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KR100958616B1 - 인버터 보호 장치 및 그 방법 - Google Patents

인버터 보호 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR100958616B1
KR100958616B1 KR1020070123111A KR20070123111A KR100958616B1 KR 100958616 B1 KR100958616 B1 KR 100958616B1 KR 1020070123111 A KR1020070123111 A KR 1020070123111A KR 20070123111 A KR20070123111 A KR 20070123111A KR 100958616 B1 KR100958616 B1 KR 100958616B1
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KR
South Korea
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overcurrent
inverter
count
reference value
protection device
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KR1020070123111A
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김종무
강대욱
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한국전기연구원
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    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
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Abstract

본 발명은 인버터 보호 장치 및 그 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 인버터의 고장 또는 파손의 원인이 되는 과전류 발생시, 상기 과전류를 검출하고 과전류 카운트를 이용하여 과전류 발생 시간에 따라 과전류를 회피 또는 차단함으로써, 보다 효율적으로 인버터를 보호하여 안정적인 작동 환경을 제공할 수 있는 인버터 보호 장치 및 방법에 대한 것이다.
이를 위해,
PWM 발생부, 출력 차단로직, 전력변환부를 포함하여 구성되는 인버터의 보호 장치에 있어서, 상기 보호 장치는,
사용자에 의하여 과전류 발생시 상기 전력변환부의 전력변환소자 차단 여부 및 차단 범위가 설정되는 과전류 차단모드 설정부;
사용자에 의하여 과전류에 대한 기준값이 설정되는 과전류 기준값 설정부;
상기 과전류 기준값과 상기 전력변환부에서 발생된 전류를 비교하여 과전류 발생 신호를 산출하는 과전류 비교부;
상기 PWM 발생부의 PWM 발생신호와 일치하는 클럭을 발생하는 클럭 발생부;
상기 과전류 발생 신호를 입력받아 상기 클럭에 따른 과전류 카운트를 산출하는 과전류 카운트부; 및
상기 차단모드, 과전류 발생 신호, 과전류 카운트를 입력받아 상기 인버터의 출력 차단로직을 구동시키는 과전류 차단신호 발생부;
상기 각 부에 연결되어 이를 제어하는 인버터 제어부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 보호 장치를 제공한다.
인버터, 과전류 검출, 과전류 보호, 과전류 회피.

Description

인버터 보호 장치 및 그 방법 {Apparatus For Protecting Inverter And Method Thereof}
본 발명은 인버터 보호 장치 및 그 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 전동기를 임의의 회전수로 운전하기 위하여 전원으로부터 공급된 전원을 다시 직류로 변환하여 이를 임의의 특정 주파수로 전력하는 인버터가 요구된다.
상기 인버터는 전류를 직류로 변환하는 정류부와 이를 다시 교류로 변환하는 전력용 스위칭소자로 구성된 전력변환부, 인버터 전체의 지령을 내리는 제어부, 지령된 전압을 PWM신호로 변환하는 PWM 발생부로 구성된다.
상기와 같은 구성의 인버터 경우, 동작 중 이상 신호 발생에 의한 소자의 파손우려가 있고, 급격한 부하변동이나 빠른 운전 주파수의 변화로 일시적으로 과전류가 전력변환부에서 전동기로 출력되어 전력변환부의 전력변환소자가 파손될 가능성이 크다.
즉, 인버터의 운전 중 빠른 가감속시, 슬립주파수가 큰 경우, 급격한 부하 변동시, 또는 사고, 지락 등의 오작동 발생시 일시적으로 또는 연속적으로 과전류가 발생하게 되고, 이러한 과전류는 인버터의 고장 또는 파손의 주요한 원인이다.
따라서, 상기와 같은 과전류에 의한 인버터 파손을 방지하기 위하여, 종래에는 과전류가 검출된 경우 전력변환소자의 게이트신호를 차단하고 인버터를 정지시키는 방법을 주로 이용하였다.
그러나, 상기와 같은 종래의 인버터 보호 방법은 인버터의 연속 운전이 요구되는 다양한 산업생산 설비에 적용시키기 어려운 문제점이 있을 뿐만 아니라, 그 효율 또한 낮다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 과전류가 발생하는 경우, 상기 과전류를 검출하고 과전류 발생 카운터를 이용하여 과전류 발생 시간에 따라 과전류를 회피 또는 차단함으로써, 상기 과전류 회피시에는 과전류 발생 현상을 극복할 수 있고, 보다 효율적으로 과전류에 대해 인버터를 보호하여 안정적인 작동 환경, 우수한 운전 특성을 제공할 수 있는 인버터 보호 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명 PWM 발생부, 출력 차단로직, 전력변환부를 포함하여 구성되는 인버터의 보호 장치에 있어서, 상기 보호 장치는,
사용자에 의하여 과전류 발생시 상기 전력변환부의 전력변환소자 차단 여부 및 차단 범위가 설정되는 과전류 차단모드 설정부;
사용자에 의하여 과전류에 대한 기준값이 설정되는 과전류 기준값 설정부;
상기 과전류 기준값과 상기 전력변환부에서 발생된 전류를 비교하여 과전류 발생 신호를 산출하는 과전류 비교부;
상기 PWM 발생부의 PWM 발생신호와 일치하는 클럭을 발생하는 클럭 발생부;
상기 과전류 발생 신호를 입력받아 상기 클럭에 따른 과전류 카운트를 산출하는 과전류 카운트부; 및
상기 차단모드, 과전류 발생 신호, 과전류 카운트를 입력받아 상기 인버터의 출력 차단로직을 구동시키는 과전류 차단신호 발생부;
상기 각 부에 연결되어 이를 제어하는 인버터 제어부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 과전류 차단모드 설정부는,
ⅰ) 과전류 발생시 모든 상의 전력변환소자를 정지시키는 모드, ⅱ) 과전류가 발생한 상의 전력변환소자만 정지시키는 모드, ⅲ) 과전류 발생시 전력변환소자를 정지시키고 과전류를 카운트하는 모드 중 어느 하나로 설정되는 것을 특징으로 한다.
도한, 상기 인버터 제어부는,
과전류가 발생하고 상기 과전류 카운트가 0 보다 큰 경우 상기 과전류 차단모드에 따라 상기 전력변환소자를 오프하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인버터 제어부는,
상기 과전류 카운트가 소정의 제1 기준값보다 큰 경우 인버터 고장 신호를 출력하고 인버터를 정지하며, 상기 과전류 카운트가 상기 제1 기준값 이하인 경우 과전류 회피 알고리즘에 따라 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과전류 회피 알고리즘은,
현재의 운전 상태가 전동기모드인 경우, 상기 과전류 카운트와 제2 기준값을 비교하여, 과전류 카운트가 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지하고, 과전류 카운트가 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 감소시 켜 다음 지령에 작용하며,
현재의 운전 상태가 방전기모드인 경우, 상기 과전류 카운트와 제2 기준값을 비교하여, 과전류 카운트가 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지하고, 과전류 카운트가 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 증가시켜 다음 지령에 적용하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 태양인 인버터 제어부, PWM 발생부, 출력 차단로직, 전력변환부를 포함하여 구성되는 인버터의 보호 방법에 있어서, 상기 보호 방법은,
(a) 과전류 기준값을 설정하는 단계;
(b) 상기 인버터의 출력전류와 상기 과전류 기준값을 비교하여, 과전류를 검출하고 카운트하는 단계;
(c) 상기 카운트가 0 보다 큰 경우 상기 전력변환부를 오프시키는 단계;
(d-1) 상기 카운트가 제1 기준값보다 큰 경우, 인버터 고장 신호를 출력하고 인버터를 정지시키는 단계;
(d-2) 상기 카운트가 제2 기준값 이하인 경우, 과전류 회피 알고리즘을 수행하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 (d-2) 단계는,
현재의 운전 상태가 전동기모드인 경우, 상기 과전류 카운트와 상기 제2 기준값을 비교하여, 과전류 카운트가 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지 하고, 과전류 카운트가 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 감소시켜 다음 지령에 작용하며,
현재의 운전 상태가 방전기모드인 경우, 상기 과전류 카운트와 제2 기준값을 비교하여, 과전류 카운트가 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지하고, 과전류 카운트가 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 증가시켜 다음 지령에 적용하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명 인버터 보호 장치 및 방법에 의하면,
첫째, 과전류 발생 시간이 기준값 이하인 경우 운전 주파수 제어를 통해 과전류 발생 원인을 제거하여 과전류 발생현상을 극복할 수 있고,
둘째, 상기와 같은 과전류 발생현상 극복을 통해 전동기의 연속 운전을 가능케 하며,
셋째, 다양한 형태의 과전류 차단모드를 통해 사용자가 원하는 전력변환장치의 제어를 손쉽게 달성할 수 있고,
넷째, 상기와 같은 과전류에 대한 인버터 보호를 통해 보다 안정적인 작동 환경과 우수한 운전 특성을 제공할 수 있으므로, 상당한 상업적·경제적 효과가 기대된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 인버터 보호 장치의 구성에 대하여 설명한다.
일반적인 인버터 보호 장치는 인버터 제어부(100), PWM 발생부(200), 과전류시 출력 차단로직(210), 전력변환부(220)를 포함하여 구성되며, 상기 전력변환부(220)에서 발생된 3상 전류(Ia, Ib, Ic)는 전동기(230)로 인가된다.
본 발명에 따른 인버터 보호 장치는 도시된 바와 같이 과전류 차단모드 설정부(300), 과전류 차단신호 발생부(310), 과전류 카운트부(320), 과전류 기준값 설정부(330), 각상 과전류 비교기(아날로그 비교기)(340~342), 클럭 발생부(360)를 포함하여 구성되며, 이하 각 구성요소에 대하여 설명한다.
상기 전동기(230)로 출력되는 각 상의 상전류(240~242)로부터 검출된 전류와, 과전류 기준값 설정부(330)에 의하여 설정된 과전류 기준값을 아날로그 비교기(340~342)에 입력하여 비교한다.
상기 비교를 통해, 검출된 전류가 과전류 기준값 보다 큰 경우, 검출된 과전 류 신호(350, 351, 352)를 과전류 차단신호 발생부(310) 및 과전류 카운트부(320)에 각각 전달한다.
상기 과전류 차단신호 발생부(310)는 과전류 설정모드 제어부(300), 과전류 카운트부(320), 검출된 과전류 신호(350~352)를 입력받아, 과전류 출력 차단시간을 결정하고 순시적인 과전류 억제를 위한 과전류 차단신호를 발생시키며, 이에 따라 상기 출력 차단로직(210)이 구동한다.
클럭 발생부(360)는 PWM 발생부(200)에 의한 PWM 발생 주기와 일치하는 클럭을 발생시키며, 상기 과전류 카운트부(320)는 상기 클럭에 동기하여 카운트를 동작하여 과전류 발생 시간을 기록하며, 상기 과전류 카운트는 상기 인버터 제어부(100)로 전달이 된다.
인버터 제어부(100)는 상기 각 부를 제어함과 동시에, 과전류 발생시 상기 과전류 카운트, 과전류 차단모드에 따라서, 인버터의 전력변환부 차단 여부, 과전류 회피 여부, 인버터 정지 여부를 판단하고 제어한다.
즉, 상기 기록값이 소정의 제1 기준값(즉, 인버터 고장 여부 기준값) 이하이면 과전류 요인을 제거하여 과전류 발생을 차단하고 인버터를 계속 작동시키며, 상기 기록값이 제1 기준값 초과이면 인버터 고정 신호를 출력한 후 인버터의 출력을 차단한다. 이러한 제어 과정에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 하기에서 보다 상세하게 설명한다.
한편, 상기 과전류 차단모드 설정부(300)는 과전류 발생시 출력 차단의 방법을 설정한다.
바람직한 실시예로서, 상기 과전류 차단모드는 ⅰ) 과전류 발생시 모든 상의 전력변환소자를 정지시키는 모드, ⅱ) 과전류가 발생한 상의 전력변환소자만 정지시키는 모드, ⅲ) 과전류 발생시 전력변환소자를 정지시키고 과전류를 카운트하는 모드 중 어느 하나를 선택하도록 할 수 있으며, 이를 통해 과전류 발생에 대하여 보다 효과적인 대응이 가능하다.
상기 과전류 발생 시간에 비례하는 동작모드는, 과전류 발생시 전력변환소자를 정지시킨 후, 주기적으로 과전류 발생 또는 소멸을 카운트한다. 즉 일정 시간 간격으로 과전류 발생 여부를 감지하여, 과전류가 감지된 경우 카운트 값을 증가시키고, 과전류가 감지되지 않은 경우 카운트 값을 감소시킨다. 이후 상기 카운트 값을 기준으로 인버터의 고장 신호를 출력하거나 과전류 회피 알고리즘을 수행한다. 만약 상기 카운트 값이 0이 되면, 과전류에 의하여 정지되었던 전력변환소자를 다시 동작시킨다.
이하, 도 2를 참조하여 인버터 제어부(100)의 과전류 발생시 처리 방법에 대하여 설명한다.
상기 인버터 제어부(100)는 먼저 과전류의 발생(400)하였는지를 판단하고, 과전류가 발생한 경우 과전류 카운트를 확인하여(410), 과전류 카운트가 '0'인 경우 인버터를 정상동작 제어한다(470).
그러나 과전류 카운트 값이 '0'보다 큰 경우, 설정된 과전류 차단모드에 따라서 전력변환소자를 오프(off)한다(420). 즉, 사용자에 의하여 설정된 과전류 차단모드에 따라 일부 또는 전부의 전력변환소자를 오프한다.
이후, 과전류 카운트와 소정의 제1 기준값을 비교하여, 과전류 카운트가 제1 기준값 이하인 경우 과전류 회피 알고리즘을 수행하고(460), 반대로 과전류 카운트가 제1 기준값 초과인 경우 인버터 고장 신호를 출력(440)하고 인버터를 정지(450)시켜 전력변화 소자를 보호함과 동시에 인버터를 고장으로부터 보호한다.
여기서, 상기 과전류 카운트와 비교가 되는 상기 제1 기준값과 하기 제2 기준값은 일정한 주기의 카운트 펄스를 계수한 카운트값을 의미하며, 상기 제1 기준값과 제2 기준값은 과전류 회피 알고리즘을 수행하기 위한 기준값으로서, 과전류를 허용한 시간을 실험이나 계산을 통하여 선정하고, 이를 카운트값으로 환산하여 미리 설정할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 상기 과전류 회피 알고리즘(460)에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 과전류 회피 방법은 현재의 운전 상태에 따라서 결정된다. 현재의 운전 상태가 전동기모드(500)인 경우, 과전류 카운트와 제2 기준값을 비교하여(510), 과전류 카운트가 소정의 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지하고(520), 과전류 카운트가 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 감소시켜(530) 다음 지령에 작용한다.
이와 반대로 현재의 운전 상태가 방전기모드(540)인 경우, 과전류 카운트와 제2 기준값을 비교하여(550), 과전류 카운트가 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지하고(560), 과전류 카운트가 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 증가시켜(570) 다음 지령에 적용한다.
한편, 상기와 같은 알고리즘 및 로직은 개별소자 또는 ASIC(application specific integrated circuit)로 구현하거나, 소프트웨어 레벨에서 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상 을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 인버터 보호 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 과전류 발생에 따른 인버터 제어 흐름을 나타낸 도면,
도 3은 인버터 제어시 과전류 회피 방법의 흐름을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
100 : 인버터 제어부 200 : PWM 발생부
210 : 출력 차단로직 220 : 전력변환부
230 : 전동기 240, 241, 242 : 검출된 3상 전류
300 : 과전류 차단모드 설정부 310 : 과전류 차단신호 발생부
320 : 과전류 카운트부 330 : 과전류 기준값 설정부
340, 341, 342 : 각상 과전류 비교기
350, 351, 352 : 각상 과전류 발생 신호
360 : 클럭 발생부

Claims (7)

  1. PWM 발생부, 출력 차단로직, 전력변환부를 포함하여 구성되는 인버터의 보호 장치에 있어서, 상기 보호 장치는,
    사용자에 의하여 과전류 발생시 상기 전력변환부의 전력변환소자 차단 여부 및 차단 범위가 설정되는 과전류 차단모드 설정부;
    사용자에 의하여 과전류에 대한 기준값이 설정되는 과전류 기준값 설정부;
    상기 과전류 기준값과 상기 전력변환부에서 발생된 전류를 비교하여 과전류 발생 신호를 산출하는 과전류 비교부;
    상기 PWM 발생부의 PWM 발생신호와 일치하는 클럭을 발생하는 클럭 발생부;
    상기 과전류 발생 신호를 입력받아 상기 클럭에 따른 과전류 카운트를 산출하는 과전류 카운트부; 및
    상기 차단모드, 과전류 발생 신호, 과전류 카운트를 입력받아 상기 인버터의 출력 차단로직을 구동시키는 과전류 차단신호 발생부;
    상기 각 부에 연결되어 각 부를 포함하는 인버터 보호장치를 제어하는 인버터 제어부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 보호 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 과전류 차단모드 설정부는,
    ⅰ) 과전류 발생시 모든 상의 전력변환소자를 정지시키는 모드, ⅱ) 과전류가 발생한 상의 전력변환소자만 정지시키는 모드, ⅲ) 과전류 발생시 전력변환소자를 정지시키고 과전류를 카운트하는 모드 중 어느 하나로 설정되는 것을 특징으로 하는 인버터 보호 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    과전류가 발생하고 상기 과전류 카운트가 0 보다 큰 경우 상기 과전류 차단모드에 따라 상기 전력변환소자를 오프하는 것을 특징으로 하는 인버터 보호 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 과전류 카운트가 미리 설정된 카운트값인 제1 기준값보다 큰 경우 인버터 고장 신호를 출력하고 인버터를 정지하며, 상기 과전류 카운트가 상기 제1 기준값 이하인 경우 과전류 회피 알고리즘에 따라 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터 보호 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 과전류 회피 알고리즘은,
    현재의 운전 상태가 전동기모드인 경우, 상기 과전류 카운트와 미리 설정된 카운트값인 제2 기준값을 비교하여, 과전류 카운트가 상기 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지하고, 과전류 카운트가 상기 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 감소시켜 다음 지령에 작용하며,
    현재의 운전 상태가 방전기모드인 경우, 상기 과전류 카운트와 상기 제2 기준값을 비교하여, 과전류 카운트가 상기 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지하고, 과전류 카운트가 상기 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 증가시켜 다음 지령에 적용하는 것을 특징으로 하는 인버터 보호 장치.
  6. 인버터 제어부, PWM 발생부, 출력 차단로직, 전력변환부를 포함하여 구성되는 인버터의 보호 방법에 있어서, 상기 보호 방법은,
    (a) 과전류 기준값을 설정하는 단계;
    (b) 상기 인버터의 출력전류와 상기 과전류 기준값을 비교하여, 과전류를 검출하고 카운트하는 단계;
    (c) 상기 카운트가 0 보다 큰 경우 상기 전력변환부를 오프시키는 단계;
    (d-1) 상기 카운트가 미리 설정된 카운트값인 제1 기준값보다 큰 경우, 인버터 고장 신호를 출력하고 인버터를 정지시키는 단계;
    (d-2) 상기 카운트가 상기 제1 기준값 이하인 경우, 과전류 회피 알고리즘을 수행하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 보호 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 (d-2) 단계는,
    현재의 운전 상태가 전동기모드인 경우, 상기 과전류 카운트와 미리 설정된 카운트값인 제2 기준값을 비교하여, 과전류 카운트가 상기 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지하고, 과전류 카운트가 상기 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 감소시켜 다음 지령에 작용하며,
    현재의 운전 상태가 방전기모드인 경우, 상기 과전류 카운트와 상기 제2 기준값을 비교하여, 과전류 카운트가 상기 제2 기준값보다 작으면 현재 운전주파수를 유지하고, 과전류 카운트가 상기 제2 기준값 이상이면 현재 지령 운전주파수에서 일정값을 증가시켜 다음 지령에 적용하는 것을 특징으로 하는 인버터 보호 방법.
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