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KR100423992B1 - 단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치 및 그 방법 - Google Patents

단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치 및 그 방법 Download PDF

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KR100423992B1
KR100423992B1 KR10-2002-0001850A KR20020001850A KR100423992B1 KR 100423992 B1 KR100423992 B1 KR 100423992B1 KR 20020001850 A KR20020001850 A KR 20020001850A KR 100423992 B1 KR100423992 B1 KR 100423992B1
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Abstract

개시된 발명은 단상 인버터의 저속 리플전류를 억제하는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 인버터에 입력되는 직류전압이 불안정하여 모터를 구동하기 위한 모터구동전류에 저속 리플전류가 발생할 우려가 있더라도 제어부의 제어에 따라 인버터의 출력전압을 조절함으로써 저속 리플전류를 억제할 수 있어서 모터구동주파수가 단상 전원주파수에 근접될 경우에 두드러지게 발생되는 저속 리플전류에 의한 악영향을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명은 단상 인버터를 적용하는 모타 제어시스템에서 양호한 모터 제어 성능과 안정적인 모터 제어 동작을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Description

단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치 및 그 방법{AC RIPPLE CURRENT SUPPRESS APPARATUS AND METHOD FOR SINGLE PHASE INVERTER}
본 발명은 단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저속 리플전류가 발생하는 구간인 경우 인버터의 출력전압을 조절하여 저속 리플전류에 의한 악영향을 방지하는 단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모터 속도를 제어하는데 있어 직류를 교류로 변환시키는 인버터를 사용하며, 삼상 교류 전원을 정류하여 얻어진 직류를 제공받는 삼상 인버터와 단상 교류 전원을 정류하여 얻어진 직류를 제공받는 단상 인버터로 구분한다.
삼상 교류전원을 사용하는 경우에 비하여 단상 교류전원을 사용하는 경우에는 전파 정류된 직류 전원에 포함되는 저속 리플전압이 크기 때문에, 단상 인버터의 입장에서 보면 입력이 불안정하게 된다. 이에 따라 그 단상 인버터에서 출력하는 모터 출력전류에 저속 리플전류가 발생하게 되며, 이로 인하여 모터의 제어 성능 저하 및 모터 과열로 인한 인버터 수명 단축을 초래한다.
따라서 단상 인버터를 사용하여 모터를 구동하는 제어 시스템에서는 저속 리플에 의한 악영향을 효과적으로 방지하는 것이 요구되고 있다.
기존에는 삼상 인버터를 대상으로 하여 저속 리플 전류를 억제하기 위한 다양한 방안이 제시되어 있으나, 이러한 방안들은 삼상 인버터의 입력이 비교적 안정적인 조건에서 유용하게 적용되는 한계를 가지기 때문에 본 발명에서 취급하는 단상 인버터에는 부적합하다.
본 발명은 전술한 기술배경 하에서 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 인버터의 출력전압을 적절히 조절함으로써 저속 리플전류에 의한 악영향을 방지할 수 있도록 하는 단상 인버터의 저속 리플전류 억제 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치의 구성도이다.
도 2는 평활부에서 인버터로 출력하는 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 인버터에서 모터로 출력하는 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4a는 컨트롤러가 인버터의 출력전압을 높일 경우 인버터를 제어하기 위한 PWM신호이고, 도 4b는 컨트롤러가 인버터의 출력전압을 낮출 경우 인버터를 제어하기 위한 PWM신호이다.
도 5는 본 발명에 따른 단상 인버터의 저속 리플전류 억제방법을 나타낸 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 단상전원 20 : 정류부
30 : 평활부 40 : 인버터
50 : 모터 60 : 컨트롤러
상기와 같은 본 발명의 목적은 모터를 구동하기 위한 장치에 있어서, 단상 교류전원을 공급하기 위한 전원부; 상기 단상 교류전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활부; 상기 정류 및 평활부에 의해 정류 및 평활된 직류전압을 입력받아 상기 모터를 구동하기 위한 모터구동전류를 출력하는 인버터; 및 상기 인버터의 출력전류에 포함되는 리플전류로부터 검출된 포락선과 추출된 직류성분을 비교하여 그 비교결과에 따라 상기 인버터의 출력전압을 제어하는 제어부에 의하여 달성된다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 단상 인버터를 사용하여 모터를 구동할 때 발생되는 저속 리플 전류를 억제하기 위한 방법에 있어서, 상기 인버터에서 모터로 출력하는 모터구동전류를 입력받아 저속 리플전류가 발생하는 구간인지를 판단하는 단계; 상기 판단결과 저속 리플전류가 발생하는 구간인 경우 상기 인버터의 출력전류에 포함되는 리플전류로부터 포락선을 검출하고 직류성분을 추출하는 단계; 검출된 포락선과 추출된 직류성분을 비교하는 단계; 및 상기 단계의 비교결과에 따라 인버터의 출력전압을 조절하는 단계에 의하여 달성된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시례를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치의 구성도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명은 단상 교류전원을 공급하는 전원부(10), 단상 교류전원을 정류 및 평활하는 정류부(20) 및 평활부(30), 정류 및 평활된 직류전압을 입력받아 모터(50)를 구동하기 위한 모터구동전류를 출력하는 인버터(40), 상기 인버터(40)를 제어하는 컨트롤러(60)를 구비한다.
상기 평활부(30)는 정류부(20)에 의해 정류된 직류 전압에 의해 충전되는 평활용 커패시터(Ca)로 구현되며, 이 평활용 커패시터(Ca)에 충전된 직류 전압이 인버터(40)로 제공된다. 인버터로 제공되는 직류전압은 불안정하며, 특히 모터구동주파수가 단상 교류전원의 주파수에 근접하면 예를 들어 단상 교류전원(10)의 전원주파수가 60Hz이고 모터구동주파수가 58Hz이상 높아질 때에는 인버터(40)의 출력전류에 저속 리플전류가 발생하는 현상(전류 맥놀이)이 두드러지게 나타나게 되며, 이 저속 리플전류에 의하여 모터 구동이 불안정하게 되는 등의 문제를 야기한다.
상기 인버터(40)는 정류부(20)에서 정류되고 평활부(30)에 의해 평활된 직류전압을 제공받아 후술하는 컨트롤러(60)의 제어신호에 상응하는 출력전압을 모터(50)에 공급한다.
상기 커패시터(Ca)의 직류전압은 도 2와 같이 정류된 전압의 포락선(envelope)으로 나타낼 수 있으며 리플전압이 포함되어 있어서 불안정한 전압(Va)이다. 그런데, 모터 구동주파수가 단상 교류전원의 주파수에 근접하게 되면인버터(40)에서 출력하는 모터 출력 전류에 전류 맥놀이 현상이 발생됨에 따라 그 모터 출력 전류에 포함되는 저속의 리플전류 역시 커지게 된다. 이것은 평활부(30)로부터 저속 리플 전압이 포함된 직류 전압을 제공받는 인버터(40)에 대한 제어가 적절하게 이루어지지 않았기 때문이며, 이로 인해 인버터(40)에서 모터(50)에 인가되는 모터 구동전압(Vb)이 도 3과 같이 제어하고자 하는 일정 속와 토크를 생성할 수 있는 목표전압(Vf)과 오차를 가지게 되고 결국 모터 제어 성능이 불안정해지게 되는 요인이 된다.
이를 감안하여 상기 컨트롤러(60)는 인버터(40)에서 모터(50)로 제공되는 모터구동전류의 일단을 입력받아 모터구동주파수를 검출하고 그 모터구동주파수가 설정된 단상 교류전원의 주파수에 근접되는 경우에는 저속 리플전류가 발생되는 구간으로 인식하고[일예로, 60Hz의 단상교류전원을 사용할 때 모터구동주파수가 55Hz이상에서 리플전류가 발생되는 구간으로 정한다], 그에 따라 저속 리플전류를 억제하기 위해 인버터(40)의 출력전압을 조절하기 위한 제어동작을 수행한다.
저속 리플전류를 억제하기 위한 제어동작을 수행하는 경우, 상기 컨트롤러(60)는 인버터(40)에서 출력하는 모터 출력전류에 포함되는 저속 리플전류의 포락선을 검출하고, 그 리플전류의 직류성분(dc)을 추출한다. 그런 다음 상기 컨트롤러(60)는 검출된 포락선과 추출된 직류성분을 비교하여 인버터(40)의 출력 전압을 높일 것이지 혹은 낮출 것인지를 결정한 다음 그에 상응하여 제어신호를 인버터(40)로 출력한다. 예를 들어, 추출된 직류성분보다 검출된 포락선이 크면 인버터(40)의 출력 전압을 낮추기 위한 제어신호를 인버터(40)에 인가하며, 이와 반대로 추출된 직류성분이 검출된 포락선보다 크면 인버터(40)의 출력 전압을 높이기 위한 제어신호를 인버터(40)에 인가한다.
상기 컨트롤러(60)가 인버터(40)에 인가하는 제어신호는 펄스폭에 따라 출력전압(Vb)을 조정할 수 있는 PWM신호이며, 이 PWM신호에 의하여 변화되는 출력전압(Vb)은 도 3의 A와 같이 매 주기마다 변화된다.
상기 컨트롤러(60)는 추출된 직류성분보다 검출된 포락선이 커서 출력전압(Vb)이 높으면 그 출력전압(Vb)을 낮추어 목표전압값(Vf)에 이르게 하기 위한 제어신호를 인버터(40)에 인가하는데, 도 4a와 같이 이전 주기(Tn-1)보다 펄스폭이 증가된 PWM신호를 인버터(40)에 출력한다.
또한, 상기 컨트롤러(60)는 추출된 직류성분보다 검출된 포락선이 크지 않아서 출력전압(Vb)이 낮으면 그 출력전압(Vb)을 높여서 목표전압(Vf)에 이르게 하기 위한 제어신호를 인버터(40)에 인가하는데, 도 4b와 같이 이전 주기(Tn-1)보다 펄스폭이 감소된 PWM신호를 인버터(40)에 출력한다.
위와 같이 상기 컨트롤러(60)의 제어에 의하여 저속 리플전류가 억제되므로 비록 모터구동주파수가 단상교류전원의 주파수에 근접되더라도 모터를 안정적으로 제어할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 단상인버터의 저속 리플전류 억제방법을 도 5에 따라 설명한다.
상기 컨트롤러(60)는 동작조건이 모터구동에 해당하는 것인지를 판단하고(S10), 그 판단결과 모터구동에 해당하지 않으면 그대로 대기한다.
단계 S10의 판단결과 동작조건이 모터구동에 해당하는 경우 주어진 제어프로그램에 따라 모터를 구동하기 위해 컨트롤러(60)가 인버터(40)를 제어하는 모터구동 루틴을 수행하며(S20), 이 모터구동 루틴을 수행하는 도중에 상기 컨트롤러(60)는 저속 리플 전류가 발생하는 구간인가를 판단하는데, 인버터(40)에서 모터(50)로 제공되는 모터구동전류의 일단을 입력받아 모터구동주파수를 검출하고 그 모터구동주파수가 설정된 단상 교류전원의 주파수에 가깝게 되면[일예로 60Hz의 단상교류전원을 사용할 때 모터구동주파수가 55Hz이상] 저속 리플전류가 발생되는 구간으로 판단한다(S30).
단계 S30의 판단결과 저속 리플전류가 발생되는 구간이 아닌 경우에는 계속해서 모터구동을 수행하기 위해 단계 S20으로 돌아가고, 단계 S30의 판단결과 저속 리플전류가 발생되는 구간인 경우에는 인버터(40)의 출력 전류에 포함된 저속 리플전류의 포락선을 검출한다(S40).
이어 상기 컨트롤러(60)는 그 출력 전류의 직류성분을 추출하며(S50), 추출된 직류성분과 검출된 포락선을 비교하여 도 3에서와 같이 인버터의 출력전압(Vb)을 높일 것이지 혹은 낮출 것인지를 결정한 다음 그에 상응하는 PWM신호를 인버터(40)로 출력하여 목표전압(Vf)에 도달하도록 하고(S60), 이후 리턴하여 위의 제어과정을 반복 수행한다.
이상과 같이 본 발명은 인버터에 입력되는 직류전압이 불안정하여 모터를 구동하기 위한 모터구동전류에 저속 리플전류가 발생할 우려가 있더라도 제어부의 제어에 따라 인버터의 출력전압을 조절함으로써 저속 리플전류를 억제할 수 있어서 모터구동주파수가 단상 전원주파수에 근접될 경우에 두드러지게 발생되는 저속 리플전류에 의한 악영향을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명은 단상 인버터를 적용하는 모타 제어시스템에서 양호한 모터 제어 성능과 안정적인 모터 제어 동작을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 모터를 구동하기 위한 장치에 있어서,
    단상 교류전원을 공급하기 위한 전원부;
    상기 단상 교류전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활부;
    상기 정류 및 평활부에 의해 정류 및 평활된 직류전압을 입력받아 상기 모터를 구동하기 위한 모터구동전류를 출력하는 인버터; 및
    상기 인버터의 출력전류에 포함되는 리플전류로부터 검출된 포락선과 상기 리플전류로부터 추출된 직류성분을 비교하여 그 비교결과에 따라 상기 인버터의 출력전압을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모터 구동주파수와 단상 교류전원의 주파수의 차가 일정값이내일 때 발생되는 저속 리플전류를 억제하기 위해 상기 인버터의 출력전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 리플전류의 포락선이 직류성분보다 크면 인버터의 출력전압을 낮추고 리플전류의 포락선이 직류성분보다 크지 않으면 인버터의 출력전압을 높이는 것을 특징으로 하는 단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치.
  4. 단상 인버터를 사용하여 모터를 구동할 때 발생되는 저속 리플 전류를 억제하기 위한 방법에 있어서,
    상기 인버터에서 모터로 출력하는 모터구동전류를 입력받아 저속 리플전류가 발생하는 구간인지를 판단하는 단계;
    상기 판단결과 저속 리플전류가 발생하는 구간인 경우 상기 인버터의 출력전류에 포함되는 리플전류로부터 포락선을 검출하고 상기 리플전류로부터 직류성분을 추출하는 단계;
    검출된 포락선과 추출된 직류성분을 비교하는 단계; 및
    상기 단계의 비교결과에 따라 인버터의 출력전압을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 인버터의 저속 리플전류 억제방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 판단단계는 상기 모터의 구동주파수와 단상 교류전원의 주파수의 차가 일정값이내일 때 저속 리플전류가 발생하는 구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 단상 인버터의 저속 리플전류 억제방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 조절단계는 리플전류의 포락선이 직류성분보다 크면 인버터의 출력전압을 낮추고 리플전류의 포락선이 직류성분보다 크지 않으면 인버터의 출력전압을 높이는 것을 특징으로 하는 단상 인버터의 저속 리플전류 억제방법.
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