KR20200020895A

KR20200020895A - 인버터 장치

Info

Publication number: KR20200020895A
Application number: KR1020207002200A
Authority: KR
Inventors: 야스마사 미야모토
Original assignee: 메이덴샤 코포레이션
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2038-05-08
Also published as: CN110959252A; RU2733535C1; CN110959252B; WO2019026369A1; US20200382019A1; US10985672B2; EP3664273B1; JP6390806B1; JP2019030205A; EP3664273A4; KR102126264B1; EP3664273A1

Abstract

직렬 다중 인버터 장치(1)는 변압기(Tr)를 통하여 교류 전력이 각각 입력되는 단상 출력 인버터 셀(2)(U1~U6, V1~V6, W1~W6)을 각 상마다 다단 직렬로 접속하여 U상, V상 및 W상의 각각을 구성하고, 이들 각 위상의 직렬 접속의 일단이 중성점(N)에서 서로 접속되어 있다. 첫 번째 인버터 셀(U1, V1, W1)로부터 중성점(N)에 이르는 배선(3)에, 각각 전류 검출기(HCT)가 배치되어 있다. 중성점(N)은 저항(R)을 통해 접지된다. 따라서, 배선(3)의 전위는 낮고, 전류 검출기(HCT)는 저내압 사양이다.

Description

인버터 장치

본 발명은 단상 출력 인버터 셀을 직렬로 다단으로 접속하여 U 상, V 상 및 W 상 각각을 구성하는 인버터 장치 소위 직렬 다중 인버터 장치에 관한 것으로, 특히 각 위상의 전류를 검출하는 전류 검출기의 배치 개선에 관한 것이다.

예를 들어, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에는 U, V 및 W 위상 각각에 있어서 3상 입력단상출력의 인버터셀을 다단으로 직렬 접속한 직렬 다중 인버터 장치가 개시되어 있다. 각각의 인버터 셀은 입력 변압기를 통해 3상 AC 전원 입력을 정류하는 정류부와 DC에서 단상 AC 출력으로의 역변환을 수행하는 인버터부를 포함하여 구성되어 있다. 그리고, 각 인버터 셀의 출력 단자는 직렬로 다단으로 접속되어 U 상, V 상 및 W 상 각각을 구성하고 있다. 따라서, 최종적으로 부하에 접속된 출력선의 전위는 각 셀의 출력 전압이 가산되어 얻어진 전위로 된다.

이러한 유형의 인버터 장치는 예를 들어 3.3kV 내지 6.6kV의 고전압을 직접 수신하고 단상 출력 인버터셀의 다중 접속에 따라서 3.3kV 내지 6.6kV의 고전압을 출력하도록 구성된 것으로 고압 3상 교류 전동기를 구동제어하는 것과 같은 용도로 사용되어진다.

이러한 인버터 장치에 있어서, 인버터출력전류 제어와 과대한 전류가 흐른 경우의 보호동작을 행하기 위해 각 위상의 전류를 검출하는 전류 검출기가 제공될 수 있고, 특허문헌1에서는 부하에 접속된 각 위상 출력선에 각각 전류 검출기가 배치되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는 각 위상을 구성하는 단상 출력 인버터 셀 내부에 있어서, 2개의 셀 출력선 각각에 전류 검출기가 제공되는 구성이 개시되어 있다.

특허 문헌 1과 같이, 직렬 다중 인버터 장치의 출력선에 전류 검출기가 배치되는 구성에서는, 일반적으로 3상 출력선 사이의 위상간 절연 거리를 크게 확보할 필요가 있기 때문에 전류 검출기를 삽입하는 베이스 확보가 용이하다. 또한, 직렬 다중 인버터 장치의 출력선은, 전류검출신호의 접속선인 콘트롤러 가까이에 배치되는 경우가 많고 출력선에 전류검출기를 배치함으로써, 전류 검출기와 콘트롤러 사이의 신호 배선이 짧아진다. 이로 인해 신호 배선에 노이즈가 중첩되기 어렵다.

그러나, 고전압화된 직렬 다중 인버터 장치의 회로 구성에서는, 부하에 접속된 출력선상의 위상들 간의 전위차는 매우 높아진다. 또한 이러한 출력선은 접지 전위에 있는 반 하우징의 판금 가까이에 배선되는 경우가 있는 것이 많다. 따라서, 인버터 장치의 출력선에는 선 사이의 전위차와 접지 전위와의 전위차를 견딜 수 있는 두터운 절연 코팅 및 대구경 고내압 전선을 필요로 한다. 일반적으로, 전류 검출기로서는 관통형 전류 검출기가 많이 사용되지만, 이러한 대구경 고내압 전선을 통해 흐르는 전류를 측정하기 위해, 관통공 직경이 큰 고내압 사양의 전류 검출기가 필요하다.

따라서, 특허 문헌 1과 같이 직렬 다중 인버터 장치의 출력선에 전류 검출기가 배치되는 구성에서는 전류 검출기의 비용 및 크기가 증가한다는 문제가 있다.

또한, 특허 문헌 1의 구성에서는, 직렬 다중 인버터 장치의 반 하우징내에 복수의 대형 전류 검출기를 설치할 수 있는 공간을 확보할 필요가 있다. 결과적으로 전체 직렬 다중 인버터 장치가 대형화된다.

또한, 상술한 바와 같이, 전류 검출기와 콘트롤러를 서로 가까이 배치하면 그들 사이의 신호 배선이 짧아진다는 이점이 있다. 그러나, 특허 문헌 1의 구성에서는, 인버터 장치의 출력선은 접지 전위에 대해 높은 전위를 가지며, 그 인버터 장치의 출력선과 콘트롤러가 서로 근접하면, 고전위의 출력선으로부터 발생하는 공간 노이즈를 콘트롤러가 받기 쉽게 되고 콘트롤러가 오작동할 우려가 있다.

한편, 특허 문헌 2의 구성에 있어서, 단상 출력 인버터 셀의 출력선은 비교적 저압이기 때문에, 셀 출력선에 설치된 전류 검출기를 고내압사양으로 할 필요가 없다.

그러나, 이 구성에서는, 전류 검출기가 인버터 셀 내부에 배치되기 때문에, 인버터 셀의 크기가 증가되고, 복수의 인버터 셀을 결합하여 구성된 전체 인버터 장치의 크기가 증가된다는 문제가 있다. 또한, 각 위상중 어느 하나의 전류 검출기로 U, V 및 W의 각 위상의 전류를 검출하려고 할 때, 전류 검출기를 갖는 인버터 셀과 전류 검출기를 갖지 않는 인버터 셀이 혼재하기 때문에 직렬 다중 인버터 장치의 제작시 관리가 복잡해진다. 전류 검출기가 모든 인버터 셀에 제공되는 경우, 인버터 셀은 단일 유형의 구성을 가지므로 관리가 용이하지만 그에 따라 비용이 증가한다.

특허 문헌 1:일본국 특허 제 4609102 호 특허 문헌 2:일본국 특허 제 6027060 호

본 발명의 목적은 전류 검출기로서 소형의 저렴한 저내압 사양의 전류 검출기가 사용될 수 있으며, 직렬 다중 인버터 장치의 소형화 및 저비용화가 가능하게 하는 인버터 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따르면, 변압기를 통해 교류 전력이 각각 입력되는 단상 출력인버터 셀을 다단 직렬로 접속하여 U 상, V 상 및 W상 각각을 구성함과 동시에 이들 각 위상의 직렬 접속의 일단을 중성점에 있어서 서로 접속하여 이루어지는 인버터 장치에 있어서, 적어도 2상의 중성점측의 단상 출력 인버터 셀로부터 상기 중성점에 이르는 배선에 각각 전류 검출기가 설치되어 있다.

단상 출력 인버터 셀을 다단 직렬로 접속하여 U 상, V 상 및 W상 각각을 구성한 직렬 다중 인버터 장치에 있어서는 부하에 접속되는 인버터 장치의 각 위상의 출력선을 흐르는 전류와 중성점 측의 단상 출력 인버터셀로부터 중성점에 이르는 각 위상의 배선을 흐르는 전류가 일치한다, 따라서, 본 발명에서는 출력선측이 아니고 중성점측의 배선에 전류검출기를 배치하여 전류 검출을 수행한다. 이와 같이 본 발명에 있어서 전류 검출기가 배치되는 중성점 측의 배선은 접지전위에 근접한 저전위로 되고 또한, 위상간의 전위차가 없다. 이 때문에 저내압 사양의 배선으로 족하고 비교적 소형의 전류 검출기로 전류 검출이 가능하다.

그리고. 콘트롤러가 전류 검출기 근처에 배치 되더라도, 중성점 측의 배선의 전위가 낮기 때문에 공간 노이즈로 인한 콘트롤러의 오작동 가능성이 없다. 환언하면, 콘트롤러를 인버터 장치의 출력선으로부터 멀리 배치할 수 있으며, 출력선으로부터의 공간 노이즈의 영향을 억제 할 수 있다.

또한, U, V 및 W 각 위상을 통해 흐르는 전류의 합은 0이므로, 적어도 2개의 위상 전류가 전류 검출기에 의해 검출되면, 나머지 위상 전류가 산출될 수 있다.

본 발명의 바람직한 하나의 실시예에서, 상기 중성점이 접지된다.

예를 들어, 상기 중성점이 저항, 리액터 콘덴서 등과 같은 임피던스 성분을 통해 접지된다. 이와 같이 중성점이 접지되는 구성에서, 전류 검출기가 배치되는 중성점 측의 배선 전위는 접지 전위로 된다. 이에 의해, 이들 배선 및 대응하는 전류 검출기는 저내압 사양으로 하는 것이 가능하다.

상기 전류 검출기로서는, 예를 들어 관통형 전류 검출기가 사용된다. 관통공이 작은 저내압사양의 관통형 전류 검출기는 소형이고 저렴하다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 전체 인버터 장치의 반 구성으로서, 상기 변압기가 하우징내에 수용되는 변압기반; 복수의 단상 출력 인버터 셀이 하우징내에 수용되고 상기 변압기반에 인접하여 위치한 인버터반; 및 상기 단상 출력 인버터 셀을 제어하는 콘트롤러가 하우징내에 수용됨과 동시에 부하에 접속되는 3상 출력단자를 구비하고 상기 인버터반에 인접하여 배치된 출력반;을 구비한다. 그리고, 상기 중성점 측의 단상 출력 인버터 셀로부터 상기 중성점에 이르는 배선의 일부가 상기 인버터반으로부터 상기 출력반의 하우징내로 우회되고, 이들 배선에 대해 설치되는 전류 검출기가 상기 출력반의 하우징내에 배치된다.

이러한 구성에서는, 전류 검출기 및 콘트롤러가 동일한 반 하우징에 수용되며, 이들 사이의 신호 배선 거리가 감소된다. 또한, 콘트롤러는 인버터 셀로부터 발생된 열의 영향을 받을 가능성이 적다.

여기서, 상기 중성점이 임피던스 성분을 통해 접지되는 경우에는 상기 임피던스 성분을 구성하는 저항 등의 부품이 상기 출력반의 하우징내에 수용되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 저항 등의 부품과 전류 검출기 사이의 배선 길이가 단축된다.

또한, 바람직하게는, 상기 변압기반 및 출력반이 각각 접지 단자를 구비하고, 상기 중성점이 상기 출력반의 접지 단자에 직접 또는 임피던스 성분을 통해 접속된다. 이에 의해, 중성점에서 접지 단자로의 배선은 인버터반을 경유하지 않으며 배선 길이가 단축된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 인버터 장치 전체 반 구성으로서, 상기 변압기가 하우징내에 수용된 변압기반, 상기 단상 출력 인버터 셀을 제어하기 위한 콘트롤러 및 상기 전류 검출기가 하우징내에 수용되고 상기 변압기반에 인접해 위치하는 전류검출기반, 및 상기 복수의 단상 출력 인버터 셀이 하우징내에 수용되며, 상기 전류 검출기반에 인접한 인버터반이 구비된다.

또한, 이러한 구성에서도, 전류 검출기 및 콘트롤러가 동일한 반 하우징내에 수용되며, 이들 사이의 신호 배선 거리가 감소된다. 또한, 콘트롤러는 인버터 셀로부터 발생되는 열에 의해 영향을 받을 가능성이 적다.

여기서, 상기 중성점이 임피던스 성분을 통해 접지될 때, 상기 임피던스 성분을 구성하는 저항 등의 부품이 상기 전류 검출기반의 하우징내에 수용되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 저항 등의 부품과 전류 검출기 사이의 배선 길이가 단축된다.

바람직하게는, 상기 변압기반 및 상기 전류 검출기반은 각각 접지 단자를 구비하여, 상기 중성점이 상기 전류 검출기반의 접지 단자에 직접 또는 임피던스 성분을 통해 접속된다. 이에 의해, 중성점에서 접지 단자로의 배선이 전류 검출기반과 변압기반의 하우징을 관통하지 않으며 배선 길이가 줄어든다.

본 발명에 따르면, 직렬 다중 인버터 장치의 회로 구성 중에서 가장 낮은 전위를 갖는 중성점 측의 단상 출력 인버터 셀로부터 중성점에 이르는 배선 상에 전류 검출기를 배치하였기 때문에, 전류 검출기로서 소형의 저렴한 저내압 사양의 전류 검출기가 사용될 수 있으며, 직렬 다중 인버터 장치의 소형화 및 저비용화가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직렬 다중 인버터 장치의 회로도이다.
도 2는 상기 인버터 장치의 반 구성의 제 1실시예를 나타내는 설명도이다.
도 3은 단상 출력 인버터 셀의 회로 구성의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 4는 전류 검출기의 일례를 보여주는 사시도이다.
도 5는 인버터 장치의 반 구성의 제 2실시예를 나타내는 설명도이다.
도 6은 인버터 장치의 반 구성의 제 3실시예를 나타내는 설명도이다.
도 7은 제 1실시예의 반 구성을 보다 상세하게 보여주는 설명도이다.
도 8은 제 2실시예의 반 구성을 보다 상세하게 보여주는 설명도이다.
도 9는 제 3실시예의 반 구성을 보다 상세하게 보여주는 설명도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 직렬 다중 인버터 장치(1)의 회로 구성을 도시하고, 도 2는 상기 인버터 장치(1)의 구체적인 반 구성을 도시한다. 도 1에서 U1~U6, V1~V6, W1~W6는 각각 3상 입력 단상 출력 인버터 셀(2)을 보여주고 있고, 이러한 단상 출력 인버터 셀(2)을 다단 직렬로 접속하는 것으로, U 상, V 상 및 W 상 각각이 구성되어 있다. 예를 들어 U 상의 경우 6개의 인버터 셀(2)(U1~U6)이 직렬로 접속되고, V 상과 W상에 있어서도 동일한 형태로 6개의 인버터 셀(2)(V1~V6, W1~W6)이 직렬로 접속된다. 이러한 각 상의 직렬 접속의 일단은 배선(3)을 통해 중성점(N)에서 서로 접속되고, 타단은 출력 배선(4)를 통해 출력 단자(Uout, Vout, Wout)에 접속된다. 이 출력 단자(Uout, Vout, Wout)는 예를 들어, 3상 교류 전동기 부하(모터)에 각각 고압 배선(5)을 통해 접속된다.

인버터 장치(1)는 상용 AC 전원(예를 들어, 6.6kV 시스템)이 입력되는 입력 변압기(Tr)를 구비하고, 상기 입력 변압기(Tr)에 의해 강압된 3상 AC 전압이 각 인버터 셀(2)(U1~U6, V1~V6, W1~W6)에 입력된다.

인버터 셀(2)(U1~U6, V1~V6, W1~W6)은 기본적으로 동일한 구성을 가지며 각각 하나의 유닛으로 구성된다. 도 3은 각 인버터 셀(2)의 회로 구성 예를 도시한다. 상기 인버터 셀(2)은 6개의 다이오드를 결합한 것으로, 3상 AC 전력을 DC 전압으로 정류하는 정류부(11), DC 링크(12)를 구성하는 콘덴서, 및 DC 전압에서 단상 AC 출력으로의 역 변환을 수행하는 인버터부(13)를 구비한다. 인버터부(13)는 상, 하 아암으로 되는 한쌍의 스위칭 소자 예를 들어 IGBT를 환류다이오드와 같이 직렬로 접속한 2개의 모듈을 구비하고, 한 쌍의 스위칭 소자 의 중간 접속점으로부터 각각 셀 출력선(14,15)이 인출된다. 이들 셀 출력선(14, 15)은 인버터 셀(2)의 각각의 셀 출력 단자(OUT1, OUT2)에 접속된다. 총 4개의 스위칭 소자는 각각의 인버터 셀(2)에 딸린 셀 콘트롤러(16)로부터의 제어 신호에 의해 제어된다. 각 인버터 셀(2)의 셀 콘트롤러(16)는 인버터 장치(1) 전체를 제어하는 메인 콘트롤러(17)(도 1참조)에 신호 배선을 통해 접속되고, 상기 메인 콘트롤러(17)에 의해 모든 인버터 셀(2)의 스위칭 소자가 통합 제어된다.

또한, 도 3의 구성예에서는, 정류부(11)가 복수의 다이오드로 구성되지만, 다이오드 대신에 IGBT와 같은 자기 소화형 스위칭 소자를 사용하도록 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 예를 들어 U 상에 있어서는, U1 ~ U6의 6개의 인버터 셀(2)이 직렬로 접속된다. 즉, 중성점(N)에 가장 가까운 첫번째 인버터 셀(U1)에서는, 일방의 셀 출력 단자(OUT1)가 배선(3)을 통해 중성점(N)에 접속되고, 타방의 셀 출력 단자(0UT2)는 다음의 두 번째 인버터 셀(U2)의 셀 출력 단자(OUT1)에 접속된다. 두번째 인버터 셀(U2)의 셀 출력 단자(0UT2)는 다음단계의 인버터 셀(U3)의 셀 출력 단자(OUT1)에 접속된다.

인버터 셀(U4, U5, U6)도 마찬가지로 순차적으로 직렬 접속되고, 마지막 인버터 셀(U6)의 출력 단자(UT2)는 출력 배선(4)을 통해 인버터 장치(1)의 출력 단자(Uout)에 접속된다. V 상을 구성하는 V1 ~ V6의 6개의 인버터 셀(2)과 W 상을 구성하는 W1 ~ W6의 6개의 인버터 셀(2)도 마찬가지로 직렬로 접속된다.

이러한 방식으로 다단으로 직렬로 접속됨으로써, 최종 단계인 인버터 셀(U6, V6및 W6)의 출력 단자(OUT2)의 전위, 즉 인버터 장치(1)의 출력 단자(Uout, Vout 및 Wout)의 전위는 중성점(N)으로부터각 인버터 셀(2)의 출력전압이 가산된 전위로 된다. 예를 들어, 인버터 셀(2)의 출력 전압이 640V 일 때, 중성점(N)과 출력 단자(OUT2) 사이의 전위차는 6 x 635V = 3810V이고, 위상들 사이의 전위차는 3810V x √3 = 6.6kV로 된다.

여기서, 본 발명에서는, 각상의 6개의 인버터 셀(2) 중, 중성점 측에 위치하는 인버터 셀(2), 즉 중성점(N)에 가장 가까운 첫 번째 인버터 셀(U1, V1, W1)에서 중성점(N)에 이르는 배선(3)에, 각각, 전류 검출기(HCT)가 구비되어 있다. 이 전류 검출기(HCT)로서는 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 검출대상으로 되는 도체(예를 들어, 피복전선)(21)가 하우징(22)의 관통공(23)을 관통하여 배치된 환형상의 관통형 전류 검출기가 사용된다. 이들 전류 검출기(HCT)는 신호 배선을 통해 메인 콘트롤러(17)에 접속된다. 즉, 이들 전류 검출기(HCT)는 각 위상에서 흐르는 전류를 검출하고, 메인 콘트롤러(17)에 따라서, 인버터 출력 전류 제어 및 과대한 전류가 흐르는 경우의 보호 동작 등을 위해 그 전류검출치가 이용된다.

상술한 특허 문헌 1의 인버터 장치에서는, 인버터 장치의 출력 단자(Uout, Vout 및 Wout)에 도달하는 고압 출력선에 대해서 출력전류를 검출하지만, 인버터 셀(2)을 다단 직렬로 접속하는 구성에서는, 첫번째 인버터 셀(U1, V1, W1)로부터 중성점(N)에 이르는 배선(3)에 흐르는 전류와, 최종 단계의 인버터 셀(U6, V6, W6)에서 출력 단자(Uout, Votit, Wout)에 이르는 고압 출력선에 흐르는 전류가 서로 일치한다. 따라서, 중성점(N) 측의 배선(3)에 있어서 각 상의 출력 전류를 검출할 수 있다. 또한, 도시된 예에서는, U, V 및 W의 각 위상에 전류 검출기(HCT)가 구비되어 있지만, 부하(모터)의 제로 상 전류가 없다고 가정하면, U 상 전류(Iu)와 V 상 전류(Iv)와 W 상 전류(Iw)사이에서, Iu + Iv + Iw = 0이므로, 2상 전류를 검출함으로써 나머지 상의 전류를 산출할 수 있다. 따라서, 어느 2상에만 전류 검출기(HCT)를 설치하여도 좋다.

첫번째 인버터 셀(U1, VI, W1)에서 중성점(N)까지의 배선(3)의 전위는 접지 전위에 가까운 저전위로 된다. 또한, 각 상의 배선(3)은 동일한 전위를 갖는다. 따라서, 전류 검출기(HCT)의 관통공(23)에 삽입된 배선(3)은 절연 피복이 얇고 직경이 가는 저내압 사양의 전선이어도 좋다. 또한, 판금으로 이루어지고 접지 전위를 갖는 반 하우징과의 사이에 절연 거리가 확보될 수 있으면, 절연 피복이 없는 도체가 사용될 수도 있다. 따라서, 이 배선(3)을 검출대상으로 하는 전류 검출기(HCT)는 소형 저내압 사양으로 족하다. 따라서, 전류 검출기(HCT)가 저렴해지고, 복수개 필요한 전류 검출기(HCT)의 설치 공간을 작게 할 수 있다.

상기 실시예에 있어서는, 중성점(N)은 도 1에 도시된 바와 같이, 저항(R) 및 접지 배선(6)을 통해 접지된다. 따라서, 배선(3)은 거의 접지 전위로 된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 중성점(N)의 전위가 접지 전위에 가까운 낮은 전위로 충분하기 때문에, 저항(R)을 리액터와 콘덴서 등의 다른 임피던스 성분으로 대체할 수 있다. 또는, 중성점(N)은 임피던스 성분을 통하지 않고 직접 접지되어도 좋다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 실시예의 직렬 다중 인버터 장치(1)의 구체적인 반 구성으로서는, 일렬로 나란히 배열된 변압기반(31), 인버터반(32) 및 출력반(33)의 3개의 반으로 구성된다. 변압기반(31)과 인버터반(32)이 서로 인접하고, 인버터반(32)와 출력반(33)이 서로 인접해 있다.

도1에 회로 구성이 도시된 직렬 다중 인버터 장치(1)의 변압기(Tr)는 변압기반(31)의 하우징내에 수용된다. 이 변압기반(31)에는, 예를 들어, 6.6kV 시스템의 상용 AC 전원에 이르는 AC 전원선(34)이 일방의 측면으로부터 접속되어 있다. 인버터반(32)의 하우징내에는 총 18개의 단위화된 인버터 셀(2)(U1 ~ U6, V1 ~ V6, W1 ~ W6)이 수용된다. 예를 들어, [3 x 6]의 형태로 각 위상당 6개씩 상하로 중첩되는 형태로 수용된다. 출력반(33)은 인버터 장치(1)의 출력 시스템을 하우징내에 수용한 것으로서, 부하에 접속되는 3상 출력 단자(35)를 구비한다. 또한, 인버터 장치(1) 전체를 제어하기 위한 메인 콘트롤러(17)(제어기판)가 출력반(33)의 하우징내에 수용되어 있다. 메인 콘트롤러(17)는 도 1에 도시된 출력 배선(4)과의 사이의 공간 거리를 크게 확보할 수 있도록, 3상 출력 단자(35)가 위치한 하우징 측면과는 반대측의 측면가까이에 배치된다.

여기서, 도 1에 도시된 첫단계 인버터 셀(U1, V1, W1)로부터 중성점(N)에 이르는 배선(3)의 일부는 인버터반(32)으로부터 출력반(33)의 하우징내로 우회하여 설치되고 이들 배선(3)에 개별적으로 대응하는 3개의 전류 검출기(HCT)가 출력반(33)의 하우징내에 배치된다. 전류 검출기(HCT)와 메인 콘트롤러(17)는 서로 가까이 배치되어 있고, 이들 사이의 신호 배선 거리가 짧다.

전술한 실시예의 구성에 있어서, 상술한 바와 같이 전류 검출기(HCT)가 소형의 저내압 사양의 것으로 되어 있기 때문에, 복수개(실시예에서 3개)가 필요한 전류 검출기(HCT)의 설치 공간이 작게 되고, 직렬 다중 인버터 장치(1)의 크기가 감소될 수 있다. 그리고 전류 검출기(HCT)의 비용이 절감된다. 또한, 전류 검출기(HCT)가 설치되는 배선(3)은 접지 전위 내지 접지 전위에 가까운 낮은 전위를 가지며, 일반적으로 접지 전위에 가까운 판금으로 된 하우징과의 전위차가 작기 때문에 하우징내에서의 배선(3)의 처리 및 전류 검출기(HCT)의 장착 위치의 자유도가 증가된다.

또한, 메인 콘트롤러(17)와 전류 검출기(HCT)가 출력반(33)의 하우징 내에 서로 가까이 배치되어 있기 때문에, 인버터반(32)내에서의 인버터 셀(2)에 의해 발생된 열로 인한 열적 영향이 없어지고, 메인 콘트롤러(17)와 전류 검출기(HCT) 사이의 신호 배선 거리가 단축될 수 있어서, 신호 배선에서 인버터 셀(2) 등에 의해 발생되는 노이즈의 중첩이 감소된다.

또한, 출력반(33)의 하우징내에서 고전압 출력 배선(4)과 메인 콘트롤러(17)를 이격시켜 배치할 수 있고, 고전압 출력 배선(4)으로부터 발생된 공간 노이즈를 메인 콘트롤러(17)가 받기 어렵다.

또한, 메인 콘트롤러(17)는 접지 전위에 가까운 저전위이고, 전류 검출기(HCT)가 배치되는 배선(3)도 같이 저전위이기 때문에, 양자간의 전위차는 비교적 작다. 예를 들어, 전류 검출기(HCT)를 출력 배선(4)상에 배치하는 특허 문헌 1과 같은 구성에 비하면, 전류 검출기(HCT)가 설치되는 배선(3)과 메인 콘트롤러(17)사이의 전위차가 매우 작다. 따라서, 이러한 전위차에 인한 노이즈에 의한 오작동이 발생하기 어렵다.

다음으로, 도 5는 인버터 장치(1)의 보드(반) 구성의 제 2실시예를 도시한다. 제 2실시예에서는, 인버터 장치(1)는 일렬로 나란히 배열된 3개의 반, 즉 변압기반(41), 전류 검출기반(42) 및 인버터반(43)으로 구성된다. 변압기반(41)와 전류 검출기반(42)이 서로 인접하고, 전류 검출기반(42)와 인버터반(43)이 서로 인접해 있다.

*도 1에 회로 구성을 보여주는 직렬 다중 인버터 장치(1)의 변압기(Tr)는 변압기반(41)의 하우징내에 수용되어 있다. 그 변압기반(41)은, 예를 들어 6.6kV 시스템의 상용 AC 전원에 이르는 AC 전원선(44)이 일방의 측면으로부터 접속된다. 인버터반(43)의 하우징내에는 총 18개의 단위화된 인버터 셀(2)(U1 ~ U6, V1 ~ V6, W1 ~ W6)이 수용된다. 예를 들어, [3 x 6]의 형태로 각 상마다 6개씩 상하로 중첩된 형태로 수용되어 있다. 인버터반(43)은 부하에 접속되는 3상 출력 단자(45)를 전류 검출기반(42)과는 반대측의 측면에 구비하고 있다.

본 실시예에서, U, V 및 W 위상 각각에 설치된 전류 검출기(HCT)는 전류 검출기반(42)의 하우징내에 수용된다. 메인 콘트롤러(17)도 또한 전류 검출기반(42)의 하우징내에 수용된다. 메인 콘트롤러(17)와 전류 검출기(HCT)는 그들 사이의 신호 배선 거리를 가능한한 최소화하기 위해 서로 가까이 배치된다.

또한, 도 6에 도시된 제 3실시예에서와 같이, 출력반(46)을 인버터반(43)에 인접하게 설치하고, 출력 시스템은 인버터반(43)과는 다른 출력반(46)의 하우징 내에 수용되도록 구성하는 것도 가능하다. 제 3실시예에서, 3상 출력 단자(45)는 출력반(46)에 설치된다.

이러한 구성을 갖는 제 2및 제 3실시예에 있어서는, 전술한 제 1실시예에서와 같이 전류 검출기(HCT)가 소형의 저내압 사양으로 되기 때문에, 복수개(실시예에서는 3개) 로 필요한 전류 검출기(HCT)의 설치공간이 감소되고, 직렬 다중 인버터 장치(1)의 크기가 감소됨과 동시에, 전류 검출기(HCT)의 비용이 감소될 수 있다. 또한, 배선(3)은 전위가 낮기 때문에, 하우징내의 배선(3) 처리 및 전류 검출기(HCT)의 장착 위치의 자유도가 높다.

또한, 메인 콘트롤러(17)와 전류 검출기(HCT)가 전류 검출기반(42)의 하우징내에 서로 가까이 배치되어 있기 때문에 인버터반(32)내에서 인버터 셀(2)에 의해 발생된 열에 의해 열적으로 영향을 받지 않음과 동시에, 메인 콘트롤러(17)와 전류 검출기(HCT) 사이의 신호 배선 거리가 감소될 수 있고, 신호 배선의 노이즈의 중첩이 감소될 수 있다. 또한, 인버터반(43) 내지 출력반(46)에 수용되는 고전압 출력 배선(4)과 전류 검출기반(42)의 하우징내에 수용된 메인 콘트롤러(17)가 각각 별개의 하우징에 격리되어 배치되기 때문에, 메인 콘트롤러(17)가 인버터 셀(2) 및 고전압 출력 배선(4)으로부터 발생되는 공간 노이즈를 받지 않게 된다.

또한, 메인 콘트롤러(17)는 접지 전위에 가까운 저전위이고, 전류 검출기(HCT)가 배치되는 배선(3)도 마찬가지로 전위가 낮기 때문에, 둘 사이의 전위차는 비교적 작게 되고, 전위차에 기인한 노이즈에 의한 오작동이 발생하기 어렵다.

제 2및 제 3실시예의 보드(반) 구성에서, 메인 콘트롤러(17)를 변압기반(41)에 수용시키는 것도 좋다. 이 경우, 메인 콘트롤러(17)와 전류 검출기(HCT) 사이의 신호 배선 거리는 다소 길어지게 되지만, 메인 콘트롤러(17)와 고전압 출력 배선(4) 사이의 공간 거리를 보다 크게 확보할 수 있다.

다음으로, 도 7은 도 2에 도시된 제 1실시예의 반 구성의 추가 세부 사항을 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 출력반(33)의 하우징에서 각 위상의 전류 검출기(HCT)를 관통하는 배선(3)은 중성점(N)에서 서로 접속된다. 중성점(N)은 접지 배선(6)을 통해 출력반(33)의 하우징 에 설치된 제 1접지 단자(51)에 접속된다. 특히, 본 실시예에서, 중성점(N)은 저항(R)을 통해 접지되고, 이 접지 저항(R)은 전류 검출기(HCT) 및 접지 배선(6)과 함께 출력반(33)의 하우징내에 수용된다. 전술한 바와 같이, 저항(R) 대신에 리액터 및 콘덴서와 같은 다른 임피던스 성분을 접지점과의 사이에 개재시키는 경우에는, 이들 임피던스 성분을 구성하는 부품이 출력반(33)의 하우징내에 수용된다. 또는, 중성점(N)을 제 1접지 단자(51)에 직접, 즉 임피던스 성분을 개재시키지 않고 접속하여도 좋다.

또한, 변압기(Tr)는 상술한 바와 같이 변압기반(31)의 하우징내에 수용되지만, 변압기반(31)의 하우징에는 제 2접지 단자(52)가 설치되고, 변압기(Tr)의 혼접 방지판(53)이 배선(54)을 통해 제 2접지 단자(52)에 접속된다. 즉, 일반적으로 고전압 또는 대용량 변압기에서는 1차 권선과 2차 권선 사이의 절연 파괴 발생시의 피해를 감소시키기 위해 1차 권선과 2차 권선 사이에 접지 전위로 하는 혼접 방지판이 설치된다. 도시된 예에서, 혼접 방지판(53)이 변압기 반(31)의 하우징에 설치된 제 2접지 단자(52)를 통해 접지된다.

상기 제 1접지 단자(51) 및 제 2접지 단자(52)는 인버터 장치(1)가 설치된 방에 설치되어 있는 접지극에 각각 배선(도시되지 않음)을 통해 접속된다.

이러한 방식으로, 중성점(N)과 접지점 사이에 설치된 저항(R)을 각 상의 전류검출기(HCT)가 수용된 반, 즉 출력반(33)의 하우징내에 수용함으로써 저항(R)을 전류 검출기(HCT)에 근접하여 배치할 수 있고, 저항(R)과 전류 검출기(HCT) 사이의 배선길이가 짧게 된다. 이와 같이 배선 길이가 짧아짐으로써 인버터 장치(1) 제작시의 배선 작업의 작업성 향상, 배선 부재의 비용 절감, 통전 중의 노이즈 저항성의 향상 등의 이점이 얻어진다.

또한, 변압기반(31)의 제 2접지 단자(52)와 별도로 출력반(33)에 중성점(N)을 접지하기 위한 제 1접지 단자(51)가 설치되어 있기 때문에, 출력반(33)의 하우징내에 있어서, 접지배선(6)을 중성점(N) 및 제 1접지 단자(51)와 접속하는 것이 가능하다. 따라서, 접지 배선(6)의 배선 길이가 감소된다.

만일 제 1접지 단자(51)를 설치하지 않고 중성점(N)을 변압기반(31)의 제 2접지 단자(52)에 접지하는 경우에는, 중성점(N)으로부터 제 2접지 단자(52)에 이르는 접지배선(6)이 인버터 반(32)을 관통하여 출력반(33)로부터 변압기반(31)까지 연장된다. 이 경우, 접지 배선(6)의 배선 길이가 길어질뿐만 아니라, 각각의 하우징에 접지 배선(6)을 통과시키기 위한 관통공이 필요하고, 장치 제작의 공정이 증가한다. 도시된 예에서, 출력반(33) 및 변압기반(31)에 개별적으로 접지 단자(51및 52)를 제공함으로써 이러한 문제가 회피될 수 있다.

다음으로, 도 8은 도 5에 도시된 제 2실시예의 반 구성의 추가 세부 사항을 도시한다. 이 예에서, 인버터 장치(1)는 3개의 반, 즉 변압기반(41), 전류 검출기반(42) 및 인버터반(43)으로 구성되지만, 전류 검출기(HCT)가 수용되는 전류 검출기반(42)의 하우징내에 있어서 각 상의 전류 검출기(HCT)를 관통하는 배선(3)은 중성점(N)에서 서로 접속된다. 이 중성점(N)은 접지 배선(6)을 통해 전류 검출기반(42)의 하우징에 설치된 제 1접지 단자(61)에 접속된다. 도시된 예에서, 중성점(N)이 저항(R)을 통해 접지되고, 이 접지 저항(R)이 전류 검출기(HCT) 및 접지 배선(6)과 함께 전류 검출기반(42)의 하우징내에 수용된다. 또한, 전술한 바와 같이, 저항(R) 대신에 리액터 및 콘덴서 등의 다른 임피던스 성분을 접지점과의 사이에 개재시키는 경우에는, 이들 임피던스 성분을 구성하는 부품이 전류 검출기반(42)의 하우징내에 수용된다. 또는, 중성점(N)을 제 1접지 단자(61)에 직접, 즉 임피던스 성분을 통하지 않고 접속하여도 좋다.

또한, 변압기반(41)의 하우징내에 혼접 방지판(53)을 구비한 변압기(Tr)가 수용되고, 변압기반(41)의 하우징에 설치된 제 2접지 단자(62)에 혼접 방지판(53)이 배선(54)을 통해 접속된다.

상기 제 1접지 단자(61) 및 제 2접지 단자(62)는 인버터 장치(1)가 설치된 방에 설치되어 있는 접지극에 각각 배선(도시 생략)을 통해 접속된다.

다음으로, 도 9는 도 6에 도시된 제 3실시예의 반 구성의 추가 세부 사항을 도시한다. 이 예에서, 인버터 장치(1)는 4개의 반, 변압기반(41), 전류 검출기반(42), 인버터반(43) 및 출력 반(46)으로 이루어지고, 출력 시스템이 출력반(46)의 하우징내에 수용된다. 각 위상의 전류 검출기(HCT)는 전류 검출기반(42)의 하우징내에 수용되고, 도8의 실시예에서와 마찬가지로, 접지 저항(R)이 전류 검출기반(42)의 하우징내에 수용된다. 또 변압기반(41)의 제 2접지 단자(62)와는 별도로, 제 1접지 단자(61)가 전류 검출기반(42)의 하우징에 설치된다.

도 8 또는 도 9에 도시된 실시예에 있어서는, 접지 저항(R)이 변압기반(41)에 인접한 전류 검출기반(42)에 수용되지만, 그 접지를 위한 제 1접지 단자(61)가 변압기반(41)의 제 2접지 단자(62)와 별도로 전류검출기반(42)에 설치되어 있기 때문에, 각 하우징에서 접지 배선(6)을 통과시키기 위한 관통공을 형성할 필요가 없고, 접지 배선(6)의 배선 길이는 감소된다.

또한, 상술된 각각의 실시예에서는, 관통형 전류 검출기가 전류 검출기(HCT)로서 사용되고 있지만, 본 발명에 있어서, 관통형 이외의 유형의 전류 검출기가 사용될 수 있다. 이 경우에도 저내압 사양의 전류 검출기로 되기 때문에 고내압 사양보다 소형이고 저렴하다.

또한, 상기 실시예에 있어서는, 단상 출력 인버터 셀(2)을 6단 직렬로 접속하지만, 본 발명에 있어서 다중 단수는 임의적이다.

Claims

변압기를 통해 AC 전원이 각각 입력되는 단상 출력 인버터 셀을 다단 직렬로 접속하여 U 상, V 상 및 W 상의 각각을 구성함과 동시에, 이들 각 위상의 직렬 접속의 일단을 중성점에서 서로 접속하도록 된 인버터 장치에 있어서,
적어도 두 개의 위상의 중성점측의 단상 출력 인버터 셀로부터 상기 중성점에 이르는 배선에, 각각 전류 검출기가 설치됨과 동시에,
상기 변압기가 하우징내에 수용된 변압기반;
복수의 상기 단상 출력 인버터 셀이 하우징내에 수용되고, 상기 변압기반에 인접한 인버터반; 및
상기 단상 출력 인버터 셀을 제어하는 콘트롤러가 하우징내에 수용됨과 동시에, 부하에 접속되는 3상 출력 단자를 가지며, 상기 인버터반에 인접한 출력반;
을 구비하고,
상기 중성점 측의 단상 출력 인버터 셀에서 상기 중성점에 이르는 배선의 일부가, 상기 인버터반으로부터 상기 출력반의 하우징내로 우회하고, 이들 배선에 대하여 설치되는 상기 전류 검출기가 상기 출력반의 하우징내에 설치되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
변압기를 통해 AC 전원이 각각 입력되는 단상 출력 인버터 셀을 다단 직렬로 접속하여 U 상, V 상 및 W 상의 각각을 구성함과 동시에, 이들 각 위상의 직렬 접속의 일단을 중성점에서 서로 접속하도록 된 인버터 장치에 있어서,
적어도 두 개의 위상의 중성점측의 단상 출력 인버터 셀로부터 상기 중성점에 이르는 배선에, 각각 전류 검출기가 설치됨과 동시에,
상기 변압기가 하우징내에 수용된 변압기반;
상기 단상 출력 인버터 셀을 제어하는 콘트롤러 및 상기 전류 검출기가 하우징내에 수용되고, 상기 변압기반에 인접한 전류 검출기반; 및
복수의 상기 단상 출력 인버터 셀이 하우징내에 수용되고, 상기 전류검출기반에 인접한 인버터반;
을 구비한 인버터 장치.
제 1항에 있어서,
상기 중성점이 임피던스 성분을 통해 접지되고, 상기 임피던스 성분을 구성하는 부품이 상기 출력반의 하우징내에 수용되는 인버터 장치.
제 2항에 있어서,
상기 중성점이 임피던스 성분을 통해 접지되고, 상기 임피던스 성분을 구성하는 부품이 상기 전류검출기반의 하우징내에 수용되는 인버터 장치.
제1항에 있어서,
상기 변압기반 및 상기 출력반이 각각 접지 단자를 구비하고, 상기 중성점이 상기 출력반의 접지 단자에 직접 또는 임피던스 성분을 통해 접속되는 인버터 장치.
제 2항에 있어서,
상기 변압기반 및 상기 전류 검출기반이 각각 접지 단자를 구비하고, 상기 중성점이 상기 전류검출기반의 접지 단자에 직접 또는 임피던스 성분을 통해 접속되는 인버터 장치.
제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류검출기가 관통형 전류검출기인 인버터 장치.