KR20220146941A - 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기베어링 적용 모터에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 자기베어링 적용 모터에 전원을 공급하는 전력 변환 장치는, 초기 구동시, 교류 전압을 제1 전원으로 공급받는 컨버터부; 제1 전원을 사용하여 초기 충전을 수행하고, 정류된 제2 전원을 컨버터부와 연결된 인버터 제어부 및 자기베어링 제어부에 공급하는 보조 회로부, 제2 전원을 사용하여 인버터에 구동 신호를 출력하고 인버터로부터 정류된 직류 전압이 컨버터부에 제공되도록 인버터를 제어하는인버터 제어부를 포함한다. 여기에서, 컨버터부는, 정상 동작시, 제2 전원의 공급을 차단하고 정류된 직류 전압이 인버터 제어부와 자기베어링 제어부에 공급되게끔 하고, 정전시에는, 보조 회로부의 제2 전원이 인버터 제어부와 자기베어링 제어부에 제공되도록 제어한다. 그에 따라, UPS 장치 추가 없이도 효과적인 정전 대응이 가능하다.

Description

전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기{POWER TRANSFORMING APPARATUS AND AIR CONDITIONER INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 자기베어링 적용 모터에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 모터는, 일반적으로 고정자의 내부에 위치한 회전축이 물리적으로 접촉되는 베어링에 의해 지지되는 구조를 갖는다. 최근에는, 고속으로 회전하는 모터의 개발 필요성에 따라, 자기베어링에 의하여 회전축이 물리적인 접촉 없이도 지지되는 고속회전용 모터가 개발되었다. 이와 같이, 자기베어링이 적용된 모터에도 전력 변환 장치를 통해 전력이 공급된다.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 구체적으로, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다. 또, 경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.
한편, 이러한 전력 변환 장치와 공기 조화기는 정전시에도 자기베어링의 역할을 유지하기 위한 전원 공급이 필수적이다. 일반적으로, 정전시에도 자기베어링의 역할을 유지하기 위하여 전력 변환 장치에 무정전전원공급장치(UPS, Uninterruptible power supply)를 사용한다.
무정전전원공급장치(UPS)란, 정전 등으로 전원 공급이 불능이 되었을 때, 순간에 대체 전원을 공급하는 장치를 의미한다. 이러한 무정전전원공급장치(UPS)는 고가이며, 배터리를 내장하고 있기 때문에 유지보수가 필요하다 또한, 사용 온도가 제한적이라는 단점이 있다.
또한, 이러한 전력 변환 장치와 공기 조화기는, 자기베어링의 고장 및 제어 불안시에, 자기베어링 코일을 보호하기 위한 백업베어링이 필요하다. 백업베어링은, 순간적인 과도 상태의 마찰과 속도에 견딜수 있도록 설계 되어 있다. 이러한 백업베어링은, 고속 회전시 정전시이나 고장이 발생하는 경우 소손되거나 수명이 감소할 수 있으며, 심각한 경우 제품 파손까지 야기할 수 있다. 일반적으로 백업베어링의 수명은 약 10~100회 미만이다. 백업베어링 이상 발생시, 제품의 동작이 중단되면, 교체로 인한 유지보수 비용이 많이 발생한다.
한편, 선행 특허문헌 US 7,116,066 (이하, 특허문헌 1)에는 정전 발생시 히스테리시스 전압 제어를 수행함으로써 회생 발전 전압을 수행하는 것을 개시한다.
그러나, 특허문헌 1에 의하면 컨버터가 정상 동작을 수행하는 중에 고장난 경우에는 회생 발전 전압 제어를 수행할 수 없다. 즉, 정전시 대응할 수 없다는 문제가 있다. 또, 회생 발전 제어시 정확한 전압 제어가 어렵다는 문제도 있다.
또 다른 선행 특허문헌 US 6,617,734 (이하, 특허문헌 2)에는 정전시 별도의 회생 발전 회로를 사용하여 인버터와 자기베어링 제어기에 전원을 공급하는 것을 개시한다. 그러나, 특헝문헌 2에서도 정상 운전 중에 컨버터가 고장난 경우에는 대응이 불가하며, 회생 발전 제어시에 정확한 전압 제어가 어렵다는 동일한 문제가 있다. 또한, 이러한 문제를 해결하기 위해 정전 및 속도 검출 회로, 회생 발전 회로 등의 별도의 추가적인 회로를 구현해야만 하는 문제가 있다.
도 1은 종래에 UPS 장치(70)를 사용한 전력변환장치의 예시를 보인 것이다.
도 1을 참조하여 종래의 동작을 설명하면, 정상 동작시에는 MCCB(10)에 입력된 AC 입력 전압이 강압 트랜스(60)를 지나 UPS 장치(70)의 static bypass를 거쳐서 AMB 제어기(80)와 인버터 제어기(90)로 출력된다. 이후, 자기베어링이 적용된 2상 모터(50)에 전원이 공급된다. 한편, 정전시에는 UPS 장치(70)에 내장된 배터리에 충전된 DC 전압을 사용하여, AC/DC 정류기와 DC/AC 인버터를 통해 AC로 변환한 다음, AMB 제어기(80)에 전원을 공급한다.
이에 의하면, 앞서 설명한 바와 같이 재료비 상승으로 인한 제품 가격 상승의 문제 외에도, 배터리 수명에 따른 유지 보수 비용이 추가로 발생한다. 또, 사용 온도가 제한적이여서 옥외 적용이 어렵다는 문제가 있다.
이에, 발명은 정전시에도 안정적인 전원 공급이 가능하고, 배터리 추가로 인한 유지 보수 비용이 발생하지 않는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 정전시에도 자기베어링 제어기에 안정적인 전원 공급이 가능하면서, 사용 온도의 제한없이 옥외 설치가 가능하여 공랭식 공기조화기 제품에 적용가능한 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 변환 장치는, 자기베어링 적용 모터에 전원을 공급하며, 인버터부 및 컨버터부를 포함하는 전력 변환 장치에 있어서, 초기 구동시, 컨버터부가 교류 전압을 제1 전원으로 공급받고, 보조 회로부가 제1 전원을 사용하여 초기 충전을 수행한다. 그리고, 보조 회로부는 정류된 제2 전원을 컨버터부와 연결된 인버터 제어부 및 자기베어링 제어부에 공급한다. 그에 따라, 인버터 제어부는, 제2 전원을 사용하여 인버터에 구동 신호를 출력함으로써, 초기 충전 동작을 수행한다. 이후, 인버터로부터 정류된 직류 전압이 컨버터부에 제공되도록 인버터를 제어한다. 초기 충전 이후, 컨버터부는,정상 동작시 보조 회로부에 의한 제2 전원의 공급을 차단하고 인버터부 구동에 따라 공급된 직류 전압이 인버터 제어부 및 자기베어링 제어부에 공급되게 한다. 한편, 정전시에는, 컨버터를 통한 전원 공급이 불가하므로, 자기베어링의 갭 제어가 안정적으로 수행될 수 있도록 보조 회로부의 제2 전원이 다시 인버터 제어부 및 자기베어링 제어부에 제공된다.
실시 예에서, 전력 변환 장치는, 3상 입력 전압을 강압하여 상기 컨버터부 및 상기 보조 회로부에 제공하는 강압 트랜스를 더 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 강압 트랜스는, 별도 탭(Tap)으로 분기된 전원 라인을 통해 상기 컨버터부 및 상기 보조 회로부와 각각 연결될 수 있다.
실시 예에서, 상기 강압 트랜스는, 상기 초기 구동시 제1 분기 라인을 통해 상기 컨버터부에 강압된 교류 전압을 공급하고, 상기 보조 회로부에는 제2 분기 라인을 통해 강압된 교류 전압을 공급할 수 있다.
실시 예에서, 상기 강압 트랜스는, 출력 전압 비 380V : 220V가 적어도 1:2를 만족하는 회로 구조를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 전력 변환 장치는, 상기 컨버터부와 상기 보조 회로부 사이에 위치하며, 상기 컨버터부에 의하여 온/오프 상태가 제어되는 릴레이부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 컨버터부는, 상기 정상 동작시, 상기 제2 전원의 공급을 차단하기 위해 상기 릴레이부를 오프(off)시키고, 상기 정전시, 상기 제2 전원이 다시 공급되도록 상기 릴레이부를 온(on)시키는 제어신호를 출력할 수 있다.
실시 예에서, 상기 컨버터부는, 상기 정전을 검출하고, 상기 인버터부 제어부와 상기 자기제어링 제어부에 정전 검출 신호를 제공할 수 있다.
실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 정전 검출 신호가 수신되면: 상기 인버터와 연결된 정류부의 사이리스터(SCR)를 차단할 수 있다.
실시 예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 정전 검출 신호의 수신 후 상기 모터의 역회전이 개시되면, 상기 인버터가 속도 제어 모드에서 전압 제어 모드로 변경되도록 제어 모드를 전환시킬 수 있다.
실시 예에서, 상기 정류부는, 상기 정상 동작시에는 상기 인버터부의 초기 충전과 교류 입력 전압의 역률을 제어할 수 있다.
실시 예에서, 상기 정류부는, 상기 정전시에는 상기 인버터 제어부에 의해 사이리스터(SCR)가 차단된 것에 응답하여 회생 역전압을 방지하도록 동작할 수 있다.
실시 예에서, 상기 자기베어링 제어부는, 상기 정전시에는, 상기 보조 회로부터로부터 상기 제2 전원을 공급받아 상기 모터에 적용된 자기베어링에 전류를 인가함으로써 자기베어링 갭 제어를 수행할 수 있다.
실시 예에서, 상기 자기베어링 제어부는, 상기 정상 동작시에는, 상기 컨버터로부터 공급받은 상기 정류된 직류 전압을 사용하여 상기 자기베어링 갭 제어를 수행할 수 있다.
실시 예에서, 컨버터 고장 신호가 검출된 경우: 상기 컨버터부는, 상기 컨버터부의 출력을 오프(off) 상태로 변경하고, 상기 인버터부와 상기 자기베어링 제어부는, 상기 보조 회로부로부터 상기 제2 전원을 공급받아 제어 전원을 생성할 수 있다.
또한, 위의 실시 예들 각각은 그러한 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 정전시 회생 발전 승압 및 DC/DC 컨버터를 적용함으로써, 자기베어링 적용 모터를 포함하는 전력변환장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에서 UPS 장치 추가 없이 효과적인 정전 대응이 가능해진다.
또한, 본 발명은 UPS 장치를 추가하지 않고도 회생 제어를 위한 별도의 정전 검출 회로나 회생 발전을 위한 추가적인 회로를 구현하지 않아도 되는 장점이 있다. 나아가, 회생 발전을 위한 추가적인 회로 없이도 정확한 회생 발전 정전압 제어를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 자기베어링 AC 제어 전원의 역률 저하에 의한 무효 전력의 개선이 가능하다. 구체적으로, DC/DC 컨버터를 통해 DC 형태로 전원을 공급함으로써, 유효 전력만 공급하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 자기베어링 적용 모터를 포함하는 전력변환장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에서 UPS 장치를 제외함으로써, 배터리 교체 비용이 발생하지 않고 실외에서도 사용이 가능한 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 UPS 장치를 사용한 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치의 예시 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따라 UPS 장치 없이 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치의 대표 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따라 UPS 장치가 없이 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치에서 정전 대응 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서 컨버터의 고장 발생 및/또는 정전 발생시의 대응 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서, 초기 구동을 위한 강압 트랜스의 출력 구조를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서, 보조 회로의 초기 충천 및 절환 회로 구조의 예시 회로도들이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서, DC/DC 컨버터의 출력 구조의 다양한 예시 회로도들이다.
도 8은 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 전반적인 자기베어링 시스템 동작을 보여주는 예시 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따라 UPS 장치 없이 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치의 대표 회로도이다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치(100)는, 3상 정류부(30), 직류 링크 커패시터(35), 3상 인버터(40), 강압 트랜스(102), 보조 회로부(103), DC/DC 컨버터부(106), 자기베어링 제어부(80), 인버터 제어부(90)를 포함하며, AC 전압을 제공하는 MCCB(10) 및 자기베어링이 적용된 3상 모터(50)와 연결된다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치(100)는, 초기 동작시 MCCB(10)에 입력된 3상 교류 전압이 강압 트랜스(102)를 거쳐 DC/DC 컨버터부(105)에 공급된다.
본 발명에서 강압 트랜스(102)는 380V : 220V가 1:2 구조를 취하는 형태로 구현된다. 구체적으로, 강압 트랜스(102)는 3상 전원의 선간전압(R,T상)을 220V로 강압함으로써, 상위 제어기(사이클제어)와 인버터/자기베어링 제어를 위한 AC 전압을 공급하는 역할을 한다.
상기 강압 트랜스(102)는, 초기 구동을 위하여, 별도의 탭(Tap)을 분리하여 DC/DC 컨버터부(105)에 제어 전원을 공급한다. 이는, 종래의 전력 변환 장치의 강압 트랜스(60, 도 1)가 UPS 장치(70)에 대해 단일 출력 구조(500VA ~3000VA 정도)로 연결된 구조와는 구별된다.
상기 강압 트랜스(102)는, 이와 같이 별도의 분리 탭(Tap) 구조를 취함으로써, DC/DC 컨버터부(105)의 초기 제어전원용으로 매우 작은 출력비(예, 1:9)를 필요로 한다.
따라서, DC/DC 컨버터부(105)의 초기 제어시에는 강압 트랜스(102)로부터 입력받은 AC전원(220V)을 사용하다가, 3상 인버터부(40)의 초기 충전 동작이 완료되면, DC/DC 컨버터부(105)와 3상 인버터부(40)에서의 각 전압의 전위 차이에 따라 인버터측의 직류 커패시터(35)의 DC 전압으로 변경된다.
한편, 비록 도시되지는 않았지만, 다른 예에서는 강압 트랜스(102)가 도 1의 강압 트랜스(60)와 함께 별도의 강압용 외장 트랜스가 하나 더 추가된 구조 형태를 취할 수 있다.
3상 정류부(30)는 리액터(20)를 지난 3상 교류 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환하여 3상 인버터(40)에 공급한다.
상기 3상 정류부(30)는 상단에 사이리스터(SCR, 실리콘 제어 정류 소자)를 포함하는 반파 위상 제어 정류기의 구조를 취할 수 있다.
상기 3상 정류부(30)는 정상 동작시에는, 3상 인버터부(40)의 초기충전과 AC 입력 역률을 제어하는 역할을 한다. 또한, 정전시에는, 회생 역전압을 방지하기 위하여, 모터 회생 전압 제어로부터 3상 AC 입력을 분리하기 위한 차단기 역할을 한다.
3상 인버터부(40)는 6개의 전력용스위칭 소자(IGBT)와 이를 구동하기 위한 게이트 드라이브 회로를 포함하여 이루어질 수 있다.
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
상기 3상 인버터부(40)는 정상 동작시에는 전압형 인버터로 직류 전압을 교류 전압으로 가변하여 압축기의 3상 모터(50)를 회전시킨다. 또한, 정전시에는, 압축기의 압력차이에 의해 역회전하는 3상 모터(50)의 발전 전압을 승압하기 위해, 3상 PWM 승압 컨버터로서 동작한다. 이 때, 3상 인버터부(40)에 의해 제어되는 전압은 3상 모터(50)의 역기전력 전압보다 커야 한다.
DC/DC 컨버터부(105)는, 정상 동작시 전원 라인(108)을 통해 인버터 제어부(90)와 자기베어링 제어부(80)에 DC 전원을 공급한다.
DC/DC 컨버터부(105)는 정전 검출 기능을 수행한다. 정전 검출시, 상기 DC/DC 컨버터부(105)는 통신 라인(107)을 통해서 인버터 제어부(90)와 자기베어링 제어기(80)에 정전 검출 신호를 제공한다.
또, DC/DC 컨버터부(105)는 입력 DC 전압 대비 출력 DC 전압의 비(ratio)를 일정하게 제어한다. DC/DC 컨버터부(105)는 컨버터 제어기(미도시)를 포함할 수 있다.
보조 회로부(103)는, 초기에는 AC/DC 정류를 수행하여 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 전원을 공급한다.
상기 보조 회로부(103)는, 초기 충전 후 정상 동작시에는 출력 전압이 상승하며, DC 릴레이부(106)가 오프(off) 된 것에 응답하여, 전원 공급이 차단된다.
상기 보조 회로부(103)는, DC/DC 컨버터부(105)의 고장 검출시 DC 릴레이부(106)가 온(on)으로 변경된 것에 응답하여, 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 전원을 공급한다. 즉, DC/DC 컨버터부(105)의 고장시 모드 전환이 가능하다.
DC 릴레이부(106)의 온/오프 제어는 DC/DC 컨버터부(105)의 컨버터 제어기에 의해 수행될 수 있다.
상기 보조 회로부(103)는 상기 초기 충전과 상기 모드 전환시 출력전압의 차이에 의해 발생하는 돌입전류를 제한(또는, 제거)하기 위해, NTC 또는 고정저항기를 포함할 수 있다. 그에 따라 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 과도 상태 없이 안정적인 전원 공급이 가능하다. 이에 대해서는 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
자기베어링 제어부(80)는, 3상 모터(50)에 적용된 자기베어링에 전류를 인가하여 3상 모터(50)의 샤프트(Shaft)를 부상시키는 역할을 한다.
또, 비록 자세히 도시되지는 않았지만, 자기베어링(AMB) 제어부(80)는 컨트롤 보드, 전류 엠프, 및 전원공급장치(SMPS)를 포함할 수 있다.
인버터 제어부(90)는, 정상 동작시에는 3상 정류부(30)의 사이리스터(SCR, 실리콘 제어 정류 소자)와 인버터부(40)의 IGBT를 구동하기 위한 PWM을 출력한다. 그에 따라, 3상 모터(50)를 원하는 속도로 가변제어하는 속도 제어를 수행한다.
또한, 인버터 제어부(90)는, 3상 모터(50)에 초기 충전을 위한 초기 충전 회로(101)의 제어를 수행한다. 또한, 인버터 제어부(90)는, 정전 시에 DC/DC 컨버터부(105)로부터 정전 검출 신호가 입력된 것에 응답하여, 인버터부(40)가 승압 컨버터로 동작하도록 제어한다.
이하 도 3은 본 발명에 따라 UPS 장치가 없이 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치에서 정전 대응 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법은, 초기 구동 신호에 기초하여 제어 전원을 공급하는 동작으로 개시된다(S10).
구체적으로, 도 2를 참조하여 동작을 설명하면, MCCB(10)에 입력된 3상 교류 전압이 강압 트랜스(102)를 거쳐 DC/DC 컨버터부(105)에 공급된다. 그리고, AC 릴레이 온(on) 신호에 따라, 보조 회로부(103)에 입력된 3상 교류 전압이 AC/DC 정류되어 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 전원이 공급된다.
인버터 제어부(90)에 전원이 공급되면, 3상 전원을 공급받은 3상 인버터에의하여 초기 충전 동작이 수행된다(S20).
구체적으로, 도 2에서 인버터 제어부(90)에 의해 3상 전원의 초기 충전을 위한 릴레이 구동이 수행된다. 인버터 제어부(90)는 3상 정류부(30)의 사이리스터(SCR)에 트리거 신호를 출력한다. 그러면, 3상 정류부(30)는 직류 링크 커패시터(35)에 직류 전원을 공급한다. 이 후, 직류 링크 커패시터(35)에 충전된 전원이 DC/DC 컨버터부(105)에 입력 전원과 제어 전원으로 공급된다(정상 동작).
다음, 정상 동작 중에 정전 검출 신호의 검출을 감지한다(S30). 정전 검출 신호의 검출은, 별도의 감지 회로 없이 DC/DC 컨버터부(105)(보다 구체적으로는, 컨버터 제어기(미도시))에 의해 수행된다.
정전 검출 신호가 검출된 경우, DC/DC 컨버터부(105)는 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 정전 검출 신호를 전달하고, 인버터 제어부(90)의 릴레이가 오프되도록 제어한다(S40). 또한, 인버터 제어부(90)는 3상 정류부(30)의 사이리스터(SCR)를 차단시킨다.
이후, 압축기가 정지하고 모터의 역회전이 개시되면, 인버터를 속도 제어 모드에서 전압 제어 모드로 변경하여 동작을 수행한다(S50).
구체적으로, 압축기가 정지하면 압력의 방향이 변경되어 모터가 역회전하게 되는데, 모터가 역회전하는 시점에 3상 인버터부(40)의 제어 모드를 변경한다. 구체적으로, 3상 인버터부(40)는 속도 제어 모드에서 전압 제어 모드로 변경된다.
전압 제어 모드로 변경되면, 3상 인버터부(40)의 IGBT와 인버터 제어부(90)의 센서리스 알고리즘의 위치 추정 정보를 이용하여 회생 승압 정전압 제어를 수행할 수 있다.
구체적으로, 3상 인버터부(40)는 정전 발생 후 압축기의 압력차이에 의해 발생한 모터(50)의 역회전을, 3상 인버터부(40)의 센서리스 제어 로직을 통해 얻은 위상각 정보를 사용하여 회생 승압 정전압 제어를 수행한다.
이러한 회생 정전압 제어시, 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에서는 대용량 인버터 대비 상대적으로 매우 작은 전력을 사용한다. 따라서, 회생 정전압 제어시 별도의 보조회로 없이, 모터(50)의 상 인덕턴스와 인버터부(40)의 IGBT와 3상 정류부(30)와 인버터부(40)의 사이에 위치한 직류 링크 커패시터(35)를 사용하여 승압동작을 수행할 수 있다.
이러한 회생 정전압 제어시, 모터(50)의 역기전력보다 큰 전압으로 승압동작이 수행되어야한다. 즉, 모터(50)가 15~20Hz 사이의 범위에서 안정적으로 승압 제어를 수행하여, 자기베어링 제어부(80) 전원을 공급할 수 있어야 한다. 여기서, 상기 15~20Hz 의 범위는 백업베어링을 보호하기 위한 최소한의 속도 레벨을 의미한다.
이와 같이 컨버터부(105)에 의한 정전 검출과, 인버터 제어부(90)의 동작 및 회생 정전압 제어를 통해, 정전시에도 DC/DC 컨버터부(105)의 입력 사양에 적합한 안정적인 전원 공급이 가능해진다.
한편, 단계(S30)에서의 판단에 따라 정전 검출 신호가 검출되지 않은 동안, 즉 정상 동작 중에는 DC/DC 컨버터부(105)(보다 구체적으로는 컨버터 제어기)에 의하여, 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 입력 전원이 공급된다(S60).
도 4는 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서 컨버터의 고장 발생 및/또는 정전 발생시의 대응 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치의 동작은 크게 네가지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 1)초기 동작, 2)전원이 정상적으로 공급되는 정상 동작, 3)DC/DC 컨버터의 고장 발생시 대응 동작(단계 S407~S409), 그리고 4)DC/DC 컨버터의 정전 발생시 대응 동작(단계 S410~S414)을 포함한다.
먼저, 1) 초기 동작 과정(단계 S401~S402)은 다음과 같다.
자기베어링이 적용된 모터에 제어 전원을 공급하기 위한 AC 릴레이 구동이 개시된다(S401).
구체적으로, 도 2에서 강압 트랜스(102)의 제1 분기라인(강압 트랜스(102)에서 보조 회로부(103)로 연결된 두 전원 라인)을 통해 보조 회로부(103)에 전달된 AC 전압으로 보조 회로부(103)의 초기 충전이 수행된다. 그에 따라, DC/DC 컨버터부(105)에 제어용 전원이 공급된다. 또, 강압 트랜스(102)의 제2 분기라인(강압 트랜스(102)에서 DC/DC 컨버터부(105)로 연결된 두 전원 라인)을 통해 DC/DC 컨버터부(105)에 전원이 공급된다.
다음, 인버터 제어부(90)에 의해 3상 초기 충전을 위한 릴레이가 구동된다(S402). 구체적으로, 인버터 제어부(90)에 의하여, 초기 충전 회로(101)내의 릴레이가 구동되고, 인터버부(40)측의 직류 링크 커패시터(40)에 직류 전압을 충전하기 위한 초기 충전이 수행된다. 또, 인버터 제어부(90)에 의하여, 3상 정류부(30)의 사이리스터에 트리거 신호(온(on) 신호)가 출력된다.
2) 정상 동작 과정(단계 S404~S416, S415)은 다음과 같다.
단계(S403)에서의 판단 결과, DC/DC 컨버터부(105)에서 컨버터 고장 발생(고장 신호)이 검출되지 않은 경우, 즉 정상 동작 동안에는, 컨버터부(50)의 출력을 온(on) 상태로 하고(S404), 릴레이(106)는 오프(off) 상태로 하여 보조 회로부(103)에 의한 출력을 차단한다. 즉, DC/DC 컨버터부(50)에 의하여 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(80)에 전원이 공급된다. 자기베어링 제어부(80)는 자기베어링 갭 제어를 수행한다(S406).
3) 컨버터의 고장 발생시 대응 동작 과정(단계 S407~S409)은 다음과 같다.
단계(S403)에서의 판단 결과, DC/DC 컨버터부(105)에서 컨버터 고장 발생(고장 신호)이 검출된 경우, 컨버터 제어기는 컨버터부(50)의 출력을 오프(off) 상태로 변경한다(S407).
그리고, 컨버터 제어기가 릴레이(106)를 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 변경하여, 보조 회로부(103)를 통해 전원이 공급되게 한다(S408). 즉, DC/DC 컨버터부(105) 대신 보조 회로부(103)에 의해 전원 공급이 이루어진다.
이때, 보조 회로부(103)에서는, 전력용 사이리스터 스위칭 소자를 사용하여 AC/DC 회로로 절환되며, NTC 회로에 의해 돌입전류가 억제된다. 이에 대해서는 도 6을 참조하여 이하에서 보다 자세히 기술하겠다.
컨버터 제어기는 자기베어링 제어부(80)에 이상 상태(Fault) 신호를 출력하여(S409) DC/DC 컨버터부(105)의 고장을 알린다. 보조 회로부(103)에 의해 전원 공급이 계속되므로, 이때에도 자기베어링 제어부(80)는 자기베어링 갭 제어를 수행한다(S406).
4) 컨버터의 정전 발생시 대응 동작 과정(단계 S410~S414)은 다음과 같다.
단계(S410)에서의 판단 결과, DC/DC 컨버터부(105)에서 컨버터 정전 발생이 검출된 경우, DC/DC 컨버터부(105)는 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 정전 검출 신호를 출력한다(S411).
그리고, 인버터 제어부(90)는 인버터부(40)의 제어를 오프(OFF)시키기 위해 3상 정류부(30)의 사이리스터(SCR)를 차단하는 제어신호를 출력한다(S412).
그런 다음, 인버터 제어부(90)는 회생 정전압 제어 모드를 수행한다(S413).r구체적으로, 인버터 제어가 오프(OFF)됨에 따라 압축기가 정지되면, 압력의 방향이 바뀌면서 모터가 역회전을 시작한다.
모터가 역회전하는 시점에 인버터부(40)의 제어를 속도 제어에서 전압 제어로 절환한다. 인버터부(40) 회로의 6개의 스위칭 소자(IGBT)와 인버터 제어부(90)의 센서리스 알고리즘 위치 추정 정보를 이용하여 회생 승압 정전압 제어를 수행한다. 그에 따라, 정전시에도 DC/DC 컨버터부(105)의 입력 사양에 맞는 안정적인 전원 공급이 이루어진다.
이와 같이, 본 발명에서는 자기베어링이 적용된 전력 변환 장치에서, 컨버터의 고장이나 정전 발생시 UPS 장치 없이도, 회생 발전 승압 제어 및 컨버터의 제어를 통해 안정적인 전원 공급이 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서, 초기 구동을 위한 강압 트랜스(102)의 출력 구조를 보여주는 회로도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 강압 트랜스(102)는 일단은 MCCB(10)와 리액터(20) 사이에 분기된 라인과 연결되며, 타단은 2 개의 탭으로 다시 분기되어 연결된다. 구체적으로, 상기 타단에서 제1 연결라인은 DC/DC 컨버터부(105)와 연결되고, 상기 타단에서 제2 연결라인은 보조 회로부(103)와 연결된 구조를 취한다.
본 발명에서 강압 트랜스(102)는 3상 전원의 선간전압(R,T상)을 220V로 강압하여, 인버터와 자기베어링 제어를 위한 AC 전압을 공급한다. 상기 AC 전압은 DC/DC 컨버터부(105)의 초기 제어 전원용(1:9)으로 매우 작은 출력비를 갖는다.
초기에, 강압 트랜스(102)로부터 입력받은 AC전원이 DC/DC 컨버터부(105)의 제어 전원으로 사용된다. 이는, 약 220V 이다. DC/DC 컨버터부(105)의 초기 제어 전원은 제3 연결라인(104)을 통해 보조 회로부(103)에 공급되어, 보조 회로부(103)의 초기 충전이 수행된다. 이를 위해, DC/DC 컨버터부(105)는 절연형 구조로 구현될 수 있다.
이 후, 약 380V의 3상 인버터부(40) 초기 충전 동작이 완료되면, 두 전압(220V, 380V)의 전위 차이의 의해, DC/DC 컨버터부(105)의 제어 전원이 3상 인버터부(40)의 직류 링크 커패시터(35)의 전압(DC)으로 변경된다.
도 6은 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서, 강압 트랜스(102)와 연결된 보조 회로부(103)의 초기 충천 및 절환 회로 구조의 예시들을 보인 것이다.
본 발명에서는 인버터부(40) 초기 기동 및 DC/DC 컨버터부(105) 고장시 대응 동작을 위하여 보조 회로부(AC/DC 회로, 103)를 포함한다.
보조 회로부(103)는 제3 연결라인(104, 도 5)을 통해 인가된 DC/DC 컨버터부(105)의 제어 전원을 사용하여, 초기 충전 동작을 수행한다.
보조 회로부(103)가 초기 충전되면, 인버터 제어부(90)에 전원을 공급하여, 인버터 제어부(90)로 하여금 인버터 구동을 위한 제어전원(SMPS)을 공급하게 한다. 그러면, 인버터부(40)는 인버터 제어부(90)를 통해 3상 전원을 공급받아 초기 충전 동작을 수행하며, 그에 따라 직류 링크 커패시터(35)에 전압을 충전하고, 모터(50)를 구동하기 위한 준비 동작을 수행한다.
또한, 보조 회로부(103)는 DC/DC 컨버터부(105) 고장시 자기베어링 제어부(80)에 안정적으로 전원을 공급하기 위한 기능을 수행한다.
구체적으로, 컨버터 고장 신호가 검출되면, 컨버터 제어기는 DC/DC 컨버터부(105)의 출력을 오프(off)시키고, 보조 회로부(103)의 절체 스위치(SCR or Relay)를 제어한다. 그에 따라, 자기베어링 제어부(80)에 지속적으로 안정적인 DC 전원을 공급한다.
본 발명에 따른 보조 회로부(103)는 컨버터 고장에 따른 대체 동작 절환시, AC 입력전압과 DC 출력전압 차이에 의해 발생하는 돌입전류를 억제를 위해, NTC(or 저항) 또는 SCR구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
보조 회로부(103)는 도 6에 도시된 바와 같이, 크게 직렬 구조(a)와 병렬 구조(b, c)로 구별될 수 있다.
예로서, 보조 회로부(103)는 사이리스터(SCR) 대신에 릴레이(DC Relay)를 적용할 수 있다. 또한, 병렬 구조(b, c)로 구현하는 경우, NTC 대신에 고정저항기를 적용할 수 있다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 보조 회로부(103)를 직렬 구조로 구현시, 초기 충전 및 동작 모드 절환시의 돌입전류 제한(제거)을 위해 NTC가 공용으로 사용될 수 있다. 사이리스터(SCR) 또한 초기 충전 및 동작 모드 절환을 위한 스위치로 공용 사용될 수 있다.
보조 회로부(103)가 도 6의 (b)와 같은 병렬구조의 경우인 경우, 초기 충전 및 동작 모드 절환시의 돌입전류 제한(제거)을 위해 NTC가 공용으로 사용될 수 있다. 또한, AC 릴레이(601)가 초기 충전 및 동작 모드 절환을 위한 스위치로 공용 사용될 수 있다. 사이리스터(SCR)는 NTC의 손실 발생을 없애기 위한 전류 패스 변경 용도로 사용될 수 있다.
보조 회로부(103)가 도 6의 (c)와 같은 병렬구조의 경우인 경우, 초기 충전시, 입력단에 초기 충전 저항(602), 초기 충전 릴레이(601), 및 AC 파워 릴레이(603)가 적용될 수 있다. 이 구조에서 NTC는 동작 모드 절환시 돌입전류 제한용으로만 사용되며, SCR은 NTC 손실 발생을 없애기 위한 전류 패스 변경 용도로 사용된다.
도 6의 회로들에 적용된 NTC는 동작 온도가 큰 시스템에는 적용이 어렵다. 왜냐하면 온도에 따른 저항 변경값이 커서 돌입 전류 억제 성능이 크게 감소되기 때문이다. 따라서, NTC의 저항값은, 최대 부하전류를 제한하지 않는 적절한 고정 저항값으로 선정되어야할 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 전력 변환 장치에서, DC/DC 컨버터부(105) 출력 구조의 다양한 예시 회로들을 보여주고 있다.
본 발명에서 DC/DC 컨버터부(105)는 절연형 구조를 갖는다. DC/DC 컨버터부(105)는, 정상 동작시는 온라인(on-line)방식으로 인버터 제어부 및 자기베어링 제어부(80, 90)에 전원을 공급한다. DC/DC 컨버터부(105)는, 정전시 회생 전압 공급용으로 사용된다.
정전의 검출은, 별도의 추가 회로 없이 DC/DC 컨버터부(105)에 의해 수행된다. 구체적으로, 컨버터부(105)에 입력되는 DC 전압과 보조 회로부(103)에서 센싱한 입력전압을 기준으로, 정전 신호의 발생을 감지할 수 있다.
도 7a는 DC/DC 컨버터부(105)가 단일 출력 구조인 경우이고, 도 7b 및 도 7c는 DC/DC 컨버터부(105)가 다중 출력 구조인 경우이며, 도 7d는 DC/DC 컨버터부(105)가 토폴로지 형태인 경우이다.
먼저 도 7a의 DC/DC 컨버터부(105)는 두 개의 연결라인(701, 702)을 통해, 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 병렬로 동일한 DC 전압(약 300V)을 공급할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(105) 하나의 풀-브릿지 회로(710)와 하나의 FRD(Fast Recovery Diode) 회로(720)를 포함하여 구현될 수 있다.
DC/DC 컨버터부(105)는 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90) 각각에 대한 제어 전원을 생성하기 위해 별도의 SMPS(AC/DC, DC/DC 겸용)가 여러 개 추가로 구성되어야한다. 절연형 구조를 갖는 다수의 SMPS에 의해, 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 대한 제어 전원이, 병렬로 분기로 전원 라인을 통해 공급된다.
도 7b 의 DC/DC 컨버터부(105)는 하나의 풀-브릿지 회로(710)와 두 개의 FRD(Fast Recovery Diode) 회로들(720a, 720b)을 포함하여 이루어지며, FRD 회로들(720a, 720b)은 서로 병렬 연결된다. 제1 FRD 회로(720a)는 자기베어링 제어부(80)와 연결되며, 제2 FRD 회로(720b)는 인버터 제어부(90)와 연결된다.
도 7b 의 DC/DC 컨버터부(105)는 자기베어링 제어부(80)에는 하이(High) DC 전압(약 300V)을 공급하고, 인버터 제어부(90)에서는 추가 절연된 로우(Low) DC 전압(+24V)을 공급한다. 이 때, 자기베어링 제어부(80)는 제어 전원을 생성하기 위한 SMPS가 필요하며, 인버터 제어부(90)는 이미 절연구조를 가지고 있기 때문에 레귤레이터 회로만으로 제어 전원을 생성할 수 있다.
도 7c 의 DC/DC 컨버터부(105)는 도 7b의 회로 구조에서 제2 FRD 회로(720b)의 추가 전원 라인들(703, 704)를 통해, 제2 FRD 회로(720b)가 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90) 모두에 대해 연결된 구조이다. 이 외의 구조는 도 7b의 DC/DC 컨버터부(105)의 회로 구조와 동일하다.
도 7c의 DC/DC 컨버터부(105)는 자기베어링 제어부(80)의 '파워(power) 회로'에만 하이(High) DC 전압(약 300V)을 공급한다. 그리고, 자기베어링 제어부(80) 및 인버터 제어부(90)의 제어 전원 생성 회로에는 추가 절연된 로우(Low) DC 전압(+24V)을 공급한다.
도 7c의 DC/DC 컨버터부(105)는 도 7a 및 도 7b의 회로 구조 보다는 복잡하나 제어 전원과 파워 전원을 분리하는 절연 전원 구조 설계가 가능하며, 다수의 SMPS 없이도 레귤레이터 회로설계만으로 제어 전원 생성이 가능하다.
도 7d의 DC/DC 컨버터부(105), (a) 및 (b)구조의 토폴로지는 UPS 장치가 없는 자기베어링 시스템에서, 대용량 인버터의 입력전압 변동과 회생전압 제어에 유연하게 대처하기 위해, 광 범위(Wide Range) 입력 대응이 가능한 절연형 토폴로지로 구성되었다. 예로서, (a)는 LLC 공진형 풀-브릿지 DC/DC 컨버터이며, (b)는 위상천이 풀-브릿지(PSFB, Phase-shift Full-bridge) DC/DC 컨버터를 보여주고 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 전반적인 자기베어링 시스템 동작을 다시 한번 설명하겠다.
도 8에서 제1 제어흐름(820)은 초기 구동과 컨버터 고장시 대응 동작의 제어 흐름에 해당한다.
초기 구동은, 3상 교류 전압이 강압 트랜스(102)를 거쳐 DC/DC 컨버터부(105)에 제어 전원을 공급하며, DC/DC 컨버터부(105)에 공급된 초기 제어 전원은 보조 회로부(103)에 공급된다. 그리고, 보조 회로부(103)를 통해 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 전원이 공급된다. 인버터 제어부(90)에 전원이 공급되면 인버터 초기 충전 동작이 개시된다.
또한, 컨버터 고장시에도, 제1 제어흐름(820)에 따라 DC/DC 컨버터부(105) 대신 보조 회로부(103)를 통해 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 전원이 공급된다. 이를 위해, DC 릴레이(106)가 오프 상태에서 다시 온 상태로 변경된다.
도 8에서 제2 제어흐름(810)은 정상 동작시 제어 흐름을 나타낸다.
정상 동작인 동안에는, DC/DC 컨버터부(105)의 전압(약 220V)과 인버터부(40)의 전압(약 380V) 간의 전압 차에 의해, 인버터측의 직류 링크 커패시터에 충전된 직류 전압이 DC/DC 컨버터부(105)를 통해 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 공급된다.
도 8에서 제3 제어흐름(830)은 정전시 대응 동작의 제어 흐름을 나타낸 것이다. DC/DC 컨버터부(105)에서 정전 신호가 검출되면, DC/DC 컨버터부(105)는 자기베어링 제어부(80)와 인버터 제어부(90)에 정전 검출 신호를 전달하고, 인버터 제어부(90)의 릴레이가 오프되도록 제어한다(S40).
또, 인버터 제어부(90)는 3상 정류부(30)의 사이리스터(SCR)를 차단시킨다. 인버터에 전원 출력이 차단됨에 따라 압축기가 정지하고 모터의 역회전이 개시되면, 인버터를 속도 제어 모드에서 전압 제어 모드로 변경하여 동작을 수행한다(S50).
모터가 역회전하는 시점에 3상 인버터부(40)의 제어 모드를 변경한다. 인버터가 전압 제어 모드로 변경되면, 회생 정전압 제어를 수행하여 DC/DC 컨버터부(105)의 입력 사양에 적합한 안정적인 전원 공급이 가능해진다.
이와 같이 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 회생 발전 승압 및 DC/DC 컨버터를 적용함으로써, 자기베어링 적용 모터를 포함하는 전력변환장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에서 UPS 장치 추가 없이 효과적인 정전 대응이 가능해진다.
또한, 본 발명은 UPS 장치를 추가하지 않고도 회생 제어를 위한 별도의 정전 검출 회로나 회생 발전을 위한 추가적인 회로를 구현하지 않아도 되는 장점이 있다. 나아가, 회생 발전을 위한 추가적인 회로 없이도 정확한 회생 발전 정전압 제어를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 자기베어링 AC 제어 전원의 역률 저하에 의한 무효 전력의 개선이 가능하다. 구체적으로, DC/DC 컨버터를 통해 DC 형태로 전원을 공급함으로써, 유효 전력만 공급하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 자기베어링 적용 모터를 포함하는 전력변환장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에서 UPS 장치를 제외함으로써, 배터리 교체 비용이 발생하지 않고 실외에서도 사용이 가능한 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 자기베어링 적용 모터에 전원을 공급하며, 인버터부 및 컨버터부를 포함하는 전력 변환 장치에 있어서,
    초기 구동시, 교류 전압을 제1 전원으로 공급받는 상기 컨버터부;
    상기 제1 전원을 사용하여 초기 충전을 수행하며, 정류된 제2 전원을 상기 컨버터부와 연결된 인버터 제어부 및 자기베어링 제어부에 공급하는 보조 회로부;
    상기 인버터 제어부는, 상기 제2 전원을 사용하여 상기 인버터에 구동 신호를 출력하고, 상기 인버터로부터 정류된 직류 전압이 상기 컨버터부에 제공되도록 상기 인버터를 제어하고,
    상기 컨버터부는,
    정상 동작시에는, 상기 제2 전원의 공급을 차단하고 상기 정류된 직류 전압이 상기 인버터 제어부 및 상기 자기베어링 제어부에 공급되도록 제어하고,
    정전시에는, 상기 보조 회로부의 상기 제2 전원이 상기 인버터 제어부 및 상기 자기베어링 제어부에 제공되도록 제어신호를 출력하는 전력 변환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    3상 입력 전압을 강압하여 상기 컨버터부 및 상기 보조 회로부에 제공하는 강압 트랜스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 강압 트랜스는,
    별도 탭(Tap)으로 분기된 전원 라인을 통해 상기 컨버터부 및 상기 보조 회로부와 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 강압 트랜스는,
    초기 구동시 제1 분기 라인을 통해 상기 컨버터부에 강압된 교류 전압을 공급하고, 상기 보조 회로부에는 제2 분기 라인을 통해 강압된 교류 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 강압 트랜스는,
    출력 전압 비 380V : 220V가 적어도 1:2를 만족하는 회로 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터부와 상기 보조 회로부 사이에 위치하며, 상기 컨버터부에 의하여 온/오프 상태가 제어되는 릴레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 병환 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    상기 정상 동작시, 상기 제2 전원의 공급을 차단하기 위해 상기 릴레이부를 오프(off)시키고, 상기 정전시, 상기 제2 전원이 다시 공급되도록 상기 릴레이부를 온(on)시키는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    상기 정전을 검출하고, 상기 인버터 제어부와 상기 자기베어링 제어부에 정전 검출 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 정전 검출 신호가 수신되면:
    상기 인버터와 연결된 정류부의 사이리스터(SCR)를 차단하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 정전 검출 신호의 수신 후 상기 모터의 역회전이 개시되면, 상기 인버터가 속도 제어 모드에서 전압 제어 모드로 변경되도록 제어 모드를 전환시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정류부는,
    상기 정상 동작시에는 상기 인버터부의 초기 충전과 교류 입력 전압의 역률을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 정류부는,
    상기 정전시에는 상기 인버터 제어부에 의해 사이리스터(SCR)가 차단된 것에 응답하여 회생 역전압을 방지하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기베어링 제어부는,
    상기 정전시에는, 상기 보조 회로부로부터 상기 제2 전원을 공급받아 상기 모터에 적용된 자기베어링에 전류를 인가함으로써 자기베어링 갭 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 자기베어링 제어부는,
    상기 정상 동작시에는, 상기 컨버터로부터 공급받은 상기 정류된 직류 전압을 사용하여 상기 자기베어링 갭 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    컨버터 고장 신호가 검출된 경우:
    상기 컨버터부는, 상기 컨버터부의 출력을 오프(off) 상태로 변경하고,
    상기 인버터부와 상기 자기베어링 제어부는, 상기 보조 회로부로부터 상기 제2 전원을 공급받아 제어 전원을 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  16. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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