KR100221936B1 - 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법 및 그 장치 - Google Patents

3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 발명은 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 벡터드라이버의 직류단에 연결된 콘덴서의 충전상태에 따라 운전마그네틱컨택터의 개폐시점을 인식하고, 벡터드라이버를 초기운전하는 도중에 운전마그네틱컨택터의 접속상태를 점검하므로 유도전동기에 3상교류전원을 공급하는 벡터드라이버를 고정도로 제어할 수 있으며, 직류단의 콘덴서에 유입되는 돌입전류를 방지하므로써 벡터드라이버를 안정적이고 고정도로 구동제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법 및 그 장치
본 발명은 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 컨버터의 출력측에 접속된 콘덴서의 충전상태에 따라 운전마그네틱컨택터의 절환시기를 결정하므로써 벡터드라이버의 초기운전을 안정화할 수 있도록 한 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3상유도전동기는 벡터드라이버를 통해 3상교류전원을 인가받아 구동하게 된다. 벡터드라이버는 3상교류전원의 동작주파수를 변환하여 유도전동기에 공급하기 위해 컨버터를 이용하여 60Hz의 3상교류전원을 직류전원으로 변환한 다음 인버터를 이용하여 전압과 동작주파수를 변환하여 유도전동기에 공급하게 된다. 따라서, 벡터드라이버를 초기운전시에는 전단에 연결되는 구동마그네틱컨택터와 내부의 운전마그네컨택터를 적정 시점에서 절환하여 초기입력전류를 제어하여 3상교류전원을 유도전동기에 인가하여할 필요가 있다. 즉, 컨버터에 연결된 콘덴서가 설정된 충전전압에 도달시 3상교류전원의 공급동작을 개시하여야 유도전동기를 안정적으로 구동시킬 수 있게 된다.
종래기술에 따르면 벡터드라이버에 인가되는 3상교류전원를 정류한 직류의 전압레벨을 검출하는 전압레벨검출기를 구비하고, 이 전압레벨검출기가 일정레벨 이상의 전압을 검출함에 따라 발생된 검출신호를 인식하고 운전마그네틱컨택터를 개폐시키기 위한 시퀀스회로를 이용하였는데, 운전마그네틱컨택터를 개폐하기 위해 드라이버제어부를 사용하지 않고 독립적인 시퀀스회로를 사용하므로 추가적인 전기회로를 필요로 할뿐만 아니라 제어과정의 복잡도를 가중시키는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 벡터드라이버의 직류단에 연결된 콘덴서의 충전상태에 따라 운전마그네틱컨택터의 개폐시기를 결정하므로써 유도전동기에 3상교류전원을 안정적으로 공급하고, 벡터드라이버의 초기운전동작을 고정도로 제어할 수 있는 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 벡터드라이버에 대한 초기운전동작과 벡터드라이버의 운전마그네틱컨택터의 개폐동작을 드라이버제어부가 제어하므로써 벡터드라이버의 초기운전을 안정적으로 제어할 수 있도록 한 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법을 설명하기 위한 동작흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 3상교류전원단 11,12,13 : 구동마그네틱컨택터
20 : 벡터드라이버 21,22,23 : 운전마그네틱컨택터
24 : 컨버터 25 : 인버터
30 : 유도전동기 40 : 드라이버제어부
R1,R2,R3 : 초기충전용 저항
S11,S12,S13,S21,S22,S23 : 전류감지센서
상기와 같은 본 발명의 목적은 3상교류전원을 유도전동기에 공급하기 위한 벡터드라이버를 제어하는 방법에 있어서, 상기 벡터드라이버를 초기운전하는 도중에 콘덴서의 충전상태를 점검하는 단계; 상기 콘덴서가 초기운전조건을 만족하면 벡터드라이버의 운전마그네틱컨택터를 접속하는 단계; 상기 콘덴서의 충전전압을 감지하는 전압센서와 직류단의 공급전류를 감지하는 전류센서에 대하여 오프셋보정을 수행하는 단계; 및 상기 오프셋보정이 완료후 상위제어부의 구동제어신호에 따라 사전 설정된 벡터알고리즘에 따라 상기 유도전동기의 구동속도를 제어하는 단계에 의하여 달성된다.
상기와 같은 본 발명의 다른 목적은 3상교류전원을 유도전동기에 공급하기 위한 벡터드라이버를 제어하는 장치에 있어서, 상기 벡터드라이버에 3상교류전원을 인가하기 위한 제 1절환신호와 상기 유도전동기를 구동속을 제어하기 위한 구동제어신호를 발생하는 상위제어부; 및 상기 벡터드라이버를 운전하기 위한 제어변수를 초기화하고, 벡터드라이버의 콘덴서의 충전상태를 점검하여 운전마그네틱컨택터의 개폐동작을 제어하는 드라이버제어부에 의하여 달성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어장치의 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명은 3상교류전원단(10)에 연결되여 벡터드라이버(20)로 3상교류전원을 인가하는 제 1 내지 제 3구동마그네틱컨택터(11,12,13)와, 상기 제 1 내지 제 3구동마그네틱컨택터(11,12,13)를 통해 인가되는 3상교류전원의 동작주파수를 변환한후 유도전동기(30)에 공급하는 벡터드라이버(20)와, 상기 벡터드라이버(20)의 제 1 내지 제 3운전마그네틱컨택터(21,22,23)를 일시에 접속하기 위한 제 2절환신호를 발생하고, 벡터드라이버(20)에 대한 초기운전동작을 제어하는 드라이버제어부(40) 및 사용자의 입력명령에 응답하여 유도전동기(30)를 구동제어하며, 벡터드라이버(20)에 3상교류전원을 인가하기 위한 제 1절환신호를 발생하는 상위제어부(50)를 구비한다.
상기 벡터드라이버(20)는 제 1 내지 제 3운전마그네틱컨택터(21,22,23)와 제 1 내지 제 3운전마그네틱컨택터(21,22,23)에 각각 병렬연결된 초기충전용 저항(R1, R2,R3)과 컨버터(24)의 입력전류를 감지하는 전류감지센서(S11,S12,S13)와 60Hz의 3상교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터(24)와 직류전원을 약 20Hz의 교류전원으로 변환하는 인버터(25) 및 인버터(25)의 출력전류를 감지하는 전류감지센서(S21,S22,S23)를 구비하고 있다. 또한, 벡터드라이버(20)는 컨버터(24)의 출력단에 연결된 콘덴서(Cdc)와 상기 콘덴서(Cdc)의 충전전압을 감지하는 전압센서(VS)를 구비한다.
상기와 같은 구성을 갖는 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어장치에 대한 동작을 구체적으로 설명한다.
드라이버제어부(40)는 컨버터(24)의 출력단에 연결된 콘덴서(Cdc)가 파손되지 않고 충전동작을 개시하기 위해 초기운전모드에서는 초기충전용 저항(R1, R2,R3)을 통해 3상교류전원을 공급하고, 상기 콘덴서(Cdc)가 설정된 충전전압을 만족하게 되면 제 1 내지 제 3운전마그네틱컨택터(21,22,23)를 일시에 접속상태로 절환하여 보다 큰 전력의 3상교류전원을 공급하여 콘덴서(Cdc)의 충전전압을 상승시키고, 인버터(25)가 상승된 충전전압을 적정한 동작주파수를 갖는 교류전원으로 변환하여 인가하여 유도전동기(30)를 정상운전하게 된다. 드라이버제어부(40)는 정상운전할 경우 사전 설정된 유도전동기용 벡터알고리즘에 따라 처리루틴을 수행하는데, 전류감지센서(S11,S12,S13,S21,S22,S23)로부터의 감지신호에 따라 콘덴서(Cdc)의 충전전압을 조절하여 유도전동기(30)의 구동속을 제어하게 된다.
먼저, 상위제어부(50)는 벡터드라이버(20)를 초기운전하기 위한 사용자의 입력명령에 응답하여 제 1절환신호를 발생한다. 구동마그네틱컨택터들(11,12,13)은 제 1절환신호에 의해 접속상태로 절환된다. 이에 따라 3상교류전원은 벡터드라이버(20)에 인가되고, 초기충전용 저항(R1,R2,R3)을 통해 컨버터(24)에 인가되고, 컨버터(24)의 출력단에 연결된 콘덴서(Cdc)가 충전동작을 개시한다.
상기 드라이버제어부(40)는 콘덴서(Cdc)의 충전상태를 감시하기 위해 콘덴서(Cdc)의 충전시간(T_mc)과 충전전압(Vdc)을 사전의 설정값과 비교하여 콘덴서(Cdc)의 충전동작을 점검한다. 드라이버제어부(40)는 콘덴서(Cdc)가 충전동작을 개시하여 적정상태가 되면 운전마그네틱컨택터들(21,22,23)를 접속시키기 위한 제 2절환신호를 출력한다. 이후, 드라이버제어부(40)는 벡터드라이버(20)를 정상운전하면서 컨버터(24)의 출력단에 연결된 전압센서(VS)와 전류센서들(S11,S12,S13, S21,S22,S23)에 대한 오프셋보정을 수행한다.
드라이버제어부(40)는 전압센서(VS)와 전류센서들(S11,S12,S13,S21, S22,S23)에 잔류하는 전류에 따라 실제값과 다른 값이 검출되는 것을 방지하기 오프셋보정한다. 상기 드라이버제어부(40)는 운전마그네틱컨택터들(21,22,23)이 동작중에 센서들의 오프셋보정을 행하므로 벡터드라이버(20)이 동작특성을 고정도로 제어할 수 있는데, 오프셋보정은 초기치로 설정된 센서들에 대해 0입력에 대한 0출력을 얻어질때 까지 수백회 동안 반복적으로 실시하게 되며, 소요시간은 약 1초이내로 오프셋보정이 이루어 진다.
상기 드라이버제어부(40)는 사용자의 입력명령에 따라 유도전동기(30)를 소망하는 속도로 구동시키면서 운전마그네틱컨택터들(21,22,23)의 온/오프 상태를 항상 감시하는데, 마그네틱컨택터의 접점이 운전중에 오프되면 에러로 인식하여 경보를 발생시켜 사용자가 확인하도록 한다.
상술한 바와 같이, 드라이버제어부(40)가 벡터드라이버(20)에 대한 초기운전동작과 마그네텍컨택터의 온/오프상태를 점검하는 동작에 대해 도 2에 따라 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법을 설명하기 위한 동작흐름도이다. 먼저, 유도전동기(30)를 기동하기 위한 사용자의 입력명령에 응답하여 상위제어부(50)는 제 1절환신호를 발생하여 구동마그네틱컨택터들(11,12,13)을 모두 일시에 '온'상태로 접속시킨다(제 101단계). 이어, 드라이버제어부(40)는 벡터드라이버(20)를 초기운전하기 위해 제어동작에 대한 변수인 센서들의 초기치와 유도전동기(30)의 속도를 검출하는 엔코더(encoder) 등의 기기들에 대한 변수들을 초기치로 설정한다(제 102단계). 이어, 드라이버제어부(40)는 컨버터(24)를 제어하여 교류전원을 직류전원으로 변환함에 따라 콘덴서(Cdc)는 충전동작을 개시한다(제 103단계). 이어, 드라이버제어부(40)는 구동마그네틱컨택터들(11,12,13)이 접속된 상태에서 콘덴서(Cdc)의 충전시간(T_mc)과 기설정된 설정시간(T_set)을 비교한다(제 104단계). 제 104단계의 비교결과 충전시간(T_mc)이 설정시간(T_set) 보다 작으면 제 105단계로 진행하고, 제 104단계의 비교결과 충전시간(T_mc)이 설정시간(T_set) 보다 크면 에러로 인식하여 제 112단계로 진행한다.
제 105단계의 비교결과 콘덴서(Cdc)의 충전전압(Vdc)이 설정전압(V_set) 보다 작으면 제 102단계로 진행하며, 제 105단계의 비교결과 콘덴서(Cdc)의 충전전압(Vdc)이 설정전압(V_set) 보다 크면 제 2절환신호를 출력하여 벡터드라이버(20)의 운전마그네틱컨택터들(21,22,23)을 일시에 '온'상태로 접속시킨다(제 106단계). 이어, 드라이버제어부(40)는 전압센서(VS)와 전류센서(S11,S12,S13,S21,S22,S23)에 대해 0입력에 대한 0출력이 되도록 오프셋보정을 실시한다(제 107단계). 이어, 드라이버제어부(40)는 직류링크단의 출력전압을 제어치에 도달시 까지 조정한다(제 108단계). 이어, 드라이버제어부(40)는 사용자의 입력명령에 따라 유도전동기(30)에 대한 구동제어신호를 입력여부를 확인하여 인식한다(제 109단계). 이어, 드라이버제어부(40)는 인식된 구동명령에 따라 유동전동기(30)를 구동시키기 위해 사전 설정된 벡터알고리즘에 따라 벡터드라이버(30)를 정상운전한다(제 110단계). 드라이버제어부(40)는 벡터알고리즘에 따라 벡터드라이버(20)를 제어하는 도중에 운전마그네틱컨택터들(21,22,23)의 접속상태를 점검하여 에러발생여부를 판단한다(제 111단계). 제 111단계의 판단결과 에러가 발생하지 않은 경우에는 계속하여 벡터알고리즘을 수행하고, 제 111단계의 판단결과 에러가 발생한 경우에는 에러발생을 알리기 위해 경보한다(제 112단계).
이와 같이, 드라이버제어부(40)는 콘덴서(Cdc)의 충전상태를 점검하는 과정을 통해 운전마그네티컨택터들(21,22,23)의 절환동작을 수행하므로 초기충전회로가 필요없이 콘덴서(Cdc)에 돌입전류가 발생되는 현상을 막을 수 있을 뿐만아니라 제어과정의 복잡도를 간소화하여 벡터드라이버(20)의 동작특성을 개선하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 3상교류전원을 유도전동기에 공급하기 위한 벡터드라이버를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 벡터드라이버를 초기운전하는 도중에 콘덴서의 충전상태를 점검하는 단계;
    상기 콘덴서가 초기운전조건을 만족하면 벡터드라이버의 운전마그네틱컨택터를 접속하는 단계;
    상기 콘덴서의 충전전압을 감지하는 전압센서와 직류단의 공급전류를 감지하는 전류센서에 대하여 오프셋보정을 수행하는 단계; 및
    상기 오프셋보정이 완료후 상위제어부의 구동제어신호에 따라 사전 설정된 벡터알고리즘에 따라 상기 유도전동기의 구동속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 콘덴서의 충전상태를 점검하는 단계는 사전 설정된 충전시간과 충전전압을 각각 비교하는 단계를 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 오프셋보정을 수행하는 단계는 상기 운전마그네틱컨택터가 접속상태일때 오프셋보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 3상유도전동기의 벡터드라이버 제어방법.
  4. 3상교류전원을 유도전동기에 공급하기 위한 벡터드라이버를 제어하는 장치에 있어서,
    상기 벡터드라이버에 3상교류전원을 인가하기 위한 제 1절환신호와 상기 유도전동기를 구동속을 제어하기 위한 구동제어신호를 발생하는 상위제어부; 및
    상기 벡터드라이버를 운전하기 위한 제어변수를 초기화하고, 벡터드라이버의 콘덴서의 충전상태를 점검하여 운전마그네틱컨택터의 개폐동작을 제어하는 드라이버제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상교류전원의 벡터드라이버 제어장치.
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