KR101189993B1 - 이중화된 구동부를 가진 멀티 레벨 인버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중화된 구동부를 가진 멀티 레벨 인버터에 관한 것이다.
본 발명은 모터의 전류 및 회전 속도를 감지하고 그에 따른 전압 및 주파수 명령을 생성하는 제어부; 입력 교류 전원을 직류로 변환하고 변환된 직류 전원을 평활 시키는 제1 컨버터부와 상기 평활된 직류 전원을 PWM 제어 신호에 따라 3상 전류로 변환하여 출력하는 제1 인버터부와 상기 제어부로부터 출력되는 전압 및 주파수 명령에 따라서 PWM 제어 신호를 발생하여 제1 인버터부에 출력하는 제1 PWM 제어부를 구비하는 제1 구동부; 및 입력 교류 전원을 직류로 변환하고 변환된 직류 전원을 평활 시키는 제2 컨버터부와 상기 평활된 직류 전원을 PWM 제어 신호에 따라 3상 전류로 변환하여 출력하는 제2 인버터부와 상기 제어부로부터 출력되는 전압 및 주파수 명령에 따라서 PWM 제어 신호를 발생하여 제2 인버터부에 출력하는 제2 PWM 제어부를 구비하는 제2 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 모터를 구동하는 제어 시스템에서 2개의 구동부를 구비함으로 제1 구동부가 고장이 나는 경우에 제2 구동부 이용하여 모터를 끊김없이 연속적으로 구동할 수 있어 시스템의 신뢰성 및 안전성을 향상할 수 있는 장점을 가진다.

Description

이중화된 구동부를 가진 멀티 레벨 인버터{Multi level inverter having dual driving stage}

본 발명은 이중화된 구동부를 가진 멀티 레벨 인버터에 관한 것으로 특히 제어 시스템에서 제1 구동부 및 제2 구동부를 구비하여 제1 구동부가 고장 난 경우에 제2 구동부가 부하를 구동할 수 있는 이중화된 구동부를 가진 멀티 레벨 인버터에 관한 것이다.

소정의 부하를 구동시키는 소정의 구동 시스템들은 통상적으로 부하를 구동시킬 수 있는 구동기를 사용하고 있다. 그리고 상기 구동기가 상기 부하를 동작명령에 따라 정밀하게 구동되도록 하기 위해서는 제어기를 구비하여 구동기의 동작을 제어하고 있다.

예를 들면, 부하로 유도 전동기를 구동시킬 경우에 구동기로는 통상적으로 인버터를 많이 사용하고 있다. 상기 인버터는 직류 전력을 스위칭시켜 교류 전력으로 변환한 후 부하로 공급한다.

이러한 인버터에 제어기가 연결되어 제어기의 제어 신호에 따라 상기 인버터가 상기 스위칭 속도를 조절함으로써 부하로 공급되는 교류 전력 및 주파수가 조절되어 부하를 정밀하게 구동시킬 수 있다.

한편 종래에는 주 제어기 및 보조 제어기 두 개를 채용하여 주제어기가 고장 난 경우에 보조 제어기를 이용하여 운전하는 고장 모드 대처방법이 있었다.

그러나 이와 같은 방법은 제어기가 아닌 구동기가 고장 나는 경우에 시스템을 정지시키고 고장 난 구동기를 교체해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 제1 컨버터부, 제1 인버터부 및 제1 PWM 제어부를 포함하는 제1 구동부를 이중 장착하여 하나의 제1 구동부가 고장난 경우에 다른 하나의 구동부(제2 구동부)로 시스템의 중단없는 동작을 가능하게 하는 이중화된 구동부를 가진 멀티 레벨 인버터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이중화된 구동부를 가진 멀티 레벨 인버터는 모터의 전류 및 회전 속도를 감지하고 그에 따른 전압 및 주파수 명령을 생성하는 제어부; 입력 교류 전원을 직류로 변환하고 변환된 직류 전원을 평활 시키는 제1 컨버터부와 상기 평활된 직류 전원을 PWM 제어 신호에 따라 3상 전류로 변환하여 출력하는 제1 인버터부와 상기 제어부로부터 출력되는 전압 및 주파수 명령에 따라서 PWM 제어 신호를 발생하여 제1 인버터부에 출력하는 제1 PWM 제어부를 구비하는 제1 구동부; 및 입력 교류 전원을 직류로 변환하고 변환된 직류 전원을 평활 시키는 제2 컨버터부와 상기 평활된 직류 전원을 PWM 제어 신호에 따라 3상 전류로 변환하여 출력하는 제2 인버터부와 상기 제어부로부터 출력되는 전압 및 주파수 명령에 따라서 PWM 제어 신호를 발생하여 제2 인버터부에 출력하는 제2 PWM 제어부를 구비하는 제2 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어부, 상기 제1 PWM 제어부 및 제2 PWM 제어부는 CAN 드라이버를 구비하여 통신 프로토콜로 사용하고, 통신 매개체로서 광 파이버 네트워크를 사용할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 CAN 드라이버를 이용하여 상기 제1 구동부 및 제2 구동부의 고장 진단을 하고, 상기 제1 구동부 또는 제2 구동부 중 하나가 고장 나면 고장난 구동부를 동작 중지하고, 양품인 다른 하나의 구동부를 동작시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명은 모터를 구동하는 제어 시스템에서 2개의 구동부를 구비함으로 제1 구동부가 고장이 나는 경우에 제2 구동부 이용하여 모터를 끊김없이 연속적으로 구동할 수 있어 시스템의 신뢰성 및 안전성을 향상할 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 모터 제어 시스템의 구성 블록도이다.
도 2는 도 1에 따른 제1 및 제2 컨버터부와 제1 및 제2 인버터부의 내부 회로도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어 시스템의 구성 블록도는 크게 제1 구동부(120), 제2 구동부(150) 및 제어부(130)를 포함한다.

제1 구동부(120)는 제1 컨버터부(121), 제1 인버터부(122) 및 제1 PWM 제어부(123)를 포함하고, 제2 구동부(150)는 제2 컨버터부(151), 제2 인버터부(152) 및 제2 PWM 제어부(153)를 포함한다.

여기서, 제1 구동부(120) 및 제2 구동부는 회로 및 기능이 동일하고, 캐스캐이드 H-브릿지 구조를 가진 다중 레벨 인버터(Cascaded H-bridge multi level inverter)이다.

입력 전원(110)은 3상 교류 전원이다.

3상 교류 전원이 제1 컨버터부(121)에 인가되면 제1 컨버터부(121)는 입력된 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고 변환된 직류 전원을 평탄하게 필터링하는 평활 작용을 한다.

상기 평활된 직류 전원은 제1 인버터부(122)의 전원으로 인가된다.

제어부(130), 제1 PWM 제어부(123) 및 제2 PWM 제어부(153)는 CAN(Controller area network) 드라이버를 구비하여 통신 프로토콜로 사용하고, 통신 매개체로서 광 통신 네트워크를 사용한다.

광 통신 네트워크는 WDM(Wave division multiplexing)방식이고, 제어부(130)는 제1 PWM 제어부(123) 및/또는 제2 PWM 제어부(153)에 접속하여 제어 명령 신호를 출력한다.

즉, 제어부(130)는 데이터 통신 및 고장 진단 기능을 구비한 CAN 드라이버를 이용하여 제1 PWM 제어부(123) 및/또는 제2 PWM 제어부(153)와 고장 진단 신호와 같은 데이터 신호를 주고 받는다.

상기 제어부(130)는 모터 근처에 부착된 센서를 통하여 모터의 전류 및 회전 속도를 감지하고 그에 따른 전압 및 주파수 명령을 생성하여 제1 PWM 제어부(123) 또는 제2 PWM 제어부(153)에 출력한다.

제1 PWM 제어부(123) 또는 제2 PWM 제어부(153)는 제어부(130)로부터 전압 및 주파수 명령을 받아 그에 따른 PWM 파형을 생성하여 제1 인버터부(122) 또는 제2 인버터부(152)로 출력한다.

제1 인버터부(122) 또는 제2 인버터부(152)는 PWM 제어 신호에 따라 입력되는 직류 전원을 3상 교류로 변환하여 출력한다.

여기서, 만약 동작 중인 제1 구동부(120)가 고장이 발생하면, 제어부(130)는 제어 명령을 이용하여 고장 난 제1 구동부(120)를 동작 정지시키고, 대기하고 있는 양품(정상)인 제2 구동부(150)를 동작시켜 모터(140)의 회전 중단 없이 회전시켜 시스템의 연속 운전으로 신뢰성을 향상 시킨다.

반대로, 만약 동작 중인 제2 구동부(150)가 고장이 발생하면, 제어부(130)는 제어 명령을 이용하여 고장 난 제2 구동부(150)를 동작 정지시키고, 대기하고 있는 양품(정상)인 제1 구동부(120)를 동작시킨다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 제1 컨버터부(121) 및 제1 인버터부(122)의 내부회로도를 설명한다.

제1 컨버터부(121)는 제2 컨버터부(151), 제1 인버터부(122)는 제2 인버터부(152), 제1 PWM 제어부(123)는 제2 PWM 제어부(153)의 회로와 동일하다.

따라서 제1 컨버터부(121) 및 제1 인버터부(122)에 대해서 설명한다.

제1 컨버터부(121)는 다이오드(D1~D6) 및 커패시터(C)로 구성된다.

다이오드(D1~D6)는 교류의 입력 전원(110)을 3상 전파 정류하여 맥류 전압으로 만들고 상기 맥류 전압은 상기 커패시터(C)를 통하여 평활화된 직류 전압이 된다.

상기 직류 전압은 MOSFET, IGBT, GTO와 같은 전자 소자로 구성된 제1 인버터부(122)의 전원으로 입력된다.

여기서 Q1,Q2,Q3,Q4는 전자 소자로 스위치와 같은 역할을 하여 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력한다.

또한, 다이오드(D7~D10)는 모터(140)의 역방향 서지 전압에 의한 전자 소자(Q1,Q2,Q3,Q4)의 파손을 방지하는 역할을 한다.

이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

120 : 제1 구동부
130 : 제어부
150 : 제2 구동부

Claims (3)

1. 센서를 이용하여 모터의 전류 및 회전 속도를 감지하고 그에 따른 전압 및 주파수 명령을 생성하는 제어부;
   입력 교류 전원을 직류로 변환하고 변환된 직류 전원을 평활 시키는 제1 컨버터부와
   상기 평활된 직류 전원을 PWM 제어 신호에 따라 3상 전류로 변환하여 출력하는 제1 인버터부와
   상기 제어부로부터 출력되는 전압 및 주파수 명령에 따라서 PWM 제어 신호를 발생하여 제1 인버터부에 출력하는 제1 PWM 제어부를 구비하는 제1 구동부; 및
   입력 교류 전원을 직류로 변환하고 변환된 직류 전원을 평활 시키는 제2 컨버터부와
   상기 평활된 직류 전원을 PWM 제어 신호에 따라 3상 전류로 변환하여 출력하는 제2 인버터부와
   상기 제어부로부터 출력되는 전압 및 주파수 명령에 따라서 PWM 제어 신호를 발생하여 제2 인버터부에 출력하는 제2 PWM 제어부를 구비하는 제2 구동부를 포함하고,
   상기 제어부, 상기 제1 PWM 제어부 및 제2 PWM 제어부는 CAN 드라이버를 구비하여 통신 프로토콜로 사용하고, 통신 매개체로서 광 파이버 네트워크인 WDM을 사용하고,
   상기 제어부는, 상기 CAN 드라이버를 이용하여 상기 제1 구동부 및 제2 구동부의 고장 진단을 하고, 상기 제1 구동부 또는 제2 구동부 중 하나가 고장 나면 고장난 구동부를 동작 중지하고, 양품인 다른 하나의 구동부를 동작시키며,
   상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부는 상기 입력 교류 전원과 상기 모터와 서로 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제어부는 상기 제1 구동부 또는 상기 제2 구동부를 선택적으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 이중화된 구동부를 가진 멀티 레벨 인버터.
   
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