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KR100900409B1 - One-heatsink booster pump multi-inverter with change drive function using loss power estimation - Google Patents

One-heatsink booster pump multi-inverter with change drive function using loss power estimation Download PDF

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KR100900409B1
KR100900409B1 KR1020090007347A KR20090007347A KR100900409B1 KR 100900409 B1 KR100900409 B1 KR 100900409B1 KR 1020090007347 A KR1020090007347 A KR 1020090007347A KR 20090007347 A KR20090007347 A KR 20090007347A KR 100900409 B1 KR100900409 B1 KR 100900409B1
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KR
South Korea
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inverter
booster pump
voltage
pump
inverter module
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Application number
KR1020090007347A
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Korean (ko)
Inventor
윤인식
이정표
Original Assignee
주식회사 두크
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Publication date
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Abstract

A booster pump system including a multi inverter is provided to increase the reliability of the whole booster pump system by reducing the effect or the vibration or the noise. A booster pump system including a multi inverter comprises a plurality of the inverter module(#X, #Y). The inverter module is mounted on one heat sink and interconnected with a telecommunication line. The inverter module is consisting of an electricity part and a controller. The electricity part is comprised of a PIM, a smoothing capacitor, a voltage sensor and a current sensor. The smoothing capacitor smoothes the DC power supply. The voltage sensor detects the smoothed direct current voltage. The current sensor detects the output voltage of an inverter part. The controller is consisting of a PID controller, an alternation driving control part, a V / f controller, a PWM generator, a three-direction phase / two-direction phase converter and a loss calculation part. The PID controller outputs the pump order revolution about the configuration pressure according to the inputted discharge pressure. The alternation driving control part performs the alternation driving according to the pump order revolution and loss and outputs the pump RPM of each inverter module. The V / f controller determines the output voltage of the inverter according to the pump RPM. The PWM generator generates a signal controlling the inverter part according to the output voltage of the inputted inverter. The three-direction phase / two-direction phase converter changes the three-phase current to the two-phase current. The loss calculation part computes the accumulation loss.

Description

손실량 추정을 이용한 교대운전 기능을 가지는 멀티 인버터를 구비한 부스터 펌프 시스템{One-heatsink Booster Pump Multi-Inverter with Change Drive Function using Loss Power Estimation}One-heatsink Booster Pump Multi-Inverter with Change Drive Function using Loss Power Estimation}

본 발명은 부스터 펌프 시스템에서 부스터 펌프를 구동하는 인버터에 있어서, 단일 방열판 구조를 적용하여 다수의 인버터 모듈을 하나의 방열판에 장착하여 하나의 인버터가 다수의 펌프를 구동하는 멀티 인버터를 구성하고 각각의 인버터 모듈의 손실량을 추정하고 누적 손실량을 구하는 기능을 추가하여 이를 인버터 모듈의 교대 운전을 이용하는 멀티 인버터를 구비한 부스터 펌프 시스템에 관한 것이다. The present invention is an inverter for driving a booster pump in a booster pump system, by applying a single heat sink structure to a plurality of inverter modules mounted on a single heat sink to configure a multi-inverter in which one inverter drives a plurality of pumps and each The present invention relates to a booster pump system having a multi-inverter using an alternating operation of an inverter module by adding a function of estimating a loss amount of an inverter module and calculating a cumulative loss amount.

근래의 부스터 펌프 시스템의 일정압력 제어방법은 인버터를 이용한 펌프 회전수 제어방식을 대부분 사용하고 있다. 펌프 회전수 제어방식은 펌프 회전수를 제어하는 인버터의 수에 따라 단독 펌프 인버터 제어방식과 개별 펌프 인버터 제어방식이 있다. 단독 펌프 인버터 제어방식은 토출부의 유량에 따라 하나의 펌프만 인버터로 제어하고 나머지 펌프는 직입 운전을 하는 방식이다. 단독 펌프 인버터 제어방식은 유량에 따라 펌프의 회전수를 제어하므로 비교적 정확하게 토출압력을 제어할 수 있다. 그러나 인버터로 제어되는 펌프를 제외한 나머지 펌프는 기동시 직입 운전을 하기 때문에 전동기의 기동전류가 클 뿐만 아니라 토출 배관에 높은 압력이 가해지므로 완충용 압력탱크가 반드시 필요하다. 이에 비해 개별 펌프 인버터 제어방식은 각각의 펌프를 인버터가 개별로 구동시키므로 펌프의 순간적인 과전류를 방지 할 뿐만 아니라 토출 유량 변화에 따라 토출 압력을 세밀하게 제어할 수 있어서 우수한 제어방식이다. 또한 이 제어방식은 각각 펌프의 회전속도를 독립적으로 제어할 수 있으며 부스터 펌프 시스템의 운전 상태 및 부하량과 각 펌프의 운전 상태 정보를 정확하게 얻을 수 있다. 개별 펌프 인버터 제어방식은 인버터 구성 방법에 따라 개별 인버터 방식과 멀티 인버터 방식이 있다. 개별 인버터 방식은 각각의 펌프에 단일 인버터를 장착하거나 판넬에 펌프의 수만큼 단독 인버터를 설치하는 방식이다. 각각의 펌프에 단독 인버터를 직접 장착하는 방식은 부스터 펌프가 운전할 때 펌프의 진동과 노이즈가 직접 인버터에 전달되어 인버터에 악영향을 줄 수 있으며 각각의 인버터를 각 펌프에 정착하고 펌프에 전기적으로 배선하게 되어 제조과정이 복잡해진다. 또한 펌프 수만큼의 단독 인버터를 전기 판넬에 부착하여 시스템을 구성하는 경우에는 새로이 전기적 판넬이 필요하며, 판넬 내부에 많은 계전 장치와 추가적인 배기장치를 갖추어야 하므로 전체 시스템의 제조원가가 상승하는 원인이 된다. 멀티 인버터 방식은 하나의 기구 내부에 펌프의 수만큼 인버터 모듈을 장착하고 하나의 인버터를 구성하여 다수의 펌프를 구성하는 구조로 되어 있다. 이런 멀티 인버터 구성방식은 개별 인버터 방식에 비해 전체 크기가 작을 뿐만 아니라 펌프의 전기 배선이 간단하고 펌프의 진동이나 노이즈에 영향을 덜 받아 전체 시스 템의 신뢰성이 높아진다. In recent years, the constant pressure control method of the booster pump system mainly uses the pump rotation speed control method using an inverter. The pump rotation speed control method includes a single pump inverter control method and an individual pump inverter control method according to the number of inverters controlling the pump rotation speed. In the single pump inverter control method, only one pump is controlled by the inverter according to the flow rate of the discharge unit, and the other pumps are indirect operation. The single pump inverter control method controls the rotation speed of the pump according to the flow rate, so that the discharge pressure can be controlled relatively accurately. However, the pumps other than the pump controlled by the inverter are indirect operation at the start, so the starting current of the motor is large and the high pressure is applied to the discharge pipe. On the other hand, the individual pump inverter control method is an excellent control method because each pump is driven by the inverter individually to prevent the instantaneous overcurrent of the pump and to finely control the discharge pressure according to the discharge flow rate change. In addition, this control method can independently control the rotation speed of each pump, and can accurately obtain the operation status and load of the booster pump system and the operation status of each pump. Individual pump inverter control methods include individual inverter method and multi inverter method according to the inverter configuration method. The individual inverter method is to install a single inverter in each pump or to install a single inverter as many as the number of pumps in the panel. Directly mounting a single inverter on each pump can cause the vibration and noise of the pump to be directly transmitted to the inverter when the booster pump is operating, which can adversely affect the inverter, and set each inverter to each pump and electrically wire the pump. This complicates the manufacturing process. In addition, when a system is constructed by attaching as many inverters as the number of pumps to an electric panel, a new electric panel is required, and a lot of relay devices and additional exhaust devices must be provided inside the panel, thereby increasing the manufacturing cost of the entire system. The multi-inverter method has a structure in which a plurality of pumps are configured by mounting an inverter module as many as the number of pumps in one mechanism and configuring one inverter. This multi-inverter configuration not only has a smaller overall size than the individual inverter type, but also makes the electrical wiring of the pump simpler and less susceptible to vibration or noise of the pump, thereby increasing the reliability of the entire system.

본 발명은 부스터 펌프 시스템에서 부스터 펌프를 구동하는 인버터에 있어서, 단일 방열판 구조를 적용하여 다수의 인버터 모듈을 하나의 방열판에 장착하여 하나의 인버터가 다수의 펌프를 구동하는 멀티 인버터를 구성하고 인버터 모듈의 손실량을 추정하여 누적 손실량을 구하는 기능을 추가하여 이를 인버터 모듈의 교대 운전을 이용하는 단일 방열판 구조 부스터 펌프 멀티 인버터의 구성 및 제어 방법을 제안하는 데 있다. The present invention is an inverter for driving a booster pump in a booster pump system, by applying a single heat sink structure to a plurality of inverter modules mounted on one heat sink to configure a multi-inverter in which one inverter drives a plurality of pumps and inverter module The present invention proposes a method of configuring and controlling a single heat sink structure booster pump multi-inverter using an alternate operation of an inverter module by adding a function of estimating a loss amount of the accumulated loss amount.

본 발명의 목적은 인버터를 이용하는 부스터 펌프 시스템에 있어서, 다수의 단독 인버터로 구성된 개별 방열구조의 인버터는 전체 시스템의 방열조건이 고르지 못하므로 단독 인버터의 수명이 들쑥날쑥하는 단점이 있으므로 전체 시스템의 방열 특성을 개선시키는 멀티 인버터를 적용하여 인버터에서 발생하는 손실량을 줄이고 전체 시스템에서의 수명을 증대시키기 위해 다수의 인버터 모듈을 단일 방열판 구조 위에 장착하는 멀티 인버터를 구비한 부스터 펌프 시스템을 제공하는데 있다. An object of the present invention is a booster pump system using an inverter, the heat dissipation characteristics of the entire system because the inverter of the individual heat dissipation structure composed of a plurality of single inverters has a disadvantage that the lifespan of the single inverter is jagged because the heat dissipation conditions of the entire system is uneven. The present invention provides a booster pump system having multiple inverters in which a plurality of inverter modules are mounted on a single heat sink structure in order to reduce the amount of losses occurring in the inverter and increase the lifetime of the entire system by applying the multiple inverters.

본 발명은 상기 문제 해결을 위해 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터를 포함하는 부스터 펌프 시스템에 있어서,The present invention provides a booster pump system comprising a single heat sink booster pump multi inverter for solving the above problems,

상기 멀티 인버터는The multi inverter

하나의 방열판 위에 다수의 인버터 모듈을 장착 구조이며 입력전원(1)을 내부에서 인버터 모듈(2)로 분배하는 연결 구조이며 인버터 모듈(2)은 압력센서(3)에서 부스터 펌프(4)의 토출압력을 받아 하나의 부스터 펌프(4)를 구동하며 각각의 인버터 모듈(2)은 서로 통신선로에 의해 연결되는 구조로 구성되며, 상기 인버터 모듈은 입력전원에서 교류 전원을 공급받아 가변전압-가변주파수로 변환시키는 PIM과 상기 PIM은 교류전원을 직류 전원으로 변환시키는 정류부와 PWM 발생부에서 신호를 받아 평활된 직류 전원을 가변 주파수-가변 전압의 교류전원으로 변환시키는 인버터부와 PIM 온도를 측정하는 PIM 온도센서와 상기 정류부에서 정류된 직류전원 을 평활하는 평활용 커패시터와 상기 평활용 커패시터에 의해 평활된 직류전압을 검출하는 전압센선와 상기 인버터부의 출력전류를 검출하는 전류센서와 지령 압력과 토출부의 압력에 따라 펌프의 지령 회전수를 제어하는 PID 제어기와 슬레이브 인버터 모듈에서 구해진 누적 손실량과 펌프 지령 회전수를 이용하여 슬레이브 인버터 모듈의 펌프 회전수를 제어하는 교대운전 제어부와 마스터 인버터 모듈에서 출력되는 펌프 회전수를 입력받아 인버터 모듈의 출력전압을 결정하는 V/f 제어기와, 상기 인버터부에 연결된 상기 전류센서에서 검출한 3상 전류를 2상 전류로 변환시키는 3상/2상 변환기와 상기 V/f 제어기에서 결정된 인버터 모듈의 출력전압과 상기 전압센서에서 검출한 직류전압과 PIM온도센서에서 검출한 PIM 온도를 이용하여 인버터 모듈의 누적 손실량을 연산하는 손실량 계산부를 구비하여 각 인버터 모듈의 손실량을 추정하고 누적 손실량을 구하여 이를 교대운전의 지표로 사용함으로써 각 인버터 모듈의 누적 피로도를 현실적으로 반영하여 인버터 모듈의 사용율을 균등하게 분배하는 것을 특징으로 하는 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터를 포함하는 부스터 펌프 시스템을 제공하고자 한다.A plurality of inverter modules are mounted on one heat sink and a connection structure for distributing the input power source 1 to the inverter module 2. The inverter module 2 discharges the booster pump 4 from the pressure sensor 3. One booster pump 4 is driven under pressure, and each inverter module 2 is connected to each other by a communication line. The inverter module is supplied with AC power from an input power source and has a variable voltage-variable frequency. PIM for converting to PIM and PIM for converting AC power to DC power and inverter for converting smooth DC power into AC power of variable frequency-variable voltage by receiving signal from PWM generator and PIM for measuring PIM temperature A smoothing capacitor for smoothing the DC power rectified by the temperature sensor and the rectifying unit; a voltage line detecting the smoothing DC voltage by the smoothing capacitor; Pump rotation of the slave inverter module using the current sensor for detecting the output current of the butter part, the PID controller that controls the pump's command speed according to the command pressure and the discharge part, and the cumulative losses obtained from the slave inverter module and the pump command speed. The V / f controller determines the output voltage of the inverter module by receiving the shift operation control unit controlling the number and the pump rotation speed output from the master inverter module, and the three-phase current detected by the current sensor connected to the inverter unit. Accumulated loss amount of inverter module using 3 phase / 2 phase converter converting to phase current and output voltage of inverter module determined by V / f controller, DC voltage detected by voltage sensor and PIM temperature detected by PIM temperature sensor A loss amount calculation unit that calculates the loss amount of each inverter module and calculates the accumulated loss amount. By using this as an indicator of the shift operation to provide a single heat sink booster pump multi-inverter system including a booster pump, characterized in that for uniformly distributing the duty of the inverter module to reflect the cumulative degree of fatigue of each of the inverter modules in reality.

본 발명의 효과는 첫번째, 다수의 인버터 모듈을 단일 방열판 위에 장착하는 멀티 인버터는 전체 인버터 모듈 중에서 소수만 운전하는 경우에 상대적으로 커다란 방열판 위에서 소수만 운전하게 되므로 상대적으로 좋은 방열효과를 얻을 수 있어서 인버터 모듈의 손실이 감소되어 전체 시스템의 효율이 높아지고, 개별 인버터 구성 방법의 시스템보다 전체 크기가 작을 뿐만 아니라 펌프의 전기 배선이 간단하고 펌프의 진동이나 노이즈에 영향을 덜 받아 전체 부스터 펌프 시스템의 신뢰성이 높아진다.First, the multi-inverter mounting a plurality of inverter modules on a single heat sink is a relatively small heat dissipation effect can be obtained because only a few operating on a relatively large heat sink when only a small number of the entire inverter module operating the inverter module Reduced losses increase the efficiency of the overall system, reduce the overall size of the system to individual inverter configurations, simplify the electrical wiring of the pump, and reduce the effects of vibration or noise on the pump, making the overall booster pump system more reliable.

두번째, 멀티 인버터의 인버터 모듈에서 주위온도, 운전환경, 출력전류, 스위칭 소자 특성 등의 정보를 이용하여 각 인버터 모듈의 손실량을 추정하고 누적 손실량을 구하여 이를 교대운전의 지표로 사용함으로써 각 인버터 모듈의 누적 피로도를 현실적으로 반영할 수 있어 인버터 모듈의 사용율을 균등하게 분배하여 전체 부스터 펌프 시스템의 수명이 길어진다. Second, in the inverter module of the multi-inverter, the loss amount of each inverter module is estimated by using information such as ambient temperature, operating environment, output current, and switching element characteristics, and the cumulative loss amount is calculated and used as an index of shift operation. The cumulative fatigue can be realistically reflected, thus evenly distributing the utilization of the inverter module, thus extending the life of the entire booster pump system.

본 발명의 구성을 이하, 첨부 도면과 관련하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명의 단일 방열판 멀티 인버터의 내부 인버터 모듈 구성도이다. 멀티 인버터의 내부에는 인버터 모듈 #X과 인버터 모듈 #Y가 하나의 방열판 위에 장착되어 있다. 각 인버터 모듈에는 제어부와 전력부로 나누어 지고 전력부에는 전력 반도체 스위치인 PIM(Power Integrated Module)를 가지고 있다. PIM은 실제 전력변환을 하는 장치로써 전력변환시 손실이 발생하고 손실은 열의 형태로 나타나며 방열판을 통해 방열을 하게 된다. 각 인버터 모듈의 제어부는 통신선을 통해 서로 통신을 하게 되는 구조로 되어 있다. 1 is a block diagram of the internal inverter module of the single heat sink multi inverter of the present invention. Inside the multi inverter, inverter module #X and inverter module #Y are mounted on one heat sink. Each inverter module is divided into a control unit and a power unit, and the power unit has a power integrated module (PIM) which is a power semiconductor switch. PIM is a device that actually converts power, and loss occurs during power conversion, and the loss appears in the form of heat, and heat is radiated through the heat sink. The control unit of each inverter module is configured to communicate with each other through a communication line.

제2도는 본 발명의 단일 방열판 멀티 인버터를 적용한 부스터 펌프 시스템의 블록도이다. 부스터 펌프 시스템은 여러 개의 부스터 펌프 병렬로 연결하고 부스터 펌프의 회전수를 제어하여 토출부의 필요 유량을 공급하는 시스템이다. 단일 방열판 멀티 인버터를 적용한 부스터 펌프 시스템은 전체 시스템에 전력을 공급하는 입력전원(1)과 부스터 펌프(4)의 토출부의 압력을 검출하는 압력센서(3)과 입력전원(1)에서 전원을 공급받고 각 펌프의 회전수를 제어하는 단일 방열판 멀티 인버터(2)와 단일 방열판 멀티 인버터에 의해 제어되며 토출부의 필요 유량을 공급하는 부스터 펌프(4)로 구성되어 있다. 단일 방열판 멀티 인버터는 하나의 방열판에 여러 개의 인버터 모듈이 장착되어 있으며 각 부스터 펌프(4)와 압력센서(3)가 연결되어 있으며 각 부스터 펌프(4)의 회전수를 독립적으로 제어한다. 그리고 인버터 모듈 사이에는 서로 통신선으로 연결되어 각 부스터 펌프(4)의 운전 상태 정보를 공유하고 마스터 인버터 모듈이 전체 인버터 모듈을 연동 제어한다.2 is a block diagram of a booster pump system employing a single heat sink multi inverter of the present invention. The booster pump system is a system that connects several booster pumps in parallel and controls the rotation speed of the booster pump to supply the required flow rate of the discharge portion. The booster pump system employing a single heat sink multi-inverter includes a pressure sensor (3) for detecting the pressure of the input power supply (1) for supplying power to the entire system and the discharge part of the booster pump (4); It consists of a single heat sink multi inverter 2 which is supplied power from the input power source 1 and controls the rotation speed of each pump, and a booster pump 4 which is controlled by a single heat sink multi inverter and supplies the required flow rate of the discharge part. . A single heat sink multi inverter has a plurality of inverter modules mounted on a single heat sink, each booster pump 4 and the pressure sensor (3) is connected, and controls the number of revolutions of each booster pump (4) independently. In addition, the inverter module is connected to each other by a communication line to share the operating state information of each booster pump (4) and the master inverter module interlocked control the entire inverter module.

제3도는 본 발명의 단일 방열판 부스터 펌프 인버터의 제어 블럭도이다. 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터(2)는 하드웨어적으로 여러 개의 인버터 모듈이 구성되어 있으며, 인버터 모듈은 입력전원(1)에서 공급되는 교류 전원을 나누어 가지며, 각 인버터 모듈#X은 입력전원(1) 받아 부스터 펌프(4)에 가변 주파수-가변 전압의 교류전원을 공급하는 PIM(2-1) 있으며, PIM(2-1)은 입력전원(1)의 교류전원을 직류 전원으로 변환시키는 정류부(2-1-1)과 평활된 직류전원을 가변 주파수-가변 전압의 교류전원으로 변환시키는 인버터부(2-1-2)와 PIM(2-1)의 내부 온도를 측정하는 PIM 온도센서(2-1-3)으로 구성되어 있다. 그리고 정류부(2-1-1)에서 정류된 직류전원을 평활하는 평활용 커패시터(2-2)와 평활된 직류전압을 검출하는 전압센서(2-4)가 있으며, 인버터부(2-1-2)의 출력전류를 검출하는 전류센서(2-3)이 구성 되어 있다. 3 is a control block diagram of a single heat sink booster pump inverter of the present invention. Single heat sink booster pump multi inverter (2) is composed of several inverter modules in hardware, the inverter module divides the AC power supplied from the input power (1), each inverter module #X is input power (1) receiving a variable frequency to the booster pump (4) and the rectifying section of the PIM (2-1) to supply ac power of variable voltage, PIM (2-1) converts the AC power to the input power supply 1 to the direct-current power supply ( 2-1-1) and the inverter unit 2-1-2 for converting smoothed DC power into AC power of variable frequency-variable voltage, and the PIM temperature sensor 2 for measuring the internal temperature of the PIM 2-1. -1-3). And a smoothing capacitor 2-2 for smoothing the DC power rectified in the rectifying unit 2-1-1, and a voltage sensor 2-4 for detecting the smoothed DC voltage, and an inverter unit 2-1-. The current sensor 2-3 which detects the output current of 2) is comprised.

본 발명의 손실량을 이용한 교대운전 기능이 있는 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터(2)의 제어부는 슬레이브 제어부와 마스터 제어부가 있다. 마스터 제어부는 인버터 모듈 중에서 전체 시스템을 제어하는 인버터 모듈에서만 동작을 하고 슬레이브 제어부는 전체 인버터 모듈에서 동작을 한다. 마스터 제어부는 부스터 펌프(4)의 토출부에 설치된 압력센서(3)에서 검출된 현재 토출압력(

Figure 112009005963556-pat00001
)을 입력받아 설정압력(
Figure 112009005963556-pat00002
)에 대해서 펌프 지령 회전수(
Figure 112009005963556-pat00003
)이 출력되는 PID 제어기(2-9)와 PID 제어기(2-9)에서 출력된 펌프 지령 회전수(
Figure 112009005963556-pat00004
)와 각 인버터 모듈에서 통신선로를 통해 전달된 손실량(
Figure 112009005963556-pat00005
,
Figure 112009005963556-pat00006
, …
Figure 112009005963556-pat00007
)을 입력받아 각 인버터 모듈의 교대운전을 수행하여 각 인버터 모듈의 펌프 회전수(
Figure 112009005963556-pat00008
,
Figure 112009005963556-pat00009
, …
Figure 112009005963556-pat00010
)를 출력하는 교대운전 제어부(2-10)로 구성되어 있다. 인버터 모듈의 슬레이브 제어부는 펌프 운전을 제어하기 위해 마스터 제어부의 펌프 회전수(
Figure 112009005963556-pat00011
)에 따라 인버터의 출력전압(
Figure 112009005963556-pat00012
,
Figure 112009005963556-pat00013
)를 결정하는 V/f 제어기(2-5)와 인버터의 출력전압(
Figure 112009005963556-pat00014
,
Figure 112009005963556-pat00015
)을 입력받아 인버터부(2-1-2)를 제어하는 신호를 발생시키는 PWM 발생부(2-6)이 있으며 인버터부(2-1-2)의 출력에 연결된 전류센서(2-3)에서 검출한 3상 전류(
Figure 112009005963556-pat00016
,
Figure 112009005963556-pat00017
,
Figure 112009005963556-pat00018
)를 2상 전류(
Figure 112009005963556-pat00019
,
Figure 112009005963556-pat00020
)로 변환 시키는 3상/2상 변환기(2-7)과 2상 전류(
Figure 112009005963556-pat00021
,
Figure 112009005963556-pat00022
)와 인버터의 출력전압(
Figure 112009005963556-pat00023
,
Figure 112009005963556-pat00024
), PIM 온도센서(2-1-3)의 출력인 PIM 온도(
Figure 112009005963556-pat00025
)와 전압센서(2-4) 의 출력인 직류전압(
Figure 112009005963556-pat00026
)와 인버터부(2-1-2)의 설정된 스위칭 주파수(
Figure 112009005963556-pat00027
)을 입력 받아 누적 손실량(
Figure 112009005963556-pat00028
)을 연산하는 손실량 계산부(2-8) 로 이루어져 있다. The control unit of the single heat sink booster pump multi inverter 2 having the alternating operation function using the loss amount of the present invention includes a slave control unit and a master control unit. The master controller operates only in the inverter module that controls the entire system among the inverter modules, and the slave controller operates in the whole inverter module. The master controller controls the current discharge pressure detected by the pressure sensor 3 installed in the discharge portion of the booster pump 4.
Figure 112009005963556-pat00001
) And the set pressure (
Figure 112009005963556-pat00002
Pump command rotation speed ()
Figure 112009005963556-pat00003
) Pump command rotation speed (2) output from PID controller (2-9) and PID controller (2- 9 )
Figure 112009005963556-pat00004
) And the amount of loss delivered over the communication lines in each inverter module (
Figure 112009005963556-pat00005
,
Figure 112009005963556-pat00006
,…
Figure 112009005963556-pat00007
) And the rotation of the pump of each inverter module
Figure 112009005963556-pat00008
,
Figure 112009005963556-pat00009
,…
Figure 112009005963556-pat00010
) Is composed of an alternating operation control unit 2-10. The slave controller of the inverter module controls the pump speed of the master controller to control the pump operation.
Figure 112009005963556-pat00011
Output voltage of the inverter
Figure 112009005963556-pat00012
,
Figure 112009005963556-pat00013
Output voltage of V / f controller (2-5) and inverter (
Figure 112009005963556-pat00014
,
Figure 112009005963556-pat00015
) Is a PWM generator (2-6) for generating a signal to control the inverter unit (2-1-2) and the current sensor (2-3) connected to the output of the inverter unit (2-1-2) 3-phase current detected by
Figure 112009005963556-pat00016
,
Figure 112009005963556-pat00017
,
Figure 112009005963556-pat00018
) To the 2-phase current (
Figure 112009005963556-pat00019
,
Figure 112009005963556-pat00020
3 phase / 2 phase converter (2-7) and two phase current (
Figure 112009005963556-pat00021
,
Figure 112009005963556-pat00022
) And inverter output voltage (
Figure 112009005963556-pat00023
,
Figure 112009005963556-pat00024
), PIM temperature (output from PIM temperature sensor (2-1-3)
Figure 112009005963556-pat00025
) And DC voltage (output of the voltage sensor 2-4)
Figure 112009005963556-pat00026
) And the set switching frequency of the inverter unit (2-1-2)
Figure 112009005963556-pat00027
) And the cumulative loss (
Figure 112009005963556-pat00028
It is composed of a loss amount calculation unit (2-8) for calculating).

제4도는 본 발명의 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터의 손실량 계산 순서도이다. 인버터 모듈의 누적 손실량을 계산하는 방법을 상세히 기술하면 다음과 같다. 누적 손실량을 계산하는 주기(K-th Sampling)에서4 is a flowchart illustrating a loss amount calculation of the single heat sink booster pump multi inverter of the present invention. The method of calculating the accumulated loss amount of the inverter module is described in detail as follows. In the period of calculating the cumulative loss (K-th Sampling)

S1 : PIM 온도(

Figure 112009005963556-pat00029
)를 입력 받아PIM(2-1)의 인버터부(2-1-2)에서 IGBT의 도통시 포화전압(
Figure 112009005963556-pat00030
)과 온-상태 저항(
Figure 112009005963556-pat00031
)을 아래의 수식 식2-4와 2-5를 이용하여 추정하고 다이오드의 도통시 포화전압(
Figure 112009005963556-pat00032
)과 온-상태 저항(
Figure 112009005963556-pat00033
)을 식 4-1과 4-2를 이용하여 추정한다.S1: PIM temperature (
Figure 112009005963556-pat00029
) And the saturation voltage of conducting IGBT at conduction (2-1-2) of PIM (2-1)
Figure 112009005963556-pat00030
) And on-state resistance (
Figure 112009005963556-pat00031
) Is estimated using Equations 2-4 and 2-5 below and the saturation voltage (
Figure 112009005963556-pat00032
) And on-state resistance (
Figure 112009005963556-pat00033
) Is estimated using Equations 4-1 and 4-2.

S2 : S1에서 추정한 에서 IGBT의 도통시 포화전압(

Figure 112009005963556-pat00034
)과 온-상태 저항(
Figure 112009005963556-pat00035
)와 다이오드의 도통시 포화전압(
Figure 112009005963556-pat00036
)과 온-상태 저항(
Figure 112009005963556-pat00037
)을 입력 받아 인버터부(2-1-2)의 스위칭 소자의 손실(
Figure 112009005963556-pat00038
)을 식 1을 이용하여 구한다. 이때 IGBT의 도통손실(
Figure 112009005963556-pat00039
)은 식 2와 식 2-1~5를 이용하여 구하고 IGBT의 스위칭 손실(
Figure 112009005963556-pat00040
)은 식 3을 이용하고 인버터부(2-1-2)의 스위칭 주파수(
Figure 112009005963556-pat00041
)와 사용되는 스위칭 소자의 데이터 시트의 정보를 이용하여 구한다. 또한 다이오드의 도통손실(
Figure 112009005963556-pat00042
)은 식 4와 식 2-1~3, 4-1~2를 이용하여 구하고 다이오드의 OFF 손실(
Figure 112009005963556-pat00043
)은 식 5와 인버터부(2-1- 2)의 스위칭 주파수(
Figure 112009005963556-pat00044
)와 사용되는 스위칭 소자의 데이터 시트의 정보를 이용하여 구한다.S2: Saturation voltage at conduction of IGBT estimated from S1 (
Figure 112009005963556-pat00034
) And on-state resistance (
Figure 112009005963556-pat00035
) And saturation voltage during conduction of diode
Figure 112009005963556-pat00036
) And on-state resistance (
Figure 112009005963556-pat00037
) Loss of the switching element of the inverter section 2-1-2 (
Figure 112009005963556-pat00038
) Is obtained using Equation 1. At this time, IGBT conduction loss (
Figure 112009005963556-pat00039
) Is obtained using Equation 2 and Equations 2-1 to 5, and IGBT switching loss (
Figure 112009005963556-pat00040
) Is expressed by Equation 3 and the switching frequency of the inverter section 2-1-2
Figure 112009005963556-pat00041
) And the data sheet of the switching element used. In addition, the conduction loss of the diode (
Figure 112009005963556-pat00042
) Is obtained using Equation 4, Equation 2-1 ~ 3, 4-1 ~ 2, and the OFF loss of diode (
Figure 112009005963556-pat00043
Is the switching frequency of the inverter unit (2-1-2)
Figure 112009005963556-pat00044
) And the data sheet of the switching element used.

S3 : S2단계에서 구한 스위칭 소자의 손실(

Figure 112009005963556-pat00045
)를 누적하여 누적 손실량(
Figure 112009005963556-pat00046
)을 구한다. S3: Loss of the switching element obtained in step S2 (
Figure 112009005963556-pat00045
) To accumulate cumulative losses (
Figure 112009005963556-pat00046
)

제5도는 본 발명의 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터의 교대운전 제어 순서도다. 여기에서 본 발명의 멀티 인버터의 교대운전 제어 방법을 상세히 기술하면 다음과 같다. 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터의 교대운전 제어 주기(K-th Sampling)에서 5 is an alternate operation control flowchart of a single heat sink booster pump multi inverter of the present invention. Herein, the shift operation control method for the multi inverter of the present invention will be described in detail. In a single heat sink booster pump multiple drive control cycle (K-th Sampling)

S1 : 인버터 모듈이 Master 인버터 모듈인지 Slave 인버터 모듈인지를 판단한다. 본 발명의 교대운전 방법은 Master 인버터 모듈에서만 동작하기 때문에 만약 현재 인버터 모듈이 Master 인버터 모듈이면 S2 단계로 보내지며, Slave 인버터 모듈이면 교대운전 제어를 하지 않는다.S1: Determine whether the inverter module is the master inverter module or slave inverter module. Since the shift operation method of the present invention operates only in the master inverter module, if the current inverter module is the master inverter module, it is sent to step S2, and if the slave inverter module does not perform the shift operation control.

S2 : 전체 인버터 모듈 중에서 출력 중인 운전 인버터 모듈과 출력을 하지 않는 정지 인버터 모듈을 검출하고 S3 로 이동한다.S2: Detects the operating inverter module being output and the stationary inverter module not outputting among all inverter modules and moves to S3.

S3 : 전체 인버터 모듈 중에서 출력 중인 운전 인버터 모듈 가운데 가장 많은 누적손실량을 갖는 운전 인버터 모듈을 정지 시킨다. S3: Stops the operation inverter module with the highest accumulated loss amount among the operation inverter modules being output among all inverter modules.

S4 : 전체 인버터 모듈 중에서 출력을 하지 않는 정지 인버터 모듈 가운데 가장 적 은 누적손실량을 갖는 정지 인버터 모듈을 운전 시킨다. 다음 제어주기로 넘어간다.S4: Operate the stationary inverter module with the lowest accumulated loss among stationary inverter modules that do not output among all inverter modules. Go to the next control cycle.

아래의 수식은 인버터 모듈의 스위칭 반도체 소자의 손실(

Figure 112009005963556-pat00047
)을 구하기 위한 수식이다.The formula below shows the loss of the switching semiconductor element of the inverter module.
Figure 112009005963556-pat00047
)

Figure 112009005963556-pat00048
(1)
Figure 112009005963556-pat00048
(One)

Figure 112009005963556-pat00049
(2)
Figure 112009005963556-pat00049
(2)

여기에서 From here

부하전류의 피크 값은

Figure 112009005963556-pat00050
이고 (2-1)The peak value of the load current is
Figure 112009005963556-pat00050
And (2-1)

변조지수는

Figure 112009005963556-pat00051
이며, (2-2)Modulation Index
Figure 112009005963556-pat00051
(2-2)

부하역률은

Figure 112009005963556-pat00052
이다. (2-3)Load factor
Figure 112009005963556-pat00052
to be. (2-3)

IGBT 포화전압은

Figure 112009005963556-pat00053
이고 (2-4)IGBT saturation voltage
Figure 112009005963556-pat00053
And (2-4)

IGBT의 온-상태 저항

Figure 112009005963556-pat00054
이다. (2-5)On-State Resistance of IGBTs
Figure 112009005963556-pat00054
to be. (2-5)

Figure 112009005963556-pat00055
은 스위칭 소자의 내부온도이다.
Figure 112009005963556-pat00055
Is the internal temperature of the switching element.

Figure 112009005963556-pat00056
(3)
Figure 112009005963556-pat00056
(3)

여기에서 From here

Figure 112009005963556-pat00057
: 특정 조건에서의 IGBT의 턴-온 손실[mJ] ](125℃ -데이터 시트)
Figure 112009005963556-pat00057
: IGBT turn-on loss [mJ] at specific conditions (125 ° C-data sheet)

Figure 112009005963556-pat00058
: 특정 조건에서의 IGBT의 턴-오프 손실[mJ] ](125℃ -데이터 시트)
Figure 112009005963556-pat00058
: Turn-off loss [mJ] of IGBT under specific conditions (125 ° C-data sheet)

Figure 112009005963556-pat00059
: 특정 조건에서의 IGBT의 전류 [A] - 데이터 시트
Figure 112009005963556-pat00059
: Current of IGBT under specific conditions [A]-Data sheet

Figure 112009005963556-pat00060
: 특정 조건에서의 IGBT의 전압 [V] - 데이터 시트
Figure 112009005963556-pat00060
: Voltage of IGBT under specific conditions [V]-Data Sheet

Figure 112009005963556-pat00061
: 인버터 직류링크 전압[V]
Figure 112009005963556-pat00061
Inverter DC link voltage [V]

Figure 112009005963556-pat00062
: 스위칭 소자의 스위칭 주파수[Hz]이다.
Figure 112009005963556-pat00062
: The switching frequency [Hz] of the switching element.

Figure 112009005963556-pat00063
(4)
Figure 112009005963556-pat00063
(4)

여기서 here

다이오드 포화전압

Figure 112009005963556-pat00064
이고 (4-1)Diode saturation voltage
Figure 112009005963556-pat00064
And (4-1)

다이오드 온-상태 저항

Figure 112009005963556-pat00065
이다. (4-2)Diode On-State Resistance
Figure 112009005963556-pat00065
to be. (4-2)

Figure 112009005963556-pat00066
(5)
Figure 112009005963556-pat00066
(5)

Figure 112009005963556-pat00067
: 특정 조건에서의 다이오드의 턴-오프 손실[mJ](125℃) -데이터 시트
Figure 112009005963556-pat00067
: Turn-off loss [mJ] (125 ° C) of diode under specific conditions-data sheet

Figure 112009005963556-pat00068
: 특정 조건에서의 다이오드의 전류 - 데이터 시트
Figure 112009005963556-pat00068
: Current of diode under specific conditions-data sheet

Figure 112009005963556-pat00069
: 특정 조건에서의 다이오드의 전압 - 데이터 시트
Figure 112009005963556-pat00069
: Voltage of diode under specific conditions-data sheet

도 1은 본 발명의 단일 방열판 멀티 인버터의 내부 인버터 모듈 구성1 is an internal inverter module configuration of a single heat sink multi inverter of the present invention

도 2는 본 발명의 단일 방열판 멀티 인버터를 이용한 부스터 펌프 시스템 블럭도Figure 2 is a block diagram of a booster pump system using a single heat sink multi inverter of the present invention

도 3는 본 발명의 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터의 제어 블럭도3 is a control block diagram of a single heat sink booster pump multi inverter of the present invention;

도 4는 본 발명의 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터의 손실량 계산 순서도Figure 4 is a flow chart of the loss calculation of the single heat sink booster pump multi inverter of the present invention

도 5는 본 발명의 단일 방열판 부스터 펌프 멀티 인버터의 교대운전 제어 순서도5 is a flow chart of alternate operation control of a single heat sink booster pump multi inverter of the present invention.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

1 : 3상 입력 전원 1: 3-phase input power

2 : 단일 방열 부스터 펌프 멀티 인버터2: single heat dissipation booster pump multi inverter

2-1 : PIM(Power Integrated Module)2-1: PIM (Power Integrated Module)

2-1-1: 정류부 2-1-2 : 인버터부2-1-1: Rectifier 2-1-2: Inverter

2-1-3: PIM 온도센서2-1-3: PIM Temperature Sensor

2-2 : 평활용 커패시터 2-3 : 전류센서2-2: Smoothing Capacitor 2-3: Current Sensor

2-4 : 전압센서 2-5 : V/f 제어기2-4: Voltage Sensor 2-5: V / f Controller

2-6 : PWM 발생기 2-7 : 3상/2상 변환부 2-6: PWM generator 2-7: 3 phase / 2 phase converter

2-8 : 손실량 계산부 2-9 : PID 제어기2-8: Loss amount calculator 2-9: PID controller

2-10 : 교대운전 제어부 2-10: Shift operation control

3 : 토출부 압력센서 4 : 부스터 펌프3: discharge part pressure sensor 4: booster pump

Claims (1)

방열판 위에 상호간 통신선로에 의해 연결되는 다수의 인버터 모듈이 장착되고,On the heat sink is mounted a plurality of inverter modules connected by mutual communication lines, 입력전원이 각각의 인버터 모듈로 분배되며, 상기 인버터 모듈은 압력센서에서 부스터 펌프의 토출압력을 받아 상기 인버터 모듈에 대응하는 부스터 펌프를 구동하는 멀티 인버터를 구비한 부스터 펌프 시스템에 있어서,In the booster pump system having a multi-inverter for input power is distributed to each inverter module, the inverter module receives the discharge pressure of the booster pump from the pressure sensor to drive the booster pump corresponding to the inverter module, 상기 인버터 모듈은 전력부와 제어부로 이루어지며,The inverter module is composed of a power unit and a control unit, 상기 전력부는 입력전원에서 교류 전원을 공급받아 가변전압-가변주파수로 변환시키는 PIM과;The power unit receives the AC power from the input power source and converts the variable voltage to a variable frequency; 직류전원을 평활하는 평활용 커패시터와;A smoothing capacitor for smoothing a DC power supply; 평활된 직류전압을 검출하는 전압센서와; 인버터부의 출력전압을 검출하는 전류센서;로 구성되고,A voltage sensor detecting a smoothed DC voltage; Consists of a current sensor for detecting the output voltage of the inverter unit, 상기 제어부는The control unit 부스터 펌프(4)의 토출부에 설치된 압력센서(3)에서 검출된 현재 토출압력(
Figure 112009005963556-pat00070
)을 입력받아 설정압력(
Figure 112009005963556-pat00071
)에 대해서 펌프 지령 회전수(
Figure 112009005963556-pat00072
)이 출력되는 PID 제어기(2-9)와;
The current discharge pressure detected by the pressure sensor 3 installed in the discharge portion of the booster pump 4 (
Figure 112009005963556-pat00070
) And the set pressure (
Figure 112009005963556-pat00071
Pump command rotation speed ()
Figure 112009005963556-pat00072
PID controller 2-9 is outputted;
상기 PID 제어기(2-9)에서 출력된 펌프 지령 회전수(
Figure 112009005963556-pat00073
)와 각 인버터 모듈에서 통신선로를 통해 전달된 손실량(
Figure 112009005963556-pat00074
,
Figure 112009005963556-pat00075
, …
Figure 112009005963556-pat00076
)을 입력받아 각 인버터 모듈의 교대운전을 수행하여 각 인버터 모듈의 펌프 회전수(
Figure 112009005963556-pat00077
,
Figure 112009005963556-pat00078
, …
Figure 112009005963556-pat00079
)를 출력하는 교대운전 제어부(2-10);
The PID controller (2-9) can rotate in the pump output command (
Figure 112009005963556-pat00073
) And the amount of loss delivered over the communication lines in each inverter module (
Figure 112009005963556-pat00074
,
Figure 112009005963556-pat00075
,…
Figure 112009005963556-pat00076
) And the rotation of the pump of each inverter module
Figure 112009005963556-pat00077
,
Figure 112009005963556-pat00078
,…
Figure 112009005963556-pat00079
Shift operation control unit (2-10) for outputting;
펌프 회전수(
Figure 112009005963556-pat00080
)에 따라 인버터의 출력전압(
Figure 112009005963556-pat00081
,
Figure 112009005963556-pat00082
)를 결정하는 V/f 제어기(2-5)와;
Pump speed (
Figure 112009005963556-pat00080
Output voltage of the inverter
Figure 112009005963556-pat00081
,
Figure 112009005963556-pat00082
A V / f controller 2-5 for determining < RTI ID = 0.0 >
인버터의 출력전압(
Figure 112009005963556-pat00083
,
Figure 112009005963556-pat00084
)을 입력받아 인버터부(2-1-2)를 제어하는 신호를 발생시키는 PWM 발생부(2-6)와;
Inverter output voltage
Figure 112009005963556-pat00083
,
Figure 112009005963556-pat00084
) And a PWM generator (2-6) for generating a signal for controlling the inverter (2-1-2);
인버터부(2-1-2)의 출력에 연결된 전류센서(2-3)에서 검출한 3상 전류(
Figure 112009005963556-pat00085
,
Figure 112009005963556-pat00086
,
Figure 112009005963556-pat00087
)를 2상 전류(
Figure 112009005963556-pat00088
,
Figure 112009005963556-pat00089
)로 변환 시키는 3상/2상 변환기(2-7)와;
Three-phase current detected by current sensor 2-3 connected to output of inverter section 2-1-2
Figure 112009005963556-pat00085
,
Figure 112009005963556-pat00086
,
Figure 112009005963556-pat00087
) To the 2-phase current (
Figure 112009005963556-pat00088
,
Figure 112009005963556-pat00089
3 to 2 phase converter (2-7) to convert;
2상 전류(
Figure 112009005963556-pat00090
,
Figure 112009005963556-pat00091
)와 인버터의 출력전압(
Figure 112009005963556-pat00092
,
Figure 112009005963556-pat00093
), PIM 온도센서(2-1-3)의 출력인 PIM 온도(
Figure 112009005963556-pat00094
)와 전압센서(2-4)의 출력인 직류전압(
Figure 112009005963556-pat00095
)과 인버터부(2-1-2)의 설정된 스위칭 주파수(
Figure 112009005963556-pat00096
)을 입력 받아 누적 손실량(
Figure 112009005963556-pat00097
)
2-phase current
Figure 112009005963556-pat00090
,
Figure 112009005963556-pat00091
) And inverter output voltage (
Figure 112009005963556-pat00092
,
Figure 112009005963556-pat00093
), PIM temperature (output from PIM temperature sensor (2-1-3)
Figure 112009005963556-pat00094
) And DC voltage (output of the voltage sensor 2-4)
Figure 112009005963556-pat00095
) And the set switching frequency of the inverter unit (2-1-2)
Figure 112009005963556-pat00096
) And the cumulative loss (
Figure 112009005963556-pat00097
)
을 연산하는 손실량 계산부(2-8);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티 인버터를 구비한 부스터 펌프 시스템 Booster pump system with a multi-inverter characterized in that it comprises a;
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