KR100351299B1 - 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도전동기의 상호 인덕턴스 측정방법에 관한 것으로, 종래 상호 인덕턴스 측정방법은 전압계와 전류계를 사용함으로써 측정장소에서 바로 상호 인덕턴스의 측정이 용이하지 않고, 그 전압계와 전류계의 오차등급에 따라 상호 인덕턴스의 정밀도에 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 설정된 상호 인덕턴스 값을 이용하여 무효전력 지령치를 연산하는 단계와; 전동기의 무효전력을 검출하여 무효전력 검출치를 획득하는 단계와; 상기 무효전력 지령치와 무효전력 검출치의 차를 구해, 그 차가 0이면 실제 상호 인덕턴스와 설정된 상호 인덕턴스의 값이 동일한 것으로 판단하고, 0이 아니면 상기 무효전력 지령치와 무효전력 검출치의 차가 0이 되도록 설정된 상호 인덕턴스의 값을 조절하여, 그 조절된 상호 인덕턴스의 값을 실제 상호 인덕턴스의 값으로 인식하는 단계로 구성되어 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법은 설정된 상호 인덕턴스의 값을 이용하는 무효전력 지령치와 검출된 무효전력 검출치를 비교하여, 그 차를 설정된 상호 인덕턴스와 실제 상호 인덕턴스의 차로 인식하여 그 차를 0으로 보정하여, 실제 상호 인덕턴스를 측정함으로써, 오차범위를 갖는 전류계와 전압계를 사용하지 않음으로써, 그 값의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법{MEASURING METHOD FOR MUTUAL INDUCTANCE OF INDUCTION MOTOR}

본 발명은 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법에 관한 것으로, 특히 순시 무효 전력의 오차를 고려하여, 순시 무효 전력의 검출치와 지령치와의 오차를 제거함으로써 안정적이고 정확한 상호 인덕턴스를 측정하는데 적당하도록 한 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법에 관한 것이다.

도1은 일반적인 유도 전동기의 제어회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 자속지령(Φ_r ^*)을 인가받아 그 자속지령(Φ_r ^*)에 해당하는 자속제어전류(Id^*)를 출력하는 자속제어기(1)와; 상기 자속제어전류(Id^*)를 인가받아 자속(Φ_r)을 역연산하여 출력하는 자속연산부(2)와; 상기 자속연산부(2)의 자속(Φ_r)과 상기 자속지령(Φ_r ^*)을 가산하여 상기 자속제어기(1)로 인가제어하는 가산기(3)와; 속도지령(ω_r ^*)을 인가받아 그에 해당하는 속도제어전류(Iq^*)를 출력하는 속도제어기(4)와; 상기 자속제어전류(Id^*)와 속도제어전류(Iq^*)를 인가받아 제어전류(υ_d ^*,υ_q ^*)를 출력하는 전류제어기(5)와; 상기 전류제어기(5)의 출력전류를 인가받아 3상의 교류전류(υ_{u, v, w})로 변환하는 2상/3상 교류 변환기(7)와; 상기 3상 교류전류(υ_{u, v, w})를 인가받아유도전동기(12)를 구동하는 구동전류(iu, iv, iw)를 출력하는 인버터(10)와; 상기 인버터(10)의 구동전류(iu, iv, iw)를 인가받아 다시 2상의 전류로 변환하여 상기 전류제어기(5)로 인가하는 3상/2상 변환기(11)와; 상기 속도제어기(4)의 속도제어전류(Iq^*)를 인가받아 슬립주파수(ωs)를 연산하여 출력하는 슬립주파수 연산부(6)와; 상기 유도전동기(12)의 회전자의 위치를 검출하여 출력하는 위치검출기(13)의 출력신호를 인가받아 그 정보를 주파수(ωr)로 변환하여 가산부(15)에서 상기 속도지령(ω_r ^*)과 가산되어 상기 속도제어기(4)에 인가되도록 하는 위치/속도신호처리기(14)와; 상기 슬립주파수연산부(6)의 슬립주파수(ωs)와 상기 위치/속도신호처리기(14)의 출력 주파수(ωr)를 가산하여 출력하는 가산기(9)와; 상기 가산기(9)의 출력신호를 적분하여 상호인덕턴스(θ_e)를 생성하여 상기 2상/3상 교류변환기(7)에 인가하는 적분기(8)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 유도 전동기 제어회로에서 상호 인덕턴스를 측정하는 방법을 상세히 설명한다.

유도전동기의 상호 인덕턴스(θ_e)는 유도전동기(12)의 제어회로에서 유도전동기(12)에 자속을 형성시키기 위하여 필요한 자속 전류의 크기를 결정하는 중요한 요소이며, 자속지령(Φ_r ^*)이 일정한 조건하에서 자속연산부(2)에서 사용하는 상호인덕턴스(θ_e) 값이 실제보다 크면 전동기가 부족여자 상태로 되고 반대로 실제치보다작으면 과여자 상태로 되어 원하는 전동기의 토오크 제어성능을 얻을 수 없게 된다.

도2는 종래 상호 인덕턴스의 측정을 위한 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 인버터(10)의 출력인 3상 교류전류(i_{u, v, w})중 한 상(U)의 전류를 측정하는 전류계(16)와, 그 한 상(U)과 다른 한 상(V)의 전압을 측정하는 전압계(17)를 구비하여 전류와 전압을 측정한다.

이때의 전류와 전압의 측정은 전동기(12)가 무부하 상태일때 측정해야 하며, 이때의 회로구성을 도3에 도시하였다.

도3에서, I는 한 상(U)의 전류이고, Vuv는 두 상(U,V)간의 전압차로V의 전압값을 갖는다. 또한 σLs는 누설인덕턴스, R은 고정자 저항, M은 상호인덕턴스를 나타내며, Rr/s는 전동기의 저항이다.

이와 같은 상태에서 전동기는 무부하 상태이므로, 상기 전동기의 저항(Rr/s)는 무시해도 되는 값이며, 상전류(I)는 상호 인덕턴스(M)을 통해 흐르게 되어 아래의 수학식 1로 부터 상호 인덕턴스(M)의 값을 얻을 수 있다.

여기서, ω는 3상 교류전원의 각주파수(rad/sec)를 나타낸다.

위의 수학식 1에서 상호 인덕턴스(M)를 구하면 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

즉, 종래 유도전동기의 상호 인덕턴스 측정방법은 전류계(16)와 전압계(17)를 통해 한 상의 전류값과, 그 상과 다른 상의 전압값을 검출하고, 이를 복잡한 연산과정을 통해 상호 인덕턴스를 구하게 된다.

상기와 같은 종래 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법은 전압계와 전류계를 사용함으로써 측정장소에서 바로 상호 인덕턴스의 측정이 용이하지 않고, 그 전압계와 전류계의 오차등급에 따라 상호 인덕턴스의 정밀도에 신뢰성이 저하되는 문제점과 아울러 무부하 상태에서 정격전압을 인가하여 전동기가 포화될 우려가 있어서 측정된 상호 인덕턴스의 값이 실제 운전상태에서의 상호 인덕턴스 값에 비해 크게 낮게 측정되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 전류, 전압계를 사용하지 않으며, 전동기가 포화될 우려가 없는 상태에서 상호 인덕턴스를 측정할 수 있는 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 유도 전동기 제어회로도.

도2는 종래 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정시 회로도.

도3은 도2의 상세 회로도.

도4는 본 발명 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정을 위한 모식도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

30:비례적분 제어기 31:감산기

상기와 같은 목적은 설정된 상호 인덕턴스 값을 이용하여 무효전력 지령치를 연산하는 단계와; 전동기의 무효전력을 검출하여 무효전력 검출치를 획득하는 단계와; 상기 무효전력 지령치와 무효전력 검출치의 차를 구해, 그 차가 0이면 실제 상호 인덕턴스와 설정된 상호 인덕턴스의 값이 동일한 것으로 판단하고, 0이 아니면상기 무효전력 지령치와 무효전력 검출치의 차가 0이 되도록 설정된 상호 인덕턴스의 값을 조절하여, 그 조절된 상호 인덕턴스의 값을 실제 상호 인덕턴스의 값으로 인식하는 단계로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도4는 본 발명 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법의 모식도로서, 이에 도시한 바와 같이 무효전력 지령치(F^*)와 무효전력 검출치(F)의 차를 감산기(31)를 통해 구하고, 그 값을 비례적분 제어기(30)를 통해 보상하여 상기 무효전력 지령치(F^*)와 무효전력 검출치(F)의 차가 0이 되도록 하여 상호 인덕턴스의 값을 측정한다.즉, 감산기(31)가 인가받은 무효전력 지령치(F^*)로부터 무효전력 검출치(F)를 감산하여 그 오차를 비례적분 제어기(30)에 인가하면, 비례적분 제어기(30)는 오차에 일정비례상수를 곱한 값을 획득하고, 다시 그 값을 이전의 출력에 더하여 출력한다.이때의 출력값은 새로운 상호인덕턴스(M)로서 상기 도4에 도시한 무효전력지령치(F^*) 발생블록(부호 생략)에 전달된다.상기의 예로 비례적분제어기(30)가 출력한 이전상태의 상호인덕턴스(M)가 1이고 오차값이 2, 비례상수가 0.5이면 새로운 상호인덕턴스값은 1+(0.5×2)+2가 되며, 그 값은 새로운 상호 인덕턴스(M)값이 되어 무효전력 지령치 발생블록에 인가한다.그 다음, 무효전력 지령치 발생블록은 새로운 상호 인덕턴스(M)값을 무효전력지령치(F^*)의 산출식에 대입하여 변화된 새로운 무효전력 지령치(F^*)를 생성한다.이와 같은 동작을 반복적으로 수행하여 상기 감산기(31)가 무효전력 지령치(F^*)로 부터 무효전력 검출치(F)를 감산한 결과인, 오차가 0이 될때는 그 0이 비례적분제어기(30)에 입력되며, 비례적분제어기(30)는 이전의 출력값을 유지하게 되고, 이 출력값은 실제 상호인덕턴스 값과 일치하는 값이 된다.

이하, 상기와 같은 본 발명 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법을 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 전동기가 무부하 상태에서는 아래의 수학식 3에 기재한 무효전력지령치(F^*)와 수학식 4에 기재한 무효전력검출치(F)가 동일한 값이어야 하며, 만약 두 값이 같지 않은 경우에는 상호 인덕턴스(M)의 값에 차이가 있는 것으로 판단한다.

상기 수학식 3과 수학식 4에서 ω_e는 입력전원주파수, M은 상호 인덕턴스, Lr은 회전자 자기 인덕턴스, υ_ds는 d축 전동기전압, υ_qs는 q축 전동기전압, i_ds는 d축 전동기 입력전류, i_qs는 q축 전동기 입력전류, Ls는 고정자 자기 인덕턴스, σ는 1-(M²/(LsLr)로 표시되는 누설계수, P는 미분연산자, lr은 회전자 누설 인덕턴스이다.

전동기가 무부하 상태일때는 상기 수학식 3과 수학식 4는 항상 일치해야 한다. 따라서 다른 변수에 오차가 없다고 가정하면, 두 식이 일치하지 않는 이유는 무효전력 지령치(F^*)의 연산에 사용된 상호 인덕턴스(M)가 실제 상호 인덕턴스와 일치하지 않는 것으로 판단 할 수 있다.

그 다음, 상기 무효전력 지령치(F^*)에서 상기 무효전력 검출치(F)의 차를 구한다.

그 다음, 상기 무효전력 지령치(F^*)와 무효전력 검출치(F)의 차가 0일 경우에는 설정된 상호 인덕턴스(M)와 검출된 상호 인덕턴스(M)가 동일한 값으로 판단하며, 0이 아닐 경우에는 상기 무효전력 지령치(F^*)와 무효전력 검출치(F)의 차가 0이 되도록 상기 무효전력 지령치(F^*)의 상호 인덕턴스(M)값을 조절하여, 그 조절값을 설정된 상호 인덕턴스의 값에서 가감하여 실제 상호 인덕턴스의 값을 구한다.

상기한 바와 같이 본 발명 유도 전동기의 상호 인덕턴스 측정방법은 설정된 상호 인덕턴스의 값을 이용하는 무효전력 지령치와 검출된 무효전력 검출치를 비교하여, 그 차를 설정된 상호 인덕턴스와 실제 상호 인덕턴스의 차로 인식하여 그 차를 0으로 보정하여, 실제 상호 인덕턴스를 측정함으로써, 오차범위를 갖는 전류계와 전압계를 사용하지 않음으로써, 그 값의 신뢰성을 향상시킴과 아울러 측정장소에서 바로 상호 인덕턴스를 구할 수 있고, 인버터의 출력전압을 조절함이 가능하여 전동기가 포화될 우려가 없어 보다 정확한 상호 인덕턴스를 구할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 설정된 상호 인덕턴스 값을 이용하여 무효전력 지령치를 연산하는 단계와; 전동기의 무효전력을 검출하여 무효전력 검출치를 획득하는 단계와; 상기 무효전력 지령치와 무효전력 검출치의 차를 구해, 그 차가 0이면 실제 상호 인덕턴스와 설정된 상호 인덕턴스의 값이 동일한 것으로 판단하고, 0이 아니면 상기 무효전력 지령치와 무효전력 검출치의 차가 0이 되도록 설정된 상호 인덕턴스의 값을 조절하여, 그 조절된 상호 인덕턴스의 값을 실제 상호 인덕턴스의 값으로 인식하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도전동기의 상호 인덕턴스 측정방법.