KR20160146380A - 전력변환장치 - Google Patents

전력변환장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20160146380A
KR20160146380A KR1020150083579A KR20150083579A KR20160146380A KR 20160146380 A KR20160146380 A KR 20160146380A KR 1020150083579 A KR1020150083579 A KR 1020150083579A KR 20150083579 A KR20150083579 A KR 20150083579A KR 20160146380 A KR20160146380 A KR 20160146380A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
power
inductor
case
terminal
Prior art date
Application number
KR1020150083579A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102397211B1 (ko
Inventor
조용남
김대현
김형진
유자영
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 KR1020150083579A priority Critical patent/KR102397211B1/ko
Publication of KR20160146380A publication Critical patent/KR20160146380A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102397211B1 publication Critical patent/KR102397211B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136—Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20172—Fan mounting or fan specifications
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • H02M2001/0064—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로서, 케이스, 상기 케이스의 제1 측에 형성되어, 제1 전원과 연결되는 제1 전원 단자부, 상기 케이스의 제2 측에 형성되어, 제2 전원과 연결되는 제2 전원 단자부, 상기 제1 전원 단자부로부터 인가되는 상기 제1 전원을 변환하여, 교류 전압을 생성시키는 변환부, 상기 변환부와 연결되어, 상기 생성된 교류 전압을 필터링하여, 상기 제2 전원 단자부에 전달하는 필터부 및 상기 제2 전원 단자부에 전달되는 전압의 파형이 조정되도록 상기 변환부 및 필터부 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 변환부, 제어부 및 필터부는 상기 케이스 내부에 설치되어 모듈화되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전력변환장치{POWER CONVERTING APPARATUS}
본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로서, 특히 3상 레벨 토폴로지가 적용된 인버터를 주변소자와 함께 모듈화시킨 전력변환장치에 관한 것이다.
본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어유닛 및 계통 연계용 필터를 포함하는 전력변환장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력변환장치는, 입력전원으로부터 제공된 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 변환된 직류전압을 펄스-폭 변조된 (PWM:Pulse Width Modulation) 전압으로 다시 변환하여 부하에 공급한다.
한편, 부하가 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
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.
또한, 전력변환장치는, 일반적으로 계통 전력을 공급하는 시스템(한국 전력)과 연계하여, 부하에 공급되는 전력이 부족한 경우에는 부족분을 상기 계통전력 공급 시스템에서 보충받고, 부하에 공급되는 전력이 남으면 그 잉여전력을 상기 계통 전력 공급시스템에 공급한다.
일반적으로 이러한 전력변환장치와 교류전원과의 사이에는 LCL 필터가 연결될 수 있다. 상기 LCL 필터는 그 부피가 크기 때문에, 전력변환장치를 설치하는 공간의 공간 활용성이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 복수의 전력변환장치를 연결하여 사용하는 경우, 이러한 문제점이 더욱 심화될 수 있다.
본 발명의 목적은 인버터, 인버터를 제어하는 제어유닛 및 계통연계형 필터를 일체형 모듈에 포함하여 형성되는 전력변환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 인버터와 제어유닛 및 필터의 설치에 필요한 공간을 감소시켜, 전력변환장치를 설치하는 공간의 활용도를 증대시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 용량 증축이 용이한 전력변환장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전력변환장치는, 케이스, 상기 케이스의 제1 측에 형성되어, 제1 전원과 연결되는 제1 전원 단자부, 상기 케이스의 제2 측에 형성되어, 제2 전원 연결되는 제2 전원 단자부, 상기 제1 전원 단자부로부터 인가되는 상기 제1 전원을 변환하여, 교류 전압을 생성시키는 변환부, 상기 변환부와 연결되어, 상기 생성된 교류 전압을 필터링하여, 상기 제2 전원 단자부에 전달하는 필터부, 상기 제2 전원 단자부에 전달되는 전압의 파형이 조정되도록 상기 변환부 및 필터부 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 변환부, 제어부 및 필터부는 상기 케이스 내부에 설치되어 모듈화되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 팬을 더 포함하고, 상기 필터부는 상기 변환부에 연결된 제1 인덕터와, 상기 제2 전원 단자부에 연결된 제2 인덕터 및 상기 제1 및 제2 인덕터 상호간에 연결된 캐패시터를 포함하고, 상기 제1 인덕터는 상기 제2 인덕터 보다 큰 용량으로 형성되고, 상기 제1 인덕터는 상기 제2 인덕터 보다 상기 팬에 근접하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 변환부는 3레벨의 전력변환유닛을 포함하고, 상기 전력변환유닛은 구동 유닛과 스위칭 유닛으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 변환부의 입력부는 3상 입력 단자로 형성되고, 상기 3상 입력 단자는 평활 유닛과 연결되며, 상기 평활 유닛은 상기 제1 전원 단자부로부터 입력되는 제1 전원을 변환하여, 상기 3상 입력 단자로 3상 전압을 전달하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전력변환장치의 입출력 전압과 관련된 정보를 출력하는 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 디스플레이부는 상기 케이스의 제2 측의 제1 부분에 설치되고, 상기 제2 전원 단자부는 상기 제1 부분의 하측인 제2 부분에 설치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 적어도 하나의 병렬 연결된 공진제어유닛을 포함하고, 상기 적어도 하나의 공진제어유닛은 상기 제2 전원 단자부에 전달되는 전압에 포함된 고조파를 제거하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전력변환장치와 다른 전력변환장치가 병렬 연결되도록 상기 케이스의 제3 측에 형성되는 병렬연결단자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터부는 인덕터를 포함하고, 상기 필터부의 부피가 상기 케이스 내부의 부피 중 일부보다 작게 형성되도록, 상기 인덕터는 특정 인덕턴스 값 이하를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 일체형 모듈로 형성된 전력변환장치의 출력 용량을 증축시킬 경우, 다수의 전력변환장치를 병렬 연결함으로써 용이하게 출력 용량을 증가시킬 수 있는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 인버터, 인버터 제어유닛 및 계통 연계용 필터를 일체형 모듈 내부에 모두 배치하여, 전력변환장치의 설치 공간이 협소한 경우에도, 전력변환장치를 용이하게 설치할 수 있으므로, 전력변환장치와 입력 전원 및 부하에 대한 공간 활용도가 향상되는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 전력변환장치를 병렬 연결하는 경우, 다수의 전력변환장치에 대응하는 필터의 크기를 소형화할 수 있는 효과가 도출된다.
도 1a는 본 발명에 따른 전력변환장치의 일 실시예를 나타내는 블록도.
도 1b는 본 발명에 따른 전력변환장치의 일 실시예를 나타내는 회로도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 전력변환장치의 내부에 배치된 구성요소를 보다 상세히 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 전력변환장치와 종래의 전력변환장치를 비교한 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 전력변환장치에 적용된 공진 제어 유닛의 개념도.
이하의 도 1a에서는 본 발명에 따른 전력변환장치의 구성이 설명된다.
도 1a에 도시된 것과 같이, 전력변환장치(100)는 일체형 케이스(101)로 형성되고, 상기 케이스(101)에는 제1 및 제2 전원 단자부(102, 103)가 포함될 수 있다.
제1 전원 단자부(102)는 상기 케이스(102)의 제1 측에 형성되어, 제1 전원과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전원 단자부(102)는 직류 전원인 배터리에 연결될 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 제1 전원 단자부(102)는 모터와 같은 부하에 연결될 수 있다.
또한, 제2 전원 단자부(103)는 상기 케이스(101)의 제2 측에 형성되어, 제2 전원과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전원은 입력전원일 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 제2 전원은 교류전원일 수 있다.
이와 같이, 전력변환장치(100)는 직류 전원과 교류 전원 사이에 연결되어, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)으로 작동할 수 있다. 즉, 전력변환장치(100)는 제2 전원 단자부(103)에 연결된 교류 전원으로부터 전력을 전달받아, 제1 전원 단자부(102)에 연결된 그리드에 전력이 부족한 경우, 그리드로 전력을 공급해줄 수 있다. 이로써, 본 발명에서 제안된 전력변환장치는 배터리 또는 그리드로 전력을 안정적으로 공급해 줄 수 있다.
도 1a에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 전원 단자부(102, 103)는 각각 케이스의 다른 측에 형성될 수도 있고, 같은 측에 형성될 수도 있다. 즉, 제1 측과 제2 측은 동일한 방향에 대응될 수도, 아닐 수도 있다.
도 1a를 참조하면, 전력변환장치(100)는 일체형 케이스(101) 내부에 배치된 변환부(110), 필터부(120) 및 제어부(130) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 변환부(110)는 상기 제2 전원 단자부(103)로부터 인가되는 상기 제2 전원을 직류로 변환하거나, 상기 제1 전원 단자부(102)로부터 인가되는 상기 제1 전원을 교류로 변환할 수 있다.
도 1a에 도시되지는 않았으나, 변환부(110)는 전류센서, 게이트 구동유닛, DC 링크 캐패시터, 히트싱크유닛, 스위칭유닛 및 차단유닛 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 변환부(110)의 세부 구성에 대해서는 도 2a에서 더욱 상세히 설명하도록 한다.
또한, 필터부(120)는 상기 변환부(110)와 연결되어, 상기 생성된 교류 전압을 필터링하여, 상기 제2 전원 단자부에 전달할 수 있다. 구체적으로, 상기 필터부(120)는 계통연계용 필터일 수 있다.
아울러, 제어부(130)는 제2 전원 단자부(103)에 전달되는 전압의 파형이 조정되도록 상기 변환부 및 필터부 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
도 1a에 도시된 것과 같이, 상기 변환부(110), 제어부(130) 및 필터부(120)는 상기 케이스(101) 내부에 설치되어 모듈화되도록 형성될 수 있다.
도 1b에서는 도 1a에 도시된 전력변환장치의 회로도가 도시된다.
도 1b를 참조하면, 변환부(110)는 3레벨의 전력변환유닛으로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 전력변환유닛은 적어도 하나의 스위칭 유닛(111, 112)을 포함할 수 있다.
도 1b에 도시된 것과 같이, 제1 스위칭 유닛(111)과 제2 스위칭 유닛(112)은 T타입 토폴로지를 형성할 수 있다. 아울러, 변환부(110)는 3쌍의 제1 및 제2 스위칭 유닛을 포함할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 전력변환장치의 변환부(110)는 3레벨 T타입 토폴로지를 형성하는 스위칭 유닛을 포함하고 있으므로, 2레벨 스위칭 유닛을 포함하는 전력변환장치보다 낮은 서지전압(Surge Voltage)을 발생시키는 효과가 도출된다. 따라서, 본 발명에 따른 전력변환장치(100)는 안정적인 전력 변환을 수행할 수 있다.
구체적으로, 제1 스위칭 유닛(111)은 제2 전원 단자부(103)로부터 인가되는 제2 전원에 대하여, 전류 리플을 감소시킬 수 있다.
또한, 제2 스위칭 유닛(112)은 제1 및 제2 전원에 의하여 발생되는 발열량을 감소시킬 수 있다.
도 1b를 참조하면, 필터부(120) 상기 변환부(110)에 연결된 제1 인덕터(121)와, 상기 제2 전원 단자부(103)에 연결된 제2 인덕터(123) 및 상기 제1 및 제2 인덕터 상호간에 연결된 캐패시터(122)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 인덕터(121)의 용량 Li는 상기 제2 인덕터(123)의 용량 Lg 보다 클 수 있다.
또한, 도 2a에서 도시된 바와 같이, 상기 제1 인덕터(121)는 상기 제2 인덕터(123) 보다 팬에 근접하게 설치될 수 있다. 발열량이 큰 제1 인덕터(121)가 제2 인덕터(123) 보다 팬에 근접하게 설치됨으로써, 팬에 의한 전력변환장치(100) 내부의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있다.
한편, 도 1b에 도시되지는 않았으나, 상기 제1 및 제2 인덕터(121, 123)는 특정 인덕턴스 값 이하의 용량을 가질 수 있다. 즉, 상기 필터부(120)의 부피가 상기 케이스 내부의 부피 중 일부보다 작게 형성되도록, 상기 제1 및 제2 인덕터는 특정 인덕턴스 값 이하를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 케이스 내부의 부피 중 일부는, 케이스 내부의 부피에서 변환부 및 제어부의 부피를 제외한 나머지에 대응될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 특정 인덕턴스 값은 전력변환장치에서 변환하는 전력의 양에 대응하여 변경될 수도 있다.
도 1b에 도시된 것과 같이, 변환부(110)와 제1 전원 단자부(102) 사이에는 평활 유닛(140)이 배치될 수 있다. 평활 유닛(140)은 복수의 캐패시터를 포함할 수 있다.
아울러, 변환부의 일측은 3개의 입력 단자로 형성될 수 있으며, 평활 유닛(140)은 제1 전원 단자부로부터 인가되는 제1 전원을 변환하여, 상기 3개의 입력 단자로 3상 전압을 전달할 수 있다.
한편, 도 1b에 도시된 변환부(110)의 3레벨 T타입 토폴로지로 형성된 스위칭 유닛에 의해 전류 리플이 감소하므로, 필터부(120)에 포함된 인덕터의 용량이 감소할 수 있는 효과가 도출된다. 아울러, 필터부(120)에 포함된 인덕터의 용량이 감소하면, 필터부(120)의 부피가 축소될 수 있으므로, 종래의 전력변환장치와 달리 제어부, 변환부 및 필터부가 모두 일체형 케이스 내부에 설치될 수 있다.
이하의 도 2a에서는 본 발명에 따른 전력변환장치의 내부에 배치된 구성요소를 보다 상세히 설명한다. 도 2a는 직육면체로 형성된 전력변환장치의 종단면을 나타낸 것이다.
도 2a에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 전력변환장치(100)는 변환부(110), 필터부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있고, 상기 변환부, 필터부 및 제어부는 일체형 모듈로 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 2a를 참조하면, 변환부(110)의 세부구성요소는 히트싱크(210) 위에 배치될 수 있다. 즉, 게이트 구동유닛(202a, 202b, 202c), DC 링크 캐패시터(202d, 202e) 및 전류센서(207) 중 적어도 하나는 상기 히트싱크(210) 위에 배치될 수 있다.
게이트 구동유닛(202a, 202b, 202c)는 각각 도 1b에 도시된 T타입 토폴로지를 형성하는 제1 및 제2 스위칭 유닛(111, 112)의 한쌍과 대응될 수 있다. 예를 들어, 게이트 구동유닛(202a, 202b, 202c)은 IGBT 소자(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함할 수 있다.
DC 링크 캐패시터(202d, 202e)는 도 1b에 도시된 평활 유닛(140)에 대응될 수 있다.
도 1b에 도시되지는 않았으나, 전류센서(207)는 제1 전원 단자부(102)에 흐르는 전류의 양을 감지할 수 있다. 전류센서(207)에 흐르는 전류의 양이 특정 전류 값 이상으로 증가하면, 제어부(130)는 제1 전원 단자부(102)에 흐르는 전류를 차단시킬 수 있다.
또한, 도 2a에 도시된 것과 같이, 제어부(130)의 세부구성요소는 제어보드(204) 위에 배치될 수 있다. 즉, 인터페이스보드(204a)와 SMPS 보드(Switching Mode Power Supply)는 제어보드(204) 위에 배치될 수 있다.
필터부(120)의 세부구성요소는 케이스(101) 내에서 변환부(110)와 제어부(130)가 설치된 위치 아래에 설치될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 필터부(120)에 대응되는 제1 인덕터(203a) 및 제2 인덕터(203b)는 히트싱크(210) 및 제어보드(204) 아래에 설치될 수 있다.
도 2b에 도시된 것과 같이, 제1 인덕터(203a)의 용량은 제2 인덕터(203b)의 용량보다 클 수 있다. 따라서, 제1 인덕터(203a)의 부피는 제2 인덕터(203b)의 부피 보다 클 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 변환부(110), 제어부(130) 및 필터부(120)가 동일한 케이스 내부에 설치되어, 일체형으로 모듈화된 전력변환장치를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 변환부, 제어부 및 필터부는 단일 케이스 내부에 설치됨으로써, 전력변환장치의 설치공간이 협소한 경우에도, 전력변환장치를 용이하게 설치할 수 있으므로, 전력변환장치와 입력 전원 및 부하에 대한 공간 활용도가 향상되는 효과가 도출된다.
한편, 전력변환장치(100)는 제1 팬(205a) 및 제2 팬(205b) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 제1 팬(205a)은 히트싱크(210)가 설치된 위치에 대응되도록 설치될 수 있다. 제2 팬(205b)은 제1 및 제2 인덕터(203a, 203b)가 설치된 위치에 대응되도록 설치될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 인덕터 중 용량이 더 큰 인덕터가 팬(205b)에 더 가까이 설치될 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 전력변환장치는 필터부(120)에 포함된 인덕터에서 발생할 수 있는 발열을 효과적으로 해결할 수 있는 효과가 도출된다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 디스플레이부(208)는 케이스(101)의 일측에 설치될 수 있다. 구체적으로, 디스플레이부(208)는 제2 측의 제1 부분에 설치될 수 있다. 또한, 전원단자부(201)는 상기 제1 부분의 하측인 제2 부분에 설치될 수 있다.
디스플레이부(208)는 전력변환장치의 입출력 전압과 관련된 정보를 출력할 수 있다. 또한, 디스플레이부(208)는 전력변환장치의 작동 상태와 관련된 정보, 전력변환장치의 발열량과 관련된 정보를 출력할 수 있다.
한편, 전력변환장치(100)에 포함된 차단유닛(206)은 전력변환장치(100)의 특정부분에 흐르는 전류가 기준치 이상으로 증가하는 경우, 상기 특정부분의 전류 흐름을 차단할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시되지는 않았으나, 제어부(130)는 적어도 하나의 병렬 연결된 공진제어유닛을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 공진제어유닛은 상기 제2 전원 단자부에 전달되는 전압에 포함된 고조파를 제거할 수 있다. 공진제어유닛에 의해 고조파가 제거됨으로써, 필터부(120)에 포함된 인덕터의 용량은 감소될 수 있다. 즉, 공진제어유닛에 의해 고조파가 제거되면, 필터부(120)의 부피를 더욱 축소시켜, 변환부, 제어부 및 필터부를 동일한 케이스 내부에 설치할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시되지는 않았으나, 전력변환장치(100)는 다른 전력변환장치(미도시)가 병렬 연결되도록 상기 케이스(101)의 제3 측에 형성되는 병렬연결단자를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 케이스(101)의 제3 측은, 제1 및 제2 측 중 어느 하나에 대응될 수도 있고, 제1 및 제2 측과 다른 방향에 대응될 수도 있다. 이와 같이, 다수의 전력변환장치를 병렬 연결하는 경우, 다수의 전력변환장치에 대응하는 필터의 크기를 소형화할 수 있는 효과가 도출된다.
이상의 도 2a에서는 각각의 구성요소 간 연결관계가 상세히 도시되지는 않았으나, 도 1b에 도시된 회로구성에 대응되도록 상호 간에 연결되어 있음은 자명하다.
이하의 도 3에서는 본 발명에 따른 전력변환장치와 종래의 전력변환장치를 비교한 개념도가 설명된다.
본 발명에 따른 전력변환장치(100)는 T타입 토폴로지를 탑재하여, 3레벨 전력변환을 수행할 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 종래의 전력변환장치에서는 교류전압이 변환됨에 따라, 직류전압의 극방향이 변화하고, 이 경우, 직류전압의 절대값이 평형을 이루게 된다. 또한, 변환된 직류전압은 사각파 형태로 형성된다.
반면, 본 발명에 따른 전력변환장치(100)에서는 직류전압의 절대값이 평형을 이루지 않고, 제2 전원 단자부(103)로부터 인가되는 교류전압이 소정 값만큼의 전압 차이(301a, 301b)를 갖는 직류전압으로 변환될 수 있다. 아울러, 변환된 직류전압은 계단 형태의 파형으로 형성될 수 있다.
이로써, 도 1b에 도시된 스위칭 유닛(111, 112) 중 적어도 하나가 오프 상태에서 온 상태로 전환될 때, 스위치에서 발생하는 열 손실(switching loss)을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전력변환장치에 의하면, EMI(Electro Magnetic Interference)를 감소시킬 수 있으며, 전력변환장치 내에서 발생하는 전류리플의 양도 감소시킬 수 있다.
이하의 도 4에서는 본 발명에 따른 전력변환장치에 적용된 공진제어유닛과 관련된 일 실시예가 설명된다.
도 4를 참조하면, 제어부(130)에 탑재된 공진제어유닛의 개념도가 도시된다.
제어부(130)는 적어도 하나의 병렬연결된 공진제어유닛(401, 402)을 포함할 수 있다. 공진제어유닛(401, 402)은 본 발명과 관련된 계통연계형 인버터 시스템에서 발생하는 전류왜곡을 방지할 수 있다.
구체적으로, 적어도 하나의 공진제어기(401, 402)는 각각 주파수 차수에 대응되는 전달함수와 관련된 정보를 가질 수 있다. 제어부(130)는 병렬연결된 공진제어기(401, 402)를 이용하여 특정 차수의 고조파를 제거할 수 있다. 예를 들어, 특정 차수는 5, 7, 11 및 13일 수 있다.
고조파가 제거됨으로서, 필터부의 인덕터 용량을 감소시킬 수 있다. 아울러, 인덕터의 용량이 감소되면, 인덕터의 부피가 감소될 수 있다. 이로서, 변환부, 필터부 및 제어부가 하나의 모듈로서 일체형 케이스 내부에 모두 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 일체형 모듈로 형성된 전력변환장치의 출력 용량을 증축시킬 경우, 다수의 전력변환장치를 병렬 연결함으로써 용이하게 출력 용량을 증가시킬 수 있는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 인버터, 인버터 제어유닛 및 계통 연계용 필터를 일체형 모듈 내부에 모두 배치하여, 전력변환장치의 설치 공간이 협소한 경우에도, 전력변환장치를 용이하게 설치할 수 있으므로, 전력변환장치와 입력 전원 및 부하에 대한 공간 활용도가 향상되는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 전력변환장치를 병렬 연결하는 경우, 다수의 전력변환장치에 대응하는 필터의 크기를 소형화할 수 있는 효과가 도출된다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 제1 측에 형성되어, 제1 전원과 연결되는 제1 전원 단자부;
    상기 케이스의 제2 측에 형성되어, 제2 전원과 연결되는 제2 전원 단자부;
    상기 제1 전원 단자부로부터 인가되는 상기 제1 전원을 변환하여, 교류 전압을 생성시키는 변환부;
    상기 변환부와 연결되어, 상기 생성된 교류 전압을 필터링하여, 상기 제2 전원 단자부에 전달하는 필터부 및
    상기 제2 전원 단자부에 전달되는 전압의 파형이 조정되도록 상기 변환부 및 필터부 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 변환부, 제어부 및 필터부는 상기 케이스 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    팬을 더 포함하고,
    상기 필터부는 상기 변환부에 연결된 제1 인덕터와, 상기 제2 전원 단자부에 연결된 제2 인덕터 및 상기 제1 및 제2 인덕터 상호간에 연결된 캐패시터를 포함하고,
    상기 제1 인덕터는 상기 제2 인덕터 보다 큰 용량으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 인덕터는 상기 제2 인덕터 보다 상기 팬에 근접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변환부는 3레벨의 전력변환유닛을 포함하고,
    상기 전력변환유닛은 적어도 하나의 스위칭 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변환부의 입력부는 3상 입력 단자로 형성되고,
    상기 3상 입력 단자는 평활 유닛과 연결되며,
    상기 평활 유닛은,
    상기 제1 전원 단자부로부터 입력되는 제1 전원을 변환하여, 상기 3상 입력 단자로 3상 전압을 전달하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력변환장치의 입출력 전압과 관련된 정보를 출력하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 상기 케이스의 제2 측의 제1 부분에 설치되고,
    상기 제2 전원 단자부는 상기 제1 부분의 하측인 제2 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 적어도 하나의 병렬 연결된 공진제어유닛을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 공진제어유닛은 상기 제2 전원 단자부에 전달되는 전압에 포함된 고조파를 제거하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 필터부는 인덕터를 포함하고,
    상기 필터부의 부피가 상기 케이스 내부의 부피 중 일부보다 작게 형성되도록, 상기 인덕터는 특정 인덕턴스 값 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전력변환장치와 다른 전력변환장치가 병렬 연결되도록 상기 케이스의 제3 측에 형성되는 병렬연결단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
KR1020150083579A 2015-06-12 2015-06-12 전력변환장치 KR102397211B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150083579A KR102397211B1 (ko) 2015-06-12 2015-06-12 전력변환장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150083579A KR102397211B1 (ko) 2015-06-12 2015-06-12 전력변환장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160146380A true KR20160146380A (ko) 2016-12-21
KR102397211B1 KR102397211B1 (ko) 2022-05-12

Family

ID=57735059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150083579A KR102397211B1 (ko) 2015-06-12 2015-06-12 전력변환장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102397211B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180060027A (ko) * 2016-11-28 2018-06-07 김상현 양방향ac-dc멀티레벨컨버터
WO2020153559A1 (ko) * 2019-01-25 2020-07-30 엘에스일렉트릭㈜ 인버터 장치 및 이를 포함하는 전력변환장치
CN113366930A (zh) * 2019-01-25 2021-09-07 Ls电气株式会社 逆变器装置以及包括其的逆变器面板

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120058833A (ko) * 2010-11-30 2012-06-08 엘에스산전 주식회사 계통연계형 인버터 시스템
JP2013094022A (ja) * 2011-10-27 2013-05-16 Hitachi Automotive Systems Ltd 電力変換装置
KR20130088606A (ko) * 2012-01-31 2013-08-08 엘지전자 주식회사 3-레벨 인버터 제어 장치와, 3-레벨 인버터를 구비한 전원 공급 장치 및 모터 구동 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120058833A (ko) * 2010-11-30 2012-06-08 엘에스산전 주식회사 계통연계형 인버터 시스템
JP2013094022A (ja) * 2011-10-27 2013-05-16 Hitachi Automotive Systems Ltd 電力変換装置
KR20130088606A (ko) * 2012-01-31 2013-08-08 엘지전자 주식회사 3-레벨 인버터 제어 장치와, 3-레벨 인버터를 구비한 전원 공급 장치 및 모터 구동 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180060027A (ko) * 2016-11-28 2018-06-07 김상현 양방향ac-dc멀티레벨컨버터
WO2020153559A1 (ko) * 2019-01-25 2020-07-30 엘에스일렉트릭㈜ 인버터 장치 및 이를 포함하는 전력변환장치
KR20200092682A (ko) * 2019-01-25 2020-08-04 엘에스일렉트릭(주) 인버터 장치 및 이를 포함하는 전력변환장치
CN113366930A (zh) * 2019-01-25 2021-09-07 Ls电气株式会社 逆变器装置以及包括其的逆变器面板

Also Published As

Publication number Publication date
KR102397211B1 (ko) 2022-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220014088A1 (en) Systems and methods for mitigating harmonics in electrical systems by using active and passive filtering techniques
CN100507590C (zh) 多输入通道模块化高频隔离单相电能回馈型电子负载
US8917047B2 (en) Converter system
Teichmann et al. A comparison of three-level converters versus two-level converters for low-voltage drives, traction, and utility applications
CN102377324B (zh) 适合于高压应用的变流桥臂及其应用系统
CN201072438Y (zh) 多输入通道模块化高频隔离单相电能回馈型电子负载
EP3063854B1 (en) Power supply control
EP3149843B1 (en) Adaptive ac power exchanger
Hillers et al. Systematic comparison of modular multilevel converter topologies for battery energy storage systems based on split batteries
US6700804B1 (en) Integrated multi-level inverter assembly
US9270192B2 (en) Variable speed drive provided with a supercapacitor module
EP3244523B1 (en) Alternating-current direct-current photovoltaic device
EP2950438A1 (en) Five level inverter
US20150357939A1 (en) Cascaded h-bridge inverter capable of operating in bypass mode
KR102397211B1 (ko) 전력변환장치
CN203827171U (zh) 电力负载的驱动电路
WO2003026112A2 (en) Universal power supply system
KR20130090122A (ko) 가전기기의 전원 장치
CN109672346A (zh) 电源转换单元及辅助电源系统
US11990830B2 (en) Power conversion system and virtual DC voltage generator circuit
WO2018198893A1 (ja) 電力変換システム
CN103138622A (zh) 辅助电源系统和电力机车
CN102468792B (zh) 风扇用直流无刷马达的驱动装置
CN104104244A (zh) 多阶交流/直流电力转换方法及其装置
CN209267459U (zh) 电源转换单元及辅助电源系统

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant