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KR100657473B1 - 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법 - Google Patents

인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법 Download PDF

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KR100657473B1
KR100657473B1 KR1020040067201A KR20040067201A KR100657473B1 KR 100657473 B1 KR100657473 B1 KR 100657473B1 KR 1020040067201 A KR1020040067201 A KR 1020040067201A KR 20040067201 A KR20040067201 A KR 20040067201A KR 100657473 B1 KR100657473 B1 KR 100657473B1
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Abstract

본 발명은 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법에 관한 것으로서, 3상 교류전원을 사용하는 인버터의 경우 고전원이 인가되고 높은 용량의 커패시터를 사용함에 따라 초기 충전시 돌입 전류가 발생하는데, 상기 3상 교류전원의 중성선과 직렬로 연결되어 상기 중성선의 연결을 개폐하는 제 1릴레이와, 상기 인버터의 정류부의 마이너스 단자에 직렬로 연결되어 상기 정류부와 DC링크단의 마이너스 단자의 연결을 개폐하는 제 2릴레이를 포함하여 구성되는 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법은 고가의 마그네틱 스위치를 사용할 필요가 없으므로 인버터의 초기 충전시 돌입전류가 인가되는 것을 방지하는 회로를 저렴하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
인버터, 정류부, DC링크단, 릴레이

Description

인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법{Inrush protection circuit and its method for inverter}
도 1은 종래의 인버터의 돌입전류 방지회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터의 돌입전류 방지회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인버터의 돌입전류 방지방법의 제 1실시예의 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인버터의 돌입전류 방지방법의 제 2실시예의 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10 : 3상전원 20 : 제 1릴레이
30 : 제 2릴레이 60 : 정류부
70 : DC링크단
본 발명은 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 3상 4선식 교류전원을 인가받아 동작하는 인버터에 있어서 상기 3상 교류전원에 의한 고전압 및 고용량의 커패시터에 의해 발생하는 초기 충전시 돌입전류를 저가의 릴레이를 사용하여 차단할 수 있는 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법에 관한 것이다.
일반적으로 인버터는 직류전원을 인가받아 가변전압 및 가변주파수의 교류전원을 출력하는 장치로서, 상기 직류전원은 전압의 크기 및 주파수가 고정된 3상 교류전원을 정류하여 사용하는 것이 일반적이다.
3상 교류전원은 복수개의 다이오드로 구성된 정류부에 의해 직류전원으로 변환되며, 상기 정류부에 의해 반파정류된 직류전원은 복수개의 콘덴서로 구성된 DC링크단에 의해 충전되어 평활화된 직류전원을 상기 인버터의 주제어부로 출력한다.
그러나 일반적인 3상 교류전원은 일반적으로 220V의 크기를 갖고 각 상의 위상차가 120도이므로 상기 3상 교류전원의 선간 전압의 크기는 약 380 V로서, 이와 같은 고전압에 따라 상기 콘덴서의 용량이 증가하게 되고, 이로 인해 초기 충전시 돌입전류가 발생하게 된다.
따라서, 상기와 같은 돌입전류를 방지하기 위해 돌입전류 방지회로가 상기 인버터에 구현되는데, 일반적인 돌입전류 방지회로를 도 1과 관련하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 인버터의 돌입전류 방지회로도이다. 도 1에 따른 인버터의 돌입전류 방지회로는 3상 교류전원(1)에 의해 구동되며, 상기 3상 교류전원의 각 상은 각각 E1, E2, E3이며, N은 중성선이다.
또한, 상기 돌입전류 방지회로는 상기 전원의 인가를 제어하는 제 1스위치(2) 및 제 2스위치(3)와, 자석을 검출하여 온/오프의 동작을 수행하는 마그네트 스위치(4)와, 상기 제 1스위치(2)에 직렬로 연결되는 shunt저항(5)과, 상기 3상 교류전원(1)으로부터 인가된 교류전원을 정류하는 복수개의 다이오드로 구성된 정류부(6)와, 상기 정류부(6)로부터 출력된 반파정류를 평활화하도록 상기 반파정류를 인가받아 충전동작을 하는 복수개의 콘덴서로 구성된 DC링크단(7)을 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 인버터는 상기 제 1스위치(2) 및 제 2스위치(3)가 소정의 조건에 따라 자동적으로 개폐되도록 이를 제어하는 주제어부(미도시)를 포함한다.
이하, 상기와 같이 구성되는 일반적인 인버터의 돌입전류 방지회로의 동작을 설명한다.
초기에는 제 1스위치(2) 및 제 2스위치(3)가 모두 오프된 상태이므로 3상 교류전원(1)이 DC링크단(7)으로 인가되지 못하며, 상기 전원이 초기 인가되면 제 1스위치(2)가 동작하여 온 상태로 변환된다.
상기 제 1스위치(2)가 온 되는 경우 상기 3상 교류전원(1)의 E1전원은 제 1스위치(2) 및 shunt저항(5)을 통해 상기 정류부(6)로 인가되며, E3전원은 마그네트 스위치(4)와 관련없이 상기 정류부(6)로 직접 연결되어 인가된다.
이에 따라 상기 정류부(6)에는 3상 교류전원(1)의 E1 및 E3전압간의 선전압이 인가되는데, 상기 선전압에 의해 정류부(6) 및 DC링크단(7)으로 인가되는 초기 충전전류를 제한하기 위해 shunt저항(5)을 제 1스위치(2)와 직렬로 연결한다.
초기 충전전류에 의해 DC링크단(7)의 콘덴서가 충전을 시작하고, 상기 충전에 의한 DC링크단 전압이 일정전압 이상이 되는 경우 상기 제 1스위치(2)는 오프되고 상기 제 2스위치(3) 및 마그네트 스위치(4)가 온 된다.
이에 따라, 상기 3상 교류전원(1)의 각 상(E1, E2, E3)이 모두 정류부(6)로 인가되고, 상기 DC링크부(7)는 정상상태 충전의 동작을 수행한다.
그러나, 초기 충전전류가 과도하게 발생하는 돌입전류를 방지할 수 있는 종래의 돌입전류 방지회로는, 상기와 같은 동작을 수행하기 위해 마그네틱 스위치를 사용함으로써 그 구현비용이 증가하였고 그 부피가 증가하는 문제가 발생하였으며, 고가의 shunt저항을 반드시 사용해야 하였으므로 이에 따른 비용이 추가 상승되는 문제가 발생하였다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고가의 마그네틱 스위치를 사용할 필요없이 초기 충전전류가 과도하게 발생하는 돌입전류를 방지할 수 있는 회로를 저렴하게 구현할 수 있으며, 상기 회로 구현에 필요한 공간을 감소시킬수 있는 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법을 제공하는데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 인버터의 돌입전류 방지회로에 따르면, 3상 4선식 교류전원에 의해 구동되는 인버터에서 상기 교류전원을 직류전원으로 정류하기 위해 복수개의 다이오드로 구성된 정류부와, 상기 정류부로부터 인가된 직류전원에 의해 소정의 DC전압을 충전하는 DC링크단과, 상기 DC링크단의 초기충전시 상기 교류전원의 전원단자와 중성선 단자간의 전압이 DC링크단으로 인가되도록, 상기 교류전원의 중성선과 직렬로 연결되어 상기 중성선의 연결을 개폐하는 제 1릴레이와, 상기 DC링크단의 정상상태 충전을 위해 상기 교류전원의 전원단자간의 선전압이 DC링크단으로 인가되도록, 상기 정류부와 DC링크단의 결선에 연결되어 상기 정류부와 DC링크단 단자의 연결을 개폐하는 제 2릴레이로 구성된다.
또한, 본 발명에 의한 인버터의 돌입전류 방지방법에 따르면, 3상 4선식 교류전원의 중성선에 연결된 제 1릴레이가 온(on) 되는 제 1단계와, 상기 제 1단계에서 제 1릴레이가 온 됨에 따라, 상기 교류전원의 전원단자와 중성점 단자간의 전압이 DC링크단으로 인가되어 상기 DC링크단이 초기 충전을 시작하는 제 2단계와, 제 2단계에서 상기 DC링크단에 충전된 초기 전압(V)이 기존 설정전압(V1)보다 큰 값인지 판단하는 제 3단계와, 상기 제 3단계에서 상기 DC링크단에 충전된 초기 전압(V)이 기존 설정전압(V1)보다 큰 경우 상기 DC링크단의 정상상태 충전을 위해 상기 교류전원의 전원단자간의 전압이 DC링크단에 인가되도록 제 2릴레이를 온 시키는 4단계로 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법에 있어서 종래와 동일하게 사용되는 소자의 기본 동작은 상기 설명한 바와 같으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터의 돌입전류 방지회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 인버터는 3상 4선식의 교류전원(10)을 구동전원으로 하며, 각 전원의 단자(E1, E2, E3)는 220V이며 120도의 위상차를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 인버터의 돌입전류 방지회로는 상기 교류전원(10)을 인가받아 이를 직류로 정류하는 정류부(60)와, 상기 정류부(60)에 의해 정류된 직류전원에 의해 소정의 DC전압을 충전하는 DC링크단(70)과, 상기 교류전원(10)이 DC링크단(70)으로 인가되는 것을 제어하기 위해 상기 회로의 결선을 온/오프하는 제 1릴레이(20) 및 제 2릴레이(30)를 더 포함하여 구성된다.
인버터의 동작 전에는 제 1릴레이(20) 및 제 2릴레이(30)가 오프되어있어 상기 교류전원(10)은 DC링크단(70)으로 Path가 형성되지 않으며, 인버터의 동작과 함께 상기 제 1릴레이(20)가 연결이 된다.
상기 제 1릴레이(20)가 연결이 되면, 전원단자(E1, E2, E3)가 A지점을 통해 상기 DC링크단(70)으로 인가되며, DC링크단(70)에는 상전압과 중성선(N)간의 전압이 인가된다. 즉, 상기 교류전원의 상전압이 220V인 경우에는 상기 상전압과 중성 선(N)간의 전압 역시 220V가 된다.
따라서, 상기와 같은 초기 충전단계에 있어서 DC링크단(70)에 인가되는 전압은 380V보다 낮은 220V이므로 이러한 경우에는 과전류가 인가되지 않는다. 따라서 상기 DC링크단으로 인가되는 과전류를 제한하기 위한 shunt저항값을 작은 것으로 사용하거나 또는 커패시터 용량에 따라 상기 shunt저항을 사용하지 않을 수 있다.
상기와 같은 인버터의 초기 충전에 의해 DC링크단은 단상의 220V 전원을 인가하여 충전했을 때와 동일한 정도로 충전을 하는데, 이와 같은 실시예의 경우에는 일반적으로 약 DC 300V의 값으로 초기 충전된다.
초기 충전에 의해 DC링크단(70)이 약 300V로 충전된 후에는 상기 교류전원(10)에 의해 380V의 전원이 인가되더라도, 상기 인가전원과 초기 충전된 전원간에는 전압차이가 크지 않기 때문에 이에 따라 전압차에 의한 충전 전류값도 크지 않다.
따라서, DC링크단(70)의 초기 충전후 정상상태 충전을 위해서 기 충전된 전압(V)을 기존에 설정된 전압(V1)과 비교하여, 기 충전된 전압(V)이 큰 경우에 정상상태 충전 단계를 거칠 필요없이, 초기 충전이 시작되고 난 후 일정시간이 경과하였음을 판단하고, 상기 일정시간이 경과하였다고 판단된 경우에 정상상태 충전 단계로 들어갈 수 있다.
상기와 같은 방법에 의해 DC링크단(70)이 초기 충전을 함에 있어서 순간적으로 과도한 전류가 상기 DC링크단(70)으로 흐르는 돌입전류가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 초기 충전 단계가 끝난 경우에 상기 제 1릴레이(20)를 오프시키고 제 2 릴레이(30)를 온 시켜 정상상태 충전 단계를 시작한다.
한편, 본 발명에 따르면 정상상태 충전 단계에 있어서도 상기 제 1릴레이(20)를 오프시키지 않아도 과전류의 인가를 방지할 수 있는데, 이는 상기 제 1릴레이(20)를 온 시킨 상태에서 제 2릴레이(30)를 온 시키더라도, 상기 DC링크단(70)에는 220V의 전압이 인가되므로 과전류가 인가되지 않기 때문이다.
제 1릴레이(20)가 오프되고 제 2릴레이(30)가 온 되는 정상상태 충전단계의 경우에 상기 교류전원(10)의 세 개의 상(E1, E2, E3)이 모두 상기 DC링크단(70)과 A지점 및 B지점을 통해 DC링크단(70)으로 path를 형성하여 상기 DC링크단(70)에는 3상 교류전원(10)의 선간 전압이 인가되는데, 특히 본 발명이 적용되는 인버터가 BLDC모터용 인버터인 경우 정상상태에서 입력되는 전류는 20A 미만의 값으로 정해진다.
또한, 상기 제 2릴레이(30)가 온 되어 있는 경우에 상기 제 2릴레이(30)의 양단에는 거의 전압이 걸리지 않으며, 상기 제 2릴레이(30)가 오프되어 있는 경우에도 상기 DC링크단(70)에 초기 충전된 전압값에 의해 제 2릴레이(30)의 양단에 걸리는 전압 또한 그 크기가 작아지게 된다.
따라서, 상기한 바와 같이 본 발명의 인버터의 돌입전류 방지회로에 적용되는 제 1릴레이(20) 및 제 2릴레이(30)는 저용량의 일반 전원 온/오프용 스위치를 사용하여 구현될 수 있으므로 초기 충전시의 돌입전류를 차단하는 회로를 저렴하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명에 따른 인버터의 돌입전류 방지방법의 제 1실시예의 순서도이다.
제 1단계는 3상 4선식 교류전원의 중성선에 연결된 제 1릴레이가 온 상태로 변환되며(S1), 상기 제 1릴레이에는 직렬로 shunt저항이 연결될 수 있다.
제 2단계는 상기 제 1단계에서 제 1릴레이가 온 됨에 따라 상기 교류전원의 전원단자와 중성선 단자간의 전압이 DC링크단으로 인가되어 상기 DC링크단이 초기 충전을 시작한다(S2).
또한, 상기 제 2단계는 DC링크단으로 인가되는 전원이 상기 3상 교류전원의 전원단자와 중성선 단자간의 전압이므로 그 크기가 선간전압에 비해 작은 값을 가지므로 상기 shunt저항의 연결구성을 생략할 수 있으며, 제 1릴레이 또한 저렴한 일반 전원 온/오프용 스위치를 사용할 수 있다.
제 3단계는 상기 제 2단계에서 초기 충전에 의한 DC링크단 전압(V)을 측정하여(S3) 이를 기존에 설정된 전압(V1)과 비교하여 더 큰 값인지 판단한다(S4).
제 4단계는 상기 제 3단계에서 측정전압(V)이 기존 설정전압(V1)보다 큰 것으로 판단된 경우에는 제 2릴레이를 온 시킴으로써 상기 3상 교류전원의 선간전압이 DC링크단에 인가되도록 하여 DC링크단이 정상상태 충전동작을 하도록 한다.
또한, 상기 제 4단계는 제 1릴레이를 오프시키는 과정을 더 포함할 수 있다(S5,S6).
상기한 바와 같이 초기 충전에 의해 DC링크단이 충전되고 난 후 상기 DC링크단에 3상 교류전원의 선간전압이 인가되어도 전압차에 의한 충전 전류값이 크지 않 기 때문에, 상기 충전된 전압을 기존 설정 전압과 비교할 필요없이 초기 충전단계가 일정시간 경과한 경우에 정상상태 충전단계로 들어갈 수 있다.
상기한 바에 따라 본 발명에 의한 인버터의 돌입전류 방지방법의 제 2실시예에 따르면 제 1릴레이 ON(S11) 및 DC링크단 초기충전 시작(S12)의 제 1,2단계 이후, 상기 제 1실시예의 제 3단계 및 제 4단계를 상기 DC링크단이 초기충전을 시작한지 소정의 시간(T)이 기존 설정된 시간(T1)을 경과하였는지 판단(S13,S14)하는 제 3단계 및 상기 제 3단계에서 상기 DC링크단이 초기 충전시간(T)이 기존 설정시간(T1)을 초과하였다고 판단한 경우 제 2릴레이를 온 시킴으로써 상기 3상 교류전원의 선간전압이 DC링크단에 인가되도록 하여 DC링크단이 정상상태 충전동작을 하는 제 4단계로 대체할 수 있다(S15,S16).
이상과 같이 본 발명에 의한 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법을 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 응용이 가능하다.
상기와 같이 구성되는 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법은 고가의 마그네틱 스위치를 사용하지 않고, 저렴한 일반 전원 온/오프용 스위치를 사용하여 초기 충전전류가 과도하게 발생하는 돌입전류를 방지할 수 있으며, 회로 구현에 필 요한 공간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다

Claims (7)

  1. 3상 4선식 교류전원에 의해 구동되는 인버터에서 상기 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터 인가된 직류전원에 의해 소정의 DC전압을 충전하는 DC링크단;
    상기 DC링크단의 초기충전시 상기 교류전원의 전원단자와 중성선 단자간의 전압이 상기 DC링크단으로 인가되도록, 상기 교류전원의 중성선과 직렬로 연결되어 상기 중성선의 연결을 개폐하는 제 1릴레이; 및
    상기 DC링크단의 정상상태 충전을 위해 상기 교류전원의 전원단자간의 선전압이 상기 DC링크단으로 인가되도록, 상기 정류부와 상기 DC링크단의 결선에 연결되어 상기 정류부와 상기 DC링크단 단자의 연결을 개폐하는 제 2릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 돌입전류 방지회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1릴레이와 직렬로 연결된 Shunt저항;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 돌입전류 방지회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2릴레이가 온 되어 상기 DC링크단이 정상상태로 충전되는 경우, 상기 제 1릴레이는 오프되는 것을 특징으로 하는 인버터의 돌입전류 방지회로.
  4. 3상 4선식 교류전원의 중성선에 연결된 제 1릴레이가 온(on) 되는 단계;
    상기 제 1릴레이가 온 됨에 따라, 상기 교류전원의 전원단자와 중성점 단자간의 전압이 DC링크단으로 인가되어 상기 DC링크단이 초기 충전을 시작하는 단계;
    상기 DC링크단에 충전된 초기 전압(V)이 기존 설정전압(V1)보다 큰 값인지 판단하는 단계; 및
    상기 DC링크단에 충전된 초기 전압(V)이 기존 설정전압(V1)보다 큰 경우, 상기 DC링크단의 정상상태 충전을 위해 상기 교류전원의 전원단자간의 전압이 상기 DC링크단에 인가되도록 제 2릴레이를 온 시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 돌입전류 방지방법.
  5. 3상 4선식 교류전원의 중성선에 연결된 제 1릴레이가 온(on) 되는 제 1단계;
    상기 제 1릴레이가 온 됨에 따라, 상기 교류전원의 전원단자와 중성점 단자간의 전압이 DC링크단으로 인가되어, 상기 DC링크단이 초기 충전을 시작하는 제 2단계;
    상기 DC링크단이 초기충전을 시작한 후 경과된 시간(T)이 기존 설정시간(T1)을 경과하였는지 판단하는 제 3단계;
    상기 제 3단계에서 상기 DC링크단이 초기 충전을 시작한 후 경과된 시간(T)이 기존 설정시간(T1)을 경과하였다고 판단된 경우, 상기 DC링크단의 정상상태 충전을 위해 상기 교류전원의 전원단자간의 전압이 상기 DC링크단에 인가되도록 제 2릴레이를 온 시키는 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 돌입전류 방지방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2단계는 상기 제 1릴레이와 직렬로 연결된 Shunt저항에 의해 상기 DC링크단으로 인가되는 초기 충전 전류의 크기를 제한하는 것을 특징으로 하는 인버터의 돌입전류 방지방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2릴레이를 온 시키는 경우, 상기 제 1릴레이를 오프시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 돌입전류 방지방법.
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