KR102332398B1 - 전압 조절 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전압 조절 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전압 조절 장치는 음극이 제1 컨버터와 제1 평활화 커패시터 사이의 노드에 연결되고, 양극이 제2 컨버터와 제2 평활화 커패시터 사이의 노드에 연결된 다이오드를 이용하여 인버터에 공급되는 전압을 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 전압 조절 장치는 다이오드를 이용하여 인버터에 공급되는 전압을 조절함으로써, 인버터에 공급되는 전압을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

전압 조절 장치{VOLTAGE CONTROL APPARATUS}
본 발명은 전압 조절 장치에 관한 것이다.
일반적으로 교류 전압이 상용 전원을 통해 가정에 공급된다. 따라서 가전 제품은 공급받은 교류 전압을 사용하기 적절한 전압으로 조절하는 전압 조절 장치를 포함한다. 이와 같은 전압 조절 장치는 상용 전원을 통해 교류 전압을 공급받아서, 3상 교류 전압 또는 직류 전압으로 변환하여서 필요로 하는 장치로 공급한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전압 조절 장치의 내부 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전압 조절 장치(10)는 컨버터(11), 제1 평활화 커패시터(12), 인버터(13), 제2 평활화 커패시터(14) 및 다이오드(15)를 포함한다.
컨버터(11)는 전원부(20)로부터 상용 전원인 교류 전압을 공급받는다. 그러면 컨버터(11)는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 그리고 나서 제1 평활화 커패시터(12)는 컨버터(11)에 의해 변환된 직류 전압을 평활화한다. 그리고 인버터(13)는 평활화된 직류 전압을 스위칭 소자를 이용하여 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(30)에 공급한다.
이와 동시에, 제2 평활화 커패시터(14)는 컨버터(11)에 의해 변환된 직류 전압을 평활화하여 전원 공급부(40)에 공급한다. 이때 다이오드(15)는 제2 평활화 커패시터(14)에서 컨버터(11)로 역전류가 흐르는 것을 방지한다.
이와 같이 3상 모터에 공급되는 전압을 조절하는 장치는 공개특허 KR 10-2014-0096626에 개시되어 있다.
그러나 종래 기술에 따른 전압 조절 장치(10)는 제1 평활화 커패시터(12)로 용량이 큰 전해 커패시터가 아닌 용량이 작은 필름 커패시터를 사용하면, 제1 평활화 커패시터(12)의 작은 용량으로 인해 직류 전압이 충분히 평활화 되지 못하고 맥동이 발생하게 된다. 이러한 맥동은 제1 평활화 커패시터(12)에 인가되는 전압이 작은 경우, 인버터(13)로부터 3상 모터(30)에 흘러 들어가는 3상 전류에도 맥동을 발생시킨다. 이로 인해 3상 모터(30)는 목표 각속도를 추종하지 못하게 되고, 소음과 진동을 발생시킨다.
본 발명의 목적은 다이오드를 이용하여 인버터에 공급되는 전압을 조절하는 전압 조절 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 인버터가 제1 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압 또는 제2 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압을 이용하여 3상 모터에 공급되는 3상 교류 전압을 변환하는 전압 조절 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 스위칭 소자를 이용하여 전원 공급부에 공급되는 전압을 조절하는 전압 조절 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전압 조절 장치는 음극이 제1 컨버터와 제1 평활화 커패시터 사이의 노드에 연결되고, 양극이 제2 컨버터와 제2 평활화 커패시터 사이의 노드에 연결된 다이오드를 이용하여 인버터에 공급되는 전압을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전압 조절 장치는 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압보다 작으면, 제1 평활화 커패시터가 아닌 제2 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압을 인버터를 통해 3상 교류 전압으로 변환하여 상기 3상 모터에 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전압 조절 장치는 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 설정값보다 작으면 제어부를 통해 스위칭 소자를 오프시켜서 전원 공급부에 공급되는 전압을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 전압 조절 장치는 다이오드를 이용하여 인버터에 공급되는 전압을 조절함으로써, 인버터에 공급되는 전압을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 전압 조절 장치는 인버터가 제1 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압 또는 제2 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압을 이용하여 3상 모터에 공급되는 3상 교류 전압을 변환함으로써, 3상 모터가 발생시키는 소음 또는 진동을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 전압 조절 장치는 스위칭 소자를 이용하여, 전원 공급부에 공급되는 전압이 불안정해지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전압 조절 장치의 내부 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치의 내부 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치에서 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압보다 클 때의 전류 흐름을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치에서 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압보다 작을 때의 전류 흐름을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치를 통해 인버터에 인가되는 전압을 나타낸 그래프이다.
도 6은 종래 기술에 따른 전압 조절 장치를 이용한 경우, 인버터에 인가되는 전압, 3상 모터의 각상에 흐르는 전류 및 3상 모터의 각속도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치를 이용한 경우, 인버터에 인가되는 전압, 3상 모터의 각상에 흐르는 전류 및 3상 모터의 각속도를 나타낸 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전압 조절 장치를 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치의 내부 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치(100)는 제1 컨버터(110), 제1 평활화 커패시터(120), 인버터(130), 제2 컨버터(140), 제2 평활화 커패시터(150), 다이오드(160) 및 제어부(180)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치(100)는 스위칭 소자(170)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치(100)는 인덕터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 컨버터(110)는 전원부(200)를 통해 인가되는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력한다. 제1 컨버터(110)는 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수 있다. 이때 제1 컨버터(110)는 4개의 다이오드가 브리지 형태로 구성된 구조일 수 있다.
제1 평활화 커패시터(120)는 제1 컨버터(110)를 통해 변환된 직류 전압을 평활화하고, 이를 저장한다. 도 2에는 제1 평활화 커패시터(120)로 하나의 커패시터가 도시되어 있으나, 복수 개의 커패시터가 구비되어 소자 안정성을 확보할 수도 있다. 이때 제1 평활화 커패시터(120)로 용량이 큰 전해 커패시터가 이용될 수 있다. 또한 제1 평활화 커패시터(120)로 비교적 용량이 작은 필름 커패시터가 사용될 수 있다.
인버터(130)는 복수 개의 스위칭 소자를 포함한다. 인버터(130)는 복수 개의 스위칭 소자가 온/오프 되는 동작을 통해 제1 평활화 커패시터(120)에 의해 평활화된 직류 전압 또는 후술될 제2 평활화 커패시터(150)에 의해 평활화된 직류 전압을 소정 주파수의 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(300)에 공급하여 3상 모터(300)를 구동 시킬 수 있다.
인버터(130)에는 각각 서로 직렬로 연결되는 세 쌍의 상, 하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 인버터(130)의 스위칭 소자는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT') 또는 MOSFET 등일 수 있다.
인버터(130) 내의 복수 개의 스위칭 소자는 제어부(180)로부터 인가된 전압에 기초하여 스위칭 동작을 한다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 3상 교류 전압이 3상 모터(300)에 출력된다.
제2 컨버터(140)는 전원부(200)를 통해 인가되는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력한다. 제2 컨버터(140)는 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수 있다. 이때 제2 컨버터(140)는 4개의 다이오드가 브리지 형태로 구성된 구조일 수 있다.
제2 평활화 커패시터(150)는 제2 컨버터(140)를 통해 변환된 직류 전압을 평활화하고, 이를 저장한다. 그리고 제2 평활화 커패시터는 평활화된 전압을 전원 공급부(400)에 공급한다. 도 2에는 제2 평활화 커패시터(150)로 하나의 커패시터가 도시되어 있으나, 복수 개의 커패시터가 구비되어 소자 안정성을 확보할 수도 있다. 이때 제2 평활화 커패시터(150)로 용량이 큰 전해 커패시터가 이용될 수 있다.
다이오드(160)는 음극이 제1 컨버터(110)와 제1 평활화 커패시터(120) 사이의 노드에 연결되고, 양극이 제2 컨버터(140)와 제2 평활화 커패시터(150) 사이의 노드에 연결된다.
다이오드(160)의 음극에서 양극 방향으로 전류가 흐를 수 없다. 따라서 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압보다 이상이면, 다이오드(160)를 통해 전류가 흐르지 않는다. 이때 인버터(130)는 제1 평활화 커패시터(120)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(300)에 공급한다.
그러나 다이오드(160)의 양극에서 음극 방향으로는 전류가 흐를 수 있다. 따라서 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압보다 작으면, 다이오드(160)를 통해 전류가 흐른다. 이때 인버터(130)는 제2 평활화 커패시터(150)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(300)에 공급한다. 이로 인해, 3상 모터(300)에 흘러 들어가는 3상 전류의 맥동이 감소된다.
스위칭 소자(170)는 일단이 다이오드(160)의 양극에 연결되고, 타단이 제2 컨버터(140)와 제2 평활화 커패시터(150) 사이의 노드에 연결된다. 스위칭 소자(170)는 IGBT 또는 MOSFET 등일 수 있다.
스위칭 소자(170)는 평상시에는 온 되어 있어서, 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압보다 작으면, 다이오드(160)를 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다. 그러나 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 설정값보다 작아서 스위칭 소자(170)가 오프되면, 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압보다 작더라도 다이오드(160)를 통해 전류가 흐르지 못하게 된다.
즉, 스위칭 소자(170)는 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압이 설정값보다 작으면, 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압보다 작더라도, 인버터(130)가 제1 평활화 커패시터(120)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(300)에 공급하도록 한다. 스위칭 소자(170)의 이와 같은 동작을 통해, 전원 공급부(400)에 공급되는 전압이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.
인덕터(미도시)는 전원부(200)에 연결되어 제1 컨버터(110) 및 제2 컨버터(140)에 인가되는 교류 전압을 보정할 수 있다. 인덕터는 전원부(200)로부터 공급되는 입력 교류 전압의 역률 보정 또는 승압 동작을 수행할 수 있다.
제어부(180)는 인버터(130) 및 스위칭 소자(170)를 제어한다.
제어부(180)는 3상 모터(300)의 각속도와 미리 설정된 목표 각속도를 이용하여, 인버터(130)에 포함된 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절할 수 있다.
이때 제어부(180)는 3상 모터(300)의 3상에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류를 이용하여 3상 모터의 각속도를 추정할 수 있다. 여기서 3상 모터(300)의 3상에 흐르는 전류를 검출하기 위해, CT(Current Transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
그리고 제어부(180)는 3상 모터(300)의 각속도와 목표 각속도를 이용하여 전류 지령을 설정할 수 있다. 그리고 제어부(180)는 전류 지령을 이용하여 인버터(130)에 포함된 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절할 수 있다. 이때 제어부(180)는 전류 지령을 PI(Proportional-Integral) 제어하여 인버터(130) 에 포함된 스위칭 소자에 인가되는 전압을 설정할 수 있다.
제어부(180)는 스위칭 소자(170)의 온/오프 동작을 제어한다. 제어부(180)는 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압이 설정값 이상이면, 스위칭 소자(170)를 온 상태로 유지시킨다. 이때 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압보다 작으면, 다이오드(160)를 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다. 그러면 인버터(130)는 제2 평활화 커패시터(150)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(300)에 공급한다.
그러나 제어부(180)는 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압이 설정값보다 작으면 스위칭 소자(170)를 오프시킨다. 이로 인해, 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압보다 작더라도, 다이오드(160)를 통해 전류가 흐를 수 없게 된다. 따라서 인버터(130)는 제1 평활화 커패시터(120)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(300)에 공급한다.
이를 통해, 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압이 설정값보다 작으면, 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압은 전원 공급부(400)에 공급되는 전압에만 사용되게 하여, 전원 공급부(400)에 공급되는 전압이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치에서 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압보다 클 때의 전류 흐름을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압 이상이면, 다이오드(160)의 음극에 인가되는 전압이 다이오드(160)의 양극에 인가되는 전압보다 큰 것이다. 따라서 다이오드(160)는 도통되지 않으므로, 다이오드(160)를 통해 전류가 흐르지 않는다.
즉, 도 3에 표시된 화살표 방향과 같이 제1 컨버터(110)로부터 흘러 나오는 전류는 제1 평활화 커패시터(120)를 통과한 후, 다시 제1 컨버터(110)로 돌아오는 방향으로 흐르게 된다. 또한, 이와 독립적으로 제2 컨버터(140)로부터 흘러 나오는 전류는 제2 평활화 커패시터(150)를 통과한 후, 다시 제2 컨버터(140)로 돌아오는 방향으로 흐르게 된다.
이때 다이오드(160)가 도통되지 않아서, 다이오드(160)를 통해 전류가 흐르지 않기 때문에, 제어부(180)가 스위칭 소자(170)를 온 또는 오프시키더라도 전류의 흐름에는 영향을 주지 않는다. 따라서 인버터(130)는 스위칭 소자(170)의 온/오프와 관계없이 제1 평활화 커패시터(120)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(300)에 공급한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치에서 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압보다 작을 때의 전류 흐름을 나타낸 것이다.
도 4를 참고하면, 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압보다 작으면, 다이오드(160)의 양극에 인가되는 전압이 다이오드(160)의 음극에 인가되는 전압보다 큰 것이다. 따라서 다이오드(160)는 도통되므로, 다이오드(160)를 통해 전류가 흐를 수 있다.
즉, 도 4에 표시된 화살표 방향과 같이 제1 컨버터(110)로부터 흘러 나오는 전류는 제1 평활화 커패시터(120), 제2 평활화 커패시터(150) 및 다이오드(160)를 통과한 후, 제1 컨버터(110)로 돌아오는 방향으로 흐르게 된다.
이때 다이오드(160)가 도통되어서, 다이오드(160)를 통해 전류가 흐르기 때문에, 제어부(180)가 스위칭 소자(170)를 온 또는 오프시킴에 따라 전류의 흐름이 변할 수 있다.
제어부(180)는 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압이 설정값 이상이면, 스위칭 소자(170)를 온 상태로 설정한다. 이때 다이오드(160)의 양극과 제2 컨버터(140)와 제2 평활화 커패시터(150) 사이의 노드는 연결된 상태이다. 따라서 전류는 도 4에 표시된 화살표 방향과 같이 흐르게 된다. 따라서 인버터(130)는 제2 평활화 커패시터(150)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(300)에 공급한다.
그러나 제어부(180)는 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압이 설정값보다 작으면, 스위칭 소자(170)를 오프 상태로 설정한다. 이때 다이오드(160)의 양극과 제2 컨버터(140)와 제2 평활화 커패시터(150) 사이의 노드는 연결되지 않은 상태이다.
즉, 다이오드(160)가 도통된 상태라 하더라도, 전류는 도 4에 표시된 화살표 방향과 같이 흐를 수 없게 된다. 그리고 전류는 다이오드(160)가 도통되지 않은 상태인 경우와 마찬가지로, 도 3에 표시된 화살표 방향과 같이 흐르게 된다. 따라서 인버터(130)는 제2 평활화 커패시터(150)에 의해 평활화된 직류 전압이 아니라 제1 평활화 커패시터(120)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터(300)에 공급한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치를 통해 인버터에 인가되는 전압을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참고하면, 도 5는 시간에 따른 전압의 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프 상의 점선(510)은 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압을 나타내는 그래프이다. 그래프 상의 굵은 실선(520)은 제2 평활화 커패시터(130)에 인가되는 전압을 나타내는 그래프이다. 그래프 상의 얇은 실선(530)은 인버터(130)가 3상 교류 전압으로 변환하기 위해 사용하는 전압을 나타내는 그래프이다.
제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압 이상이면, 인버터(130)는 제1 평활화 커패시터(120)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환한다.
그러나 제1 평활화 커패시터(120)에 인가되는 전압이 제2 평활화 커패시터(150)에 인가되는 전압보다 작으면, 인버터(130)는 제2 평활화 커패시터(150)에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환한다. 즉, 그래프 상의 화살표와 같이 인버터(130)가 사용하는 전압을 높일 수 있다.
종래에는 그래프 510과 같은 전압을 인버터(130)가 3상 교류 전압으로 변환하기 때문에, 낮은 크기의 전압이 3상 교류 전압으로 변환되면, 3상 모터(300)에 흐르는 전류에 맥동이 발생하여, 3상 모터(300)는 목표 각속도를 추종하지 못하고, 소음과 진동을 발생시켰다.
그러나 본 발명에 따른 전압 조절 장치(100)를 이용하면, 그래프 530과 같은 전압을 인버터(130)가 3상 교류 전압으로 변환하기 때문에, 종래와 달리 낮은 크기의 전압이 3상 교류 전압으로 변환되지 않는다. 따라서 3상 모터(300)에 흐르는 전류에 맥동이 감소하게 되어, 3상 모터(300)는 목표 각속도를 보다 잘 추종하게 되고, 3상 모터(300)에 의해 발생하는 소음과 진동을 감소시킬 수 있다.
도 6은 종래 기술에 따른 전압 조절 장치를 이용한 경우, 인버터에 인가되는 전압, 3상 모터의 각상에 흐르는 전류 및 3상 모터의 각속도를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참고하면, V-t 그래프는 인버터(13)가 3상 교류 전압으로 변환하기 위해 사용하는 전압을 나타낸 그래프이다. I-t 그래프는 인버터(13)에 의해, 3상 모터(30)의 3상에 흐르게 되는 전류를 나타낸 그래프이다. 그리고
Figure 112019085993918-pat00001
-t 그래프는 3상 모터(30)의 각속도를 나타낸 그래프이다.
종래 기술에 따른 전압 조절 장치(10)를 이용하면, V-t 그래프를 통해 알 수 있듯이 인버터(13)가 3상 교류 전압으로 변환하기 위해 사용하는 전압은 50V에서 310V의 범위를 가진다. 이때 인버터(13)가 50V와 같이 낮은 전압을 3상 교류 전압으로 변환하는 경우, I-t 그래프를 통해 알 수 있듯이, 3상 모터(30)의 3상에 흐르게 되는 전류는 사인파의 형태를 온전히 가지지 못하고 심하게 맥동하게 된다. 결과적으로 3상 모터(30)의 각속도는
Figure 112019085993918-pat00002
-t 그래프 상의 일점쇄선으로 표시된 목표 각속도를 추종하지 못하고,
Figure 112019085993918-pat00003
-t 그래프 상의 실선으로 표시된 것과 같이 맥동하는 각속도를 가지고 회전하게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치를 이용한 경우, 인버터에 인가되는 전압, 3상 모터의 각상에 흐르는 전류 및 3상 모터의 각속도를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참고하면, V-t 그래프는 인버터(130)가 3상 교류 전압으로 변환하기 위해 사용하는 전압을 나타낸 그래프이다. I-t 그래프는 인버터(130)에 의해, 3상 모터(300)의 3상에 흐르게 되는 전류를 나타낸 그래프이다. 그리고
Figure 112019085993918-pat00004
-t 그래프는 3상 모터(300)의 각속도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조절 장치(100)를 이용하면, V-t 그래프를 통해 알 수 있듯이 인버터(130)가 3상 교류 전압으로 변환하기 위해 사용하는 전압은 150V에서 310V의 범위를 가진다. 이때 인버터(130)가 종래 기술에 따른 전압 조절 장치(10)를 이용한 경우와 달리, 50V와 같이 낮은 전압을 3상 교류 전압으로 변환하지 않는다, 이에 따라, I-t 그래프를 통해 알 수 있듯이, 3상 모터(300)의 3상에 흐르게 되는 전류는 사인파의 형태를 상대적으로 온전히 가지게 된다. 결과적으로 3상 모터(300)의 각속도는
Figure 112019085993918-pat00005
-t 그래프 상의 일점쇄선으로 표시된 목표 각속도를 거의 유사하게 추종하게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 전압 조절 장치(100)는 다이오드(160)를 이용하여 인버터(130)에 공급되는 전압을 조절함으로써, 인버터(130)에 공급되는 전압을 높일 수 있다. 이에 따라 3상 모터(300)가 발생시키는 소음 또는 진동이 감소하게 된다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100: 전압 조절 장치 110: 제1 컨버터
120: 제1 평활화 커패시터 130: 인버터
140: 제2 컨버터 150: 제2 평활화 커패시터
160: 다이오드 170: 스위칭 소자
180: 제어부

Claims (12)

  1. 전원부로부터 인가되는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제1 컨버터;
    상기 직류 전압을 평활화하는 제1 평활화 커패시터;
    상기 전원부로부터 인가되는 입력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제2 컨버터;
    상기 제2 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 평활화하여 전원 공급부에 공급하는 제2 평활화 커패시터;
    음극이 상기 제1 컨버터와 상기 제1 평활화 커패시터 사이의 노드에 연결되고 양극이 상기 제2 컨버터와 상기 제2 평활화 커패시터 사이의 노드에 연결되는 다이오드;
    상기 제1 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압 또는 상기 제2 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압을 복수 개의 스위칭 소자를 이용하여 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 모터에 공급하는 인버터; 및
    상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 상기 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압 이상이면 상기 다이오드를 통해 전류가 흐르지 않고, 상기 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 상기 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압보다 작으면 상기 다이오드를 통해 전류가 흐르는
    전압 조절 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 상기 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압 이상이면, 상기 인버터는 상기 제1 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 상기 3상 모터에 공급하는
    전압 조절 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 상기 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압보다 작으면, 상기 인버터는 상기 제2 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 상기 3상 모터에 공급하는
    전압 조절 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 다이오드의 양극에 연결되고, 타단이 상기 제2 컨버터와 상기 제2 평활화 커패시터 사이의 노드에 연결되는 스위칭 소자를 더 포함하는
    전압 조절 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 설정값보다 작으면 상기 스위칭 소자를 오프시키는
    전압 조절 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인버터는 상기 제1 평활화 커패시터에 인가되는 전압이 상기 제2 평활화 커패시터에 인가되는 전압보다 작더라도, 상기 제1 평활화 커패시터에 의해 평활화된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 상기 3상 모터에 공급하는
    전압 조절 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전원부에 연결되어 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터에 인가되는 입력 교류 전압을 보정하는 인덕터를 더 포함하는
    전압 조절 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 3상 모터의 각속도와 미리 설정된 목표 각속도를 이용하여, 상기 인버터의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는
    전압 조절 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 3상 모터의 3상에 흐르는 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류를 이용하여 3상 모터의 각속도를 추정하는
    전압 조절 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 3상 모터의 각속도와 미리 설정된 목표 각속도를 이용하여 전류 지령을 설정하고, 상기 전류 지령을 이용하여 상기 인버터의 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하는
    전압 조절 장치.
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