KR100314184B1 - 동기리럭턴스모터의속도제어방법및장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은 약계자와 정토오크 영역에서 벡터제어 없이 지령치 전압의 위상과 크기만을 가지고 모터의 속도를 원활히 제어하도록 하는 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법에 관한 것이다.
개시된 동기 리럭턴스 모터의 속도 제어방법은, 상기 모터의 실제 속도를 검출하여 상기 지령치 속도와의 일치여부를 판단하는 단계; 상기 두 속도가 일치하지 않으면 상기 모터의 실제 속도로부터 모터의 제어영역이 약계자 영역 또는 정토오크 영역인지를 구별하는 단계; 모터의 제어영역이 약계자 영역이면 상기 모터의 실제 속도와 지령치 속도와의 차이로부터 지령치 전압의 위상을 결정하여 자속분 전류의 변화로 모터의 속도를 제어하는 단계; 및 모터의 제어영역이 정토오크 영역이면 상기 모터의 실제 속도와 지령치 속도와의 차이로부터 지령치 전압의 크기를 결정하여 자속분 전류의 변화로 모터의 속도를 제어하는 단계들을 포함하며;
이에 따라 벡터제어와 같이 정밀한 속도제어가 요구되지 않는 속도 제어시스템에서 저가격화로 동기 리럭턴스 모터를 저속 및 고속에서 원활하게 제어할 수가 있는 이점이 있다.

Description

동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법 및 장치{Method AND Apparatus for Speed Control of Synchronous Reluctance Motor}
본 발명은 동기 전동기 등의 리럭턴스 모터의 속도제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로 말하면, 자기저항 차이를 이용하여 모터의 토오크를 발생시키는 동기 리럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor)의 속도제어 방법 중에서, 특히 약계자와 정토오크 영역에서 벡터제어 없이 지령치 전압의 위상과 크기만을 가지고 고속 및 저속에서 모터의 속도를 원활하게 제어하도록 하는 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 동기 리럭턴스 모터는 일반적으로 통상의 유도식 및 동기식 모터 구동 시스템에 비해 그 구성 및 경제적인 면에서 간단하다. 아울러, 전력을 동기리럭턴스 모터에 인가하는 변환기는 소형의 전력장치를 필요로 하므로, 보다 경제적이며 신뢰성이 높다.
이들의 이점에 비추어 동기 리럭턴스 모터의 구동 시스템은 통상의 구동 시스템과 다른 효과를 제공하며, 또한 산업적 응용면에서도 폭넓게 이용되고 있다.
동기식 리럭턴스 모터는 통상 고정자 및 회전자 양자에 대하여 다수의 자극(Poles) 또는 티쓰(teeth)를 갖는데, 상기 고정자상에는 상 권선이 있으나, 회전상에는 권선 또는 자석이 전혀 없는 것이 특징이며, 대향된 각쌍의 고정자 자극들은 직렬로 연결되어 다상 동기 리럭턴스 모터의 독립상을 형성한다.
각 상 권선내의 전류를 회전자에 각도 위치로서 동기화되는 소정의 순서대로 스위칭 온(on)하게 되면 토오크가 발생하고, 이것에 수반하여 서로 근접해 있는 회전자 및 고정자 자극들사이에 자력이 형성된다. 상기 전류는 고정자 자극에 가장 근접한 회전자 자극이 그 정렬된 위치를 지나 회전하기 전에 각각의 상으로 스위칭 오프(off)된다.
동기 리럭턴스 모터는 고정자상 전류를 회전자 위치와의 동기로 스위칭 온(on) 또는 스위칭 오프(off)시킴으로써 동작한다.
회전자 각도에 관한 점화펄스를 적절히 위치설정 시킴으로써, 정전 혹은 역전 동작과 그리고 모터링 혹은 제네레이팅 동작이 얻어질 수 있다. 통상, 소망의 상 전류 정류는 회전자 위치신호를 위치센서, 예컨대 엔코더 또는 리졸버로부터 제어기로 피드백함으로써 달성된다.
상기와 같은 종래의 동기식 모터의 구동 시스템의 한 예로서, 도 1 내지 도3에 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치를 도시한다.
상기 동기 리럭턴스 모터는, 고정자(10)와 회전자(11)를 구비하고 있다.
회전자(11)는 도 2에 나타내는 바와 같이, D축과 Q축의 자기저항을 다르게 하기 위하여 홈(11a)이 형성되어 있다.
또한, 동기 리럭턴스 모터의 고정자는 통상의 유도 전동기와 같은 구조로 되어 있다.
동기 리럭턴스 모터의 토오크 발생은 자기저항 성분에 의해 생기는 것으로, 순수하게 자기저항 토오크에 의해 회전자(11)가 고정자(10)를 중심으로 회전하게 된다.
이와 같은 동기 리럭턴스 모터의 속도를 제어하기 위한 속도제어 장치를 도 1에 나타내었다.
상기 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치는, 회전자와 고정자로 구비되어 자기저항 토오크에 의해 회전하는 모터(100)와, 모터(100)의 회전속도를 검출하는 속도검출부(108)와, 상기 검출된 속도와 입력단자(115)로부터 입력되는 속도지령값과를 비교하여 속도의 오차를 구하는 제1 비교기(102)와, 상기 구해진 속도의 오차에 따라 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs * )를 발생하는 속도제어부(103)와, 모터(100)의 고정자(10)에 공급되는 정지좌표계의 A상 및 C상의 전류(ias, ics)를 각각 검출하는 제1, 제2 전류검출소자(106, 107)와, 속도검출부(108)에서 검출된 속도로부터 정지좌표계와 회전좌표계 사이의 각도, 즉 회전자(11)의 위치(θ)을 구하는 자속각 연산부(109)와, 회전자(11)의 위치에 따라 상기 검출된 정지좌표계의 A상 및 C상의 전류를 회전좌표계로 변환하여 회전좌표계의 자속분 전류(ids)와 이 전류의 위상각 보다 90도 앞선 회전좌표계의 토오크분 전류(iqs)를 발생하는 좌표변환부(110)와, 속도검출부(108)에서 검출된 속도에 따라 회전좌표계의 자속분 전류지령치(ids *)를 발생하는 자속지령 발생부(104)와, 상기 회전좌표계의 자속분 전류지령치(ids *)와 좌표변환부(110)에서 얻어진 회전좌표계의 자속분 전류(ids)의 오차를 구하는 제2 비교기(111)와, 상기 구해진 회전좌표계의 자속분에 대한 오차 전류를 가지고 회전좌표계의 자속분 전류 지령치(ids *)를 제어하는 자속제어부(112)와, 좌표변환부(110)에서 좌표 변환된 회전좌표계의 토오크분 전류(iqs)와 속도제어부(103)에서 입력되는 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs *)의 오차를 구하는 제3 비교기(105)와, 자속제어부(112)에서 입력되는 회전좌표계의 자속분 전류 지령치(ids *)와 제3 비교기(105)에서 입력되는 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs *)를 각각 자속분 전압지령치(Vds*)와 토오크분 전압지령치(Vqs*)로 변환하는 전류제어부(113)와, 상기 자속분 전압지령치(Vds*)와 토오크분 전압지령치(Vqs*)를 3상 전압지령치(Vas, Vbs, Vcs)로 변환하는 전압발생부(114)와, 전압 발생부(114)에서 발생된 3상 전압지령치에 따라 모터(100)의 고정자(10)에 3상 전류를 인가하기 위한 PWM 시간으로 변환하여 구동시키는 인버터부(101)로 구성된다.
이와 같이 구성된 종래의 동기 리럭턴스 모터의 속도 제어를 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 입력단자(115)로 입력되는 속도지령치로 동기 리럭턴스 모터(100)를 운전하기 위하여 엔코더와 같은 속도검출부(108)는 도 2 및 도 3과 같이 고정자(10)와 회전자(11)로 이루어져 회전하는 동기 리럭턴스 모터(100)의 회전 속도를 검출하여 이후에 설명될 자속지령 발생부(104) 및 가산기와 같은 제1 비교기(102)에 제공한다.
제1 비교기(102)는 속도검출부(108)에서 검출되어 입력되는 동기 리럭턴스 모터(100)의 속도와 입력단자(115)에서 입력되는 속도지령치 전압을 가산하여 이 두값에 대한 속도의 오차를 발생한다.
상기에서 구해진 속도의 오차는 속도제어부(103)에서 회전좌표계의 토오크분 전류 지령치(iqs*)로 발생된다.
그리고, 자속지령 발생부(104)는 속도검출부(108)에서 입력되는 속도를 가지고 정토오크 영역과 정출력 영역을 구별하여 회전좌표계의 자속분 전류 지령치(ids*)를 생성한다.
즉 주지하다시피, 동기 리럭턴스 모터(100)의 토오크 발생은 자기저항 성분에 의해 생기는 것으로, 순수하게 자기저항 토오크에 의해 회전하게 된다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 동기 리럭턴스 모터(100)의 고정자(10)는 유도전동기와 같은 구조로 되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 회전자(11)의 경우에는 회전좌표계로 표시된 자속분, 즉 D축과 토오크분, 즉 Q축의 리럭턴스를 다르게 하기 위하여 홈(11a)을 구비하고 있다.
상기와 같은 동기 리럭턴스 모터(100)의 토오크 방정식은 수학식 1과 같이 표현된다.
위 수식에서 알 수 있듯이 동기 리럭턴스 모터(100)의 토오크는 Ld, Lq로 표시되는 리럭턴스의 차와 고정자(10)의 전류의 성분 중에서 자속분 전류인ids와 토오크분 전류인iqs의 곱으로 나타나게 된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 회전자(11)의 D축(자속분)은 자속이 주로 흘러가는 축으로 잡은 것이고, Q축(토오크분)은 D축에 비해 전기적으로 90도 앞서 있는 축이다. 이는 4극의 회전자에 대한 것이므로 전기적인 90도는 기계적으로는 45도에 해당되어 도 3에 나타내는 바와 같이 D축과 Q축이 표시된다.
도 4는 동기식 릴럭턴스 모터(100)의 고정자(10)에 인가되는 전압에 대한 전류의 벡터를 나타내고 있다.
고정자 전압(Vs)에 대하여 고정자 전류(is)는 일정한 지연각을 가지고 형성된다.
이때, 고정자 전류(is)를 회전좌표계로 표시된 D축 및 Q축에 사영시키면 도 4에 나타내는 바와 같이 고정자(10) 전류의 성분 중에서 D축에 대한 자속분 전류(ids) 및 Q축에 대한 토오크분 전류(iqs)를 얻을 수 있으며, 이 고정자 전류성분이 수학식 1에서 토오크를 발생하게 한다.
수학식 1에서의 모터(100)의 토오크는 자속분 전류와 토오크분 전류의 곱으로 나타나게 되며, 이때의 전류(is)는 고정자 전압(Vs)에 대하여 일정한 지연각을 가지고 형성된다.
따라서, 모터(100)의 속도를 제어하기 위해서는 고정자 전압(Vs)을 제어하면 되고, 이 고정자 전압에 의해 전류가 형성되어 모터(100)의 토오크를 발생하게 된다.
고정자 전류성분 중에서 자속분 전류ids는 모터(100)의 자속에 관련된 부분이다. 따라서, 모터(100)를 저속 및 고속에서 모두 원활히 제어하기 위해서는, 즉 고속에서는 모터의 자속분 전류를 줄여주는 약계자 제어가 필요하다.
계속해서, 상술한 바와 같이, 속도제어부(103)와 자속지령 발생부(104)에 의해 회전좌표계의 자속분과 토오크분으로 분리 제어되는 벡터제어 인버터에서 동기 리럭턴스 모터(100)의 속도에 따라 도 1의 속도제어부(103)에서 발생된 회전좌표계의 토오크분 전류 지령치(iqs*)는 제2 비교기(105)에 제공되고, 자속지령 발생부(104)에서 생성된 회전좌표계의 자속분 전류 지령치(ids*)는 제3 비교기(111)에 제공된다.
한편, 제1, 제2 전류검출소자(106, 107)는 동기 리럭턴스 모터(100)의 고정자(10)의 각 상에, 예컨대 A상 및 C상에 공급되는 전류를 각각 감지하여 좌표변환부(110)에 공급한다.
그리고 자속각 연산부(109)는 속도검출부(108)에서 검출된 속도를 적분하여 정지좌표계와 회전자표계 사이의 각도, 즉 다시 말해 회전자(11)의 위치(θ)를 구하고, 이것에 수반하여 좌표변환부(110)는 회전자(11)의 위치(θ)에 따라 제1, 제2 전류검출소자(106, 107)에서 검출된 정지좌표계의 A상, C상의 전류를 좌표변환하여 도 4와 같은 고정자 D축 성분의 자속분 전류와 고정자 Q축 성분의 토오크분 전류, 즉 다시 말해 회전좌표계로 표시된 D축, Q축의 자속분 전류(ids)와 토오크분 전류(iqs)를 발생한다.
상기 고정자 Q축의 토오크분 전류(iqs)는 가산기와 같은 제2 비교기(105)에 제공되고, 고정자 D축의 자속분 전류(ids)는 제3 비교기(111)에 제공된다.
제2 비교기(105)는 좌표변환부(110)에서 입력되는 회전좌표계, 즉 Q축으로 표시되는 토오크분 전류(iqs)와 속도제어부(103)에서 입력되는 회전좌표계의 토오크분 전류 지령치(iqs*)와의 오차를 구하여 전류제어부(113)에 제공한다.
그리고, 제3 비교기(111) 역시 자속지령 발생부(104)로부터 동기 리럭턴스 모터(100)의 속도에 따른 회전자표계의 자속분 전류 지령치(ids*)와 좌표변환부(110)에서 좌표변환된 회전좌표계의 자속분(D축) 전류(ids)와의 오차를 구한다. 이 오차 전류에 의해서 자속제어부(112)가 회전좌표계의 자속분 전류 지령치(ids*)를 제어하여 전류제어부(113)에 제공한다.
전류제어부(113)는 자속제어부(112)에서 제어된 회전좌표계의 자속분 전류 지령치(ids*)와 제2 비교기(105)에서 구해진 회전좌표계의 토오크분 전류 지령치(iqs*)를 각각 자속분 전압 지령치(Vds*)와 토오크분 전압 지령치(Vqs*)로 변환하고 이 자속분, 토오크분 전압 지령치에 수반하여 전압발생부(114)가 3상 전압지령치(Vas, Vbs, Vcs)를 생성한다.
이와 같이 생성된 3상 전압 지령치에 따라 동기 리럭턴스 모터(100)의 고정자(10)에 3상 전류를 인가하기 위해 인버터부(101)는 펄스폭 변조(PWM)되어 동기 리럭턴스 모터(100)를 상기한 속도지령치로 운전시키게 된다.
전술한 종래 기술에 따른 동기 리럭턴스 모터의 속도 제어장치는 모터의 속도에 따라 자속분과 토오크분으로 분리하여 속도지령치로 모터의 속도 및 위치를 정밀하게 제어하게 됨을 알 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 동기 리럭턴스 모터의 속도 제어 장치는, 벡터(Vector)제어를 통해 모터의 속도를 제어하여야 함으로 위치센서와 2개의 전류센서를 필요로하게 된다. 특히 벡터제어의 경우는 정밀한 속도 및 위치제어가 가능한 기법이나, 이는 정밀한 속도제어가 필요치 않은 분야에서도 벡터 제어를 적용함으로써, 전류센서 등의 추가적인 센서를 사용해야 한다. 따라서, 벡터제어 방식을 적용한 모터의 속도제어 장치는 회로가 복잡해짐은 물론 가격 및 사이즈가 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한, 상기 벡터제어 방식에 의해 발생되는 회로의 복잡성 및 비용 상승을 회피하는 하나의 방법으로서, 모터의 단자전압을 모니터링하여 간접적으로 회전자 위치를 감지하는 것도 생각되지만, 그것에는 파형검출법을 통해 모니터링하여야 하는 어려움이 있을 뿐 아니라 모터의 저속에서 신뢰성이 없고, 제로속도에서는 동작을 하지 않는 문제점이 있다.
따라서, 비용면에서 소형 구동장치를, 그리고 신뢰성면에서는 보다 큰 구동장치를 필요로하는 바, 이러한 모든 구동장치에 있어서의 사이즈, 회로의 복잡성 및 가격 상승을 감소시키기 위해서는 상기한 전류센서를 제거하는 것이 가장 바람직하다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 기술에서, 벡터제어 방식의 적용에 의해 발생하는 회로의 복잡성 및 비용 상승을 배제한 것으로, 본 발명의 한 견지로서, 모터의 속도가 약계자 영역인 경우와 정토오크 영역인 경우에 각각 제어 방식을 달리하여 모터를 저속 및 고속에서 원활하게 제어하도록 하는 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 견지로서, 모터의 운전상태에 따라 지령치 전압의 위상과 크기만을 가지고 모터의 속도를 제어하도록 하는데 그 목적이 있다.
도 1 내지 도 5는 종래의 기술에 따른 동기 리럭턴스 모터의 설명에 제공되는 구성을 보인도로서,
도 1은 상기 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치의 설명에 제공되는 블록도이고,
도 2는 상기 동기 리럭턴스 모터의 단면도이고,
도 3은 도 2에서 동기 리럭턴스 모터의 회전자를 보인 단면도이고,
도 4는 도 1의 동기 리럭턴스 모터에 인가되는 전압에 대한 전류의 벡터를 나타내는 도이고,
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치의 설명에 제공되는 구성도로서,
도 5는 상기 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치를 나타내는 블록도이고,
도 6은 상기 동기 리럭턴스 모터의 고정자 전압의 위상에 따른 전류를 나타내는 것이고,
도 7은 본 발명의 기술에 따른 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 신호 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 모터 101 : 인버터부
102 : 제1 비교기 104 : 자속지령 발생부
105 : 제2 비교기 106, 107 : 제1, 제2 전류검출소자
108 : 속도검출부 109 : 자속각 연산부
110 : 좌표변환부 114 : 전압발생부
200 : 속도제어부 201 : 기준전압 발생부
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법은, 회전자 위치와의 동기로 여기되는 다수의 고정자 위상을 갖는 모터의 실제 속도를 지령치 속도에 추종시켜 제어하는 방법에 있어서:
(1) 상기 모터의 실제 속도를 검출하여 상기 지령치 속도와의 일치여부를 판단하는 단계;
(2) 상기 두 속도가 일치하지 않으면 상기 모터의 실제 속도로부터 모터의 제어영역이 약계자 영역 또는 정토오크 영역인지를 구별하는 단계;
(3) 모터의 제어영역이 약계자 영역이면 상기 모터의 실제 속도와 지령치 속도와의 차이로부터 지령치 전압의 위상을 결정하여 자속분 전류의 변화로 모터의 속도를 제어하는 단계; 및
(4) 모터의 제어영역이 정토오크 영역이면 상기 모터의 실제 속도와 지령치 속도와의 차이로부터 지령치 전압의 크기를 결정하여 자속분 전류의 변화로 모터의 속도를 제어하는 단계들을 포함한다.
바람직하기로, 상기 모터가 약계자 영역에서 운전할 때, 상기 지령치 전압의 위상을 변화시켜 상기 모터의 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로, 상기 모터가 정토오크 영역에서 운전할 때, 상기 지령치 전압의 크기를 변화시켜 상기 모터의 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 약계자 영역에서 모터의 실제 속도가 상기 지령치 속도보다 빠른 경우 상기 지령치 전압의 위상을 감소하고 지령치 속도보다 느린 경우 지령치 전압의 위상을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 정토오크 영역에서 모터의 실제 속도가 지령치 속도보다 빠른 경우 상기 지령치 전압의 크기를 감소하고 느린 경우, 상기 지령치 전압의 크기를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 약계자 영역에서의 지령치 전압의 위상을 변화할 때, 상기 지령치전압의 크기를 일정하게 유지하고, 상기 정토오크 영역에서의 지령치 전압의 크기를 변화할 때, 상기 지령치 전압의 위상을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치에 의하면, 회전자 위치와의 동기로 여기되는 다수의 고정자 위상을 갖는 모터에서 현재 감지한 실제속도를 지령치 속도에 추종시켜 제어하는 장치에 있어서,
(1) 상기 모터의 실제 속도와 지령치 속도를 비교하여 오차를 구하는 비교수단;
(2) 상기 모터의 실제 속도로부터 약계자 영역과 정토오크 영역을 구별하고 상기 구별된 영역에 따라 상기 비교수단의 오차로부터 지령치 전압의 크기와 위상을 변화시켜 출력하는 속도제어수단;
(3) 상기 지령치 전압의 크기와 위상으로부터 자속분 전압 지령치와 토오크분 전압 지령치를 구하는 기준전압 발생수단;
(4) 자속각 연산수단에서 적분하여 얻어진 회전자 위치에 따라 상기 구해진 자속분 및 토오크분 전압 지령치를 3상의 전압 지령치로 변환하여 인버터수단을 펄스폭 변조시키는 전압 발생수단을 포함한 것을 특징으로 한다.
바람직하기로, 상기 속도제어수단은, 상기 모터가 약계자 영역인 경우 상기 속도 오차로부터 지령치 전압의 위상을 변화시키고, 상기 모터가 정토오크 영역인 경우 상기 속도 오차로부터 지령치 전압의 크기를 변화시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이하면, 전류센서를 사용하지 않고도 모터의 속도가 약계자 영역인 경우와 정토오크 영역인 경우에 각각 지령치 전압의 위상과 크기를 달리주어 모터의 속도를 원활하게 제어하게 됨을 알 수 있다.
그 결과, 벡터 제어와 같이 정밀한 속도제어가 요구되지 않는 속도 제어시스템에서 저가격화로 동기 리럭턴스 모터의 속도를 원활하게 제어할 수가 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 기타의 목적, 특징 및 이점은 예시할 목적으로 도시한 첨부 도면과 관련해서 본 발명에 의한 실시 예를 가지고 이하의 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법 및 장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
또한, 설명에 사용되는 각 도면에 있어서, 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.
도 5는 상기 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치를 나타내는 블록도이다.
본 실시 예에 따른 속도제어 장치는, 고정자(10)와 회전자(11)로 구비되어 자기저항 토오크에 의해 회전하는 모터(100)와, 모터(100)의 회전속도를 검출하는 속도검출부(108)와, 상기 검출된 속도와 입력단자(115)로부터 입력되는 속도지령값과를 비교하여 속도의 오차를 구하는 비교기(102)와, 속도검출부(108)에서 검출된 속도로부터 정지좌표계와 회전좌표계 사이의 회전자(11)의 위치(θ)을 구하는 자속각 연산부(109)와, 속도검출부(108)에서 검출된 모터(100)의 실제 속도로부터 약계자 영역과 정토오크 영역을 구별하고 상기 구별된 영역에 따라 비교기(102)의 속도오차로부터 지령치 전압의 크기와 위상을 변화시켜 출력하는 속도제어부(200)와, 속도제어부(200)에서 발생된 지령치 전압의 크기와 위상으로부터 회전좌표계의 자속분 전압 지령치(Vds*)와 토오크분 전압 지령치(Vqs*)를 구하는 기준전압 발생부(201)와, 자속각 연산부(109)에서 적분하여 구해진 회전자(11)의 위치(θ)에 따라 상기 구해진 자속분 및 토오크분 전압 지령치(Vds*, Vqs*)를 3상의 전압 지령치(Vas, Vbs, Vcs)로 변환하여 출력하는 전압발생부(114)와, 상기 3상의 전압 지령치에 따라 펄스폭 변조되어 모터(100)의 고정자(10)에 3상 전류를 인가·구동시키는 인버터부(101)로 구성된다.
그리고, 도 7은 모터(100)의 실제 속도가 약계자 영역인지 또는 정토오크 영역인지를 구별하여 상기 구별된 영역에 따라 속도제어부(200)를 통해 지령치 전압의 위상과 크기를 달리주어 모터(100)의 속도를 원활하게 제어하기 위한 신호 흐름도이다.
이와 같이 이루어진 본 발명의 동기 리럭턴스 모터의 속도 제어장치를 도 6 및 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저 입력단자(115)로 입력되는 속도지령치 전압으로 동기 리럭턴스 모터(100)를 운전하기 위하여 엔코더와 같은 속도검출부(108)는 고정자(10)와 회전자(11)로 이루어져 회전하는 모터(100)의 실제 속도를 검출하여(단계; ST100) 자속각 연산부(109)와 비교기(102) 및 이후에 설명될 속도제어부(200)에 제공한다.
자속각 연산부(109)는 속도검출부(108)에서 검출된 속도를 적분하여 정지좌표계와 회전자표계 사이의 각도, 즉 다시 말해 회전자(11)의 위치(θ)를 구하여 이후에 설명될 전압발생부(114)에 제공한다.
또한, 비교기(102)는 속도검출부(108)에서 검출된 모터(100)의 실제 속도와 속도지령치를 비교하여 이 두값에 대한 속도의 오차를 발생한다.
또한, 속도제어부(200)는 비교기(102)에서 입력되는 속도의 오차를 가지고 상기 실제 속도와 지령치 속도와의 차이가 있는지를 검출한다(단계; ST110).
즉 다시 말해서, 비교기(102)로부터 오차가 없으면 두 속도가 일치하는 것으로 판단하고 오차가 발생하였을 경우에는 두 속도가 일치하지 않은 것으로 판단한다.
단계(ST110)에서 속도 오차가 없으면, 즉 두 속도가 일치하면 모터(100)의 속도 제어루프를 행하지 않고, 속도 오차가 있을 경우에는 속도검출부(108)에서 입력되는 모터(100)의 실제 속도로부터의 제어영역이 약계자 영역, 즉 기준속도 이상의 높은 주파수로 운전시키는 영역인지 또는 정토오크 영역, 즉 기준속도 이하의 낮은 주파수로 운전시키는 영역인지를 구별한다(ST120).
그리고, 구별된 약계자 영역 또는 정토오크 영역에 따라 속도제어부(200)는 비교기(102)의 속도 오차로부터 지령치 전압의 위상과 지령치 전압의 크기를 달리 발생하여 모터(100)를 제어하게 된다.
예컨대, 도 6은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 고정자 전압의 위상에 따른 전류를 표시한 것이다.
도 6에서 fw는 field weakening의 약자로서, 본 발명에서는 모터(100)의 속도가 일정속도 이상에서는 약계자 제어가 행하여지며, 이때의 지령치 전압이 정토오크 영역의 지령치 전압과 비교해 보면 그 지령치 전압의 위상이 앞서야 하므로, 도 6에서와 같이, 정토오크 영역에서의 지령치 전압보다 지령치 전압의 위상이 앞서 있는 것을 Vsfw로 명한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 우선 고정자 전압 Vs에 대한 전류(is)의 관계를 보면, 고정자 전류is를 회전자표계 D축, Q축에 사영시키면 모터(100)의 토오크를 발생시키는 실제 자속분 전류(ids)와 토오크분 전류(iqs)를 얻을 수가 있다.
이 고정자 전압 Vs에 비해 위상을 앞세운 Vsfw를 지령치 전압으로 준 경우 생성된 전류is fw를 보면,is fw를 회전좌표계에 직각 사영 시킬 경우 자속분 전류(ids)가 고정자 전압(Vs)을 인가한 경우의 고정자 자속분 전류에 비해 감소되었음을 알 수 있다.
이것은 유도전동기의 약계자 제어와 같은 효과를 가져오게 된다.
따라서, 본 발명에서는 모터의 속도가 약계자 영역인 경우에는 전술한 속도제어부(200)가 지령치 전압의 위상을 달리 출력하여 모터(100)의 속도를 제어하고, 모터(100)가 정토오크 영역에서 운전할 경우에는 지령치 전압의 크기를 달리 출력하여 모터(100)의 속도를 제어하도록 한다.
계속해서, 속도제어부(200)는 상기 단계(ST120)를 통해 구별한 제어영역이 약계자 영역이면 비교기(102)의 속도 오차로부터 모터(100)의 실제 속도와 지령치 속도를 비교한다(단계; ST130).
단계(ST130)에서 모터(100)의 실제 속도가 지령치 속도보다 빠른 경우에는지령치 전압의 위상을 감소시켜(단계; ST150) 기준전압 발생부(201)에 제공하고 모터(100)의 실제 속도가 지령치 속도보다 느린 경우에는 지령치 전압의 위상을 증가시켜(단계; ST160) 기준전압 발생부(201)에 제공한다.
그리고, 단계(ST120)에서 구별한 제어영역이 정토오크 영역이면 속도제어부(201)는 상기와 같은 방법으로, 정토오크 영역에서의 모터(100)의 실제 속도와 지령치 속도를 비교한다(단계; ST140).
정토오크 영역에서 모터(100)의 실제 속도가 지령치 속도보다 느리면 지령치 전압의 크기를 증가시켜(단계; ST170) 기준전압 발생부(201)에 제공하고 모터(100)의 실제 속도가 지령치 속도보다 빠르면 지령치 전압의 크기를 감소시켜(단계; ST180) 기준전압 발생부(201)에 제공한다.
이때, 속도제어부(200)는 약계자 영역에서 지령치 전압의 크기를 일정하게 유지하여 출력하고, 또 정토오크 영역에서는 지령치 전압의 위상을 일정하게 유지하여 출력한다.
그리고 기준전압 발생부(201)는 속도제어부(200)에서 약계자 영역 및 정토오크 영역에 따라 입력되는 지령치 전압의 위상 또는 크기로부터 회전좌표계로 표시되는 자속분(D축) 전압 지령치(Vds*)와 토오크분(Q축) 전압 지령치(Vqs*)를 구하여 전압발생부(114)에 제공한다.
전압발생부(114)는 전술한 자속각 연산부(109)에서 적분하여 구해진 회전자(11)의 위치(θ)에 따라 상기 구해진 회전자표계의 자속분 및 토오크분 전압 지령치(Vds*, Vqs*)를 3상의 전압 지령치(Vas, Vbs, Vcs)로 변환하고 이 방식은 공간전압 펄스폭 변조 방식으로 사용되어 인버터부(101)의 스위칭 시간을 제어하게 된다.
따라서, 인버터부(101)는 전압발생부(114)로부터 구해진 3상의 전압 지령치에 따라 펄스폭 변조되어 모터(100)의 고정자(10)의 자속분 전류를 증가 또는 감소시켜서 모터(100)를 저속 및 고속에서 원활히 제어하게 된다(단계; ST190).
한편, 비교 예로서, 종래의 기술, 즉 다시 말해서 동기 리럭턴스 모터의 속도를 자속분과 토오크분으로 분리하는 벡터제어 기법으로 속도를 제어하는 것과는 달리, 본 발명은 모터의 속도가 약계자 영역인 경우와 정토오크 영역인 경우에 각각 지령치 전압의 위상과 크기만을 달리주어 모터의 속도를 제어하게 됨을 알 수 있다.
이 결과에서, 본 발명에 의하면 벡터 제어와 같이 정밀한 속도제어가 요구되지 않는 속도 제어시스템에서 전류센서 등의 추가적인 센서 없이도 동기 리럭턴스 모터를 저속 및 고속에서 원활히 제어할 수 있는 이점이 있다.
이상에서와 같이, 본 실시 예에서는 동기 리럭턴스 모터의 속도로부터 제어영역인 약계자 영역과 정토오크 영역을 구별한 후에 지령치 전압의 위상과 크기만을 가지고 속도를 제어함으로써, 벡터제어에 따른 가격 상승 요인이 발생되지 않고 또한, 회로의 간소화를 이룰 수가 있다.
이 적용례에 의하면, 모터의 속도가 약계자인 경우와 정토오크 영역인 경우에 각각 지령치 전압의 위상과 크기를 달리주어 제어함으로써, 전류센서 등의 추가적인 센서가 배제됨은 물론 동기 리럭턴스 모터에 대한 신뢰성 향상을 도모할 수가있다.
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명에 따른 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치에 따르면, 전류센서를 사용하지 않고 모터의 약계자와 정토오크영역에서의 지령치 전압을 달리하여 모터를 저속 및 고속에서 원활하게 제어함으로써, 제품 가격이 다운되고 또한 회로의 간략화와 사이즈의 축소를 실현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 회전자 위치와의 동기로 여기되는 다수의 고정자 위상을 갖는 모터의 실제 속도를 지령치 속도에 추종시켜 제어하는 방법에 있어서:
    (1) 상기 모터의 실제 속도를 검출하여 상기 지령치 속도와의 일치여부를 판단하는 단계;
    (2) 상기 두 속도가 일치하지 않으면 상기 모터의 실제 속도로부터 모터의 제어영역이 약계자 영역 또는 정토오크 영역인지를 구별하는 단계;
    (3) 모터의 제어영역이 약계자 영역이면 상기 모터의 실제 속도와 지령치 속도와의 차이로부터 지령치 전압의 위상을 결정하여 자속분 전류의 변화로 모터의 속도를 제어하는 단계; 및
    (4) 모터의 제어영역이 정토오크 영역이면 상기 모터의 실제 속도와 지령치 속도와의 차이로부터 지령치 전압의 크기를 결정하여 자속분 전류의 변화로 모터의 속도를 제어하는 단계들을 포함한 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터가 약계자 영역에서 운전할 때, 상기 지령치 전압의 위상을 변화시키는 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터가 정토오크 영역에서 운전할 때, 상기 지령치 전압의 크기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법.
  4. 제 2 항 또는 3 항에 있어서,
    상기 약계자 영역에서 모터의 실제 속도가 상기 지령치 속도보다 빠른 경우 상기 지령치 전압의 위상을 감소하고 지령치 속도보다 느린 경우 지령치 전압의 위상을 증가시켜 제어하는 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 정토오크 영역에서 모터의 실제 속도가 지령치 속도보다 빠른 경우 상기 지령치 전압의 크기를 감소하고 느린 경우, 상기 지령치 전압의 크기를 증가시켜 제어하는 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 약계자 영역에서의 지령치 전압의 위상을 변화할 때, 상기 지령치전압의 크기를 일정하게 유지하고, 상기 정토오크 영역에서의 지령치 전압의 크기를 변화할 때, 상기 지령치 전압의 위상을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 방법.
  7. 회전자 위치와의 동기로 여기되는 다수의 고정자 위상을 갖는 모터에서 현재 감지한 실제 속도를 지령치 속도에 추종시켜 제어하는 장치에 있어서,
    (1) 상기 모터의 실제 속도와 지령치 속도와를 비교하여 속도 오차를 구하는 비교수단;
    (2) 상기 모터의 실제 속도로부터 약계자 영역과 정토오크 영역을 구별하고 상기 구별된 영역에 따라 상기 비교수단의 속도 오차로부터 지령치 전압의 크기와 위상을 결정하여 출력하는 속도제어수단;
    (3) 상기 지령치 전압의 크기와 위상으로부터 자속분 전압 지령치와 토오크분 전압 지령치를 구하는 기준전압 발생수단; 및
    (4) 자속각 연산수단에서 적분하여 얻어진 회전자 위치에 따라 상기 구해진 자속분 및 토오크분 전압 지령치를 3상의 전압 지령치로 변환하여 인버터수단을 펄스폭 변조시키는 전압 발생수단을 포함한 것을 특징으로 한 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 속도제어수단은, 상기 모터가 약계자 영역인 경우 상기 속도 오차로부터 지령치 전압의 위상을 변화시키고, 상기 모터가 정토오크 영역인 경우 상기 속도 오차로부터 지령치 전압의 크기를 변화시켜 출력하는 것을 특징으로 한 동기 리럭턴스 모터의 속도제어 장치.
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JPH03143285A (ja) * 1989-10-25 1991-06-18 Brother Ind Ltd 可変リラクタンスモータの制御装置

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