KR20230139056A - 3 phase 4 wire inverter of independent power supply apparatus for vehicles - Google Patents

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Abstract

차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터가 개시된다. 본 발명에 따른 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터는, 스위칭 리플 전류 공급을 위한 제1커패시터부; 설정된 주파수 성분의 단상 부하 전력 공급을 위한 제2커패시터부; 및 제1커패시터부 및 제2커패시터부로부터 3상 또는 단상의 전력공급을 위해 스위칭하는 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 제1커패시터부는 필름 커패시터로 구현되며, 제2커패시터부는 두 개의 전해 커패시터가 직렬로 연결되어 구현될 수 있다.A 3-phase 4-wire inverter for an independent power supply for a vehicle is disclosed. The 3-phase 4-wire inverter of the independent power supply for a vehicle according to the present invention includes a first capacitor unit for supplying switching ripple current; a second capacitor unit for supplying single-phase load power of a set frequency component; and a switching unit that switches to supply three-phase or single-phase power from the first capacitor unit and the second capacitor unit. Here, the first capacitor part may be implemented as a film capacitor, and the second capacitor part may be implemented as two electrolytic capacitors connected in series.

Description

차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터{3 PHASE 4 WIRE INVERTER OF INDEPENDENT POWER SUPPLY APPARATUS FOR VEHICLES}3-phase 4-wire inverter of independent power supply for vehicles {3 PHASE 4 WIRE INVERTER OF INDEPENDENT POWER SUPPLY APPARATUS FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 인버터 구성으로 3상 부하뿐만 아니라 단상 부하에도 전력을 공급할 수 있는 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to a three-phase, four-wire inverter for an independent power supply for a vehicle, and more specifically, to a three-phase, four-wire inverter for an independent power supply for a vehicle that can supply power to not only a three-phase load but also a single-phase load with one inverter configuration. It's about inverters.

의료, 캠핑, 군용 등의 특수 목적의 차량에는 계통의 전원을 대신할 수 있는 독립형의 전원공급장치가 필요하다. 특히, 군용 전술화 차량에는 다양한 장비가 탑재되지만 저전압 배터리로는 충분한 전력을 공급하지 못하기 때문에 발전기가 필요하다. 이를 위해 이전에는 발전기 트레일러를 따로 운용하는 불편함을 감수하였다.Special purpose vehicles such as medical, camping, and military use require an independent power supply device that can replace the grid power source. In particular, military tactical vehicles are equipped with a variety of equipment, but a generator is required because low-voltage batteries cannot supply sufficient power. For this purpose, the inconvenience of previously operating a separate generator trailer was accepted.

최근에는 엔진 직결형 발전기를 개발하여 차량 자체에서 엔진을 이용한 발전이 가능하게 하거나 차량의 시스템이 전기차, 수소차 등으로 변화하면서 고전압 배터리를 탑재하여 자체적으로 수십 kW 급의 전력공급 능력을 갖게 되었으며, 이로 인해 차량에 탑재될 수 있는 컴팩트한 AC 전원공급기가 요구되고 있다.Recently, a direct engine-type generator has been developed to enable power generation using the engine in the vehicle itself, and as vehicle systems have changed to electric vehicles, hydrogen vehicles, etc., high-voltage batteries have been installed to provide power supply of tens of kW on their own. Because of this, there is a demand for compact AC power supplies that can be mounted on vehicles.

특히, 군용 독립형 전원공급장치는 3상 380Vrms와 단상 220Vrms의 60Hz 전원공급이 가능해야 한다. 3상과 단상의 전원을 공급하기 위해서는 3상 인버터와 단상 인버터가 요구되는데, 3상 인버터와 단상 인버터를 개별적으로 구성하는 경우에는 높은 신뢰성을 갖지만 컴팩트한 시스템을 구성하기가 어렵다는 문제점이 있다.In particular, military stand-alone power supplies must be capable of supplying three-phase 380Vrms and single-phase 220Vrms at 60Hz. In order to supply three-phase and single-phase power, a three-phase inverter and a single-phase inverter are required. However, when the three-phase inverter and the single-phase inverter are individually configured, there is a problem in that although it has high reliability, it is difficult to construct a compact system.

공개특허공보 제10-2018-0024274호 (공개일자: 2018.03.08)Public Patent Publication No. 10-2018-0024274 (Publication date: 2018.03.08)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 하나의 인버터 구성으로 3상 부하뿐만 아니라 단상 부하에도 전력을 공급할 수 있는 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was created to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a three-phase, four-wire inverter for an independent power supply for vehicles that can supply power to not only three-phase loads but also single-phase loads with one inverter configuration. .

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터는, 스위칭 리플 전류 공급을 위한 제1커패시터부; 설정된 주파수 성분의 단상 부하 전력 공급을 위한 제2커패시터부; 및 상기 제1커패시터부 및 상기 제2커패시터부로부터 3상 또는 단상의 전력공급을 위해 스위칭하는 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above-described object, a three-phase four-wire inverter of an independent power supply for a vehicle according to one aspect of the present invention includes a first capacitor unit for supplying switching ripple current; a second capacitor unit for supplying single-phase load power of a set frequency component; and a switching unit that switches to supply three-phase or single-phase power from the first capacitor unit and the second capacitor unit.

여기서, 상기 제1커패시터부는 필름 커패시터로 구현될 수 있다.Here, the first capacitor unit may be implemented as a film capacitor.

또한, 상기 제2커패시터부는 두 개의 전해 커패시터가 직렬로 연결되어 구현될 수 있다.Additionally, the second capacitor unit may be implemented by connecting two electrolytic capacitors in series.

상기 제1커패시터부는 다음의 식에 기반하여 스위칭에 의한 리플 전류와 리플 전압 사양을 만족하는 정전용량으로 구현된다.The first capacitor unit is implemented with a capacitance that satisfies the ripple current and ripple voltage specifications due to switching based on the following equation.

여기서, Icap는 상기 제1커패시터부로부터 출력되는 전류, Io는 초기전류, m은 변조지수, Φ는 위상각, fsw는 스위칭 주파수, Vripple는 리플 전압이다.Here, Icap is the current output from the first capacitor unit, Io is the initial current, m is the modulation index, Φ is the phase angle, fsw is the switching frequency, and Vripple is the ripple voltage.

또한, 상기 제2커패시터부는, 다음의 식에 기반하여 단상 부하 공급을 위한 정전용량으로 구현된다.In addition, the second capacitor unit is implemented as a capacitance for supplying a single-phase load based on the following equation.

여기서, Vm은 변조지수 전압, Im은 변조지수 전류, Vdc는 직류 전압, Vripple은 리플 전압, w는 운전 각주파수이다.Here, Vm is the modulation index voltage, Im is the modulation index current, Vdc is the direct current voltage, Vripple is the ripple voltage, and w is the operating angular frequency.

본 발명에 따르면, 하나의 인버터 구성으로 3상 부하뿐만 아니라 단상 부하에도 전력을 공급할 수 있다.According to the present invention, one inverter configuration can supply power to not only three-phase loads but also single-phase loads.

도 1은 3상 4선식 인버터의 예로서, 3레그 인버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 3상 4선식 인버터의 예로서, DC링크 중성점 연결 인버터를 나타낸 도면이다.
도 3은 3상 4선식 인버터의 예로서, DC링크 중성점 제어 인버터를 나타낸 도면이다.
도 4는 3상 4선식 인버터의 예로서, 4레그 인버터를 나타낸 도면이다.
도 5는 4레그의 중성점 제어 원리를 설명하기 위하여 도시한 도면으로서, (a)는 3레그를 나타내며, (b)는 4레그를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원공급장치의 3상 4선식 인버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
Figure 1 is a diagram showing a 3-leg inverter as an example of a 3-phase 4-wire inverter.
Figure 2 is a diagram showing a DC link neutral point connection inverter as an example of a 3-phase 4-wire inverter.
Figure 3 is a diagram showing a DC link neutral point control inverter as an example of a 3-phase 4-wire inverter.
Figure 4 is a diagram showing a 4-leg inverter as an example of a 3-phase 4-wire inverter.
Figure 5 is a diagram showing the principle of neutral point control of 4 legs, where (a) shows 3 legs and (b) shows 4 legs.
Figure 6 is a diagram schematically showing a three-phase, four-wire inverter of a vehicle power supply device according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described through exemplary drawings. When assigning reference numerals to components in each drawing, identical components are indicated with the same reference numerals as much as possible, even if they are shown in different drawings. Additionally, when describing embodiments of the present invention, if detailed descriptions of related known configurations or functions are judged to impede understanding of the embodiments of the present invention, the detailed descriptions will be omitted.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, when describing the components of an embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected," "coupled," or "connected" to another component, that component may be directly connected, coupled, or connected to that other component, but may not be connected to that component or that other component. It should be understood that another component may be “connected,” “coupled,” or “connected” between elements.

도 1 내지 도 4는 3상 4선식 인버터의 예로서, 도 1은 3레그 인버터를 나타낸 도면이며, 도 2는 DC링크 중성점 연결 인버터를 나타낸 도면이고, 도 3은 DC링크 중성점 제어 인버터를 나타낸 도면이며, 도 4는 4레그 인버터를 나타낸 도면이다.Figures 1 to 4 are examples of a 3-phase 4-wire inverter. Figure 1 is a diagram showing a 3-leg inverter, Figure 2 is a diagram showing a DC link neutral point connection inverter, and Figure 3 is a diagram showing a DC link neutral point control inverter. , and Figure 4 is a diagram showing a 4-leg inverter.

본 발명의 실시예에 따른 3상 4선식 인버터를 이용한다. 4레그 방식은 3상과 풀브릿지 인버터를 사용하는 것에 비해 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등 반도체 소자와 게이트 드라이버(gate driver), 센싱(sensing) 회로 등을 저감하면서도 불평형 전압을 효과적으로 개선할 수 있기 때문에 3상 380Vrms와 단상 220Vrms의 공급이 가능하다.A 3-phase 4-wire inverter according to an embodiment of the present invention is used. Compared to using a 3-phase and full-bridge inverter, the 4-leg method can effectively improve unbalanced voltage while reducing semiconductor elements such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), gate drivers, and sensing circuits. Therefore, it is possible to supply three-phase 380Vrms and single-phase 220Vrms.

4레그 인버터의 제어방법으로 일반적인 3레그 인버터처럼 동기좌표계로 변환하여 제어하는 방법은 불평형 조건에서 DC 성분뿐만 아니라 2차의 고조파가 나타나며, 고조파 보상 시에도 복잡한 변환과정이 필요하기 때문에 제어기 설계가 복잡해진다.As a control method for a 4-leg inverter, the control method is converted to a synchronous coordinate system like a typical 3-leg inverter. Under unbalanced conditions, not only DC components but also secondary harmonics appear, and a complex conversion process is required even when compensating for harmonics, making the controller design complicated. It becomes.

또한, 불평형 조건에서의 제어를 강화하기 위한 각상 제어 방법은 전역통과 필터의 사용과 제어기의 수가 증가하거나 연산시간이 증가하는 등의 단점이 있다. 그러나 정지좌표계에서 제어하는 경우 60Hz의 기본파와 3, 5, 7차 고조파 성분들이 그대로 표현되기 때문에 제어기 설계가 간단해지는 장점이 있다.In addition, each phase control method to strengthen control under unbalanced conditions has disadvantages such as the use of an all-pass filter, an increase in the number of controllers, and an increase in computation time. However, when controlling in a stationary coordinate system, the 60Hz fundamental wave and the 3rd, 5th, and 7th harmonic components are expressed as is, which has the advantage of simplifying the controller design.

불평형 문제를 해결하기 위한 여러 가지 인버터 구성으로, N상을 DC 전원의 중성점을 이용하여 연결한 DC링크 중성점 연결 방식, N상 스위치로 DC링크 중성점 전압을 제어하는 방식, N상 스위치로 부하 중성점을 제어하는 4레그 방식 등이 있다.There are various inverter configurations to solve the imbalance problem, including a DC link neutral point connection method that connects the N phase using the neutral point of the DC power supply, a method of controlling the DC link neutral point voltage with an N phase switch, and a load neutral point connection method using an N phase switch. There is a 4-leg method of control.

DC링크 중성점 연결형의 경우 다른 구성 방법에 비해 사용되는 소자의 수가 적어서 구성이 간단하며, 추가적인 손실이 적으나, N상의 전류 제어가 불가능 하다는 단점이 있다. 또한, 부하가 중성점과 연결되었을 경우 커패시터가 부하 전류까지 감당해야 한다는 단점이 있다. 따라서, 불평형 조건에서 큰 커패시터 용량이 요구되며, 커패시터 전압이 불평형에 따라 흔들리거나 차이가 벌어질 수 있다는 문제점이 있다.In the case of the DC link neutral point connection type, the number of elements used is small compared to other configuration methods, so the configuration is simple and additional loss is small, but it has the disadvantage of not being able to control the N-phase current. Additionally, when the load is connected to the neutral point, there is a disadvantage that the capacitor must also handle the load current. Therefore, under unbalanced conditions, a large capacitor capacity is required, and there is a problem that the capacitor voltage may fluctuate or vary depending on the unbalance.

커패시터 중성점 연결형과 4레그 형이 결합된 형태인 커패시터 중성점 제어 방식은 3상 제어와는 별개로 커패시터 중성점 제어를 할 수 있고, 커패시터의 전압 흔들림이나 스플릿 현상을 제어할 수 있다는 장점이 있지만 4레그 방식에 비해 커패시터 전압 센싱이 추가로 필요하며, 중성점을 0V로 제어하기 때문에 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)을 사용하기 어렵고, 따라서 DC전압 이용률이 떨어지는 문제점이 있다.The capacitor neutral point control method, which is a combination of the capacitor neutral point connection type and the 4-leg type, has the advantage of being able to control the capacitor neutral point independently of the 3-phase control and control the voltage fluctuation or split phenomenon of the capacitor, but the 4-leg method Compared to , capacitor voltage sensing is additionally required, and since the neutral point is controlled to 0V, it is difficult to use SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation), which has the problem of lower DC voltage utilization.

4레그 방식의 경우 N상에 위치한 소자 2개를 통해 N상의 전류 제어가 가능하다. 다만, 추가적인 소자가 필요하다는 단점이 있지만 중성점 N상의 전류제어가 가능하여 불평형 전압 제어가 가능하고, 커패시터간 전압차의 리플이 거의 발생하지 않으며, SVPWM 방식을 사용할 수 있기 때문에 DC링크 전압 이용률을 높일 수 있다는 장점이 있다.In the case of the 4-leg method, N-phase current control is possible through two elements located in the N phase. However, it has the disadvantage of requiring additional elements, but it is possible to control the current on the N phase of the neutral point, thereby enabling unbalanced voltage control, there is almost no ripple in the voltage difference between capacitors, and the SVPWM method can be used to increase the DC link voltage utilization rate. There is an advantage to being able to do this.

도 5는 4레그의 중성점 제어 원리를 설명하기 위하여 도시한 도면으로서, (a)는 3레그를 나타내며, (b)는 4레그를 나타낸 도면이다.Figure 5 is a diagram showing the principle of neutral point control of 4 legs, where (a) shows 3 legs and (b) shows 4 legs.

3상 인버터는 도 5에 나타낸 바와 같이, 3개의 단상 AC 전원과 같이 가정할 수 있다. 3레그 방식의 경우, 부하의 중성점을 제어하지 않기 때문에 각 상의 부하 임피던스가 불평형이 되면 각 상의 전류와 부하에 걸리는 전압이 달라진다. 따라서, 부하 중성점은 0V가 아닌 값을 갖게 된다.A three-phase inverter can be assumed to have three single-phase AC power sources, as shown in FIG. 5. In the case of the three-leg method, since the neutral point of the load is not controlled, if the load impedance of each phase becomes unbalanced, the current of each phase and the voltage applied to the load vary. Therefore, the load neutral point has a value other than 0V.

4레그 방식은 전원의 중성점과 부하의 중성점을 연결한 것과 동일하다. 따라서 Vn의 전압은 전원의 중성점인 0V와 같게 유지되며, 이를 위해 각 부하에 흐르는 전류의 차는 중성선을 통해 흐르게 되므로 중성점을 제어하여 3상 평형을 유지할 수 있다.The 4-leg method is the same as connecting the neutral point of the power source and the neutral point of the load. Therefore, the voltage of Vn is maintained equal to 0V, which is the neutral point of the power supply. To this end, the difference in current flowing through each load flows through the neutral line, so three-phase balance can be maintained by controlling the neutral point.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원공급장치의 3상 4선식 인버터를 개략적으로 도시한 도면이다.Figure 6 is a diagram schematically showing a three-phase, four-wire inverter of a vehicle power supply device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원공급장치의 3상 4선식 인버터는 제1커패시터부(10), 제2커패시터부(20) 및 스위칭부(30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the 3-phase 4-wire inverter of the vehicle power supply device according to an embodiment of the present invention may include a first capacitor unit 10, a second capacitor unit 20, and a switching unit 30. .

제1커패시터부(10)는 스위칭 리플 전류 공급을 위해 마련된다. 이때, 제1커패시터부(10)는 등가 직렬 저항이 작은 필름 커패시터로 구현한다.The first capacitor unit 10 is provided to supply switching ripple current. At this time, the first capacitor unit 10 is implemented as a film capacitor with a small equivalent series resistance.

필름 커패시터는 산업용뿐만 아니라 인버터 시스템에서 일반화된 응용 기술로서, 전기자동차의 구동모터를 제어하는 인버터에서는 직류 입력 전압단의 전압맥동 성분을 제거하기 위한 평활 및 스위칭에 의한 고주파 리플 전류를 흡수하기 위하여 필름 커패시터를 인버터의 스위치에 가깝게 위치시켜 직류 입력단에 사용한다.Film capacitors are a common application technology not only for industrial purposes but also for inverter systems. In inverters that control driving motors of electric vehicles, films are used to absorb high-frequency ripple currents through smoothing and switching to remove voltage pulsation components of the DC input voltage stage. Place the capacitor close to the inverter switch and use it at the direct current input terminal.

한편, 필름 커패시터를 단독으로 사용할 경우, 스위칭에 의한 리플 전류 공급은 가능하지만 단상 부하에 전력을 공급하기 위해서는 큰 정전용량이 필요하며, 따라서 필름 커패시터의 사이즈가 증가되어야만 한다.Meanwhile, when a film capacitor is used alone, it is possible to supply ripple current by switching, but a large capacitance is required to supply power to a single-phase load, and therefore the size of the film capacitor must be increased.

제2커패시터부(20)는 설정된 주파수 성분의 단상 부하 전력 공급을 위해 마련된다. 이때, 제2커패시터부(20)는 둘 이상의 전해 커패시티를 직렬로 연결하여 구현될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 독립형 전원공급장치는 필름 커패시터와 전해 커패시터를 함께 사용한다. 전해 커패시터를 단독으로 사용하는 경우에는 큰 정전용량은 가능하지만 스위칭에 의한 큰 리플 전류를 공급하기 위해서는 사이즈가 증가되어야 한다.The second capacitor unit 20 is provided to supply power to a single-phase load with a set frequency component. At this time, the second capacitor unit 20 may be implemented by connecting two or more electrolytic capacitors in series. That is, the independent power supply device for a vehicle according to an embodiment of the present invention uses both a film capacitor and an electrolytic capacitor. When an electrolytic capacitor is used alone, a large capacitance is possible, but the size must be increased to supply a large ripple current due to switching.

3상 4선식의 사용목적은 3상과 단상 부하를 동시에 사용하는 것과 같은 조건에서 불평형 전압을 제어하는 것이다. 이때, 3상과 단상 부하를 동시에 사용하는 경우, 커패시터에서 3상 부하와 단상 부하에 해당하는 전류를 공급해야 한다. 3상 부하의 경우, 3상 전력을 유효분에 대하여 계산하면 다음의 식과 같이 얻어진다.The purpose of using the 3-phase 4-wire system is to control unbalanced voltage under the same conditions as using 3-phase and single-phase loads simultaneously. At this time, when using three-phase and single-phase loads simultaneously, the capacitor must supply current corresponding to the three-phase load and single-phase load. In the case of a three-phase load, if the three-phase power is calculated for the effective component, it is obtained as follows:

[수학식 1][Equation 1]

여기서, Vq 및 Iq는 각각 q축의 전압값 및 전류 값이며, 따라서 3상 부하에 필요한 전력은 DC 성분으로 표현됨을 알 수 있다. Here, Vq and Iq are the voltage value and current value of the q-axis, respectively, and therefore, it can be seen that the power required for the three-phase load is expressed as a DC component.

DC 링크 전단에 발전기가 연결되는 경우, 발전기에서 공급되는 전력도 동일하게 표현되기 때문에 DC 성분인 3상 부하의 전력은 커패시터에서 공급하지 않고 DC 링크 전단의 발전기나 배터리에서 공급받을 수 있다. 즉, 커패시터에서 스위칭에 의한 리플 전류, 전압사양을 만족하도록 설계할 수 있다. 이때, 큰 리플 전류가 필요하지만 스위칭에 의한 리플 전류만 공급하기 때문에 필름 커패시터의 정전용량은 작아지게 된다. 이 경우의 커패시터 전류와 정전용량은 수학식 2 및 수학식 3과 같이 설계할 수 있다.When a generator is connected to the front end of the DC link, the power supplied from the generator is expressed in the same way, so the power of the three-phase load, which is the DC component, can be supplied from the generator or battery at the front end of the DC link rather than from the capacitor. In other words, the capacitor can be designed to satisfy the ripple current and voltage specifications caused by switching. At this time, a large ripple current is required, but since only the ripple current due to switching is supplied, the capacitance of the film capacitor becomes small. In this case, the capacitor current and capacitance can be designed as shown in Equation 2 and Equation 3.

[수학식 2][Equation 2]

[수학식 3][Equation 3]

여기서, Icap는 상기 제1커패시터부 및 상기 제2커패시터부의 결합으로부터 출력되는 전류, Io는 초기전류, m은 변조지수, Φ는 위상각, fsw는 스위칭 주파수, Vripple는 리플 전압이다.Here, Icap is the current output from the combination of the first capacitor unit and the second capacitor unit, Io is the initial current, m is the modulation index, Φ is the phase angle, fsw is the switching frequency, and Vripple is the ripple voltage.

또한, 단상 인버터의 전력은 수학식 4와 같이 표현된다.Additionally, the power of a single-phase inverter is expressed as Equation 4.

[수학식 4][Equation 4]

여기서, Vm 및 Im은 각각 변조지수 전압 및 변조지수 전류이며, w는 운전 각주파수이다.Here, Vm and Im are the modulation index voltage and modulation index current, respectively, and w is the operating angular frequency.

단상 인버터에서 기본파 60Hz의 두 배 고조파인 120Hz의 전력 리플이 존재함을 알 수 있다. 이때, DC링크 전단의 전력은 DC 전력으로 공급되기 때문에 120Hz의 리플 성분은 커패시터에서 공급해야 하며, 따라서 큰 정전용량이 필요하다.It can be seen that in a single-phase inverter, there is a power ripple of 120Hz, which is a double harmonic of the fundamental wave of 60Hz. At this time, since the power at the front end of the DC link is supplied as DC power, the 120Hz ripple component must be supplied from a capacitor, and therefore a large capacitance is required.

단상에서 DC 측과 AC 측의 전력이 동일하다고 가정하고, DC 측에서 AC 성분만 분리하여 전압 리플성분을 구할 수 있으며, 따라서 수학식 5 내지 수학식 8에 따라 커패시터를 설계할 수 있다.Assuming that the power of the DC side and the AC side are the same in a single phase, the voltage ripple component can be obtained by separating only the AC component from the DC side, and thus the capacitor can be designed according to Equation 5 to Equation 8.

[수학식 5][Equation 5]

여기서, Vdc는 직류 전압, Idc는 직류 전류, Iripple은 리플 전류이다.Here, Vdc is direct current voltage, Idc is direct current, and Iripple is ripple current.

[수학식 6][Equation 6]

[수학식 7][Equation 7]

[수학식 8][Equation 8]

여기서, Vm은 변조지수 전압, Im은 변조지수 전류, Vdc는 직류 전압, Vripple은 리플 전압, w는 운전 각주파수이다.Here, Vm is the modulation index voltage, Im is the modulation index current, Vdc is the direct current voltage, Vripple is the ripple voltage, and w is the operating angular frequency.

스위칭부(30)는 제1커패시터부(10) 및 제2커패시터부(20)로부터 3상 또는 단상의 전력공급을 위해 스위칭한다. 즉, 스위칭부(30)는 제1커패시터부(10) 및 제2커패시터부(20)의 결합에 의한 정전용량에 기반하여, 스위칭하여 3상 또는 단상 전력을 공급한다.The switching unit 30 switches to supply three-phase or single-phase power from the first capacitor unit 10 and the second capacitor unit 20. That is, the switching unit 30 switches and supplies three-phase or single-phase power based on the capacitance generated by the combination of the first capacitor unit 10 and the second capacitor unit 20.

예를 들어, 도 6에서 필름 커패시터의 정전용량을 C1이라고 가정하고, 전해 커패시터를 각각 C2 및 C3라고 가정하면, 필름 커패시터와 전해 커패시터에 의한 전체 정전용량은 수학식 9와 같이 계산될 수 있다.For example, in FIG. 6, assuming that the capacitance of the film capacitor is C 1 and that the electrolytic capacitors are C 2 and C 3 , respectively, the total capacitance by the film capacitor and electrolytic capacitor can be calculated as Equation 9 You can.

[수학식 9][Equation 9]

이때, 필름 커패시터는 단독으로 사용할 때보다 전해 커패시터와 함께 사용할 때에 작은 정전용량으로 설계될 수 있으며, 전해 커패시터를 단독으로 사용할 때에 비하여 큰 리플 전류를 공급할 수 있다. At this time, the film capacitor can be designed with a smaller capacitance when used with an electrolytic capacitor than when used alone, and can supply a larger ripple current than when used alone with an electrolytic capacitor.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although embodiments according to the present invention have been described above, they are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent scope of embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined not only by the following claims but also by their equivalents.

Claims (5)

차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터에 있어서,
스위칭 리플전류 공급을 위한 제1커패시터부;
설정된 주파수 성분의 단상 부하 전력 공급을 위한 제2커패시터부; 및
상기 제1커패시터부 및 상기 제2커패시터부로부터 3상 또는 단상의 전력공급을 위해 스위칭하는 스위칭부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터.
In the 3-phase 4-wire inverter of an independent power supply for a vehicle,
A first capacitor unit for supplying switching ripple current;
a second capacitor unit for supplying single-phase load power of a set frequency component; and
a switching unit that switches to supply three-phase or single-phase power from the first capacitor unit and the second capacitor unit;
A 3-phase 4-wire inverter of an independent power supply for a vehicle, comprising:
제1항에 있어서,
상기 제1커패시터부는 필름 커패시터로 구현되는 것을 특징으로 하는 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터.
According to paragraph 1,
A 3-phase 4-wire inverter for an independent power supply for a vehicle, wherein the first capacitor part is implemented with a film capacitor.
제1항에 있어서,
상기 제2커패시터부는 두 개의 전해 커패시터가 직렬로 연결되어 구현되는 것을 특징으로 하는 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터.
According to paragraph 1,
A three-phase, four-wire inverter for an independent power supply for a vehicle, wherein the second capacitor part is implemented by connecting two electrolytic capacitors in series.
제1항에 있어서,
상기 제1커패시터부 및 상기 제2커패시터부는,
다음의 식에 기반하여 스위칭에 의한 리플 전류와 리플 전압 사양을 만족하는 정전용량으로 구현되는 것을 특징으로 하는 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터:


여기서, Icap는 상기 제1커패시터부로부터 출력되는 전류, Io는 초기전류, m은 변조지수, Φ는 위상각, fsw는 스위칭 주파수, Vripple는 리플 전압이다.
According to paragraph 1,
The first capacitor unit and the second capacitor unit,
A 3-phase 4-wire inverter of an independent power supply for a vehicle, characterized in that it is implemented with a capacitance that satisfies the ripple current and ripple voltage specifications by switching based on the following equation:


Here, Icap is the current output from the first capacitor unit, Io is the initial current, m is the modulation index, Φ is the phase angle, fsw is the switching frequency, and Vripple is the ripple voltage.
제1항에 있어서,
상기 제2커패시터부는,
다음의 식에 기반하여 단상 부하 공급을 위한 정전용량으로 구현되는 것을 특징으로 하는 차량용 독립형 전원공급장치의 3상 4선식 인버터:

여기서, Vm은 변조지수 전압, Im은 변조지수 전류, Vdc는 직류 전압, Vripple은 리플 전압, w는 운전 각주파수이다.
According to paragraph 1,
The second capacitor part,
A three-phase, four-wire inverter of an independent power supply for a vehicle, characterized in that it is implemented as a capacitance for single-phase load supply based on the following equation:

Here, Vm is the modulation index voltage, Im is the modulation index current, Vdc is the direct current voltage, Vripple is the ripple voltage, and w is the operating angular frequency.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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