KR102520182B1 - 인버터 초기충전회로의 고장진단장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터 초기충전회로의 고장감지장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 초기충전회로 고장감지장치는 초기충전회로의 초기충전저항과 병렬연결된 포토커플러를 이용하여 릴레이 온 상태에서 초기충전저항에 전류가 흐르면 포토커플러가 온 되는 것을 이용하여 초기충전회로의 릴레이 오동작 여부를 감지할 수 있고, 릴레이 고장으로 인해 초기충전저항에 대전류가 흘러 부품이 고장나거나 소손되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

Description

인버터 초기충전회로의 고장진단장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING INITIAL CHARGING CIRCUIT OF INVERTER}
본 발명은 인버터에 관한 것으로, 특히 인버터의 초기충전회로에 관한 것이다.
인버터는 컨버터와 함께 대표적인 전력변환 장치 중 하나이다. 인버터는 교류전력을 입력받아 직류로 변환한 뒤 전동기 제어를 위해 다시 교류로 변환하여 전동기를 제어한다. 팬, 펌프, 엘리베이터, 이송장치, 생산라인 등 전동기가 사용되는 산업 전반에 다양한 형태로 사용된다. 컨버터는 교류 또는 직류 입력 전원을 직류로 변환해주는 장치로 전력변환 방식은 인버터와 유사하며, 인버터와 마찬가지로 산업 전반에 다양하게 사용되고 있다.
인버터에는 초기충전회로가 필수적이다. 초기충전회로는 인버터의 직류링크캐패시터에 돌입전류로 인한 과전류가 흐르는 것을 방지하고, 정류부와 직류단의 기생 인덕턴스 성분과 돌입전류에 의해 발생하는 고전압으로부터 소자들을 보호한다.
도 1은 종래기술에 따른 일반적인 인버터의 구조를 나타낸다.
정류부(10)는 3상 교류전원을 직류전원으로 변환하여 직류링크캐패시터(30)를 충전하고, 직류링크캐패시터(30)에 저장된 직류전원은 다시 인버터부(40)에 의해 교류전원으로 변환되어 전동기에 전달된다.
직류링크캐패시터(30)에 돌입전류로 인한 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 초기충전회로(20)가 필요하고 초기충전회로(20)는 초기충전저항과 릴레이를 포함한다.
도 2는 초기충전과 인버터 동작시의 전류의 흐름을 나타낸다.
초기충전시에는 초기충전회로의 릴레이는 오프 상태이므로 정류부(10)의 출력전류는 초기충전회로(20)의 초기충전저항을 통해 직류링크캐패시터(30)로 흐른다. 초기충전이 끝나면 릴레이가 온 상태가 되고 정류부(10)의 출력전류는 초기충전회로(20)의 릴레이를 통해 직류링크캐패시터(30)와 인덕터부(40)로 흐르게 된다.
도 3은 시간에 따른 직류링크캐패시터에 걸리는 전압을 나타낸다.
DSP 리셋이 해지되고 직류링크캐패시터의 전압이 저전압 해지(LV Clear) 레벨 이상이 되면 초기충전회로의 릴레이가 온 되어 레디(Ready) 시점 이후에는 초기충전회로의 초기충전저항을 거치지 않는 전압(32)이 실선과 같이 직류링크캐패시터에 인가된다. 릴레이가 온 되지 않고 계속 초기충전저항을 거친다면 초기충전저항에 의한 전압강하 때문에 직류링크캐패시터에 인가되는 전압(34)은 점선과 같이 나타날 것이다.
그런데 릴레이가 온 된 상태에서도 인버터에 경부하가 걸린 경우에는 전압강하가 발생할 수 있고, 단순히 전압강하에 의해서는 릴레이의 온/오프를 구분할 수 없다. 따라서 직류링크캐패시터의 전압강하에 의해서는 초기충전회로에 포함된 릴레이의 고장 여부를 판단할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 초기충전회로 고장 검출 방법의 문제점을 해결하기 위해 연구 노력해 왔다. 초기충전회로의 고장을 검출하기 위한 부품의 추가를 최소화 하면서도 효과적으로 초기충전회로의 고장을 검출할 수 있는 장치 및 방법을 완성하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 추가 부품을 최소화하면서도 효과적으로 릴레이의 고장을 검출할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
간단한 부품의 추가로 릴레이의 고장을 검출함으로써 초기충전저항에 의한 전력손실이나 부품의 고장 소손 등을 예방하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명에 따른 인버터 초기충전회로 고장감지장치는,
인버터 초기충전회로의 초기충전저항과 입력측이 병렬로 연결되는 포토커플러를 포함하는 릴레이 오동작 검출부; 상기 포토커플러의 출력측과 병렬연결된 제1저항을 포함하는 전압 검출부; 및 상기 전압 검출부의 제1저항에서 출력되는 출력전압에 의해 릴레이 오동작 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 릴레이 오동작 검출부의 포토커플러는 상기 초기충전저항에 전류가 흐르면 온 상태가 되는 것을 특징으로 한다.
상기 전압검출부는 제2저항을 더 포함하고 상기 제1저항과 제2저항은 직렬로 연결되고, 직렬로 연결된 상기 제1저항과 제2저항이 상기 인버터의 직류링크캐패시터와 병렬연결되는 것이 좋다.
상기 제어부는 상기 인버터의 초기충전이 완료되어 동작(Run) 지령이 있은 후 상기 제1저항의 출력전압이 0이 되면 상기 초기충전회로가 고장인 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 초기충전회로의 고장방지방법은,
인버터의 초기충전 완료 후 릴레이를 온 하는 단계; 인버터 동작을 시작하는 단계; 직류링크캐패시터의 전압강하를 감지하는 단계; 상기 인버터 초기충전회로의 초기충전저항과 병렬연결된 포토커플러의 온/오프 여부를 판단하는 단계; 및 상기 포토커플러가 온 상태이면 상기 초기충전회로의 릴레이가 오동작하는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
상기 포토커플러의 온/오프 여부를 판단하는 것은, 상기 포토커플러의 출력측과 병렬연결된 저항의 전압을 측정하여 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 별도의 전원이나 제어부를 사용하지 않는 포토커플러의 추가로 효과적으로 초기충전회로의 고장을 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한 종래 OPAMP 등을 이용한 전압검출방법을 사용하지 않으므로 비용을 절감할 수 있는 장점도 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 종래기술의 일반적인 인버터의 구조도이다.
도 2는 종래기술의 인버터에서 릴레이 온/오프에 따른 전류의 흐름을 보여준다.
도 3은 종래기술의 직류링크캐패시터에 전압이 충전되는 레벨을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 초기충전회로 고장감지장치의 구조도이다.
도 5는 본 발명에 따른 초기충전회로 고장감지장치의 좀 더 자세한 구조도이다.
도 6은 직류링크캐패시터의 동작별 전압 레벨을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따라 검출되는 신호들의 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 초기충전회로의 고장감지방법의 흐름도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다.
도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 초기충전회로 고장감지장치(100)의 구조도이다.
초기충전회로 고장감지장치(100)는 릴레이 오동작 검출부(110), 전압 검출부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
릴레이 오동작 검출부(110)는 초기충전회로의 초기충전저항과 병렬연결되어 릴레이의 오동작을 검출하게 된다.
전압 검출부(120)는 직류링크캐패시터와 병렬로 연결되어 직류링크캐패시터의 전압과 릴레이 오동작을 판단하기 위한 전압을 검출한다.
제어부(130)는 하나 이상의 프로세서를 포함하며, 상기 릴레이 전압 검출부(120)에서 검출된 전압에 의해 릴레이의 오동작을 판단한다.
도 5는 본 발명에 따른 초기충전회로 고장감지장치(100)의 좀 더 자세한 구조도이다.
릴레이 오동작 검출부(110)는 입력저항(112)과 포토커플러(114)를 포함한다. 입력저항(112)은 포토커플러(114)의 입력측에 직렬연결된다.
전압 검출부(120)는 제1저항(124) 및 제2저항(122)과 전압측정기(126)를 포함한다. 제1저항(124)과 제2저항(122)는 직렬연결되고, 직렬연결된 제1저항(124)과 제2저항(122)은 병렬로 직류링크캐패시터와 연결된다. 제1저항(124)은 릴레이 오동작 검출부(110)의 포토커플러(114) 출력부에 병렬연결된다.
초기충전회로는 초기충전이 끝난 후 인버터의 동작(Run) 상태가 되면 릴레이가 온 상태가 되므로 초기충전저항으로는 전류가 흐르지 않는다. 그러면 릴레이 오동작 검출부(110)의 포토커플러(114)에도 전류가 흐르지 않아 포토커플러(114)는 개방상태가 된다. 포토커플러(114)가 개방상태이면 전압측정장치(126)는 제1저항(124)에 걸리는 전압을 측정하게 되는데, 제1저항(124)와 제2저항(122)은 직렬연결되어 있으므로 직류링크캐패시터에 걸린 전압이 저항의 비에 따라 나눠지게 된다. 예를 들어 직류링크 캐패시터에 걸린 전압이 330V이고 제1저항(124)이 20k옴, 제2저항(122)이 200k옴이면 제1저항(124)에는 제2저항(122)에 걸리는 전압의 1/10만 걸리므로, 제1저항(124)에는 30V, 제2저항(122)에는 300V의 전압이 나누어 걸리는 것이다. 따라서 전압측정장치(126)에는 30V의 전압이 측정될 것이다.
반면 초기충전이 끝난 후 인버터가 동작상태인데도 초기충전회로의 릴레이가 온 상태가 아니라면 릴레이의 오동작으로 판단할 수 있다. 릴레이가 오프 상태이면 전류는 릴레이가 아니라 초기충전저항에 흐르게 된다. 초기충전저항에 전류가 흐르면 병렬로 연결된 포토다이오드(114)에도 전류가 흐르게 되고 포토다이오드(114)는 온 상태가 된다.
포토다이오드(114)가 온 상태가 된다면 포토다이오드(114)의 양단이 단락상태가 되는 것이므로 전압검출부(120)의 제1저항(124)의 양단 역시 단락이 된다. 따라서 제1저항(124) 양단의 전압을 측정하는 전압측정장치(126)에는 전압이 0이 측정될 것이다. 이 때 직류링크캐패시터의 양단 전압은 초기충전저항에 의해 강하된 전압에 의해 정상의 경우보다 낮게 나타날 것이다.
제어부(130)는 직류링크캐패시터 양단 전압이 정상보다 낮게 나타나고, 전압측정장치(126)에서 측정된 전압이 기준값 보다 낮다면 초기충전회로의 릴레이가 고장인 것으로 판단할 수 있다. 직류링크캐패시터 양단 전압이 정상보다 낮게 나타나더라도 전압측정장치(126)에서 측정된 값이 기준값 보다 높다면 이는 릴레이의 고장이 아니라 인버터의 경부하 운전으로 판단할 수 있을 것이다.
도 6은 이와 같이 제어부에서 초기충전회로의 고장을 판단하기 위한 직류링크캐패시터의 기준전압을 보여준다.
인버터 전체의 동작을 위한 SMPS는 아주 작은 전압(66) 이상에서 항상 동작한다.
인버터의 운전전압은 과전압 레벨(61)과 초기충전 완료 후 릴레이가 온 되는 저전압 레벨(65) 사이에서 유지된다. 바람직하게는 정격전압은 정격 최대 전압(62)과 정격 최소 전압(64) 사이에서 유지되어야 한다. 릴레이가 온 된 상태에서는 초기충전저항에 의한 전압강하가 없으므로 직류링크캐패시터는 일정한 충전전압(63)을 유지하는데, 릴레이가 고장이거나 경부하 운전 등 특별한 상황에서는 충전전압(63) 밑으로 떨어지기도 한다. 이 때 릴레이 오동작 검출부(110)와 전압 검출부(120)에 의해 제어부는 정상적인 전압강하인지 릴레이 오동작에 의한 전압강하인지 판단할 수 있는 것이다.
도 7은 릴레이 오동작시에 검출되는 신호들의 예를 나타낸다.
릴레이 오동작이 시작된 시점(77)에 신호의 변화가 나타난다.
직류링크전압은 초기충전회로를 거치기 전 측정한 전압(71)과 직류링크캐패시터에서 측정한 전압(72)을 나타낸다. 릴레이가 오동작하면 정류부의 출력전류가 초기충전저항을 거치기 때문에 초기충전회로를 거치기 전 측정한 전압은 리플이 좀 더 발생한다. 또한 직류링크캐패시터에 걸리는 전압(72)은 초기충전저항 때문에 강하가 발생한다.
릴레이는 오동작하여 온 상태(73)에서 오프 상태(74)로 전환된다.
릴레이 오동작 시 포토커플러(114)가 온 되면 전압검출부(120)에서 검출한 전압(76)은 0으로 떨어진다.
도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 초기충전회로 고장검출방법의 흐름도이다.
인버터의 전원을 온 하고(S10) 인버터 전체 제어를 위한 SMPS가 동작하면(S20) 초기충전이 시작된다.
직류링크패캐시터에 충전된 전압이 인버터 저전압 해제(LV Clear) 레벨에 도달하면(S30) 초기충전이 끝나고 초기충전회로의 릴레이가 온 상태로 전환되면 (S40) 인버터의 본격적이 동작(Run)이 시작된다(S50).
제어부는 직류링크캐패시터의 전압강하가 발생했는지 판단하고(S60), 전압강하가 릴레이의 고장에 의한 것인지 통상적인 저전압 동작에 의한 것인지 판단한다.
이를 위해 제어부는 초기충전저항에 병렬로 연결된 포토커플러의 상태를 판단하는데, 포토커플러의 상태는 포토커플러의 출력측과 병렬연결된 저항에 걸리는 전압에 의해 판단한다. 포토커플러가 온 상태이면 단락되어 병렬연결된 저항의 전압은 0이 되고, 포토커플러가 오프 상태이면 개방되어 병렬연결된 저항의 전압은 0이 아니게 된다.
따라서 포토커플러와 병렬연결된 저항에서 검출된 전압이 기준전압 이하인지 판단하여(S70) 기준전압 이하인 경우 릴레이 오동작인 것으로 판단하고(S80) 경고메시지를 표시하거나 인버터의 동작을 정지시키는 등의 제어를 행할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면 별도의 전원이나 제어부가 필요 없는 포토커플러에 의해 초기충전회로의 릴레이 고장 여부를 효과적으로 판단할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (6)

  1. 인버터 초기충전회로의 초기충전저항과 입력측이 병렬로 연결되는 포토커플러를 포함하는 릴레이 오동작 검출부;
    상기 포토커플러의 출력측과 병렬연결된 제1저항을 포함하는 전압 검출부; 및
    상기 전압 검출부의 제1저항에서 출력되는 출력전압에 의해 릴레이 오동작 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로 고장감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이 오동작 검출부의 포토커플러는 상기 초기충전저항에 전류가 흐르면 온 상태가 되는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로 고장감지장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압검출부는 제2저항을 더 포함하고 상기 제1저항과 제2저항은 직렬로 연결되고, 직렬로 연결된 상기 제1저항과 제2저항이 상기 인버터의 직류링크캐패시터와 병렬연결되는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로 고장감지장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인버터의 초기충전이 완료되어 동작(Run) 지령이 있은 후 상기 제1저항의 출력전압이 0이 되면 상기 초기충전회로가 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 인버터 초기충전회로 고장감지장치.
  5. 하나이상의 프로세서를 포함하는 제어부에 의해 수행되는 인버터 초기충전회로 고장감지방법에 있어서:
    인버터의 초기충전 완료 후 릴레이를 온 하는 단계;
    인버터 동작을 시작하는 단계;
    직류링크캐패시터의 전압강하를 감지하는 단계;
    상기 인버터 초기충전회로의 초기충전저항과 병렬연결된 포토커플러의 온/오프 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 포토커플러가 온 상태이면 상기 초기충전회로의 릴레이가 오동작하는 것으로 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 포토커플러의 온/오프 여부를 판단하는 단계는
    상기 포토커플러의 출력측과 병렬연결된 저항의 전압을 측정하여 판단하는 단계인
    인버터 초기충전회로 고장감지방법.
  6. 삭제
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