KR102307999B1 - 인버터의 파워릴레이 고장감지장치 - Google Patents

Abstract

인버터의 파워릴레이 고장감지장치가 개시된다. 본 발명의 인버터의 파워릴레이 고장감지장치는 직류링크의 전압을 측정하는 전압센서; 인버터부로의 출력전류를 측정하는 전류센서; 초기충전저항의 저항, 상기 캐패시터의 시정수 및 상기 직류링크의 전압강하가 발생하지 않은 상태에서 측정된 전압인 기준전압을 저장하는 저장부; 상기 직류링크의 전압강하가 발생되는 경우 상기 기준전압과 상기 시정수에 해당하는 시간이 지난 후에 측정된 전압과의 차이로부터 상기 파워릴레이의 고장을 판단하는 제어부;를 포함한다.

Description

인버터의 파워릴레이 고장감지장치{Device detecting fault of inverter power relay}

본 발명은 인버터의 파워릴레이 고장감지장치에 관한 것이다.

인버터는 가동 후 초기 충전 시에 초기충전저항과 병렬로 연결된 파워릴레이를 열어둔다. 초기충전저항은 초기 충전시에 돌입전류를 방지하는 역할을 한다. 인버터는 이후 제어신호를 이용하여 파워릴레이를 닫아 인버터를 정상가동한다.

도 1은 인버터의 초기 충전 시 전류 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 컨버터부(20)는 교류전류를 직류전류로 전환하여 평활부로 제공한다.

평활부는 일반적으로 캐패시터(13)가 배치된 직류링크와 저항(11) 및 파워릴레이(12)로 구성된다.

인버터를 가동하면 전류의 흐름은 도 1에서 ①과 같이 흐르게 된다. ①과 같이 초기 전류의 흐름을 초기충전저항으로 흐르게 하는 것은 초기 전류 도입 시 돌입전류를 방지하기 위함이다. 인버터 내부의 제어신호에 의하여 파워릴레이(12)를 닫으면(On), 전류의 흐름은 ②와 같게 된다. 모터(40) 구동시에도 ②방향으로의 흐름은 유지되며, 인버터부로의 출력전류가 높아지기 때문에

가 증가한다. 모터(40) 구동 중에 파워릴레이(12)의 소손이 발생하면, 다시 ①방향으로 전류 흐름이 형성되며, 초기충전저항(11)에 흐르는 전류가 정격용량에서 벗어나게 되어 초기충전저항(11)에 소손이 발생되고, 발열로 인하여 인버터 내부의 소손으로 이어질 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 하나의 전압센서를 도입하고 전압강하에 대한 계산을 통하여 파워릴레이의 고장여부를 판단할 수 있는 인버터의 파워릴레이 고장감지장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 인버터의 파워릴레이 고장감지장치는 직류링크의 전압을 측정하는 전압센서; 인버터부로의 출력전류를 측정하는 전류센서; 초기충전저항의 저항, 상기 캐패시터의 시정수 및 상기 직류링크의 전압강하가 발생하지 않은 상태에서 측정된 전압인 기준전압을 저장하는 저장부; 상기 직류링크의 전압강하가 발생되는 경우 상기 기준전압과 상기 시정수에 해당하는 시간이 지난 후에 측정된 전압과의 차이로부터 상기 파워릴레이의 고장을 판단하는 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는 상기 기준전압과 상기 시정수에 해당하는 시간이 지난 후에 측정된 전압과의 차이를 상기 출력전류와 상기 저항으로부터 결정되는 전압강하와 비교하여 상기 파워릴레이의 고장을 판단할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는 상기 전압강하가 발생하는 경우 측정된 단위 시간당 상기 전압강하 비율이 측정된 출력전류로부터 계산된 비율과 비교하여 전압강하가 지속되는 지 판단할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는 상기 시정수가의 시간이 지속되는 동안 전압강하가 발생하는 경우 상기 파워릴레이의 고장을 판단할 수 있다.

본 발명은 하나의 전압센서를 도입하고 전압강하에 대한 계산을 통하여 파워릴레이의 고장여부를 판단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 인버터의 초기 충전 시 전류 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 인버터의 파워릴레이 고장감지장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 인버터의 파워릴레이 고장감지방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 시간 흐름에 따른 전압강하를 나타낸 도면이다.
도 5는 인버터부로의 출력전류의 특성을 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 인버터의 파워릴레이 고장감지장치를 나타낸 도면이다.

인버터의 파워릴레이 고장감지장치는 전압센서(140), 전류센서(150), 제어부(160), 표시부(170) 및 저장부(180)를 포함한다.

본 발명의 일실시예의 인버터의 파워릴레이 고장감지장치는 인버터의 내부 구성이 될 수도 있으며, 인버터에 연결 및 해제될 수 있는 장치 또는 부품이 될 수도 있다. 즉, 본 발명의 기술적 범위는 인버터의 파워릴레이 고장감지장치라는 부품에 한정되는 것이 아니라 파워릴레이 고장을 감지하는 인버터를 포함하는 것이다.

컨버터부(200)는 교류전원을 직류전압으로 전환할 수 있다.

인버터부(300)는 캐패시터(130)에 의해 평활된 직류전압을 3상의 교류전압으로 전환하여 모터(400)에 제공한다.

초기충전저항(110)은 컨버터부(200)와 캐패시터(130)를 포함하는 직류링크 사이에 배치된다. 초기충전저항(110)은 또한, 파워릴레이(120)와 병렬연결될 수 있다.

초기충전저항(110)은 인버터의 초기 가동 시 돌입전류가 입력되는 것을 방지할 수 있다.

파워릴레이(120)는 컨버터부(200)와 캐피시터를 포함하는 직류링크 사이에 배치될 수 있고, 초기충전저항(110)과 병렬연결될 수 있다.

파워릴레이(120)는 인버터 가동전에는 열린 상태(Off)를 유지하며, 인버터의 초기 가동 후 일정 시점에서 인버터 내부의 제어신호에 따라 닫힌 상태(On)가 된다.

캐패시터(130)는 컨버터부(200)와 인버터부(300) 사이에 배치되어, 컨버터부(200)에서 전환한 직류전압을 평활화할 수 있다.

전압센서(140)는 직류링크의 캐패시터(130)의 양단에 연결될 수 있으며, 캐패시터(130)에 인가되는 직류링크의 전압을 측정하여 이를 제어부(160)에 제공할 수 있다. 전압의 측정은 단위 시간마다 주기적으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 전압센서(140)는 1ms 마다 한 번의 전압을 측정할 수 있다.

전류센서(150)는 인버터부(300)로 출력되는 출력전류를 측정하여, 이를 제어부(160)에 제공할 수 있다.

제어부(160)는 전압센서(140)가 측정한 직류링크 전압을 저장부(180)에 저장하고, 전압이 안정화된 상태에서 즉, 전압강하가 발생하지 않는 상태에서 측정된 전압인 기준전압을 저장부(180)에 저장할 수 있다.

또한, 제어부(160)는 직류링크에 전압강하가 발생되는 경우에 전압센서(140)에 의해 측정된 단위 시간 당 전압강하 비율을 전류센서(150)에 의해 측정된 출력전류를 이용하여 계산된 비율과 비교하여 고장검출여부를 결정할 수 있다.

단위 시간당 전압강하 비율을 출력전류를 이용하여 계산된 비율과 비교하는 것은 다음 [수학식 1]과 같다.

여기서 n, n+1은 특정 시점을 나타내기 위한 구분기호이며,

은 출력전류,

는 정격전류,

는 측정시간 간격,

는 초기충전저항(110)을 지나는 전류, R은 초기충전저항(110),

는 RC와 연관된 시정수를 의미한다.

[수학식 1]은 단위 시간당 전압강하의 비율은 출력전류에 의존하며, 이를 계산된

를 시정수로 나눈 값과 비교한 것이다. 전압강하는 다양한 요인에 의하여 발생할 수 있다. [수학식 1]은 여러 요인에 의한 전압강하 중 파워릴레이(120) 소손에 의하여 발생할 수 있는 전압강하로 추정될 수 있는 근거가 된다. 즉, 제어부(160)는 [수학식 1]을 통하여 단위 시간당 전압강하량이 파워릴레이(120) 소손에 의해 발생할 수 있는 초기충전저항(110)에 의한 전압강하량일 가능성이 높다고 판단하는 것이다.

는

으로부터 계산될 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.

제어부(160)는 [수학식 1]에서의 좌변이 우변보다 큰 경우에 전압강하가 지속되는 지를 파악할 수 있다.

예를 들어, 제어부(160)는 전압강하가 지속되는 지를 파악하는 동안 저장부(180)에 지속적으로 직류링크 전압을 저장할 수 있다.

제어부(160)는 전압강하가 시정수의 시간 동안 지속되는 경우 파워릴레이(120)의 고장여부를 판단할 수 있다.

제어부(160)는 저장된 기준전압과 시정수의 시간의 지나고 측정된 전압의 차이를 계산값과 비교하여 파워릴레이(120)의 고장여부를 결정할 수 있다.

이 때, 계산값은 출력전류와 초기충전저항(110)의 저항을 이용하여 계산된 전압 강하량이며, [수학식 2]와 같이 비교된다.

여기서,

는 기준전압,

는 시정수의 시간이 지나고 측정된 전압을 의미한다.

제어부(160)는 [수학식 2]에서 좌변이 우변보다 큰 경우에는 파워릴레이(120)의 고장인 것으로 결정하고, 좌변이 우변보다 크지 않은 경우에는 파워릴레이(120)의 고장이 아닌 것으로 결정할 수 있다.

표시부(170)는 제어부(160)와 결합되어 제어부(160)의 제어에 따라 정보를 표시할 수 있으며, 파워릴레이(120)의 고장여부를 표시할 수 있다.

표시부(170)는 LED 램프를 포함할 수 있으며, 파워릴레이(120)의 고장은 LED 램프의 점등을 통하여 표시할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 스크린 형태로 제공되어, 스크린에서 사용자가 열람가능하게 고장발생여부를 표시할 수도 있다.

표시부(170)의 역할은 인버터에 내장 가능한 스피커로 대체될 수도 있다. 제어부(160)는 파워릴레이(120)가 고장인 것으로 결정되면 스피커를 작동하여 파워릴레이(120)의 고장임을 청각적으로 알릴 수 있다.

저장부(180)는 제어부(160)와 연결되어, 초기충전저항(110)의 저항, 캐패시터(130)와 연관된 시정수, 기준전압 및 정격 전류 등을 저장할 수 있다.

저장부(180)는 제어부(160)가 전압강하가 지속되는 지 여부를 판단하는 동안 측정된 전압이력을 저장할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 인버터의 파워릴레이 고장감지방법을 나타낸 순서도이다.

도 3에 의한 고장감지방법은 인버터의 파워릴레이 고장감지장치에 의하여 수행될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 인버터의 파워릴레이 고장감지장치에 의하여 고장감지방법이 수행되는 것을 예시한다.

S301단계에서, 전압센서(140)는 기준전압을 측정할 수 있다.

제어부(160)는 측정된 기준전압을 저장부(180)에 저장할 수 있다.

S303단계에서, 제어부(160)는 검출시작 조건을 판단할 수 있다.

검출시작 조건을 판단한다는 것은 전압강하가 지속되는 지 여부에 대한 판단을 시작여부를 결정한다는 의미이다.

검출시작 조건에 대한 판단은 [수학식 1]에 의하여 판단한다. [수학식 1]에서 좌변이 우변보다 큰 경우에는 S305단계로 진행하고, 크지 않은 경우에는 S301단계로 되돌아간다.

S305단계에서 제어부(160)는 일정 주기로 측정되는 전압에 대한 정보를 제공받고, 전압강하가 지속적으로 일어나는 지를 판단할 수 있다. 전압강하가 지속적으로 발생하는 경우 S307단계로 진행하고, 그렇지 않은 경우 S301단계로 되돌아간다.

S307단계에서 제어부(160)는 검출시작 시간으로부터의 시간경과가 시정수 이상 일어났는 지 여부를 판단할 수 있다. 시간경과가 시정수 이상이라면 S309단계로 진행하고, 미만이라면 S305단계로 되돌아간다.

S309단계에서 제어부(160)는 파워릴레이(120)의 고장여부를 판단할 수 있다. 고장여부를 판단하는 기준은 상술한 [수학식 2]에 의한다. [수학식 2]에서 좌변이 우변보다 큰 경우 S311단계로 진행하고, 크지 않은 경우 S301단계로 되돌아간다.

S311단계에서 제어부(160)는 파워릴레이(120)의 고장을 결정할 수 있다. 이 경우 제어부(160)는 저장부(180)에 파워릴레이(120)에 대한 고장을 기록할 수 있다.

S313단계에서 제어부(160)는 파워릴레이(120)의 고장여부를 표시할 수 있다.

도 4는 시간 흐름에 따른 전압강하를 나타낸 도면이다.

V_dc는 직류링크 양단의 전압 즉, 전압센서(140)가 측정하는 전압을 나타낸다.

①은 기준전압을 측정하는 시점으로 전압강하가 일어나지 않는 상태이다. 이 상태에서는 파워릴레이(120)가 잘 동작되고 있음을 뜻할 수 있다.

②는 제어부(160)가 검출시작 여부를 판단하는 단계이다. 이 판단은 [수학식 1]에 의한다.

③ 내지 ⑥ 시점에서는 제어부(160)가 전압강하가 지속되는 지 여부를 판단하는 시점이다.

⑦은 시정수의 시간이 흐른 시점으로 제어부(160)는 파워릴레이(120)의 고장여부를 판단한다.

도 5는 인버터부(300)로의 출력전류의 특성을 나타낸 도면이다.

도 5의 좌상단은 시간에 따른 3상(a, b, c로 구분) 출력전압의 성분, 좌하단은 시간에 따른 3상 출력전류의 성분, 우측은

내지

구간에서

동안의 스위치 파형을 나타낸다.

동안의 출력전류의 평균은 출력전류의

성분이 된다.

동안의 출력전류는 0,

동안의 출력전류는

,

동안의 출력전류는

가 된다.

내지

구간은 6번 반복되며 이를 대표구간으로

에 대하여 수식을 전개하면 다음 [수학식 3], [수학식 4]와 같다.

여기서,

이다.

[수학식 4]를 [수학식 3]에 대입하고, 정리하면

는 다음 [수학식 5]와 같이 계산될 수 있다.

여기서, m은 변조지수,

은 인버터 효율이다.

본 발명의 일실시예에서, 제어부(160)는 [수학식 1] 또는 [수학식 2]에서

를 계산하기 위해 [수학식 5]를 사용할 수 있다.

저장부(180)는 변조지수와 인버터 효율을 저장하고, 제어부(160)는 [수학식 5]의 연산을 위하여 저장된 변조지수와 인버터 효율을 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

110: 초기충전저항
120: 파워릴레이
130: 캐패시터
140: 전압센서
150: 전류센서
160: 제어부
170: 표시부
180: 저장부
200: 컨버터부
300: 인버터부
400: 모터

Claims (4)

1. 교류전원을 직류전압으로 전환하는 컨버터부;
   상기 컨버터부와 3상의 교류전압을 모터에 제공하는 인버터부 사이에 배치되며 상기 컨버터부에서 전환한 직류전압을 평활화하는 캐패시터;
   상기 컨버터부와 상기 캐패시터를 포함하는 직류링크 사이에 배치되는 초기충전저항;
   상기 초기충전저항과 병렬연결되는 파워릴레이;
   상기 직류링크의 캐패시터의 양단에 연결되고 상기 직류링크의 전압을 측정하는 전압센서;
   상기 인버터부로의 출력전류를 측정하는 전류센서;
   상기 초기충전저항의 저항, 상기 캐패시터의 시정수 및 상기 직류링크의 전압강하가 발생하지 않은 상태에서 측정된 전압인 상기 직류링크의 기준전압을 저장하는 저장부; 및
   상기 직류링크의 전압강하가 발생되는 경우 상기 기준전압과 상기 시정수에 해당하는 시간이 지난 후에 측정된 전압과의 차이로부터 상기 파워릴레이의 고장을 판단하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 전압강하가 발생하는 경우 측정된 단위 시간당 상기 전압강하 비율이 측정된 출력전류로부터 계산된 비율과 비교하여 전압강하가 지속되는 지 판단하는 것
   을 특징으로 하는 인버터의 파워릴레이 고장감지장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 기준전압과 상기 시정수에 해당하는 시간이 지난 후에 측정된 전압과의 차이를 상기 출력전류와 상기 저항으로부터 결정되는 전압강하와 비교하여 상기 파워릴레이의 고장을 판단하는 것
   을 특징으로 하는 인버터의 파워릴레이 고장감지장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 시정수의 시간이 지속되는 동안 전압강하가 발생하는 경우 상기 파워릴레이의 고장을 판단하는 것
   을 특징으로 하는 인버터의 파워릴레이 고장감지장치.
   

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