KR100438978B1 - 인버터전류제어장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인버터 전류 제어장치에 관한 것으로, 종래에는 인버터에서 전동기로 출력되는 전류검출시 옵셋과 스케일 오차라는 측정오차를 고려해야 하는데 이를 고려하지 않음으로써 토오크 리플이 발생하고, 이 토오크 리플은 속도 리플을 발생시켜 속도 제어의 성능을 저하시키고, 특히 고정도 속도 제어 성능이 요구될 때 문제가 있다. 따라서 본 발명은 속도지령과 엔코더(5)에서 검출한 전동기 속도로 부터 각 상의 전류지령을 발생하는 속도 제어부(10)와, 전동기의 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(60)와, 상기 전류 검출부(60)에서 검출한 전류로 부터 초기에 스케일 오차를 구하고, 이 구한 스케일 오차로 정상 동작시에 스케일을 보상하여 얻어지는 전류 검출치를 출력하는 전류 스케일 보상기(70)와, 상기 전류 스케일 보상기(70)에서 스케일이 보상된 각 상의 전류 검출치가 전류지령을 추종하도록 하는 전압지령을 발생하는 전류 제어부(20)와, 상기 전류 제어부(20)에서 발생하는 전압지령을 입력받아 펄스폭 변조방식으로 전동기(40)에 전압을 인가하는 인버터(30)로 구성하여, 동작 초기에 a상에 대한 b상과 c상의 전류검출 스케일 오차를 연산하고, 이 결과를 정상 동작시에 보상하여 스케일 오차로 인한 토오크 리플을 줄이고, 이에따라 속도 제어부의 성능을 향상시켜 정밀한 속도 제어가 가능하도록 한 것이다.
Description
본 발명은 유도 전동기나 동기 전동기와 같은 부하를 가변속으로 제어하기 위한 인버터 전류 제어장치에 관한 것으로, 특히 인버터의 전류 검출시 발생하는 오차를 보상하는데 적당하도록 한 인버터 전류 제어장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 인버터 전류 제어장치에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 외부로 부터 입력되는 속도 지령과 전동기의 현재속도와의 오차를 구하고, 그 오차로 부터 전동기(4)를 속도 지령대로 운전되도록 하는 각 상에 해당하는 전류지령(i_a^* ,i_b^* , i_c^* )을 제공하는 속도 제어부(1)와, 상기 전동기(4)에 상기 속도 제어부(1)에서 출력되는 전류지령(i_a^* ,i_b^* , i_c^* )의 전류가 흐르도록 하여 상기 전동기(4)가 속도지령으로 운전하도록 하는 각 상에 해당하는 전압 지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )을 연산하여 출력하는 전류 제어부(2)와, 상기 전류 제어부(2)에서 출력되는 전압 지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )의 전압을 상기 전동기(4)로 공급하여 구동하도록 하는 인버터(3)와, 상기 전동기(4) 구동시 전동기에 흐르는 각 상의 전류를 검출하고, 그 검출한 전류(i_a_m, i_b_m, i_c_m )를 상기 전류 제어부(2)로 출력하여 검출전류가 전류지령을 추종할 수 있도록 하는 전류 검출부(6)와, 상기 전동기(4)의 속도를 검출하여 상기 속도 제어부(1)로 출력하는 엔코더(5)로 구성된다.
이와같이 구성된 종래기술에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
운전관리장치와 같은 외부로 부터 속도 지령 입력시, 속도 제어부(1)는 속도 지령과 전동기(4)의 속도를 검출하는 엔코더(5)로 부터 전동기(4)의 현재속도를 각각 입력받아 두 값의 오차를 구한다.
그런다음 그 속도 지령과 전동기 현재속도의 오차로 부터 전동기(4)를 속도 지령대로 운전되도록 하는 각 상에 해당하는 전류지령(i_a^* ,i_b^* , i_c^* )를 연산하여 전류 제어부(2)로 출력한다.
이때 전류 검출부(6)는 전동기(4) 구동시 그 전동기(4)에 흐르는 전류를 검출하고, 그 검출전류(i_a_m, i_b_m, i_c_m )를 상기 전류 제어부(2)로 제공한다.
그러면 상기 전류 제어부(2)는 속도 제어부(1)에서 출력되는 전류 지령(i_a^*,i_b^* , i_c^* )과 상기 전류 검출부(6)로 출력되는 검출전류(i_a_m, i_b_m, i_c_m )와의 차를 구하고, 그 차로부터 검출전류(i_a_m, i_b_m, i_c_m )가 전류지령(i_a^* ,i_b^* , i_c^* )을 추종하도록 전류 제어를 행하여 3상의 전압 지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )을 인버터(3)로 발생한다.
즉, 상기 전류 제어부(2)는 전동기(4)에 전류 지령(i_a^* ,i_b^* , i_c^* )의 전류가 흐르도록 하여 상기 전동기(4)가 속도지령으로 운전하도록 하는 3상의 전압 지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )을 연산하여 인버터(3)로 발생한다.
그러면 상기 인버터(3)는 상기 전류 제어부(2)에서 출력되는 전압 지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )의 전압을 상기 전동기(4)로 공급하여, 상기 전동기(4)가 구동하도록 한다.
따라서 전동기(4)가 구동한다.
상기 전동기(4)가 구동하면, 전동기(4)에 흐르는 전류를 전류 검출부(6)가 검출하여 상기 전류 제어부(2)로 제공하여 검출전류가 전류 지령을 추종할 수 있도록 전류 제어를 행하도록 하고, 엔코더(5)는 상기 전동기(4)의 속도를 검출하여 상기 속도 제어부(1)로 출력한다.
이상에서와 같은 동작을 반복하여 전동기(4)가 구동한다.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서, 인버터에서 전동기로 공급되는 출력전류를 검출함에 있어 전류 검출부를 통해 구한 검출전류는 검출회로의 옵셋과 스케일 오차라는 측정오차를 포함하고 있다. 즉, 각 상의 검출전류를 다음과 같이 표현될 수있다.
i_a_m = K_a ~ i_a__r +~0_a
i_b_m = K_b ~ i_b__r +~0_b
i_c_m = K_c ~ i_c__r +~0_c
여기서 K_a , K_b , K_c는 각 상의 전류 검출 스케일이고, 0_a , 0_b , 0_c는 전류검출 옵셋이다. 이때 각 상간에 있어서의 검출 스케일이 다르면 즉,이면 전동기에 출력주파수의 2배에 해당하는 토오크 리플을 발생시킨다. 이 토오크 리플은 속도 리플을 발생시켜 속도제어의 성능을 저하시키고, 특히 고정도 속도제어 성능이 요구될 때 문제가 있다.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 인버터의 출력전류 검출시 발생하는 전류검출 스케일 오차를 옵셋의 영향없이 연산하여 그 스케일 오차를 보상하여 속도제어기의 성능을 향상시키도록 한 인버터 전류 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 속도제어기의 성능을 향상시켜 정밀한 속도 제어가 가능하도록 한 인버터 전류 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 인버터 동작 초기에 a상에 대한 b상과 c상의 전류검출 스케일오차를 연산하고, 이 결과를 정상 동작시에 보상하여 스케일오차로 인한 토오크 리플을 줄이도록 한 인버터 전류 제어장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 인버터 전류 제어장치에 대한 회로 구성도.
도 2는 본 발명의 인버터 전류 제어장치에 대한 회로 구성도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
10 : 속도 제어부 20 : 전류 제어부
30 : 인버터 40 : 전동기
50 : 엔코더 60 : 전류 검출부
70 : 전류 스케일 보상기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 속도지령과 엔코더에서 검출한 전동기 속도로 부터 각 상의 전류지령을 출력하는 속도 제어부와, 전동기의 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전류 검출부에서 검출한 전류로 부터 초기에 스케일 오차를 구하고, 이 구한 스케일 오차를 정상 동작시에 보상하여 그 스케일이 보상된 전류 검출치를 출력하는 전류 스케일 보상기와, 상기 속도 제어부에서 출력되는 전류지령과 전류 스케일 보상기에서 스케일이 보상된 각 상의 전류 검출치를 입력받아 두 값의 차를 구하고, 그 차로 부터 각 상의 전압지령을 발생하는 전류 제어부와, 상기 전류 제어부에서 발생하는 전압지령을 입력받아 펄스폭 변조방식으로 전동기에 전압을 인가하는 인버터로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 인버터 전류 제어장치에 대한 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 속도지령과 엔코더(5)에서 검출한 전동기 속도로 부터 각 상의 전류지령(i_a^* ,i_b^* ,i_c^* )을 발생하는 속도 제어부(10)와, 전동기(40)의 각 상에 흐르는 전류(i_a_m ,i_b_m ,i_c_m )를 검출하는 전류 검출부(60)와, 상기 전류 검출부(60)에서 검출한 전류(i_a_m ,i_b_m ,i_c_m )로 부터 초기에 스케일 오차를 구하고, 이 구한 스케일 오차를 정상 동작시에 보상하여 그 스케일이 보상된 전류 검출치(i_a_m' ,i_b_m' ,i_c_m' )를 출력하는 전류 스케일 보상기(70)와, 상기 속도 제어부(10)에서 출력되는 전류지령과 전류 스케일 보상기(70)에서 스케일이 보상된 각 상의 전류 검출치(i_a_m' ,i_b_m' ,i_c_m' )를 입력받아 두 값의 차를 구하고, 그 차로 부터 각 상의 전압지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )을 발생하는 전류제어부(20)와, 상기 전류 제어부(20)에서 발생하는 전압지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )을 입력받아 펄스폭 변조방식으로 전동기(40)에 전압을 인가하는 인버터(30)로 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
속도 제어부(10)는 속도지령과 엔코더(50)에서 검출한 전동기(40)의 속도를 각각 입력받아 두 값의 오차를 구한다.
그런다음 그 속도 지령과 전동기 검출속도의 오차로 부터 상기 전동기(40)를 속도지령대로 운전되도록 하는 각 상에 해당하는 전류지령(i_a^* ,i_b^* , i_c^* )을 연산하여 전류 제어부(20)로 출력한다.
이에 상기 전류 제어부(20)는 상기 전동기(40)에 전류 지령(i_a^* ,i_b^* , i_c^* )의 전류가 흐르도록 하여 상기 전동기(40)가 속도지령으로 운전하도록 하는 3상의 전압 지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )을 연산하여 인버터(30)로 발생한다.
그러면 상기 인버터(30)는 상기 전류 제어부(20)에서 출력되는 전압 지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )의 전압을 상기 전동기(40)로 공급하여, 상기 전동기(40)가 구동하도록 한다.
그러면 상기 전동기(40)에서 전압 지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )에 해당하는 전류(i_a__r, i_b__r , i_c__r )가 흐르게 된다.
이와같이 초기에 전동기(40)가 구동할 경우, 전류 검출부(60)는 상기 전동기(40)에 흐르는 전류를 검출하고, 그 검출전류(i_a__m, i_b__m, i_c__m )를 전류 스케일 보상기(70)로 발생한다.
그러면 상기 전류 스케일 보상기(70)는 전류 검출부(60)로 부터 제공되는 전류로 부터 a상에 대한 b상의 전류 스케일과, a상에 대한 c상의 전류 스케일를 구하고, 이 구한 결과를 정상 동작시에 보상한 전류 검출치(i_a__m', i_b__m', i_c__m' )를 상기 전류 제어부(20)로 발생한다.
따라서 상기 전류 제어부(20)는 속도 제어부(10)에서 출력되는 전류지령(i_a^* ,i_b^* , i_c^* )과 전류 스케일 보상기(70)에서 출력되는 전류 검출치(i_a__m', i_b__m', i_c__m' )와의 차를 구하고, 그 차를 연산하여 상기 전류 검출치(i_a__m', i_b__m', i_c__m' )가 전류지령(i_a^* ,i_b^* , i_c^* )을 추종할 수 있도록 전류 제어를 행하여 3상의 전압지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )을 인버터(30)로 발생한다.
그러면 상기 인버터(30)는 상기 전류 제어부(20)에서 출력되는 전압 지령(v_a^* ,v_b^* ,v_c^* )의 전압을 상기 전동기(40)로 공급하여, 상기 전동기(40)가 구동하도록 한다.
이상에서와 같은 동작을 반복하여 전동기(40)가 구동한다.
여기서 a상에 대한 b상과 c상의 전류 스케일은 다음과 같은 실험1과 실험2를 통해서 구한다.
실험1: a 상에 대한 b상의 전류 스케일
A상에 일정한 직류 값의 전류 지령을 인가하고 A상의 전류를 읽어 비례적분(PI) 제어를 한다.
B상은 A,B상만을 이용한 단상 인버터 제어처럼 A상 전압 지령의 값을 인가한다.
C상은 전류지령을 0으로 하고 전류를 읽어 비례적분 제어를 한다.
즉,
A상 : i_a^* = l_dc → PI제어 → V_a^* 지령인가
B상 : V_b^* = - V_a^* 지령인가
C상 : i_c^* = 0 → PI제어 → V_c^* 지령인가
실험2 : a상에 대한 c상의 전류 스케일
A상에 일정한 직류값의 전류지령을 인가하고 A상의 전류를 읽어 비례적분으로 제어한다.
C상은 A,C상만을 이용한 단상 인버터 제어처럼 A상 전압지령의 값을 인가한다.
B상은 전류지령을 0으로 하고 전류를 읽어 비례적분으로 제어한다.
즉,
A상 : i_a^* = l_dc → PI제어 → V_a^* 지령인가
B상 : i_b^* = 0 → PI제어 → V_b^* 지령인가
C : V_c^* = - V_a^* 지령인가
검출한 전류값에 옵셋이 존재할 경우 각 상의 측정한 전류는 다음과 같이 쓸 수 있다. 여기서 K_a , K_b , K_c는 각 상의 전류 검출 스케일이고, 0_a , 0_b , 0_c는 각 상의 전류 검출 옵셋이다.
i_a_m = K_a ~ i_a__r +~0_a
i_b_m = K_b ~ i_b__r +~0_b
i_c_m = K_c ~ i_c__r +~0_c
옵셋이 존재할 경우 지령값이 다른 2개의 레벨에서 앞에서와 같은 실 험1을 실시한다.
A,B,C 각 상의 2개의 레벨에서의 전류값과 측정치에 대해서 다음과 같이 쓸 수 있다. 여기서 아래 첨자 1과 2는 서로 다른 레벨에서의 실험을 의미한다.
i_a__m1 = K_a ~ i_a__r +~0_a
i_a__m2 = K_a ~ i_a__r +~0_a
i_b__m1 = K_b ~ i_b__r +~0_b
i_b__m2 = K_b ~ i_b__r +~0_b
i_c__m1 = K_c ~ i_c__r +~0_c
i_c__m2 = K_c ~ i_c__r +~0_c
이때 전류제어가 잘 되고 있고, 영상분 전류가 존재하지 않는다면 다음과 같은 수식이 성립한다.
i_b__m1 = i_c__m2 = 0
i_a__r1 + i_b__r1 + i_c__r1 = 0
i_a__r2 + i_b__r2 + i_c__r2 = 0
위의 식들을 i_b-m1 , i_b-m2에 대해서 정리하면 다음과 같다.
이때 i_b＿m2 - i_b＿m1를 구해보면
따라서 A상에 대한 B상의 전류 스케일은 다음과 같이 계산할 수 있다.
마찬가지로 실험2를 통해서 A상에 대한 C 상의 스케일을 구하다.
즉 이 방법을 사용하면 옵셋의 영향없이 a상에 대한 b상과 c상의 전류검출 스케일의 비를 구할 수 있다.
이 스케일은 인버터가 정상적으로 동작하기 전에 초기에 한 번 시행하여 구해 놓고 정상적으로 동작시는 이렇게 구해 놓은 전류 검출 스케일을 이용하여 보상된 새로운 전류 검출치 i_a__m' , i_b__m' , i_c__m' 을 출력한다.
이때 보상 동작은 다음과 같다.
이상에서와 같은 동작에 의해 스케일 오차를 연산하고, 이 연산한 스케일 오차를 보상하여 줌으로써 스케일 오차로 인한 토오크 리플을 줄인다.
따라서, 본 발명은 동작 초기에 a상에 대한 b상과 c상의 전류검출 스케일 오차를 연산하고, 이 결과를 정상 동작시에 보상하여 스케일 오차로 인한 토오크 리플을 줄이고, 이에따라 속도 제어부의 성능을 향상시켜 정밀한 속도 제어가 가능하도록 한 효과가 있다.
Claims (2)
- 속도지령과 엔코더에서 검출한 전동기 속도로 부터 각 상의 전류지령을 출력하는 속도 제어부와, 전동기의 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전류 검출부에서 검출한 전류로 부터 초기에 한 상에 대한 다른 두 상의 전류 스케일 오차를 구하고, 이 구한 스케일 오차를 정상 동작시에 보상하여 그 스케일이 보상된 전류 검출치를 출력하는 전류 스케일 보상기와, 상기 속도 제어부에서 출력되는 전류지령과 전류 스케일 보상기에서 스케일이 보상된 각 상의 전류 검출치를 입력받아 두 값의 차를 구하고, 그 차로 부터 각 상의 전압지령을 발생하는 전류 제어부와, 상기 전류 제어부에서 발생하는 전압지령을 입력받아 펄스폭 변조방식으로 전동기에 전압을 인가하는 인버터로 구성된 것을 특징으로 하는 인버터 전류 제어장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전류 스케일 오차는 3상중 2상을 단상 인버터로 동작시켜 두 상중에서 한 상만 전류제어를 행하여 전압지령을 발생시키고 다른 상은 전류 제어하는 상의 전압지령에 -값을 인가하고, 단상 인버터로 동작시키지 않는 나머지 한 상은 0으로 제어하여 구하도록 한 것을 특징으로 하는 인버터 전류 제어장치.
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1998
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