KR20220027549A - Grid connected and motor drive inverter system - Google Patents

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KR20220027549A KR1020200108538A KR20200108538A KR20220027549A KR 20220027549 A KR20220027549 A KR 20220027549A KR 1020200108538 A KR1020200108538 A KR 1020200108538A KR 20200108538 A KR20200108538 A KR 20200108538A KR 20220027549 A KR20220027549 A KR 20220027549A
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현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
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Abstract

An objective of the present invention is to provide an inverter system for both grid connection and motor driving, which is able to be connected to a grid to perform the motor driving and quick battery charging to obtain propulsion in an electric ship or an electric vehicle. According to one embodiment of the present invention, the inverter system for both the grid connection and the motor driving includes: an inverter unit for receiving a DC power and converting the DC power into an AC power; a motor for receiving the AC power supplied from the inverter unit so as to be driven, and transmitting an AC power supplied through a center tap connected to a grid power source to the inverter unit; a relay unit for changing connection of the motor according to the supply of the AC power from the inverter unit to the motor or the supply of the AC power from the grid power source to the motor; a grid voltage measurement unit for measuring a voltage of the grid power source; and a control unit for controlling operations of the inverter unit and the relay unit according to the supply of the AC power from the inverter unit to the motor or the supply of the AC power from the grid power source to the motor.

Description

계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템{GRID CONNECTED AND MOTOR DRIVE INVERTER SYSTEM}Inverter system for grid connection and electric motor drive {GRID CONNECTED AND MOTOR DRIVE INVERTER SYSTEM}

본 발명은 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter system for both grid connection and electric motor drive.

전통적으로 선박 또는 자동차는 내연기관 같은 엔진을 기본 동력원으로 하는 이동수단이다. 하지만, 이러한 엔진은 대기 오염 물질을 다량 배출하고, 효율이 낮다는 단점으로 인해 전동기를 이용한 친환경 전기 시스템이나 하이브리드 시스템으로 점점 대체되고 있다. 전동기를 구동을 하기 위해서는 적절한 전기 에너지를 공급해줄 수 있는 장치가 필요하며, 배터리만을 이용한 전기 자동차나 전기 추진 선박의 경우에는 이동 전 충분한 배터리의 충전이 필요하다. 이 때문에 전동기를 구동하는 시스템과 계통 등에 연계하여 배터리를 충전할 수 있는 시스템이 이중으로 필요하다.Traditionally, a ship or a vehicle is a means of transportation using an engine, such as an internal combustion engine, as a basic power source. However, these engines emit a large amount of air pollutants and are being gradually replaced by eco-friendly electric systems or hybrid systems using electric motors due to the disadvantages of low efficiency. In order to drive an electric motor, a device capable of supplying appropriate electric energy is required, and in the case of an electric vehicle or electric propulsion ship using only batteries, sufficient battery charging is required before moving. For this reason, a system that can charge a battery in connection with a system for driving an electric motor and a system is required.

상술한 선박이 정박하거나 또는 자동차가 주차하는 동안 배터리의 충전 시간을 단축시키기 위해서는 급속 충전이 필요한데, 현재는 대부분 외부에 설치된 전용 직류 급속 충전기를 이용하고 있다. 하지만 급속 충전기가 설치되지 않은 항구나 충전소의 경우, 항구나 충전소의 교류 전원은 충분한 용량이 되지만 선박 또는 자동차 내의 충전기는 적재 무게 때문에 용량이 크지 않아 충전 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다. In order to shorten the charging time of the battery while the above-described vessel is anchored or the vehicle is parked, rapid charging is required. Currently, most of the externally installed dedicated DC rapid chargers are used. However, in the case of a port or charging station where the fast charger is not installed, the AC power of the port or charging station has sufficient capacity, but the charger in a ship or car has a problem that it takes a long time to charge because the capacity is not large due to the load weight.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0072630호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0072630

본 발명의 일 실시예에 따르면, 계통 미연계시에는 전기 선박 또는 전기 자동차의 추진용 전동기 구동이 가능하고, 계통 연계시에는 배터리 충전이 가능한 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, when the grid is not connected, a propulsion motor for an electric ship or electric vehicle can be driven, and when the grid is connected, there is provided an inverter system for both grid-connected and electric motor driving that can charge a battery.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템은 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환하는 인버터부, 상기 인버터부로부터의 교류 전력을 공급받아 구동하고, 계통 전원에 연결된 중간탭을 통해 공급받은 교류 전력을 상기 인버터부에 전달하는 전동기, 상기 전동기에 상기 인버터부로부터의 교류 전력 또는 상기 계통 전원으로부터의 교류 전력 공급에 따라 상기 전동기의 결선을 변경하는 릴레이부, 상기 계통 전원의 전압을 측정하는 계통 전압 측정부, 상기 전동기에 상기 인버터부로부터의 교류 전력 또는 상기 계통 전원으로부터의 교류 전력 공급에 따라 상기 인버터부 및 상기 릴레이부의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.In order to solve the problems of the present invention described above, the inverter system for both grid connection and motor driving according to an embodiment of the present invention includes an inverter unit that receives DC power and converts it into AC power, and supplies AC power from the inverter unit. A motor that receives and drives and delivers AC power supplied through an intermediate tap connected to the grid power to the inverter unit, and the electric motor is connected according to AC power from the inverter unit or AC power supplied from the grid power to the electric motor Controls the operation of the inverter unit and the relay unit according to a relay unit for changing It may include a control unit that

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템은 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환하는 제1 인버터부, 외부로부터의 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환하는 제2 인버터부, 상기 제1 인버터부 또는 제2 인버터부로부터의 교류 전력을 공급받아 구동하고, 계통 전원에 연결된 중간탭을 통해 공급받은 교류 전력을 상기 제1 인버터부 또는 제2 인버터부에 전달하는 전동기, 상기 계통 전원의 전압을 측정하는 계통 전압 측정부, 상기 전동기에 상기 인버터부로부터의 교류 전력 또는 상기 계통 전원으로부터의 교류 전력 공급에 따라 상기 제1 인버터부 또는 제2 인버터부의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. In order to solve the problems of the present invention described above, the inverter system for both grid connection and motor driving according to another embodiment of the present invention includes a first inverter unit that receives DC power and converts it into AC power, and DC power from the outside. A second inverter unit that receives an input and converts it into AC power, the first inverter unit receives AC power from the first inverter unit or the second inverter unit and drives it, and converts the AC power supplied through an intermediate tap connected to the grid power to the first inverter unit or an electric motor transmitted to a second inverter unit, a grid voltage measurement unit measuring the voltage of the grid power source, the first inverter unit or It may include a control unit for controlling the operation of the second inverter unit.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부에 전용 직류 급속 충전기가 설치되지 않은 곳의 경우 교류 전원으로도 선박 또는 자동차의 배터리를 급속 충전할 수 있고, 양방향 운전이 가능하여 선박 또는 자동차의 전력을 외부로도 공급할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, in a place where a dedicated DC rapid charger is not installed outside, the battery of a ship or a vehicle can be rapidly charged even with an AC power source, and bidirectional operation is possible, so that the power of the ship or vehicle can be transferred externally. It also has the effect of being able to supply.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템의 전동기의 동작 모드에 따른 동작을 나타내는 도면이고, 도 3c는 중간탭이 있는 변압기의 동작을 나타내는 도면이다. 1A and 1B are schematic configuration diagrams of an inverter system for both grid connection and motor driving according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic configuration diagram of an inverter system for both grid connection and motor driving according to another embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams showing the operation according to the operation mode of the motor of the inverter system for both grid connection and motor driving according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3C is a diagram showing the operation of a transformer with an intermediate tap.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily practice the present invention.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템의 개략적인 구성도이다.1A and 1B are schematic configuration diagrams of an inverter system for both grid connection and motor driving according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템(100)은 인버터부(110), 전동기(120), 릴레이부(130), 계통 전압 측정부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.First, referring to FIG. 1A , the inverter system 100 for both grid connection and motor driving according to an embodiment of the present invention includes an inverter unit 110 , an electric motor 120 , a relay unit 130 , and a grid voltage measuring unit ( 140 ) and a control unit 150 .

인버터부(110)는 공급받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전동기(120)에 공급할 수 있다. 인버터부(110)는 배터리로부터 상기 직류 전력을 공급받을 수 있다. 더하여, 인버터부(110)는 전동기(120)의 중간탭을 통해 전달된 계통 전원의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 배터리에 충전시킬 수 있다.The inverter unit 110 may convert the supplied DC power into AC power and supply it to the electric motor 120 . The inverter unit 110 may receive the DC power from the battery. In addition, the inverter unit 110 may convert the AC power of the system power delivered through the middle tap of the electric motor 120 into DC power to charge the battery.

전동기(120)는 인버터부(110)의 교류 전력을 공급받아 구동되어 모터 동작을 수행할 수 있다. 한편, 전동기(120)는 각 상의 코일의 적어도 일부가 외부에 개방된 오픈 와인딩(open winding) 타입 전동기일 수 있으며, 일단과 타단을 갖는 각 상의 코일의 권선수를 양분하는 중단에 형성된 상기 중간탭을 가질 수 있다. 상기 중간탭에는 계통 전원이 연결될 수 있다.The electric motor 120 may be driven by receiving AC power from the inverter unit 110 to perform a motor operation. On the other hand, the electric motor 120 may be an open winding type electric motor in which at least a portion of the coil of each phase is opened to the outside, and the intermediate tap formed in the middle section that bisects the number of windings of the coil of each phase having one end and the other end can have A grid power may be connected to the intermediate tap.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템의 전동기의 동작 모드에 따른 동작을 나타내는 도면이고, 도 3c는 중간탭이 있는 변압기의 동작을 나타내는 도면이다. 3A and 3B are diagrams showing the operation according to the operation mode of the motor of the inverter system for both grid connection and motor driving according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3C is a diagram showing the operation of a transformer with an intermediate tap.

도 3a를 참조하면, 전동기(120)는 중간탭 미연결시 두 권선의 자속 상쇄가 없이 일반적인 오픈 와인딩 전동기 동작을 수행하는 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 3A , it can be seen that the motor 120 performs a general open winding motor operation without canceling the magnetic flux between the two windings when the middle tap is not connected.

도 3b를 참조하면, 전동기(120)는 중간탭을 계통 전원에 연결시 두 권선의 자속 상쇄로 토크가 미발생되는 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 3B , it can be seen that, when the intermediate tap is connected to the grid power, no torque is generated by the magnetic flux cancellation of the two windings of the electric motor 120 .

즉, 선박이나 자동차가 정지해있을 때, 구동용 인버터와 전동기를 외부의 계통 전원에 연계하여 사용하는 것으로, 전동기 중간탭은 권선의 자속을 상쇄하여 토크를 발생시키지 않기 위한 구성임을 알 수 있다. 이를 위해, 중간탭은 해당 코일의 권선수를 정확하게 양분하여야하며, 릴레이부(130)를 통해 결선을 변경하여 Iabc 전류와 Iuvw 전류가 동일한 크기의 반대방향을 갖도록 제어되어야 한다. 이에 따라, 별도의 리액터를 추가하지 않고, 전동기의 자기(self) 인덕턴스를 활용하여 전동기 고정자를 계통 연계 리액터로 사용 가능하다.That is, when a ship or a vehicle is stopped, the driving inverter and the electric motor are used in connection with an external system power source, and it can be seen that the motor intermediate tap is configured not to generate torque by offsetting the magnetic flux of the winding. To this end, the intermediate tap must accurately bisect the number of turns of the coil, and by changing the wiring through the relay unit 130, the I abc current and the I uvw current must be controlled to have the same magnitude and opposite directions. Accordingly, it is possible to use the motor stator as a grid-connected reactor by utilizing the self inductance of the motor without adding a separate reactor.

이에 대비하여 도 3c를 참조하면, 변압기의 중간탭은 다양한 전압에 대응하기 위한 것으로 필요에 따라 권선의 다양한 위치에 탭을 형성하여 전압 레벨을 가변할 뿐, 본원발명의 전동기의 중간탭과는 상이한 것임을 알 수 있다. In contrast to this, referring to FIG. 3C , the intermediate tap of the transformer is for responding to various voltages, and as necessary, a tap is formed at various positions of the winding to vary the voltage level, and is different from the intermediate tap of the electric motor of the present invention. it can be seen that

릴레이부(130)는 전동기(120)에 인버터부(110)로부터의 교류 전력이 공급되거나 또는 계통 전원의 교류 전력이 공급되는 경우에 따라 전동기(120)의 결선을 변경할 수 있다. 예를 들어, 전동기(120)에 인버터부(110)로부터의 교류 전력이 공급되거나 또는 계통 전원의 교류 전력이 공급되는 경우에 따라 Y결선 또는 델타 결선으로 변경할 수 있다. 이에 따라, 계통 전원의 교류 전력이 공급되는 경우 전동기(120)의 코일의 타단을 인버터(110)와 연결시킬 수 있다.The relay unit 130 may change the connection of the motor 120 according to the case in which AC power from the inverter unit 110 is supplied to the motor 120 or AC power of the grid power is supplied. For example, depending on the case in which AC power from the inverter unit 110 is supplied to the electric motor 120 or AC power from the grid power is supplied, it may be changed to a Y connection or a delta connection. Accordingly, when AC power of the grid power is supplied, the other end of the coil of the electric motor 120 may be connected to the inverter 110 .

보다 상세하게는 도 1a에 전동기(120)의 결선을 Y결선으로 변경하는 일 예를 도시하였으며, 도 1b에는 전동기(120)의 결선을 델타결선으로 변경하는 일 예를 도시하였다. 오픈 와인딩 전동기의 Y결선/델타결선 여부는 통상 계통의 전압 또는 인버터의 정격 출력 전압에 따라 정해지며, 예를 들어 3상 220V인 경우에는 델타결선으로 변경하고, 3상 380V인 경우에는 Y결선으로 변경할 수 있다.In more detail, an example of changing the connection of the electric motor 120 to a Y connection is illustrated in FIG. 1A , and an example of changing the connection of the electric motor 120 to a delta connection is illustrated in FIG. 1B . Whether or not to connect Y/delta connection of an open winding motor is usually determined according to the system voltage or the rated output voltage of the inverter. can be changed

즉, 전동기 구동을 위해서는 오픈 와인딩(Open Winding)된 uvw측을 Y또는 델타로 처리해주어야 삼상 평형 회로가 되므로 전류제어가 가능하다. 계통연계시에는 a-u, b-v, c-w로 연결되어야 동일한 전류가 abc와 uvw로 흐르고 자속이 상쇄되어 토크가 발생하지 않으므로 전동기를 계통 연계 리액터로 활용 가능하다.That is, in order to drive the motor, the open winding uvw side must be treated as Y or delta to become a three-phase balanced circuit, so current control is possible. When connecting to the grid, the same current flows to abc and uvw only when connected to a-u, b-v, and c-w, and the magnetic flux is canceled so that no torque is generated, so the motor can be used as a grid-connected reactor.

계통 전압 측정부(140)는 전동기(120)에 연결되는 계통 전원의 전압(Vr, Vs, Vt)을 측정하여 검출 전압 정보(Vrst)를 제어부(150)에 전달할 수 있다.The grid voltage measurement unit 140 may measure the voltages V r , V s , and V t of the grid power connected to the electric motor 120 , and transmit the detected voltage information V rst to the control unit 150 .

제어부(150)는 제1 PWM부(151), 전동기 토크 제어기(152), 전동기 전류 제어기(153), 배터리 충/방전 제어기(154), 계통 전류 제어기(155), 신호 선택 스위치(156) 및 전동기 구동 모드/계통연계모드 결정 로직(157)를 포함할 수 있다.The control unit 150 includes a first PWM unit 151 , a motor torque controller 152 , a motor current controller 153 , a battery charge/discharge controller 154 , a grid current controller 155 , a signal selection switch 156 and It may include a motor driving mode/grid connection mode determination logic 157 .

전동기 구동 모드/계통연계모드 결정 로직(157)은 사용자 또는 상위 장치로부터 전동기 구동 모드로 동작할 지 계통 연계 모드로 동작할 지의 결정을 전달받아 신호 선택 스위치(156)의 연결 및 릴레이부(130)의 결선 변경을 제어할 수 있다.The motor drive mode/grid link mode decision logic 157 receives the determination of whether to operate in the motor drive mode or the grid link mode from the user or the upper device, and connects the signal selection switch 156 and the relay unit 130 You can control the change of wiring.

제1 PWM부(151)는 신호 선택 스위치(156)에 의해 선택된 상 전압 지령(Vabc*)에 따라 인버터부(110)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.The first PWM unit 151 may control the switching operation of the inverter unit 110 according to the phase voltage command V abc * selected by the signal selection switch 156 .

전동기 토크 제어기(152) 및 전동기 전류 제어기(153)는 전동기 구동 모드인 경우 동작할 수 있고, 배터리 충/방전 제어기(154) 및 계통 전류 제어기(155)는 계통 연계 모드인 경우 동작할 수 있다.The motor torque controller 152 and the motor current controller 153 may operate in the motor driving mode, and the battery charge/discharge controller 154 and the grid current controller 155 may operate in the grid link mode.

전동기 토크 제어기(152)는 상기 전동기 구동 모드시 전동기(120)의 목표 토크 지령(Tmotor*) 추종에 필요한 전류 지령(Imotor*)을 출력할 수 있고, 전동기 전류 제어기(153)는 전동기 토크 제어기(152)의 전류 지령(Imotor*)에 따라 인버터부(110)의 상 전압 지령(Vabc*)을 출력할 수 있다.The motor torque controller 152 may output a current command (I motor *) necessary for following the target torque command (T motor *) of the motor 120 in the motor driving mode, and the motor current controller 153 is the motor torque The phase voltage command V abc * of the inverter unit 110 may be output according to the current command I motor * of the controller 152 .

배터리 충/방전 제어기(154)는 상기 계통 연계 모드시 배터리의 목표 전압(Vbat*)에 따라 계통 전원의 전류 지령(Igrid*)을 출력할 수 있고, 계통 전류 제어기(155)는 배터리 충/방전 제어기(154)의 전류 지령(Igrid*)에 따라 인버터부(110)의 상 전압 지령(Vabc*)을 출력할 수 있다.The battery charge/discharge controller 154 may output a current command (I grid *) of the grid power according to the target voltage (V bat *) of the battery in the grid connection mode, and the grid current controller 155 may charge the battery The phase voltage command (V abc *) of the inverter unit 110 may be output according to the current command (I grid *) of the /discharge controller 154 .

스위치(156)는 상기 전동기 구동 모드시 또는 상기 계통 연계 모드시 해당하는 인버터부(110)의 상 전압 지령(Vabc*)을 제1 PWM부(151)에 전달하고, 제1 PWM부(151)는 해당하는 인버터부(110)의 상 전압 지령(Vabc*)에 따라 인버터부(110)의 스위칭을 제어할 수 있다. The switch 156 transmits the phase voltage command (V abc *) of the inverter unit 110 corresponding to the motor driving mode or the grid link mode to the first PWM unit 151, and the first PWM unit 151 ) may control the switching of the inverter unit 110 according to the phase voltage command (V abc *) of the corresponding inverter unit 110 .

상술한 제어부(150)의 제어 동작에 따라 전동기(120)는 인버터부(110)의 교류 전력에 따라 구동되거나, 계통 전원의 교류 전력을 인버터부(110)에 전달하여 상기 배터리를 충전 또는 방전할 수도 있다. 만약 독립형 마이크로그리드 등 계통 전압원이 존재하지 않는 경우에도 별도의 전압 지령(Vabc*)를 통하여 부하계통에 전원을 공급할 수도 있다.According to the control operation of the above-described control unit 150, the electric motor 120 is driven according to the AC power of the inverter unit 110, or the AC power of the grid power is transferred to the inverter unit 110 to charge or discharge the battery. may be Even if there is no system voltage source such as an independent microgrid, power can be supplied to the load system through a separate voltage command (V abc *).

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템의 개략적인 구성도이다.2 is a schematic configuration diagram of an inverter system for both grid connection and motor driving according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템(200)은 도 1a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템(100)에 대비하여 제2 인버터부(230)를 포함할 수 있고, 릴레이부(130)가 생략될 수 있으며, 이에 따라 제어부(250)의 구성 및 동작이 상이할 수 있다.Referring to FIG. 2 , a combined grid-connected and motor-driven inverter system 200 according to another embodiment of the present invention is a combined grid-connected and motor-driven inverter system 100 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1A . ), the second inverter unit 230 may be included, and the relay unit 130 may be omitted, and accordingly, the configuration and operation of the control unit 250 may be different.

이외의 전동기(220), 계통 전압 측정부(240)는 그 구성 및 기능이 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.Other than the electric motor 220 and the system voltage measuring unit 240 have the same configuration and function, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템(200)은 제1 인버터부(210), 전동기(220), 제2 인버터부(230), 계통 전압 측정부(240) 및 제어부(250)를 포함할 수 있다.Inverter system 200 for both grid connection and motor driving according to another embodiment of the present invention includes a first inverter unit 210 , an electric motor 220 , a second inverter unit 230 , a grid voltage measurement unit 240 and A control unit 250 may be included.

제1 인버터부(210) 및 제2 인버터부(230)는 배터리로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전동기(220)에 공급할 수 있다.The first inverter unit 210 and the second inverter unit 230 may convert DC power from the battery into AC power and supply it to the electric motor 220 .

제어부(250)는 제1 PWM부(251), 제2 PWM부(252), 전동기 토크 제어기(253), 전동기 전류 제어기(254), 배터리 충/방전 제어기(255), 계통 전류 제어기(256), 신호 선택 스위치(257) 및 전동기 구동 모드/계통연계모드 결정 로직(258)을 포함할 수 있다.The control unit 250 includes a first PWM unit 251 , a second PWM unit 252 , a motor torque controller 253 , a motor current controller 254 , a battery charge/discharge controller 255 , and a grid current controller 256 . , a signal selection switch 257 and a motor driving mode/grid connection mode determination logic 258 may be included.

전동기 구동 모드/계통연계모드 결정 로직(258)은 사용자 또는 상위 장치로부터 전동기 구동 모드로 동작할 지 계통 연계 모드로 동작할 지의 결정을 전달받아 신호 선택 스위치(257)의 연결을 제어할 수 있다.The motor drive mode/grid link mode determination logic 258 may control the connection of the signal selection switch 257 by receiving a determination of whether to operate in the motor drive mode or the grid link mode from the user or a higher-level device.

제1 PWM부(251)는 신호 선택 스위치(257)에 의해 선택된 상 전압 지령(Vabc*)에 따라 제1 인버터부(210)의 스위칭 동작을 제어할 수 있고, 제2 PWM부(252)는 신호 선택 스위치(257)에 의해 선택된 상 전압 지령(Vuvw*)에 따라 제2 인버터부(230)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.The first PWM unit 251 may control the switching operation of the first inverter unit 210 according to the phase voltage command V abc * selected by the signal selection switch 257 , and the second PWM unit 252 . may control the switching operation of the second inverter unit 230 according to the phase voltage command V uvw * selected by the signal selection switch 257 .

전동기 토크 제어기(253) 및 전동기 전류 제어기(254)는 전동기 구동 모드인 경우 동작할 수 있고, 배터리 충/방전 제어기(255) 및 계통 전류 제어기(256)는 계통 연계 모드인 경우 동작할 수 있다.The motor torque controller 253 and the motor current controller 254 may operate in the motor driving mode, and the battery charge/discharge controller 255 and the grid current controller 256 may operate in the grid link mode.

전동기 토크 제어기(253)는 상기 전동기 구동 모드시 전동기(220)의 목표 토크 지령(Tmotor*)에 따라 전류 지령(Imotor*)를 출력할 수 있고, 전동기 전류 제어기(254)는 전동기 토크 제어기(253)의 전류 지령(Imotor*)에 따라 제1 및 제2 인버터부(210, 230)의 상 전압 지령(Vabc*, Vuvw*)을 출력할 수 있다.The motor torque controller 253 may output a current command (I motor *) according to the target torque command (T motor *) of the electric motor 220 in the motor driving mode, and the motor current controller 254 is the motor torque controller The phase voltage commands V abc * and V uvw * of the first and second inverters 210 and 230 may be output according to the current command I motor * at ( 253 ).

배터리 충/방전 제어기(255)는 상기 계통 연계 모드시 배터리의 목표 전압(Vbat*)에 따라 계통 전원의 전류 지령(Igrid*)을 출력할 수 있고, 계통 전류 제어기(256)는 배터리 충/방전 제어기(255)의 전류 지령(Igrid*)에 따라 제1 및 제2 인버터부(210, 230)의 상 전압 지령(Vabc*, Vuvw*)을 출력할 수 있다.The battery charge/discharge controller 255 may output a current command (I grid *) of the grid power according to the target voltage (V bat *) of the battery in the grid connection mode, and the grid current controller 256 may charge the battery The phase voltage commands (V abc *, V uvw *) of the first and second inverters 210 and 230 may be output according to the current command (I grid *) of the /discharge controller 255 .

신호 선택 스위치(257)는 상기 전동기 구동 모드시 또는 상기 계통 연계 모드시 해당하는 제1 및 제2 인버터부(210, 230)의 상 전압 지령(Vabc*, Vuvw*)을 제1 PWM부(251) 및 제2 PWM부(252)에 각각 전달하고, 제1 PWM부(251)는 상 전압 지령(Vabc*)에 따라 제1 인버터부(210)의 스위칭을 제어하고, 제2 PWM부(252)는 상 전압 지령(Vuvw*)에 따라 제2 인버터부(230)의 스위칭을 제어할 수 있다. The signal selection switch 257 transmits the phase voltage commands (V abc *, V uvw *) of the first and second inverter units 210 and 230 corresponding to the motor driving mode or the grid connection mode to the first PWM unit. (251) and the second PWM unit 252, respectively, the first PWM unit 251 controls the switching of the first inverter unit 210 according to the phase voltage command (V abc *), the second PWM The unit 252 may control the switching of the second inverter unit 230 according to the phase voltage command V uvw *.

상술한 제어부(250)의 제어 동작에 따라 전동기(220)는 제1 및 제2 인버터부(210, 230)의 교류 전력에 따라 구동되거나, 계통 전원의 교류 전력을 제1 및 제2 인버터부(210, 230)에 전달하여 상기 배터리를 충전할 수도 있다.According to the control operation of the above-described control unit 250, the electric motor 220 is driven according to the AC power of the first and second inverter units 210 and 230, or the AC power of the system power is converted into the first and second inverter units ( 210, 230) to charge the battery.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 외부에 전용 직류 급속 충전기가 설치되지 않은 곳의 경우 교류 전원으로도 선박 또는 자동차의 배터리를 급속 충전할 수 있고, 양방향 운전이 가능하여 선박 또는 자동차의 전력을 외부로도 공급할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, in a place where a dedicated DC quick charger is not installed outside, the battery of a ship or vehicle can be rapidly charged even with an AC power source, and bidirectional operation is possible to save the power of the ship or vehicle. It has the effect of being able to supply externally.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is limited by the claims described below, and the configuration of the present invention may vary within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily recognize that it can be easily changed and modified.

100, 200: 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템
110: 인버터부
120, 220: 전동기
130: 릴레이부
140, 240: 계통 전압 측정부
150, 250: 제어부
151, 251: 제1 PWM부
152, 253: 전동기 토크 제어기
153, 254: 전동기 전류 제어기
154, 255: 배터리 충/방전 제어기
155, 256: 계통 전류 제어기
156, 257: 신호 선택 스위치
157, 258: 전동기 구동 모드/계통 연계 모드 결정 로직
210: 제1 인버터부
230: 제2 인버터부
252: 제2 PWM부100, 200: Inverter system for grid connection and motor drive
110: inverter unit
120, 220: electric motor
130: relay unit
140, 240: grid voltage measurement unit
150, 250: control unit
151, 251: first PWM unit
152, 253: motor torque controller
153, 254: motor current controller
154, 255: battery charge/discharge controller
155, 256: grid current controller
156, 257: signal select switch
157, 258: motor drive mode/grid connection mode decision logic
210: first inverter unit
230: second inverter unit
252: second PWM unit

Claims (10)

직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환하는 인버터부;
상기 인버터부로부터의 교류 전력을 공급받아 구동하고, 계통 전원에 연결된 중간탭을 통해 공급받은 교류 전력을 상기 인버터부에 전달하는 전동기;
상기 전동기에 상기 인버터부로부터의 교류 전력 또는 상기 계통 전원으로부터의 교류 전력 공급에 따라 상기 전동기의 결선을 변경하는 릴레이부;
상기 계통 전원의 전압을 측정하는 계통 전압 측정부; 및
상기 전동기에 상기 인버터부로부터의 교류 전력 또는 상기 계통 전원으로부터의 교류 전력 공급에 따라 상기 인버터부 및 상기 릴레이부의 동작을 제어하는 제어부
를 포함하는 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
an inverter unit that receives DC power and converts it into AC power;
an electric motor that receives and drives AC power from the inverter unit and transmits the AC power supplied through an intermediate tap connected to the grid power to the inverter unit;
a relay unit configured to change the connection of the motor according to the supply of AC power from the inverter unit or AC power from the grid power to the motor;
a grid voltage measuring unit for measuring the voltage of the grid power; and
A control unit for controlling the operation of the inverter unit and the relay unit according to the supply of AC power from the inverter unit or AC power from the grid power to the electric motor
Inverter system for both grid connection and motor drive, including.
 제1항에 있어서,
상기 전동기의 중간탭은 일단과 타단을 갖는 각 상의 코일의 권선수를 양분하는 중단에 형성되는 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
According to claim 1,
The intermediate tap of the motor is formed in the middle section that bisects the number of windings of the coils of each phase having one end and the other end.
 제2항에 있어서,
상기 전동기는 상기 코일의 적어도 일부가 외부에 개방된 오픈 와인딩(open winding) 타입 전동기인 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
3. The method of claim 2,
The electric motor is an open winding type electric motor in which at least a part of the coil is opened to the outside.
 제1항에 있어서,
상기 릴레이부는 상기 전동기에 상기 인버터부로부터의 교류 전력 공급시 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 전동기의 코일의 결선을 Y 결선 또는 델타 결선으로 변경하는 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
The method of claim 1,
When the relay unit supplies AC power from the inverter unit to the electric motor, under the control of the control unit, the connection of the coil of the electric motor is changed to a Y connection or a delta connection.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 전동기에 상기 인버터부로부터의 교류 전력 또는 상기 계통 전원으로부터의 교류 전력 공급에 따라 전동기 구동 모드 또는 계통 연계 모드를 결정하는 전동기 구동 모드/계통 연계 모드 결정 로직;
상기 전동기 구동 모드시 상기 전동기의 목표 토크 지령에 따라 전류 지령을 출력하는 전동기 토크 제어기;
상기 전동기 토크 제어기의 전류 지령에 따라 상기 인버터부의 상 전압 지령을 출력하는 전동기 전류 제어기;
상기 계통 연계 모드시 배터리의 목표 전압에 따라 필요한 계통 전원의 전류 지령을 출력하는 배터리 충/방전 제어기;
상기 배터리 충/방전 제어기의 전류 지령에 따라 상기 인버터부의 상 전압 지령을 출력하는 계통 전류 제어기; 및
상기 전동기 전류 제어기로부터의 설정된 상기 인버터부의 상 전압 지령 또는 상기 계통 전류 제어기로부터의 설정된 상기 인버터부의 상 전압 지령에 따라 상기 인버터부의 스위칭을 제어하는 제1 PWM부
를 포함하는 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
The method of claim 1,
the control unit
a motor drive mode/grid link mode determination logic for determining a motor drive mode or a grid link mode according to AC power supplied from the inverter unit or AC power from the grid power to the motor;
a motor torque controller for outputting a current command according to the target torque command of the motor in the motor driving mode;
a motor current controller outputting a phase voltage command of the inverter unit according to a current command of the motor torque controller;
a battery charge/discharge controller for outputting a current command of a required grid power according to the target voltage of the battery in the grid-connected mode;
a grid current controller outputting a phase voltage command of the inverter unit according to a current command of the battery charge/discharge controller; and
A first PWM unit for controlling switching of the inverter unit according to a phase voltage command of the inverter unit set from the motor current controller or a phase voltage command of the inverter unit set from the grid current controller
Inverter system for both grid connection and motor drive, including.
 제5항에 있어서,
상기 전동기 구동 모드/계통 연계 모드 결정 로직은 결정된 전동기 구동 모드 또는 계통 연계 모드에 따라 상기 릴레이부의 결선 동작을 제어하는 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
6. The method of claim 5,
The electric motor drive mode/grid link mode determination logic controls the connection operation of the relay unit according to the determined motor drive mode or grid link mode.
 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환하는 제1 인버터부;
상기 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환하는 제2 인버터부
상기 제1 인버터부 또는 제2 인버터부로부터의 교류 전력을 공급받아 구동하고, 계통 전원에 연결된 중간탭을 통해 공급받은 교류 전력을 상기 제1 인버터부 또는 제2 인버터부에 전달하는 전동기;
상기 계통 전원의 전압을 측정하는 계통 전압 측정부; 및
상기 전동기에 상기 인버터부로부터의 교류 전력 또는 상기 계통 전원으로부터의 교류 전력 공급에 따라 상기 제1 인버터부 또는 제2 인버터부의 동작을 제어하는 제어부
를 포함하는 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
a first inverter unit that receives DC power and converts it into AC power;
A second inverter unit that receives the DC power and converts it into AC power
an electric motor that receives and drives AC power from the first inverter unit or the second inverter unit, and transmits the AC power supplied through an intermediate tap connected to the grid power to the first inverter unit or the second inverter unit;
a grid voltage measuring unit for measuring the voltage of the grid power; and
A control unit for controlling the operation of the first inverter unit or the second inverter unit according to the supply of AC power from the inverter unit or AC power from the grid power to the electric motor
Inverter system for both grid connection and motor drive, including.
 제7항에 있어서,
상기 전동기의 중간탭은 일단과 타단을 갖는 각 상의 코일의 권선수를 양분하는 중단에 형성되는 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
8. The method of claim 7,
The intermediate tap of the motor is formed in the middle section that bisects the number of windings of the coils of each phase having one end and the other end.
 제8항에 있어서,
상기 전동기는 상기 코일의 적어도 일부가 외부에 개방된 오픈 와인딩(open winding) 타입 전동기인 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
9. The method of claim 8,
The electric motor is an open winding type electric motor in which at least a part of the coil is opened to the outside.
 제7항에 있어서,
상기 제어부는
전동기 구동 모드 또는 계통 연계 모드를 결정하는 전동기 구동 모드/계통 연계 모드 결정 로직;
상기 전동기 구동 모드시 상기 전동기의 목표 토크 지령에 따라 전류 지령을 출력하는 전동기 토크 제어기;
상기 전동기 토크 제어기의 전류 지령에 따라 상기 제1 인버터부 및 상기 제2 인버터부의 상 전압 지령을 출력하는 전동기 전류 제어기;
상기 계통 연계 모드시 배터리의 목표 전압에 따라 계통 전원의 전류 지령을 출력하는 배터리 충/방전 제어기;
상기 배터리 충/방전 제어기의 전류 지령에 따라 상기 제1 인버터부 및 상기 제2 인버터부의 상 전압 지령을 출력하는 계통 전류 제어기; 및
상기 전동기 전류 제어기로부터 출력된 상기 제1 인버터부의 상 전압 지령 또는 상기 계통 전류 제어기로부터 출력된 상기 제1 인버터부의 상 전압 지령에 따라 상기 제1 인버터부의 스위칭을 제어하는 제1 PWM부; 및
상기 전동기 전류 제어기로부터 출력된 상기 제2 인버터부의 상 전압 지령 또는 상기 계통 전류 제어기로부터 출력된 상기 제2 인버터부의 상 전압 지령에 따라 상기 제2 인버터부의 스위칭을 제어하는 제2 PWM부
를 포함하는 계통 연계 및 전동기 구동 겸용 인버터 시스템.
8. The method of claim 7,
the control unit
a motor drive mode/grid link mode determination logic for determining a motor drive mode or a grid link mode;
a motor torque controller outputting a current command according to the target torque command of the motor in the motor driving mode;
a motor current controller for outputting a phase voltage command of the first inverter unit and the second inverter unit according to a current command of the motor torque controller;
a battery charge/discharge controller for outputting a current command of the grid power according to the target voltage of the battery in the grid-connected mode;
a grid current controller outputting a phase voltage command from the first inverter unit and the second inverter unit according to a current command from the battery charge/discharge controller; and
a first PWM unit for controlling switching of the first inverter unit according to the phase voltage command of the first inverter unit output from the motor current controller or the phase voltage command of the first inverter unit output from the grid current controller; and
A second PWM unit for controlling switching of the second inverter unit according to the phase voltage command of the second inverter unit output from the motor current controller or the phase voltage command of the second inverter unit output from the grid current controller
Inverter system for both grid connection and motor drive, including.
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JPH0630505A (en) * 1992-01-31 1994-02-04 Fuji Electric Co Ltd Electric system for electric automobile
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