WO2016072597A1

WO2016072597A1 - 컨버터, 인버터, 교류 전동기 구동 장치, 및 이를 이용한 공기조화기

Info

Publication number: WO2016072597A1
Application number: PCT/KR2015/008607
Authority: WO
Inventors: 미야케히로유키; 오사코키요사쿠; 오노마사키; 야마다야스유키; 타케다이사무
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2016-05-12

Abstract

컨버터는 교류 전압을 정류하는 정류부와 정류부에 의해 정류된 직류 전압을 평활화하는 평활부를 포함하는 컨버터 회로, 컨버터 회로의 이상을 진단하는 진단 장치, 평활부에 유입되는 돌입 전류를 방지하는 돌입 전류 방지부, 및 돌입 전류 방지부의 전압 공급 경로와 다른 경로로 교류 전압을 컨버터 회로에 공급하는 전환부를 포함하되, 진단 장치는 돌입 전류 방지부 및 전환부를 제어하여 컨버터 회로의 이상 부위를 판단한다.

Description

컨버터, 인버터, 교류 전동기 구동 장치, 및 이를 이용한 공기조화기

고장 진단 기능을 가진 컨버터, 인버터, 교류 전동기 구동 장치, 및 이를 이용한 공기조화기에 관한 것이다.

기존 교류 전동기 구동 장치는 교류를 직류로 변환하는 컨버터 회로 및 직류를 교류로 변환하는 인버터 회로를 갖는다. 컨버터 회로는 교류 전압을 정류하는 정류부와 상기 정류부에 의해 정류된 직류 전압을 평평하게 평활화하는 평활부(예를 들어, DC링크 축전기)을 포함한다.

이러한 컨버터 회로의 평활부의 고장을 진단하기 위해 특허 문헌 1과 같이, 인버터 회로의 출력을 이용한 진단 방법이 고려되고 있다.

그러나, 이러한 진단 방법에서는 컨버터 회로의 다른 부분이 고장 난 경우, 인버터 회로로부터 정상적인 출력을 얻을 수 없기 때문에 잘못된 고장 진단이 일어날 수 있다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

[특허 문헌 1]일본특허공보 특개 2014-11952호 공보

개시된 실시예들은 컨버터 및 인버터와 교류 전동기 구동 장치와 공기조화기를 이용하여 컨버터 자체의 이상 부위와 인버터의 이상 부위를 판단하고 교류 전동기 구동 장치의 이상 부위를 정확하게 파악하는 것을 목적으로 한다.

일 측면에 따른 컨버터는 교류 전압을 정류하는 정류부와 정류부에 의해 정류된 직류 전압을 평활화하는 평활부를 포함하는 컨버터 회로, 컨버터 회로의 이상을 진단하는 진단 장치, 평활부에 유입되는 돌입 전류를 방지하는 돌입 전류 방지부, 및 돌입 전류 방지부의 전압 공급 경로와 다른 경로로 교류 전압을 컨버터 회로에 공급하는 전환부를 포함하되, 진단 장치는 돌입 전류 방지부 및 전환부를 제어하여 컨버터 회로의 이상 부위를 판단한다.

교류 전압을 검출하는 교류 전압 검출부, 및 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출부를 더 포함하되, 진단 장치는 교류 전압 또는 직류 전압에 기초하여 컨버터 회로의 이상 부위를 판단할 수 있다.

진단 장치는 돌입 전류 방지부를 턴오프하고, 전환부를 턴오프하고, 직류 전압에 기초하여 직류 전압 검출부의 이상 여부를 판단할 수 있다.

진단 장치는 돌입 전류 방지부를 턴온하고, 전환부를 턴오프하고, 직류 전압 및 교류 전압에 기초하여 컨버터 회로의 이상 부위를 판단할 수 있다.

진단 장치는 돌입 전류 방지부를 턴오프하고, 전환부를 턴온하여 컨버터 회로의 이상 부위를 판단할 수 있다.

진단 장치는 돌입 전류 방지부 및 전환부를 제어하여 미리 설정된 시간 동안 평활부를 방전시키고, 직류 전압 검출부가 검출한 직류 전압이 미리 설정된 기준값 미만이 되는지 여부에 따라 평활부의 이상 여부를 진단할 수 있다.

컨버터 회로는 정류부 및 평활부 사이에 설치된 리액터를 더 포함하고, 진단 장치는 평활부에 충전된 직류 전압을 전압 강하시키고, 직류 전압 검출부가 검출한 전압 강하 이전의 직류 전압과, 전압 강하 이후의 직류 전압과, 전환부를 턴온하여 리액터를 통전시킨 이후의 직류 전압을 비교하여, 리액터의 이상 여부를 진단할 수 있다.

컨버터 회로는, 교류 전압의 위상을 검출하는 교류 전압 위상 검출부, 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출부를 더 포함하되, 진단 장치는 교류 전압 위상 검출부가 검출한 교류 전압의 출력 패턴 및 직류 전압 검출부가 검출한 직류 전압에 기초하여, 컨버터 회로의 이상 부위를 판단할 수 있다.

교류 전압을 입력하는 전원 입력부, 전원 입력부 및 평활부의 사이에 설치된 코일, 전원 입력부에 의해 입력된 교류 전압을 측정하는 교류 전압 검출부, 및 평활부에 의해 평활화된 직류 전압을 측정하는 직류 전압 검출부를 더 포함하되, 진단 장치는 전원 입력부 및 돌입 전류 방지부를 제어하고, 교류 전압 검출부가 검출한 교류 전압 또는 직류 전압 검출부가 검출한 직류 전압을 이용하여, 코일의 정상, 단락 또는 단선을 진단할 수 있다..

다른 측면에 따른 인버터는 상측의 복수개의 스위치 소자와, 각 스위치 소자에 직렬 접속된 하측의 복수개의 스위치 소자를 포함하는 인버터 출력부, 상측의 각 스위치 소자와 하측의 각 스위치 소자의 접속점에 접속되고, 외부 부하가 접속되는 복수개의 단자, 및 하측의 복수개의 스위치 소자가 턴오프 상태이고, 상측의 어느 한 스위치 소자가 턴온 상태인 경우, 각 단자의 전압에 기초하여, 인버터 출력부 또는 외부 부하의 단선 여부를 판단하는 단선 판정부를 포함할 수 있다.

직렬 접속된 상측 스위치 소자 및 하측 스위치 소자를 포함하고, 교류 전동기에 결선되는 인버터 회로, 및 상측 스위치 소자 및 하측 스위치 소자의 턴온 및 턴오프를 제어하여, 인버터 회로의 이상 여부를 진단하는 진단 장치를 포함할 수 있다.

하측 스위치 소자가 턴온됨으로써 충전되고, 상측 스위치 소자를 구동하는 부트스트랩 회로, 및 부트스트랩 회로의 콘덴서에 충전된 전압을 검출하는 콘덴서 전압 검출부를 더 포함하되, 진단 장치는 콘덴서 전압 검출부가 검출한 전압을 이용하여, 인버터 회로의 이상, 교류 전동기의 이상, 또는 결선의 이상 여부를 진단할 수 있다.

인버터 회로를 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하되, 진단 장치는 상측 스위치 소자 및 하측 스위치 소자를 턴온 또는 턴오프하여, 전류 검출부에 의해 얻어진 전류로부터 교류 전동기 또는 결선의 단락 고장을 진단하고, 전류 검출부가 검출한 전류의 측정 결과 패턴으로부터, 각 스위치 소자의 개방 고장을 진단할 수 있다.

또 다른 측면에 따른 교류 전동기 구동 장치는 교류 전원이 출력한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터 회로, 컨버터 회로가 출력하는 직류 전압을 스위칭 소자에 의해 교류 전압으로 변환하고, 교류 전동기와 결선되는 인버터 회로, 및 컨버터 회로, 인버터 회로, 교류 전동기, 또는 결선의 이상을 진단하는 진단 장치를 포함하고, 진단 장치는 컨버터 회로의 이상을 진단하고, 인버터 회로의 스위칭 소자의 단락 고장을 진단하고, 인버터 회로의 스위칭 소자의 개방 고장, 및 교류 전동기 또는 결선의 이상을 진단할 수 있다.

또 다른 측면에 따른 공기조화기는 교류 전압을 정류하는 정류부와 정류부에 의해 정류된 직류 전압을 평활화하는 평활부를 포함하는 컨버터 회로; 컨버터 회로의 이상을 진단하는 진단 장치; 평활부에 유입되는 돌입 전류를 방지하는 돌입 전류 방지부; 및 돌입 전류 방지부의 전압 공급 경로와 다른 경로로 교류 전압을 컨버터 회로에 공급하는 전환부를 포함하되, 진단 장치는 돌입 전류 방지부 및 전환부를 제어하여 컨버터 회로의 이상 부위를 판단할 수 있다.

이와 같이 다양한 측면에 따른 컨버터, 인버터, 교류 전동기 구동 장치 및 공기조화기를 이용하는 경우, 별도의 다른 장치를 이용하지 않고서도 기존의 회로 구성을 활용하여 컨버터, 인버터, 교류 전동기 구동 장치의 이상 부위를 진단할 수 있다.

도 1은 제1실시예에 따른 컨버터의 제어 모식도이다.

도 2는 제 1 실시예에 따른 컨버터의 제 1 단계 동작 과정을 나타내는 순서도이다.

도 3은 제 1 실시예에 따른 컨버터의 제 2 단계 동작 과정을 나타내는 순서도이다.

도 4는 제 1 실시예에 따른 컨버터의 제 3 단계 동작 과정을 나타내는 순서도이다.

도 5는 제 2실시예에 따른 컨버터의 제어 모식도이다.

도 6은 제 2 실시예에 따른 컨버터의 진단 과정의 다른 예를 나타내는 순서도이다.

도 7은 제 3 실시예에 따른 컨버터의 제어 모식도이다.

도 8은 제 3 실시예에 따른 다른 예시의 컨버터의 제어 모식도이다.

도 9는 제 4 실시예에 따른 인버터의 제어 모식도이다.

도 10은 단선 고장 진단시 제 1 스위칭 제어의 예시와 단선 판정 조건을 나타내는 표에 관한 도면이다.

도 11은 단선 고장 진단시 제 2 스위칭 제어 예시와 단선 판정 조건을 나타내는 표에 관한 도면이다.

도 12는 단선 고장 진단시 제 3 스위칭 제어 예시와 단선 판정 조건을 나타내는 표에 관한 도면이다.

도 13은 제 5 실시예에 따른 인버터 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 14는 제 5 실시예에 따른 정상 상태에서의 전압 검출 결과를 나타내는 도면이다.

도 15는 제 5 실시예에 있어서 스위치 소자 2X가 개방 고장인 경우 전압 검출 결과를 나타내는 도면이다.

도 16은 제 5 실시예에 있어서 U 상 결선이 이상이 있는 경우 전압 검출 결과를 나타내는 도면이다.

도 17은 제 5 실시예에 있어서 스위치 소자 2X가 개방 고장 및 해당 스위치 소자2X에 연결되는 U 상 결선이 이상이있는 경우의 전압 검출 결과를 나타내는 도면이다.

도 18은 제 5 실시예에 있어서 스위치 소자 2X가 개방 고장 및 해당 스위치 소자2X 이외의 스위치 소자에 연결되는 V 상 결선이 이상이 있는 경우의 전압 검출 결과를 나타내는 도면이다.

도 19는 제 5 실시예에 있어서 하측 스위치 소자 2Y가 단락 고장인 경우 전류를 나타내는 도면이다.

도 20은 제 5 실시예에 있어서 상측 스위치 소자 2W가 단락 고장인 경우 전류를 나타내는 도면이다.

도 21은 제 5 실시예에 있어서 상측 스위치 소자의 개방 고장 진단 방법을 나타내는 도면이다.

도 22는 제 5 실시예에 있어서 상측 스위치 소자의 개방 고장의 다른 진단 방법을 나타내는 도면이다.

도 23은 제 6 실시예에 따른 인버터 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 24는 제 6 실시예에 따른 각 스위치 소자의 제어 패턴을 나타내는 도면이다.

도 25는 제 7 실시예에 따른 인버터 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 26은 제 7 실시예에 따른 각 스위치 소자의 제어 패턴을 나타내는 도면이다.

도 27은 제 7 실시예에 따른 단락 진단 펄스 및 개방 진단 PWM 타이밍 오리콘 차트를 나타내는 도면이다.

도 28은 제 8 실시예에 따른 교류 전동기 구동 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 29는 제 8 실시예에 따른 진단 장치의 진단 과정을 나타내는 도면이다.

이하 제 1 실시예에 따른 컨버터에 대하여 도면을 참조해 설명한다.

도 1은 제1실시예에 따른 컨버터의 제어 모식도이고, 도 2는 제 1 실시예에 따른 컨버터의 제 1 단계 동작 과정을 나타내는 순서도이고, 도 3은 제 1 실시예에 따른 컨버터의 제 2 단계 동작 과정을 나타내는 순서도이며, 도 4는 제 1 실시예에 따른 컨버터의 제 3 단계 동작 과정을 나타내는 순서도이다.

제 1 실시예에 따른 컨버터(100)는 삼상 교류 전동기, 예를 들어 삼상 모터에 삼상 교류 전압(U상, V상, W상)을 공급하고 모터를 구동하는 교류 전동기 구동 장치에 사용된다. 도 1을 참조하면, 컨버터(100)는 삼상 교류 전원(200)(R상 전원, S상 전원, 및 T상 전원을 포함함)으로부터 출력된 삼상 교류 전압(R상, S상, T상)을 직류 전압으로 변환해서 인버터 회로(INV)에 공급한다.

구체적으로, 제 1 실시예에 따른 컨버터(100)는 삼상 교류 전원(200)의 삼상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터 회로(2)와 컨버터 회로(2)의 이상을 진단하는 진단 장치(3)를 포함한다.

컨버터 회로(2)는 삼상 교류 전압을 정류하는 정류부(21)와, 정류부(21)에 의해 정류된 직류 전압을 평활화하는 평활부(22)를 포함한다.

정류부(21)는 삼상 풀 브릿지 다이오드 회로이다.

평활부(22)는 정류부(21)의 출력 단자 사이에 접속된 평활 코일 콘덴서이다. 평활부(22)는 정류부(21)의 출력 단자 사이에 직접 접속된 2개의 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)로서 구현될 수 있다.

또한, 컨버터(100)는 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 유입되는 돌입 전류(rush current)를 방지하는 돌입 전류 방지부(4)와, 돌입 전류 방지부(4)의 전압 공급 경로와 별도의 경로로 교류 전압을 공급하는 경로에 전환부(5)를 더 포함한다.

돌입 전류 방지부(4)는 유입 릴레이(inrush relay, 41) 및 저항(42)을 포함하며, 일단이 삼상 교류 전원(200) 중 중성상(N상)에 접속되며, 타단이 2개의 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 접속점에 연결되어 있다.

유입 릴레이(41)는 예를 들면 전자 계전기 등의 기계식 스위치 소자일 수 있다. 유입 릴레이(41)를 턴온(ON)함으로써 R상 교류 전압이 정류부(21)에 의해 직류 전압으로 정류되어 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 인가되고, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)가 충전된다.

전환부(5)는 정류부(21)의 입력단과 삼상 교류 전원(200) 사이에 설치되어 삼상 교류 전압을 컨버터 회로(2)에 입력하기 위한 메인 릴레이(5a, 5b)를 포함한다. 구체적으로 메인 릴레이(5a, 5b)는 삼상 중 S상과 정류부(21)의 입력 단자 사이, 및 T상과 정류부(21)의 입력 단자 사이에 마련된 예를 들면 전자 계전기와 같은 기계식 스위치 소자다.

이와 같이 구성된 컨버터(100)에는 정류부(21) 및 평활 코일 콘덴서(22a)사이에 리액터(23)가 마련되어 있으며, 정류부(21) 및 평활 코일 콘덴서(22b)의 사이에는 출력 전류 검출부(6)가 마련되어 있다. 게다가 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 출력 측에는 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 걸린 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출부(7)가 마련된다.

전환부(5)의 입력 측에는 컨버터 회로(2)에 입력되는 삼상 교류 전압을 각 상마다 검출하는 교류 전압 검출부(8R, 8S, 8T)가 마련된다.

R상 교류 전압은, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 충전하는 교류 전압이고, T상 교류 전압은 돌입 전류 방지부(4) 및 전환부(5) 등을 제어하거나 인버터 회로(INV)의 구동 회로를 제어하는 제어부(C)에 공급되는 교류 전압이다. S상 교류 전압은, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 충전하는 교류 전압 및 제어부(C)에 필요한 전압을 공급하는 교류 전압 외의 교류 전압이다. 또한, 교류 전압 검출부(8R, 8S, 8T)의 접속점과 교류 전원(200)사이에는, 과전류에 의한 각 고장을 물리적 절단에 의한 보호하는 보호부(퓨즈 등, FR, FS, FT)가 마련될 수 있다.

진단 장치(3)는 돌입 전류 방지부(4) 및 전환부(5)를 제어하고 교류 전압 검출부(8R, 8S, 8T)로부터 획득한 교류 전압 및 직류 전압 검출부(7)로부터 획득한 직류 전압의 측정 결과 패턴으로 컨버터 회로(2)의 이상 부위를 판단한다.

구체적으로 진단 장치(3)는 i) 돌입 전류 방지부(4)를 턴오프(OFF)하고 전환부(5)를 턴오프(OFF)하여 이상 진단을 실시하는 제 1단계, ii) 돌입 전류 방지부(4)를 턴온(ON)하고 전환부(5)를 턴오프(OFF)하여 이상 진단을 실시하는 제 2 단계, iii) 돌입 전류 방지부(4)를 턴오프(OFF)하고, 전환부(5)를 턴온(ON)하여 이상 진단을 실시하는 제 3 단계를 수행함으로써, 컨버터 회로(2)의 이상 부위를 판단할 수 있다.

이하 각 단계에 관해서 설명한다.

< 제 1단계>

진단 장치(3)는 도 2와 같이 진단 모드에 진입한 이후 돌입 전류 방지부(4) 및 전환부(5)를 함께 턴오프(OFF)하여 정류부(21)로 유입되는 교류 전압을 차단한다(Sa1). 이러한 상태에서 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압(VDC)이 미리 설정된 상한치 이상인지 여부를 판단한다(Sa2; 직류 전압의 과전압 여부 확인). 또한, 미리 설정된 상한치란 시스템에 따라 미리 정해진 제 1의 기준값을 의미한다.

그리고, 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압(VDC)이 미리 설정된 상한치 이상인 경우에는 직류 전압 검출부(7)를 구성하는 분압 저항에 단락 고장이 발생했다고 판단한다(Sa3).

한편 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압(VDC)이 미리 설정된 상한치 미만인 경우에는 컨버터 회로(2)의 운전 이력을 확인한다(Sa4). 그리고 진단 장치(3)는 운전 이력에서 출력 전류 검출부(6)가 획득한 직류 전류가 미리 설정된 상한치 이상인 경우 직류 전류의 파형을 이용하여 정류부(21) 또는 전환부(5)에 이상이 있다고 진단한다. 구체적으로 진단 장치(3)는 직류 전류 파형 중 펄스 누락을 검출한 경우, 정류부(21)의 브릿지 다이오드 또는 메인 릴레이(5a 또는 5b)에 개방 고장이 발생했다고 판단한다.

또한, 진단 장치(3)는 운전 이력에서 이상이 있다고 진단한 경우, 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압(VDC)이 미리 설정된 하한치 미만이 되는 부분이 있는지 여부를 판단한다(Sa5; 직류 전압의 저전압 여부 확인). 여기서, 미리 설정된 하한치란 시스템에 따라 미리 정해진 제 2의 기준값을 의미한다.

그리고 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압(VDC)이 미리 설정된 하한치 미만이 되는 부분이 있는 경우, 정류부(21)의 R상의 브릿지 다이오드에 개방 고장이 발생했다고 판단한다(Sa6).

한편, 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압(VDC)이 미리 설정된 하한치 미만이 되는 부분이 없는 경우, 진단 장치(3)는 유입 릴레이(41)를 턴온(ON)하고(Sa7), 메인 릴레이(5a, 5b)를 단시간에 여러 차례 턴온/턴오프(ON/OFF) 제어(예를 들어, ON→ OFF→ ON→ OFF→ ON)하고 메인 릴레이(5a, 5b)의 먼지 배출 제어를 수행한다(Sa8). 그 뒤 유입 릴레이(41)를 턴오프(OFF)하고(Sa9), 진단 장치(3)는 삼상의 불균형 여부를 확인한다(Sa10).

그리고 진단 장치(3)는 삼상 불균형이 발생한 경우, 정류부(21)의 S상 또는 T상의 브릿지 다이오드에 개방 고장이 발생했거나 또는 메인 릴레이(5a또는 5b)에 개방 고장이 발생했다고 판단한다(Sa11). 또한 진단 장치(3)는 삼상에서 불균형이 발생하지 않은 경우 운전 이력을 클리어 시킨다.

운전 이력 표시에서 이상이 없다고 판단된 경우 진단 장치(3)는 출력 전류 검출부(6)가 획득한 직류 전류의 센터치가 미리 설정된 범위 이내인지 여부를 판단한다(Sa12). 여기에서 진단 장치(3)는 직류 전류의 센터치가 미리 설정된 범위 밖이라면, 출력 전류 검출부(6)에 이상이 발생했다고 판단한다(Sa13). 한편, 직류 전류의 센터치가 미리 설정된 범위 이내에 있으면 제 2 단계를 수행한다.

이와 같이, 제 1단계가 수행되는 경우, 직류 전압 검출부(7)를 구성하는 분압 저항의 단락 고장, 정류부(21)의 브릿지 다이오드의 개방 고장, 메인 릴레이(5a또는 5b)의 개방 고장, 정류부(21) 중 R상에 대응하는 브릿지 다이오드의 개방 고장, 정류부(21) 중 S상 또는 T상에 대응하는 브릿지 다이오드의 개방 고장, 출력 전류 검출부(6) 이상 등이 진단될 수 있다.

< 제 2 단계>

진단 장치(3)는 도 3과 같이 제 2 단계에서, 유입 릴레이(41)를 턴온(ON)하고(Sb1), 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압이 미리 설정된 하한치 미만이 되는 부분이 있는지 여부를 판단한다(Sb2; 직류 전압의 저전압 여부 확인).

그리고 진단 장치(3)는 직류 전압에 미리 설정된 하한치 미만이 되는 부분이 있다고 판단한 경우, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 충전량이 미리 정해진 제 3의 기준값 미만인지 여부를 판단한다(Sb3;직류 전압의 저전압 여부 확인 & 충전량 확인).

여기에서 진단 장치(3)는, 평활 코일 콘덴서(22a,22b)의 충전 량이 미리 설정된 제 3의 기준값 미만의 경우에는 R상 교류 전압 검출부(8R)가 획득한 R상 교류 전압 파형의 이상 여부를 판단한다(Sb4;R상 전압의 파형 이상 확인). 교류 전압의 파형 이상의 판단은 교류 전압 검출부(8R)가 획득한 교류 전압의 파형을 해석함으로써 수행된다. 예를 들어, 교류 전압의 파형의 이상 여부는 교류 전압이 미리 설정된 기준값 미만인지 여부에 따라 판단될 수 있다.

이때, 진단 장치(3)는 R상 교류 전압의 파형에서 이상이 검출된 경우(예를 들어, R상 교류 전압이 미리 설정된 기준값 미만인 경우), 평활 코일 콘덴서(22a,22b)에 단락 고장이 발생했다고 판단한다(Sb5). 진단 장치(3)는 R상 교류 전압 파형에 이상이 없는 경우(예를 들어, R상 교류 전압이 미리 설정된 기준값 이상인 경우) 리액터(23)에 개방 고장이 발생했다고 판단한다(Sb6).

한편, 진단 장치(3)는, 평활 코일 콘덴서(22a,22b)의 충전량이 미리 설정된 제 3 기준값 이상인 경우에는 R상 교류 전압 검출부(8R)가 획득한 R상 교류 전압 파형의 이상 여부를 판단한다(Sb7). 여기서, 진단 장치(3)는 R상 교류 전압 파형의 이상이 검출된 경우 교류 전압 검출부(8R)가 획득한 각 상의 교류 전압의 파형을 해석하고, 유입 릴레이(41)의 개방 고장, R상 보호부(FR)의 개방 고장 및 정류부(21)의 R상의 브릿지 다이오드의 단락 고장, R상 보호부(FR)의 개방 고장, R상 보호부(FR) 및 S상 보호부(FS)의 개방 고장, 또는 R상 보호부(FR)의 개방 고장 및 교류 전동기의 단락 고장을 진단한다(Sb8).

진단 장치(3)는 R상 교류 전압 파형의 이상 여부를 판단하는 단계(Sb7)에서 R상 교류 전압 파형에 이상이 없는 경우, S상의 교류 전압 검출부(8S)가 획득한 S상 교류 전압 파형의 이상 여부를 판단한다(Sb9). 그리고 진단 장치(3)는 S상 교류 전압 파형의 이상이 존재하는 경우에는 S상 보호부(FS)에 개방 고장이 발생하고, 교류 전동기에 단락 고장이 발생했다고 판단한다(Sb10). 진단 장치(3)는 S상 교류 전압 파형에 이상이 없다고 판단된 경우, 직류 전압 검출부(7)를 구성하는 분압 저항에 개방 고장이 발생했다고 판단한다(Sb11).

또한, 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압이 미리 설정된 하한치 미만이 되는 부분이 있는지 여부를 판단하는 단계(Sb2)에서 직류 전압에 미리 설정된 하한치 미만이 되는 부분이 없는 경우에는 R상 교류 전압 검출부(8R)가 획득한 R상 교류 전압 파형의 이상 여부를 판단한다(Sb12). 그리고 진단 장치(3)는 R상 교류 전압 파형의 이상이 판단된 경우에는 R상 교류 전압 검출부(8R)에 이상이 있다고 판단한다(Sb13).

한편, 진단 장치(3)는 R상 교류 전압 파형에 이상이 없는 경우, S상의 교류 전압 검출부(8S)가 획득한 S상 교류 전압 파형의 이상 여부를 판단한다(Sb14). 그리고 진단 장치(3)는 S상 교류 전압 파형에 이상이 있다고 판단된 경우, S상 보호부(FS)의 개방 고장 및 정류부(21)의 S상 브릿지 다이오드의 단락 고장, S상 보호부(FS)의 개방 고장 및 메인 릴레이(5a, 5b)의 개방 고장, S상의 교류 전압 검출부(8R)의 이상, 또는 S상 보호부(FS)의 개방 고장을 진단한다(Sb15).

또한, 진단 장치(3)는 S상 교류 전압 파형의 이상 여부를 판단하는 단계(Sb14)에서 S상 교류 전압 파형에 이상이 판단되지 않은 경우, T상의 교류 전압 검출부(8T)가 획득한 T상 교류 전압 파형의 이상 여부를 판단한다(Sb16). 그리고 진단 장치(3)는 T상 교류 전압 파형에 이상이 있다고 판단된 경우, T상의 교류 전압 검출부(8T)에 이상이 있다고 판단한다(Sb17). 한편, T상 교류 전압 파형에 이상이 없다고 판단된 경우 제 3 단계를 수행한다.

이와 같은 제 2 단계에 의하면, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 단락 고장, 리액터(23)의 개방 고장, 유입 릴레이(41)의 개방 고장, R상 보호부(FS)의 개방 고장, 정류부(21)의 R상의 브릿지 다이오드의 단락 고장, S상 보호부(FS)의 개방 고장, 교류 전동기의 단락 고장, 직류 전압 검출부(7)을 구성하는 분압 저항의 개방 고장, R상 교류 전압 검출부(8R)의 이상, 정류부(21)의 S상의 브릿지 다이오드의 단락 고장, 메인 릴레이(5a, 5b)의 개방 고장, S상의 교류 전압 검출부(8S)의 이상, T상의 교류 전압 검출부(8T)의 이상 등이 진단될 수 있다.

< 제 3 단계>

진단 장치(3)는 도 4와 같이 제 3 단계 이후에, 유입 릴레이(41)를 턴오프(OFF)하고(Sc1), 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 충전된 전하를 미리 설정된 시간 동안 방전시킨다(Sc2). 그리고 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압이 미리 설정된 시간 동안의 전압 강하에 의해 미리 설정된 기준값 미만이 되는지 여부를 판단한다(Sc3).

그리고 진단 장치(3)는 방전 이후에 획득한 직류 전압이 기준값 미만이 되는 경우, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 개방 고장이 발생했다고 진단한다(Sc4). 한편, 상기 방전 후에 얻은 직류 전압이 기준값 이상인 경우에는 메인 릴레이(5a, 5b)를 턴온(ON)한다(Sc5).

이어서, 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)에서 직류 전압을 획득한다(Sc6). 그리고 진단 장치(3)는 메인 릴레이(5a, 5b) 및 유입 릴레이(41)를 턴오프(OFF)하고, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 충전된 전하를 강제 방전시켜 직류 전압을 전압 강하시키고 변동시킨다(Sc7).

여기서 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)에서 직류 전압을 획득하는 단계(Sc6)에서 획득한 변동 전의 직류 전압과 직류 전압을 전압 강하시키고 변동시키는 단계(Sc7)에서 획득한 변동 후의 직류 전압을 비교하고, 유입 릴레이(41) 또는 메인 릴레이(5a, 5b)의 개방 고장을 진단한다.

구체적으로 미리 설정된 시간(사전에 정해진 제 4의 기준값) 동안 하강 전압(변동 전의 직류 전압 및 변동 후의 직류 전압의 차이)이 미리 설정된 제 5의 기준값 이상이 되는지 여부로 판단한다(Sc8). 진단 장치(3)는 미리 설정된 시간(사전에 정해진 제 4의 기준값) 이내에 하강 전압이 기준값 이상이 되지 않으면, 유입 릴레이(41) 또는 메인 릴레이(5a, 5b)에 개방 고장이 발생했다고 판단한다(Sc9).

또한, 진단 장치(3)는 미리 설정된 시간(사전에 정해진 제 4의 기준값) 동안 하강 전압이 기준값 이상이 된 경우, 접속 부하를 분리하여, 메인 릴레이(5a, 5b)를 턴온(ON)한다(Sc10). 그리고 진단 장치(3)는 메인 릴레이(5a, 5b)를 턴온(ON)한 후 미리 설정된 예정 시간(사전에 정해진 제 6 기준값) 경과 후에 직류 전압 검출부(7)에서 직류 전압을 획득한다(Sc11). 이 직류 전압은 전압 강하된 상태에서 리액터(23)에 통전된 직후의 과도 상태에서의 직류 전압이다.

진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)에서 직류 전압을 획득하는 단계(Sc11) 이후 미리 설정된 시간(사전에 정해진 제 7 기준값) 경과 후에 직류 전압 검출부(7)에서 직류 전압을 획득한다(Sc12). 여기서의 직류 전압은 전압 강하된 상태에서 리액터(23)에 통전된 후 안정 상태에서의 직류 전압이다.

그리고 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)에서 직류 전압을 획득하는 단계(Sc6)에서 획득한 변동 전의 직류 전압(V(a))과 제 6 기준값 경과 후에 직류 전압 검출부(7)에서 직류 전압을 획득하는 단계(Sc11)에서 획득한 과도 상태의 직류 전압(V(b))을 비교하면서, 전술한 과도 상태의 직류 전압(V(b))과 제 7 기준값 경과 후에 직류 전압 검출부(7)에서 직류 전압을 획득하는 단계(Sc12)에서 획득한 안정 상태의 직류 전압(V(c))를 비교하여 V(b)<V(a)+k 또는 V(b)<V(c)+k (여기서, k는 정규의 조정 계수)가 충족되는지 여부를 판단한다(Sc13). 그리고 진단 장치(3)는 상기 관계가 충족되는 경우, 리액터(23)에 단락 고장이 발생했다고 판단한다(Sc14). 한편, 진단 장치(3)는 상기 관계가 충족되지 않는 경우에는 이상이 없다고 진단한다. 리액터(23)의 단락 고장을 진단하기 위해 V(b)<V(a)+k와 V(b)<V(c)+k (여기서, k는 정규의 조정 계수) 양쪽이 모두 충족되어야 할 필요는 없고, 둘 중 어느 한 쪽의 관계가 충족되는 경우에 리액터(23)에 단락 고장이 발생했다고 판단할 수 있다.

이와 같이 제 3 단계에 의하면, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 유입 릴레이(41) 또는 메인 릴레이(5a, 5b)의 개방 고장, 리액터(23)의 단락 고장 등이 진단될 수 있다.

전술한 제 1 실시예에 따른 컨버터(100)에 의하면, 돌입 전류 방지부(4) 및 전환부(5)를 제어하여 획득한 교류 전압 검출부(8R, 8S, 8T)의 교류 전압 또는 직류 전압 검출부(7)의 직류 전압 측정 결과 패턴을 이용하여 컨버터 회로(2)의 이상 부위가 파악될 수 있다. 그러므로, 컨버터 회로(2)에 접속된 인버터 회로(INV)의 출력이 이용되지 않고도 기존의 컨버터 회로(2)의 회로 구성을 효율적으로 활용하여 이상 부위가 파악될 수 있다.

이하 제 2 실시예에 따른 컨버터에 대하여 도면을 참조해 설명한다.

도 5는 제 2실시예에 따른 컨버터의 제어 모식도이고, 도 6은 제 2 실시예에 따른 컨버터의 진단 과정의 다른 예를 나타내는 순서도이다.

제 2 실시예에 따른 컨버터(100)는 삼상 교류 전동기, 예를 들어 삼상 모터,에 삼상 교류 전압(U상, V상, W상)을 공급하고 구동하는 교류 전동기 구동 장치에 사용된다. 도 5를 참조하면, 컨버터(100)는 단상 교류 전원(300)의 단상 교류 전압을 직류 전압으로 변환해서 인버터 회로(3)에 공급한다.

구체적으로 제 2 실시예에 따른 컨버터(100)은 단상 교류 전원(300)의 단상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터 회로(2)과 해당 컨버터 회로(2)의 이상을 진단하는 진단 장치(3)를 포함한다.

컨버터 회로(2)는 단상 교류 전압을 정류하는 정류부(21)와, 정류부(21)에 의해 정류된 직류 전압을 평활화하는 평활부(22)를 포함한다.

정류부(21)는 단상 풀 브릿지 다이오드 회로이다. 평활부(22)는 정류부(21)의 출력 단자 사이에 접속된 평활 코일 콘덴서이다.

또한, 컨버터(100)는 평활 코일 콘덴서(22)에 유입되는 돌입 전류(rush current)를 방지하는 돌입 전류 방지부(4)와, 돌입 전류 방지부(4)를 통한 경로와 별도 경로로 교류 전압을 공급하는 경로에 전환부(5)를 더 포함한다.

돌입 전류 방지부(4)는 유입 릴레이(41) 및 저항(42)을 포함하며, 정류부(21)의 입력 측과 단상 교류 전원(300)사이에 설치된 전환부(5) 및 회로 보호부(PTC서미스터 등)와 병렬로 연결되어 있다. 예를 들어, 유입 릴레이(41) 및 전환부(5)는 전자 계전기와 같은 기계식 스위치 소자다.

이와 같이 구성된 컨버터(100)는 정류부(21)및 평활 코일 콘덴서(22) 사이에 컨버터 회로(2)에 흐르는 직류 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(6)가 마련되어 있으며, 정류부(21) 및 평활 코일 콘덴서(22) 사이에는 정류부(21)에 의해 정류된 직류 전압을 승압하는 정류 전압 승압부(9; PFC)가 마련되어 있으며, 평활 코일 콘덴서(22)의 출력 측에는 평활 코일 콘덴서(22)에 걸린 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출부(7)가 마련된다.

컨버터 회로(2)의 정류부(21) 및 정류 전압 승압부(9)사이에는 교류 전압 위상 검출부(10; 제로 크로스 검지 회로)가 마련되어 있으며 전환부(5)의 입력 측에는 컨버터 회로(2)에 입력되는 단상 교류 전압을 검출하는 교류 전압 검출부(미도시)가 마련될 수 있다.

여기서 출력 전류 검출부(6)는, 마이너스 전압선(저전원 선)에서 션트(shunt) 저항(61)을 포함하고, 션트 저항(61)을 흐르는 전류를 검출한다.

정류 전압 승압부(9)는 정전압선(고전원선)에 마련된 리액터(91)와 리액터(91)의 출력 측에서 양극이 리액터(91) 측으로 향하는 다이오드(92)와 리액터(91) 및 다이오드(92)의 접속점과 저감 전선 사이에 마련된 스위치 소자(93; 예를 들어, IGBT)를 포함한다.

진단 장치(3)는 돌입 전류 방지부(4) 및 전환부(5)를 제어하고, 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압 또는 교류 전압 위상 검출부(10)가 획득한 측정 결과 패턴을 이용하여 컨버터 회로(2)의 이상 부위를 판단한다.

구체적으로 진단 장치(3)는 i) 돌입 전류 방지부(4)를 턴오프(OFF)하고 전환부(5)를 턴오프(OFF)하여 이상 진단을 실시하는 제 1단계, ii) 돌입 전류 방지부(4)를 턴온(ON)하고 전환부(5)를 턴오프(OFF)하여 이상 진단을 실시하는 제 2 단계를 수행함으로써, 컨버터 회로(2)의 이상 부위를 판단한다.

이하 각 단계에 관해서 설명한다.

< 제 1 단계>

진단 장치(3)는 도 6과 같이 진단 모드에 진입한 이후 돌입 전류 방지부(4)가 포함하는 유입 릴레이(41) 및 전환부(5)를 함께 턴오프(OFF)하여 정류부(21)로 유입되는 교류 전압을 차단한다(Sd1). 이러한 상태에서 진단 장치(3)는 교류 전압 위상 검출부(10)가 획득한 교류 전압의 출력 패턴을 이용하여(Sd2) 전환부(5)의 단락 고장 또는 유입 릴레이(41)의 단락 고장을 진단한다. 구체적으로 진단 장치(3)는 교류 전압 위상 검출부(10)의 출력 펄스 신호를 감지한 경우 전환부(5)에 단락 고장이 발생했거나 유입 릴레이(41)에 단락 고장이 발생했다고 진단한다(Sd3). 한편, 교류 전압 위상 검출부(10)의 출력 펄스 신호가 감지되지 않은 경우 및 직류 전압 검출부(7)로 얻을 수 있는 직류 전압이 미리 설정된 기준값 미만인 경우에는 제 2 단계를 수행한다. 또한, 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압이 미리 설정된 기준값 이상인 경우 전환부(5)에 단락 고장이 발생했거나 유입 릴레이(41) 유입 릴레이(41)에 단락 고장이 발생했다고 판단할 수도 있다.

이와 같은 제 1 단계에 의해, 전환부(5)의 단락 고장, 유입 릴레이(41)의 단락 고장 등이 진단될 수 있다.

< 제 2 단계>

진단 장치(3)는 도 6과 같이 제 2 단계에서, 유입 릴레이(41)을 턴온(ON)하고(Se1), 교류 전압 위상 검출부(10)의 출력 펄스 신호를 감지한다(Se2). 즉, 진단 장치(3)는 교류 전압 위상 검출부(10)의 출력이 0V인지 여부를 판단한다.

그리고 진단 장치(3)는 교류 전압 위상 검출부(10)의 출력 펄스 신호를 감지할 수 없는 경우(교류 전압 위상 검출부(10)의 출력이 0V 또는 미리 설정된 범위 이내인 경우)에는 유입 릴레이(41)에 개방 고장이 발생했거나 전환부(5)에 개방 고장이 발생했다고 판단하거나, 교류 전압 위상 검출부(10)에 이상이 있다고 판단할 수 있고(Se3), 더 나아가 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압이 0V일 경우, 전술한 직류 전압 검출부(7)에 단락 고장이 발생했다고 판단할 수 도 있다.한편, 진단 장치(3)는 교류 전압 위상 검출부(10)의 출력 펄스 신호를 감지한 경우 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압이 미리 설정된 하한치 미만인지 여부를 판단한다(Se4; 직류 전압 저전압 체크). 그리고 진단 장치(3)는 획득한 직류 전압이 하한치 미만의 경우에는 정류부(21)의 브릿지 다이오드에 단락 고장이 발생하거나, 컨버터 회로(2)에 접속된 부하에 단락 고장이 발생하거나, 정류 전압 승압부(9)의 스위치 소자에 단락 고장이 발생하거나, 직류 전압 검출부(7)에 개방 고장이 발생하거나, 평활 코일 콘덴서(22)에 단락 고장이 발생하거나, 리액터(91)에 개방 고장이 발생하거나, 정류 전압 승압부(9)에 다이오드의 개방 고장이 발생하였다고 판단한다(Se5).

또한, 진단 장치(3)는 직류 전압이 미리 설정된 하한치 미만인지 여부를 판단하는 단계(Se4)에서 직류 전압이 하한치 이상인 경우에는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압이 미리 설정된 상한치 이상인지 여부를 판단한다(Se6). 그리고 진단 장치(3)는 직류 전압이 상한치 이상인 경우 직류 전압 검출부(7)에 단락 고장이 발생했다고 판단한다(Se7).

한편, 진단 장치(3)는 직류 전압이 상한치 미만인 경우 정류 전압 승압부(9)의 스위치 소자를 스위칭하고 정류 전압 승압부(9)의 동작 확인을 수행한다(Se8). 그리고 진단 장치(3)는 동작 확인에서 에러(과전류를 제외)가 발생했을 경우, 정류 전압 승압부(9)에 이상이 있음(예를 들어, 다이오드(92)의 단락 고장)을 판단한다(Se9). 이 경우, 진단 장치(3)는 정류부(21)의 브릿지 다이오드에 개방 고장이 발생했다고 판단할 수도 있다.

또한, 진단 장치(3)는 동작 확인에서 에러(과전류를 제외)가 발생하지 않은 경우, 정류 전압 승압부(9)를 작동시킨 상태에서 출력 전류 검출부(6)에 의해 직류 전류가 검출되고 있는지 여부를 판단한다(Se10). 여기서 진단 장치(3)는 직류 전류가 검출되지 않은 경우에, 정류 전압 승압부(9)의 동작 전후에서 직류 전압 검출부(7)가 획득한 전압 값이 상승하고 있는지 여부를 판단한다(Se11). 그리고 진단 장치(3)는 상기 전압 값이 상승하지 않는 경우 정류 전압 승압부(9)의 스위치 소자에 개방 고장이 발생했다고 판단한다(Se12). 한편, 상기 전압 값이 상승하고 있는 경우 출력 전류 검출부(6)의 션트 저항(61)에 단락 고장이 발생했거나 부하에 단락 고장이 발생했다고 판단한다(Se13).

또한, 진단 장치(3)는 출력 전류 검출부(6)의 션트 저항(61)에 단락 고장이 발생했거나 부하에 단락 고장이 발생했다고 판단하는 단계(Se13)에서 출력 전류 검출부(6)에 의해 직류 전류가 감지된 경우 해당 직류 전류가 과전류인지 여부를 판단한다(Se14). 그리고 진단 장치(3)는 직류 전류가 과전류인 경우, 리액터(91)에 단락 고장이 발생했다고 판단한다(Se15). 한편, 진단 장치(3)는 직류 전류가 과전류가 아닌 경우 컨버터 회로(2)가 정상인 것으로 판단하고 고장 모드를 종료한다.

이와 같은 제 2 단계에 의하면, 유입 릴레이(41)의 개방 고장, 전환부(5)의 개방 고장, 교류 전압 위상 검출부(10)의 이상, 직류 전압 검출부(7)의 단락 고장, 정류부(21)의 브릿지 다이오드의 단락 고장, 컨버터 회로(2)에 접속된 부하의 단락 고장, 정류 전압 승압부(9)의 스위치 소자의 단락 고장, 직류 전압 검출부(7)의 개방 고장, 평활 코일 콘덴서(22)의 단락 고장, 리액터(91)의 개방 고장, 정류 전압 승압부(9)의 다이오드의 개방 고장, 직류 전압 검출부(7)의 단락 고장, 정류 전압 승압부(9)의 이상(예를 들어 다이오드(92)의 단락 고장)출력 전류 검출부(6)의 션트 저항(61)의 단락 고장, 부하의 단락 고장, 리액터(91)의 단락 고장 등이 진단될 수 있다.

이와 같은 컨버터(100)에 의하면, 돌입 전류 방지부(4) 및 전환부(5)를 제어함으로써 획득한 교류 전압 위상 검출부(10)의 출력 또는 직류 전압 검출부(7)의 직류 전압 측정 결과 패턴에 의해 컨버터 회로(2)의 이상 부위를 파악할 수 있다. 따라서, 컨버터 회로(2)에 접속된 인버터 회로(INV)의 출력이 사용되지 않고 기존의 컨버터 회로(2)의 회로 구성이 효율적으로 활용되어 컨버터 회로(2)의 이상 부위가 파악될 수 있다.

또한 본 발명은 실시예는 제 1 및 제 2 실시예에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 제 1 및 제 2 실시예에서는 컨버터 회로에 컨버터 회로로 출력되는 출력 전류(직류 전류)를 검출하는 출력 전류 검출부가 포함되었지만, 컨버터 회로에 해당 컨버터 회로에 입력되는 입력 전류(교류 전류)을 검출하는 입력 전류 검출부가 포함되고 진단 장치가 상기 출력 전류 검출부가 획득한 직류 전류 대신 상기 입력 전류 검출부가 획득한 교류 전류를 이용하여 진단할 수도 있다.

도 1에 나타내는 삼상 전원 입력 및 전술한 R상, S상, T상의 기재는 일 예에 불과하며 입력 전압의 각 상의 접속이 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 제 3 실시예에 따른 컨버터에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 7은 제 3 실시예에 따른 컨버터의 제어 모식도이고, 도 8은 제 3 실시예에 따른 다른 예시의 컨버터의 제어 모식도이다.

제 3 실시예에 따른 컨버터는 도 7과 같이 삼상 4선 교류 전원을 입력으로 컨버터 회로(2)와 컨버터 회로(2)의 이상을 진단하는 진단 장치(3)을 포함한다.

컨버터 회로(2)는 삼상 교류 전압을 정류하는 정류부(21)와 정류부(21)에 의한 정류된 직류 전압을 평활화하는 평활부(22)를 포함한다.

정류부(21)는 삼상 풀 브릿지 다이오드 회로이다. 평활부(22)는 정류부(21)의 출력 단자 사이에 접속된 평활 코일 콘덴서이다. 평활부(22)는 출력 단자 사이에 직접 접속된 2개의 평활 코일 콘덴서(22a 22b)를 포함한다.

또한, 컨버터 회로(2)는 상기 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 돌입 전류를 방지하는 돌입 전류 방지부(4)와 교류 전압을 공급하는 경로에 돌입 전류 방지부(4)를 통한 경로와 별도 경로로 전환부(5)를 갖추고 있다.

돌입 전류 방지부(4)는 유입 릴레이(41) 및 저항(42)를 포함하며, 일단이 삼상 교류 전원(200)중 중성상(N상)에 접속되며, 타단이 2개의 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 접속점에 연결되어 있으며, 유입 릴레이(41)는 예를 들어 전자 계전기 등 기계식 스위치 소자일 수 있다. 이러한 돌입 전류 방지부(4)의 유입 릴레이(41)를 턴온(ON)함으로써 R상 교류 전압이 정류부(21)의 직류 전압으로 정류되어 평활 코일 콘덴서(22a 22b)에 인가되고, 평활 코일 콘덴서(22a 22b)가 충전된다.

전환부(5)는 컨버터 회로(2)의 정류부(21)의 입력 측과 삼상 교류 전원(200) 사이에 설치되어, 삼상 교류 전압을 컨버터 회로(2)에 입력하기 위한 메인 릴레이(5a, 5b)를 포함한다. 예를 들어, 메인 릴레이(5a, 5b)는 삼상 중 S상에서 정류부(21)의 입력 측과 T상에서 정류부(21)의 입력 측으로 마련된 전자 계전기와 같은 기계식 스위치 소자일 수 있다.

이와 같이 구성된 컨버터 회로(2)에는 정류부(21) 및 평활 코일 콘덴서(22a) 사이에 리액터(23)가 마련되며, 정류부(21) 및 평활 코일 콘덴서(22b)의 사이에는 출력 전류 검출부(미도시)가 마련된다. 그리고 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 출력 측에는 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 걸린 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출부(7)가 마련된다. 또한, 전환부(5)의 입력 측에는 컨버터 회로(2)에 입력되는 삼상 교류 전압을 각 상마다 검출하는 교류 전압 검출부(8)가 마련된다.

진단 장치(3)는 메인 릴레이(5a, 5b) 및 돌입 전류 방지부(4)를 제어하고 교류 전압 검출부(8)가 획득한 교류 전압 또는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압을 이용하여 코일의 정상, 단락 또는 단선을 진단한다.

이하에 진단 장치(3)의 코일 진단 기능과 컨버터의 세부 동작에 대해서 설명한다.

진단 장치(3)는 메인 릴레이(5a, 5b)를 작동시키기 이전에 돌입 전류 방지부(4)의 유입 릴레이(41)를 턴온(ON)시켜서, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 적당한 전압까지 충전하고 메인 릴레이(5a, 5b)를 동작시킨다.

도 7에 나타내는 삼상 4선 교류 전원(200)에서 평활 코일 콘덴서(22a 22b)를 직렬로 접속한 평활부를 포함하는 경우, 돌입 전류 방지부(4)는 1개의 상과 중성상(N상) 사이에 마련되며 전압 반파마다 평활 코일 콘덴서(22a)와 평활 코일 콘덴서(22b)를 충전한다. 도 7의 경우 상단의 평활 코일 콘덴서(22a)는 리액터(23)을 통과하는 전류에 의해 충전되지만, 하단의 평활 코일 콘덴서(22b)는 리액터(23)을 통과하지 않고 충전된다.

만일 리액터(코일)(23)가 단선된 경우, 돌입 전류 방지부(4)의 동작 시 평활 코일 콘덴서(22a 22b)에 의해 평활화된 직류 전압은 입력 교류 전압의 최대값의 약 50%정도 밖에 되지 않는다. 즉, 이 리액터 고장 모드는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압으로 판단될 수 있다. 이 경우, 평활 코일 콘덴서(22a 22b)가 직렬 접속되지 않으면 콘덴서가 충전되지 않으므로, 직류 전압 값은 0V가 되어, 리액터(23)의 단선을 판단할 수 있다.

이하, 리액터(코일, 23)가 단선인 경우 진단 방법을 설명한다.

전술한 바와 같이 돌입 전류 방지부(4)의 동작 시에, 리액터(23)가 단락이면 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 충전은 정상인 경우와 구별되지 아니한다. 따라서, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 충전이 적당한 직류 전압까지 완료되면,진단 장치(3)는 메인 릴레이(5a, 5b)를 턴온(ON)시킨다. 이때 입력 교류 전압 값과 충전된 직류 전압 값의 차로 인하여 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에는 돌입 전류가 흐른다. 전압 차가 크면 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에는 큰 돌입 전류가 흐르고 전압 차가 작으면 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에는 약간의 돌입 전류만 흐르게 된다. 이 돌입 전류에 의해서 리액터(23)가 인덕턴스(L)를 가지고 있으면 리액터 양끝에는 다음 수학식 1과 같은 역기전력(VL)이 발생한다.

평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 이러한 돌입 전류가 흐름으로써, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에는 즉시 입력 교류 전압의 최대치를 피크 홀드로하는 직류 전압과 리액터(23)의 양단에 발생하는 역기전력이 가해지고, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에는 안정 시보다 큰 직류 전압이 인가된다.

리액터(23)가 단락된 경우, 수학식 1에서 L≒ 0이므로 VL은 거의 0V가 되어 메인 릴레이(5a, 5b)의 턴온(ON) 직후의 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 직류 전압은 안정시의 전압과 거의 같아 진다. 즉, 진단 장치(3)는 적당한 돌입 전류가 리액터(23)에 흐르도록 하고, 직후의 직류 전압을 감지함으로써 리액터(23)가 정상인지 단락 상태인지 판단할 수 있다

여기서, 교류 전원 전압이 진단 동작 중에 변동되지는 아니한다. 따라서, 진단 장치(3)는 돌입 전류가 흐른 직후의 직류 전압(제 1 전압)과 그 후 안정 상태에서의 직류 전압(제 2전압)을 비교하고, 역기전력(VL)이 방전되어 확실하게 VL=0V가 된 것을 확인하고 리액터(23)의 정상/단락 여부를 진단한다.

여기서 적당한 돌입 전류를 생성하는 제 1 방법은 예를 들어, 전원 투입 시 돌입 전류 방지부(4)의 동작 중에 직류 전압 값과 교류 전압 값을 각각 검출부(7, 8)에 의해 감지하고 적당한 전위차 가 발생하면 메인 릴레이(5a, 5b)를 작동시킴으로써 수행될 수 있다. 이 방법의 경우 교류 전압을 알고 있어야 하고 교류 전압 검출부(8)는 전압을 마이크로 컴퓨터의 A/D변환기에서 로드하는 등의 방법을 필요로 한다.

적당한 돌입 전류를 생성하는 제 2 의 방법은, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)가 안정한 때의 직류 전압을 확인한 후, 메인 릴레이(5a, 5b)를 이용하여 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 한 번 방전시키면서 원하는 직류 전압까지 저하시키고 다시 메인 릴레이(5a, 5b)를 동작시킴으로써 적당한 전위차를 발생킬 수 있다.

이 경우, 안정시의 직류 전압을 알고 있기 때문에, 교류 전압 검출부(8)는 교류 제로 크로싱을 모니터하는 수단 등 직접적인 전압을 모르는 수단일 수도 있다. 단, 진단 도중에 교류 전압이 변동하는 경우가 있을 수 있으므로, 이 경우, 교류 제로 크로싱 타이밍에서 판단하여 전위차를 늘리면서 적어도 2회 이상의 돌입 전류에 의한 단락 진단을 수행하면 정밀하게 결과를 얻을 수 있다.

또한, 비록 리액터(23)이 단락되었더라도, 돌입 전류가 흐르는 부분, 예를 들면 와이어나 기판 패턴 등의 인덕턴스로 역기전력의 발생이 일어나는 경우가 있다. 따라서, 교류 전압이 입력된 직후부터 발생하는 전압(VL)이 충분히 검출될 수 있고 기타 다른 요인의 인덕턴스에 의한 역기전력의 감지를 충분히 피할 수 있는 시간이 경과한 후에 직류 전압 검출부(7)으로부터 획득한 직류 전압을 제 1 전압으로 할 수 있다. 충분히 피할 수 있는 시간은 실험 등으로 결정될 수 있다.

또한, 진단 장치(3)는 리액터(23)가 전술한 바와 같은 진단에 의해 고장인 것으로 판단되면, 그 진단 결과를 디스플레이 등을 통해 사용자가 조회할 수 있게 하거나, 다른 경보 수단으로 사용자에게 알릴 수 있다. 이에 따라, 원하는 성능으로의 복구가 가능해지고, 상품 수리 교환 등의 손실을 막을 수 있게 된다. 또한 진단 장치(3)는 통신 수단 등을 이용하여 집중 관리 시스템 등 상위 제어 장치에 진단 결과를 송신함으로써 사용자 또는 수리 업자에게 진단 결과를 알릴 수도 있다.

전술한 컨버터는 삼상 4선 교류 전원을 입력으로 컨버터 회로(2)를 포함하였으나, 도 8과 같이 삼상 3선 교류 전원을 입력으로 컨버터 회로(2)를 포함하는 것도 가능하다.

이러한 컨버터 회로(2)에서는 교류 전원 또는 전원 입력부인 메인 릴레이(5a, 5b)와 정류부(21) 사이에 각 상마다 리액터(23a, 23b, 23c)가 마련될 수 있다.

이하 도 8을 참조하여, 컨버터 회로(2)의 진단 장치(3)의 코일 진단 기능에 대해서 설명한다.

우선 진단 장치(3)는 돌입 전류 방지부(4)의 유입 릴레이(41)를 턴온시키고(ON), R상과 T상으로부터 진입 방지 저항(42)를 통해서 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 충전한다.

이 동작에서 만일 R상의 리액터(23a)가 단선된 경우, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)는 충전이 되지 아니한다. 따라서, 진단 장치(3)는 직류 전압이 0V이거나, 직류 전압이 상승하지 않으면 R상의 리액터(23a)가 단선되었다고 진단한다.

다음에 진단 장치(3)는 원하는 직류 전압을 확인한 뒤, T상의 교류 전압이 최대치인때 메인 릴레이(5b)를 턴온(ON)하면서 동시에 돌입 전류 방지부(4)유입 릴레이(41)를 턴오프(OFF)하고, R상과 T상에서 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 충전한다.

이 동작에서 만일 T상의 리액터(23c)가 단락된 경우 역기전력이 검출되지 않는다. 따라서, 진단 장치(3)는 역기전력이 검출되지 않는 경우, T상의 리액터(23c)가 단락된 것으로 판단한다. 또한, T상의 리액터(23c)가 단선의 경우 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)는 충전이 되지 않으므로 직류 전압이 상승하지 않는다. 따라서, 진단 장치(3)는 직류 전압이 상승하지 않으면 T상의 리액터(23c)이 단선되었다고 판단한다.

다음에 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압이 안정된 값임을 확인한 후, 메인 릴레이(5b)를 턴오프(OFF)한다.

그리고 진단 장치(3)는 직류 전압이 원하는 전압까지 저하된 이후 교류 전압 검출부(8)의 S상의 교류 전압이 최대치인때 메인 릴레이(5a)를 턴온(ON)하고, R상과 S상에서 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 충전한다.

이로 인해, 만약 S상의 리액터(23b)가 단락인 경우 역기전력이 검출되지 않는다. 따라서, 진단 장치(3)는 역기전력이 검출되지 않는 경우, S상의 리액터(23b)가 단락되었다고 판단한다. 또한, S상의 리액터(23b)가 단선된 경우 충전이 되지 않으므로 직류 전압이 상승하지 아니한다. 따라서, 진단 장치(3)는 직류 전압이 오르지 않으면 R상의 리액터(23b)가 단선되었다고 판단한다.

그리고 진단 장치(3)는 직류 전압 검출부(7)가 획득한 직류 전압이 안정되었음을 확인 후, 메인 릴레이(5a)를 턴오프(OFF)한다.

그리고 진단 장치(3)는 직류 전압이 원하는 전압까지 저하된 이후 교류 전압 검출부(8)의 R상 교류 전압이 최대치인때 메인 릴레이(5a) 또는 메인 릴레이(5b) 중 단선으로 진단되지 않은 상의 메인 릴레이를 턴온하고(ON), R상과 S상 또는 T상에서 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 충전한다.

이로 인해, 만약 R상의 리액터(23a)가 단락된 경우 역기전력이 검출되지 않는다. 따라서, 진단 장치(3)는 R상의 리액터(23a)가 단락된 것으로 진단한다.

이와 같은 동작에 의해 3개 리액터(23a, 23b, 23c)의 단락 및 단선이 진단될 수 있다. 진단되는 리액터(23a, 23b, 23c)의 상 교류 전압이 최대인 때 메인 릴레이(5a, 5b)를 턴온(ON)하고 2상만 도통시킴으로써 진단하려는 상의 리액터(23a, 23b, 23c) 중 어느 하나의 고장을 진단할 수 있다.

이하, 제 4 실시예에 따른 인버터에 대해서 설명한다. 제 4 실시예를 설명하기 위하여 사용되는 참조부호는 전술한 제 1 내지 제 3 실시예의 참조 부호와 상이하다.

도 9는 제 4 실시예에 따른 인버터의 제어 모식도이다.

제 4 실시예에 따른 인버터(100)는 직류 전력으로부터 삼상 교류 전력을 생성하고 외부 부하에 공급하는 장치이다. 외부 부하는 예를 들어 모터(200)일 수 있다. 모터(200)는 삼상 코일을 가진 3교류 부하일 수 있다.

인버터 출력부(10)는 상측 스위치 소자(1U, 1V 및 1W)와, 상측 스위치 소자(1U, 1V 및 1W) 각각에 직렬 접속된 하측 스위치 소자(1X, 1Y 및 1Z)를 포함한다. 스위치 소자(1U 및 1X)의 접속점에 단자(2U)가 접속되어 있다. 스위치 소자(1V 및 1Y)의 접속점에 단자(2V)가 접속되어 있다. 스위치 소자(1W 및 1Z)의 접속점에 단자(2W)가 접속되어 있다.

스위치 소자(1U, 1V, 1W, 1X, 1Y 및 1Z)로서, 예를 들면, 바이폴라 트랜잭션 트랜지스터, 파워 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등을 사용할 수 있다.

예를 들어, 스위치 소자로서 턴온(ON) 저항이 낮은 NPN 바이폴라 트랜지스터를 채용할 수 있다. 이에 따라, 스위치 소자에 있어서의 전류 손실을 저감할 수 있다.

상측 스위치 소자(1U, 1V 및 1W)에도 NPN 바이폴라 트랜지스터를 사용하는 경우, 스위치 소자(1U, 1V 및 1W) 각각에 부트스트랩 회로(11 U, 11 V 및 11W)를 접속할 필요가 있다. 부트스트랩 회로(11 U, 11 V 및 11W)에 의해, 스위치 소자(1U, 1V 및 1W)의 베이스 전압을 콜렉터 전압(인버터(100)에 입력되는 직류 전압 Vin)보다 높여서, NPN 바이폴라 트랜지스터로 구성된 상측 스위치 소자(1U, 1V 및 1W)를 스위칭 제어할 수 있다.

제어부(20)는 인버터 출력부(10)의 상측 스위치 소자(1U, 1V 및 1W), 및 하측 스위치 소자(1X, 1Y 및 1Z)를 스위칭 제어한다. 구체적으로는 모터(200)를 구동하는 통상 동작 모드에 있어서, 제어부(20)는 스위치 소자(1U 및 1X)에 관통 전류가 흐르지 않도록 스위치 소자(1U 및 1X)를 독립적으로 스위칭 제어한다. 또한, 제어부(20)는 전기각을 120도 어긋나게 하여, 스위치 소자(1V 및 1Y)에 관통 전류가 흐르지 않도록 스위치 소자(1V 및 1Y)를 독립적으로 스위칭 제어한다. 또한, 제어부(20)는 다시 전기각을 120도 어긋나게 하여, 스위치 소자(1W 및 1Z)에 관통 전류가 흐르지 않도록 스위치 소자(1W 및 1Z)를 독립적으로 스위칭 제어한다.

한편, 인버터(100)의 단선 고장을 진단하는 진단 모드에 있어서, 제어부(20)는 하측 스위치 소자(1X, 1Y 및 1Z)를 모두 턴오프(OFF) 상태로 하여 상측 스위치 소자(1U, 1V 및 1W) 중의 어느 하나를 턴온(ON) 제어한다. 진단 모드시의 제어부(20)의 동작에 대해서는 후술한다.

전압 검출부(30)는 단자(2U, 2V 및 2W)의 각 전압, 즉 U상 전압, V상 전압 및 W상 전압을 검출한다. 예를 들면, 전압 검출부(30)는 단자(2U, 2V 및 2W)의 각 전압을 두 개의 저항 소자에 의해 분압하는 저항 분압 회로로 구성할 수 있다. 단자(2U, 2V 및 2W)의 각 전압을 저항 분압하는 이유는 단선 판정부(40)의 입력 전압의 정격에 맞추기 위함이다. 한편, 전압 검출부(30)에 있어서, 검출한 전압을 평활화하기 위하여, 각 저항 분압점에 용량 소자를 접속할 수도 있다.

단선 판정부(40)는 상기의 진단 모드에 있어서, 전압 검출부(30)에서 검출된 U상 검출 전압, V상 검출 전압 및 W상 검출 전압에 기초하여 인버터(100)의 단선 고장 진단을 수행한다. 보다 상세하게는 단선 판정부(40)는 전압 검출부(30)에서 검출된 U상 검출 전압, V상 검출 전압 및 W상 검출 전압을 H 레벨 또는 L 레벨의 2값으로 인식하고, 이들 전압 레벨의 조합에 따라서, 인버터 출력부(10) 및 모터(200) 중의 어느 것이 단선되어 있는지를 판정하고, 또한 어느 상이 단선되어 있는지를 판정한다. 단선 판정부(40)는 예를 들면, 마이크로컴퓨터 등으로 구성할 수 있다.

기억부(50)는 단선 판정부(40)의 판정 결과를 기억한다. 기억부(50)가 기억하는 내용은 단선의 유무, 및 단선이 있는 경우에는 그 단선 부위 등이다. 기억부(50)는 플래쉬 메모리 등의 불휘발성 메모리로 구성할 수 있다.

표시부(60)는 단선 판정부(40)의 판정 결과를 표시한다. 표시부(60)는 단선 판정부(40)로부터 판정 결과를 직접 받아 그것을 표시하는 것 외에, 기억부(50)에 기억되어 있는 판정 결과를 읽어내어 나타낼 수 있다. 표시부(60)가 표시하는 내용은 단선의 유무, 및 단선이 있는 경우에는 그 단선 부위 등이다. 표시부(60)는 LED(Light Emitting Diode) 등의 인디케이터나 액정 표시 장치 등으로 구성할 수 있다.

이와 같이, 기억부(50)에 단선 판정부(40)의 판정 결과를 기억시켜서 표시부(60)에 그 기억된 판정 결과를 표시함으로써, 예를 들면, 인버터(100)의 고장 발생 후에 서비스 맨이 인버터(100)의 메인터넌스를 수행할 때에, 고장 진단을 재차 수행하지 않을 수 있다. 인버터(100)의 고장 발생 후에는 인버터(100)를 동작시킬 수 없는 경우가 있으며, 이러한 경우에는 고장 진단을 수행할 수 없기 때문에, 기억부(50)에 단선 판정부(40)의 판정 결과를 기억하게 해 두는 것은 유용하다.

한편, 제어부(20)는 단선 판정부(40)에 의해 인버터 출력부(10) 및 모터(200)의 어느 단선이 판정되었을 때, 스위치 소자(1U, 1V, 1W, 1X, 1Y 및 1Z)의 스위칭 제어를 제한할 수 있다. 이에 따라, 고장 상태에 있는 인버터(100)를 동작시키지 않도록 하여 안전성을 유지할 수 있다.

다음으로, 인버터(100)의 단선 고장 진단의 상세에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 인버터(100)의 단선 고장 진단은 인버터 출력부(10)의 하측 스위치 소자(1X, 1Y 및 1Z)를 모두 턴오프(OFF) 상태로 하여 상측 스위치 소자(1U, 1V 및 1W) 중의 어느 하나를 턴온(ON)으로 하여 수행한다.

<제 1 예>

도 10(A)는 단선 고장 진단시의 제 1 스위칭 제어예를 나타낸 모식도이며, 도 10(B)는 단선 판정 조건을 나타낸 표이다. 이 예는 인버터 출력부(10)의 상측 스위치 소자(1U)만을 턴온(ON)으로 했을 때의 단선 고장 진단의 예이다. 한편, 도 10(A)에 있어서, 각 스위치 소자를 턴온/턴오프(ON/OFF) 상태를 알 수 있는 심볼로 나타내고 있다.

인버터(100)에 단선 고장이 없으면, 스위치 소자(1U)만을 턴온(ON)으로 하면, 단자(2U)에 인버터 출력부(10)의 입력 직류 전압 Vin가 인가되고, 전압 검출부(30)로부터 출력되는 U상 검출 전압 Vu는 H 레벨이 된다. 또한, 입력 직류 전압 Vin는 모터(200)의 도시하지 않은 3상 코일을 경유하여 단자(2V 및 2W)에도 인가되고, 전압 검출부(30)로부터 출력되는 V상 검출 전압 Vv 및 W상 검출 전압 Vw도 H 레벨이 된다. 따라서, 도 10(B)의 단선 판정 조건에 나타낸 바와 같이, (Vu, Vv, Vw)=(H, H, H)이면, 단선 판정부(40)는 인버터(100)의 단선 고장 없음을 판정한다.

(Vu, Vv, Vw)=(H, H, L)이면, 단선 판정부(40)는 모터(200)측의 W상(외부 W상)이 단선되어 있다고 판정한다. (Vu, Vv, Vw)=(H, L, H)이면, 단선 판정부(40)는 모터(200)측의 V상(외부 V상)이 단선되어 있다고 판정한다. (Vu, Vv, Vw)=(H, L, L)이면, 단선 판정부(40)는 모터(200)측의 U상(외부 U상), 또는 모터(200)측의 V상 및 W상(외부 V상 및 외부 W상)이 단선되어 있다고 판정한다. (Vu, Vv, Vw)=(L, L, L)이면, 단선 판정부(40)는 인버터 출력부(10)의 U상(내부 U상)이 단선, 즉 스위치 소자(1U)가 개방 고장이라고 판정한다.

상기 이외의 검출 전압의 조합, 즉 (Vu, Vv, Vw)=(L, H, H), (Vu, Vv, Vw)=(L, H, L), (Vu, Vv, Vw)=(L, L, H)는 이 예에서는 관측되지 않는 검출 전압 패턴이다.

단선 판정부(40)는 상기의 단선 판정을 복수 회 실시하여 각 회의 판정 결과로부터 종합적으로 단선 판정을 수행할 수 있다. 이 경우, 제어부(20)는 상측 스위치 소자(1U)를 턴온(ON) 제어하기 전에 하측 스위치 소자(1X)를 턴온(ON)으로 하여 부트스트랩 회로(11U)를 충전할 필요가 있다.

<제 2 예>

도 11(A)는 단선 고장 진단시의 제 2 스위칭 제어예를 나타낸 모식도이며, 도 11(B)은 단선 판정 조건을 나타낸 표이다. 이 예는 인버터 출력부(10)의 상측 스위치 소자(1V)만을 턴온(ON)으로 했을 때의 단선 고장 진단의 예이다. 한편, 도 11(A)에 있어서, 각 스위치 소자를 턴온/턴오프(ON/OFF) 상태를 알 수 있는 심볼로 나타내고 있다.

인버터(100)에 단선 고장이 없으면, 스위치 소자(1V)만을 턴온(ON)으로 하면, 단자(2V)에 인버터 출력부(10)의 입력 직류 전압 Vin가 인가되고, 전압 검출부(30)로부터 출력되는 V상 검출 전압 Vv는 H 레벨이 된다. 또한, 입력 직류 전압 Vin는 모터(200)의 도시하지 않은 3상 코일을 경유하여 단자(2U 및 2W)에도 인가되고, 전압 검출부(30)로부터 출력되는 U상 검출 전압 Vu 및 W상 검출 전압 Vw도 H 레벨이 된다. 따라서, 도 11(B)의 단선 판정 조건에 나타낸 바와 같이, (Vu, Vv, Vw)=(H, H, H)이면, 단선 판정부(40)는 인버터(100)의 단선 고장 없음을 판정한다.

(Vu, Vv, Vw)=(H, H, L)이면, 단선 판정부(40)는 모터(200)측의 W상(외부 W상)이 단선되어 있다고 판정한다. (Vu, Vv, Vw)=(L, H, H)이면, 단선 판정부(40)는 모터(200)측의 U상(외부 U상)이 단선되어 있다고 판정한다. (Vu, Vv, Vw)=(L, H, L)이면, 단선 판정부(40)는 모터(200)측의 V상(외부 V상), 또는 모터(200)측의 U상 및 W상(외부 U상 및 외부 W상)이 단선되어 있다고 판정한다. (Vu, Vv, Vw)=(L, L, L)이면, 단선 판정부(40)는 인버터 출력부(10)의 V상(내부 V상)이 단선, 즉 스위치 소자(1V)가 개방 고장이라고 판정한다.

상기 이외의 검출 전압의 조합, 즉 (Vu, Vv, Vw)=(H, L, H), (Vu, Vv, Vw)=(H, L, L), (Vu, Vv, Vw)=(L, L, H)는 이 예에서는 관측되지 않는 검출 전압 패턴이다.

단선 판정부(40)는 상기의 단선 판정을 복수 회 실시하여 각 회의 판정 결과로부터 종합적으로 단선 판정을 수행할 수도 있다. 이 경우, 제어부(20)는 상측 스위치 소자(1V)를 턴온(ON) 제어하기 전에 하측 스위치 소자(1Y)를 턴온(ON)으로 하여 부트스트랩 회로(11V)를 충전할 필요가 있다.

<제 3 예>

도 12(A)는 단선 고장 진단시의 제 3 스위칭 제어예를 나타낸 모식도이며, 도 12(B)는 단선 판정 조건을 나타낸 표이다. 이 예는 인버터 출력부(10) 상측 스위치 소자(1W)만을 턴온(ON)으로 했을 때의 단선 고장 진단의 예이다. 한편, 도 12(A)에 있어서, 각 스위치 소자를 턴온/턴오프(ON/OFF) 상태를 알 수 있는 심볼로 나타내고 있다.

인버터(100)에 단선 고장이 없으면, 스위치 소자(1W)만을 턴온(ON)으로 하면, 단자(2W)에 인버터 출력부(10)의 입력 직류 전압 Vin가 인가되고, 전압 검출부(30)로부터 출력되는 W상 검출 전압 Vw는 H 레벨이 된다. 또한, 입력 직류 전압 Vin는 모터(200)의 도시하지 않은 3상 코일을 경유하여 단자(2U 및 2W)에도 인가되고, 전압 검출부(30)로부터 출력되는 U상 검출 전압 Vu 및 V상 검출 전압 Vv도 H 레벨이 된다. 따라서, 도 12(B)의 단선 판정 조건에 나타낸 바와 같이, (Vu, Vv, Vw)=(H, H, H)이면, 단선 판정부(40)는 인버터(100)의 단선 고장 없음을 판정한다.

(Vu, Vv, Vw)=(H, L, H)이면, 단선 판정부(40)는 모터(200)측의 V상(외부 V상)이 단선되어 있다고 판정한다. (Vu, Vv, Vw)=(L, H, H)이면, 단선 판정부(40)는 모터(200)측의 U상(외부 U상)이 단선되어 있다고 판정한다. (Vu, Vv, Vw)=(L, L, H)이면, 단선 판정부(40)는 모터(200)측의 W상(외부 W상), 또는 모터(200)측의 U상 및 V상(외부 U상 및 외부 V상)이 단선되어 있다고 판정한다. (Vu, Vv, Vw)=(L, L, L)이면, 단선 판정부(40)는 인버터 출력부(10)의 W상(내부 W상)이 단선, 즉 스위치 소자(1W)가 개방 고장이라고 판정한다.

상기 이외의 검출 전압의 조합, 즉 (Vu, Vv, Vw)=(H, H, L), (Vu, Vv, Vw)=(H, L, L), (Vu, Vv, Vw)=(L, H, L)는 이 예에서는 관측되지 않는 검출 전압 패턴이다.

단선 판정부(40)는 상기의 단선 판정을 복수 회 실시하여, 각 회의 판정 결과로부터 종합적으로 단선 판정을 수행할 수 있다. 이 경우, 제어부(20)는 상측 스위치 소자(1W)를 턴온(ON) 제어하기 전에 하측 스위치 소자(1Z)를 턴온(ON)으로 하여 부트스트랩 회로(11W)를 충전할 필요가 있다.

한편, 턴온(ON) 제어하는 스위치 소자가 스위치 소자(1U, 1V 및 1W) 중의 어느 하나만 에서는, 예를 들면, 스위치 소자 1 U를 턴온(ON)으로 했을 때의 (Vu, Vv, Vw)=(H, L, L)와 같이, 외부의 단선 부위를 특정할 수 없는 케이스가 있다. 따라서, 스위치 소자(1U, 1V 및 1W)를 하나씩 차례로 턴온(ON)으로 하여 단선 고장 진단을 수행할 수 있다. 이에 따라, 인버터(100)의 단선 부위를 특정할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 따르면, 인버터(100) 자체가, 장치측(인버터(100))이 단선되어 있는지, 또는 외부 부하(모터(200))가 단선되어 있는지를 식별할 수 있다. 이에 따라, 종래에는 고장 부위를 특정할 수 없어서 부하 교환 시에 본래 정상인 인버터까지도 교환되고 있었지만, 그러한 불필요한 교환을 없앨 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 인버터 출력부(10)에 전류를 흘리지 않고 단선 고장 진단을 수행할 수 있다. 이 경우문에, 만약 상측 스위치 소자(1U, 1V 및 1W) 중 어느 하나가 단락 고장인 경우이더라도, 전류를 흘리지 않고 안전하게 단선 고장 진단을 실시할 수 있어 진단 실시에 의한 2차적 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 인버터(100) 자체가 단선 고장 진단을 수행하기 때문에, 사람의 실수에 의한 오진단을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 단선 고장 진단용의 외부 기기가 불필요하고, 저비용으로 단선 고장 진단 서비스가 제공될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 실시예의 구성에 한정되지 않고 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 단자(2U, 2V 및 2W), 또는 하측 스위치 소자(1X, 1Y 및 1Z)의 에미터에 외부 부하의 지락(地絡) 검출용의 검출 저항이 접속되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 외부 부하의 지락의 유무를 검사하여 지락이 없는 것을 확인하고 난 이후, 상기의 단선 고장 진단을 실시할 수도 있다.

또한, 도 9 내지 도 12를 이용하여 상기 제 4 실시예에 의해 나타낸 구성 및 처리는 본 발명의 일 실시예에 지나지 않고, 본 발명을 당해 구성 및 처리에 한정하는 취지는 아니다.

이하에 제 5 실시예에 따른 인버터에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 13은 제 5 실시예에 따른 인버터 장치의 구성을 나타내는 모식도이고, 도 14는 제 5 실시예에 따른 정상 상태에서의 전압 검출 결과를 나타내는 도면이며, 도 15는 제 5 실시예에 있어서 스위치 소자 2X가 개방 고장인 경우 전압 검출 결과를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 16은 제 5 실시예에 있어서 U 상 결선이 이상이 있는 경우 전압 검출 결과를 나타내는 도면이고, 도 17은 제 5 실시예에 있어서 스위치 소자 2X가 개방 고장 및 해당 스위치 소자2X에 연결되는 U 상 결선이 이상이있는 경우의 전압 검출 결과를 나타내는 도면이며, 도 18은 제 5 실시예에 있어서 스위치 소자 2X가 개방 고장 및 해당 스위치 소자2X 이외의 스위치 소자에 연결되는 V 상 결선이 이상이 있는 경우의 전압 검출 결과를 나타내는 도면이다.

한편, 제 5 실시예에서 사용하는 부호는 상기 제 1~ 제 4 실시예와는 다르다.

제 5 실시예에 따른 인버터(100)는 예를 들면 3상 모터 등의 3상 교류 전동기(AD)에 3상 교류 전압(R상, S상, T상)을 공급하여 구동하는 것이며, 도 13에 나타낸 바와 같이, 직류 전원 또는 컨버터 회로로부터 출력되는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환함과 아울러, 교류 전동기(AD)가 결선되는 인버터 회로(2)와, 인버터 회로(2) 및 교류 전동기(AD) 또는 결선의 이상을 진단하는 진단 장치(4)를 포함한다.

인버터 회로(2)는 직렬 접속된 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)로 이루어지는 하프 브릿지 회로(직렬 회로부)(21~23)를 3개 포함한다. 한편, 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)는 예를 들면 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)이다.

또한, 인버터 회로(2)에는 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W)의 구동 전압을 생성하는 부트스트랩 회로(24U, 24V, 24W)가 설치되어 있다.

이 부트스트랩 회로(24U, 24V, 24W)는 3개의 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 각각에 설치되어 있으며, 일단이 제어 전원 VC에 접속됨과 아울러, 타단이 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 접속점에 접속되어 있다. 구체적으로 부트스트랩 회로(24U, 24V, 24W)는 콘덴서(241), 다이오드(242) 및 제한 저항(243)을 포함한다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 부트스트랩 회로(24U, 24V, 24W)의 콘덴서(241)를 구별하는 경우에는 부트스트랩 회로(24U)의 콘덴서를 부호 241U, 부트스트랩 회로(24V)의 콘덴서를 부호 241V, 부트스트랩 회로(24W)의 콘덴서를 부호 241W로 한다.

이와 같이 구성된 부트스트랩 회로(24U, 24V, 24W)에 있어서, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)가 ON됨으로써, 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W)를 구동하기 위한 전압(구동 전압)이 각각의 콘덴서(241U, 241V, 241W)에 충전된다.

또한, 부트스트랩 회로(24U, 24V, 24W)에는 상기 콘덴서(241U, 241V, 241W)에 충전된 전압을 검출하는 콘덴서 전압 검출부(25U, 25V, 25W)이 설치되어 있다.

한편, 인버터 회로(2)에는 상기 인버터 회로(2)를 흐르는 전류를, 적어도 2상 이상의 상 전류를 상마다 검출하는 인버터 전류 검출부(3)이 설치되어 있다. 본 실시예의 인버터 전류 검출부(3)는 U상 결선에 접속되어 U상 전류를 검출하는 U상 전류 검출부(31)와, W상 결선에 접속되어 W상 전류를 검출하는 W상 전류 검출부(32)를 포함한다. 그 밖에, 인버터 전류 검출부(3)으로서는 상기 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 부전위측 단자에 직렬 접속된 션트 저항을 포함하고, 상기 션트 저항에 흐르는 전류를 검출할 수도 있다. 이 경우, 인버터 전류 검출부(3)는 하측 스위치 소자(2X)에만 션트 저항을 접속하는 단일 션트 방식을 이용한 것일 수도 있고, 하측 스위치 소자(2X) 및 하측 스위치 소자(2Z)에 각각 션트 저항을 접속하는 3 션트 방식을 이용한 것일 수도 있다.

진단 장치(4)는 복수개의 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 턴온(ON)하여 이상 진단을 수행하는 제 1 단계와, 각 하프 브릿지 회로(21~23) 마다 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 동시에 턴온(ON)하여 단락시켜서 이상 진단을 수행하는 제 2 단계를 이 순서로 실시한다.

이하, 각 단계에 있어서의 진단 장치(4)의 진단 내용에 대하여 상세히 설명한다.

<제 1 단계>

진단 장치(4)는 제 1 단계에 있어서, 복수의 하프 브릿지 회로(21~23)의 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON로 함과 아울러, 이에 따라 모든 콘덴서 전압 검출부(24U, 24V, 24W)에 의해 얻어진 콘덴서 전압의 측정 결과 패턴에 의해, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 개방 고장, 및 AD교류 전동기 또는 결선의 이상을 진단한다.

여기서, 이 진단 내용에 대하여 설명한다.

모든 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z), 교류 전동기(AD) 및 결선이 정상인 경우, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON으로 하면, 도 14에 나타낸 바와 같이, 모든 콘덴서(241U, 241V, 241W)가 충전된다. 즉 이 경우의 콘덴서 전압의 측정 결과 패턴은 이하의 표 1이 된다. 한편, 이하의 표 1~표 5에 있어서 “○”은 충전되는 것을 나타내고, “-“은 충전되지 않는 것을 나타낸다.

하측 스위치 소자(2X)가 개방 고장이고, 교류 전동기 및 결선이 정상인 경우, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON으로 하면, 도 15에 나타낸 바와 같이, 고장난 하측 스위치 소자(2X)를 ON으로 해도, 모든 콘덴서(241U, 241V, 241W)가 충전되지 않는다. 고장 나지 않은 그 밖의 하측 스위치 소자(2Y, 2Z)를 ON으로 하면, 모든 콘덴서(241)U, 241V, 241W)가 충전된다. 즉 이 경우의 콘덴서 전압의 측정 결과 패턴은 이하의 표 2가 된다.

모든 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)가 정상이고, U상 결선이 이상인 경우, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON으로 하면, 도 16에 나타낸 바와 같이, 이상인 U상 결선에 연결되는 하측 스위치 소자(2X)를 ON으로 하면, U상 결선에 연결되는 콘덴서(241U)만이 충전되고, 그 밖의 하측 스위치 소자(2Y, 2Z)를 ON으로 하면, U상 결선 이외의 V상 결선, W상 결선에 연결되는 콘덴서(241V, 241W)가 충전된다. 즉 이 경우의 콘덴서 전압의 측정 결과 패턴은 이하의 표 3이 된다.

하측 스위치 소자(2X)가 개방 고장이고, 개방 고장인 하측 스위치 소자(2X)에 연결되는 U상 결선이 이상인 경우, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON으로 하면, 도 17에 나타낸 바와 같이, 고장난 하측 스위치 소자(2X)를 ON으로 해도, 모든 콘덴서(241U, 241V, 241W)가 충전되지 않는다. 또한, 고장 나지 않은 그 밖의 하측 스위치 소자(2Y, 2Z)를 ON으로 하면, 정상인 V상 결선 및 W상 결선에 연결되는 콘덴서(241V, 241W)만이 충전된다. 즉 이 경우의 콘덴서 전압의 측정 결과 패턴은 이하의 표 4가 된다.

하측 스위치 소자(2X)가 개방 고장이고, 개방 고장인 하측 스위치 소자(2X)에 연결되는 U상 결선 이외의 상(V상 결선)이 이상인 경우, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON으로 하면, 도 18에 나타낸 바와 같이, 고장난 하측 스위치 소자(2X)를 ON으로 해도, 모든 콘덴서(241U, 241V, 241W)가 충전되지 않는다. 또한, 이상인 V상 결선에 연결되는 하측 스위치 소자(2Y)를 ON으로 하면, 이상인 V상 결선에 연결되는 콘덴서(241V)만 충전되고, 그 밖의 하측 스위치 소자(2Z)를 ON으로 하면, 정상인 U상 결선 및 W상 결선에 연결되는 콘덴서(241)U, 241W)가 충전된다. 즉 이 경우의 콘덴서 전압의 측정 결과 패턴은 이하의 표 5가 된다.

마찬가지로 하여, 모든 고장 모드를 정리하면, 하기의 표 6에 나타낸 조합에 의해서, 각 부의 고장을 진단할 수 있다.

이 표 6에 있어서, “○”의 부위가 에러(콘덴서가 충전되지 않음)인 경우에는 그것에 대응하는 하측 스위치 소자가 개방 고장이라는 것을 나타내고 있다.

“△”의 부위가 모두 에러인 경우에는 하측 스위치 소자(2X)에 연결되는 U상 결선이 이상인 것을 나타내고 있다.

“□”의 부위가 모두 에러인 경우에는 하측 스위치 소자(2Y)에 연결되는 V상 결선이 이상인 것을 나타내고 있다.

“◇”의 부위가 모두 에러인 경우에는 하측 스위치 소자(2Z)에 연결되는 W상 결선이 이상인 것을 나타내고 있다.

그리고, 진단 장치(4)는 상기의 모든 고장 모드의 에러의 조합을 이용하여, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON으로 하여 얻어진 콘덴서 전압의 측정 결과 패턴과 상기 조합을 비교하여, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 개방 고장, 및 AD 교류 전동기 또는 결선의 이상을 진단한다. 한편, 상기 모든 고장 모드의 에러의 조합을 나타낸 데이터는 미리 진단 장치의 메모리에 저장되어 있다.

또한, 진단 장치(4)는 제 1 단계에 있어서, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 OFF로 한 상태에서, 콘덴서 전압 검출부(25U, 25V, 25W)에 의해 소정치 이상의 콘덴서 전압이 검출된 경우에, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)가 단락 고장이라고 진단한다.

도 19는 제 5 실시예에 있어서 하측 스위치 소자 2Y가 단락 고장인 경우 전류를 나타내는 도면이고, 도 20은 제 5 실시예에 있어서 상측 스위치 소자 2W가 단락 고장인 경우 전류를 나타내는 도면이다.

예를 들면, 도 19에 나타낸 바와 같이, 하측 스위치 소자(2Y)가 단락 고장인 경우, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 OFF로 한 상태이더라도, 상기 단락 고장인 하측 스위치 소자(2Y)에 직렬 접속된 상측 스위치 소자(2V)에 대응하는 콘덴서(241V)가 충전된다. 이 경우문에, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 OFF로 한 상태에서, 콘덴서 전압 검출부(25V)에 의해 소정치 이상의 콘덴서 전압이 검출된다. 이에 따라, 하측 스위치 소자(2Y)가 단락 고장이라고 진단할 수 있다.

또한, 진단 장치(4)는 제 1 단계에 있어서, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON으로 했을 때에, 인버터 전류 검출부(3)에 의해 소정치 이상의 단락 전류를 검출한 경우에, 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2)가 단락 고장이라고 진단한다.

예를 들면, 도 20에 나타낸 바와 같이, 상측 스위치 소자(2W)가 단락 고장인 경우, 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON으로 하면, 하측 스위치 소자(2W)를 ON로 했을 때, 콘덴서(241U, V, W)와는 별도로, 단락 전류가 흐른다. 이 단락 전류는 인버터 전류 검출부(3)이나 다른 단락 전류 검출부에 의해 검출된다. 이에 따라, 상측 스위치 소자(2W)가 단락 고장이라고 진단할 수 있다.

<제 2 단계>

다음으로, 상기의 제 1 단계 뒤에 행해지는 제 2 단계에 대하여 설명한다.

진단 장치(4)는 제 2 단계에 있어서, 각 하프 브릿지 회로(21~23) 마다 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 동시에 ON으로 하여 단락시켜서, 상기 인버터 전류 검출부(3)에 의해 전류가 검출되지 않는 경우에, 상기 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W)가 개방 고장이라고 진단한다.

도 21은 제 5 실시예에 있어서 상측 스위치 소자의 개방 고장 진단 방법을 나타내는 도면이고, 도 22는 제 5 실시예에 있어서 상측 스위치 소자의 개방 고장의 다른 진단 방법을 나타내는 도면이다.

예를 들면, 도 21에 나타낸 바와 같이, (1) 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2X)를 동시에 ON으로 하여, 하프 브릿지 회로(21)를 단락시키고, (2) 상측 스위치 소자(2V) 및 하측 스위치 소자(2Y)를 동시에 ON으로 하여, 하프 브릿지 회로(22)를 단락시키고, (3) 상측 스위치 소자(2W) 및 하측 스위치 소자(2Z)를 동시에 ON으로 하여, 하프 브릿지 회로(23)를 단락시킨다. 이 경우, 모든 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W)가 정상이면, 인버터 전류 검출부(3)이나 다른 단락 전류 검출부에 의해 단락 전류가 검출된다. 한편, 예를 들면, 상측 스위치 소자(2U)가 개방 고장인 경우에는 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2X)를 동시에 ON으로 해도 단락 전류가 검출되지 않는다. 이에 따라, 상측 스위치 소자(2U)가 개방 고장이라고 진단할 수 있다.

이와 같이 구성한 인버터(100)에 의하면, 진단 장치가, 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 ON/OFF를 제어하고, 콘덴서 전압 검출부(24U, 24V)에 의해 얻어진 전압을 이용하여, 인버터 회로의 이상, 및 교류 전동기 또는 결선의 이상을 진단하므로, 부트스트랩 회로의 콘덴서를 유효하게 활용함으로써, 복수의 고장이 동시에 발생한 경우에도, 정확하게 고장 부위와 고장 내용을 진단 가능할 수 있게 한다.

구체적으로 본 실시예에 따르면, 복수개의 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON 시켜서 얻어지는 콘덴서 전압의 측정 결과 패턴으로부터, 개방 고장인 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 특정 및 이상 결선의 특정을 수행할 수 있다.

또한, 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 OFF로 한 상태에서 얻어지는 콘덴서 전압에 의해, 단락 고장인 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 특정을 수행할 수 있다. 또한, 복수개의 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 1개씩 택일적으로 ON 하여 생기는 단락 전류의 유무에 의해, 단락 고장인 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W)의 특정을 수행할 수 있다.

또한, 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 동시에 ON 하여 생기는 단락 전류의 유무에 의해, 개방 고장인 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W)의 특정을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 제 5 실시예에 한정되는 것이 아니다.

예를 들면, 상기 제 5 실시예의 제 2 단계에 있어서, 진단 장치가, 복수의 하프 브릿지 회로 상측 스위치 소자 및 하측 스위치 소자를 턴온(ON)/턴오프(OFF)를 제어하여 교류 전동기에 전류를 흘리고, 인버터 전류 검출부로부터 얻어진 전류에 의해, 상측 스위치 소자가 개방 고장을 진단하도록 구성할 수도 있다.

예를 들면, 도 22에 나타낸 바와 같이, (1) 상측 스위치 소자(2V) 및 하측 스위치 소자(2X)를 동시에 ON으로 하여 교류 전동기(AD)에 전류를 흘리고, (2) 상측 스위치 소자(2W) 및 하측 스위치 소자(2U)를 동시에 ON으로 하여 교류 전동기(AD)에 전류를 흘리고, (3) 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2Y)를 동시에 ON으로 하여 교류 전동기(AD)에 전류를 흘린다. 이 경우, 모든 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W)가 정상이면, 인버터 전류 검출부(3)에 의해 얻어지는 전류가 정상값이 되는 한편, 예를 들면, 상측 스위치 소자(2U)가 개방 고장인 경우에는 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2Y)를 동시에 ON으로 해도 교류 전동기(AD)에 전류가 흐르지 않는다. 이에 따라, 상측 스위치 소자(2U)가 개방 고장이라고 진단할 수 있다.

또한, 상기 제 5 실시예의 제 1 단계 및 제 2 단계에 더하여, 상기 제 2 단계 뒤에, 진단 장치가, 복수의 하프 브릿지 회로 상측 스위치 소자 및 하측 스위치 소자를 ON/OFF를 제어하여 교류 전동기에 전류를 흘리고, 인버터 전류 검출부로부터 얻어진 전류에 의해, 상기 교류 전동기 또는 상기 결선의 이상을 진단하는 제 3 단계를 실시하도록 구성할 수도 있다.

이하에서는, 제 6 실시예에 따른 인버터에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

한편, 제 6 실시예에서 사용하는 부호는 상기 제 1 내지 제 4 실시예와는 다르다.

제 6 실시예에 따른 인버터(100)는 예를 들면 3상 모터 등의 3상 교류 전동기(AD)에 3상 교류 전압(R상, S상, T상)을 공급하여 구동하는 것이고, 도 23에 나타낸 바와 같이, 직류 전원 또는 컨버터 회로로부터 출력되는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환함과 아울러, 교류 전동기(AD)가 결선되는 인버터 회로(2)와, 인버터 회로(2) 및 교류 전동기(AD) 또는 결선의 이상을 진단하는 진단 장치(4)를 포함한다.

한편, 이와 같이 구성된 인버터 회로(2)에는 상기 인버터 회로(2)를 흐르는 전류를, 적어도 2상 이상의 상 전류를 상마다 검출하는 인버터 전류 검출부(3)이 설치되어 있다. 본 실시예의 인버터 전류 검출부(3)는 U상 전류를 검출하는 U상 전류 검출부(31)와, W상 전류를 검출하는 W상 전류 검출부 (32)를 포함한다. 그 밖에, 인버터 전류 검출부(3)으로서는 상기 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 부전위측 단자에 직렬 접속된 션트 저항을 포함하고, 상기 션트 저항을 흐르는 전류를 검출할 수도 있다. 이 경우, 인버터 전류 검출부(3)는 3개의 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 부전위측에 공통의 션트 저항을 접속하는 단일 션트 방식을 이용할 수도 있고, 3개의 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z) 각각에 션트 저항을 접속하는 3 션트 방식을 이용할 수도 있다.

진단 장치(4)는 상기 인버터 회로(2) 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 ON/ OFF 제어하여, 인버터 회로(2)의 이상을 진단하는 것이다.

구체적으로 진단 장치(4)는 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를, 교류 전동기(3상 모터)(AD)가 정회전하는 패턴으로 ON/OFF 제어하여, 상기 인버터 전류 검출부로부터 얻어진 전류에 의해, 각 하프 브릿지 회로(21~23)에 있어서의 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 개방 고장을 진단한다.

여기서, 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)의 개방 진단에 있어서, 교류 전동기(3상 모터)(AD)가 정회전하는 ON/OFF 패턴은 도 24에 나타낸 바와 같이, 이하의 (1)~(6)이다.

(1) 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2Y)를 ON으로 하고, 그 밖의 스위치 소자(2V, 2W, 2X, 2Z)를 OFF로 한다.

이 경우, 인버터 회로(2) 및 교류 전동기(AD)에는 U상 전류 및 V상 전류가 흐른다. 그리고, U상 전류가 U상 전류 검출부(31)에 의해 검출된다.

(2) 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2Z)를 ON으로 하고, 그 밖의 스위치 소자(2V, 2W, 2X, 2Y)를 OFF로 한다.

이 경우, 인버터 회로(2) 및 교류 전동기(AD)에는 U상 전류 및 W상 전류가 흐른다. 그리고, U상 전류가 U상 전류 검출부(31)에 의해 검출되고, W상 전류가 W상 전류 검출부(32)에 의해 검출된다.

(3) 상측 스위치 소자(2V) 및 하측 스위치 소자(2Z)를 ON으로 하고, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2W, 2X, 2Y)를 OFF로 한다.

이 경우, 인버터 회로(2) 및 교류 전동기(AD)에는 V상 전류 및 W상 전류가 흐른다. 그리고, W상 전류가 W상 전류 검출부(32)에 의해 검출된다.

(4) 상측 스위치 소자(2V) 및 하측 스위치 소자(2X)를 ON으로 하고, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2W, 2Y, 2Z)를 OFF로 한다.

(5) 상측 스위치 소자(2W) 및 하측 스위치 소자(2X)를 ON으로 하고, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2V, 2Y, 2Z)를 OFF로 한다.

(6) 상측 스위치 소자(2W) 및 하측 스위치 소자(2Y)를 ON으로 하고, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2V, 2X, 2Z)를 OFF로 한다.

이상의 (1)~(6)의 ON/OFF 제어를 차례로 수행하고, 각 상태에 있어서의 상 전류를 검출함으로써, 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z) 중에서, 개방 고장인 스위치 소자를 특정할 수 있다.

예를 들면, 상측 스위치 소자(2U)가 개방 고장인 경우에는 상기 (1) 및 (2)에 있어서 U상 전류 검출부(31)에 의해 얻어지는 전류가 제로가 되고, 그 밖의 (3)~(6)에서는, 통상의 전류가 검출되게 된다.

상기 (1)~(6)의 ON/OFF 제어를 차례로 수행함으로써, 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)의 개방 진단을, 교류 전동기(AD)를 역회전 시키지 않고, 교류 전동기(AD)를 정회전 방향으로, 최대 회전수가 극수분의 1회 회전시키는 것만으로 실시할 수 있다.

이와 같이 구성한 인버터(100)에 의하면, 진단 장치(4)가, 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를, 교류 전동기(AD)가 정회전하는 패턴으로 ON/OFF 제어하여, 인버터 회로(2)의 이상을 진단하므로, 교류 전동기(AD)에 손상을 주지 않고, 통상 운전에 이용되는 전류 검출부(3)를 이용하여 인버터 회로(2)의 이상을 진단할 수 있다. 이 경우, 교류 전동기(AD)를 정회전 시키는 전류를 흘리고 있으므로, 인버터 회로(2)에 통상 설치되어 있는 전류 검출부의 정밀도에서도 오검출하지 않는 레벨의 전류를 흘릴 수 있어 진단 오류를 막을 수 있다.

또한, 상기(1)~(6)의 ON/OFF 패턴에 의해, 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)의 개방 진단을, 교류 전동기(AD)를 역회전 시키지 않고, 교류 전동기(AD)를 정회전 방향으로 극수분의 1회 회전시키는 것만으로 실시할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 제 6 실시예에 한정되는 것이 아니다.

예를 들면, 상기 인버터 전류 검출부는, U상 전류 검출부 및 W상 전류 검출부 외에, V상 전류를 검출하는 V상 전류 검출부를 포함할 수도 있다.

또한, 각 스위치 소자의 ON/OFF 패턴은 교류 전동기가 정회전하는 것이면, 상기 실시예에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제 6 실시예의 진단 장치는 인버터 회로의 스위치 소자의 개방 고장을 다른 방법에 의해 진단 가능하면, 교류 전동기의 개방 고장 또는 인버터 회로 및 교류 전동기 사이의 결선의 개방 고장을 상기 실시예의 방법을 이용하여 진단하도록 구성할 수도 있다.

이하에서는, 제 7 실시예에 따른 인버터를 이용한 교류 전동기 구동 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 25는 제 7 실시예에 따른 인버터 장치의 구성을 나타내는 모식도이고, 도 26은 제 7 실시예에 따른 각 스위치 소자의 제어 패턴을 나타내는 도면이며, 도 27은 제 7 실시예에 따른 단락 진단 펄스 및 개방 진단 PWM 타이밍 오리콘 차트를 나타내는 도면이다.

한편, 제 7 실시예에서 사용하는 부호는 상기 제 1~ 제 4 실시예와는 다르다.

제 7 실시예에 따른 인버터(100)는 예를 들면 3상 모터 등의 3상 교류 전동기(AD)에 3상 교류 전압(R상, S상, T상)을 공급하여 구동하는 것이고, 도 25에 나타낸 바와 같이, 직류 전원 또는 컨버터 회로로부터 출력되는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환함과 아울러, 교류 전동기(AD)가 결선되는 인버터 회로(2)와, 인버터 회로(2) 및 교류 전동기(AD) 또는 결선의 이상을 진단하는 진단 장치(4)를 포함한다.

한편, 이와 같이 구성된 인버터 회로(2)에는 상기 인버터 회로(2)를 흐르는 전류를, 적어도 2상 이상의 상 전류를 상마다 검출하는 인버터 전류 검출부(3)이 설치되어 있다. 본 실시예의 인버터 전류 검출부(3)는 U상 전류를 검출하는 U상 전류 검출부(31)와, W상 전류를 검출하는 W상 전류 검출부(32)를 포함한다. 그 외, 인버터 전류 검출부(3)으로서는 상기 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 부전위측 단자에 직렬 접속된 션트 저항을 포함하고, 상기 션트 저항을 흐르는 전류를 검출할 수도 있다. 이 경우, 인버터 전류 검출부(3)는 3개의 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 부전위측에 공통의 션트 저항을 접속하는 단일 션트 방식을 이용할 수 있고, 3개의 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z) 각각에 션트 저항을 접속하는 3 션트 방식을 이용할 수 있다.

진단 장치(4)는 상기 인버터 회로(2) 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 ON/OFF 제어하여, 인버터 회로(2)의 이상 및 교류 전동기(AD) 또는 결선의 이상을 진단하는 것이다.

구체적으로 진단 장치(4)는 상기 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 ON/OFF 제어하여, 인버터 전류 검출부(3)에 의해 얻어진 전류로부터 교류 전동기(AD) 또는 결선의 단락 고장을 진단하는 제 1 단계와, 상기 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 소정의 ON/OFF 패턴으로 제어하여, 인버터 전류 검출부(3)에 의해 얻어진 전류의 측정 결과 패턴으로부터, 각 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)의 개방 고장을 진단하는 제 2 단계를 실시한다.

이하, 각 단계에 있어서의 진단 방법에 대하여 설명한다.

진단 장치(4)는 제 1 단계에 있어서, 상기 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 ON/OFF 제어하여, 교류 전동기(AD)에 단펄스 전압을 출력한다.

여기서, 교류 전동기(AD)에 출력하는 단펄스 전압의 펄스폭은 교류 전동기(AD) 또는 결선이 단락 고장 나지 않은 경우에는 인버터 전류 검출부(3)에 의해 얻어지는 전류가 소정치 이상의 단락 전류가 되지 않아, 인버터 회로(2)에 설치된 과전류 보호부가 가동되지 않고, 교류 전동기(AD) 또는 결선이 단락 고장인 경우에는 인버터 전류 검출부(3)에 의해 얻어지는 전류가 소정치 이상의 단락 전류가 되어, 상기 과전류 보호부가 가동하는 폭으로 설정되어 있다.

구체적으로 진단 장치(4)는 도 26 및 도 27에 나타낸 바와 같이, 제 1 단계에 있어서, 이하의 (2-1)~(2-6)와 같이, 각 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)를 ON/OFF 제어하여, AD에 단펄스 전압을 출력한다.

(1-1) 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2Y)를 ON 하여 교류 전동기(AD)에 단펄스 출력하고, 그 밖의 스위치 소자(2V, 2W, 2X, 2Z)를 OFF로 한다. 이 경우, 인버터 회로(2) 및 교류 전동기(AD)에는 U상 전류 및 V상 전류가 흐른다. 그리고, U상 전류가 U상 전류 검출부(31)에 의해 검출된다.

(1-2) 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2Z)를 ON 하여 교류 전동기(AD)에 단펄스 출력하고, 그 밖의 스위치 소자(2V, 2W, 2X, 2Y)를 OFF로 한다.

이 경우, 인버터 회로(2) 및 교류 전동기(AD)에는 U상 전류 및 W상 전류가 흐른다. 그리고, U상 전류가 U상 전류 검출부(31)에 의해 검출되어 W상 전류가 W상 전류 검출부(32)에 의해 검출된다.

(1-3) 상측 스위치 소자(2V) 및 하측 스위치 소자(2Z)를 ON 하여 교류 전동기(AD)에 단펄스 출력하고, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2W, 2X, 2Y)를 OFF로 한다.

(1-4) 상측 스위치 소자(2V) 및 하측 스위치 소자(2X)를 ON 하여 교류 전동기(AD)에 단펄스 출력하고, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2W, 2Y, 2Z)를 OFF로 한다.

(1-5) 상측 스위치 소자(2W) 및 하측 스위치 소자(2X)를 ON 하여 교류 전동기(AD)에 단펄스 출력하고, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2V, 2Y, 2Z)를 OFF로 한다.

(1-6) 상측 스위치 소자(2W) 및 하측 스위치 소자(2Y)를 ON 하여 교류 전동기(AD)에 단펄스 출력하고, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2V, 2X, 2Z)를 OFF로 한다.

이상의 (1-1)~(1-6)의 단펄스 출력을 차례로 수행하고, 각 상태에 있어서의 상 전류를 검출함으로써, 교류 전동기(AD) 또는 결선에 있어서 단락 고장인 상을 특정할 수 있다.

예를 들면, 교류 전동기(AD) 또는 결선의 U상이 단락 고장인 경우에는 상기 (1-1), (1-2), (1-4) 및(1-5)에 있어서 U상 전류 검출부(31)에 의해 얻어지는 전류가 단락 전류가 되고, 그 밖의 (1-3), (1-6)에서는, 통상의 전류가 검출되게 된다.

한편, 진단 장치(4)는 제 2 단계에 있어서, 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를, 교류 전동기(3상 모터)(AD)가 정회전하는 패턴으로 ON/OFF 제어하여, 상기 인버터 전류 검출부로부터 얻어진 전류에 의해, 각 하프 브릿지 회로(21~23)에 있어서의 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)의 개방 고장을 진단한다.

여기서, 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)의 개방 진단에 있어서, 교류 전동기(3상 모터)(AD)가 정회전하는 ON/OFF 패턴은 도 26 및 도 27에 나타낸 바와 같이, 에 나타낸 바와 같이, 이하의 (2-1)~(2-6)이다.

(2-1) 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2Y)를 PWM 제어에 의해 ON/OFF 하여, 그 밖의 스위치 소자(2V, 2W, 2X, 2Z)를 OFF로 한다.

(2-2) 상측 스위치 소자(2U) 및 하측 스위치 소자(2Z)를 PWM 제어에 의해 ON/OFF 하여, 그 밖의 스위치 소자(2V), 2 W, 2 X, 2 Y를 OFF로 한다.

(2-3) 상측 스위치 소자(2V) 및 하측 스위치 소자(2Z)를 PWM 제어에 의해 ON/OFF 하여, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2W, 2X, 2Y)를 OFF로 한다.

(2-4) 상측 스위치 소자(2V) 및 하측 스위치 소자(2X)를 PWM 제어에 의해 ON/OFF 하여, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2W, 2Y, 2Z)를 OFF로 한다.

(2-5) 상측 스위치 소자(2W) 및 하측 스위치 소자(2X)를 PWM 제어에 의해 ON/OFF 하여, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2V, 2Y, 2Z)를 OFF로 한다.

(2-6) 상측 스위치 소자(2W) 및 하측 스위치 소자(2Y)를 PWM 제어에 의해 ON/OFF 하여, 그 밖의 스위치 소자(2U, 2V, 2X, 2Z)를 OFF로 한다.

이상의 (2-1)~(2-6)의 ON/OFF 제어를 차례로 수행하고, 각 상태에 있어서의 상 전류를 검출함으로써, 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z) 중에서, 개방 고장인 스위치 소자를 특정할 수 있다.

예를 들면, 상측 스위치 소자(2U)가 개방 고장인 경우에는 상기 (2-1) 및 (2-2)에 있어서 U상 전류 검출부(31)에 의해 얻어지는 전류가 제로가 되고, 그 밖의 (2-3)~(2-6)에서는 통상의 전류가 검출되게 된다.

상기 (2-1)~(2-6)의 ON/OFF 제어를 차례로 수행함으로써, 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)의 개방 진단을, 교류 전동기(AD)를 역회전 시키지 않고, 교류 전동기(AD)를 정회전 방향으로, 최대 회전수가 극수분의 1회 회전시키는 것만으로 수행할 수 있다.

그러나 본 실시예의 진단 장치(4)는 도 27에 나타낸 바와 같이, 제 2 단계의 각 상 사이(UV상 사이, UW상 사이, VW상 사이)에 전류를 흘리기 전에, 상기 상 사이에 제 1 단계의 단펄스 전압의 출력을 수행한다. 즉 진단 장치(4)는 각 상 사이 마다, 제 1 단계의 단펄스 전압의 출력과 제 2 단계의 스위치 소자의 PWM 제어에 의한 통전을 이 순서로 수행한다.

구체적으로 진단 장치(4)는 제 2 단계의 (2-1)의 전에 제 1 단계 (1-1)를 수행하고, 제 2 단계의 (2-2)의 전에 제 1 단계의 (1-2)를 수행하고, 제 2 단계의 (2-3)의 전에 제 1 단계의 (1-3)을 수행하고, 제 2 단계의 (2-4)의 전에 제 1 단계의 (1-4)를 수행하고, 제 2 단계의 (2-5)의 전에 제 1 단계의 (1-5)을 실시하고, 제 2 단계의 (2-6)의 전에 제 1 단계의 (1-6)을 수행한다.

이와 같이 구성한 인버터(100)에 의하면, 진단 장치(4)가, 교류 전동기(AD)에 단펄스 전압을 출력하여 얻어진 전류로부터 교류 전동기 또는 결선의 단락 고장을 진단하므로, 인버터 회로(2)에 손상을 주지 않고, 통상 운전에 이용되는 인버터 전류 검출부(3)를 이용하여 부하측(교류 전동기(AD) 또는 결선)의 단락 고장을 진단할 수 있다.

이 경우, 단펄스 전압의 펄스폭이, 교류 전동기(AD) 또는 결선이 단락 고장인 경우에만 인버터 전류 검출부(3)에 의해 얻어지는 전류가 소정치 이상의 단락 전류가 되도록 설정되어 있으므로, 인버터 회로(2)에 설치된 과전류 보호부를 이용하여 교류 전동기(AD) 또는 결선의 단락 고장을 진단할 수 있다.

또한, 진단 장치(4)가, 상측 스위치 소자(2U, 2V, 2W) 및 하측 스위치 소자(2X, 2Y, 2Z)를 소정의 ON/OFF 패턴으로 제어하여 얻어진 전류의 측정 결과 패턴으로부터, 각 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)의 개방 고장을 진단하므로, 인버터 회로(2)에 손상을 주지 않고, 통상 운전에 이용되는 인버터 전류 검출부(3)를 이용하여 인버터 회로(2)의 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)의 개방 고장을 진단할 수 있다.

이 경우, 교류 전동기(AD)를 정회전 시키는 전류를 흘리고 있으므로, 인버터 회로(2)에 통상 설치되어 있는 전류 검출부의 정밀도에서도 오검출하지 않는 레벨의 전류를 흘릴 수 있어 진단 오류를 막을 수 있다. 또한, 상기 (2-1)~(2-6)의 ON/OFF 패턴에 의해, 스위치 소자(2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z)의 개방 진단을, 교류 전동기(AD)를 역회전 시키지 않고, 교류 전동기(AD)를 정회전 방향으로 극수분의 1회 회전시키는 것만으로 실시할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 제 7 실시예에 한정되는 것이 아니다.

또한, 제 2 단계에 있어서의 각 스위치 소자의 ON/OFF 패턴은 교류 전동기가 정회전하는 것이면, 상기 실시예에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제 7 실시예의 진단 장치는 인버터 회로의 스위치 소자의 개방 고장을 다른 방법에 의해 진단 가능하면, 제 2 단계에 있어서, 교류 전동기의 개방 고장, 인버터 회로와 교류 전동기 사이의 결선의 개방 고장, 상기 전류 검출부의 고장을 상기 제 7 실시예의 방법을 이용하여 진단하도록 구성할 수도 있다.

이하에서는, 제 8 실시예에 따른 교류 전동기 구동 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 28은 제 8 실시예에 따른 교류 전동기 구동 장치의 구성을 나타내는 모식도이고, 도 29는 제 8 실시예에 따른 진단 장치의 진단 과정을 나타내는 도면이다.

한편, 제 8 실시예에서 사용하는 부호는 상기 제 1 내지 제 7 실시예와는 다르다.

제 8 실시예에 따른 교류 전동기 구동 장치(100)는 예를 들면 3상 모터 등의 3상 교류 전동기(AD)에 3상 교류 전압(R상, S상, T상)을 공급하여 구동하는 것이고, 도 28에 나타낸 바와 같이, 3상 교류 전원(200)으로부터의 3상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터 회로(2)와, 컨버터 회로(2)가 출력하는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환함과 아울러, 교류 전동기(AD)가 결선되는 인버터 회로(3)와, 컨버터 회로(2), 인버터 회로(3) 및 교류 전동기(AD) 또는 결선의 이상을 진단하는 진단 장치(6)를 포함한다.

컨버터 회로(2)는 3상 교류 전압을 정류하는 정류부(21)와, 상기 정류부(21)에 의해 정류된 직류 전압을 평활하는 평활부(22)를 포함한다. 상기 정류부(21)는 3상 풀 브릿지 다이오드 회로이다. 또한, 상기 평활부(22)는 정류부(21)의 출력측인 직류 단자 사이에 접속된 평활 코일 콘덴서다. 본 실시예에서는, 직류 단자 사이에, 직접 접속된 2개의 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 설치하고 있다. 한편, 부호 23a, 23b는 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 전하를 방전시키기 위한 방전용 저항이다.

또한, 컨버터 회로(2)에는 상기 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에의 돌입 전류를 방지하는 돌입 전류 방지부(4)와, 교류 전압을 공급하는 경로를 돌입 전류 방지부(4)를 통한 경로와는 다른 경로로 하는 전환부(5)를 포함한다.

돌입 전류 방지부(4)는 유입 릴레이(41) 및 저항(42)을 포함하는 것이고, 본 실시예에서는 일단이 3상 교류 전원(200)의 중성 상(N상)에 접속되고, 타단이 2개의 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 접속점에 접속되어 있다. 또한, 유입 릴레이(41)는 예를 들면 전자 릴레이 등의 기계식 스위치이다. 이 돌입 전류 방지부(4)에 의해, 유입 릴레이(41)를 ON 함으로써, R상의 교류 전압이 정류부(21)에 의해 직류 전압에 정류되어 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 인가되어, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)가 충전된다.

전환부(5)는 컨버터 회로(2)에 있어서의 정류부(21)의 입력측과 3상 교류 전원(200) 사이에 설치되고, 3상 교류 전압을 컨버터 회로(2)에 입력하기 위한 메인 릴레이(5a, 5b)이다. 구체적으로 메인 릴레이는 3상 중 S상에 있어서의 정류부(21)의 입력측과 T상에 있어서의 정류부(21)의 입력측에 설치된 예를 들면 전자 릴레이 등의 기계식 스위치(5a, 5b)이다. 이 메인 릴레이(5a, 5b)를 ON/OFF 제어함으로써, 3상 교류 전동기(AD)에 3상 교류 전압을 공급할 수 있다.

한편, 이와 같이 구성된 컨버터 회로(2)에는 상기 컨버터 회로(2)에 입력되는 3상 교류 전압을 각 상마다 검출하는 교류 전압 검출부(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 또한, 컨버터 회로(2)에는 평활부(22)에 걸리는 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출부(도시하지 않음)이 설치되어 있다.

인버터 회로(3)는 직렬 접속된 상측 스위치 소자(3a) 및 하측 스위치 소자(3b)로 이루어지는 하프 브릿지 회로(직렬 회로부)(31~33)를 3개 포함한다. 한편, 각 스위치 소자(3a, 3b)는 예를 들면 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)이다.

한편, 이와 같이 구성된 인버터 회로(3)에는 상기 인버터 회로(3)를 흐르는 전류를 각 상마다 검출하는 인버터 전류 검출부(도시하지 않음)이 설치되어 있다.

그러나, 본 실시예의 진단 장치(6)는 도 29에 나타낸 바와 같이, 컨버터 회로(2)의 이상을 진단하는 제 1 단계와, 인버터 회로(3)의 스위치 소자(3a, 3b)의 단락 고장을 진단하는 제 2 단계와, 인버터 회로(3)의 스위치 소자(3a, 3b)의 개방 고장, 및 상기 교류 전동기(AD) 또는 상기 결선의 이상을 진단하는 제 3 단계를, 이 순서로 실시한다.

이하에서는, 진단 장치(6)에 의한 각 부의 제어 내용과 함께, 각 단계에 있어서의 진단 내용을 도 29를 참조하여 상세히 설명한다.

<제 1 단계>

진단 장치(6)는 제 1 단계에 있어서, 돌입 전류 방지부(4) 및 전환부(5)를 제어하여 경로를 전환함으로써, 컨버터 회로(2)의 이상을 진단한다.

진단 장치(6)는 먼저, 전환부(5) 및 돌입 전류 방지부(4)를 제어하기 전에, 즉 메인 릴레이(5a, 5b)를 OFF 및 유입 릴레이(41)를 OFF로 한 상태에서, 상기 교류 전압 검출부에 의해 얻어지는 교류 전압에 의해, 컨버터 회로(2)에 입력되는 교류 전압이 정상인지의 여부를 판단한다.

그리고, 진단 장치(6)는 컨버터 회로(2)에 입력되는 교류 전압이 정상이라고 판단한 경우에, 돌입 전류 방지부(4)를 ON 및 전환부(5)를 OFF로 제어하여, 상기 직류 전압 검출부로부터 얻어지는 직류 전압에 기초하여, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 소정의 제 1 직류 전압까지 충전시킨다.

그리고, 진단 장치(6)는 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)에 충전된 직류 전압이 상기 제 1 직류 전압에 도달한 것을 확인한 후, 돌입 전류 방지부(4)를 OFF 및 전환부(5)를 ON으로 제어하여, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)를 상기 제 1 직류 전압으로부터 더 충전시킨다.

이 경우, 진단 장치(6)는 상기 직류 전압 검출부로부터 얻어지는 직류 전압에 기초하여, 평활부(22)에 충전된 직류 전압이 소정의 제 2 직류 전압이 되는 것을 확인한다. 이들 일련의 동작에 의해, 평활부(22)에 충전된 직류 전압이 제 1 직류 전압 또는 제 2 직류 전압이 되지 않는 경우에는 컨버터 회로(2)에 이상이 있다고 판단한다. 구체적으로는 상기 교류 전압 검출부에 의해 얻어진 교류 전압의 파형, 상기 직류 전압 검출부에 의해 얻어진 직류 전압으로부터, 컨버터 회로(2)의 각 부의 이상을 진단한다.

이 제 1 단계에 있어서, 진단 장치(6)는 정류 회로(21)의 브릿지 다이오드의 파손, 메인 릴레이(5a, 5b) 또는 유입 릴레이(41)의 파손, 컨버터 회로(2) 및 교류 전원(200) 사이에 설치된 퓨즈의 파손, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 이상, 정류부(21) 및 평활 코일 콘덴서(22a, 22b) 사이에 리액터가 설치되어 있는 경우에는 리액터의 개방, 교류 전압 검출부의 이상, 직류 전압 검출부의 이상 등을 진단할 수 있다.

<제 2 단계>

진단 장치(6)는 제 2 단계에 있어서, 복수의 하프 브릿지 회로(31~33) 마다, 2개의 스위치 소자(3a, 3b)의 한쪽을 ON 시켜서 인버터 회로(3)에 소정치 이상의 단락 전류가 흐른 경우에, 2개의 스위치 소자(3a, 3b)의 다른 쪽이 단락 고장이라고 진단한다.

구체적으로, 진단 장치(6)는 R상의 하프 브릿지 회로(31)의 상측 스위치 소자(3a) 및 하측 스위치 소자(3b)의 한쪽만을 ON 시켰을 때에, 인버터 전류 검출 회로로부터 얻어진 직류 전류가 소정치 이상인 경우에는 상측 스위치 소자(3a) 및 하측 스위치 소자(3b)의 다른 쪽이 단락 고장이라고 진단한다. 또한, S상의 하프 브릿지 회로(32) 및 T상의 하프 브릿지 회로(33)에 대해서도, 마찬가지로 하여, 스위치 소자(3a, 3b)의 단락 고장을 진단한다.

<제 3 단계>

진단 장치(6)는 제 3 단계에 있어서, 인버터 회로(3)의 스위치 소자(3a, 3b)를 ON/OFF를 제어하여 교류 전동기(AD)에 교류 전류를 흘리고, 교류 전동기(AD)에 걸리는 3상 교류 전압 또는 교류 전동기(AD)에 흐르는 3상 교류 전류에 의해, 스위치 소자(3a, 3b)의 개방 고장, 및 상기 교류 전동기(AD) 또는 상기 결선의 이상을 진단한다. 한편, 교류 전동기(AD)에 걸리는 3상 교류 전압은 인버터 회로(3)의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부(도시하지 않음)에 의해 얻어진 것이다. 또한, 교류 전동기(AD)에 흐르는 3상 교류 전류는 상기 인버터 전류 검출부에 의해 얻어진 것이다.

구체적으로 진단 장치(6)는 교류 전동기(AD)에 걸리는 3상 교류 전압 또는 각 상의 전압이 소정치 미만 또는 교류 전동기(AD)에 흐르는 3상 교류 전류가 소정치 미만인 경우에, 인버터 회로(3)의 스위치 소자(3a, 3b)가 개방 고장이고, 인버터 전류 검출부가 이상이고, 교류 전동기(AD)의 내부 코일이 개방·단락 고장이고, 결선이 개방·단락 고장이라는 것을 진단한다.

또한, 진단 장치(6)는 상기 제 1 단계 내지 상기 제 3 단계를 실시하여, 컨버터 회로(2), 인버터 회로(3), 교류 전동기(AD) 및 결선이 정상인 것을 확인한 후에, 인버터 회로(3) 및 교류 전동기(AD)에 전류를 흘리고, 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 직류 전압의 시간적 변화로부터, 전환부(5)의 이상을 진단하는 제 4 단계를 실시한다.

구체적으로 진단 장치(6)는 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 전하를 인버터 회로(3) 및 교류 전동기(AD)에 흘리는 강제 방전을 수행하고, 상기 직류 전압 검출부에 의해 얻어지는 상기 방전에 의한 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 직류 전압의 시간적 변화로부터, 전환부(5)의 이상을 진단한다. 한편, 전환부(5)이 단락 고장인 경우에는 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 직류 전압의 시간적 변화가, 전환부(5)이 정상인 경우에 비해 완만하게 되어, 전환부(5)이 단락 고장이라고 진단할 수 있다.

또한, 정류부(21) 및 평활 코일 콘덴서(22a, 22b) 사이에 리액터가 설치되어 있는 경우에는 진단 장치(6)는 평활 코일 콘덴서(22a, 22b)의 직류 전압을 전압 강하시킨 후에, 상기 전환부(5)를 ON 하여, 상기 리액터에 통전시킨다. 그리고, 전압 강하 후에 상기 직류 전압 검출부에 의해 얻어진 직류 전압과, 상기 리액터에 통전했을 때에 상기 직류 전압 검출부에 의해 얻어진 직류 전압을 비교하여, 리액터의 단선을 진단한다.

이상의 제 1 내지 제 3 단계에 있어서, 진단 장치(6)는 어느 하나의 단계에 있어서, 이상을 진단한 경우에는 다음 단계로 이행하지 않고, 고장 진단 모드를 종료한다.

이와 같이 구성한 인버터(100)에 의하면, 진단 장치(6)가 컨버터 회로(2)의 이상을 진단하는 제 1 단계와, 인버터 회로(3)의 스위치 소자(3a, 3b)의 단락 고장을 진단하는 제 2 단계와, 인버터 회로(3)의 스위치 소자(3a, 3b)의 개방 고장, 및 상기 교류 전동기(AD) 또는 상기 결선의 이상을 진단하는 제 3 단계를, 이 순서로 실시하므로, 각 부에 손상을 주지 않고, 정확하게 고장 진단 부위를 특정할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 제 8 실시예에 한정되는 것이 아니다.

예를 들면, 상기 제 8 실시예에서는, 교류 전압 검출부를 설치한 구성이었지만, 상기 진단 장치(6)가, 상기 정류부(21)에 의해 정류된 직류 전압의 전압 파형으로부터, 교류 전압을 추측하도록 구성할 수도 있다.

또한, 교류 전압 검출부 대신에, 교류 전압의 위상을 검출하는 위상 검출부를 포함하고, 상기 진단 장치(6)가, 상기 위상 검출부에 의해 얻어진 교류 전압의 위상과, 상기 직류 전압 검출부에 의해 얻어진 직류 전압으로부터, 교류 전압을 추측하도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 제 1 내지 제 8 실시예의 각 구성은 서로 조합될 수도 있다.

예를 들면, 상기 제 1 실시예의 리액터(코일)의 이상 진단에 있어서, 상기 제 3 실시예의 진단 장치의 진단 기능이 이용될 수 있다. 또한, 상기 제 8 실시예의 제 1 단계의 컨버터 회로의 이상 진단에 있어서, 상기 제 1, 제 2 실시예에 있어서의 진단 장치의 진단 기능이 이용될 수 있다. 또한, 상기 제 8 실시예의 제 3 단계에 있어서, 제 3 내지 제 7 실시예의 진단 장치의 진단 기능이 이용될 수도 있다.

개시된 실시예에 따른 컨버터, 인버터, 및 교류 전동기 구동 장치는 공기조화기와 냉장고의 압축기 등에 적용되는 것이 가능하다 할 것이다. 보다 상세히 설명하면, 개시된 실시예에 따른 컨버터, 인버터, 및 교류 전동기 구동 장치는 공기조화기의 압축기 또는 냉장고의 압축기에 이용되는 모터 등의 부하에 전력을 공급하기 위해서 적용될 수 있는 것이다. 이때, 컨버터가 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환(정류)하여 그 직류 전압을 평활화한 후에, 인버터가 부하를 제어하는데 적합한 교류 전압으로 변환할 수 있다. 이로 인해, 개시된 컨버터, 인버터, 및 교류 전동기 구동 장치가 적용된 공기조화기 및 냉장고는 직류 전압이 인가되는 부분(DC링크)에서의 과전압 또는 과전류의 발생을 미연에 방지할 수 있다.

Claims

교류 전압을 정류하는 정류부와 상기 정류부에 의해 정류된 직류 전압을 평활화하는 평활부를 포함하는 컨버터 회로;

상기 컨버터 회로의 이상을 진단하는 진단 장치;

상기 평활부에 유입되는 돌입 전류를 방지하는 돌입 전류 방지부; 및

상기 돌입 전류 방지부의 전압 공급 경로와 다른 경로로 상기 교류 전압을 상기 컨버터 회로에 공급하는 전환부를 포함하되,

상기 진단 장치는 상기 돌입 전류 방지부 및 상기 전환부를 제어하여 상기 컨버터 회로의 이상 부위를 판단하는 컨버터.
제 1 항에 있어서,

상기 교류 전압을 검출하는 교류 전압 검출부; 및

상기 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출부를 더 포함하되,

상기 진단 장치는 상기 교류 전압 또는 상기 직류 전압에 기초하여 상기 컨버터 회로의 이상 부위를 판단하는 컨버터.
제 2항에 있어서,

상기 진단 장치는 상기 돌입 전류 방지부를 턴오프하고, 상기 전환부를 턴오프하고, 상기 직류 전압에 기초하여 상기 직류 전압 검출부의 이상 여부를 판단하는 컨버터.
제 2 항에 있어서,

상기 진단 장치는 상기 돌입 전류 방지부를 턴온하고, 상기 전환부를 턴오프하고, 상기 직류 전압 및 상기 교류 전압에 기초하여 상기 상기 컨버터 회로의 이상 부위를 판단하는 컨버터.
제 2 항에 있어서,

상기 진단 장치는 상기 돌입 전류 방지부를 턴오프하고, 상기 전환부를 턴온하여 상기 컨버터 회로의 이상 부위를 판단하는 컨버터.
제 2 항에 있어서,

상기 진단 장치는 상기 돌입 전류 방지부 및 상기 전환부를 제어하여 미리 설정된 시간 동안 상기 평활부를 방전시키고, 직류 전압 검출부가 검출한 직류 전압이 미리 설정된 기준값 미만이 되는지 여부에 따라 상기 평활부의 이상 여부를 진단하는 컨버터.
제 2 항에 있어서,

상기 컨버터 회로는 상기 정류부 및 상기 평활부 사이에 설치된 리액터를 더 포함하고,

상기 진단 장치는 상기 평활부에 충전된 직류 전압을 전압 강하시키고, 상기 직류 전압 검출부가 검출한 전압 강하 이전의 직류 전압과, 전압 강하 이후의 직류 전압과, 상기 전환부를 턴온하여 상기 리액터를 통전시킨 이후의 직류 전압을 비교하여, 상기 리액터의 이상 여부를 진단하는 컨버터.
제 1 항에 있어서,

상기 컨버터 회로는,

상기 교류 전압의 위상을 검출하는 교류 전압 위상 검출부,

상기 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출부를 더 포함하되,

상기 진단 장치는 상기 교류 전압 위상 검출부가 검출한 교류 전압의 출력 패턴 및 상기 직류 전압 검출부가 검출한 직류 전압에 기초하여, 상기 컨버터 회로의 이상 부위를 판단하는 컨버터.
제 1 항에 있어서,

교류 전압을 입력하는 전원 입력부;

상기 전원 입력부 및 상기 평활부의 사이에 설치된 코일;

상기 전원 입력부에 의해 입력된 교류 전압을 측정하는 교류 전압 검출부; 및

상기 평활부에 의해 평활화된 직류 전압을 측정하는 직류 전압 검출부를 더 포함하되,

상기 진단 장치는 상기 전원 입력부 및 상기 돌입 전류 방지부를 제어하고, 상기 교류 전압 검출부가 검출한 교류 전압 또는 상기 직류 전압 검출부가 검출한 직류 전압을 이용하여, 상기 코일의 정상, 단락 또는 단선을 진단하는 컨버터.
상측의 복수개의 스위치 소자와, 각 스위치 소자에 직렬 접속된 하측의 복수개의 스위치 소자를 포함하는 인버터 출력부;

상기 상측의 각 스위치 소자와 상기 하측의 각 스위치 소자의 접속점에 접속되고, 외부 부하가 접속되는 복수개의 단자; 및

상기 하측의 복수개의 스위치 소자가 턴오프 상태이고, 상기 상측의 어느 한 스위치 소자가 턴온 상태인 경우, 상기 각 단자의 전압에 기초하여, 상기 인버터 출력부 또는 상기 외부 부하의 단선 여부를 판단하는 단선 판정부를 포함하는 인버터.
직렬 접속된 상측 스위치 소자 및 하측 스위치 소자를 포함하고, 교류 전동기에 결선되는 인버터 회로; 및

상기 상측 스위치 소자 및 상기 하측 스위치 소자의 턴온 및 턴오프를 제어하여, 상기 인버터 회로의 이상 여부를 진단하는 진단 장치를 포함하는 인버터.
제 11 항에 있어서,

상기 하측 스위치 소자가 턴온됨으로써 충전되고, 상기 상측 스위치 소자를 구동하는 부트스트랩 회로; 및

상기 부트스트랩 회로의 콘덴서에 충전된 전압을 검출하는 콘덴서 전압 검출부를 더 포함하되,

상기 진단 장치는 상기 콘덴서 전압 검출부가 검출한 전압을 이용하여, 상기 인버터 회로의 이상, 상기 교류 전동기의 이상, 또는 상기 결선의 이상 여부를 진단하는 인버터.
제 11 항에 있어서,

상기 인버터 회로를 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하되,

상기 진단 장치는 상기 상측 스위치 소자 및 상기 하측 스위치 소자를 턴온 또는 턴오프하여, 상기 전류 검출부에 의해 얻어진 전류로부터 상기 교류 전동기 또는 상기 결선의 단락 고장을 진단하고, 상기 전류 검출부가 검출한 전류의 측정 결과 패턴으로부터, 상기 각 스위치 소자의 개방 고장을 진단하는 인버터.
교류 전원이 출력한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터 회로;

상기 컨버터 회로가 출력하는 직류 전압을 스위칭 소자에 의해 교류 전압으로 변환하고, 교류 전동기와 결선되는 인버터 회로; 및

상기 컨버터 회로, 상기 인버터 회로, 상기 교류 전동기, 또는 상기 결선의 이상을 진단하는 진단 장치를 포함하고,

상기 진단 장치는 상기 컨버터 회로의 이상을 진단하고, 상기 인버터 회로의 스위칭 소자의 단락 고장을 진단하고, 상기 인버터 회로의 스위칭 소자의 개방 고장, 및 상기 교류 전동기 또는 상기 결선의 이상을 진단하는 교류 전동기 구동 장치.
교류 전압을 정류하는 정류부와 상기 정류부에 의해 정류된 직류 전압을 평활화하는 평활부를 포함하는 컨버터 회로;

상기 컨버터 회로의 이상을 진단하는 진단 장치;

상기 평활부에 유입되는 돌입 전류를 방지하는 돌입 전류 방지부; 및

상기 돌입 전류 방지부의 전압 공급 경로와 다른 경로로 상기 교류 전압을 상기 컨버터 회로에 공급하는 전환부를 포함하되,

상기 진단 장치는 상기 돌입 전류 방지부 및 상기 전환부를 제어하여 상기 컨버터 회로의 이상 부위를 판단하는 공기조화기.