KR20210107415A - 인버터 초기충전회로의 고장진단장치 및 그 방법 - Google Patents

인버터 초기충전회로의 고장진단장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터의 초기충전회로의 고장진단장치와 그 방법에 관한 것으로, 초기충전회로의 초기충전저항과 직류링크캐패시터의 시정수를 이용하여 충전기준시간을 계산하고 실제 직류링크캐패시터의 충전시간을 이와 비교함으로써 초기충전저항의 고장 여부를 감지할 수 있고, 그에 따라 초기충전회로의 파손이나 인버터 전체 부품의 소손 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

인버터 초기충전회로의 고장진단장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING INITIAL CHARGING CIRCUIT OF INVERTER}
본 발명은 인버터에 관한 것으로, 특히 인버터의 초기충전회로에 관한 것이다.
인버터는 컨버터와 함께 대표적인 전력변환 장치 중 하나이다. 인버터는 교류전력을 입력받아 직류로 변환한 뒤 전동기 제어를 위해 다시 교류로 변환하여 전동기를 제어한다. 팬, 펌프, 엘리베이터, 이송장치, 생산라인 등 전동기가 사용되는 산업 전반에 다양한 형태로 사용된다. 컨버터는 교류 또는 직류 입력 전원을 직류로 변환해주는 장치로 전력변환 방식은 인버터와 유사하며, 인버터와 마찬가지로 산업 전반에 다양하게 사용되고 있다.
인버터에는 초기충전회로가 필수적이다. 초기충전회로는 인버터의 직류링크캐패시터에 돌입전류로 인한 과전류가 흐르는 것을 방지하고, 정류부와 직류단의 기생 인덕턴스 성분과 돌입전류에 의해 발생하는 고전압으로부터 소자들을 보호한다.
도 1은 종래기술에 따른 일반적인 인버터의 구조를 나타낸다.
인버터는 정류부(20), 초기충전회로(30), 직류링크캐패시터(40) 및 인버터부(50)로 구성된다.
정류부(20)는 3상 교류전원(10)으로부터 교류전원을 공급받아 직류로 변환한다. 직류로 변환된 전원은 직류링크캐패시터(40)에 저장되고, 직류전원은 다시 인버터부(50)에 의해 교류전원으로 변환되어 전동기(60)에 공급된다.
초기충전회로(30)는 일반적으로 릴레이(32) 및 초기충전저항(34)으로 구성된다. 릴레이(32)는 MCU(70)에 의해 온/오프가 제어된다.
초기 충전이 시작되면 릴레이(32)는 오프 상태이고 전류는 초기충전저항(34)을 통해 흘러 직류링크캐패시터(40)에 전달된다. 충전이 어느 정도 진행되어 직류링크캐패시터(40)의 전압(Vdc)이 일정 레벨 이상이 되면 MCU(70)는 릴레이(32)를 온 상태로 제어하여 정류부(20)의 출력전압이 직접 직류링크캐패시터(40)에 전달되도록 한다.
직류링크캐패시터(40)의 충전시간은 초기충전저항(34)과 직류링크캐패시터(40)에 의해 정해지는데, 초기충전저항(34)이나 직류링크캐패시터(40)의 이상이 생기면 충전시간도 변화하게 된다. 충전시간이 길어지면 제품 정상동작까지의 시간이 길어져 사용자가 구성한 시스템 전체의 오동작을 일으킬 수 있고, 충전시간이 짧아지면 과전압 발생으로 제품 내 스트레스가 증가하여 심한 경우 제품의 소손까지 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 인버터 초기충전회로의 문제점을 해결하기 위해 연구 노력해 왔다. 초기충전회로의 초기충전저항이나 직류링크캐패시터의 고장을 감지함으로써 초기충전회로의 고장으로 인한 제품의 파손이나 소손을 방지하기 위한 초기충전회로의 고장 진단 방법을 완성하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 초기충전저항의 고장을 효과적으로 감지할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
초기충전저항의 고장을 미리 알아내어 인버터의 고장이나 소손을 방지하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명에 따른 인버터 초기충전회로의 고장진단장치는,
인버터 직류링크캐패시터의 전압을 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 측정한 직류링크캐패시터의 전압이 일정레벨에 도달하는 시간을 이용하여 상기 인버터의 초기충전회로의 고장을 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 직류링크캐패시터의 전압이 일정레벨에 도달하는 충전기준시간을 상기 초기충전회로의 초기충전저항과 상기 직류링크캐패시터의 시정수를 이용하여 구하는 것이 좋다.
상기 제어부는 상기 충전기준시간은 상기 시정수의 세 배 값으로 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 인버터의 초기충전회로가 고장이라고 판단되면 상기 인버터의 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 초기충전회로의 고장진단방법은,
직류링크캐패시터의 충전을 시작하는 단계; 직류링크캐패시터의 전압이 기준전압 이상이 될 때까지의 충전시간을 측정하는 단계; 상기 직류링크캐패시터와 상기 초기충전회로의 초기충전저항에 의해 충전기준시간을 계산하는 단계; 및 상기 충전시간과 상기 충전기준시간을 비교하여 상기 초기충전회로의 고장여부를 판단하는 단계를 포함한다.
특히 상기 충전기준시간은 상기 직류링크캐패시터와 상기 초기충전회로의 초기충전저항으로 계산한 시정수의 세 배의 값인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 종래기술에서 감지할 수 없던 충전시간 이상을 감지하여 초기충전저항의 이상을 판단할 수 있고, 그에 의해 초기충전회로나 인버터의 고장이나 파손을 막을 수 있는 효과가 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 종래기술의 인버터 전체의 개략적인 구조도이다.
도 2는 종래기술의 인버터 초기충전회로 동작의 개략적인 흐름도이다.
도 3은 종래기술의 인버터 초기충전회로 동작에 따른 직류링크캐패시터의 충전 전압을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 인버터 초기충전회로 고장감지장치의 개략적인 구조도이다.
도 5는 인버터 초기충전회로가 정상동작하는 경우의 직류링크캐패시터의 충전전압곡선을 나타낸다.
도 6 및 도 7은 초기충전회로에 이상이 발생한 경우 직류링크캐패시터의 충전전압곡선을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 인버터 초기충전회로 고장감지방법의 개략적인 흐름도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다.
도 1은 종래기술의 인버터 전체의 개략적인 구조도이다.
인버터는 일반적으로 정류부(20), 초기충전회로(30), 직류링크캐패시터(40) 및 인버터부(50)를 포함한다.
정류부(20)는 3상 교류전원(10)을 직류로 변환하여 직류링크캐패시터(40)에 저장한다.
직류링크캐패시터(40)는 정류부(20)의 출력을 저장했다가 인버터부(50)에 공급하고, 인버터부(50)는 직류를 교류로 변환하여 전동기(60)에 공급한다.
초기충전회로(30)는 직류링크캐패시터(40)로 돌입전류가 흘러 소자가 파손되는 것을 막기 위해 필수적이다. 초기충전회로(30)는 릴레이(32)와 초기충전저항(34)으로 구성된다.
초기충전시에는 정류부(20)의 출력은 초기충전저항(34)을 통해 직류링크캐패시터(40)로 전달되고 초기충전이 끝나면(LV Clear) 릴레이(32)가 연결되어 정류부(20)의 출력은 초기충전저항(34)이 아니라 릴레이(32)를 통해 흐른다. 초기충전이 아닌 인버터 동작 시에는 고전류가 흐르므로 초기충전저항(34)에서 전류가 소모되거나 고전압으로 인한 소자의 파손 등을 방지하기 위함이다. MCU(70)는 직류링크캐패시터(40)의 전압(Vdc)를 측정하여 초기충전 여부를 판단하고 릴레이(32)의 온/오프를 제어한다.
도 2는 종래기술의 인버터 초기충전회로 동작의 개략적인 흐름도이다.
DSP 리셋을 해지하면 초기 충전이 시작된다(S10).
충전이 시작되면 직류링크캐패시터의 전압(Vdc)을 센싱하고(S20), 전압이 저전압 레벨보다 커졌는지 판단한다(S30).
센싱한 전압이 저전압 레벨 이하이면 충전을 계속하고, 센싱한 전압이 저전압 레벨보다 크면 릴레이를 온 시켜(S40) 초기충전을 종료하게 된다.
도 3은 종래기술의 인버터 초기충전회로 동작에 따른 직류링크캐패시터의 충전 전압을 나타낸다.
초기충전이 시작되면 직류링크캐패시터와 초기충전저항의 시정수에 의한 곡선에 따라 전압이 상승한다. 시정수에 의해 계산한 일정시간(41)이 흐르면 저전압 해지(LV Clear) 시점(42)에 도달하여 릴레이가 온 되면서 초기충전저항을 거치지 않아 평탄한 전압(43)이 직류링크캐패시터에 공급된다.
그런데 종래기술은 시정수에 의해 계산한 충전시간(41)을 판단하지 않고 직류링크캐패시터의 전압만으로 충전완료여부를 판단하므로 초기충전저항의 변화에 따라 충전시간(41)이 길어지거나 짧아지는 경우를 감지할 수 없는 문제가 있다.
도 4는 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 인버터 초기충전회로 고장감지장치의 개략적인 구조도이다.
본 발명의 인버터 초기충전회로 고장감지장치(100)는 센서부(110)와 제어부(120)를 포함한다.
센서부(110)는 직류링크캐패시터(240)의 전압(Vdc)을 측정한다.
DSP 리셋이 해지되어 초기충전이 시작되면 초기충전저항(234)를 통해 직류링크캐패시터(240)에 전압이 충전된다. 이때 충전되는 전압은 초기충전저항(234)과 직류링크캐패시터(240)에 의해 정해지는 시정수에 따라 그 곡선의 기울기가 달라진다. 충전은 직류링크캐패시터(240)의 전압이 저전압 해지(LV Clear) 레벨에 이를때까지 계속되는데 초기충전저항(234)의 저항값에 따라 충전 전압의 기울기가 달라지므로 충전완료시간도 달라지게 된다.
따라서 측정한 충전완료시간을 초기충전저항(234)과 직류링크캐패시터(240)에 의해 정해지는 시정수에 따른 초기충전시간과 비교하면 초기충전저항(234)의 고장 여부를 판단할 수 있는 것이다.
초기충전시간은 시정수의 세 배로 할 수 있다. 초기충전저항(234)값을
Figure pat00001
라 하고 직류링크캐패시터(240)값을
Figure pat00002
라 하면 시정수
Figure pat00003
와 같이 구해진다. 초기충전시간은 시정수의 세 배이므로 초기충전시간=
Figure pat00004
=
Figure pat00005
로 구할 수 있는 것이다.
도 5는 인버터 초기충전회로가 정상동작하는 경우의 직류링크캐패시터의 충전전압곡선을 나타낸다.
DSP 리셋이 해지되는 시점(241)부터 릴레이가 동작하는 시점(243)까지의 시정수에 의해 계산한 초기충전시간(242)은 약 900ms인 것을 알 수 있다.
도 6 및 도 7은 초기충전회로에 이상이 발생한 경우 직류링크캐패시터의 충전전압곡선을 나타낸다.
도 6은 DSP 리셋이 해지되는 시점(244)부터 릴레이가 동작하는 시점(246)까지의 초기충전시간(245)이 약 1600ms로 측정되었음을 보여준다.
초기충전시간은
Figure pat00006
이므로
Figure pat00007
또는
Figure pat00008
값이 커진 것으로 판단할 수 있다.
초기충전시간이 정상보다 길어지는 경우 모든 시스템이 대기상태에 있기 때문에 시스템 오류가 발생할 수 있다.
도 7은 DSP 리셋이 해지되는 시점(247)부터 릴레이가 동작하는 시점(249)까지의 초기충전시간(248)이 약 300ms로 측정되었음을 보여준다.
초기충전시간은
Figure pat00009
이므로
Figure pat00010
또는
Figure pat00011
값이 작아진 것으로 판단할 수 있다.
초기충전시간이 이렇게 짧아지면 짧은 시간에 많은 전류가 흐르므로 직류링크캐패시터(240)가 파손되거나 자칫 소손되어 인버터 전체의 화재로 이어질 위험도 있다.
제어부(120)는 시정수를 이용하여 계산한 초기충전시간과 센서부(110)에 의해 측정한 충전완료시간을 비교하여 초기충전회로의 고장 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어 초기충전시간의 30%를 정상범위로 하여 초기충전회로의 정상여부를 판단하는 것이다. 초기충전시간이 900ms라면 정상범위의 상한은 1,170ms로, 하한은 630ms로 하여 630ms 이상 1,170ms 이하로 충전이 완료되면 정상으로 판단하는 것이다.
제어부(120)는 충전완료시간이 정상범위인 경우 릴레이(232)를 온 시켜 인버터의 동작을 시작한다. 충전완료시간이 정상범위가 아닌 경우 초기충전회로(230)의 고장임을 표시하여 알리고, 정류부(220) 또는 인버터부(250)의 동작을 정지시키는 명령을 전달하여 인버터의 작동을 중지시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 인버터 초기충전회로 고장감지방법의 개략적인 흐름도이다.
인버터의 전원이 켜지고(S110) 인버터 제어를 위한 DSP의 리셋이 해지되면(S120) 초기충전회로의 초기충전저항을 통해 직류링크캐패시터에 충전이 시작된다.
직류링크캐패시터의 전압인 Vdc를 센싱하여(S130) 저전압 해지(LV Clear) 레벨까지 도달했는지 판단하고(S140), 저전압 해지 레벨까지 Vdc가 충전되면 충전완료시간을 측정한다(S150).
정상적인 초기충전시간은 초기충전저항과 직류링크캐패시터를 이용하여 구한 시정수의 세 배로 할 수 있다. 초기충전시간=
Figure pat00012
=
Figure pat00013
와 같이 계산한다
측정한 충전완료시간과 정상적인 초기충전시간을 비교하여 미리 설정된 정상범위인지 판단하고(S160) 정상범위이면 릴레이를 온 시켜(S170) 인버터의 동작을 시작하도록 한다.
충전완료시간이 정상범위가 아니라면 초기충전회로의 고장을 알리는 경고신호를 표시하고(S180), 초기충전회로 또는 인버터의 파손을 막기 위해 인버터의 전원을 차단할 수 있다(S190).
이와 같이 초기충전회로의 시정수를 이용하여 직류링크캐패시터의 충전시간을 미리 계산하고 비교하여 초기충전회로의 정상여부를 판단하여 조치함으로써 초기충전회로나 인버터의 고장이나 소손을 예방할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (8)

  1. 인버터 직류링크캐패시터의 전압을 측정하는 센서부; 및
    상기 센서부에 의해 측정한 직류링크캐패시터의 전압이 일정레벨에 도달하는 데 소요되는 충전시간을 이용하여 상기 인버터의 초기충전회로의 고장을 판단하는 제어부;를 포함하는, 인버터 초기충전회로의 고장진단장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 직류링크캐패시터의 전압이 일정레벨에 도달하는 데 필요한 시간인 충전기준시간을 상기 초기충전회로의 초기충전저항과 상기 직류링크캐패시터의 시정수를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 고장진단장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 충전기준시간은 상기 시정수의 세 배 값으로 하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 고장진단장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 충전기준시간과 상기 충전시간의 차이가 미리 정해진 값 이상인 경우 상기 인버터 초기충전회로가 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 고장진단장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인버터의 초기충전회로가 고장이라고 판단되면 상기 인버터의 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 고장진단장치.
  6. 하나이상의 프로세서를 포함하는 제어부에 의해 수행되는 인버터 초기충전회로의 고장진단방법에 있어서:
    직류링크캐패시터의 충전을 시작하는 단계;
    직류링크캐패시터의 전압이 기준전압 이상이 될 때까지의 충전시간을 측정하는 단계;
    상기 직류링크캐패시터와 상기 초기충전회로의 초기충전저항에 의해 충전기준시간을 계산하는 단계; 및
    상기 충전시간과 상기 충전기준시간을 비교하여 상기 초기충전회로의 고장여부를 판단하는 단계;를 포함하는, 인버터 초기충전회로의 고장진단방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전기준시간은 상기 직류링크캐패시터와 상기 초기충전회로의 초기충전저항으로 계산한 시정수의 세 배의 값인 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 고장진단방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고장여부를 판단하는 단계는 상기 충전시간과 상기 충전기준시간의 차이가 미리 정해진 값 이상인 경우 상기 초기충전회로의 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로의 고장진단방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7574994B2 (ja) 2021-11-01 2024-10-29 エルジー エナジー ソリューション リミテッド バッテリー装置、バッテリー管理システム、およびプリチャージ期間設定方法

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JP7574994B2 (ja) 2021-11-01 2024-10-29 エルジー エナジー ソリューション リミテッド バッテリー装置、バッテリー管理システム、およびプリチャージ期間設定方法

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