KR100425851B1 - 하나의 전류센서를 이용한 삼상 교류전류 측정 방법 - Google Patents

하나의 전류센서를 이용한 삼상 교류전류 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 전류센서를 이용한 삼상 교류전류 측정 방법에 관한 것으로서, 전류값을 샘플링 하기 위한 최소시간을 확보하기 위해 기준전압을 변화시키고 동일 주기내에서 변화시킨 기준전압을 보상하여 매 주기마다 전류측정이 가능하고 전류의 왜곡을 방지하는 하나의 전류센서를 이용한 삼상 교류전류 측정 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 삼각파를 이용한 펄스폭 변조신호 생성시 전류값을 샘플링 하기 위한 최소시간을 확보하기 위하여 매 주기마다삼각파의 상승부분에서가장 높은 전압을 가지는한상의 기준전압을 일정전압 상승시키고, 가장 낮은 전압을 가지는다른상의 기준전압을 일정전압 하강시키는 기준전압 변화단계와,상기 매 주기마다 하나의 전류센서를 통해 전류를 측정하는 전류측정 단계와,상기 변화된 각상의 기준전압을 보상하기 위하여매 주기마다삼각파의 하강부분에서가장 높은 전압을 가지는한상의 기준전압을 일정전압 하강시키고, 가장 낮은 전압을 가지는다른상의 기준전압을 일정전압 상승시키는 기준전압 보상단계로 이루어 진다.

Description

하나의 전류센서를 이용한 삼상 교류전류 측정 방법{METHOD FOR MEASURING THREE-PHASE CURRENT WITH SINGLE CURRENT SENSOR}
본 발명은 하나의 전류센서를 이용한 삼상 교류전류 측정 방법에 관한 것으로서, 특히 전류값을 샘플링 하기 위한 최소시간을 확보하기 위해 기준전압을 변화시키고 동일 주기내에서 변화시킨 기준전압을 보상하여 매 주기마다 전류측정이 가능하고 전류의 왜곡을 방지하는 하나의 전류센서를 이용한 삼상 교류전류 측정 방법에 관한 것이다.
도 1은 삼상 펄스폭 변조방식을 사용한 인버터의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이 정류된 직류 전압을 인가 받아 교류 전원으로 변환하는 인버터부(11)와, 상기 인버터부(11)를 제어하는 인버터제어부(13)와, 상기 인버터부(11)의 출력 전압을 인가 받아 구동되는3상유도전동기(12)와, 직류전압 입력단자에 부착되어선로에흐르는 전류를 감지하는전류센서(14)와, 상기전류센서(14)가 감지한 아날로그 신호를 디지털 신호로변환하여 상기 인버터 제어부(13)에 인가하는아날로그/디지털 컨버터(15)로 구성 된다.
상기 인버터부(11)는 상기 직류 전압을 상호 병렬로 입력 받아 도통제어하는 제1스위치(QA), 제2스위치(QB) 및 제3스위치(QC)와, 상기 제1스위치(QA), 제2스위치(QB) 및 제3스위치(QC)에 각각 직렬 연결된 제4스위치(PQA), 제5스위치(PQB) 및 제6스위치(PQC)로 구성 된다.
또한, 상기 제1스위치(QA)와 제4스위치(PQA) 사이에3상유도전동기(12)의 A상이 연결되고, 제2스위치(QB)와 제5스위치(PQB) 사이에3상유도전동기(12)의 B상이 연결되며, 제3스위치(QC)와 제6스위치(PQC) 사이에3상유도전동기(12)의 C상이 연결되어 구성된다.
도 2는 삼각파를 이용한 펄스폭 변조신호 생성방법을 보인 설명도로서, 이에 도시된 바와 같이 삼각파와 각 상의 기준전압을 이용하여 펄스폭 변조신호를 생성한 인버터 제어부(13)는 인버터부(11)로 제어신호를 출력하여 인버터부(11)를 제어하고, 상기 인버터부(11)의 출력전원은 3상 유도전동기(12)를 구동시킨다.
이와 같이 구성된 종래의 유도전동기 구동 회로에 있어서, 하나의 센서를 사용하여 상기 유도전동기의 각 상에 흐르는 전류를 측정하는 방법은 3상 평형의 특성을 이용한다.전류센서(14)를 직류전원의 입력단에 연결하여, 그 전류센서(14)에서 입력단 선로에흐르는 전류를 감지하고,아날로그/디지털 컨버터(15)에서 디지털 값을 샘플링하여 각 상에 흐르는 전류를 측정 한다. 또한, 샘플링하는 시간 동안은전류센서(14)에서 감지되는전류가 일정하게 유지되어야 하기 때문에 상기전류센서(14)에서 감지한 전류를 아날로그/디지털 컨버터(15)에서 샘플링하는 시간 보다 한 상에 전류가 흐르는 시간이 짧게 되면 올바르게 전류를 측정할 수 없게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이 삼각파를 이용한 펄스폭 변조신호를 생성 할때 C상의 기준전압을 C'로 변화시켜서 어느 한 상에 전류가 흐르는 시간을 길게 하여전류센서(14)가 감지한 전류값을 샘플링하기 위한 시간을 확보 한다. C상의 기준전압 변화에 의해 한 주기 마다 한번전류센서(14)에서 감지한전류값을 샘플링 한다.
또한, 샘플링하기 위한 시간을 확보하기 위하여 기준전압을 변화시켰기 때문에 기준전압의 파형에 왜곡이 생겨 전류에도 왜곡이 발생 된다. 상기 왜곡을 보상하기 위하여 전류값을 샘플링한 이후 급격한 전압 변화를 방지하기 위해 여러 주기동안 왜곡된 부분을 보상하기 위한 보상 전압을인가하게 된다.
도 3은 각 스위치의 스위칭 상태에 따라 센서에 흐르는 전류를 보인 데이터 테이블로서, 이에 도시된 바와 같이 제1, 제2 및 제3스위치(QA, QB, QC)가 동시에 온 되거나, 동시에 오프 되었을 경우를 제외하고는 어느 한 상의 전류가 센서(14)에 흐르게 된다.
도 4는 종래 하나의 전류센서를 이용하여 전류를 측정하는 방법에 의하여 출력되는 전류의 파형을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 여러 주기로 나눠 기준전압 변화분을 보상하였기 때문에 왜곡된 정현파가 출력 된다.
따라서, 종래에는 샘플링하기 위한 시간을 확보하기 위하여 기준전압을 변화시킴에 따라 발생된 왜곡된 전류파형을 보정하기 위하여 샘플링한 이후 여러 주기 동안 상기 기준전압 변화에 따른 보상전압을 인가하는 하나의 전류센서를 이용한 3상 교류전류 측정 방법을 사용하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 기술에 있어서, 샘플링하기 위한 시간을 확보하기 위하여 기준전압을 변화시킴에 따라 왜곡된 전류 파형이 발생되고, 상기 왜곡된 전류 파형을 보정하는 주기동안 전류값을 측정할 수 없고, 순시 전류제어가 필요한 경우에 빠른 전류제어 특정을 얻을수 없는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은, 하나의 전류 센서를 이용하여 상별 전류를 측정하는데 있어서, 전류값을 샘플링한 주기와 동일 주기내에서 변화된 기준전압을 보상시켜, 측정 전류의 왜곡이 없고 순시전류 제어가 가능한 하나의 전류센서를 이용한 3상 교류전류 측정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 삼상 펄스폭 변조방식을 사용한 인버터의 구성을 보인 회로도.
도 2는 종래 하나의 전류센서를 이용하여 전류를 측정하는 방법을 보인 설명도.
도 3은 각 스위치의 스위칭 상태에 따라 센서에 흐르는 전류를 보인 데이터 테이블.
도 4는 종래 하나의 전류센서를 이용하여 전류를 측정하는 방법에 의하여 출력되는 전류의 파형을 보인 예시도.
도 5는 본 발명 하나의 전류센서를 이용한 3상 교류전류 측정 방법을 설명하기 위한 설명도.
도 6은 본 발명 하나의 전류센서를 이용하여 전류를 측정하는 방법에 의하여 출력되는 전류의 파형을 보인 예시도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
11 :인버터부12 : 3상 유도전동기
13 :인버터 제어부14 : 전류센서
15 :아날로그/디지털 컨버터
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 삼각파를 이용한 펄스폭 변조신호 생성시 매 주기마다삼각파의 상승부분에서가장 높은 전압을 가지는한상의 기준전압을 일정전압 상승시키고, 가장 낮은 전압을 가지는다른상의 기준전압을 일정전압 하강시키는 기준전압 변화단계와,상기 매 주기마다 하나의 전류 센서를 통해 상별 전류를 측정하는 전류 측정단계와, 상기 매 주기마다삼각파의 하강부분에서가장 높은 전압을 가지는한상의 기준전압을 일정전압 하강시키고, 가장 낮은 전압을 가지는다른상의 기준전압을 일정전압 상승시키는 기준전압 보상단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 하나의 전류센서를 이용한 3상 교류전류 측정 방법의 작용 및 효과를 첨부한 도 5 및 도 6을 참조하여 설명 한다.
본 발명의 회로 구성은 종래의 기술과 동일하게 구성되나, 인버터 제어부의 제어 방법은 다르게 동작 된다.
도 5는 본 발명 하나의 전류센서를 이용한 3상 교류전류 측정 방법을 설명하기 위한 설명도로서, 이에 도시된 바와 같이 삼각파를 이용하여 펄스폭 변조신호를 생성시 동일한 스위칭 유지시간을 확보하기 위한 A상의 기준전압을 VA, B상의 기준전압을 VB 및 C상의 기준전압을 VC라고 한다.
또한,전류센서를 통해흐르는 전류를 샘플링하기위한 최소시간을 확보하기 위하여 변화시킨 A상의 기준전압을 VA' 및 변화시킨 C상의 기준전압을 VC'라고 한다.
또한, 각상의 기준 전압이 상기 VA,VB 및 VC일때전류센서에 A상의 전류가 흐르는 시간을 TA, C상의 전류가 흐르는 시간을 TC라고 하며, 전류센서를 통해전류를 샘플링하기 위한 최소시간 TS보다 작은 값을 가진다.
또한, 각상의 기준 전압이 상기 VA', VB 및 VC' 일때전류센서에 A상의 전류가 흐르는 시간을 TA', C상의 전류가 흐르는 시간을 TC'라고 하며전류센서를 통해전류를 샘플링하기 위한 최소시간 TS보다 큰 값을 가진다.
전류센서를 통해전류를 샘플링하기 위한 시간을 확보하기 위하여 삼각파의 상승 부분에서 A상의 기준전압을 VA에서 VQ 전압차 만큼 기준전압을 하향조정하여 VA'로 기준전압을 변화시키고, C상의 기준전압을 VC에서 VP 전압차 만큼 기준전압을 상향조정하여 VC'로 기준전압을 변화 시킨다. 상기 기준전압의 변화에 의해 A상의 전류가 흐르는 시간은 TA에서 TA'로 길어져전류 센서를 통해샘플링하기 위한 최소시간 TS보다 크게 되어 샘플링하기 위한 시간이 확보 된다.
또한, 상기 샘플링하기 위한 시간을 확보하기 위하여 삼각파의 상승 부분에서 변화시킨 기준전압을 보상하기위해 삼각파의 하강 부분에서는 A상의 기준전압을 VA'에서 VQ 전압차 만큼 기준전압을 상향조정하여 VA로 기준전압을 변화시키고, C상의 기준전압을 VC'에서 VP 전압차 만큼 기준전압을 하향조정하여 VC로 기준전압을 변화 시킨다.
도 6은 본 발명 하나의 전류센서를 이용하여 전류를 측정하는 방법에 의하여 출력되는 전류의 파형을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 기준 전압 변화분을 기준전압을 변화시킨 동일 주기 내에서 기준전압을 보상한 경우로서 전류가 정현파 임을 알수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은삼각파의 한 주기내에서기준전압을 변화시키고동일 주기 내에서 기준전압을 보상하기 때문에 전류의 왜곡이 발생하지 않고, 모든 주기에서 전류값을 측정할 수 있기 때문에 순시 전류제어를 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 삼각파를 이용한 펄스폭 변조신호 생성시 매 주기마다삼각파의상승부분에서가장 높은 전압을 가지는한상의 기준전압을 일정전압 상승시키고, 가장 낮은 전압을 가지는다른상의 기준전압을 일정전압 하강시키는 기준전압 변화단계와,상기 매 주기마다 하나의 전류센서를 통해 상별 전류를 측정하는 전류 측정단계와, 상기 매 주기마다삼각파의 하강부분에서가장 높은 전압을 가지는한상의 기준전압을 일정전압 하강시키고, 가장 낮은 전압을 가지는다른상의 기준전압을 일정전압 상승시키는 기준전압 보상단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 하나의 전류센서를 이용한 삼상 교류 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 일정전압은 삼각파를 이용한 펄스폭 변조신호 생성시 삼상 기준전압의 각 상의 전위차 보다 작은 것을 특징으로 하는 하나의 전류센서를 이용한 삼상 교류 측정 방법.
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