KR0182195B1

KR0182195B1 - 인버터출력 전압측정방법

Info

Publication number: KR0182195B1
Application number: KR1019960053048A
Authority: KR
Inventors: 조상호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-11-09
Filing date: 1996-11-09
Publication date: 1999-04-15
Also published as: KR19980034852A

Abstract

본 발명은 인버터의 출력전압을 측정하는 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 유도전동기의 속도제어를 위한 인버터설계시 그 출력전압을 측정하기 위한 인버터출력 전압측정방법에 관한 것이다.

종래의 직·간접 검출방식은 측정전압의 안정적인 검출을 위해 외부회로에 고가의 PGA 부품을 설치해서 출력전압을 측정하는 방식이기 때문에 2개의 전압파형을 검출해야 하는 번거로움과 가격 경쟁력에 있어서 문제가 있었다.

따라서, 본 발명에서는 가격이 고가인 PGA 부품을 사용하지 않고 A/D 컨버터(AD₁)(AD₂)를 이용하여 신호크기가 작은 영역에서도 정확한 전압검출이 이루어지도록 하여 토크제어의 정밀도를 크게 높이고, 아울러 하드웨어(H/W) 구성 가격을 저렴하게 하여 제품경쟁력을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

인버터출력 전압측정방법

본 발명은 인버터의 출력전압을 측정하는 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 유도전동기의 속도제어를 위한 인버터의 설계시 그 출력전압을 측정하기 위한 인버터출력 전압측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 인버터는 전동기를 구동하기 위한 스위칭소자로써 스위칭신호를 발생시켜 전력(Power)소자를 제어하게 된다.

스위칭신호를 발생시키는 방법은 보통 PWM(Pulse Width Modulation)과 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 변조방법이 있으며, 출력전압이 불연속 파형이므로 측정시 필터를 사용하여 불연속 구형파를 제어기 입력으로 사용할 수 있도록 변환시켜 주어야 한다. 또한, 출력파형에서 발생되는 고조파성분과 노이즈(Noise)성분을 제어기와 분리시켜야 하므로 대부분의 인버터제어방식(V/f : Variable Voltage Variable frequency 제어)에서는 출력전압을 제어하지 않고,

첫째 ; 펄스를 발생시킬 때의 듀티비(Duty Ratio)와 직류링크(DC Link)전압 을 이용하여 간접 계산한다.

Duty Ratio=

둘째 ; 출력전압을 직접 검출하기 위하여 필터를 사용하고, A/D컨버터를 이 용하여 디지털데이터로 변환하고 DSP(Digital Signal Processor)에서 이용한다.

그런데, 첫째 방법의 경우는 도 2 예시의 고정자저항(R_S)에 영향을 받게 된다. 즉, 고속에서는 고정자저항(R_S)의 전압강하보다 역기전력(E)의 크기가 상당히 크므로 무시할 수 있으나, 저속일 경우에는 고정자저항(R_S)의 전압강하 크기가 역기전력(E)에 비하여 크게 작지 않으므로 이를 보상해 주어야 한다. 그러나, 보상방법이 어렵고 정확한 보상을 할 수 없으므로 30% 정도의 오차를 잡게 된다.

또한, 둘째 방법을 이용하여 직접 검출을 할 경우, 필터를 통과한 파형이 고속일 경우에는 출력전압의 크기가 220V 정도로 큰 반면에, 저속일 경우에는 22V 정도의 작은 전압을 사용하기도 하므로(V/f비를 일정하게 할 경우) 이 경우 고속시 검출데이터는 정확하나 저속시 검출데이터는 노이즈 등의 영향으로 신호파형의 정확한 검출이 어렵다. 그래서, 저속시에는 증폭회로를 구성하고 증폭이득을 크게 하여 A/D 컨버터를 통해 데이터를 읽고 이 값에 증폭한 크기만큼 나누어 계산하는 방법을 쓰며, 고속시에는 이득을 1 : 1 로 하여 전압신호를 검출한다.

그러나, 펄스를 발생시킬 때의 듀티비와 직류링크전압을 이용한 간접검출방식은 정확한 전동기 상수를 모르면 오차를 보정할 수 없으며, 직접검출방식은 측정시 필터를 두껍게 사용하면 데이터의 지연(Delay)이 발생하여 제어가 어려우며, 얇게 사용하면 신호전압파형의 불연속성이 나타나는 문제가 발생하게 된다. 또한, 증폭이득을 조정하기 위해서는 소프트웨어(S/W)만으로는 부족하고 따라서 외부 회로에 프로그래머블 게인 앰프리파이어(PGA : Programmable Gain Amplifier)를 설치해야 하는데, 그러나 전압파형 2개를 검출해야 하는 번거로움과 PGA의 가격이 고가이어서 가격 경쟁력 저하를 가져 오게 된다.

이에, 본 발명에서는 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 가격이 고가인 PGA 부품을 사용하지 않고 A/D 컨버터를 이용하여 신호크기가 작은 영역에서도 정확한 전압검출이 이루어지도록 하여 전동기의 토크제어 정밀도를 크게 높일 수 있는 인버터출력 전압측정방법을 제공하는데 있다.

도1은 전동기 구동용 인버터 회로구성도.

도2는 유도전동기의 등가회로도.

도3은 본 발명에 의한 인버터출력 전압검출장치 구성도.

도4는 동 출력전압에 대한 마이크로프로세서 제어흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

S : 센서 F : 필터

OP₁: 제1증폭회로

OP₂: 제2증폭회로

AD₁,AD₂: A/D컨버터

CPU : 마이크로프로세서

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인버터출력 전압측정방법은 다음과 같은 특징을 제공한다.

출력되는 전압파형의 크기를 센서(S)를 통하여 검출하는 단계 ;

센서(S)를 통해 검출된 구형과 신호를 필터(F)를 통과시켜 정현파 형태의 신호파형을 출력하는 단계 ;

이득 10 : 1의 제1증폭회로(OP₁)와 이득 1 : 1의 제2증폭회로(OP₂)에 필터링 된 정현파신호를 통과시켜 일정크기로 증폭된 신호를 얻는 단계 ;

A/D 컨버터(AD₁)(AD₂)를 통해서 마이크로프로세서(CPU)로 전송된 신호를 비교하여 제1증폭회로(OP₁)의 검출전압(AV₁)이 설정전압(Q : 4V)보다 크면 제2증폭회로(OP₂)의 검출전압(AV₂)을 출력전압으로 인식하고, 제1증폭회로(OP₁)의 검출전압(AV₁)이 설정전압(Q : 4V)보다 작으면 이를 출력전압으로 인식하는 단계 ;

를 포함하는 전압측정방법을 통해 정확한 토크제어가 실시될 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면 신호크기가 작은영역에서의 전압을 정확히 검출할 수 있어 보다 정확한 토크제어가 가능해지는 것이다.

실시예

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 통해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 전동기를 구동하는 인버터 회로구성도를 나타낸 것이며, 도 2는 유도전동기의 등가회로를 간략 도시한 것으로, 도면에 도시된 부호중 1 은 3상 전원, 2 는 3상 정류회로, 3 은 돌입전류방지저항, 4 는 릴레이, 5 는 콘덴서, 6 은 스위칭소자, 7 은 전류·전압검출회로, V₁은 유도전동기 1차측 공급전압, I₁은 유도전동기 1차측 공급전류, I_m은 여자전류, I₂는 2차측 전류, R_S는 고정자전항, R_r은 회전자저항, L_sl은 고정자, L_rl은 회전자누설인덕턴스, L_m은 상호인덕턴스이다.

도 4는 본 발명의 인버터출력 전압검출장치의 구성을 흐름도 방식으로 표시한 것으로, S 는 출력전압을 검출하는 센서이고, F 는 정현파를 만들기 위한 필터이며, OP₁은 이득이 10 : 1인 증폭회로이고, OP₂는 이득이 1 : 1인 증폭회로이다.

AD₁, AD₂는 아날로그신호를 디지털신호로 변환시켜 주는 A/D 컨버터이고, CPU 는 마이크로프로세서를 표시한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에서는 가격이 비싼 부품인 PGA 를 사용하지 않고, 일반 마이크로프로세서가 많이 구비하고 있는 A/D 컨버터(A/D 채널)를 이용하여 인버터출력전압의 검출정확도를 높일 수 있도록 한 것이다.

즉, 인버터에서 출력되는 전압파형의 크기를 센서(S)를 통하여 검출하고, 이를 필터(F)를 통과시켜서 정현파 형태의 신호파형을 발생시킨다.

그러면, 마이크로프로세서(CPU)에서 A/D 컨버터(AD₁)(AD₂)를 통해 각 증폭회로의 출력전압을 읽어 들여 신호크기가 작은 영역에서의 전압검출이 정확히 실시되도록 함으로써 보다 정확한 전동기의 토오크제어가 가능해지도록 한 것이다.

본 발명에 적용되는 전압측정장치는 도 3의 예시와 같이,

출력전압을 검출하는 센서(S)와, 상기 센서(S)를 통해 검출한 구형파신호를 정현파신호로 변환시켜 주는 필터(F)와, 상기 필터(F)의 출력에 연결되며 10 : 1의 이득을 갖는 제1증폭회로(OP₁)와, 상기 제1증폭회로(OP₁)와 병렬 연결되며 1 : 1의 이득을 갖는 제2증폭회로(OP₂)와, 상기 제1, 제2증폭회로(OP₁)(OP₂)의 출력에 연결되어 출력전압파형의 일부위를 일정한 레벨로 고정시켜 주는 클램프회로(CC₁)(CC₂)와, A/D 컨버터(AD1)(AD₂) 및 마이크로프로세서(CPU)로 구성된다.

본 장치를 사용하여 출력전압을 측정하는 과정을 도 3과 도 4의 마이크로프로세서 제어흐름도를 참조로 설명하면,

먼저, 출력전압을 검출하기 위해 센서(S)를 인버터의 출력에 접지시키면 각 상의 구형파신호가 검출되는데, 이 구형파신호를 필터(F)에 통과시켜서 정현파 형태의 신호파형을 얻는다.

그 다음, 이득 10 : 1의 제1증폭회로(OP₁)와 이득 1 : 1의 제2증폭회로(OP₂)에 필터링 된 정현파신호를 각각 통과시켜 일정크기로 증폭된 신호를 얻는다.

그러면, 마이크로프로세서(CPU)에서는 클램프회로(CC₁)를 통해 상기 제1증폭회로(OP₁)에 연결된 A/D 컨버터(AD₁) 및 또 다른 클램프회로(CC₂)를 통해 상기 제2증폭회로(OP₂)에 연결된 A/D 컨버터(AD₂)를 통해서 1상당 2개의 출력전압을 읽어 들여 제1, 제2증폭회로(OP₁)(OP₂)의 검출전압을 비교하게 된다(여기서, 출력전압의 크기가 문제되는 영역이 10㎐ 이하이므로, 상기 AD₁은 10㎐ 이상에서 사용할 수 있는 A/D 컨버터로 구성되었고, AD₂은 10㎐ 이상에서 사용할 수 있는 A/D 컨버터로 구성하였다).

즉, 제1증폭회로(OP₁)의 검출전압(AV₁)이 비교기준치인 설정전압(Q : 4V)보다 크면 제2증폭회로(OP₂)의 검출전압(AV₂)을 출력전압으로 인식하고, 제1증폭회로(OP₁)의 검출전압(AV₁)이 설정전압(Q : 4V)보다 작으면, 이 제1증폭회로(OP₁)의 검출전압(AV₁)을 출력전압으로 인식하게 된다.

그래서, 이 인식된 출력전압을 토크계산식『T ; 토크, f ; 주파수, V ; 전압 』에 적용시키게 되면 전동기의 정확한 토크제어를 실시할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 V/f 제어의 범용 인버터 설계시에 사용함으로써 보다 정확한 토크제어를 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 센서리스 벡터제어의 경우에도 출력전압과 전류파형으로부터 자속과 속도를 추정할 수 있으므로, 도 4에서 토크제어블럭 대신에 자속·속도추정식으로 대치하면 쉽게 출력전압을 측정할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, A/D 컨버터(AD₁)(AD₂)를 이용하여 검출된 전압데이터를 마이크로프로세서(CPU)에서 비교 판단하여 정확한 전압검출이 이루어지도록 함으로서, 하드웨어(H/W) 구성의 가격을 저렴하게 구성할 수 있어 제품경쟁력을 높이고, 나아가 보다 정확한 출력전압의 검출에 의해 토크제어시 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 효과를 거둘 수 있는 것이다.

Claims

출력되는 전압파형의 크기를 센서(S)를 통하여 검출하는 단계 ;

센서(S)를 통해 검출된 구형파신호를 필터(F)를 통과시켜 정현파형태의 신호파형을 출력하는 단계 ;

이득 10 : 1의 제1증폭회로(OP₁)와 이득 1 : 1의 제2증폭회로(OP₂)에 필터링 된 정현파신호를 통과시켜 일정크기로 증폭된 신호를 얻는 단계 ;

A/D 컨버터(AD₁)(AD₂)를 통해서 마이크로프로세서(CPU)로 전송된 신호를 비교하여 제1증폭회로(OP₁)의 검출전압(AV₁)이 설정전압(Q)보다 크면 제2증폭회로(OP₂)의 검출전압(AV₂)을 출력전압으로 인식하고, 제1증폭회로(OP₁)의 검출전압(AV₁)이 설정전압(Q)보다 작으면 이를 출력전압으로 인식하는 단계 ;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터출력 전압측정방법.
제1항에 있어서, 제1증폭회로(OP₁)의 출력전압(AV₁)의 비교 기준이 되는 설정전압을 4V 로 함을 특징으로 하는 인버터출력 전압측정방법.