KR20170094353A - 전자적 양립 가능한 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 고정된 교류 전력의 전압 크기 및 주파수를 입력으로서 받아들여, 가변 전압 및 가변 주파수를 가지는 교류 전력을 공급하기 위하여 구비되는 가변속 속도 드라이브 시스템에 있어서, 교류 전력 소스와 연동되어 입력 교류 전압을 공급하고, 입력된 상기 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터에 연결되어, 상기 컨버터로부터 에너지를 저장하고 상기 직류 전압을 여과(filter)하는 DC 링크; 상기 DC 링크에 연결되어, 상기 DC 링크로부터의 상기 직류 전압을 상기 가변 전압 및 가변 주파수를 가지는 교류 전력으로 전환하는 인버터; 각 권선의 일단은 상기 입력 교류 전압의 위상과 연동되고, 타단은 상기 인버터와 연동되는, 세개의 권선을 가지는 삼상 인덕터를 포함하는 입력 필터; 적어도 하나 이상의 상기 입력 필터 권선의 상기 타단과 지면점 사이에서 저항-용량 회로를 가지는 전자적 양립 가능 필터; 상기 전자적 양립 가능 필터는 상기 가변속 속도 드라이브 시스템의 모든 전류를 이송하도록 요구되지 않고, 상기 전자적 양립 필터는 실질적으로 병렬 공진에 의해 상기 컨버터에서 발생되는 주파수 범위에서의 잡음을 감소시켜, 병렬 공진에 의한 상기 잡음이 상기 입력 필터를 거쳐 상기 입력 교류 전력의 소스로 전달되는 것을 방지하는 가변속 속도 드라이브 시스템을 제공한다.

Description

전자적 양립 가능한 필터 {Electromagnetic Compatibility Filter}
본 발명은 전자적 양립 필터(EMC Filter)에 관한 발명이다. 상세하게는 가변속 드라이브(Variable Speed Drive, VSD)에 사용될 수 있는 전자적 양립 필터에 관한 발명이다.
난방, 통풍, 에어-컨디셔닝 및 냉각(HVAC&R) 장치를 위한 가변속 스피드 드라이브(A variable speed drive, VSD)는 통상적으로 정류기 또는 컨버터, DC 링크 및 인버터를 포함한다. 전력 인자 보정을 제공하기 위한 능동 컨버터 기술을 포함하는 가변속 스피드 드라이브 및 감소된 입력 전류 고조파는 종래의 가변속 스피드 드라이브 기술에 비하여 또한, 일반 실효값 모드(common mode RMS)에서 상당히 높은 레벨의 모터 고정자 권선의 파고 간(peak to peak) 전압을 발생시킨다.
가변속 스피드 드라이브는 지면에 대하여 라디오 장비 또는 송신과 간섭을 일으킬 수 있는 공통 모드의 잡음(noise)을 발생시킨다. 가변속 스피드 드라이브에서 발생되는 잡음을 감소시키거나 제거하기 위하여, 가변속 드라이브 내에서 잡음의 순환 경로를 제공함에 의해 공통 모드의 잡음을 억제할 필요가 있다. 이러한 필터는 작은 루프 형태의 영역을 형성하여, 그렇게 함으로써 공통 모드 잡음에 의한 간섭을 감소시킨다.
일반적으로, 가변속 스피드 드라이브들과 함께 EMC 필터들이 가변속 속도 드라이브와 메인 전력 공급원 사이에서 전자기적 잡음의 이동을 감소시키기 위해 사용된다. EMC 필터는 가변속 스피드 드라이브 입력과 직렬로 연결된 큰 인덕터를 포함한다. 이러한 EMC 필터는 자성에 의한 손실때문에 가변속 스피드 드라이브 전체의 효율을 저하시킨다. 나아가, 가변속 스피드 드라이브의 크기와 비용을 증가시킨다.
다른 특징 및 장점, 효과들은 본 발명 명세서에서 명백하게 기재될 것이다. 본 발명에서 개시하는 범위는, 전술한 필요의 달성 여부를 불문하고 청구항의 범위를 포함하는 다양한 실시예에 이를 수 있다.
일반적으로 EMC 필터는 가변속 스피드 드라이브 입력과 직렬로 연결되어야만 하는 부피가 큰 인덕터를 형성하며, 그에 따라 가변속 스피드 드라이브의 크기와 비용이 증가한다. 이에, 본 발명에서는 전력 전자 장치 입력과 지면 사이에 필터를 연결함으로써 발생된 소음을 위한 매우 작은 고리 형태의 영역을 형성한다. 또한, 본 발명에 따른 필터는 회로 상에 기생하는 소자나, 존재하는 필터 인덕터를 활용하여 필터를 만드는데 사용될 수 있다. 이에 따라, 필터는 작고 매우 싼 가격에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 가변속 스피드 드라이브를 위한 새로운 전도된 전자기 방출 필터와 연관된다. 본 발명의 필터는 패시브 전단을 채택하는 가변속 스피드 드라이브들 또는 액티브 전단을 채택하는 가변속 스피드 드라이브들일 수 있다. 가변속 스피드 드라이브 시스템은 고정된 크기의 교류 입력 전압 및 고정 주파수를 가지는 입력 교류 전력을 수용하도록 배치되며, 상기 가변속 스피드 드라이브는 입력 교류 전압을 공급하기 위한 교류 전력 소스에 연결되는 컨버터 단계, 상기 컨버터 단계는 입력 교류 전압을 승압된 직류 전압으로 변환하기 위해 구비되며, 상기 컨버터 단계에 연결되는 DC 링크, 상기 DC 링크는 상기 컨버터 단계로부터 승압된 직류 전압을 필터하고 저장하기 위하여 구비되며, DC 링크에 연결되는 인버터 단계, 상기 인버터 단계는 DC 링크로부터의 승압된 직류 전압을 가변 전압 및 가변 주파수를 가지는 출력 교류 전력으로 변환하기 위하여 구비됨; 및 전자적 양립 가능(EMC) 필터; 상기 EMC 필터는 컨버터 섹션의 각 입력 위상에 대해 상대지간(phase-to-ground) 회로로부터 연결되는 직렬 RC 회로를 포함하고, 각 RC 회로는 컨버터 섹션의 각 위상과 지면 사이에 커패시터와 함께 직렬로 연결되는 저항을 포함함; 상기 EMC 필터는 상기 컨버터의 옆에 나란히 연결됨; 및 상기 입력 교류 소스와 EMC 필터 사이에 인덕터가 나란히 배열됨;
본 발명의 또 다른 실시예는 가변속 스피드 드라이브를 위한 EMC 필터에 관한 것이다. 상기 EMC 필터는 컨버터 섹션의 각 입력 위상에 대해 상대지간(phase-to-ground) 회로로부터 연결되는 직렬 RC 회로를 포함하고, 각 RC 회로는 컨버터 섹션의 각 위상과 지면 사이에 커패시터와 함께 직렬로 연결되는 저항을 포함함; 상기 EMC 필터는 상기 컨버터의 옆에 나란히 연결됨; 및 상기 입력 교류 소스와 EMC 필터 사이에 인덕터가 나란히 배열됨;
본 발명의 다른 특징 및 특징들의 조합과 관련된 대안적인 예시의 실시예들은 일반적으로 청구항에 기재되어 있다.
본 발명에 의하면, 공통 모드와 차동 모드에서, 가변속 스피드 드라이브의 작동 결과로써 교류 전력 소스에서 나타나는, 전도성 전자기 간섭 및 라디오 주파수 간섭과 연관된 전류를 감소시킬 수 있다.
도 1A 및 1B는 예시적인 시스템 배치들을 도시한다.
도 2A 및 2B는 가변속 스피드 드라이브의 다른 실시예들을 도시한다.
도 3은 도 1A 및 도 2A의 가변속 스피드 드라이브 시스템 배치를 사용하는 냉동 및 냉각 시스템의 일반적인 일 실시예를 도시한다.
도 4는 입력 필터의 구성을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 EMC 필터와 출력 필터 및 공통 / 차동 모드 입력 필터 회로를 가지는 가변속 스피드 드라이브의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 수동 컨버터를 포함하는 VSD의 예시적인 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 EMC 필터를 포함하는 공통 모드 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 8은 EMC 필터가 있는 경우와 없는 각각의 경우에, VSD의 공통 모드 임피던스를 나타낸 그래프이다.
도 9는 EMC 필터가 설치된 VSD의 전압 반응을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 다양한 실시예들 및 상기 실시예들을 도시한 도면을 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 범위는 다음에 개시되는 도면 또는 서술에 의해 설명되는 특징들 또는 방법론에 한정되지 않는다는 것에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명에서 채용하는 어법 및 용어는 서술을 위한 목적으로만 사용된 것이며, 제한, 한정으로써 취급되어서는 아니한다.
도 1A 및 도 1B는 일반적인 시스템 구성들을 도시한 도면이다. 교류 전력 소스(102)는 모터(106)(도 1A 참고) 또는 모터들(106)(도 1B 참고)에 전력을 공급하는 가변속 스피드 드라이브(VSD)(104)를 공급한다. 바람직하게는 모터(들)(106)은 냉각 또는 냉동 시스템(일반적으로, 도 3 참고)대응되는 압축기들을 구동하기 위하여 사용된다. 교류 전력 소스(102)는 현장에 존재하는 교류 전력 그리드(grid) 또는 분배 시스템으로부터 단상 또는 다상(예. 삼상), 고정 전압, 그리고 고정 주파수 교류 전력을 VSD(104)로 공급한다. 바람직하게 교류 전력 소스(102)는 대응되는 교류 전력 그리드에 의존하여, 교류 전압 또는 50Hz 또는 60Hz의 선 주파수를 가지는 200 V, 230 V, 380 V, 460 V, 600V의 선간 전압을 VSD(104)로 공급할 수 있다.
VSD(104)는 특정한 고정 선간 전압 및 선 주파수를 가지는 교류 전력을 교류 전력 소스(102)로부터 전달받아 해당 교류 전력을 특정한 요구들을 만족하도록 가변 요구 전압 및 요구 주파수로 설정된 모터(들)(106)로 공급할 수 있다. 바람직하게는, VSD(104)는 모터(들)(106)의 정격 전압 및 주파수보다 더 높은 전압들 및 주파수들 그리고 더 낮은 전압들과 주파수들을 가지는 교류 전력을 모터(들)(106)로 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, VSD(104)는 다시 더 높거나 더 낮은 주파수를 공급할 수 있지만, 단지 모터(들)(106)의 정격 전압 및 주파수보다 동일하거나 더 낮은 전압들을 공급할 수 있다. 바람직하게는, 모터(들)(106)은 유도 전동기(induction motor)일 수 있지만, 가변 속도로 작동될 수 있는 모든 타입의 모터를 포함할 수 있다. 유도 전동기는 적절하다고 생각하는 극 배열을 가질 수 있으며, 해당 극 배열은 두 개의 극, 네 개의 극 여섯 개의 극을 포함할 수 있다.
도 2A 및 2B는 VSD(104)의 서로 다른 실시예들을 도시한 도면이다. VSD(104)는 세 단계 : 컨버터 단계(202), DC 링크 단계(204) 및 하나의 인버터(206)(도 2A 참고)를 포함하는 출력 단계 또는 복수개의 인버터들(206)(도 2B 참고)을 포함할 수 있다. 컨버터(202)는 교류 전력 소스(102)로부터의 고정 선 주파수, 고정 선간 전압 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. DC 링크(204)는 컨버터(202)로부터의 직류 전력을 정류하고, 에너지 저장 소자로 공급한다. DC 링크(204)는 높은 신뢰성과 매우 낮은 고장률을 보이는 수동 소자들인 커패시터들, 인덕터들, 또는 그들의 조합으로 구성될 수 있다. 마지막으로, 도 2A의 일 실시예에서, 인버터(206)는 DC 링크(204)로부터의 직류 전력을 모터(106)를 위한 가변 주파수, 가변 전압 교류 전력으로 변환하며, 도 2B의 일 실시예에서는 DC 링크(204)에 인터버들(206)이 병렬로 연결되고, 각 인버터(206)가 대응되는 모터(206)를 위하여 DC 링크(204)로부터의 직류 전력을 가변 주파수, 가변 전압 교류 전력으로 변환한다. 인버터(들)(206)은 전력 트랜지스터들, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT) 전력 스위치 및 와이어 본딩 기술과 상호 연관된 역-다이오드를 포함하는 전력 모듈일 수 있다. 나아가, DC 링크(204)와 VSD(104)의 인버터(들)(206)은 DC 링크(204)와 VSD(104)의 인버터(들)(206)이 적절한 출력 전압들과 주파수들을 모터들(106)로 공급할 수 있는 한, 위에서 언급된 이외의 다른 소자들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 1B 및 도 2B와 관련하여, 인버터들(206)은 제어 시스템에 의해 공동으로 제어될 수 있으며, 그에 따라 각 인버터(206)는 요구되는 동일한 전압 및 주파수의 교류 전력을 각 인버터들(206)로 공급되는 일반 제어 신호 또는 제어 지시에 기반하여 대응되는 모터들로 공급한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 각 인버터(206)가 대응되는 모터로 서로 다르게 요구되는 전압들 및 주파수들을 공급하는 것을 가능하게 하기 위해, 각 인버터(206)로 공급되는 분리된 제어 신호들 또는 제어 지시들에 기반하여, 인버터들(206)은 제어 시스템에 의해서 개별적으로 제어된다. 이러한 역량은 VSD(104)의 인버터들(206)이 다른 인버터들(206)에 연결된 다른 모터들(106) 및 시스템들의 요구들과는 독립하여, 모터(106)와 시스템의 요구들 및 부하들을 더욱 효율적으로 만족시키는 것이 가능하도록 한다. 예를 들어, 하나의 인버터(206)가 하나의 모터(106)에 최대 전력의 절반을 제공하고 있는 동안, 다른 하나의 인버터(206)는 다른 모터(106)에 최대 전력을 제공할 수 있다. 각 실시예에서 인버터들(206)의 제어는 제어 패널 또는 다른 적절한 제어 장치에 의하여 수행될 수 있다.
각각의 모터(106)가 VSD(104)에 의해 구동되도록 하기 위해, VSD(104)의 출력 단계에 대응되는 인버터가(206) 존재한다. VSD(104)에 의하여 구동될 수 있는 모터들(106)의 갯수는 VSD(104)에 포함된 인버터들(206)의 갯수에 의존한다. 일실시예에 따르면, 두 개 또는 세 개의 인버터들(206)이 DC 링크(204)에 병렬로 연결된 VSD(104)에 포함될 수 있으며, 대응되는 모터(106)에 동력을 공급하기 위하여 사용될 수 있다. VSD(104)가 2개 내지 3개의 인버터들(206)을 포함할 수 있지만, DC 링크(204)가 각각의 인버터들(206)로 적절한 직류 전류를 공급하고 유지할 수 있는 한, 3개 이상의 인버터들(206)도 사용될 수 있음에 유의하여야 한다.
도 3은 도 1A 및 도 2A의 VSD(104)와 시스템 구성을 사용하는 냉각 또는 냉동 시스템의 일반적인 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 것과 마찬가지로, HVAC, 냉동 또는 액체 냉각 시스템(300)은 압축기(302), 냉각기 배열(304), 액체 냉각 또는 증발기 배열(306) 및 제어 패널(308)을 포함한다. 압축기(302)는 VSD(104)에 의해 동력을 공급받는 모터(106)에 의해 구동된다. VSD(104)는 특정한 고정 선간 전압 및 선 주파수를 가지는 교류 전력을 교류 전력 소스(102)로부터 전달받아 해당 교류 전력을 특정한 요구들을 만족하도록 가변 요구 전압 및 요구 주파수로 설정된 모터(106)로 공급할 수 있다. 제어 패널(308)은 A/D(Analog to digital) 컨버터, 마이크로-프로세서, 비휘발성 기억장치 및 인터페이스 보드와 같이 냉동/냉각 시스템(300)의 구동을 제어하기 위한 다양한 다른 소자들을 포함할 수 있다. 제어 패널(308)은 또한, VSD(104)와 모터(106)의 구동을 제어하기 위하여 사용될 수 있다.
압축기(302)는 냉매 증기를 압축하고 배기 라인을 통하여 상기 증기를 냉각기(304)로 이동시킨다. 압축기(302)는 나사 압축기(스크루 압축기), 원심 압축기, 왕복 압축기, 스크롤 압축기 등 적절한 타입으로 선택될 수 있다. 압축기(302)에 의해 냉각기(304)로 이동된 냉매 증기는 액체(예를 들어, 공기 및 물)와 열 교환 관계에 진입하고, 액체와의 열 교환 관계의 결과로서 냉매 액체로의 상 변화를 겪는다. 냉각기(304)로부터 냉각된 액체 냉매는 팽창 장치(도면에 미도시)를 통과하여 증발기(306)로 유동한다.
증발기(306)는 냉각 부하의 공급 라인과 복귀 라인을 위한 연결을 포함한다. 2차적인 액체(예를 들어, 물, 에틸렌, 염화칼슘 브라인, 또는 염화나트륨 브라인)는 복귀 라인을 통하여 증발기(306)로 유입되며, 공급 라인을 통하여 증발기(306)로부터 방출된다. 증발기(306) 내의 액체 냉매는 2차적인 액체의 온도를 낮추기 위하여 2차적인 액체와 열 교환 관계에 진입한다. 증발기(306)안의 냉매 액체는 2차적인 액체와의 열 교환 결과로써 냉매 증기로의 상 변화를 겪는다. 증발기(306) 안의 증기 냉매는 순환의 완료하기 위하여 흡입 라인에 의해 증발기(306)로부터 방출되어 압축기(302)로 복귀한다. 냉각기(304)와 증발기(306)에서 냉매의 상 변화가 적절하게 이루어지도록 구성되기만 한다면, 시스템(300)에서 냉각기(304)와 증발기(306)는 어떠한 형태로든 배치되어 사용될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
HVAC, 냉동 또는 액체 냉각 시스템(300)은 도 3에 도시되지 않은 많은 다른 특징들을 포함할 수 있다. 이러한 특징들은 도면을 간단히 하고, 도시의 편의성을 위하여 의도적으로 기술되지 않았을 수 있다. 나아가, 도 3에서는 하나의 냉각 회로에 연결된 하나의 압축기를 가지는 냉동 또는 액체 냉각 시스템(300), HVAC를 도시하고 있으나, 시스템(300)은 도 1B 및 도 2B에 도시된 하나의 VSD에 의해 구동되거나, 일반적으로 도 1A 및 2A에 도시된 복수개의 VSD들에 의해 구동되고, 각각 하나 또는 그 이상의 냉각 회로들과 연결되는 복수개의 압축기를 포함할 수 있음에 유의하여야 한다.
다음으로, 도 4를 참고하면, 입력 필터(10)를 이루는 구성들의 도식적인 다이어그램이 개시되어 있다. 능동 컨버터(202)에 의해 생성되는 EMI/RFI 소스들은 컨버터(202) 앞에서 삼상 교류 입력 인덕터(16)를 상에 따라, 라인-사이드 인덕터(26)와 로드-사이드 인덕터(28) 쪼개는 것에 의해서 여과된다. 라인-사이드 인덕터들(26)과 로드 사이드 인덕터(28)들은 인덕터 탭 부분(18)에 의하여 연결된다. 용량성 삼상 필터 구성(20)은 인덕터 캡 부분들(18) 사이에서 와이(Y) 결선된다. 선택적인 접지 연결(22)은 와이(Y) 결선된 필터 구성(20)의 공유점(21)에서 연결될 수 있다. 대안적으로, 접지 연결(22)은 접지형 커패시터(23)를 포함할 수 있다. 라인-사이드 인덕터 및 로드-사이드 인덕터(26, 28) 각각과 용량성 필터 구성(20)은 EMI/RFI 소스- 예를 들어, 컨버터(202)에 의해 전도되는 입력 전류의 고 주파수 스위칭 구성들 -의 감쇠(a roll off)를 제공하기 위한 유도용량 값들과 정전용량 값을 가지도록 설계된다. 입력 필터는 인덕터(26,28)의 차동 모드 유도 구성을 통하여 높은 임피던스를, 삼상 와이(Y) 결선된 커패시터스(20)를 통하여 낮은 임피던스를 EMI / RFI 소스들로 제공한다. 네 번 또는 다섯 번 감긴 입력 인덕터(16)를 활용함에 의해, 인덕터(26,28)와 선택적인 접지 연결(22) 또는 접지형 커패시터(23)를 통하여 함께 형성되는 공통 모드 유도 구성은 인버터(202)에 의해서 생성되는 공통 모드 전류가 메인 전력 소스(102)로 흘러들어가는 것을 방지하는 필터의 용량(10)을 증가시킨다. 입력 필터(10)의 와이 결선된 지점(21)은 직접 접지되거나, 대안적으로는 고-주파수 전류를 더 잘 접지하기 위하여 분리된 커패시터(23)를 통해 접지될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 작은 정전 용량을 가지는 인덕터(16)가 제공될 수 있다.
라인-사이드 인덕터들(26)은 와이 결선된 커패시터(2)와 교류 전력 소스(102) 사이에서 VSD(104)의 미리 설정된 스위칭 주파수의 임피던스를 제공한다. 라인-사이드 인덕터들(26)의 임피던스는 와이 결선된 커패시터들(20)이, 입력 교류 소스(102)와 VSD(104) 사이에 커다란 임피던스가 없는 시스템보다 더 효율적이도록 설계될 수 있다. 또한, 인덕터들(26)은 컨버터(202)로부터 교류 전력 소스(102)의 고-주파수 전류의 흐름을 제한하기 위하여 반대 방향으로 고-주파수 임피던스를 공급할 수 있다. 이에 따라, 인덕터들(26)은 교류 전력 소스(102)로 되돌아 반사되는 고 주파수 방출을 제한할 수 있다.
인덕터들(28)은 커패시터들(20)과 VSD(104)로의 입력 사이에서 임피던스를 제공한다. 인덕터들(28)은 교류 전력 소스(102)와 VSD(104)의 능동 컨버터(202) 부분 사이에서 높은 임피던스를 제공한다. 대안적으로, 만일 VSD(104)가 수동 정류기 컨버터를 가지는 종래의 VSD라면, 인덕터(28)의 임피던스는 VSD(104)를 교류 입력 메인(102)으로부터 분리시키며, VSD(104)로부터 메인(102)으로 전도되는 고 주파수 방출을 감소시킨다.
와이 결선된 커패시터 뱅크(20)는 상 컨덕터들(Phase conductor) A, B 및 C 사이에서 적어도 하나의 VSD(104)의 스위칭 주파수를 위한 낮은 임피던스를 제공하며, 차동 모드 전류 흐름을 위한 낮은 임피던스를 제공한다. 또한, 와이 결선된 커패시터 뱅크(20)는 공통 모드 전류 흐름을 감소시키기 위하여, 접지 지점이 제공되는 것을 전제로, 접지 지점(22)으로 흐르는 적어도 하나의 스위칭 주파수의 흐름을 위한 낮은 임피던스 통로를 제공한다.
다음으로 도 5를 참고하면, EMC 필터를 출력 필터로 가지고, 공통 모드/차동 모드 입력 필터 회로를 선택적으로 가지는 가변속 스피드 드라이브의 일 실시예가 도시되어있다. 위의 도 4에 도시된 EMI/RFI 필터는 컨버터(202)의 입력에 연결되고, 위에 설명된 것과 동일한 필터링 기능을 수행한다. VSD(104)의 입력에 인덕터(16)를 가지는 입력 필터를 추가하는 것은 교류 입력 메인(102)과 VSD(104) 사이에서 고-임피던스 회로를 효율적으로 제공한다. 공통 모드 전류 흐름에 낮은 임피던스 경로를 제공하기 위하여, 세개의 공통 모드 커패시터들(32)을 포함하는 삼상 와이 결선된 커패시터 뱅크(30)는 VSD의 모터 연결 터미널(38)과 접지 지점(22) 사이에 연결된다. 커패시터 뱅크(30)는 고 주파수에서 단 회로(예를 들어, 낮은 임피던스)와 등가이며, 세개의 VSD 출력 터미널들(34)에 존재하는 파괴적인 고 주파수 교류 성분들을 효과적으로 접지하고, 파괴적인 교류 성분들이 모터 또는 VSD에 연결된 다른 종류의 부하들에 도달하는 것을 분기시키며, 그에 따라 공통 모드 전압들로부터의 전류들을 필터링한다. 커패시터 뱅크(30)는 고 주파수 교류 성분이 모터에 부착된 커패시터 접지 구성들을 우회할 수 있게 하며, 공통 모드 전압 및 전류에 의해서 야기될 수 있는 볼 베어링 손상 가능성을 제거한다.
EMC 필터(50)는 능동 컨버터 섹션(202)의 각 입력상 A, B 및 C 각각의 상(phase)에서 땅으로 연결된 직렬 RC 회로를 포함한다. 일 실시예에 있어서, EMC 필터(50)는 A, B 및 C 각 상과 접지 지점(22) 사이에서, 커패시터(54)와 직렬로 연결된 저항(52)을 포함하는 세 개의 RC 필터들(51)을 포함한다.
다음으로, 도 6을 참고하면, 도 5에 도시된 액티브 컨터버를 대신하여 수동 컨버터(201)를 포함하는 VSD(104)의 다른 일 실시예가 도시되어 있다. 도 5에 대하여 상기에서 기술한 것처럼, 컨버터(201)는 선전압 교류 전력을 교류 전력 소스(102)에서 직류 전력으로 변환한다. DC 링크(204)는 컨버터(202)로부터 교류 전력을 필터링하고, 에너지 저장 소자들로 공급한다. 인버터(206)는 DC 링크(204)로부터의 직류 전력을 가변 주파수, 가변 전압을 가지는 교류 전력으로 변환한다. 일 실시예에 따르면, 저항(52)은 VSD가 최대 노이즈가 전달되는 병렬 공진을 발생시키는 주파수에서의 이득을 감소시키는 커패시터(54)와 직렬로 연결된 저항값을 가질 수 있다. RC 필터는 최대 노이즈 주파수들의 변동, 바람직하게는 150kHZ 내지 30000kHZ 범위에서의 변동을 조절하기 위해 저항(52)과 커패시터(54)와는 다른 값을 가질 수 있다.
EMC 필터(50)는 수동 컨버터 섹션(201)의 각 입력상 A, B 및 C 각각의 상(phase)에서 땅으로 연결된 직렬 RC 회로를 포함한다. 일 실시예에 있어서, EMC 필터(50)는 A, B 및 C 각 상과 접지 지점(22) 사이에서, 커패시터(54)와 직렬로 연결된 저항(52)을 포함하는 세 개의 RC 필터들(51)을 포함한다. EMC 필터는 컨버터(201)의 라인 사이드 상 꼭지(18)에서 수동 컨버터(201)에 연결된다.
도 7을 참고하면, EMC 필터(50)를 포함하는 공통 모드 등가 회로가 도시되어 있다. L정류기/3은 VSD(104)의 정류기 측 인덕턴스이며, C공통_모드는 VSD의 공통 모드 커패시턴스이고, R댐프는 입력 필터의 댐핑 저항이고, C기생은 DC 링크(204)와 컨버터(202)/인버터(206) 교류 터미널로부터 접지된 기생 커패시턴스이고, L그라운드_스트랩은 접지 연결(22)의 기생 인덕턴스이다. Rf는 저항(52)이고, Cf는 커패시터(54)이다. 저항(52)은 커패시터(54)와 액티브 컨터버 섹션(202)을 통하는 피크 전류를 최소화하며, 그리고 커패시터(54)는 근본적인 입력 진동수(예를 들어 50/60 kHz) 근처에서 저항(52)에 의한 전력 누수를 감소시킨다. 저항(52)의 값은 선택될 수 있으며, 따라서 병렬 공진 주파수에서 이득의 충분한 감소가 얻어질 수 있다. 도 8의 피크(802) 및 도 9의 피크(902)에서 각각 보여지는 것처럼 컨버터에서 발생되는 노이즈는 약화될 수 있다.
본 출원은 상기 기재된 설명 또는 도면에 묘사된 세부 사항 또는 방법론에 제한되지 않음에 유의하여야 한다. 또한, 본 명세서에서 채택된 어법 또는 용어는 설명을 위한 목적으로만 사용된 것이며, 제한 사항으로써 간주되어서는 안된다는 것에 유의하여야 한다.
본 발명의 도면 및 상세한 설명이 바람직한 일 실시예에 대하여 묘사하고 있지만, 본 명세서의 실시예들은 예시를 들기 위하여만 제공된 것임에 유의하여야 한다. 따라서, 본 출원은 특정 실시예로 제한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범위에 불구하고, 다양한 변형들로 확장될 수 있다. 다양한 프로세스들 또는 방법들, 단계들의 순서 또는 연속적인 사건들은 다양해지거나 대안적인 실시예들에 따라 재배열 될 수 있다.

Claims (11)

  1. 고정된 교류 전력의 전압 크기 및 주파수를 입력으로서 받아들여, 가변 전압 및 가변 주파수를 가지는 교류 전력을 공급하기 위하여 구비되는 가변속 속도 드라이브 시스템에 있어서,
    교류 전력 소스와 연동되어 입력 교류 전압을 공급하고, 입력된 상기 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
    상기 컨버터에 연결되어, 상기 컨버터로부터 에너지를 저장하고 상기 직류 전압을 여과(filter)하는 DC 링크;
    상기 DC 링크에 연결되어, 상기 DC 링크로부터의 상기 직류 전압을 상기 가변 전압 및 가변 주파수를 가지는 교류 전력으로 전환하는 인버터;
    각 권선의 일단은 상기 입력 교류 전압의 위상과 연동되고, 타단은 상기 인버터와 연동되는, 세개의 권선을 가지는 삼상 인덕터를 포함하는 입력 필터;
    적어도 하나 이상의 상기 입력 필터 권선의 상기 타단과 지면점 사이에서 저항-용량 회로를 가지는 전자적 양립 가능 필터;
    상기 전자적 양립 가능 필터는 상기 가변속 속도 드라이브 시스템의 모든 전류를 이송하도록 요구되지 않고,
    상기 전자적 양립 필터는 실질적으로 병렬 공진에 의해 상기 컨버터에서 발생되는 주파수 범위에서의 잡음을 감소시켜, 병렬 공진에 의한 상기 잡음이 상기 입력 필터를 거쳐 상기 입력 교류 전력의 소스로 전달되는 것을 방지하는 가변속 속도 드라이브 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자적 양립 가능 필터는 제1 필터의 일단들이 각각 상기 입력 필터 권선의 타단에 연결되고, 제2 필터의 일단이 일반적인 지면점에 연결되는 가변속 속도 드라이브 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전자적 양립 가능 필터는 저항-용량성 필터 뱅크를 포함하고, 상기 제1 필터의 일단들이 각각 상기 입력 필터 권선의 타단에 연결되어 WYE(Y)결선을 형성하는 가변속 속도 드라이브 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 일반적인 지면점은 상기 컨버터 상의 지면점인 가변속 속도 드라이브 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 전단에 패시브를 가지는 컨버터를 더 포함하는 가변속 속도 드라이브 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 삼상 인덕터의 각 권선은 상기 각 권선을 인덕터 영역들의 쌍으로 나누는 센터캡(center cap)을 포함하는 가변속 속도 드라이브.
  7. 제6항에 있어서, 전단에 액티브를 가지는 컨버터를 더 포함하는 가변속 속도 드라이브 시스템.
  8. 가변속 속도 드라이브 시스템을 구동하는 방법에 있어서,
    고정된 교류 입력 전압의 크기 및 주파수를 입력 교류 전력으로 수신하는 단계;
    상기 교류 입력 전압을 컨버터에서 직류 전압으로 변환하는 단계;
    DC 링크 내에서, 상기 직류 전압이 필터링되고, 상기 컨버터로부터의 에너지가 저장되는 단계;
    상기 DC 링크의 상기 직류 전압이 교류 전력으로 변환되는 단계;
    가변 전압 및 가변 주파수를 가지는 출력 교류 전력을 공급하는 단계; 및
    병렬 공진에 의해 상기 컨버터에서 발생되는 주파수 범위에서의 잡음을 약화시켜서, 상기 잡음이 상기 입력 필터를 거쳐 상기 입력 교류 전력의 소스로 전달되는 것을 방지하는 단계;
    를 포함하는 가변속 속도 드라이브 시스템 구동 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 병렬 공진에 의해 상기 컨버터에서 발생되는 주파수 범위에서의 잡음을 약화시키는 단계는 전자적 양립 가능 필터에 의하여 달성되는 가변속 속도 드라이브 시스템 구동 방법.
  10. 가변속 스피드 드라이브와 함께 사용되는 전자적 양립 가능 필터로서, 상기 가변속 스피드 드라이브는 입력 교류 전력 소스와 연동되고, 입력 필터는 상기 입력과 컨버터 사이에서 연동되며, 상기 전자적 양립 가능 필터는 상기 입력 필터의 일단 및 상기 컨버터와 특정 시점에 연동되며 , 상기 입력 필터의 타단은 지면에 연동되어 , 상기 전자적 양립 가능 필터는 병렬 공진에 의해 상기 컨버터에서 발생되는 주파수 범위에서의 잡음을 약화시켜서, 상기 잡음이 상기 입력 필터를 거쳐 상기 입력 교류 전력의 소스로 전달되는 것을 방지하는 전자적 양립 가능 필터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 입력 필터의 타단이 연동되는 상기 지면은 상기 컨버터 상의 지면점인 전자적 양립 가능 필터.



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