KR100434135B1 - Speed search method for inverter system, capable of smoothly operating motor when power is re-supplied after instantaneous power interruption - Google Patents

Speed search method for inverter system, capable of smoothly operating motor when power is re-supplied after instantaneous power interruption Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A speed search method is provided to prevent a motor stall and allow a motor to operate smoothly when an inverter re-starts. CONSTITUTION: A speed search method comprises a first step of adjusting a target frequency in consideration of power factor, power outage time, inertia of motor, and load, performing a voltage/frequency operation, and judging whether the present current value is larger than the current value measured before power outage; a second step of maintaining an operating frequency constant if the present current value is smaller, increasing output voltage to a normal voltage/frequency, and judging whether the output voltage is same as the voltage/frequency; a third step of judging whether the present current value is larger than the current value measured before power outage, in accordance with the result of judgement of the second step; a fourth step of decreasing the operating frequency and output voltage if the present current value is judged as smaller in the third step, and repeating the third step; a fifth step of maintaining the operating frequency constant if the present current value is judged as larger in the third step, increasing output voltage, and judging whether the size of the output voltage is half of the voltage/frequency; and a sixth step of repeating the fifth step until the output voltage becomes half of the voltage/frequency if the output voltage is not half of the voltage/frequency, and performing a normal voltage/frequency operation if the output voltage is half of the voltage/frequency.

Description

인버터 시스템의 속도 추종 방법Speed tracking method of inverter system

본 발명은 인버터 시스템의 속도 추종 방법에 관한 것으로, 특히 인버터의 재시동 시 모터가 원활하게 운전되도록 새로운 속도 추종(Speed Search) 방식을 이용한 인버터 시스템의 속도 추종 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a speed tracking method of an inverter system, and more particularly, to a speed tracking method of an inverter system using a new speed search method so that a motor operates smoothly when the inverter is restarted.

인버터를 사용하여 모터를 구동하는 시스템에서 인버터의 주전원이 순시 정전(인버터의 제어 전원을 온시킨 상태) 된 후 복전될 경우 정전 발생 전의 모터 회전수로 가능한 한 원활하고 빠르게 복귀시킬 필요가 있다.In the system that drives the motor using the inverter, when the main power of the inverter is restored after the instantaneous power failure (the control power of the inverter is turned on), it is necessary to smoothly and quickly return to the motor speed before the power failure occurs.

도1은 종래 속도 추종 인버터 구동 회로의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 3상 교류전원(11)과; 이 3상 교류전원(11)을 정류하는 정류기(12)와; 상기 정류기(12)의 출력 전압을 평활하는 커패시터(13)와; 상기 커패시터(13)의 직류 전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 가변 주파수, 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터(14)와; 상기 인버터(14)에 인가되는 입력 전원을 검출하는 전압 검출부(17)와; 상기 인버터(14)를 제어하는 인버터 제어부(18)와; 상기 전압 검출부(17) 및 인버터 제어부(18)에 구동 전압을 제공하는 스위칭 모드 파워 서플라이(16)와; 상기 인버터(14)의 제어에 따라 구동되는 모터(15)와; 상기 모터(15)에 출력되는 전류를 검출하는 전류 검출부(19)로 구성된다.1 is a block diagram showing the structure of a conventional speed tracking inverter driving circuit, and as shown therein, a three-phase AC power source 11; A rectifier 12 for rectifying the three-phase AC power source 11; A capacitor 13 for smoothing the output voltage of the rectifier 12; An inverter 14 for converting the DC voltage of the capacitor 13 into a variable frequency and a variable voltage through pulse width modulation (PWM); A voltage detector (17) for detecting input power applied to the inverter (14); An inverter control unit (18) for controlling the inverter (14); A switching mode power supply (16) for providing a driving voltage to the voltage detector (17) and the inverter controller (18); A motor 15 driven under the control of the inverter 14; It consists of a current detector 19 for detecting the current output to the motor 15.

이와 같이 구성된 종래 장치의 동작과정을 설명한다.An operation process of the conventional apparatus configured as described above will be described.

도2는 종래 속도 추종 시 입력 전원과 출력 전압 및 출력 주파수 관계를 도시한 파형도로서, 이에 도시된 바와 같이 3상 교류전원(11)은 정류기(12)에 의하여 직류로 변환되고, 커패시터(13)에 충전되어 직류 링크 전압을 형성하며, 스위칭 모드 파워 서플라이(16)는 상기 직류 링크 전압을 이용하여 인버터 제어부(18)와, 전압 검출부(17)에 필요한 전원을 공급한다.FIG. 2 is a waveform diagram illustrating a relationship between input power, output voltage, and output frequency when the speed is tracked. As shown in FIG. 2, the three-phase AC power source 11 is converted into direct current by the rectifier 12, and the capacitor 13 ) To form a direct current link voltage, and the switching mode power supply 16 supplies power required for the inverter control unit 18 and the voltage detection unit 17 using the direct current link voltage.

상기 3상 교류전원(11)이 순시 정전되면 상기 직류 링크 전압은 작아지고, 상기 전압 검출부(17)에서는 저전압 신호를 상기 인버터 제어부(18)에 전달하며, 상기 전압 검출부(17)에서는 저전압 기준 레벨 이하로 상기 직류 링크 전압이 작아지면 저전압 신호를 상기 인버터 제어부(18)에 전달하고, 인버터 시스템이 정지되어 출력이 차단되며, 모터 속도는 강하한다.When the three-phase AC power source 11 is instantaneously interrupted, the DC link voltage is decreased, the voltage detector 17 transmits a low voltage signal to the inverter controller 18, and the voltage detector 17 has a low voltage reference level. When the DC link voltage decreases below, a low voltage signal is transmitted to the inverter control unit 18, the inverter system is stopped, the output is cut off, and the motor speed drops.

또한, 상기 인버터 제어부(18)는 전류 검출부(19)를 통해 상기 직류 링크 전압의 강하로 인한 인버터 시스템 정지 직전의 운전 상태에서의 모터(15) 상(U,V,W)에 따른 전류 검출치를 인가 받아 크기를 기억한다.In addition, the inverter control unit 18 detects the current detected according to the phases (U, V, W) of the motor 15 in the operating state immediately before the inverter system stops due to the drop in the DC link voltage through the current detector 19. It is authorized and remembers the size.

상기 3상 교류전원(11)이 복전되면 상기 전압 검출부(17)에서는 저전압 해제 신호를 출력하게 되고, 상기 인버터 제어부(18)에서는 속도 추종 동작을 수행한다. 도2에서 속도 추종 구간 '1'에서 출력 주파수는 정전 전의 운전 주파수를 유지하며, 출력 전압은 (전압/주파수)/2 패턴으로 상승하여 약계자 제어를 하게 되고, 이 때 전류 검출부(19)에 의해 검출된 전류가 정전 전의 기억된 전류치 보다 작게 되면 정상적인 전압/주파수 패턴 운전을 시작하지만 그렇지 않을 경우에는 구간 '2'에서와 같이 (전압/주파수)/2로 감속 운전하여 정전 전의 전류 이하치까지 운전하게 된다.When the three-phase AC power source 11 recovers, the voltage detector 17 outputs a low voltage release signal, and the inverter controller 18 performs a speed following operation. In the speed following section '1' in Fig. 2, the output frequency maintains the operating frequency before power failure, and the output voltage rises in the (voltage / frequency) / 2 pattern to control the field weakening, and at this time, the current detector 19 If the detected current is smaller than the stored current value before power failure, normal voltage / frequency pattern operation starts. If not, decelerate to (voltage / frequency) / 2 as below in section '2' to current value before power failure. I drive.

상기 구간 '2'에서 모터(16)의 상(U,V,W)에 따른 전류가 정전 전의 전류치 이하로 낮아지면 구간 '3'에서와 같이 출력 전압이 출력 주파수에 맞는 정상 전압/주파수 패턴으로 상승하게 되고, 그 후 정상 전압/주파수 패턴으로 출력 주파수와 전압이 상승하여 정상 운전을 수행하게 된다.If the current according to the phase (U, V, W) of the motor 16 in the section '2' is lower than the current value before the blackout, as shown in section '3' the output voltage is a normal voltage / frequency pattern that matches the output frequency After that, the output frequency and voltage are increased in the normal voltage / frequency pattern to perform normal operation.

상기와 같이 종래 기술은 복전 시 부하 상태를 예측할 수 없으므로, 목표 주파수 예측이 불가능하고, 복전 후 정상 전압/주파수 모드 회복을 위해 도2의 구간 '1'에서 (전압/주파수)/2 패턴으로 전압을 상승시키며, 구간 '2'에서 (전압/주파수)/2 패턴으로 감속하는 모드가 발생하는데, 이 때 모터의 부하 상태나 모터의 용량에 따라 전류의 크기가 모두 상이한 크기로 결정되고, 속도 추종 시 모터 스톨 현상이 발생하기 쉬운 문제점이 있었다.As described above, since the prior art cannot predict the load state during power recovery, the target frequency cannot be predicted, and in order to recover the normal voltage / frequency mode after power recovery, the voltage in the (voltage / frequency) / 2 pattern in the interval '1' of FIG. In the interval '2', the mode of deceleration occurs with (voltage / frequency) / 2 pattern. At this time, the magnitude of current is all determined according to the load state of the motor or the capacity of the motor, and the speed following is performed. There was a problem that the motor stall phenomenon is likely to occur.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 인버터의 재시동 시 모터가 원활하게 운전되도록 새로운 속도 추종(Speed Search) 방식을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to provide a new speed search method so that the motor operates smoothly when the inverter is restarted.

도1은 종래 속도 추종 인버터 구동 회로의 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing a configuration of a conventional speed tracking inverter driving circuit.

도2는 종래 속도 추종시 출력 주파수와 전압의 관계를 도시한 파형도Figure 2 is a waveform diagram showing the relationship between the output frequency and the voltage at the speed following

도3은 본 발명의 제어 흐름도.3 is a control flowchart of the present invention.

도4는 본 발명의 출력 주파수와 출력 전압, 역률 관계를 도시한 파형도.4 is a waveform diagram showing a relationship between an output frequency, an output voltage, and a power factor of the present invention.

도5는 복전 시 부하와 관성 및 복전 시간을 고려한 목표 주파수 변화 그래프.5 is a graph of a target frequency change in consideration of load, inertia and recovery time during power recovery.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***

11 : 3상 교류 전원 12 : 정류기11: three-phase AC power supply 12: rectifier

13 : 콘덴서 14 : 인버터13: capacitor 14: inverter

15 : 모터 16 : 스위칭 모드 파워 서플라이15: motor 16: switching mode power supply

17 : 전압 검출부 18 : 인버터 제어부17 voltage detection unit 18 inverter control unit

19 : 전류 검출부19: current detector

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 도1에 도시된 바와 같이 3상 교류전원과; 이 3상 교류전원을 정류하는 정류기와; 상기 정류기의 출력 전압을 평활하는 커패시터와; 상기 커패시터의 직류 전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 가변 주파수, 가변 전압으로 바꾸어주는 인버터와; 상기 인버터에 인가되는 입력 전원을 검출하는 전압 검출부와; 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부와; 상기 전압 검출부 및 인버터 제어부에 구동 전압을 제공하는 스위칭 모드 파워 서플라이와; 상기 인버터의 제어에 따라 구동되는 모터와; 상기 모터에 출력되는 전류를 검출하는 전류 검출부로 구성한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is a three-phase AC power source as shown in FIG. A rectifier for rectifying the three-phase AC power source; A capacitor that smoothes the output voltage of the rectifier; An inverter for converting the DC voltage of the capacitor into a variable frequency and a variable voltage through pulse width modulation (PWM); A voltage detector detecting an input power applied to the inverter; An inverter controller for controlling the inverter; A switching mode power supply for providing a driving voltage to the voltage detector and the inverter controller; A motor driven under the control of the inverter; It consists of a current detector for detecting a current output to the motor.

그리고, 인버터 시스템의 속도 추종 방법은 목표주파수를 역률과 정전시간과 모터의 관성 및 부하를 고려하여 조정하고, 전압/주파수 운전을 한다음 현재 전류치가 정전 전 전류치보다 큰가를 판단하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 판단에 의해 현재 전류치가 작으면 운전 주파수를 일정하게 유지하고, 출력전압을 정상 전압/주파수로 증가한 다음 상기 출력전압이 전압/주파수와 같은지를 판단하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 판단에 의해 다시 현재 전류치와 정전 전 전류치보다 큰가를 판단하는 제3 단계와; 상기 제3 단계의 판단에 의해 작으면 운전 주파수와 출력전압을 전압/주파수의 반 기울기로 감속하여 상기 제3 단계를 반복하는 제4 단계와; 상기 제3 단계의 판단에 의해 크면 운전 주파수를 일정하게 유지하며, 출력전압을 전압/주파수의 반 기울기로 증가시키고, 출력전압의 크기가 전압/주파수의 반인지를 판단하는 제5 단계와; 상기 제5 단계의 판단에 의해 같지 않으면 같아질때까지 상기 제5 단계의 동작을 반복하고, 같으면 정상 전압/주파수 운전을 하는 제6 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.The speed tracking method of the inverter system adjusts the target frequency in consideration of the power factor, the blackout time, the motor inertia, and the load, performs voltage / frequency operation, and then determines whether the current value is greater than the current value before the power failure. ; A second step of maintaining a constant operating frequency when the current value is small by the determination of the first step, increasing the output voltage to a normal voltage / frequency, and then determining whether the output voltage is equal to the voltage / frequency; A third step of determining whether the current value is greater than the current value before the power failure by the determination of the second step; A fourth step of repeating the third step by decelerating the operating frequency and the output voltage by a half slope of the voltage / frequency if the determination is small by the third step; A fifth step of maintaining a constant operating frequency when large by the determination of the third step, increasing the output voltage to a half slope of the voltage / frequency, and determining whether the magnitude of the output voltage is half of the voltage / frequency; If it is not equal by the determination of the fifth step, the operation of the fifth step is repeated until it is the same, and if it is the same, the sixth step is performed for normal voltage / frequency operation.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명의 제어 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 도1에서 3상 교류전원(11)은 정류기(12)에 의하여 직류로 변환되어 콘덴서(13)에 충전되어 직류 링크 전압을 형성하며, 스위칭 모드 파워 서플라이(16)는 상기 직류 링크 전압을 이용하여 인버터 제어부(18)와, 전압 검출부(17)에 필요한 전압을 공급한다.3 is a control flowchart of the present invention. As shown in FIG. 1, the three-phase AC power source 11 in FIG. 1 is converted into direct current by the rectifier 12 and charged in the capacitor 13 to form a direct current link voltage. The switching mode power supply 16 supplies the voltage required for the inverter controller 18 and the voltage detector 17 using the DC link voltage.

상기 3상 교류전원(11)이 순시 정전되면 상기 직류 링크 전압은 작아지고, 상기 전압 검출부(17)에서는 저전압 기준 레벨 이하로 상기 직류 링크 전압이 작아지면 저전압 신호를 상기 인버터 제어부(18)에 전달하며, 인버터 시스템이 정지되고 출력이 차단되어 모터 속도는 강하한다.When the three-phase AC power supply 11 is instantaneous power failure, the DC link voltage is decreased, and when the DC link voltage is lowered below the low voltage reference level, the voltage detector 17 transmits a low voltage signal to the inverter controller 18. And the inverter system is stopped and the output is cut off and the motor speed drops.

또한 상기 인버터 제어부(18)는 전류 검출부(19)를 통해 상기 직류 링크 전압의 강하로 인한 인버터 시스템 정지 직전의 운전 상태에서의 모터(15) 상(U,V,W)에 따른 전류 검출치를 인가 받아 크기를 기억한다.In addition, the inverter control unit 18 applies a current detection value according to the phase (U, V, W) of the motor 15 in an operation state immediately before the inverter system stops due to the drop in the DC link voltage through the current detection unit 19. Take and remember the size.

또한, 상기 인버터 제어부(18)는 전류 검출부(19)를 통해 모터(15)의 상전류 검출치를 인가받는다.In addition, the inverter controller 18 receives the phase current detection value of the motor 15 through the current detector 19.

도4는 본 발명의 출력 주파수와 출력 전압, 역률 관계를 도시한 파형도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 3상 교류전원(11)이 복전되면 상기 전압 검출부(17)에서는 저전압 해제 신호를 출력하게 되고, 상기 인버터 제어부(18)에서는 속도 추종 동작을 수행한다. 이 때 인버터는 도4에서 구간 '0'의 시간을 카운트하여 정전되는 시간을 기억하고, 그 시간 길이와 정전 전의 역률, 모터 관성을 모니터링하여 복전 시 실제 모터의 속도에 근접한 주파수를 목표 주파수로 하여 전압/주파수 운전을 하게된다. 이때, 목표 주파수는 역률(부하)과 정전 시간에 반비례하고 관성에 비례한다.4 is a waveform diagram illustrating the relationship between the output frequency, the output voltage, and the power factor of the present invention. As shown in FIG. 4, when the three-phase AC power source 11 recovers, the voltage detector 17 outputs a low voltage release signal. In addition, the inverter controller 18 performs a speed following operation. At this time, the inverter counts the time of section '0' in FIG. 4 and stores the time of power failure, and monitors the length of time, the power factor before power failure, and the motor inertia, and sets the target frequency to a frequency close to the actual motor speed during power recovery. Voltage / frequency operation is performed. At this time, the target frequency is inversely proportional to the power factor (load) and the blackout time and proportional to the inertia.

도5는 복전 시 부하와 관성 및 복전 시간을 고려한 목표 주파수 변화 그래프로서, 이에 도시한 바와 같이 복전 시간이 짧고 부하가 적으며, 관성이 큰 모터를 운전하는 상태에서 순시 정전 후 복전 시 속도 추종 목표 주파수는 f1과 같이 높게 설정하면 되고, 반대로 복전 시간이 길고 부하가 많으며, 관성이 작은 모터를 운전하던 상태에서 순시 정전 후 복전 시에는 속도 추종 목표 주파수는 f4와 같이 작게 설정하여 속도를 추종하면 된다.5 is a graph of a target frequency change considering load, inertia, and recovery time during power recovery. As shown in FIG. 5, a speed tracking target after power failure after instantaneous power failure in a state in which a short power supply, a low load, and a large inertia are operated as shown in FIG. The frequency should be set as high as f1. On the contrary, when the motor is operated with a long recovery time and a lot of load and a small inertia, the speed tracking target frequency should be set as small as f4 to follow the speed. .

속도 추종은 종전 방법대로 재시동 모드를 설정하여 운전을 하여 최종적으로 정전 전의 주파수 운전으로 복귀한다.The speed follower operates by setting the restart mode according to the conventional method, and finally returns to the frequency operation before the power failure.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 인버터 시스템의 속도 추종 방법은 속도 추종 운전을 할 경우 기존의 복전 시 정전 전의 주파수를 목표 주파수로 하여 속도 추종을 하는 방법에 비해 모터 스톨 현상을 방지할 수 있고, 또한 부하 상태나 모터/인버터 용량에 관계없이 원할한 재시동 운전을 할 수 있는 효과가 있다.As described above, the speed tracking method of the inverter system of the present invention can prevent the motor stall phenomenon compared to the method of speed tracking by using the frequency before power failure as the target frequency when the speed recovery operation is performed. It has the effect of smooth restart operation regardless of state or motor / inverter capacity.

Claims (1)

목표주파수를 역률과 정전시간과 모터의 관성 및 부하를 고려하여 조정하고, 전압/주파수 운전을 한다음 현재 전류치가 정전 전 전류치보다 큰가를 판단하는 제1 단단계와; 상기 제1 단계의 판단에 의해 현재 전류치가 작으면 운전 주파수를 일정하게 유지하고, 출력전압을 정상 전압/주파수로 증가한 다음 상기 출력전압이 전압/주파수와 같은지를 판단하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 판단에 의해 다시 현재 전류치와 정전 전 전류치보다 큰가를 판단하는 제3 단계와; 상기 제3 단계의 판단에 의해 작으면 운전 주파수와 출력전압을 전압/주파수의 반 기울기로 감속하여 상기 제3 단계를 반복하는 제4 단계와; 상기 제3 단계의 판단에 의해 크면 운전 주파수를 일정하게 유지하며, 출력전압을 전압/주파수의 반 기울기로 증가시키고, 출력전압의 크기가 전압/주파수의 반인지를 판단하는 제5 단계와; 상기 제5 단계의 판단에 의해 같지 않으면 같아질때까지 상기 제5 단계의 동작을 반복하고, 같으면 정상 전압/주파수 운전을 하는 제6 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 시스템의 속도 추종 방법.Adjusting the target frequency in consideration of power factor, power failure time, motor inertia, and load, and performing voltage / frequency operation to determine whether the current value is greater than the current value before power failure; A second step of maintaining a constant operating frequency when the current value is small by the determination of the first step, increasing the output voltage to a normal voltage / frequency, and then determining whether the output voltage is equal to the voltage / frequency; A third step of determining whether the current value is greater than the current value before the power failure by the determination of the second step; A fourth step of repeating the third step by decelerating the operating frequency and the output voltage by a half slope of the voltage / frequency if the determination is small by the third step; A fifth step of maintaining a constant operating frequency when large by the determination of the third step, increasing the output voltage to a half slope of the voltage / frequency, and determining whether the magnitude of the output voltage is half of the voltage / frequency; And a sixth step of repeating the operation of the fifth step until it is equal if not equal by the determination of the fifth step, and performing a normal voltage / frequency operation if equal.
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