KR101891117B1 - 오결선 감지 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

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Abstract

3상 전원의 오결선을 감지하는 오결선 감지 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로, 3상 전원에 각각 연결되는 전원선(R, S, T)들과, 3상 전원에 동시에 연결되는 중성선(N)과, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고 결정된 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단하는 오결선 감지부를 포함할 수 있다. 여기서, 오결선 감지부는 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 교류를 정류하는 정류부와, 정류된 전압을 평활하는 전압 평활부와, 평활된 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하는 스위칭 전압 결정부와, 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하는 오결선 판단부와, 오결선 판단부의 판단 신호에 따라 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단하는 스위칭부를 포함할 수 있다.

Description

오결선 감지 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 {Wrong wiring detection device and air conditioner including the same}
본 발명은 3상 전원의 오결선을 감지하는 오결선 감지 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기는 각 실의 공기 조화를 수행하는 실내기와 실내기의 상태 정보를 모니터링하여 연결된 실내기로 냉매가 분배 및 순환되도록 제어하는 실외기로 구성될 수 있다.
공기 조화기는 전원공급단자를 통해 R, S, T의 3상 전원이 인가되는데, 3상 전원이 인가되는 전원선이 오결선되어 3상 전원에 역상이 발생하면 압축기가 역방향으로 회전하게 되어 공기 조화기가 오동작하거나 파손되는 문제점이 있다.
또한, R, S, T상 사이에 부하 불평형이 발생할 경우, N상의 불평형 전류가 흐르게 되고, 부하 불평형이 심할수록 N상 전류도 증가하게 되어 과열 등과 같이 다양한 문제들이 발생할 수 있다.
기존에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 오결선이 되어도 부품 소손이 발생하지 않도록 내압이 높은 부품을 적용하는 방법을 사용하거나 또는 오결선이 될 경우 전원을 인가하지 않는 방법을 사용하기도 하였다.
하지만, 이러한 기존의 방법들은 오결선 회로에 적용되는 저항의 소비 전력이 높아 높은 대기전력이 발생하는 문제가 있었으며, 저항의 높은 소비 전력으로 인하여 저항의 발열이 높아지고 발열에 의한 부품 소손이 발생할 수 있었다.
따라서, 향후 소비 전력을 낮추면서도 발열에 의한 부품 소손을 방지할 수 있는 오결선 감지 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고, 결정된 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단함으로써, N상 오결선에 따른 회로 소손을 방지할 수 있는 오결선 감지 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
또 다른 목적은, T-N 상에 흐르는 전압을 토대로 릴레이 스위치를 구동하기 위한 스위칭 전압을 결정하여 N상 오결선을 판단함으로써, 소비 전력을 낮추어 대기전력 감소 및 저항의 발열을 최소화할 수 있는 오결선 감지 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 오결선 감지 장치는, 3상 전원에 각각 연결되는 전원선(R, S, T)들과, 3상 전원에 동시에 연결되는 중성선(N)과, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고 결정된 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단하는 오결선 감지부를 포함할 수 있다.
오결선 감지부는 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 교류를 정류하는 정류부와, 정류된 전압을 평활하는 전압 평활부와, 평활된 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하는 스위칭 전압 결정부와, 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하는 오결선 판단부와, 오결선 판단부의 판단 신호에 따라 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
여기서, 정류부는 3상 전원 중 SMPS(Switched Mode Power Supply) 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 연결되고, SMPS 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 흐르는 교류를 정류할 수 있다.
또한, 정류부는 브릿지 다이오드를 포함할 수 있다.
그리고, 전압 평활부는 정류부의 양측 단에 연결되는 캐패시터를 포함할 수 있다.
다음, 스위칭 전압 결정부는, 스위칭부의 스위칭 동작을 위한 제1 스위칭 전압과 오결선 판단부의 스위칭 동작을 위한 제2 스위칭 전압을 결정할 수 있다.
여기서, 스위칭 전압 결정부는 전압 평활부에 연결되는 제1 저항과, 제1 저항과 스위칭부 사이에 연결되는 제2 저항과, 제2 저항과 스위칭부 사이의 노드에 일측이 연결되고 오결선 판단부에 타측이 연결되는 제3 저항과, 제3 저항과 오결선 판단부 사이의 노드에 일측이 연결되고 전압 평활부에 타측이 연결되는 제4 저항을 포함할 수 있다.
이어, 오결선 판단부는, 스위칭 전압 결정부로부터 인가되는 스위칭 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하여 스위칭 전압이 상기 기준 전압보다 더 크면, 3상 전원의 오결선으로 판단하여 스위칭부를 오프시킬 수 있다.
여기서, 오결선 판단부는 스위칭 전압 결정부로부터 인가되는 스위칭 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하는 비교기와, 비교기의 출력 신호에 따라 스위칭되는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
이때, 비교기는 비교 결과, 스위칭 전압이 기준 전압보다 더 크면, 하이 신호를 출력하고, 스위칭 전압이 기준 전압보다 더 크지 않으면, 로우 신호를 출력하며, 트랜지스터는 비교기의 출력 신호가 하이 신호이면, 온 동작을 수행하여 스위칭부를 오프시키고, 비교기의 출력 신호가 로우 신호이면, 오프 동작을 수행하여 스위칭부를 온시킬 수 있다.
그리고, 스위칭부는 릴레이 스위치일 수 있다.
또한, 오결선 감지부는 3상 전원 중 SMPS(Switched Mode Power Supply) 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 연결되고, SMPS 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 조화기는, 3상 전원에 각각 연결되는 전원선(R, S, T)들과, 3상 전원에 동시에 연결되는 중성선(N)과, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고 결정된 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단하는 오결선 감지부를 갖는 오결선 감지 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 오결선 감지 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고, 결정된 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단함으로써, N상 오결선에 따른 회로 소손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, T-N 상에 흐르는 전압을 토대로 릴레이 스위치를 구동하기 위한 스위칭 전압을 결정하여 N상 오결선을 판단함으로써, 소비 전력을 낮추어 대기전력 감소 및 저항의 발열을 최소화할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 오결선 감지 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 오결선 감지 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명 제1 실시예에 따른 오결선 감지 장치의 오결선 감지부를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 오결선 감지 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 본 발명 제2 실시예에 따른 오결선 감지 장치의 오결선 감지부를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 7은 본 발명 제2 실시예에 따른 오결선 감지 장치의 오결선 감지부를 설명하기 위한 회로도이다.
도 8은 도7의 오결선 판단부를 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 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.
도 1은 본 발명에 따른 오결선 감지 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 오결선 감지 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(1000)는 교류 전원(100)을 정류하는 정류부(1100), 정류부(1100)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터부(1200), 컨버터부(1200)를 제어하는 컨버터 제어부(1300), 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터부(1400), 인버터부(1400)를 제어하는 인버터 제어부(1500)와, 그리고 컨버터부(1200)와 인버터부(1400) 사이의 DC단 캐패시터(C)를 포함할 수 있다.
이러한 인버터부(1400)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(2000)에 공급된다. 여기서, 모터(2000)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(2000)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(1000)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.
그러나 모터(2900)는 압축기 모터에 제한되지 않으며, 주파수 가변된 교류 전압을 이용하는 다양한 응용제품, 예를 들어, 냉장고, 세탁기, 전동차, 자동차, 청소기 등의 교류 모터에 이용될 수 있다.
한편, 전력 변환 장치(1000)는, 압축기 모터를 구동하기 위하여, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
전력 변환 장치(1000)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(2000)에 변환된 전력을 공급한다.
컨버터부(1200)는, 입력 교류 전원(100)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터부(1200)는 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 승압 컨버터(boost converter)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 컨버터(1200)는 정류부(1100)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터부(1200)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.
정류부(1100)는, 단상 교류 전원을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터부(1200) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(1100)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.
이와 같이, 컨버터부(1200)는 정류부(1100)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.
이러한 컨버터부(1200)는, 정류부(1100)에 연결되는 인덕터(L1), 이 인덕터(L1)에 연결되는 스위칭 소자(Q1), 이러한 스위칭 소자(Q1)와 병렬로 연결되는 캐패시터(C), 및 스위칭 소자(Q1)와 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
컨버터부(1200)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 승압 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, 캐패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.
또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.
여기서, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호는, 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 인가되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 동작을 구동시킬 수 있다.
이러한 스위칭 소자(Q1)는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
이와 같이, 컨버터 제어부(1300)는 컨버터부(1200) 내의 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호(Sc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(1300)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
그리고, 정류부(1100)를 거친 출력 전압은, DC단 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터부(1400)를 구동할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(100)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(1100) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(1300)에 인가될 수 있다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(100)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(1100) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해 컨버터 제어부(1300)에 인가될 수 있다.
DC 전압 검출부(B)는 DC단 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC단 캐패시터(C)(1600)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(1500)에 인가될 수 있으며, DC단 캐패시터(C)(1600)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(1300)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.
인버터부(1400)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(2000)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터부(1400)는 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.
컨버터부(1200)와 마찬가지로, 인버터부의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
인버터 제어부(1500)는, 인버터부(1400)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터부(1400)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(2000)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC단 캐패시터(C) 양단인 DC단 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC단 전압(Vdc)은 DC단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터부(1400)와 모터(2000) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(2000)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia, ib, ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터부(1400)와 모터부(2000) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
그리고, 공기 조화기의 전력 변환 장치(1000)에 적용되는 전원부(100)는, 3상 전원(R, S, T)일 수 있다.
이어, 3상 전원의 오결선을 감지하는 오결선 감지 장치는, 3상 전원에 각각 연결되는 전원선(R, S, T)들, 3상 전원에 동시에 연결되는 중성선(N), 그리고 N상의 중성선에 연결되는 스위칭부(1610)를 갖는 오결선 감지부(1600)를 포함할 수 있다.
여기서, 오결선 감지부(1600)는, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고, 결정된 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단할 수 있다.
일 예로, 오결선 감지부(1600)는, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 교류를 정류하는 정류부와, 정류된 전압을 평활하는 전압 평활부와, 평활된 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하는 스위칭 전압 결정부와, 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하는 오결선 판단부와, 오결선 판단부의 판단 신호에 따라 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단하는 스위칭부(1610)를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 오결선 감지부(1600)의 정류부는, 3상 전원 중 SMPS(Switched Mode Power Supply) 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 연결되고, SMPS 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 흐르는 교류를 정류할 수도 있다.
여기서, SMPS 전원부에 연결되는 전원선은, 3상 전원 중 T상 전원에 연결되는 전원선일 수 있다.
그리고, 오결선 감지부(1600)의 스위칭 전압 결정부는, 스위칭부(1610)의 스위칭 동작을 위한 제1 스위칭 전압과 오결선 판단부의 스위칭 동작을 위한 제2 스위칭 전압을 결정할 수 있다.
이어, 오결선 감지부(1600)의 오결선 판단부는, 스위칭 전압 결정부로부터 인가되는 스위칭 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하여 스위칭 전압이 기준 전압보다 더 크면, 3상 전원의 오결선으로 판단하여 스위칭부(1610)를 오프시킬 수 있다.
다음, 오결선 감지부(1600)의 스위칭부(1610)는, 릴레이 스위치일 수 있는데 이에 제한되지는 않는다.
일 예로, 릴레이 스위치는, 구동 전압이 약 9V ~ 약 13.5V인 것을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 오결선 감지부(1600)는, 3상 전원 중 SMPS(Switched Mode Power Supply) 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 연결되고, SMPS 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고, 결정된 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단함으로써, N상 오결선에 따른 회로 소손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, R, S, T 상 전압들의 평형을 통해 N상 오결선을 판단하지 않고, T-N 상에 흐르는 전압을 토대로 릴레이 스위치를 구동하기 위한 스위칭 전압을 결정하여 N상 오결선을 판단함으로써, 소비 전력을 낮추어 대기전력 감소 및 저항의 발열을 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명 제1 실시예에 따른 오결선 감지 장치를 설명하기 위한 회로도이고, 도 4 및 도 5는 도 3의 오결선 감지 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 오결선 감지 장치(1600)는, R, S, T 상 전압들의 평형을 통해 N상 오결선을 판단하는 방식을 사용하고 있다.
3상 전원을 갖는 전원부(100)는 정류부(1100)를 포함하는 전력 변환 장치(1000)에 연결되어 전원을 공급할 수 있다.
그리고, 오결선 감지 장치(1600)는, R, S, T, N 상에 각각 연결되어 각 상의 전압을 감지하는 전압 감지부(1620)와, 전압 감지부(1600)으로부터 감지된 전압을 토대로 오결선 여부를 판단하는 판단부(1630), 그리고 판단부(1630)로 인가되는 스위칭 신호에 따라 스위칭되는 스위칭부(1610)를 포함할 수 있다.
여기서, 전압 감지부(1620)는, R 상에 연결되는 제1 저항, S 상에 연결되는 제2 저항, T 상에 연결되는 제3 저항, N 상에 연결되는 제4 저항을 포함할 수 있다.
그리고, 판단부(1630)는, 전압 감지부(1620)의 양측 단에 연결되는, 발광 소자 및 제5 저항을 포함할 수 있다.
여기서, 발광 소자는 오결선이 발생하면 전류가 흘러 발광하여 오결선 에러를 외부로 표시하는 역할을 수행할 수 있다.
이와 같이, 구성되는 오결선 감지 장치(1600)는, R, S, T, N 상이 정상 결선일 경우, 스위칭부(1610)의 코일(1612)에 걸리는 전압은 0V가 되고, 스위치(1618)는 접점 B(1616)에 위치하여 전력 변환 장치(1000)로 인가되는 전압 공급을 유지할 수 있다.
즉, V_coil = VR + VS + VT = 0V 으로서 3상 평형 상태임을 알 수 있고, V_TN = 220V 임을 알 수 있다.
여기서, V_coil 은 코일(1612)에 걸리는 전압 코일이고, VR은 R상 전원선에 걸리는 전압, VS은 S상 전원선에 걸리는 전압, VT은 T상 전원선에 걸리는 전압이며, V_TN은 T-N 상에 걸리는 전압이다.
또한, R, S, T, N 상이 오결선일 경우, 스위칭부(1610)의 코일(1612)에 걸리는 전압은 220V가 되고, 스위치(1618)는 접점 A(1614)에 위치하여 전력 변환 장치(1000)로 인가되는 전압 공급을 차단할 수 있다.
즉, V_coil = VR + VS + VT = 220V 이고, V_TN = 0V 임을 알 수 있다.
여기서, V_coil 은 코일(1612)에 걸리는 전압 코일이고, VR은 R상 전원선에 걸리는 전압, VS은 S상 전원선에 걸리는 전압, VT은 T상 전원선에 걸리는 전압이며, V_TN은 T-N 상에 걸리는 전압이다.
이와 같이, 3상 전원이 정상 결선인 경우, 도 4와 같이, V1에는 3상 전압평형에 따라 N 전압이 걸리게 되고, V2에는 직접적으로 N상이 연결되어 있어 스위칭부(1610)의 릴레이 코일(1612) 양단에 전압이 걸리지 않아 릴레이 스위치(1618)는 B 접점을 유지한다.
즉, 정상 결선 시, 릴레이 코일 양단에 0V로 전류가 흐르지 않아서, 릴레이 스위치는 노말 클로즈(nomal close) 상태일 수 있다.
그리고, 오결선인 경우, 도 5와 같이, V1에는 3상 전압 평형에 N전압이 걸리나, V2에 오결선된 S전압이 걸리게 되어 스위칭부(1610)의 릴레이 코일(1612) 양단에 전압 220V가 걸려 릴레이 스위치(1618)는 A 접점으로 변경되어 V_TN 공급을 하지 않는다.
즉, 오결선 시, 릴레이 코일 양단에 S-N 220V가 형성되고 전류가 흘러 접점이 오픈되어, 릴레이 스위치로 흐르는 전류는 R, T 상으로 빠져나갈 수 있다.
도 6은 본 발명 제2 실시예에 따른 오결선 감지 장치의 오결선 감지부를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 7은 본 발명 제2 실시예에 따른 오결선 감지 장치의 오결선 감지부를 설명하기 위한 회로도이며, 도 8은 도7의 오결선 판단부를 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명 제2 실시예는, 본 발명 제1 실시예와 같이, R, S, T 상 전압들의 평형을 통해 N상 오결선을 판단하는 방식을 사용하지 않고, T-N 상에 흐르는 전압을 토대로 릴레이 스위치를 구동하기 위한 스위칭 전압을 결정하여 N상 오결선을 판단함으로써, 소비 전력을 낮추어 대기전력 감소 및 저항의 발열을 최소화할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 3상 전원의 오결선을 감지하는 오결선 감지 장치는, 3상 전원에 각각 연결되는 전원선(R, S, T)들, 3상 전원에 동시에 연결되는 중성선(N), 그리고 N상의 중성선에 연결되는 스위칭부(1610)를 갖는 오결선 감지부(1600)를 포함할 수 있다.
여기서, 오결선 감지부(1600)는, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고, 결정된 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단할 수 있다.
일 예로, 오결선 감지부(1600)는, 정류부(1640), 전압 평활부(1650), 스위칭 전압 결정부(1660), 그리고 스위칭부(1610)를 포함할 수 있다.
여기서, 정류부(1640)는, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 교류를 정류할 수 있는데, 브릿지 다이오드를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 정류부(1640)는, 3상 전원 중 SMPS(Switched Mode Power Supply) 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 연결되고, SMPS 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 흐르는 교류를 정류할 수도 있다.
여기서, SMPS 전원부에 연결되는 전원선은, 3상 전원 중 T상 전원에 연결되는 전원선일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
그리고, 전압 평활부(1650)는, 정류된 전압을 평활하여 전압을 안정화시킬 수 있다.
일 예로, 전압 평활부(1650)는, 정류부의 양측 단에 연결되는 캐패시터를 포함할 수 있다.
다음, 스위칭 전압 결정부(1660)는, 평활된 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정할 수 있다.
그리고, 스위칭 전압 결정부(1660)는, 스위칭부(1610)의 스위칭 동작을 위한 제1 스위칭 전압과 오결선 판단부의 스위칭 동작을 위한 제2 스위칭 전압을 결정할 수 있다.
일 예로, 스위칭 전압 결정부(1660)는, 전압 평활부에 연결되는 제1 저항(1732), 제1 저항(1732)과 스위칭부(1610) 사이에 연결되는 제2 저항(1734), 제2 저항(1734)과 스위칭부(1610) 사이의 노드에 일측이 연결되고 오결선 판단부(1670)에 타측이 연결되는 제3 저항(1736), 그리고 제3 저항(1736)과 오결선 판단부(1670) 사이의 노드에 일측이 연결되고 전압 평활부(1650)에 타측이 연결되는 제4 저항(1738)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 스위칭 전압(Vrelay)은, Vrelay = VDC × Rp/Rs, Rs = Rs1 + Rs2, Rp = Rp1 + Rp2 (여기서, VDC는 전압 평활부의 양단에 걸리는 전압값이고, Rs1은 상기 스위칭 전압 결정부의 제1 저항값이며, Rs2는 상기 스위칭 전압 결정부의 제2 저항값이고, Rp1은 상기 스위칭 전압 결정부의 제3 저항값이며, Rp2는 상기 스위칭 전압 결정부의 제4 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출될 수 있다.
또한, 제2 스위칭 전압(Vshunt)은, Vshunt = Vrelay × (Rp2/Rp1 + Rp2) (여기서, Vrelay는 제1 스위칭 전압값이고, Rp1은 상기 스위칭 전압 결정부의 제3 저항값이며, Rp2는 상기 스위칭 전압 결정부의 제4 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출될 수 있다.
이어, 오결선 판단부(1670)는, 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단할 수 있다.
즉, 오결선 판단부(1670)는, 스위칭 전압 결정부(1660)로부터 인가되는 스위칭 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하여 스위칭 전압이 기준 전압보다 더 크면, 3상 전원의 오결선으로 판단하여 스위칭부(1610)를 오프시켜 전원 공급을 차단시킬 수 있다.
또한, 오결선 판단부(1670)는, 스위칭 전압 결정부(1660)로부터 인가되는 스위칭 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하여 스위칭 전압이 기준 전압보다 더 크지 않으면, 3상 전원의 정상결선으로 판단하여 스위칭부(1610)를 온시켜 전원 공급을 유지시킬 수 있다.
일 예로, 오결선 판단부(1670)는, 도 8과 같이, 비교기(1672)와 트랜지스터(1674)를 포함할 수 있다.
여기서, 비교기(1672)는, 스위칭 전압 결정부(1660)로부터 인가되는 스위칭 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하고, 트랜지스터(1674)는 비교기(1672)의 출력 신호에 따라 스위칭될 수 있다.
즉, 비교기(1672)는, 비교 결과, 스위칭 전압이 기준 전압보다 더 크면, 하이(high) 신호를 출력하고, 스위칭 전압이 기준 전압보다 더 크지 않으면, 로우(low) 신호를 출력할 수 있다.
그리고, 트랜지스터(1674)는, 비교기(1672)의 출력 신호가 하이 신호이면, 온 동작을 수행하여 스위칭부(1610)를 오프시키고, 비교기(1672)의 출력 신호가 로우 신호이면, 오프 동작을 수행하여 스위칭부(1610)를 온시킬 수 있다.
여기서, 오결선 판단부(1670)에서 미리 설정된 기준 전압은, 약 2.5V일 수 있지만, 회로 설계에 따라 다양하게 가변할 수 있다.
다음, 스위칭부(1610)는, 오결선 판단부(1670)의 판단 신호에 따라 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단하거나 또는 전원 공급을 유지할 수 있다.
일 예로, 스위칭부(1610)는, 릴레이 스위치일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 릴레이 스위치는, 구동 전압이 약 9V ~ 약 13.5V인 것을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
경우에 따라, 오결선 감지부(1600)는, 3상 전원 중 SMPS(Switched Mode Power Supply) 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 연결되고, SMPS 전원부에 연결되는 전원선과 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정할 수 있다.
이와 같이, 구성되는 본 발명 제2 실시예의 구동 동작을 설명하면 다음과 같다.
일 예로, 오결선이 발생하여 T-N 상의 전압이 342V일 경우, 먼저, T-N 상의 전압 342V는, 오결선 감지부(1600)의 정류부(1640)인 브릿지 다이오드(Bridge Diode)로 입력될 수 있다.
그리고, 정류부(1640)인 브릿지 다이오드로부터 출력되는 전압은, 342V에 1.414를 곱한 483.6V가 출력될 수 있다.
이어, 스위칭 전압 결정부(1660)는, Rs(Rs1+Rs2)와 Rp(Rp1+Rp2)의 전압분배에 따른 Vrelay 전압을 결정할 수 있다.
여기서, Vrelay 전압은, 약 9V ~ 13.2V 에서 구동될 수 있는데, 릴레이 스위치의 종류에 따라 가변될 수 있다.
따라서, Vrelay = Vin(DC) × (Rp/Rs) = 483.6 × (38000/2000000) = 9.016V일 수 있다.
즉, Vrelay 전압은, 스위칭부(1610)의 스위칭 동작을 위한 제1 스위칭 전압으로서, 제1 스위칭 전압(Vrelay)은, Vrelay = VDC × Rp/Rs, Rs = Rs1 + Rs2, Rp = Rp1 + Rp2 (여기서, VDC는 전압 평활부의 양단에 걸리는 전압값이고, Rs1은 상기 스위칭 전압 결정부의 제1 저항값이며, Rs2는 상기 스위칭 전압 결정부의 제2 저항값이고, Rp1은 상기 스위칭 전압 결정부의 제3 저항값이며, Rp2는 상기 스위칭 전압 결정부의 제4 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출될 수 있다.
다음, 스위칭 전압 결정부(1660)는, 오결선 판단부(1670)의 스위칭 동작을 위한 제2 스위칭 전압을 결정할 수 있다.
여기서, 오결선 판단부(1670)의 비교기(1672)는, 미리 설정된 기준 전압이 약 2,5V이므로, 약 2.5V 이상의 전압이 걸려야 온(on)되어 트랜지스터(1674)의 K(Cathode)에서 A(Anode)로 전류가 흐르게 된다.
따라서, 오결선 판단부(1670)의 비교기(1672)로 인가되는 전압은, Vshunt 전압일 수 있다.
여기서, Vshunt 전압은, Vrelay 전압에 Rp1과 Rp2를 전압 분배한 전압일 수 있다.
즉, Vshunt = Vrelay × (Rp2/Rp1 + Rp2) = 9.017 × (11000/38000) = 2.61V일 수 있다.
따라서, 오결선 판단부(1670)의 비교기(1672)는, 온(On)되어 전류가 흐르게 되고, 릴레이 스위치도 전류가 흘러 동작할 수 있다.
Vshunt 전압은, 오결선 판단부(1670)의 스위칭 동작을 위한 제2 스위칭 전압으로서, 제2 스위칭 전압(Vshunt)은, Vshunt = Vrelay × (Rp2/Rp1 + Rp2) (여기서, Vrelay는 제1 스위칭 전압값이고, Rp1은 상기 스위칭 전압 결정부의 제3 저항값이며, Rp2는 상기 스위칭 전압 결정부의 제4 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고, 결정된 스위칭 전압에 따라 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단함으로써, N상 오결선에 따른 회로 소손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, T-N 상에 흐르는 전압을 토대로 릴레이 스위치를 구동하기 위한 스위칭 전압을 결정하여 N상 오결선을 판단함으로써, 소비 전력을 낮추어 대기전력 감소 및 저항의 발열을 최소화할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000: 전력 변환 장치 1100: 정류부
1200: 컨버터부 1300: 컨버터 제어부
1400: 인버터부 1500: 인버터 제어부
1600: 오결선 감지부 1610: 스위칭부
1620: 전압 감지부 1630: 판단부
1640: 전압 정류부 1650: 전압 평활부
1660: 스위칭 전압 결정부 1670: 오결선 판단부
2000: 모터

Claims (10)

  1. 3상 전원의 오결선을 감지하는 오결선 감지 장치에 있어서,
    상기 3상 전원에 각각 연결되는 전원선(R, S, T)들;
    상기 3상 전원에 동시에 연결되는 중성선(N); 그리고,
    상기 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 상기 중성선(N)에 흐르는 전압을 토대로 스위칭 전압을 결정하고, 상기 결정된 스위칭 전압에 따라 상기 3상 전원의 오결선 여부를 판단하여 상기 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단하는 오결선 감지부를 포함하고,
    상기 오결선 감지부는,
    상기 전원선(R, S, T)들 중 어느 하나와 상기 중성선(N)에 흐르는 교류를 정류하는 정류부;
    상기 정류된 전압을 평활하는 전압 평활부;
    상기 평활된 전압을 토대로, 스위칭 전압을 결정하는 스위칭 전압 결정부;
    상기 스위칭 전압에 따라 상기 3상 전원의 오결선 여부를 판단하는 오결선 판단부; 그리고,
    상기 오결선 판단부의 판단 신호에 따라 상기 3상 전원으로부터 인가되는 전원을 차단하는 스위칭부를 포함하며,
    상기 스위칭 전압 결정부는,
    상기 스위칭부의 스위칭 동작을 위한 제1 스위칭 전압(Vrelay)과 상기 오결선 판단부의 스위칭 동작을 위한 제2 스위칭 전압(Vshunt)을 결정하는 것을 특징으로 하는 오결선 감지 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 스위칭 전압 결정부는,
    상기 전압 평활부에 연결되는 제1 저항;
    상기 제1 저항과 상기 스위칭부 사이에 연결되는 제2 저항;
    상기 제2 저항과 상기 스위칭부 사이의 노드에 일측이 연결되고, 상기 오결선 판단부에 타측이 연결되는 제3 저항; 그리고,
    상기 제3 저항과 상기 오결선 판단부 사이의 노드에 일측이 연결되고, 상기 전압 평활부에 타측이 연결되는 제4 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 오결선 감지 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 스위칭 전압(Vrelay)은,
    Vrelay = VDC × Rp/Rs, Rs = Rs1 + Rs2, Rp = Rp1 + Rp2 (여기서, VDC는 전압 평활부의 양단에 걸리는 전압값이고, Rs1은 상기 스위칭 전압 결정부의 제1 저항값이며, Rs2는 상기 스위칭 전압 결정부의 제2 저항값이고, Rp1은 상기 스위칭 전압 결정부의 제3 저항값이며, Rp2는 상기 스위칭 전압 결정부의 제4 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 오결선 감지 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제2 스위칭 전압(Vshunt)은,
    Vshunt = Vrelay × (Rp2/Rp1 + Rp2) (여기서, Vrelay는 제1 스위칭 전압값이고, Rp1은 상기 스위칭 전압 결정부의 제3 저항값이며, Rp2는 상기 스위칭 전압 결정부의 제4 저항값임)으로 정해진 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 오결선 감지 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 오결선 판단부는,
    상기 스위칭 전압 결정부로부터 인가되는 스위칭 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하여 상기 스위칭 전압이 상기 기준 전압보다 더 크면, 상기 3상 전원의 오결선으로 판단하여 상기 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 하는 오결선 감지 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 오결선 판단부는,
    상기 스위칭 전압 결정부로부터 인가되는 스위칭 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하는 비교기; 그리고,
    상기 비교기의 출력 신호에 따라 스위칭되는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 오결선 감지 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 비교기는,
    상기 비교 결과, 상기 스위칭 전압이 상기 기준 전압보다 더 크면, 하이 신호를 출력하고, 상기 스위칭 전압이 상기 기준 전압보다 더 크지 않으면, 로우 신호를 출력하며,
    상기 트랜지스터는,
    상기 비교기의 출력 신호가 하이 신호이면, 온 동작을 수행하여 상기 스위칭부를 오프시키고, 상기 비교기의 출력 신호가 로우 신호이면, 오프 동작을 수행하여 상기 스위칭부를 온시키는 것을 특징으로 하는 오결선 감지 장치.
  10. 제1 항, 제4 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 오결선 감지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
KR1020170017328A 2017-02-08 2017-02-08 오결선 감지 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 KR101891117B1 (ko)

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