 외부의 사용자에게 특정 경고를 시각적 및/또는 청각적으로 알려주는 단계를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 단계S400 이후에, 특정 경고메시지를 생성하여 기설정된 사용자 단말로 전송하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 단계S400 이후에, 고압 모터(100)와 고압 인버터부(200) 사이에 연결된 스위치부(300)의 동작이 오프(OFF)에서 온(ON)으로 전환될 경우, 고압 인버터부(200)를 정상적으로 동작시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.
전술한 본 발명에 따른 인버터의 제어 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100 : 고압 모터, 200 : 고압 인버터부,
300 : 스위치부, 400 : 전류 검출부,
500 : 제어부, 600 : 경고부

Claims (6)

  1. 외부의 상용 교류전원을 인가 받아 모터의 동작에 필요한 고압 전원으로 변환시켜 모터에 공급하는 인버터부;
    상기 인버터부와 상기 모터 사이에 연결되어, 상기 인버터부로부터 출력되는 출력 전압이 상기 모터에 투입 또는 차단되도록 온/오프(ON/OFF) 스위칭하는 스위치부;
    상기 인버터부의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부; 및
    상기 전류 검출부로부터 검출된 출력 전류 값이 기설정된 기준 전류 값보다 작으면서 기설정된 기준 지속시간을 경과할 경우, 상기 인버터부의 동작이 정지되도록 제어하는 제어부를 포함하는 인버터의 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 전류값은 상기 모터의 무부하 전류 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 지속시간은 3초 내지 7초 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터의 제어 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 인버터부의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고 신호가 출력되도록 제어하고, 상기 제어부로부터 출력된 특정 경고 신호를 제공받아 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경고해주기 위한 경고부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 인버터부의 동작을 정지시킴과 동시에 특정 경고메시지를 생성하여 기설정된 사용자 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 인버터부의 동작을 정지시킨 후, 상기 스위치부의 동작이 오프(OFF)에서 온(ON)으로 전환될 경우, 상기 인버터부가 정상 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어 장치.
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