KR100421612B1 - 유도 전동기의 벡터 제어 장치 - Google Patents

유도 전동기의 벡터 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 관한 것으로, 유도 전동기를 장시간 운전 시킬 경우, 회전자 저항이 변하여 회전자 시정수가 변동되어 벡터 제어 인버터의 성능이 저하되는 것을 방지하여 벡터 제어 인버터의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 유도 전동기의 기준 속도와 유도 전동기의 검출된 회전 속도가 비교된 회전 속도를 입력 받아 속도를 제어하는 속도 제어부와; 기준 회전자 자속 및 자속 추정기에 의해 추정된 자속이 비교된 자속을 입력 받아 자속을 제어하는 자속 제어부와; 상기 자속 제어부 및 속도 제어부의 출력을 이용하여 슬립 연산부 및 적분기로 회전자의 자속각을 추정하는 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 있어서, 상기 속도 제어부 및 자속 제어부의 출력과 자속분 각속도 및 추정된 회전자 저항을 입력받아 철손이 보상된 출력을 전류 제어부 및 상기 슬립 연산부로 출력하는 철손 보상부와; 상기 철손 보상부의 출력 및 추정된 회전자 시정수를 입력받아 슬립 주파수를 계산하는 상기 슬립 연산부와; 고정 좌표계의 자속분 전류, 고정 좌표계의 토오크분 전류와 고정 좌표계의 기준 자속분 전압과 고정 좌표계의 기준 토오크분 전압 및 상기 유도 전동기의 검출된 회전 속도를 입력받아 소정 연산하여 상기 추정된 회전자 저항을 출력하는 회전자 시정수 추정부를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

유도 전동기의 벡터 제어 장치{APPARATUS FOR VECTOR CONTROL OF INDUCTION MOTOR}
본 발명은 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 관한 것으로, 특히 유도 전동기를 장시간 운전 시킬 경우, 회전자 저항이 변하여 회전자 시정수가 변동되어 벡터 제어 인버터의 성능이 저하되는 것을 방지하여 벡터 제어 인버터의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유도 전동기의 벡터 제어 장치는 유도 전동기의 여러가지 전동기 상수들을 이용하여 출력인 그 유도 전동기 슬립 주파수는 고정자 전류치와 인버터에 입력된 상수들을 생성하게 되는데, 이 경우 회전자의 시정수가 변동하게 되면 그 회전자 자속의 위치를 잘못 추정함으로써 과도 상태 및 정상 상태에서의 제어 성능이 저하된다. 이와 같은 종래 기술을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 유도 전동기 벡터 제어 장치를 보인 블록도로써, 이에 도시된 바와같이 유도 전동기(IM)의 속도를 검출하는 속도 검출부(19)에서 검출된 회전 속도(Wr)와 기준 속도()를 비교하여 그에 따른 오차를 출력하는 제1 비교부(11)와; 상기 제1 비교부(11)에서 출력되는 속도에 의한 오차를 보상하기 위한 기준 토오크 전류()와 실제 토오크 전류()를 비교하여 출력하는 제2 비교부(13)와; 기준 회전자 자속()과 자속 추정부(21)에서 추정된 회전자 자속()를 비교하여그에 따른 오차를 출력하는 제3 비교부(22)와; 상기 제3 비교부(22)의 출력에 대한 오차를 보상하는 기준 자속분 전류()를 출력하는 자속 제어부(23)와; 상기 자속 제어부(23)의 출력과 실제 출력되는 자속분 전류()를 비교하여 출력하는 제4 비교부(25)와; 상기 제2 비교부(13)와 제4 비교부(25)의 출력을 입력받아 제어하여 기준 자속분 전압()과 토오크분 기준 전압()을 출력하는 전류 제어부(14)와; 상기 전류 제어부(14)의 출력을 동기 좌표계에서 정지 좌표계로 변환시켜 출력하는 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)와; 상기 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)의 출력을 3상 전압(Vas, Vbs, Vcs)으로 변환시켜 출력하는 2/3상 전압 변환부(16)와; 상기 3상 전압(Vas, Vbs, Vcs)을 유도 전동기(IM)로 인가하여 회전 시키도록 하는 벡터 제어 인버터부(17)와; 상기 유도 전동기(IM)에서 회전시 검출되는 3상 전류(ias,ibs, ics)를 고정 좌표계의 디축과 큐축으로 변환시켜 전류()를 출력하는 3/2상 전류 변환부(18)와; 상기 3/2상 전류 변환부(18)의 출력을 회전자표계의 자속, 토오크분 전류()()로 변환시켜 출력하는 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)와: 상기 속도 제어부(12)와 자속 제어부(23)의 출력을 회전자 시정수를 이용하여 슬립 주파수를 출력하는 슬립 연산부(24)와; 상기 슬립 연산부(24) 및 속도 검출부(19)의 출력을 덧셈하는 가산부(26)와; 상기 가산부(26)의 출력을 적분하여 출력하는 적분기(27)로 구성된다.
먼저, 유도 전동기(IM)가 회전하게 되면 속도 검출부(19)에서 회전 속도(Wr)를 검출하고, 그 검출한 속도를 출력한다. 외부로 부터 입력되는 기준 속도()가 제1 비교부(11)의 비반전단자로 입력되고, 속도 검출부(19)의 출력인 회전 속도(Wr)가 상기 제1 비교부(11)의 반전단자로 입력되어 두값의 오차를 구하여 속도 제어부(12)로 입력된다.
또한, 외부로 부터 입력되는 기준 회전자 자속()이 제3 비교부(22)에서 비교한 오차를 보상하기 위해, 자속 제어부(23)는 회전자 자속 오차에 따른 기준 자속분 전류()를 제4 비교부(25)의 비반전 단자로 입력한다.
상기 유도 전동기(IM)의 회전시 검출한 3상 전류(ias, ibs, ics)를 3/2상 전류 변환부(18)에서 고정 좌표계 2상 전류()로 변환하여 출력하고, 그 출력은 상기 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)에 입력되어 회전 좌표계의 실제 자속분 전류()와 토오크분 전류()를 출력한다.
이에 따라, 상기 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)에서 출력되는 자속분 전류()는 상기 제4 비교부(25)의 반전 단자로 입력되고, 그 제4 비교부(25)는 상기 자속 제어부(23)에서 출력되는 기준 자속분 전류()와 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)에서 출력되는 실제 자속 전류()와의 오차를 구하여 전류 제어부(14)로 출력한다.
그리고 상기 제2 비교부(13)는 상기 속도 제어부(12)에서 출력되는 기준 토오크분 전류()를 비반전 단자로 입력받고, 상기 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)에서 출력되는 실제 토오크분 전류()를 반전 단자로 입력받아 그 두 값의 오차를구하여 상기 전류 제어부(14)로 출력한다.
그러면, 제2 비교부(13)에서 출력되는 토오크분 전류()와 제4 비교부(25)에서 출력되는 자속분 전류()를 입력받은 상기 전류 제어부(14)는 제어를 통하여 기준 자속분 전압()과 기준 토오크분 전압()을 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)로 출력한다.
이에 따라, 상기 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)는 상기 기준 자속분 전압()과 토오크분 전압()을 입력 받아 상기 2/3상 전압 변환부(16)를 통해 3상 전압(Vas, Vbs, Vcs)으로 변환시켜 벡터 제어 인버터부(17)에 인가하고, 그 벡터 제어 인버터부(17)는 3상 전압(Vas, Vbs, Vcs)을 유도 전동기(IM)에 인가한다.
따라서, 유도 전동기(IM)는 회전하고, 상기 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)와 3/2상 전류 변환부(18)를 통해 실제 회전 좌표계의 디축과 큐축으로 변환한 실제 자속분 전류()와 토오크분 전류()를 생성하고, 생성된 전류중 상기 자속분 전류()는 자속 추정부(21)와 상기 제4 비교부(25)로 각각 출력하고, 토오크분 전류()는 상기 제2 비교부(13)로 출력한다.
그러면 상기 자속 추정부(21)는 상기 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)로부터 입력되는 자속분 전류()에 따른 자속 추정치()를 추정하여 상기 제3 비교부(22)로 전달한다.
또한, 슬립 연산부(24)는 상기 속도 제어부(12)에서 출력되는 상기 기준 토오크분 전류()와 상기 자속 제어부(23)에서 출력되는 상기 기준 자속분 전류()와 유도 전동기 회전자 시정수를 이용하여 슬립 주파수(Wsl)를 계산하여 가산부(26)로 출력한다.
이에 따라, 상기 가산부(26)는 상기 속도 검출부(19)에서 출력되는 속도(Wr)와 슬립 연산부(24)에서 출력되는 슬립 주파수(Wsl)를 더하여 적분기(27)로 출력하고, 그 적분기(27)는 그 가산부(26)에서 출력되는 값에 대하여 적분한 값으로 회전자 자속각(θ)을 상기 동기/정지 전압 좌표 변환부(15) 및 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)로 출력한다.
따라서, 상기 회전자 자속각(θ)을 상기 슬립 연산부(24)를 통해 추정하는 방식이다.
그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 장치는 슬립 연산부(24)에 사용되는 값들은 유도 전동기(IM)를 운전하기 이전에 그 유도 전동기(IM)를 테스트 하여 필요한 상수인 회전자 시정수(회전자 인덕턴스와 회전자 저항의 비)를 운전전에 구한 후 설정하여 준다. 이때 구해진 상기 상수들은 운전 중에 발열등에 의해 변하는 값들이다. 이러한 상기 상수들을 이용한 슬립 연산부의 슬립은 고정자 전류값과 인버터에 입력된 상기 유도 전동기(IM) 상수들에 의해 구해지는데, 이경우 회전자 시정수가 변동하게 되면 회전자 자속각을 잘못 추정함으로써, 과도 상태 및 정상 상태에서의 제어 성능이 저하되는 문제점과 그 유도 전동기(IM)의 철손 성분에 대해 고려하지 않아 정상 상태에서 정부하를 인가하였을때와 역부하를 인가하였을때 출력 토오크가 서로 다르게 출력되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 운전 중에 슬립 연산부에 사용되는 유도 전동기의 회전자 시정수를 추정하는데 있어서, 회전자 자속을 이용한 제어를 하여 정상 상태에서 간접 벡터 제어시 이용하는 회전자 시정수를 지속적으로 추정하여 보상하고, 철손 성분을 고려하여 보상함으로써, 벡터 제어 인버터의 성능을 향상 시키도록 한 유도 전동기 벡터 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 유도 전동기의 벡터 제어 장치의 구성을 보인 블록도.
도 2는 본 발명 유도 전동기의 벡터 제어 장치의 구성을 보인 블록도.
도3은 도2의 철손 보상기의 상세한 구성을 보인 블록도.
도4는 도2의 회전자 시정수 추정부의 상세한 구성을 보인 블록도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
11: 제1 비교부 12: 속도 제어부
13: 제2 비교부 14: 전류 제어부
15: 동기/정지 전압 좌표부 16: 2/3상 전압 변환부
17: 벡터 제어 인버터부 18: 3/2상 전류 변환부
19: 속도 검출부 20: 정지/동기 전류 변환부
21: 자속 추정부 22: 제3 비교부
23: 자속 제어부 24: 슬립 연산부
25: 제4 비교부 26: 가산부
27: 적분기 100: 철손 보상부
101: 회전자 시정수 추정부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유도 전동기의 기준 속도와 유도 전동기의 검출된 회전 속도가 비교된 회전 속도를 입력 받아 속도를 제어하는 속도 제어부와; 기준 회전자 자속 및 자속 추정기에 의해 추정된 자속이 비교된 자속을 입력 받아 자속을 제어하는 자속 제어부와; 상기 자속 제어부 및 속도 제어부의 출력을 이용하여 슬립 연산부 및 적분기로 회전자의 자속각을 추정하는 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 있어서, 상기 속도 제어부 및 자속 제어부의 출력과 자속분 각속도 및 추정된 회전자 저항을 입력받아 철손이 보상된 출력을 전류 제어부 및 상기 슬립 연산부로 출력하는 철손 보상부와; 상기 철손 보상부의 출력 및 추정된 회전자 시정수를 입력받아 슬립 주파수를 계산하는 상기 슬립 연산부와; 고정 좌표계의 자속분 전류, 고정 좌표계의 토오크분 전류와 고정 좌표계의 기준 자속분 전압과 고정 좌표계의 기준 토오크분 전압 및 상기 유도 전동기의 검출된 회전 속도를 입력받아 소정 연산하여 상기 추정된 회전자 저항을 출력하는 회전자 시정수 추정부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 대한 구성을 보인 블록로도로써, 이에 도시된 바와 같이 유도 전동기(IM)의 기준 속도()와 유도 전동기의 검출된 회전 속도()가 비교된 회전 속도를 입력 받아 속도를 제어하는 속도 제어부(12)와; 기준 회전자 자속()과 자속 추정부(21)에 의해 추정된 자속()이 비교된 자속을 입력 받아 자속을 제어하는 자속 제어부(23)와; 상기 자속 제어부(23) 및 속도 제어부(12)의 출력을 이용하여 슬립 연산부(24) 및 적분기(27)로 회전자 자속각(θ)을 추정하는 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 있어서, 상기 속도 제어부(12) 및 자속 제어부(23)의 출력과 자속분 각속도() 및 추정된 회전자 저항()을 입력받아 철손을 보상하여 전류 제어부(14) 및 상기 슬립 연산부(24)로 출력하는 철손 보상부(100)와; 상기 철손 보상부(100)의 출력 및 추정된 회전자 시정수를 입력받아 슬립 주파수()를 계산하는 상기 슬립 연산부(24)와; 고정 좌표계의 자속분 전류(), 고정 좌표계의 토오크분 전류()와 고정 좌표계의 기준 자속분 전압()과 고정 좌표계의 기준 토오크분 전압() 및 상기 유도 전동기의 검출된 회전 속도()를 입력받아 소정 연산하여 상기 추정된 회전자 저항()을 출력하는 회전자 시정수 추정부(101)를 더 포함하여 구성된 것으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
유도 전동기(IM)에 공급되는 전압에 의해 그 유도 전동기(IM)가 회전하게 되고, 속도 검출부(19)는 그 유도 전동기(IM)의 회전 속도(Wr)를 검출하여 제1 비교부(11)의 반전 단자와 가산부(26)의 일측 단자와 회전자 시정수 추정부(101)로 각각 출력된다.
이에 따라, 상기 제1 비교부(11)는 비반전 단자의 외부로 부터 입력되는 기준 속도()와 반전 단자로 입력되는 회전속도(Wr)의 오차를 구하여 속도 제어부(12)로 제공한다. 따라서, 상기 속도 제어부(12)는 상기 제1 비교부(11)에서 출력되는 속도에 대한 오차를 보상하기 위하여 그 속도 제어부(12)로 출력하여 철손 보상부(100)에 입력한다.
이때 외부로 부터 입력되는 기준 회전자 자속()이 제3 비교부(22)의 비반전 단자로 입력되고, 반전 단자로 자속 추정치()를 받아 두 값의 오차를 구하여 자속 제어부(23)로 출력한다. 그 자속 제어부(23)에서 생성된 값은 상기 철손 보상부(100)에 입력된다.
상기 철손 보상부(100)는 기준 토오크분 전류()와 기준 자속분 전류()를 생성하고, 그 기준 토오크분 전류()는 슬립 연산부(24)와 제2 비교부(13)의 비반전 단자로 입력되고 그 기준 자속분 전류()는 그 슬립 연산부(24)와 제4 비교부(25)의 비반전 단자로 입력된다.
도3은 도2의 철손 보상기의 상세한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 상기 속도 제어부(12)의 출력은 제1 일정 비례부(100a)에 입력되어 일정 비례 관계로 출력하고, 그 제1 일정 비례부(100a)의 출력과 상기 자속 제어부(23)의 출력은 제1 곱셈부(100d)에 입력되어 곱셈 연산후 제2 곱셈부(100e)와 제2 일정 비례부(100b)로 출력된다.
이때, 제3 일정 비례부(100c)는 자속분 각속도()를 입력받아 일정 비례 관계로 상기 제2 곱셈부(100e) 및 제3 곱셈부(100f)로 출력함에 따라 그 제3 일정비례부(100c)의 출력과 상기 자속 제어부(23)의 출력을 입력 받은 상기 제3 곱셈부(100f)는 상기 제2 일정 비례부(100b)의 출력과 함께 제2 가산부(100g)에 입력되어 소정 연산후 기준 토오크분 전류()를 출력하고, 상기 제2 곱셈부(100e)의 출력은 감산부(100h)에 입력되어 상기 자속 제어부(23)의 출력값과의 차를 계산하여 기준 자속분 전류()로 출력한다.
한편, 상기 유도 전동기(IM)가 회전하면 3/2상 전류 변환부(28)는 그 유도 전동기(IM)에서 3상 전류(ias, ibs, ics)를 검출하여 고정좌표계의 디축과 큐축으로 변환한 자속분 전류()와 토오크분 전류()를 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)로 출력한다. 상기 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)는 입력된 고정 좌표계의 자속분 전류()와 토오크분 전류()를 회전 좌표계의 자속분 전류()와 토오크분 전류()로 변환하여 출력한다.
이때, 상기 회전 좌표계의 자속분 전류()는 자속 추정부(21)와 제4 비교부(25)의 반전단자와 회전자 시정수 추정부(101)의 일측 단자로 각각 출력하고, 그 회전 좌표계의 토오크분 전류()는 상기 제2 비교부(13)의 반전 단자와 상기 회전자 시정수 추정부(101)의 일측 단자로 각각 출력한다.
그러면 상기 제2 비교부(13)는 비반전 단자로 입력되는 속도 제어부(12)의 기준 토오크분 전류()와 반전 단자로 입력되는 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)의 실제 토오크분 전류()의 차를 구하여 전류 제어부(14)로 출력하고, 상기 제4 비교부(25)는 비반전 단자로 입력되는 자속 제어부(23)의 기준 자속분 전류()와 반전 단자로 입력되는 실제 자속분 전류()의 오차를 구하여 상기 전류 제어부(14)로 출력한다.
따라서, 상기 전류 제어부(14)는 회전 좌표계의 기준 토오크분 전압()과 기준 자속분 전압()을 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)를 통해 고정 좌표계의 기준 토오크분 전압()과 기준 자속분 전압()으로 출력한다.
상기 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)에서 출력되는 상기 고정 좌표계의 기준 토오크분 전압()과 기준 자속분 전압()은 2/3상 전압 변환부(16)와 상기 회전자 시정수 추정부(101)로 출력된다.
이에 따라, 상기 고정 좌표계의 기준 토오크분 전압()과 기준 자속분 전압()을 입력받은 상기 2/3상 전압 변환부(16)는 상변환을 통해 3상 전압(Vas, Vbs, Vcs)으로 변환시켜 벡터 제어 인버터부(17)로 출력한다.
따라서, 상기 벡터 제어 인버터부(17)는 3상 전압(Vas, Vbs, Vcs)을 유도 전동기(IM)로 인가함으로써, 그 유도 전동기(IM)는 회전하고 이때 3/2상 전류 변환부(18)는 3상 전류(ias, ibs, ics)를 검출한 후 고정 좌표계의 디축과 큐축으로 변환한 자속분 전류()와 토오크분 전류()를 생성하여 정지/동기 전류 좌표 변환부(20) 및 상기 회전자 시정수 추정부(101)로 입력된다.
상기 3/2상 전류 변환부(18)로 입력 받은 상기 자속분 전류()와 토오크분 전류()는 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)에 의해 회전 좌표계의 자속분 전류()와 토오크분 전류()를 출력하고, 상기 회전 좌표계의 자속분 전류()는 상기 자속 추정부(21)와 제4 비교부(25)의 반전 단자로 각각 출력하고, 그 토오크분 전류()는 제2 비교부(13)의 반전 단자로 출력한다.
그러면 상기 회전자 시정수 추정부(101)는 상기 3/2상 전류 변환부(18)로 부터 입력되는 상기 고정 좌표계의 자속분 전류()와 토오크분 전류()와 상기 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)로 부터 입력되는 고정 좌표계의 기준 자속분 전압()과 기준 토오크분 전압() 및 속도 검출부(19)에서 입력되는 회전 속도(Wr)를 이용하여 회전자 저항(Rr)을 계산하여 슬립 연산부(24)로 출력한다.
이에 따라, 상기 슬립 연산부(24)는 상기 회전자 시정수 추정부(101)로부터 입력되는 상기 회전자 저항(Rr)과 철손 보상부(100)로 입력되는 기준 디축 여자 전류()와 기준 큐축 여자 전류()를 이용하여 슬립 주파수()를 계산하여 가산부(26)의 일측 단자로 출력한다.
여기서, 상기 가산부(26)는 슬립 연산부(24)로부터 입력되는 상기 슬립 주파수()와 속도 검출부(19)로부터 입력되는 상기 회전 속도(Wr)을 더하여 상기 적분기(27)로 출력하고, 또한 상기 철손 보상부(100)로 출력한다.
상기 적분기(27)는 상기 가산부(26)에서 출력되는 값에 대해 적분하여 회전자 자속각(θ)을 상기 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)와 상기 정지/동기 전류 변환부(20)로 출력한다.
따라서, 상기 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)와 상기 정지/동기 전류 좌표 변환부(20)는 상기 적분기(27)로부터 입력되는 상기 회전자 자속각(θ)에 따라 좌표 변환을 제어한다.
도4는 도2의 회전자 시정수 추정부의 상세한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 3/2상 전류 변환부(18)로부터 출력되는 고정 좌표계의 자속분 전류()와 토오크분 전류() 및 동기/정지 전압 좌표 변환부(15)로부터 출력되는 고정 좌표계의 기준 자속분 전압()과 기준 토오크분 전압()이 디축 기준 자속 계산부(101a)와 큐축 기준 자속 계산부(101b)로 각각 입력된다.
상기 디축 기준 자속 계산부(101a)는 고정 좌표계의 자속 전류()와 기준자속분 전압()을 이용하여 고정 좌표계의 디축 회전자 기준 자속()을 출력하고, 큐축 기준 자속 계산부(101b)는 상기 고정 좌표계의 토오크분 전류()와 기준 토오크분 전압()을 이용하여 고정 좌표계의 큐축 회전자 기준 자속()을 출력한다.
즉, 유도 전동기의 회전자 자속을 고정좌표계의 전압과 전류 및 유도 전동기 파라메터로 표현하면 아래와 같은 수학식을 사용한다.
여기서: 고정 좌표계의 디축 회전자 자속: 회전자 인덕턴스
: 고정 좌표계의 큐축 회전자 자속: 자기 인덕턴스
: 고정 좌표계의 디축 고정자 전압: 2차측 저항값
: 고정 좌표계의 큐축 고정자 전압: 2차측 누설 인덕턴스
: 고정 좌표계의 자속분 전류: 고정 좌표계의 토오크분 전류
또한, 상기 3/2상 전류 변환부(18)에서 출력되는 고정 좌표계의 자속분 전류(), 토오크분 전류()와 속도 검출부(19)에서 출력한 상기 회전 속도(Wr) 및 추정한 회전자 시정수 추정치()가 디축 추정 자속 계산부(101c)와 큐축 추정 자속 계산부(101d)로 각각 입력된다.
상기 디축 추정 자속 계산부(101c)는 상기 고정 좌표계의 자속분 전류()와 상기 속도 검출부(19)에서 출력한 회전 속도(Wr)와 회전자 시정수 추정치()를 이용하여 고정 좌표계의 디축 회전자 추정 자속()을 출력하고, 큐축 추정 자속 계산부(101d)는 고정 좌표계의 토오크분 전류()와 속도 검출부(19)에서 출력한 회전 속도(Wr)와 회전자 시정수 추정치()를 이용하여 고정 좌표계의 큐축 회전자 추정 자속()을 출력한다.
즉, 상기 유도 전동기(IM)의 회전자 자속을 고정 좌표계의 전류와 회전 속도 및 유도 전동기 회전자 시정수로 표현하면 아래의 수학식을 사용한다.
여기서,: 고정 좌표계의 디축 회전자 자속: 자기 인덕턴스
: 고정 좌표계의 큐축 회전자 자속: 회전자 시정수
: 유도 전동기의 회전 속도:고정 좌표계의 자속분 전류
:고정 좌표계의 토오크분 전류
상기 수학식1, 2를 근거로 하여 회전자 자속 성분을 추정하기 위해 두개의 상호 독립적인 상기 디축,큐축 기준 자속 계산부(101a)(101b)와 디축, 큐축 추정자속 계산부(101c)(101d)로 구성되어 있다.
즉 상기 수학식1에는 회전자 시정수()가 포함되어 있지 않기 때문에 상기 디축, 큐축 기준 자속 계산부(101a)(101b)로 부터 기준값을 얻고, 상기 수학식2에는 그 회전자 시정수()가 포함되어 있기 때문에 변화하는 고정 좌표계의 디축, 큐축 회전자 자속을 얻게된다.
이에 의해, 상기 큐축 기준 자속 계산부(101b)의 출력인 고정 좌표계의 큐축 회전자 기준 자속()과 디축 추정자속 계산부(101c)의 출력인 고정 좌표계의 디축 회전자 추정 자속()이 제1 곱셈부(101e)에 입력 되고, 그 제1 곱셈부의 출력이 제5 비교부(101g)의 비반전 단자로 입력 된다.
또한, 상기 디축 기준 자속 계산부(101a)에서의 출력인 고정 좌표계의 디축 회전자 기준 자속()과 상기 큐축 추정 자속 계산부(101d)에서의 출력인 고정 좌표계의 큐축 회전자 추정 자속()이 제2 곱셈부(101f)에 입력 되고, 그 제2 곱셈부(101f)의 출력이 상기 제5 비교부(101g)의 반전 단자로 입력 된다.
이때, 상기 제1, 제2 곱셈부(101e)(101f)의 오차는 상기 디축, 큐축의 회전자 기준 자속()()과 고정 좌표계의 디축, 큐축 회전자 추정 자속()()의 위상각 차이를 나타내며, 상기 회전자 시정수 제어부(101h)는 그 위상각의 차이만큼 보상해 주는 미소 회전자 시정수 변동분()을 출력한다.
상기 회전자 시정수 제어부의 출력인 상기 미소 회전자 시정수 변동분()과 회전자 시정수 초기치()를 입력으로 하는 연산부(101i)에서 최종적으로 회전자 시정수 추정치()를 출력하고 제4 일정 비례부(101j)를 통해 회전자 저항 추정치()를 출력하여 상기 슬립 연산부(24)에 입력된다.
여기서, 상기 연산부(101i)의 출력인 상기 회전자 시정수 추정치()는 상기 디축 추정자속 계산부(101c)와 큐축 추정자속 계산부(101d)로 궤환 되어 고정 좌표계의 디축 회전자 추정자속()과 큐축 회전자 추정자속()을 계산한다.
따라서, 상기 회전자 시정수 추정부(101)에 의해 회전자 자속을 이용한 제어를 함으로써, 상기 유도 전동기의 정상 상태에서 간접 벡터 제어시 이용하는 회전자 시정수를 지속적으로 추정하여 보상하고, 철손 성분을 고려하여 보상함으로써 벡터 제어 인버터의 성능을 향상 시킨다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 유도 전동기의 회전자 시정수를 추정하여 그 회전자 시정수의 변동분을 보상하고, 그 유도 전동기의 장시간 운전시 변동하는 회전자 시정수를 정확히 추정하여 보상함으로써, 벡터 제어 장치의 정상 상태 및 과도 상태의 제어 성능을 향상시킨다.
또한 철손 성분을 보상하여 동일한 값의 정부하를 인가했을때와 역부하를 인가했을때 출력 토크가 같아지게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 유도 전동기의 기준 속도와 검출된 회전 속도가 비교된 회전 속도를 입력 받아 속도를 제어하는 속도 제어부와; 기준 회전자 자속 및 자속 추정기에 의해 추정된 자속이 비교된 자속을 입력 받아 자속을 제어하는 자속 제어부와; 상기 자속 제어부 및 속도 제어부의 출력을 이용하여 슬립 연산부 및 적분기로 회전자의 자속각을 추정하는 유도 전동기의 벡터 제어 장치에 있어서, 상기 속도 제어부의 출력을 제1 일정 비례부를 통해 입력받아 상기 자속 제어부의 출력과 곱셈 연산하는 제1 곱셈부와, 자속분각속도를 제3일정 비례부를 통해 입력받아 상기 제1 곱셈부의 출력과 곱셈 연산하는 제2 곱셈부와, 상기 자속 제어부의 출력 및 상기 제3 일정 비례부의 출력을 곱셈 연산하는 제3 곱셈부와, 상기 제1 곱셈부의 출력을 제2 일정 비례부를 통해 입력받아 상기 제3 곱셈부의 출력과 가산하여 기준 토오크분 전류로 출력하는 가산부와, 상기 제2 곱셈부 및 자속 제어부의 출력을 감산하여 기준자속분 전류로 출력하는 감산부로 구성된 철손 보상부와; 상기 철손 보상부의 출력 및 추정된 회전자 시정수를 입력받아 슬립 주파수를 계산하는 상기 슬립 연산부와; 고정 좌표계의 자속분 전류, 고정 좌표계의 토오크분 전류와 고정 좌표계의 기준 자속분 전압과 고정 좌표계의 기준 토오크분 전압 및 상기 유도 전동기의 검출된 회전 속도를 입력받아 디축 및 큐축의 회전자 기준 자속과 추정자속을 구하고 그로부터 위상 각 차이를 구해 상기 추정된 회전자 저항을 구하는 회전자 시정수 추정부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 벡터 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 회전자 시정수 추정부는 상기 고정 좌표계의 토오크분 전류와 기준 토오크분 전압을 입력 받아 고정 좌표계의 큐축 회전자 기준 자속을 출력하는 큐축 기준 자속 계산부와; 상기 고정 좌표계의 자속분 전류, 회전 속도 및 추정한 회전자 시정수 추정치를 입력받아 디축 회전자 추정 자속을 출력하는 디축 추정 자속 계산부와; 상기 큐축 기준 자속 및 디축 회전자 추정 자속을 입력받아 곱셈하여 출력하는 제1 곱셈부와; 상기 고정 좌표계의 자속분 전류와 기준 자속분 전압을 이용하여 고정 좌표계의 디축 회전자 기준 자속을 출력하는 디축 기준 자속 계산부와; 고정 좌표계의 토오크분 전류와 회전 속도와 회전자 시정수 추정치를 이용하여 고정 좌표계의 큐축 회전자 추정 자속을 출력하는 큐축 회전자 추정 자속 계산부와; 상기 고정 좌표계의 디축 회전자 기준 자속 및 큐축 회전자 자속을 입력받아 곱셈하여 출력하는 제2 곱셈부와; 상기 제1, 제2 곱셈부의 출력을 비교하는 비교부와; 상기 비교부의 출력값의 회전자 시정수를 제어하여 시정수 변동분을 출력하는 회전자 시정수 제어부와; 상기 시정수 변동분과 회전자 시정수 초기치를 소정연산하여 회전자 시정수 추정치를 출력하는 연산부와; 상기 회전자 시정수 추정치를 일정 비례관계로 회전자 저항 추정치로 출력하는 일정 비례부로 구성된 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 벡터 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 디축 회전자 기준 자속 계산부와 큐축 회전자 기준 자속 계산부는 아래와 같은 수학식에 의해 디축, 큐축 기준 자속을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 벡터 제어 장치.
    (수학식 1)
    여기서: 고정 좌표계의 디축 회전자 자속: 회전자 인덕턴스
    : 고정 좌표계의 큐축 회전자 자속: 자기 인덕턴스
    : 고정 좌표계의 디축 고정자 전압: 2차측 저항값
    : 고정 좌표계의 큐축 고정자 전압: 2차측 누설 인덕턴스
    : 고정 좌표계의 자속분 전류: 고정 좌표계의 토오크분 전류
  5. 제3 항에 있어서, 상기 디축 회전자 추정자속 계산부와 큐축 회전자 추정 자속 계산부는 아래와 같은 수학식에 의해 디축, 큐축 회전자 기준 자속을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 벡터 제어 장치.
    (수학식 2)
    여기서,: 고정 좌표계의 디축 회전자 자속: 자기 인덕턴스
    : 고정 좌표계의 큐축 회전자 자속: 회전자 시정수
    : 유도 전동기의 회전 속도:고정 좌표계의 자속분 전류
    :고정 좌표계의 토오크분 전류
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