KR100393793B1 - 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치 - Google Patents

비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 관한 것으로, 모터의 상전압만으로 세탁기를 제동하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 사용자의 모터속도 지령과 현재 모터속도를 비교하는 비교기와, 그 비교기의 비교신호에 따라 모터속도를 제어하는 속도제어기와, 그 속도제어기의 속도제어에 의해 전압지령을 발생하는 전압지령발생기와, 그 전압지령발생기의 전압지령에 의해 직류전압을 3상 교류전압으로 가변하여 모터에 인가하는 인버터부를 구비한 비엘디씨 직류모터에 있어서, 상기 모터에 인가되는 각상의 전류와 전압을 입력받아 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호 및 현재 모터속도신호를 연산한후 이를 감속판단부의 제어신호에 의해 출력하는 속도위치연산부와; 상기 속도/위치연산부에서 출력되는 현재 모터속도로 그 모터의 감속상태를 판단하여 그에 따른 제어신호를 출력하는 감속판단부와; 상기 모터에 인가되는 각상의 전압을 입력받아 가산하는 가산기와; 상기 가산기에서 출력되는 가산신호의 제로전압을 검출한후, 그 제로전압의 주기를 소정 상수배하여 그에 따른 위치신호를 상기 감속판단부의 제어신호에 의해 출력하는 제로크로싱검출부와; 상기 감속판단부의 제어신호에 의해, 상기 가산기에서 출력되는 가산신호의 피크전압을 역기전력 상수로 제산한 값을 속도신호로 출력하는 속도연산부와; 상기 감속판단부의 제어신호에 의해 스위칭되어, 상기 제로크로싱검출부 또는 속도/위치연산부의 위치신호를 상기 전압지령발생기에 인가하는 제1 스위치와; 상기 감속판단부의 제어신호에 의해 스위칭되어, 상기 속도연산부 또는 속도/위치연산부의 속도신호를 상기 비교기에 인가하는 제2 스위치로 구성한다.

Description

비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치{SENSORLESS CONTROL APPARATUS FOR BLDC MOTOR}
본 발명은 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 관한 것으로, 특히 모터의 상전압만으로 세탁기를 제동하도록 한 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비엘디씨 모터를 사용한 세탁기에서 센서리스 제어를 수행하기 위하여 직류링크의 전류를 검출하여 모터의 상전류 정보를 추출하고, 별도로 모터의 상전압을 검출하여 동작시킨다.
만약, 세탁기를 감속시키려면 큰 관성부하를 정지시키기 위해 모터의 상저항을 이용하게 되고, 이로 인해 인버터의 출력이 차단되어 연속적인 센서리스 운전을 수행하지 못하는데, 이와같은 종래 기술을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 일반적인 3상 교류모터의 구동 인버터를 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 정류된 상용교류전원을 평활하는 평활용 커패시터(C1,C2)와, 상기 평활용커패시터(C1,C2)의 직류전압을 마이크로컴퓨터의 제어신호에 의해 3상 교류전압으로 가변하는 인버터부와, 상기 인버터부의 3상 교류전압에 의해 구동되는 모터와; 상기 모터의 회전자축과 직결된 센서를 통해, 상기 모터의 회전자위치를 검출하여 그에 따라 상기 인버터부의 구동을 제어하는 마이크로컴퓨터로 구성된다.
도2는 일반적인 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 사용자가 원하는 모터속도와 현재 모터속도신호를 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하는 비교기(1)와; 상기 비교기(1)의 비교신호에 따른 속도제어신호를 출력하는 속도제어기(2)와; 상기 속도제어기(2)의 속도제어신호와 모터 회전자위치신호를 입력받아 그에 따른 전압지령을 발생하는 전압지령발생기(3)와; 상기 전압지령발생기(3)의 전압지령에 의해 직류링크전압을 3상 교류전압으로 가변하는 인버터부(4)와; 상기 인버터부(4)의 출력단에서 각상의 전압을 검출함과 아울러 상기 직류링크전압(Vdc)을 직류링크저항(Rdc)을 통해 검출하는 전류/전압검출기(6)와; 상기 전류/전압검출기(6)에서 출력되는 전류/전압검출신호를 입력받아 이를 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호를 출력함과 아울러 현재 모터 속도신호를 출력하는 속도/위치연산부(7)로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 비교기(1)는 사용자가 원하는 모터속도와 현재 모터속도신호를 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하고, 속도제어기(2)는 상기 비교기(1)의 비교신호를 입력받아 그에 따른 속도제어신호를 출력하는데, 즉 현재 모터속도가 사용자가 원하는 모터속도보다 작으면 모터속도를 증가시키는 속도제어신호를 출력하고, 현재 모터속도가 사용자가 원하는 모터속도보다 크면 모터속도를 감소시키는 속도제어신호를 출력한다.
이후, 전압지령발생기(3)는 상기 속도제어기(2)의 속도제어신호와 후술할 속도/위치연산부(7)의 모터 회전자 위치신호를 입력받아 그에 따른 전압지령을 인버터부(4)의 각 스위칭소자에 인가하고, 이에 따라 상기 인버터부(4)는 상기 전압지령에 의해 직류링크전압(Vdc)을 3상 교류전압으로 가변하여 출력한다.
그러면, 모터(5)는 상기 인버터부(4)에서 발생하는 3상 교류전압에 의해 구동된다.
한편, 전류/전압검출기(6)는 상기 인버터부(4)의 출력단에서 각상의 전압을 검출함과 아울러 상기 직류링크 전류를 직류링크 저항을 통해 검출하는데, 즉 도3과 같이 직류링크단에 직렬로 접속된 저항을 통해, 도4와 같은 시점에 직류링크 전류를 검출한다.
이때, 속도/위치연산부(7)는 상기 전류/전압검출기(6)로부터 전압과 전류를 입력받아 이를 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호 및 현재 모터속도를 각기 상기 전압지령발생기(3)와 비교기(1)로 출력한다.
여기서, 상기 속도/위치연산부(7)는 아래의 수학식을 이용하여 모터의 속도 또는 위치를 계산한다.
여기서,:저항:모터 회전자 위치
:인덕턴스:모터속도
:상전압:상전류
:역기전력상수
이후, 상술한 동작을 반복 수행하여 모터(5)의 구동을 제어한다.
여기서, 세탁기의 경우, 관성부하가 크므로 모터의 역토크는 이 관성부하 보다 커야 제동이 가능한데, 특히 고속으로 회전하고 있는 세탁조를 정지시키기 위해서 직류링크단의 전압을 제한하기 위해 모터의 상저항을 통해 회생에너지를 소모시킨다.
즉, 상기와 같이 동작하는 종래 장치는, 세탁기에 적용될 경우에 고속으로 동작하고 있는 모터를 정지시키기 위해 모터의 상저항을 통해 회생에너지를 소모시켜 직류링크 전압을 제한 하는데, 도5와 같이 상기 모터의 상저항을 이용하여 회생에너지를 소모시키면 그 상저항의 출력이 차단되어 상전류를 검출할 수 없으므로 모터의 속도 및 위치를 검출하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 상기 모터의 상저항을 이용한 센서리스로 동작할 경우에 역기전력이 직류링크로 전달되어 직류링크전압이 상승하기 때문에, 이를 제한하여 제동하면 제동력이 저하되며, 모터의 상저항으로 역기전력을 소모시키면 직류링크저항을 통한 모터의 상전류를 검출하지 못하기 때문에 센서리스 제어를 수행하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 감속시 직류링크 전압의 상승없이 모터의 역기전압으로 감속을 수행하여 세탁기를 제동하도록 한 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 일반적인 비엘디씨 모터의 구동회로를 보인 개략도.
도2는 일반적인 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.
도3은 도2에 있어서, 직류링크저항을 이용하여 상전류를 검출하는 모습을 보인 회로도.
도4는 도2에 있어서, 인버터부에 인가되는 스위칭신호의 파형도.
도5는 도2에 있어서, 각상의 상전류 검출시 스위칭소자에 인가되는 스위칭신호의 진리값을 보인도.
도6은 본 발명 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.
*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****
1:비교기 2:속도제어기
3:전압지령발생기 4:인버터부
5:모터 6:전류/전압검출기
7:속도/위치연산부 10:감속판단부
20:제로크로싱검출부 30:가산기
40:피크검출부 50:속도연산부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사용자의 모터속도 지령과 현재 모터속도를 비교하는 비교기와, 그 비교기의 비교신호에 따라 모터속도를 제어하는 속도제어기와, 그 속도제어기의 속도제어에 의해 전압지령을 발생하는 전압지령발생기와, 그 전압지령발생기의 전압지령에 의해 직류전압을 3상 교류전압으로 가변하여 모터에 인가하는 인버터부를 구비한 비엘디씨 직류모터에 있어서, 상기 모터에 인가되는 각상의 전류와 전압을 입력받아 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호 및 현재 모터속도신호를 연산한후 이를 감속판단부의 제어신호에 의해 출력하는 속도위치연산부와; 상기 속도/위치연산부에서 출력되는 현재 모터속도로 그 모터의 감속상태를 판단하여 그에 따른 제어신호를 출력하는 감속판단부와; 상기 모터에 인가되는 각상의 전압을 입력받아 가산하는 가산기와; 상기 가산기에서 출력되는 가산신호의 제로전압을 검출한후, 그 제로전압의 주기를 소정 상수배하여 그에 따른 위치신호를 상기 감속판단부의 제어신호에 의해 출력하는 제로크로싱검출부와; 상기 감속판단부의 제어신호에 의해, 상기 가산기에서 출력되는 가산신호의 피크전압을 역기전력 상수로 제산한 값을 속도신호로 출력하는 속도연산부와; 상기 감속판단부의 제어신호에 의해 스위칭되어, 상기 제로크로싱검출부 또는 속도/위치연산부의 위치신호를 상기 전압지령발생기에 인가하는 제1 스위치와; 상기 감속판단부의 제어신호에 의해 스위칭되어, 상기 속도연산부 또는 속도/위치연산부의 속도신호를 상기 비교기에 인가하는 제2 스위치로 구성한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도6은 본 발명 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 대한 구성을 보인 블록로도서, 이에 도시한 바와같이 모터속도와 속도위치연산부(7) 또는 속도연산부(50)로부터 현재 모터속도신호를 입력받아 이를 사용자가 원하는 모터속도와 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하는 비교기(1)와; 상기 비교기(1)의 비교신호에 따른 속도제어신호를 출력하는 속도제어기(2)와; 상기 속도제어기(2)의 속도제어신호와 제로크로싱검출부(20) 또는 속도/위치연산부(7)로부터 모터 회전자위치신호를 입력받아 그에 따른 전압지령을 발생하는 전압지령발생기(3)와; 상기 전압지령발생기 (3)의 전압지령에 의해 직류링크전압을 3상 교류전압으로 가변하는 인버터부(4)와; 상기 인버터부(4)의 출력단에서 각상의 전압을 검출함과 아울러 상기 직류링크전압 (Vdc)을 직류링크 저항(Rdc)을 통해 검출하는 전류/전압검출기(6)와; 상기 전류/전압검출기(6)에서 출력되는 전류/전압검출신호를 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호 및 현재 모터속도신호를 연산한후, 감속판단부(10)의 제어신호에 의해 모터 회전자 위치신호를 상기 전압지령발생기(3)로 출력함과 아울러 현재 모터 속도신호를 비교기(1)로 출력하는 속도/위치연산부(7)와; 상기 속도/위치연산부(7)로부터 모터속도를 입력받아 그 모터의 감속상태를 판단하여 그에 따른 제어신호를 출력하는 감속판단부(10)와; 상기 전류/전압검출기(6)에서 출력되는 각상의 전압을 입력받아 가산하는 가산기(30)와; 상기 가산기(30)에서 출력되는 가산신호의 제로전압을 검출한후, 그 제로전압의 주기를 소정 상수배하여 그에 따른 위치신호를 상기 감속판단부(10)의 제어신호에 의해 상기 전압지령발생기(3)로 출력하는 제로크로싱검출부(20)와; 상기 가산기(30)에서 출력되는 가산신호를 입력받아 피크전압을 검출하는 피크검출부(40)와; 상기 피크검출부(40)에서 출력되는 피크전압을 소정연산하여 그에 따른 속도신호를 상기 감속판단부(10)의 제어신호에 의해 상기 비교기(1)로 출력하는 속도연산부(50)로 구성하며, 이와같이 구성한 본 발명의 동작을 설명한다.
먼저, 모터 구동시, 비교기(1)는 모터속도와 속도위치연산부(7)로부터 현재 모터속도신호를 입력받아 이를 사용자가 원하는 모터속도와 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하고, 속도제어기(2)는 상기 비교기(1)의 비교신호에 따른 속도제어신호를 전압지령발생기(3)에 인가한다.
이에 따라, 상기 전압지령발생기(3)는 상기 속도제어기(2)의 속도제어신호와 속도/위치연산부(7)로부터 모터 회전자위치신호를 입력받아 그에 따른 전압지령을 발생하고, 인버터부(4)는 상기 전압지령발생기(3)의 전압지령에 의해 직류링크전압을 3상 교류전압으로 가변하여 모터(5)를 구동한다.
이때, 전류/전압검출기(6)는 상기 인버터부(4)의 출력단에서 각상의 전압을 검출함과 아울러 상기 직류링크전압 (Vdc)을 직류링크 저항(Rdc)을 통해 검출하여 이를 속도/위치연산부(7)에 인가한다.
그러면, 상기 속도/위치연산부(7)는 상기 전류/전압검출기(6)에서 출력되는 전류/전압검출신호를 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호 및 현재 모터속도신호를 연산한후, 현재 모터속도신호는 상기 비교기에 인가하고 모터회전자 위치신호는 상기 전압지령발생기(3)에 인가한다.
이후, 상술한 동작을 반복수행하여 모터의 구동을 제어한다.
이때, 모터의 제동모드로 들어서면, 감속판단부(10)는 속도/위치연산부(7)의현재 모터속도를 입력받아 그 현재 모터속도가 감속초기 시점이면, 제로크로싱검출부(20)에서 출력되는 위치신호를 전압지령발생기(3)에 인가하도록 제어하고, 만약, 현재 모터속도가 제동이 가능한 저속 영역에 들어오면 상기 속도/위치연산부(7)에서 출력되는 위치신호를 전압지령발생기(3)에 인가하도록 제어한다.
동시에, 상기 감속판단부(10)는 속도/위치연산부(7)의 현재 모터속도를 입력받아 그 현재 모터속도가 감속초기 시점이면, 속도연산부(50)에서 출력되는 속도신호를 비교기(1)에 인가하도록 제어하고, 현재 모터속도가 제동이 가능한 저속영역에 들어오면 속도/위치연산부(7)에서 출력되는 속도신호를 비교기(1)에 인가하도록 제어한다.
여기서, 상기 제로크로싱검출부(20)는 상기 전류/전압검출기(6)에서 출력되는 각상의 전압을 가산기(30)에서 가산하여 입력받아 그 가산신호의 제로전압을 검출한후, 그 제로전압의 주기를 3배하여 그에 따른 위치신호를 스위치(SW1)를 통해 전압지령발생기(3)에 인가한다.
이때, 상기 제로크로싱검출부(20)는 'a'상의 역기전력과 'b'상과 'c'상에서 생성된 베타축상의 역기전력을 아래의 수학식에 의해 응용하여 위치신호를 검출할 수도 있다.
여기서, 역기전력(α)=역기전압(a),
역기전력(β)=1/sqrt(3)*[역기전압(b)-역기전압(c)]
그리고, 상기 속도연산부(50)는 상기 가산신호의 피크전압을 피크검출부(40)에서 검출하여 입력받아 그 피크전압을 역기전력 상수로 제산하여 그에 따른 속도신호를 스위치(SW2)를 통해 비교기(1)에 인가한다.
즉, 모터의 제동시, 제동초기에는 제로크로싱검출부(20)의 위치신호와 속도연산부(50)의 모터속도신호를 이용하여 모터의 구동을 제어하다가, 모터의 속도가 제동이 가능한 저속영역에 들어서면 속도/위치연산부(7)의 위치신호 및 속도신호를 이용하여 모터를 정지시킨다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 감속시 직류링크 전압의 상승없이 제동력을 확보할 수 있고, 또한 모터의 각 상에 걸리는 역기전압으로 감속을 수행하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 사용자의 모터속도 지령과 현재 모터속도를 비교하는 비교기와, 그 비교기의 비교신호에 따라 모터속도를 제어하는 속도제어기와, 그 속도제어기의 속도제어에 의해 전압지령을 발생하는 전압지령발생기와, 그 전압지령발생기의 전압지령에 의해 직류전압을 3상 교류전압으로 가변하여 모터에 인가하는 인버터부를 구비한 비엘디씨 직류모터에 있어서,
    상기 모터에 인가되는 각상의 전류와 전압을 입력받아 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호 및 현재 모터속도신호를 연산한후 이를 감속판단부의 제어신호에 의해 출력하는 속도위치연산부와;
    상기 속도/위치연산부에서 출력되는 현재 모터속도로 그 모터의 감속상태를 판단하여 그에 따른 제어신호를 출력하는 감속판단부와;
    상기 모터에 인가되는 각상의 전압을 입력받아 가산하는 가산기와;
    상기 가산기에서 출력되는 가산신호의 제로전압을 검출한후, 그 제로전압의 주기를 소정 상수배하여 그에 따른 위치신호를 상기 감속판단부의 제어신호에 의해 출력하는 제로크로싱검출부와,
    상기 감속판단부의 제어신호에 의해, 상기 가산기에서 출력되는 가산신호의 피크전압을 역기전력 상수로 제산한 값을 속도신호로 출력하는 속도연산부와;
    상기 감속판단부의 제어신호에 의해 스위칭되어, 상기 제로크로싱검출부 또는 속도/위치연산부의 위치신호를 상기 전압지령발생기에 인가하는 제1 스위치와;
    상기 감속판단부의 제어신호에 의해 스위칭되어, 상기 속도연산부 또는 속도/위치연산부의 속도신호를 상기 비교기에 인가하는 제2 스위치로 구성한 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 가산기에서 출력되는 가산신호를 입력받아 그 가산신호의 피크전압을 검출하는 피크검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 감속판단부는 현재 모터속도가 감속초기 시점이면, 제로크로싱검출부에서 출력되는 위치신호를 전압지령발생기에 인가하도록 제어하고, 현재 모터속도가 제동이 가능한 저속 영역에 들어오면 속도/위치연산부에서 출력되는 위치신호를 전압지령발생기에 인가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치.
  6. 제1 항에 있어서, 감속판단부는 현재 모터속도가 감속초기 시점이면, 속도연산부에서 출력되는 속도신호를 비교기에 인가하도록 제어하고, 현재 모터속도가 제동이 가능한 저속영역에 들어오면 속도/위치연산부에서 출력되는 속도신호를 비교기에 인가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치.
  7. 제1 항에 있어서, 제로크로싱검출부는 제로전압의 주기를 3배 승산한 값을 위치신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치.
  8. 제1 항에 있어서, 제로크로싱검출부는 'a'상의 역기전력과 'b'상과 'c'상에서 생성된 베타축상의 역기전력을 아래의 수학식에 의해 응용하여 위치신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치.
    [수학식]
    여기서, 역기전력(α)=역기전압(a),
    역기전력(β)=1/sqrt(3)*[역기전압(b)-역기전압(c)]
  9. 삭제
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