KR100371370B1

KR100371370B1 - 벡터 제어장치

Info

Publication number: KR100371370B1
Application number: KR10-2000-0047837A
Authority: KR
Inventors: 나승호
Original assignee: 엘지산전 주식회사
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2003-02-06
Also published as: JP2002136197A; US20020021105A1; DE10140033A1; KR20020014507A; US6528966B2; CN1339870A; CN1197235C

Abstract

본 발명은 벡터 제어장치에 관한 것으로, 특히 센서리스 벡터 제어와 플럭스 벡터 제어가 가능하도록 한 벡터 제어장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 속도 지령 주파수를 발생시키기 위한 속도 지령부와; 상기 속도 지령부로부터의 속도 지령 주파수를 소정의 전압 대 주파수비율에 따라 전압으로 변환한 값에, 자속성분 전류 지령치 와 자속성분 측정 전류치 간의 차이를 비례 적분하여 얻은 전압 값과, 토오크 성분 측정 전류 값에 고정자 저항 값을 곱하여 얻은 전압 값을 가산하여, 토오크 성분 전압 지령치를 제공하는 토오크 성분 전압 지령부와; 자속성분 측정 전류 치에 고정자 저항 값을 곱하여 얻은 전압 값으로부터, 토오크 성분 측정 전류 치에 고정자의 누설 인덕턴스와 상기 속도 지령 주파수를 곱하여 얻은 전압값을 감산하여, 자속 성분 전압 지령치를 제공하는 자속 성분 전압 지령부와; 상기 토오크 성분 전압 지령부로부터의 토오크 성분 전압 지령치와, 상기 자속 성분 전압 지령부로부터의 자속 성분 전압 지령치를 3상의 전압 지령치로 변환하여 전동기에 제공하기 위한 전압 변환부로 구성한다.

Description

벡터 제어장치{VECTOR CONTROL APPARATUS}

본 발명은 부하에 따라 속도가 변동하는 것을 방지하기 위한 벡터 제어장치에 관한 것으로, 특히 센서리스 벡터 제어 및 플럭스 벡터 제어에 적합하도록 한 벡터 제어장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 V/F 방식에 의한 속도 제어장치에 대한 블록 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 지령주파수(F)가 입력되면 전동기에 인가되는 전기 각속도(We)로 변환시켜 출력하는 각속도 발생부(11)와, 상기 지령주파수(F)를 입력 받으면 V/F의 비율에 맞게 전압(V)을 생성하여 출력하는 전압 생성부(12)와, 상기 각속도 발생부(11)에서 출력되는 전기 각속도(We)와 전압 생성부(12)에서 출력되는 전압(V)을 이용하여 전동기(IM)에 필요한 3상전류를 공급하는 인버터(13)로 구성된다.

도 3은 종래의 벡터 제어장치에 대한 블록 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 속도지령치(wr*)와 실제 검출된 속도(wr)간의 오차를 받아 토오크 성분전류 지령치(iqes*)를 생성하는 제1비례 적분제어기(22)와, 전류 지령치(iqes*)(ides*)와 실제 전류(iqes)(ides)간의 오차를 받아 전동기가 속도 지령으로 운전되도록 하는 전압(vqse)(vdse)을 생성하여 출력하는 제2,제3비례 적분제어기(25)(26)와, 상기 전압(vqse)(vdse)을 받아 3상전압으로 바꾸어 전동기를 구동하는 인버터(28)로 공급하는 정지좌표 변환기(27)와, 전동기에 공급되는 3상전류를 받아 d축과 q축의 전류(idse)(qdes)로 바꾸어 출력하는 동기좌표 변환기(29)와, 상기 전류지령치(iqes*)(ides*)를 받아 슬립주파수를 발생시키는 슬립주파수 발생부(30)와, 상기 슬립주파수와 모터의 실제속도(wr)를 이용하여 각속도를 구하여 상기 변환기(27)(29)의 동작을 제어하는 연산제어신호 발생부(31)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

산업 현장에서는 속도 검출장치가 필요없고, 제어가 단순한 VVVF(가변전압, 가변 주파수) 방식의 범용 인버터가 널리 사용되고 있다. 상기 범용 인버터는 단순히 유도전동기의 플럭스(flux)를 일정하게 유지하기 위하여 인버터의 출력전압과 출력 주파수의 비율을 일정하게 제어하고, 전동기 속도는 출력 주파수를 가변시켜 제어하는데, 이에 대하여 도 1에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

전동기 속도(rpm)는 지령주파수 F에 의해 결정된다. 즉, rpm = 120 * F/P

P : 전동기 극수, F : 지령주파수

이렇게 결정된 지령주파수(f)를 공급하게 되면 각속도 발생부(11)에서 입력받아 전동기(IM)에 인가되는 전기 각속도(We)로 변환시켜 인버터(13)로 공급한다. 여기서 We = 2πF

이때 인버터(13)에 인가되는 전압은 전동기의 플럭스를 일정하게 유지시키기 위하여 전압 발생부(12)는 V(전압)/F(주파수)의 비율이 일정하게 되도록 지령 주파수에 해당되는 전압(V)을 생성하여 상기 인버터(13)로 공급한다.

그러면 상기 인버터(13)는 전기 각속도(We)와 전압(V)을 이용하여 전동기(IM)에 필요한 3상전압을 생성하여 전동기로 공급한다.

이에따라 상기 전동기(IM)는 부하와 도 2에 도시한 전동기의 슬립-토오크 곡선의 교점에서 운전하게 되며, 그에 해당하는 전류가 흐르게 된다.

결국, 전동기로 전압/주파수(V/F)의 비율을 일정하게 제공하여 플럭스를 일정하게 유지하게 되면 전동기 제어가 가능하게 된다.

그리고, 센서리스 벡터 제어는 속도센서 사용으로 인한 취부의 어려움, 노이즈 문제, 센서가격 및 인버터와 전동기 사이의 거리가 먼 경우 등에 의하여 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 센서리스 알고리즘의 필요성이 크게 대두되고 있다.

이와같은 센서리스 벡터 제어 장치에 대하여 도 3에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

제1연산기(21)에서 속도지령(wr*)과 실제로 검출된 속도(wr)간의 오차를 구하여 제1비례적분 제어기(22)로 제공하면, 상기 제1비례적분 제어기(22)는 토오크 성분의 전류지령치(iqse*)를 만들어 제2연산기(23)의 비반전단자(+)로 제공하고, 제3연산기(24)의 비반전단자(+)로는 자화성분의 전류지령치(idse*)가 제공한다. 여기서 자화성분의 전류지령치(idse*)는 전동기 정격에 의하여 만들어진다.

이때 실제 전동기로 입력되는 전류(ias,ibs,ics)를 동기좌표계 변환기(29)에서 받아 3상을 2상으로 상 변환을 시켜 자화성분(d축성분)의 전류(idse)와 토오크성분(q축성분) 전류(iqse)로 분리하여 상기 제2연산기(23)와 제3연산기(24)의 반전단자(-)로 공급한다.

그러면 상기 제2,제3연산기(23)(24)는 전류지령치(iqse*)(idse*)와 실제전류(iqse)(idse)간의 오차를 구하여 제2,제3비례적분 제어기(25)(26)로 제공하고, 상기 제2,제3비례적분 제어기(25)(26)는 d축과 q축의 전압(vqse)(vdse)을 각각 생성하여 정지좌표계 변환기(27)로 전달한다.

이때 슬립주파수 발생부(30)는 전류지령치(iqse*)(idse*)를 이용하여 슬립주파수(wslip)를 구하여 연산제어신호 발생부(31)의 비반전단자(+)로 제공한다. 그리고 전동기(IM)의 속도를 감지하는 속도 센서(32)는 감지한 전동기 속도(wr)를 상기 연산제어신호 발생부(31)의 또 다른 비반전단자(+)로 제공한다.

그러면 상기 연산제어신호 발생부(31)는 슬립주파수(wslip)와 전동기 속도(wr)를 구하여 전동기 운전 동기각속도(we)를 계산하고, 이 계산된 동기각속도(we)를 이용하여 2상전압을 3상 전압으로 변환시키거나 3상 전압을 2상 전압으로 변환시키는 연산제어신호를 생성하여 상기 정지좌표계 변환기(27)와 동기좌표계 변환기(29)로 각각 제공한다.

이에따라 상기 정지좌표계 변환기(27)는 2상의 전압(vqse)(vdse)을 3상의 전압(va,vb,vc)으로 변환시켜 인버터(28)를 구동시킨다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 V/F방식으로 전동기의 속도 제어시 주파수를 제공하게 되는데, 이때 제공된 값은 동기속도(We)에 해당되므로 실제 전동기 속도는 Wr = We(1-slip)와 같이 주어지기 때문에 부하에 따라 변화되는 슬립주파수(slip)에 의해 변화되는 문제점이 있고, 플럭스(flux)를 일정하게 하기 위하여 전압/주파수의 비를 일정하게 유지하여 제어하게 되는데 전압방정식에 포함된 스테이터 저항(Rs)을 무시하는 경우 저속에서는 플럭스가 적게 공급되어 전동기가 원하는 출력 토오크를 발생시키지 못하는 문제점이 있다.

그리고, 벡터 제어방식으로 전동기의 속도 제어시 속도 전영역에서 사용하기 힘든 문제점이 있고, 저속 알고리즘으로 구동할 경우 기본파 전압에 고주파 전압 또는 전류를 추가하여 전동기 자속의 절대위치를 찾아내는 방법으로 저속에서는 유효하나 고속에서는 사용이 불가능하고, 반대로 고속 알고리즘의 경우 고속에서는 유효하나 저속에서는 알고리즘 자체의 구현이 매우 어려워 사용이 힘든 문제점이 있다. 아울러 전류 제어를 기본으로 한 벡터 제어방식이므로 토오크 속도 곡선상의 불안정 영역에서 운전됨으로 속도 추정이 잘못되면 시스템이 불안정해지는 문제점이 있다.

상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 V/F방식의 문제점인 부하에 따른 속도 변동을 방지하고, 저속에서 플럭스 감소에 따른 토오크 감소를 방지하여 기동 토오크 저감을 해결하도록 한 벡터 제어장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 센서리스 알고리즘이 속도영역에 따라 적용이 힘든 문제점을 해결하여 전속도 영역에서 센서리스 벡터제어가 되도록 한 벡터 제어장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 방식이 속도 토오크 곡선상의 불안정 영역에서 동작하는 문제점을 해결하여 어떠한 상황에서도 시스템이 안정 영역에서 운전되도록 하기 위한 벡터 제어장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 V/F 방식에 의한 속도 제어장치에 대한 블록 구성도.

도 2는 도 1에서, 부하와 전동기의 슬립-토오크 곡선 파형도.

도 3은 종래 벡터 제어장치에 대한 블록 구성도.

도 4는 본 발명의 벡터 제어장치에 대한 제1실시예.

도 5는 본 발명에서 동기속도를 공급하는 속도제어기의 상세도.

도 6은 도 4에서, 부하 변동에 따른 속도 파형도.

도 7은 본 발명의 벡터 제어장치에 대한 제2실시예.

도 8은 본 발명에 따른 속도, 플럭스 전류 및 부하에 대한 파형도.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****

100 : 토오크 성분 전압 지령부 200 : 자속성분 전압 지령부

202 : 로우패스필터 300 : 전압 변환부

상기 본 발명의 목적은 속도 지령 주파수를 발생시키기 위한 속도 지령부와; 상기 속도 지령부로부터의 속도 지령 주파수를 소정의 전압 대 주파수비율에 따라 전압으로 변환한 값에, 자속성분 전류 지령치 와 자속성분 측정 전류치 간의 차이를 비례 적분하여 얻은 전압 값과, 토오크 성분 측정 전류 값에 고정자 저항 값을 곱하여 얻은 전압 값을 가산하여, 토오크 성분 전압 지령치를 제공하는 토오크 성분 전압 지령부와; 자속성분 측정 전류 치에 고정자 저항 값을 곱하여 얻은 전압 값으로부터, 토오크 성분 측정 전류 치에 고정자의 누설 인덕턴스와 상기 속도 지령 주파수를 곱하여 얻은 전압값을 감산하여, 자속 성분 전압 지령치를 제공하는 자속 성분 전압 지령부와; 상기 토오크 성분 전압 지령부로부터의 토오크 성분 전압 지령치와, 상기 자속 성분 전압 지령부로부터의 자속 성분 전압 지령치를 3상의 전압 지령치로 변환하여 전동기에 제공하기 위한 전압 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 벡터 제어장치를 제공함으로써 달성된다.본 발명에 따른 벡터 제어장치에 있어서, 상기 토오크 성분 전압 지령부는 속도 지령 주파수를 소정의 전압 대 주파수비율에 따라 전압으로 변환하여 제공하는 주파수/전압 변환부와; 자속성분 전류 지령 치로부터 자속 성분 측정 전류치를 감산하여 차이값을 제공하는 감산기와; 상기 감산기로부터의 차이값을 비례적분하여 전압값으로 제공하는 비례적분기와; 토오크 성분 측정 전류 치에 고정자 저항 값을 곱하여 얻은 전압 값에, 상기 주파수/전압 변환부로부터의 전압값과, 상기 비례적분기로부터의 전압 값을 가산하여 토오크 성분 전압 지령치를 제공하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 벡터 제어장치에 있어서, 상기 자속 성분 전압 지령부는 속도 지령 주파수에 고정자의 누설 인덕턴스를 곱한 값에 토오크 성분 전류 측정치를 곱하여 얻은 전압값을 제공하는 전압 연산부와; 자속 성분 측정전류에 고정자 저항값을 곱하여 전압값으로 제공하는 곱셈기와; 상기 곱셈기로부터의 전압값으로부터 상기 전압 연산부로부터의 전압값을 감산하여 얻은 자속성분 전압지령치를 제공하기 위한 감산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 벡터 제어장치에 있어서, 상기 자속 성분 전압 지령부는 토오크 성분 전류 측정치로부터 고주파 노이즈를 제거하여 상기 전압 연산부에 제공하기 위한 로우 패스 필터를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 벡터 제어장치에 있어서, 상기 자속 성분 전압 지령부는 자속 성분 전류 측정치로부터 고주파 노이즈를 제거하여 상기 곱셈기에 제공하기 위한 로우 패스 필터를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 벡터 제어장치에 있어서, 상기 자속 성분 전압 지령부는 토오크 성분 전류 측정치에 고정자 저항값을 곱하여 얻은 전압 값을 상기 가산기에 제공하기 위한 곱셈기를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 벡터 제어장치에 있어서, 상기 속도 지령부는 지령 속도로부터 연산속도를 감산하여 그 차이속도를 제공하는 감산기와, 상기 감산기로부터의 차이속도를 비례 적분하여 슬립속도를 제공하기 위한 비례적분기와, 상기 비례적분기로부터의 슬립속도에 상기 지령속도를 가산하여 상기 속도 지령 주파수를 제공하는 가산기를 포함하 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 벡터 제어장치에 대한 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이, 동기좌상의 속도 지령 주파수(We)를 소정의 전압 대 주파수비율(V/F)에 따라 전압으로 변환한 값에, 자속성분 전류 지령치(ids*) 와 자속성분 측정 전류치(ids) 간의 차이를 비례 적분하여 얻은 전압 값과, 토오크 성분 측정 전류 값(iqs)에 고정자 저항 값(Rs)을 곱하여 얻은 전압 값을 가산하여, 토오크 성분 전압 지령치(Vqs)를 제공하는 토오크 성분 전압 지령부(100)와; 자속성분 측정 전류 치(ids)에 고정자 저항 값(Rs)을 곱하여 얻은 전압 값으로부터, 토오크 성분 측정 전류 치(iqs)에 고정자(스테이터)의 누설 인덕턴스(Lsδ)와 상기 속도 지령 주파수(We)를 곱하여 얻은 전압값을 감산하여, 자속 성분 전압 지령치(Vds)를 제공하는 자속 성분 전압 지령부(200)와; 상기 토오크 성분 전압 지령부(100)로부터의 토오크 성분 전압 지령치(Vqs) 와, 상기 자속 성분 전압 지령부(200)로부터의 자속 성분 전압 지령치(Vds)를 3상의 전압 지령치(Vas, Vbs, Vcs)로 변환하여 전동기에 제공하기 위한 전압 변환부(300)로 구성한다.상기에서 상기 토오크 성분 전압 지령부(100)는 속도 지령 주파수(We)를 소정의 전압 대 주파수비율(V/F)에 따라 전압으로 변환하여 제공하는 주파수/전압 변환부(111)와; 자속성분 전류 지령 치(ids*)로부터 자속 성분 측정 전류치(ids)를 감산하여 차이값을 제공하는 감산기(113)와; 상기 감산기(113)로부터의 차이값을 비례적분하여 전압값으로 제공하는 비례적분기(114)와; 토오크 성분 측정 전류 치(iqs)에 고정자 저항 값(Rs)을 곱하여 얻은 전압 값에, 상기 주파수/전압 변환부(111)로부터의 전압값과, 상기 비례적분기(114)로부터의 전압 값을 가산하여 토오크 성분 전압 지령치(Vqs) 를 제공하는 가산기(112)로 구성한다.상기에서, 상기 자속 성분 전압 지령부(200)는 속도 지령 주파수(We)에 고정자의 누설 인덕턴스(Lsδ)를 곱한 값에 토오크 성분 전류 측정치(iqs)를 곱하여 얻은 전압값을 제공하는 전압 연산부(223)와; 자속 성분 전류 측정치(ids)에 고정자 저항 값(Rs)을 곱하여 전압값으로 제공하는 곱셈기(203)와; 상기 곱셈기(203)로부터의 전압값으로부터 상기 전압 연산부(223)로부터의 전압값을 감산하여 얻은 자속성분 전압지령치(Vds)를 제공하기 위한 감산기(224)로 구성한다.측정되는 자속 성분 전류값(엄밀히는 신호)(ids)와 토오크 성분 전류값(엄밀히는 신호)(iqs)에 포함될 수 있는 고주파 노이즈를 제거하기 위해서, 상기 자속 성분 전압 지령부(200)는 토오크 성분 전류 측정치(iqs)로부터 고주파 노이즈를 제거하여 상기 전압 연산부(223) 및/또는 곱셈기(222)에 제공하기 위한 로우 패스 필터(221)와; 자속 성분 전류 측정치(ids)로부터 고주파 노이즈를 제거하여 상기 곱셈기(203)에 제공하기 위한 로우 패스 필터(202)를 추가적으로 구비 한다.또한, 상기 자속 성분 전압 지령부(200)는 토오크 성분 전류 측정치(iqs)에 고정자 저항 값(Rs)을 곱하여 얻은 전압 값을 상기 가산기(112)에 제공하기 위한 곱셈기(222)를 추가적으로 구비할 수 있다.

한편, 본 발명에 따라 상기 속도 지령 주파수(We)를 얻기 위한 수단의 구성과 동작을 도 5을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 5에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 지령부는 지령 속도(Wr*)로부터 연산 속도(Wr)를 감산하여 그 차이속도를 제공하는 감산기와, 상기 감산기로부터의 차이속도를 비례 적분하여 슬립속도를 제공하기 위한 비례적분기(PI)와, 상기 비례적분기(PI)로부터의 슬립속도(Wsl)에 상기 지령속도(Wr*)를 가산하여 상기 속도 지령 주파수를 제공하는 가산기로 구성된다. 이와 같이 구성되어, 속도 지령 주파수 (Wr*)로부터 연산된 속도 주파수(Wr)를 감산기에 의해 감산한 후, 감산결과인 차이값을 비례적분기(PI)를 통해 비례적분하여 슬립속도(일명 슬립 주파수, Wsl)를 구한다. 이후, 이렇게 구한 슬립 주파수 ( Wsl)에 속도 지령 주파수 (Wr*)를 가산하여 최종적으로 속도 지령 주파수 (We)를 얻는다. 따라서, 부하에 따라 속도가 변동, 즉 지령속도와 연산 속도에 차이가 발생하더라도, 이 차이속도를 비례적분하여 지령속도에 보상해 줌으로서종래 기술의 문제점인 부하에 따른 속도 변동문제를 해소할 수 있다.

도 4의 일시예와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

V/F방식의 문제점인 부하에 따른 속도 변동을 방지하기 위하여 도 5에 도시한 속도 제어기로 속도지령치(Wr*)로 공급하게 되면, 상기 속도 제어기의 연산기에서 속도지령치와 실제전압의 차이를 구하여 비례적분 제어기(PI)로 공급한다. 그러면 상기 비례적분 제어기(PI)는 비례적분 동작을 수행하여 전동기의 슬립주파수(Wsl)를 구하여 다시 연산기로 제공한다.

종래 기술의 문제점인 부하에 따른 속도 변동을 방지하기 위하여, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 구한 속도 지령 주파수(We)는 토오크 성분 전압 지령부 (100)에 제공된다.

상기에서와 같이 속도 변동을 보상한 속도 지령 주파수(We)가 토오크 성분 전압 지령부 (100)에 제공되면, 토오크 성분 전압 지령부 (100)의 주파수/전압 변환부(111)가 소정의 일정한 전압/주파수(V/F)의 비율에 따라서 주파수를 전압으로 변환하여 가산기(112)로 출력한다.

이때 감산기(113)는 자속성분 전류 지령치(일명, d축 전류 지령치)(ids*)와 자속성분 전류 측정치(일명, d축 실제 전류치)(ids)간의 차이를 구하여 비례적분기(114)로 제공하면, 비례적분기(114)는 상기 전류 차이에 비례하는 전압을 생성하여 상기 가산기(112)에 제공한다.

상기 토오크 성분 전압 지령부 (100)가 상기에서와 같이 동작할 때, 자속 성분 전압 지령부 (200)의 로우패스필터(221)는 전동기에 흐르는 토오크 성분 측정 전류치(토오크 성분측정 전류신호)(iqs)를 받아 고주파 노이즈를 제거한 후, 곱셈기(222)에 전달한다.

그러면 상기 곱셈기(222)는 상기 로우패스필터(221)를 통과한 전류치(iqs)에 고정자 저항(Rs)를 곱하여 상기 토오크 성분 전압 지령부 (100)의 가산기(112)로 공급한다.

따라서, 가산기(112)는 주파수/전압 변환부(111)의 출력전압, 비례적분기(114)의 출력전압, 그리고 곱셈기(222)를 톨해 출력되는 전압을 모두 가산하여 토오크 성분 전압 지령치(Vqs)를 생성하여 전압변환부(300)로 공급한다.

이렇게 토오크 성분 전압 지령치(Vqs)이 생성되어 상기 전압변환부(300)로 입력될 때, 상기 로우패스필터(221)를 통해 고주파 노이즈 성분이 제거된 토오크 성분 측정전류신호의 전류치(iqs)는 전압 연산부(223)에서 속도 지령 주파수(We) 및 고정자 누설 인덕턴스(Lsδ)에 곱해져서 전압으로 변환되어 감산기(224)로 출력된다.

이때, 로우패스필터(202)는 자속성분 측정전류치(ids)를 받아 고주파 노이즈 성분을 제거하여 곱셈기(203)에 제공하며, 곱셈기(203)는 고주파 노이즈 성분이 제거된 자속성분 측정전류치(ids)에 고정자 저항치(Rs)를 곱하여 전압으로 변환하여, 감산기(224)에 제공한다. 그러면, 감산기(224)는 곱셈기(203)가 제공한 전압치로부터 전압 연산부(223)가 제공한 전압치를 감산하여 최종적으로 자속성분 전압 지령치(Vds)를 생성하여, 2상 전압을 3상 전압으로 변환하는 전압변환기(300)에 공급한다.

전압변환기(300)는 2상의 전압 지령치(Vds, Vqs)를 3상의 전압 지령치(Va, Vb, Vc)로 변환하여 전동기에 공급한다.

토오크 성분 전압 지령부(100)에서 생성되는 토오크 성분 전압 지령치(Vqs)와 자속 성분 전압 지령부(200)에서 생성되는 자속 성분 전압 지령치(Vds)의 전압방정식은 아래의 수학식 1과 같이 주어진다.

Vqs = Rs * iqs + we *Ls * ids

Vds = Rs * ids - we *δLs * iqs

δLs(고정자 누설 인덕턴스) = Ls - Lm/Lr ≒ Lls + Llr

ids : d축전류(플럭스 전류), iqs : 토오크 전류, Ls : 고정자 리액턴스

상기 수학식1을 q축전압방정식은 아래의 수학식2와 같이 표현할 수 있다.

Vqs = Rs * iqs + E

E = we *Ls * ids 로, 전동기 역기전력 성분이다.

따라서 역기전력 성분 E를 제어하면 플럭스를 일정하게 유지할 수 있고, d축전압과 q축전압을 이용하여 지령함으로서 벡터 제어가 된다.

이와 같은 경우 센서리스 벡터제어가 가능하게 되므로, 제품화가 힘든 센서리스 벡터 인버터의 제품화가 가능하고, 파라미터 의존성이 적고 시스템이 항상 안정된 영역에서 운전되므로 산업현장에 쉽게 적용이 가능하다.

도 6에 도시한 바와 같이 플럭스가 일정하게 유지됨을 알 수 있다.

그리고, 플럭스 벡터제어 알고리즘으로 동작시킬 경우 도 7에 도시한 바와 같이 토오크 성분 전압 지령부(100)의 비례적분제어기(114)와 가산기(112) 사이에 곱셈기(115)가 삽입되고, 동기속도(we)에 따라 소정의 전압을 공급하는 전압 발생부(116)가 추가된다.

상기 곱셈기(115)는 상기 제1비례적분 제어기(114)에서 출력되는 전압과 전압 발생부(116)에서 출력되는 전압을 곱하여 가산기(112)로 제공한다.

그러면 상기 가산기(112)는 앞에서 설명한 바와 같이 각각의 전압을 더하여 q축전압(Vqs)을 생성하여 전압 변환부(300)로 공급한다.

따라서 속도 제어분야 및 기동 토오크가 크게 요구되는 분야에 적용이 가능하며, 인버터가 대용량화 됨으로서 발생되는 가,감속시의 토오크 헌팅 등의 문제를 해결하여 모든 산업현장에 사용되는 범용 인버터의 적용이 가능하다.

도 8에서와 같이 부하에 따른 속도 변동이 없고, 플럭스가 일정함을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 센서리스 벡터 인버터의 제품화가 가능하도록 하고, 인버터가 대용량화 됨에 따라 발생되는 가,감속시의 토오크 헌팅을 해결하여 모든 산업현장에서 사용되는 범용 인버터의 적용이 가능하다.

Claims

속도 지령 주파수를 발생시키기 위한 속도 지령부와; 상기 속도 지령부로부터의 속도 지령 주파수를 소정의 전압 대 주파수비율에 따라 전압으로 변환한 값에, 자속성분 전류 지령치와 자속성분 측정 전류치 간의 차이를 비례 적분하여 얻은 전압 값과, 토오크 성분 측정 전류 값에 고정자 저항 값을 곱하여 얻은 전압 값을 가산하여, 토오크 성분 전압 지령치를 제공하는 토오크 성분 전압 지령부와; 자속성분 측정 전류 치에 고정자 저항 값을 곱하여 얻은 전압 값으로부터, 토오크 성분 측정 전류 치에 고정자의 누설 인덕턴스와 상기 속도 지령 주파수를 곱하여 얻은 전압값을 감산하여, 자속 성분 전압 지령치를 제공하는 자속 성분 전압 지령부와; 상기 토오크 성분 전압 지령부로부터의 토오크 성분 전압 지령치와, 상기 자속 성분 전압 지령부로부터의 자속 성분 전압 지령치를 3상의 전압 지령치로 변환하여 전동기에 제공하기 위한 전압 변환부를 포함한 것을 특징으로 하는 벡터 제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 토오크 성분 전압 지령부는 속도 지령 주파수를 소정의 전압 대 주파수비율에 따라 전압으로 변환하여 제공하는 주파수/전압 변환부와; 자속성분 전류 지령 치로부터 자속 성분 측정 전류치를 감산하여 차이값을 제공하는 감산기와; 상기 감산기로부터의 차이값을 비례적분하여 전압값으로 제공하는 비례적분기와; 토오크 성분 측정 전류 치에 고정자 저항 값을 곱하여 얻는 전압 값에, 상기 주파수/전압 변환부로부터의 전압값과, 상기 비례적분기로부터의 전압 값을 가산하여 토오크 성분 전압 지령치를 제공하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 제어장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 자속 성분 전압 지령부는 속도 지령 주파수에 고정자의 누설 인덕턴스를 곱한 값에 토오크 성분 전류 측정치를 곱하여 얻은 전압값을 제공하는 전압 연산부와; 자속 성분 측정전류에 고정자 저항값을 곱하여 전압값으로 제공하는 곱셈기와; 상기 곱셈기로부터의 전압값으로부터 상기 전압 연산부로부터의 전압값을 감산하여 얻은 자속성분 전압지령치를 제공하기 위한 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 제어장치.
제 5 항에 있어서, 상기 자속 성분 전압 지령부는 토오크 성분 전류 측정치로부터 고주파 노이즈를 제거하여 상기 전압 연산부에 제공하기 위한 로우 패스 필터를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 제어 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 자속 성분 전압 지령부는 자속 성분 전류 측정치로부터 고주파 노이즈를 제거하여 상기 곱셈기에 제공하기 위한 로우 패스 필터를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 제어 장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 자속 성분 전압 지령부는 토오크 성분 전류 측정치에 고정자 저항값을 곱하여 얻은 전압 값을 상기 가산기에 제공하기 위한 곱셈기를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 속도 지령부는 지령 속도로부터 연산 속도를 감산하여 그 차이속도를 제공하는 감산기와; 상기 감산기로부터의 차이속도를 비례 적분하여 슬립속도를 제공하기 위한 비례적분기와; 상기 비례적분기로부터의 슬립속도에 상기 지령속도를 가산하여 상기 속도 지령 주파수를 제공하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 제어 장치.