KR100231266B1 - 교류전동기구동시스템의제어방법 - Google Patents

Abstract

교류전동기를 목수대의 인버터로 구동하는 시스템에 있어서, 각 인버터의 출력전류를 검출하고 각 출력전류의 동일 성분마다의 평균치와 불평형치를 연산하고, 인버터바다에 설치한 출력전류제어 회로에 상기 평균치와 불평형치를 게인을 틀리게하여 피드백한다. 이것에 의하여 상기 평균치와 불평형치에 관한 전류제어 응답을 독립적으로 설계할 수 있는것과 아울러, 인버터간의 간섭에 의한 전류맥동 및 순환전류를 방지할 수 있다.

Description

교류 전동기 구동시스템의 제어방법

제1도는 본 발명의 제1실시예.

제2도는 본 발명의 제2실시예.

제3도는 본 발명의 제3실시예.

제4도는 본 발명의 제4실시예.

제5도는 본 발명의 제5실시예.

제6도는 본 발명의 제6실시예.

제7도는 본 발명의 제7실시예.

제8도는 본 발명의 제8실시예.

제9도는 본 발명의 제9실시예.

본 발명은 복수 개의 전력변환기(電力變換機)에 의하여 다상교류 전동기 (多相交流 電動機)를 구동하기 위한 변환기의 제어방법에 관한 것이다.

전력변환기, 예를 들면 인버터에 의한 전동기 구동 시스템의 대용량화에는, 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 직력 접속 혹은 병렬 접속하는 방법이외에 복수개의 인버터 세트를 세트 병렬 운전하는 방법이 있다.

세트 병렬 운전의 한 방식에 교류 전동기에 복수의 3상권선(3相捲線)을 구비하고 각 3상권선을 각 인버터에 의하여 급전(給電)하는 방법이 있으나, 각 3상 권선간의 자기결합(磁氣結合)에 의하여 각 인버터간의 출력전류에 간섭이 생기고, 특히 전류 제어계의 게인(gain)이 높을 경우에는 간섭에 의하여 출력전류에 맥동(脈動)이 발생하기 때문에 고속응답의 제어가 될 수 없다는 문제가 있다.

상기 양 출력전류간의 간섭의 크기는 양권선간의 누설 인덕턴스의 크기에 반비례하기 때문에, 종래에 있어서는 인버터와 전동기 권선간에 리액터를 접속하고 등가적으로 인덕턴스를 크게 하는 방법이 전기학회 논문지 108권 2호 제137면(1988)에 기재되고 있다.

또, 인버터 세트 병렬운전의 별도방식으로서 인버터를 중간 탭부 리액터 (reactor)를 사이에 두고 병렬접속하는 방법이 있으나, 인버터 출력전압의 차에 의하여 출력전류의 불평형이 발생한다고 하는 문제가 있어, 이 출력 전류의 불평형을 없애기 위하여 양 인버터의 출력 전류의 차를 검출하여 그 차가 영으로 되도록 제어하는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 상기 종래기술은 인버터와 전동기 권선간에 외부 리액터를 필요로 하고, 회로가 복잡화하거나, 또 리액터에 있어서 전압강하를 일으키고 전동기에 공급할 수 있는 전압이 저하하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 복수 개의 인버터를 사용하여 교류 전동기를 구동하는 시스템에 있어서 각 인버터의 출력전류를 항상 평형시켜, 또 상기 리액터를 소형화하였을 경우 혹은 비상용일 경우에도 고속응답의 출력 전류 제어를 안정하게 행할 수 있는 제어방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은 복수 개의 인버터의 각각 출력 전류 검출값에 의거하여 그것들의 평균치(가산치)와, 불평형치(차분치)를 연산하고, 각 인버터의 출력전류 제어회로에 상기 평균치와 불평형치를 가중치(加重値)(게인)를 다르게 하여 피드백하는 것에 의하여 달성된다.

각 인버터마다 설치된 전류제어회로에 상기와 같은 각 출력 전류의 평균치와 불평형치를 가중치를 틀리게 하여 피드백하는 것에 의하여 출력전류의 평균치에 관한 전류제어 응답과 불평형치에 관한 전류제어 응답을 독립적으로 임의로 설계할 수 있다.

그러므로, 전동기의 토크 제어의 응답시방(示方)에 따라 전자의 전류제어 응답을 높게 설계하였을 경우에도 후자의 전류제어 응답을 항상 적정치를 유지할 수 있고, 상술한 간섭에 의거한 제어불안정을 방지하고 출력전류에 있어서의 맥동의 발생을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 각 인버터의 각 전류 제어회로에 의하여 각 출력전류가 똑같게 되도록 작용하므로 다상교류 전동기의 각상권선의 전류를 항상 평형시킬 수가 있다.

또, 외부 리액터를 사이에 두고 병렬접속된 인버터에 있어서도 마찬가지로 각 인버터의 출력전류의 간섭에 의하여 생기는 전류 맥동을 방지할 수 있고, 각 출력전류도 평형시킬수가 있다.

그러므로 외부 리액터를 소형화할 수 있다.

[실시예]

아래, 본 발명의 일 실시예를 설명한다.

제1도는 본 발명의 일 실시예이고, 2개의 인버터를 중간탭부 리액터에 의하여 병렬 접속하고, 1개의 교류 전동기를 구동하는 시스템의 전체 구성도를 보여준다.

인버터(1A, 1B)는 스위칭 소자의 동작에 따라 3상의 교류전압을 출력한다.

그것들은 중간탭부 리액터(27)의 양단에 공급된다.

리액터의 중간탭으로부터는 각 인버터의 출력전압의 가산평균치가 출력된고 교류 전동기(2)에 공급된다.

인버터(1A, 1B)의 출력측에는 U상(相)의 전류를 검출하는 전류검출기(3A, 3B), V상(相)이 전류를 검출하는 전류검출기(4A, 4B), W상(相)의 전류를 검출하는 전류검출기(5A, 5B)가 각각 설치되어 있다.

각 검출기의 검출신호(i_UA,i_VA,i_WA및 i_UB,i_VB,i_WB)가 가산기 (6U, 6V, 6W)에서 가산되고, 계수기(7U, 7V, 7W)를 사이에 두고 가산기(8A,9A,10A)에 가하여진다.

한편, 검출신하(i_UB, i_VB, i_WB)가 가산기(8B, 9B, 10B)에 가하여 진다.

가산기(8B, 9B, 10B)에 있어서는 인버터의 출력전류 지령신호(指令信號)(i_U ^*, i_V ^*, i_W ^*) 와 검출신호(i_UB, i_VB, i_WB)가 가산되고, 각 가산기의 출력신호가 각각 전류 조절기(11B, 12B, 13B)에 공급된다.

전류 조절기(11B, 12B, 13B)는 각각 가산기(8B, 9B, 10B)로 부터의 신호에 따라서 교류 전동기(2)의 3상교류 전압지령신호(V_UB ^*, V_{V B} ^*, V_WB ^*)를 생성하고, 인버터(1B)의 각 상출력전압은 그것들에 비례하여 제어된다.

또, 전류조절기(11A, 12A, 13A)는 각각 가산기(8A, 9A, 10A)로 부터의 신호에 따라서 교류 전동기(2)의 3상 교류전압 지령신호(V_UA ^*, V_VA ^*, V_WB ^*)를 생성하고, 인버터(1A)의 각 상출력전압은 그것들에 비례하여 제어된다.

본 실시예에서는 전류조절기(11A, 12A, 13A)에는 인버터(1A, 1B)의 각 출력전류의 평균치가 피드백되고, 전류조절기(11B, 12B, 13B)에는 인버터(1B)의 출력전류만이 피드백된다.

또한 종래방법에서는 인버터(1A, 1B)의 출력전류가 각각 각 전류 조절기에 피드백된다.

다음에 양자의 다른 점에 관하여 설명한다.

각 인버터의 출력전류(i_A, i_B)를 양전류의 평균치와 불평형치를 사용하여 표시하면 다음식으로 된다.

그런데, 각 출력전류의 가산치(평균치의 2배)는 리액터를 사이에 두고 전동기(2)에 공급된다.

한편, 불평형 성분은 인버터(1A, 1B)의 출력전압의 불평형에 의하여 발생하고, 그것은 리액터를 사이에 두고 인버터(1A, 1B)간을 흐른다.

그러므로 각 전류성분에 대한 회로의 임피던스가 틀리게 된다.

전자에 대해서는 주로 전동기의 과도 인덕턴스가 관계되고, 후자는 주로 리액터의 인덕턴스가 관계된다.

그 결과 전압지령(전류조절기의 출력)으로부터 각 전류성분까지의 전달함수(게인)가 다르게 된다.

전자에 대한 전류제어 응답은 목표사양(目標辭讓)에서 정하여지기 때문에 전류 조절기에 게인은 그것에 따라 설계된다.

한편, 후자에 대한 전류제어 응답은 이것에 부수적으로 정하여지지만 리액터의 인덕턴스값에 의하여서는 전자에 대한 응답 보다도 상승하는 일이 있을 수 있다.

응답이 과대한 경우에는 전류제어에 불안정을 일으키고 각 인버터의 출력전류에 맥동이 발생한다.

이 전류맥동은 리액터의 인덕턴스를 크게 선정하면 방지할 수 있으나, 리액터가 대형화 된다.

한편, 본 실시예에 있어서는 상술한 바와 같이 일측의 인버터(1A)에는 평균치(i_A+i_B)/2가, 또 일측의 인버터(1B)에는 출력전류 i_B가 피드백되기 때문에 평균치의 전류제어 응답에 관해서는 상술한 종래의 경우와 변함이 없으나, 불평형성분에 관해서는 전류제어회로(11B, 12B, 13B)에 있어서만 작용하기 때문에 불평형 성분에 대한 전류제어 게인은 종래에 비하여 1/2로 감소한다.

이 결과, 제어루프 게인의 과대가 방지되고, 출력전류의 맥동이 미연에 방지된다.

또한 상술한 바와 같이 하여 평균치 성분(i_A+i_B)/2에 관해서는 인버터(1A,1B)의 양(兩) 전류조절기의 작용에 의하여 전류지령치에 비례하여 제어되고, 또 불평형성분(i_A-i_B)/2에 대해여는 인버터(1B)의 전류 조절기에 의하여 영으로 제어된다.

이와 같이 본 실시예에 있어서는 중간탭부 리액터를 사이에 두고 병렬접속 되는 인버터의 불평형전류를 각 인버터의 전류제어계에 의하여 억제할 수 있기 때문에 중간탭부 리액터의 크기를 작게 할 수가 있다.

제2도에 본 발명을 2조(組)의 3상권선(3相捲線)을 가지는 다상교류(多相交流) 전동기에 적용하였을 때의 실시예를 보여준다.

이 도면에서 제1도와 다른 점은 인버터(1A와 1B)가 외부 리액터에 개의치 않고 직접 전동기(2)의 2조의 3상권선(UA, VA, WA와 UB, VB, WB)에 접속되어 있는 점이다.

이때, 교류 전동기(2)의 2조의 3상 권선(UA, VA, WA와 UB, VB, WB)은 전기적으로 절연되어 있으나, 자기회로를 사이에 두고 서로 결합하고 있다.

그러므로 인버터(1A와 1B)의 사이에는 교류 전동기(2)의 기자력을 사이에 두고 불평형전류성분이 순환한다.

즉, 랩버터(1A)의 출력전류가 어떠한 원인에 의하여 인버터(1B)의 출력전류 보다 증가하면, 상술의 자기결합(磁氣結合)에 의하여 1B의 출력전류는 감소한다.

이때, 각 인버터의 전류조절기의 작용에 의하여 인버터(1B)의 전압지령치는 증대하고 역으로 인버터(1A)의 전압지령치는 감소한다.

이 결과 출력전류(i_A, i_B)는 평형하는 쪽으로 변화하지만, 이 변화는 얼마간의 시간지연을 갖기 때문에 이 변화는 i_A, i_B가 평형점에 도달한 후에도 계속한다.

그러므로 i_A, i_B가 서로 증가, 감소를 반복하게 된다.

이와 같이 하여 제1도의 경우와 마찬가지로 출력전류에 맥동이 발생한다.

이 경우 불평형 전류성분에 대한 회로의 임피던스는 전동기의 2조의 권선간의 누설인덕턴스가 관계되고, 전동기의 과도 인덕턴스보다도 작기 때문에 전류맥동이 생기기 쉽다.

그래서 본 실시예에서는 상기 실시예와 전부 마찬가지의 제어계 구성에 의하여 불평형 전류성분에 대한 제어 게인을 내릴 수가 있고 전류맥동을 미연에 방지할 수가 있다.

다음에 본 발명의 제3실시예를 제3도로 설명한다.

본 실시예는 교류출력전류의 순시치를 피드백 제어하는 출력전류를 회전자계 좌표계로 변환하고, 그것을 사용하여 피드백 제어하도록 하였다.

교류 전동기(2)의 회전속도는 속도 검출기(14)에 의하여 검출되고 속도신호(ωr)가 가산기(220에 공급되고 있다.

토크전류 지령신호(I_q ^*)는 가산기(20A, 20B) 및 슬립(Slip) 각주파수 연산기(角周波數 演算器)(21)에 공급된다.

슬립 각주파수 연산기(21)는 토크전류 지령 신호(I_q ^*)에 따라서 슬립 각주파수 지령신호(ωs^*)를 생성하고, 생성한 신호를 가산기(22)에 출력한다.

가산기(220는 속도신호(ωr)와 슬립 각주파수 지령신호(ωs^*)를 가산하여 1차 각 주파수 지령신호(ω₁ ^*)를 생성한다.

1차 각주파수 지령번호(ω₁ ^*)는 좌표변환기(15A, 16A, 15B, 16B)에 공급되고 있다.

좌표변환기(16A,)는 계수기(7U, 7V, 7W)로 부터의 신호를 회전자계 좌표계에 있어서의 여자전류신호(勵磁 電流信號)(I_dA)와 토크전류신호(I_qA)로 변환하고, 변환한 여자전류신호(I_dA)를 가산기(19A)에 토크전류신호(I_qA)를 가산기(20A)에 공급한다.

좌표변환기(16B)는 전류검출기(3B, 4B, 5B)로 부터의 검출신호(i_UB, i_VB, i_WB)를 회전자계 좌표계에 있어서의 여자전류신호(IdB)과 토크전류신호(IqB)로 변환하고, 변환한 여자전류신호(i_dB)를 가산기 (19B)에 공급하고, 토크전류신호(I_qB)를 가산기 (20B)에 공급한다.

가산기(19A)에 있어서는 여자전류 지령신호 (I_d ^*)와 여자전류신호(I_dA)가 가산되고, 가산기(20A)에 있어서는 토크전류 지령신호(I_q ^*) 와 토크전류신호(I_qA)가 가산되어 각 가산기의 출력신호가 각각 전류조절기(17A,18A)에 공급된다.

전류조절기(17A, 18A)는 각각 가산기(19A, 20A)로 부터의 신호에 따라서 회전자계 좌표계에 있어서의 전압지령신호(V_dA ^*, V_qA ^*)를 생성하고, 생성된 신호를 좌표변환기(15A)에 출력하도록 되어 있다.

가산기(19B)에 있어서는 여자전류 지령신호(I_d ^*)와 여자전류신호(I_dB)가 가산되고, 가산기(20B)에 있어서는 토크전류 지령신호(I_q ^*)와 토크전류신호(I_qB)와가 가산되고, 각 가산기의 출력신호가 각각 전류조절기(17B, 18B)에 공급되고 있다.

전류조절기(17B, 18B)는 각각 가산기(19B, 20B)로부터의 신호에 따라서 회전자계 좌표계에 있어서의 전압지령신호(V_dB ^*, V_qB ^*)를 생성하고, 생성한 신호를 좌표변환기(15B)에 출력하도록 되어 있다.

좌표변환기(15A)는 전압지령신호(V_dA ^*,_qA ^*)를 교류 전동기(2)의 고정자좌표계(固定子座標系)에 있어서의 3상교류출력전압 지령신호(V_UA ^*, V_VA ^*, V_WA ^*)로 변환하고, 변환된 3상교류출력전압지령을 인버터(1A)에 출력한다.

좌표변환기(15B)에 전압지령신호(V_dB ^*, V_qB ^*)를 교류 전동기(2)의 고정자 좌표계에 있어서의 3상교류출력전압 지령신호(V_UB ^*, V_VB ^*,_WB ^*)로 변환하고 변환된 3상교류 출력전압지령을 인버터(1B)에 출력한다.

여기서 좌표변환기(16A)의 연산은 다음의 (1)식에 의하여 표시된다.

본 실시예에 있어서는 좌표변환기(16A, 16B)에 있어서, 인버터 출력전류의 기본파 성분(기본(基本波 성분(成分))이 직류신호로 변환되기 때문에 전류 조절기(17A, 17B, 18A, 18B)에 잇어서 오프세트 없이 제어된다.

이 경우, 계수기(7)의 출력으로부터 인버터(1A)까지의 전달함수 및 전류검출기(3B, 4B, 5B)로 부터 인버터(1B)까지의 전달함수는 간섭에 의한 전류 맥동성분에 대해서는 제2도에 있어서의 그것들과 거의 동일하다.

그러므로 본 실시예에 있어서도 제2도의 실시예와 마찬가지로 전류맥동을 미연에 방지할 수가 있다.

다음에 본 발명의 제4의 실시예를 제4도로 설명한다.

본 실시예는 제1도와 마찬가지로 2개의 인버터를 리액터를 사이에 두고 병렬접속하고, 3상교류 전동기를 구동할 경우이다.

인버터의 출력전류의 순시치를 피트백 제어하는 대신에 출력 전류를 회전자계좌표계로 변환하고, 각 전류성분을 피드백제어 하도록 한 경우이다.

교류 전동기(2)의 회전속도는 속도검출기(14)에 의하여 검출되고 속도신호 (ωr)가 가산기(22)에 공급되어 있다.

토크전류 지령신호(I_q ^*)는 가산기(20A, 20B) 및 슬립 각주파수 연산기(21)에 공급된다.

술립 각주파수 연산기(21)는 토크전류 지령신호(I_q ^*)에 따라 슬립 각주파수 지령신호(ωs^*)를 생성하고, 생성된 신호를 가산기(22)에 출력한다.

가산기(22)는 속도신호(ωr)와 슬립 각주파수 지령번호(ωs^*)를 가산하여 1차 각주파수((角周波數) 지령번호(ω₁ ^*)를 생성한다. 1차 각주파수 지령번호(ω₁ ^*)는 좌표변환기(15A, 16A, 15B, 16B)에 공급되고 있다. 좌표변환기(16A, 16B)는 전류검출기(3A, 4A, 5A 및 3B, 4B, 5B)로 부터의 검출신호(i_UA, i_VA, i_WA및 i_UB, i_VB, i_WB)을 회전자계 좌표계에 있어서의 여자전류신호(I_dA, I_dB)와 토크전류신호(I_qA, I_qB)로 변환하고, 변환된 여자전류신호(I_dA, I_dB)를 가산기(24)에, I_dB를 가산기(19B)에 공급하고, 토크전류신호(I_qA, I_qB)를 가산기(23)에, I_qB를 가산기(20B)에 공급한다.

가산기(24)에 있어서는 여자전류신호(I_dA와 I_dB)가 가산기(23)에 있어서 토크전류신호(I_qA와 I_qB)가 가산되어 각 가산기의 출력 신호가 각각 계수기(26,25)에 공급된다.

가산기(19A)에 있어서는 여자전류 지령신호(I_d ^*)와 계수기(26)의 출력 신호와가 가산되어 가산기(20a)에 있어서는 토크전류 지령신호(I_q ^*)와 계수기(25)의 출력신호가 가산되어 각 가산기의 출력신호가 각각 전류조절기(17a, 18a)에 공급되어 있다.

전류조절기(17A, 18A)D는 각각 가산기(19A, 20A)로 부터의 신호에 따라서 회전자계 좌표계에 있어서의 전압지령신호(V_dA ^*, V_qA ^*)를 생성하고 생성된 신호를 좌표변환기(15A)에 출력하도록 되어 있다.

가산기(19B)에 있어서는 여자전류 지령신호(I_d ^*)와 여자전류번호(I_dB)가 가산되고, 가산기(20B)에 있어서는 토크전류 지령번호(I_q ^*)와 토크전류신호(I_qB)와가 가산되고, 각 가산기의 출력 신호가 각각 전류조절기(17B, 18B)에 공급되고 있다.

전류조절기(17B, 18B)는 각각 가산기(19B, 20B)로 부터의 신호에 따라서 회전자계좌표계에 있어서의 전압지령신호(V_dB ^*, V_qB ^*)를 생성하고, 생성된 신호를 좌표변환기(15A)에 출력하도록 되어있다.

좌표변환기(15A, 15B)는 전압지령신호(V_dA ^*, V_qA ^*,과 V_dB ^*, V_qB ^*)를 교류전동기(2)의 고정자좌표계에 있어서의 3상교류출력전압지령 신호(V_UA ^*, V_VA ^*, V_WA ^*와 V_UB ^*, V_VB ^*, V_WB ^*)로 변환하고, 변환된 3상교류 출력전압 지령신호를 인버터(1A와 1B)에 출력한다.

여기서 좌표변환은(16A)의 연산은 다음의 (1)식에 의하여 표시된다.

또한, 좌표변환기(15A)의 연산은 다음의 (2)에 의해 보여진다.

본 실시예에 있어서는 좌표변환기(16A, 16B)에 있어서. 인버터 출력전류의 기본파 성분이 직류신호로 변환되기 때문에 전류 조절기(17A, 17B, 18A, 18B)에 있어서 오프세트 없이 제어된다.

이 경우, 계수기(7)의 출력으로부터 인버터(1A)까지의 전달함수 및 전류검출기(3B, 4B, 5B)로 부터 인버터(1B)까지의 전달함수는 간섭에 의한 전류맥동성분에 대해서는 제2도에 있어서의 그것들과 거의 동일하다.

그러므로 본 실시예에 있어서도 제2도의 실시예와 마찬가지로 전류맥동을 미연에 방지할 수가 있다.

다음에 본 발명의 제4의 실시예를 제4도로 설명한다.

본 실시예는 제1도와 마찬가지로 2개의 인버터를 리액터를 사이에 두고 병렬접속하고, 3상교류 전동기를 구동하는 경우이다.

인버터의 출력전류의 순시치를 피트백 제어하는 대신에 출력 전류를 회전자계좌표계(回傳磁界 座標系)로 변환하고, 각 전류성분을 피드백 제어하도록 한 경우이다.

교류 전동기(2)의 회전속도는 속도검출기(14)에 의하여 검출되고, 속도신호(ωr)가 가산기(22)에 공급된다.

토크전류 지령신호(I_q ^*)는 가산기(20A, 20B) 및 슬립 각주파수((角周波數)) 연산기(21)에 공급된다.

슬립 각주파수 연산기(21)는 토크전류 지령신호(I_q ^*)에 따라 슬립 각주파수 지령신호(ωs^*)를 생성하고, 생성된 신호를 가산기(22)에 출력한다.

가산기(22)는 속도신호(ωr)와 슬립 각주파수 지령신호(ωs^*)를 가산하여 1차 각주파수 지령신호(ω₁ ^*)를 생성한다.

1차 각주파수 지령신호(ω₁ ^*)는 좌표변환기(15A, 16A, 15B, 16B)에 공급되고 있다.

좌표변환기(16A, 16B)는 전류검출기(3A, 4A, 5A 및 3B, 4B, 5B)로부터의 검출신호(i_UA, i_{VA, iWA}및 i_UB, , i_VB, i_WB)을 회전자계 좌표계에 있어서의 여자전류신호(I_dA, I_dB)와 토크전류신호(I_qA, I_qB)로 변환하고 변환된 여자전류신호(I_dA, I_dB,)를 가산기(24)에 I_dB를 가산기(19B)에 공급하고, 토크전류신호(I_qA, I_Qb)를 가산기(23)에 I_qB를 가산기(20B)에 공급한다.

가산기(24)에 있어서는 여자전류신호(I_dA와 I_dB)가 가산기(23)에 있어서 토크전류신호(I_qA와 I_qB)가 가산되어 각 가산기의 출력 신호가 각각 계수기(26,25)에 공급된다.

가산기(19A)에 있어서는 여자전류 지령신호(I_q ^*)와 신호가 가산되고, 가산기(20A)에 있어서는 토크 전류지령신호(I_q ^*)와 계수기(25)의 출력신호가 가산되고, 각 가산기의 출력신호가 각각 전류조절기(17A, 18A)에 공급되고 있다.

전류조절기(17A, 18A)는 각각 가산기(19A, 20A)로 부터의 신호에 따라서 회전자계 좌표계에 있어서의 전압지령신호(V_dA ^*, B_qA ^*)를 생성하고, 생성된 신호를 좌표변환기(15A)에 출력하도록 되어 있다.

가산기(19B)에 있어서는 여자전류 지령신호(I_d ^*)와 여자전류신호(I_dB)가 가산되고, 자산기(20B)에 있어서는 토크전류 지령신호(I_q ^*)와 토크전류신호(I_qB)가 가산되고, 각 가산기의 출력신호가 각각 전류조절기(17B, 18B)에 공급되고 있다.

전류조절기(17B, 18B)는 각각 가산기(19B, 20B)로 부터의 신호에 따라서 회전자계 좌표계에 있어서의 전압지령신호(V_dB ^*, V_qB ^*)를 생성하고, 생성된 신호를 좌표변환기(15A)에 출력하도록 되어 있다.

좌표변환기(15A, 15B)는 전압지령신호(V_dA ^*, V_qA ^*과 V_dB ^*, V_qB ^*)를 교류전동기(2)의 고정자좌표계(固定子 座標系)에 있어서의 3상교류 출력 전압지령 신호(V_UA ^*, V_VA ^*, V_WA ^*와 V_UB ^*, V_VB ^*V_WB ^*)로 변환하고, 변환된 3상 교류 출력 전압지령신호를 인버터(1A와 1B)에 출력한다.

여기서 좌표변환기(16A)의 연산은 다음의 (3)식에 의하여 표시된다.

또 좌표변환기(15A)의 연산은 앞서 표시한 (2)식에 의하여 표시된다.

본 실시예에 있어서는 상기 제3도의 실시예에 있어서의 가산기(6) 및 계수기(7)를 회전자계 좌표계로 옮긴 것이고, 각 전류검출기(3A, 4A, 5A 및 3B, 4B, 5B)로부터의 가산기(19A, 20A 및 19B, 20B)까지의 관계는 동일하다.

따라서 본 실시예에 있어서도 상기 실시예와 마찬가지로 출력전류의 맥동을 미연에 방지할 수가 있다.

제5도는 본 발명의 제5실시예를 표시한다.

제3도와 마찬가지로 2조의 3상권선을 구비한 교류 전동기를 2개의 인버터에 의하여 구동하는 시스템에 적용예이고, 제어회로구성은 제4도와 동일하다.

각부의 동작은 제4도의 실시예와 마찬가지이므로 설명은 생략하지만, 상기 실시예와 마찬가지로 전류맥동을 미연에 방지할 수가 있다.

제6도는 본 발명의 제6실시예를 보여준다.

본 실시예는 인버터(1A, 1B)의 출력전류를 전류검출기(3A, 4A, 5A 및 3B, 4B, 5B)에서 검촐하고, 가산기 (34U, 34V, 34W)에서 전류검출기(3A, 4A, 5A 와 3B, 4B, 5B)의 검출신호를 각각 가산하고, 계수기(7U, 7V, 7W)를 사이에 두고 전류 평균치를 검출한다.

가산기(35U, 35V, 35W)는 전류검출기(3A, 4A, 5A와 3B, 4B, 5B)의 검출신호의 각각의 차를 연산하여 전류 불평형치를 검출한다.

이 전류 불평형치는 계수기(36U, 36V, 36W 및 37U, 37V, 37W)를 사이에 두고 가산기(38U, 38V, 38W 및 39U, 39V, 39W)에 공급된다.

가산기(38U, 38V, 38W)는 계수기(7U, 7V, 7W)의 출력신호와 계수기(36U, 36V, 36W)의 출력신호를 가산하여 전류조절기(11A, 12A, 13A)의 피드백 신호를 생성하고, 이 신호를 가산기(8A, 9A, 10A)에 공급한다.

가산기(39U, 39V, 39W)는 계수기(7U, 7V, 7W)의 출력신호로부터 계수기(37U, 37V, 37W0의 출력신호를 감산하여 전류조절기(11B, 12B, 13B)의 피드백 신호를 생성하고 이 신호를 가산기(8B, 9B, 10B)에 공급한다.

이상의 구성에 있어서 계수기(7U, 7V, 7W)의 출력신호(각 출력전류의 평균치)는 전류조절기(11A, 12A, 13A 및 11B, 12B, 13B)에 균동하게 피드백된다.

이 결과, 각 인버터의 출력전류의 평균치성분은 전류지령치(i^*)에 일치하도록 제어된다.

한편, 가산기(350의 출력신호(각 출력전류의 불평형치)는 계수기(36,37)를 사이에 두고 각 전류조절기에 피드백된다.

여기서 불평형 성분에 대한 피드백 게인을 계수기(36,37)의 정수에 따라서 변경할 수 있고, 평균치 성분에 대한 전류제어 응답과는 독립적으로 불평형 성분에 대한 제어응답을 임의로 설정할 수 있다.

이 결과가, 불평형 성분에 대한 제어응답의 과대를 방지하고, 전류맥동의 발생을 미연에 방지할 수 있다.

제7도는 본 발명의 제7실시예를 표시한다.

제7도는 2조의 3상권선을 구비한 교류 전동기에 제6도의 제어시스템을 적용한 경우이다.

제어동작은 제6도와 마찬가지이고, 상기 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

제8도는 본 발명의 제8실시예를 표시한다.

본 실시예는 인버터(1A와 1B)의 출력전류를 전류검출기(3A, 4A, 5A 및 3B, 4B, 5B)에서 검출하고, 가산기(34U, 34V, 34W)에서 전류검출기 (3A, 4A, 5A와 3B, 4B, 5B)의 검출신호를 각각 가산하여 출력전류 평균치를 검출한다.

이 값은 가산기(8A, 9A, 10A)에 공급된다.

가산기(35U, 35V, 35W)는 전류검출기(3A, 4A, 5A와 3B, 4B, 5B)의 검출신호의 각각의 차를 연산하여 불평형 전류성분을 검출한다.

이 불평형 전류 성분은 가산기(8B, 9B, 10B)에 공급된다.

전류조절기(11A, 12A, 13A)는 전류지령신호(i_U ^*,_V ^*,_W ^*)와 전류검출신호(i_U, i_V, i_W)와의 편차에 의거하여 출력전압지령신호(V_U ^*, V_V ^*, V_W ^*)를 연산하고, 인버터(1A) 및 가산기(40, 41, 42)에 공급한다.

전류조절기(11B, 12B, 13B)는 불평형 전류성분의 검출신호에 의거하여 부가출력 전압지령신호(△V_U ^*, △V_V ^*, △V_W ^*)를 연산하고 가산기 (40, 41, 42)에 공급한다.

가산기(40, 41, 42)는 출력전압 지령신호(V_U ^*, V_V ^*, V_W ^*와 △V_U ^*, △V_V ^*, △V_W ^*)를 가산하여 인버터(1B)에 공급한다.

이상의 구성에 있어서 각 인버터의 출력전류의 가산기(평균치의 2배)는 전류조절기(11A, 12A, 13A)의 작용에 의하여 전류지령치(i₁ ^*)에 일치하도록 제어되고, 또 불평형성분에 관해서는 전류조절기(11B, 12B, 13B)의 작용에 의하여 영으로 제어된다.

불평형 성분에 대한 제어응답은 11B, 12B, 13B의 게인의 변경에 의하여 임의로 설정할 수 있다.

따라서 본 실시예에 있어서도 상기 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

제9도는 본 발명의 제9의 실시예를 표시한다.

본 실시예는 인버터(1A, 1B)의 출력전류를 전류검출기(3A, 4A, 5A 및 3B, S4B, 5B)에서 검출하고, 이 순시치의 검출신호는 좌표변화기 (16A, 16B)에 의하여 회전자계 좌표계에 있어서의 여자전류신호(I_dB, i_dA)와 토크전류신호(I_qA, I_qB)로 변환된다.

변환된 여자전류신호(I_dA, I_dB)는 가산기(24A)에서 가산되고 또, 토크전류신호 (I_qA, I_qB)는 가산기(23A)에서 가산되고, 각각의 가산치는 각각 계수기 (26,25)에 입력된다.

가산기(19A)에 있어서는 여자전류 지령신호(I_d ^*)와 계수기(26)의 출력신호와의 편차를 연산하고, 가산기(20A)에 있어서는 토크전류 지령신호(I_q ^*)와 계수기(25)의 출력신호와의 편차를 연산하고, 각 가산기의 출력신호는 각각 전류조절기(34A, 35A)에 입력된다.

전류조절기(34A, 35A)는 각각의 가산기(19A, 20A)로 부터의 신호에 따라 회전자계 좌표계에 있어서의 전압지령신호(V_dA ^*, v_qA ^*)를 생성한다.

한편, 가산기(24B)에서는 여자전류신호(I_dA, I_dB)의 차분(差分)을, 가산기 (23B)에서는 토크전류신호(I_qA, I_qB)의 차분을 연산하여 불평형 전류 성분을 구한다.

전류조절기(34B, 35B)는 각각의 불평형전류성분의 검출신호에 따라 회전자계 좌표계에 있어서의 부가출력전압 지령신호(△V_d ^*, △V_q ^*)를 생성한다.

가산기(36A, 37A)에서는 앞서 구한 V_d ^*와 △V_d ^*, V_q ^*와 △V_q ^*의 가산치를 연산하고, 그 결과는 좌표변환기(15A)에 입력된다.

가산기(36B, 37B)에서는 V_d ^*와 △V_d ^*, V_q ^*와 △V_q ^*의 차분을 연산하고 그 결과는 좌표변환기(15B)에 입력된다.

좌표변환기(15A, 15B)는 상기의 회전자계 좌표에 있어서의 전압지령 신호를 교류 전동기(2)의 고정자좌표계에 있어서의 3상교류 출력전압 지령신호로 변환하고, 그 변환신호를 인버터(1A와 1B)에 출력한다.

이상과 같이 각 인버터의 출력전류의 평균치 및 불평형치를 각각 별개로 피드백 제어하는 전류조절기를 각 인버터에 대응하여 복수조(組)를 설치하고, 일측의 전류조절기에는 전류평균치(계수기(25,26)의 계수를 0.5로 한다)를 피드백하고 또, 일측의 전류조절기에는 전류불평형치를 피드백하고, 양 조절기의 출력신호의 가산치에 응하여 인버터를 제어한다.

이것에 의하여 출력전류의 평균치에 관해서는 전류지령치에 비례하도록, 또 불평형치에 관해서는 영으로 되도록 제어된다.

본 실시예에서는, 전류불평형을 억제하는 전류조절기(34B, 35B)는 다루는 입력신호가 회전자계 좌표계로 변환된 직류신호이기 때문에 전류제어응답은 교류신호를 다루는 제8도 실시예 보다도 낮게 설계할 수 있고, 제어의 안정성이 향상되는 효과가 얻어진다.

또한, 제6도 및 제7도의 실시예에 있어서의 각 출력전류의 평균치 및 불평형치를 제3도의 실시예와 마찬가지로 회전자계 좌표계로 변환하여 각 전류조절기에 피드백하는 방법, 혹은 각 출력전류를 제4도, 제5도 및 제9도와 마찬가지로 회전자계 좌표계로 변환하고, 그것을 사용하여 출력전류 평균치 및 불평형치를 연산하고, 각 전류조절기에 피드백하는 방법에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 명백하다.

또, 상기 실시예에서는 인버터 출력전류를 3상분(3相分) 검출하는 것으로 설명하였으나 2상분(2相分) 검출하여 제어하는 것에 적용할 수도 있다.

또, 3상권선을 2조 이상 구비한 다상교류 전동기에 적용하는 것도 가능하다.

또, 본 발명은 전압형 인버터에 한정되지 않고, 다른 종류의 인버터 및 사이크로 컨버터등에도 적용할 수 있다.

예컨대, 전류지령신호에 따라 출력전류를 제어하는 전력변환장치이면 적용가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 복수의 변환기를 리액터를 사이에 두고 병렬접속하고, 1개의 전동기를 구동할 경우에 리액터를 사이에 두고 변환기 사이를 순환하는 순환전류(출력전류 불평형분)를 억제할 수 있고, 또한 순환전류에 대한 제어응답을 각 변환기의 출력전류 가산치에 대한 제어 응답과는 독립적으로 설정할 수 있기 때문에 후자의 제어응답을 높게 설계한 경우에서도 전자의 제어응답을 적절하게 정할 수 있고, 변환기간의 간섭에 의한 전류맥동을 미연에 방지할 수 있으며, 상기 리액터의 소형화를 실현할 수 있다.

또, 복수 개의 변환기에 의하여 2조 이상의 다상권선을 구비한 다상 교류 전동기를 구동할 경우, 다상권선간의 자기결합에 의하여 생기는 변환기의 출력전류의 맥동을 상술한 바왁 X은 이유에 의하여 방지할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 교류전동기를 복수 개의 전력변환기를 사용하여 가변속 구동하는 시스템으로 전류조절기에 의하여 각 전력변환기의 출력전류를 평형시키는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 각 전력변환기의 출력전류를 검출하고, 그 검출신호에 의거하여 각 출력전류의 동일상(相)마다의 가산치(평균치)를 연산하여 일측의 전력 변환기의 전류조절기에 피드백하고, 타측 전력 변환기의 전류 조절기에는 그 변환기의 출력전류 검출기를 피드백하고 각 전력변환기의 출력전류가 그 지령치에 비례하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기의 제어방법
2. 교류 전동기를 복수 개의 전력변환기를 사용하여 가변속 구동하는 시스템으로 전류조절기에 의하여 각 전력변환기의 출력전류를 평형시키는 교류 전동기 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 각 전력변환기의 출력전류를 검출하고, 그 검출신호에 의거하여 각 출력전류의 동일상 (相)마다의 가산치를 연산하고, 그것을 회전자계좌표계로 변환하여 일측의 전력변환기의 전류조절기에 피드백하고, 타측의 전력변환기의 출력전류 검출치를 회전자계 좌표계로 변환하여 그 변환기의 전류조절기에 피드백하고, 각 전력변환기의 회전자계좌표계에 있어서의 출력전류가 그 지령치 (指令値)에 비례하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법.
3. 교류 전동기를 복수 개의 전력변환기를 사용하여 가변속 구동하는 시스템으로 전류조절기에 의하여 각 전력변환기의 출력전류를 평형시키는 교류 전동기 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 각 전력변환기의 출력전류를 검출하고, 그 검출신호를 회전자계좌표계로 변환하고, 그 신호에 의거하여 각 출력전류의 동일성분의 가산치를 연산하여 일측의 전력변환기의 전류조절기에 피드백하고, 타측의 전력변환기의 전류조절기에는 상기 회전자계 좌표계로 변환된 그 변환기의 출력전류 검출신호를 피드백하고, 각 전력변환기의 회전자계좌표계에 있어서의 출력전류가 그 지령치에 비례하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법.
4. 교류 전동기를 복수 개의 전력변환기를 사용하여 가변속 구동하는 시스템으로 전류조절기에 의하여 각 전력변환기의 출력전류를 평형 시키는 교류 전동기 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 전력변환기의 출력전류를 검출하고, 그 검출신호에 의거하여 각 출력전류의 동일상 (相)마다에 가산치 및 차분치 (差分値)를 연산하고, 상기 양자의 값을 상기 각 전력변환기의 전류조절기에 피드백하고, 각 전력변환기의 출력전류가 그 지령치에 비례하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법.
5. 교류 전동기를 복수 개의 전력변환기를 사용하여 가변속 구동하는 시스템으로 전류조절기에 의하여 각 전력변환기의 출력전류를 평형시키는 교류 전동기 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 각 전력변환기의 출력전류를 검출하고, 그 검출신호에 의거하여 각 출력전류의 동일상 (相)마다에 가산치(평균치) 및 차분치(불평형치)를 연산하고, 각각을 별개의 피드백 제어하는 전류조절기를 설치하고, 일측의 전류조절기에는 상기 전류가산치를 피드백하고, 그 가산치가 전류지령치에 비례하도록 상기 일측의 전류조절기의 출력신호에 응하여 상기 일측의 전력변환기를 제어하고, 상기 타측의 전류조절기에는 상기 전류차분치를 피드백하고, 그 조절기로부터의 출력신호와 상기 일측의 조절기로부터의 출력신호의 가산치에 응하여 상기 전류차분치가 영에 가까워지도록 상기 타측의 전력변환기를 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법.
6. 교류 전동기를 복수 개의 전력변환기를 사용하여 가변속구동하는 시스템으로 전류조절기에 의하여 각 전력변환기의 출력전류를 평형시키는 교류 전동기 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 각 전력변환기의 출력전류를 검출하고, 그 검출신호에 의거하여 각 출력전류의 동일 성분마다에 가산치(평균치) 및 차분치(불평형치)를 연산하고, 각각을 별개로 피드백 제어하는 전류조절기를 설치하고, 일측의 전류조절기에는 상기 전류가산치를 피드백하고, 타측의 전류조절기에는 상기 전류차분치를 피드백하고, 양조절기의 출력신호의 가산치에 응하여 상기 각 전력변환기를 제어하고, 상기 출력전류의 가산치에 관해서는 전류지령치에 비례하도록 상기 출력전류의 차분치에 관해서는 영에 가까워지도록 제어하는 것을 특징으로하는 교류전동기 구동시스템의 제어방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 각 전력변환기의 출력전류의 검출신호는 회전자계좌표계로 변환하고, 그 변환후의 신호에 의거하여 각 출력전류의 동일성분마다에 가산치와 차분치를 연산하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법.
8. 제6항에 있어서, 각 출력전류의 동일성분 마다의 가산치 및 차분치는 회전자계 좌표계로 변환하고, 그 변환후의 신호를 상기 각 전류조절기에 피드백하는 것을 특징으로하는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법.
9. 복수 개의 전력변환기를 리액터를 사이에 두고 병렬접속하고, 상기 리액터의 중점 (中占)으로부터 교류 전동기에 전력을 공급하는 시스템으로 전류조절기에 의하여 각 전력변환기간을 순환하는 전류를 억제하는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 각 전력변환기의 출력전류를 검출하고, 그것에 의거하여 상기교류 전동기에 공급되는 출력전류 가산성분과 각 전력변환기를 순환하는 불평형 전류성분을 분리하여 검출하고, 각 전력변환기의 전류조절기에 상기 양성분에 대한 게인을 다르게 하여 피드백하고, 출력전류의 가상성분에 대하여는 전류지령치에 비례하도록, 불평형 성분에 대하여는 영에 가까워지도록 제어하는 것을 특징으로하는 교류 전동기 구동시스템에 제어방법.
10. 복수 개의 전력변환기를 리액터를 사이에 두고 병렬접속하고, 상기 리액터의 중점으로부터 교류 전동기에 전력을 공급하는 시스템으로 전류조절기에 의하여 각 전력변환기간을 순환하는 전류를 억제하는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 각 전력변환기의 출력전류를 검출하고 그것에 의거하여 상기 교류 전동기에 공급되는 출력전류 가산성분과 각 전력변환기를 순환하는 불평형 전류성분을 분리하여 검출하고, 일측의 전력변환기는 상기 가산성분이 피드백 제어되는 전류조절기의 출력신호에 의하여 제어하고, 타측의 전력변환기는 상기 가산성분 및 불평형성분이 각각 피드백 제어되는 전류조절기의 출력신호의 가산치에 따라 제어하는 것에 의하여, 출력전류의 가산성분에 대하여는 전류지령치에 비례하도록, 불평형 성분에 대하여는 영에 가까워지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기 구동시스템의 제어방법.

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