KR100492759B1

KR100492759B1 - Method for detecting speed of motor

Info

Publication number: KR100492759B1
Application number: KR10-2003-0011710A
Authority: KR
Inventors: 홍찬욱
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2005-06-07
Also published as: KR20040076380A

Abstract

본 발명은 인버터에 탑재되는 교류 전동기의 속도 검출방법에 관한 것으로 특히, 속도 센서로 엔코더를 사용할 때 엔코더에 이상이 발생한 경우 고장 신호를 발생하는 기능을 갖는 전동기의 속도 검출방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 속도 지령에 따라 동작하는 전동기 축에 취부되어 축의 위치 변화량에 따라 펄스를 출력하는 엔코더로부터 속도 검출주기동안 엔코더 펄스를 입력받아 전동기의 속도를 연산하고, 속도 검출주기동안 연산된 이전 전동기 속도와 현재 전동기 속도의 변화량이 없어 상기 속도 검출주기내에 엔코더 펄스가 인버터측으로 입력되지 않을시, 영속도 대기시간 경과여부에 따라 전동기를 정지하거나, 이전 전동기 속도를 유지함에 있어서, 인버터 운전시, 전동기의 속도지령과 속도 검출주기마다 엔코더 펄스가 1개씩 증가하는 속도 검출 기준치(Vmin)의 대소를 비교하는 과정과; 상기 비교결과, 상기 속도 지령이 상기 속도 검출 기준치보다 크면, 가속시간을 고려한 고장 검출 대기시간이 경과한후에 엔코더 고장신호를 출력하는 과정과; 상기 비교결과, 상기 속도 지령이 상기 속도 검출 기준치보다 작으면, 엔코더 펄스주기(Tref)를 연산하고, 그 연산된 엔코더 펄스주기와 고장검출 대기시간이 경과한 후에 엔코더의 고장신호를 출력하는 과정으로 이루어진다.The present invention relates to a speed detection method of an AC motor mounted in an inverter, and more particularly, to a speed detection method of an electric motor having a function of generating a failure signal when an error occurs in an encoder when an encoder is used as a speed sensor. To this end, the present invention calculates the speed of the motor by receiving the encoder pulse during the speed detection period from the encoder mounted on the motor shaft operating in accordance with the speed command and outputs a pulse according to the position change amount of the shaft, When there is no change in the motor speed and the current motor speed, and the encoder pulse is not input to the inverter within the speed detection cycle, the motor is stopped or the inverter is operated in accordance with whether the zero speed waiting time has elapsed. Comparing the magnitude of the speed detection reference value Vmin at which the encoder pulse increases by one for each speed command and speed detection cycle of the motor; As a result of the comparison, if the speed command is larger than the speed detection reference value, outputting an encoder failure signal after a failure detection waiting time considering an acceleration time has elapsed; As a result of the comparison, if the speed command is smaller than the speed detection reference value, the encoder pulse period Tref is calculated, and the fault signal of the encoder is output after the calculated encoder pulse period and the fault detection waiting time have elapsed. Is done.

Description

Speed detection method of electric motor {METHOD FOR DETECTING SPEED OF MOTOR}

본 발명은 인버터에 탑재되는 교류 전동기의 속도 검출방법에 관한 것으로 특히, 속도 센서로 엔코더를 사용할 때 엔코더에 이상이 발생한 경우 고장 신호를 발생하는 기능을 갖는 전동기의 속도 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a speed detection method of an AC motor mounted in an inverter, and more particularly, to a speed detection method of an electric motor having a function of generating a failure signal when an error occurs in an encoder when an encoder is used as a speed sensor.

일반적으로, 인버터에 의한 교류 전동기의 가변속 구동이 널리 사용되면서 정밀한 속도제어가 요구될 경우 속도 검출 센서를 전동기에 부착하여 전동기 속도를 검출하여 제어하는 방식이 보편적으로 사용되고 있다. 속도 검출 센서로는 일반적으로 증분형 엔코더(incremental encoder)가 많이 사용되고 있다.In general, when a variable speed drive of an AC motor by an inverter is widely used, when a precise speed control is required, a method of detecting and controlling a motor speed by attaching a speed detection sensor to the motor is generally used. In general, an incremental encoder is widely used as a speed detection sensor.

엔코더는 한 회전당 소정의 개수만큼의 서로 90도의 위상차를 갖는 2상의 펄스를 출력하며 인버터의 속도 검출 장치에서는 일정시간마다 그 펄스를 계수하여 전동기의 속도를 검출하는 것으로, 이와 같은 종래 기술을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The encoder outputs two-phase pulses having a phase difference of 90 degrees from each other by a predetermined number per rotation, and the speed detection device of the inverter detects the speed of the motor by counting the pulses at a predetermined time. A description with reference to one drawing is as follows.

도 1은 종래 전동기의 속도 검출장치의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 전동기 축에 취부되어 전동기가 회전할 때마다 1회전당 지정된 갯수만큼의 서로 90도 위상차를 갖는 구형파의 2상의 A, B펄스를 출력하는 엔코더(101)와; 상기 엔코더(101)의 출력펄스를 입력받아 전동기 회전속도를 연산하여 이를 인버터의 속도 제어장치로 공급하는 속도 검출기(102)로 구성된다.1 is an exemplary view showing a configuration of a speed detecting device of a conventional electric motor. As shown in FIG. 1, two phases of a square wave having a phase difference of 90 degrees from each other by a specified number of revolutions each time the motor rotates are mounted on the motor shaft. An encoder 101 for outputting A and B pulses; It is composed of a speed detector 102 for receiving the output pulse of the encoder 101 to calculate the motor rotational speed and supply it to the speed control device of the inverter.

상기 속도 검출기(102)는 상기 엔코더(101)의 A상, B상 출력 펄스의 위상 관계에서 전동기 회전 방향을 판별하여 증감방향신호를 출력하는 방향 판별부(104)와; 상기 엔코더(101)의 A상, B상의 출력펄스의 에지(edge)마다 1개의 펄스를 발생시키는 펄스 체배부(103)와; 상기 방향 판별부(104)와 펄스 체배부(103)의 출력을 입력받아 그 펄스 체배부(103)의 출력펄스를 방향 판별부(104)가 지정한 방향에 맞게 증가방향 내지 감소방향으로 카운트 하는 업/다운 카운터(106)와; 상기 업/다운 카운터(106)의 카운트값을 저장하는 업/다운 카운터 저장부(108)와; 전원 입력시 지정된 주파수 만큼의 구형파 펄스를 출력하는 발진부(105)와; 상기 구형파 펄스를 증가방향으로 카운트하며 상기 업/다운 카운터(106)의 래치(latch)신호가 입력되면 현재 카운트값을 출력하는 펄스 카운터(107)와; 상기 펄스 카운터(107)의 카운트값을 저장하는 펄스 카운터 저장부(109)와; 일정시간마다 상기 업/다운 카운터 저장부(108) 및 펄스 카운터 저장부(109)의 출력값(M, T)을 읽어들여 전동기 속도를 연산하는 속도 연산부(110)로 구성된다.The speed detector (102) includes a direction determination unit (104) for determining the motor rotation direction in the phase relationship between the phase A and B phase pulses of the encoder (101) and outputting a sensation direction signal; A pulse multiplier (103) for generating one pulse for each edge of the output pulses of phases A and B of the encoder (101); The output pulses of the direction determiner 104 and the pulse multiplier 103 are input and count up the output pulses of the pulse multiplier 103 in the increase direction or the decrease direction in accordance with the direction specified by the direction determiner 104. A / down counter 106; An up / down counter storage unit 108 for storing a count value of the up / down counter 106; An oscillator 105 for outputting a square wave pulse corresponding to a specified frequency when a power supply is input; A pulse counter 107 for counting the square wave pulses in an increasing direction and outputting a current count value when a latch signal of the up / down counter 106 is input; A pulse counter storage unit (109) for storing the count value of the pulse counter (107); The speed calculation unit 110 reads the output values M and T of the up / down counter storage unit 108 and the pulse counter storage unit 109 every predetermined time to calculate the motor speed.

이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the conventional apparatus configured as described above is as follows.

먼저, 전동기축에 취부되어진 엔코더(101)는 축의 회전에 의해 축의 위치가 변화한 만큼 펄스를 출력해주는 위치 센서로서, 출력펄스의 개수는 1회전시 얼마만큼 발생한다고 미리 지정되어져 있어 출력펄스의 개수를 알면 회전위치의 변화량을 알 수 있다.First, the encoder 101 mounted on the motor shaft is a position sensor that outputs a pulse as the position of the shaft changes due to the rotation of the shaft, and the number of output pulses is specified in advance that the number of output pulses is generated in one revolution. By knowing the amount of change in the rotation position can be known.

엔코더(101)의 출력 펄스를 계수하여 위치의 변화를 얻고 위치의 변화를 시간으로 나누면 회전속도를 계산 할 수 있다. 이렇게 회전위치의 변화를 시간으로 나누어 전동기의 회전속도를 계산하는 방법으로 여러가지가 있는데 엔코더 펄스를 카운트하여 일정한 시간마다 카운트된 엔코더 펄스의 증가분(M) 및 그 증가분에 동기된 시간(T)의 변화로 나누어 속도를 측정하는 M/T방법이 많이 사용되고 있다.The rotation speed can be calculated by counting the output pulses of the encoder 101 to obtain a change in position and dividing the change in position by time. There are several ways to calculate the rotational speed of the motor by dividing the change in rotational position by time. The encoder pulse is counted and the increment (M) of the encoder pulses counted at regular intervals and the time (T) synchronized with the increment are increased. The M / T method of measuring the speed by dividing into is widely used.

엔코더(101)는 전동기의 회전에 따라 도 2의 (a), (b)에서와 같이 서로 90도 위상차를 갖는 A상 및 B상 펄스를 출력한다. 펄스 체배부(103)는 도 2의 (c)에 도시된 대로 입력된 A상 및 B상 펄스의 에지(edge)마다 펄스를 출력한다. The encoder 101 outputs A phase and B phase pulses having a phase difference of 90 degrees with each other as shown in FIGS. 2A and 2B as the motor rotates. The pulse multiplier 103 outputs a pulse for each edge of the input A-phase and B-phase pulses as shown in FIG.

1회전당 1024개의 A상, B상 펄스를 출력하는 엔코더(101)의 출력은 펄스 체배부(103)를 거치면 1회전당 4096개의 펄스로 바뀐다.The output of the encoder 101 for outputting 1024 A-phase and B-phase pulses per revolution is changed to 4096 pulses per revolution through the pulse multiplication unit 103.

방향 판별부(104)는 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 A상 및 B상 펄스의 위상관계에 따라 정방향 및 역방향 신호를 출력한다(도 2의 경우는 A상 펄스가 B상 펄스보다 앞선 경우를 정방향으로 본 경우).The direction determining unit 104 outputs forward and reverse signals according to the phase relationship between the A-phase and B-phase pulses as shown in (d) of FIG. 2 (in the case of FIG. In the forward direction).

이에, 업/다운 카운터(106)는 도 2의 (e)와 같이 방향 판별부(104)의 방향 판별 신호에 맞춰 방향 판별 신호가 정방향일 경우 펄스 체배부(103)의 출력 펄스를 증가방향으로 카운트하며, 역방향일 경우 감소방향으로 카운트함과 아울러, 업/다운 카운터(106)의 값이 증가하는 순간에 펄스 카운터(107)에 래치(latch)신호를 발생시킨다. 업/다운 카운터(106)의 역할은 엔코더(101)의 출력펄스를 누적하여 전동기 회전자의 위치를 연산하는 것이다.Accordingly, the up / down counter 106 adjusts the output pulse of the pulse multiplying unit 103 in the increasing direction when the direction determining signal is in the forward direction in accordance with the direction determining signal of the direction determining unit 104 as shown in FIG. In the reverse direction, the counter counts in the decreasing direction and generates a latch signal to the pulse counter 107 at the moment when the value of the up / down counter 106 increases. The role of the up / down counter 106 is to calculate the position of the motor rotor by accumulating the output pulses of the encoder 101.

한편, 발진부(105)는 수정진동자로 전원이 입력되면 도 2의 (f)와 같이 지정된 주파수의 구형파 펄스를 펄스 카운터(107)로 출력하고, 이에, 펄스 카운터(107)는 도 2의 (g)와 같이 발진부(105)의 출력펄스를 증가방향으로 계수하게 된다. On the other hand, when the power source is input to the crystal oscillator 105, the oscillator 105 outputs a square wave pulse of the specified frequency to the pulse counter 107 as shown in Fig. 2 (f), whereby the pulse counter 107 (g) ), The output pulse of the oscillator 105 is counted in the increasing direction.

여기서, 펄스카운터(107)의 역할은 전동기 속도 측정시 필요한 시간의 경과를 연산하기 위한 것으로, 예를 들어, 40MHz 진동자를 사용할 경우 펄스 1개의 주기는 1/(40×10⁶)=25nsec가 되는데 발진기(105)의 출력펄스를 카운트한 값이 40,000이라면 그 동안의 시간경과는 25ns×40,000=1msec가 된다.Here, the role of the pulse counter 107 is to calculate the elapsed time required for measuring the motor speed, for example, when using a 40 MHz oscillator, the period of one pulse is 1 / (40 × 10 ⁶ ) = 25 nsec. If the value of counting the output pulse of the oscillator 105 is 40,000, the time elapsed during that time is 25 ns x 40,000 = 1 msec.

이러한, 펄스 카운터(107)의 출력은 도 2의 (g)와 같이 업/다운 카운터(106)의 출력값이 증가하는 순간의 래치신호를 받아 펄스 카운터 저장부(109)에 저장한다.The output of the pulse counter 107 receives the latch signal at the moment when the output value of the up / down counter 106 increases as shown in FIG. 2G, and stores the latch signal in the pulse counter storage unit 109.

속도 연산부(110)는 업/다운 카운터 저장부(108)에 저장된 현재 위치값(M)과 펄스 카운터(107)가 계산하고 있는 시간의 값을 속도 검출 주기(Ts)마다 읽어들여서 속도연산에 필요한 위치의 변화 및 이와 동기된 시간의 변화를 구해 속도를 연산한다.The speed calculator 110 reads the current position value M stored in the up / down counter storage 108 and the value of the time calculated by the pulse counter 107 for each speed detection period Ts to perform speed calculation. The velocity is calculated by taking the change of position and the change of time synchronized with it.

전동기 회전속도는 업/다운 카운터(106)의 값 M의 변화량 및 펄스 카운터(107)의 값(T)의 변화량 를 계산하여 하기의 수학식 1과 같이 위치의 변화량()을 시간의 경과()로 나누어 계산할 수 있다.The motor rotation speed is the change amount of the value M of the up / down counter 106 And change amount of the value T of the pulse counter 107. By calculating the change amount of the position as shown in Equation 1 below ( ) Over time ( It can be calculated by dividing by).

/ ×K[rpm] Of × K [rpm]

여기서, K는 비례상수로 K는 엔코더(101)의 펄스를 업/다운 카운터(106)로 카운터 한 값을 위치의 변화량으로 환산하는 값 및 펄스 카운터(107)의 값을 실제의 시간으로 환산하는 값을 고려한 것이다.Here, K is a proportional constant, and K is a value that converts the value of the pulse of the encoder 101 to the up / down counter 106 into a change amount of position and the value of the pulse counter 107 into an actual time. The value is taken into account.

이러한 속도 연산부(110)의 연산처리과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation processing of the speed calculation unit 110 as follows.

도 3은 종래 전동기의 속도 검출방법을 보인 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 속도 검출 주기(Ts)가 경과하였는지 판단하여, 속도 검출 주기(Ts)가 경과하지 않았을 경우 이전에 검출된 전동기 속도를 그대로 유지한다(S31, S32).FIG. 3 is a flowchart illustrating a speed detection method of a conventional motor. As shown in FIG. 3, it is determined whether the speed detection period Ts has elapsed, and when the speed detection period Ts has not elapsed, the previously detected motor speed is maintained as it is. Hold | maintain (S31, S32).

그러나, 상기 판단결과, 속도 검출 주기(Ts)가 경과하였을 경우에는 업/다운 카운터(106)의 출력값인 카운터 값(M) 및 펄스 카운터(107)의 카운터 값(T)을 업/다운 카운터 저장부(108) 및 펄스 카운터 저장부(109)에서 읽어와서 각각을 Mnew, Tnew값으로 저장한다(S33).However, when the speed detection period Ts has elapsed as a result of the determination, the counter value M which is the output value of the up / down counter 106 and the counter value T of the pulse counter 107 are stored in the up / down counter. The unit 108 and the pulse counter storage unit 109 are read and stored as Mnew and Tnew values (S33).

이후, 이전 검출 주기에서의 M값인 Mold와 현재 검출 주기의 M값인 Mnew를 비교하여 M의 변화량 을 연산하여, 그 의 절대값이 0인가를 판단한다(S34, S35).Subsequently, the amount of change in M is compared by comparing Mold, M value in the previous detection period, and Mnew, M value in the current detection period. By computing It is determined whether the absolute value of is 0 (S34, S35).

상기에서 의 절대값이 0인 상태는 이전 검출 주기의 Mold값과 현재 검출주기의 Mnew값이 동일하다는 것으로 엔코더(101)로부터 펄스가 입력된 것이 없는 상태, 즉 위치의 변화가 없는 속도 0의 상태라는 의미이고, 의 절대값이 0이 아닌 상태는 위치의 변화가 있는 것으로, 현재 전동기가 회전하고 있는 상태를 나타낸다. 따라서, 상기 의 절대값이 0이 아닌 경우에는 시간의 경과분의 를 계산하고 상기 수학식 1의 연산을 통해 전동기 속도를 계산하고, 다음 주기에서의 속도 연산을 위해 현재 검출 주기의 M값과 T값을 각각 Mold 및 Told에 저장한다(S35~S38).From above The absolute value of 0 means that the Mold value of the previous detection cycle is the same as the Mnew value of the current detection cycle, meaning that no pulse is input from the encoder 101, that is, the velocity 0 state does not change position. ego, If the absolute value of is not 0, there is a change in position, which indicates that the motor is currently rotating. Thus, the above If the absolute value of is not zero, Calculate and calculate the motor speed through the calculation of Equation 1, and stores the M value and T value of the current detection period in the Mold and Told for the speed calculation in the next cycle (S35 ~ S38).

상기 판단결과, 의 절대값이 0인 경우는 저속영역에서는 펄스가 속도 검출 주기 이내에 입력되지 않을 수 있으므로 곧바로 속도를 0으로 처리하지 않고 일정시간동안을 이전 검출 주기의 전동기 속도를 유지하면서 대기하다가 의 절대값이 0인 것이 영속도 대기시간(Tzero)이상 유지되면 전동기 속도를 0으로 한다(S35, S39, S40).As a result of the determination, If the absolute value of is 0, the pulse may not be input within the speed detection cycle in the low speed range. Therefore, do not process the speed as 0 immediately and wait for a certain time while maintaining the motor speed of the previous detection cycle. If the absolute value of 0 is maintained above the zero speed waiting time (Tzero), the motor speed is set to 0 (S35, S39, S40).

그러나, 종래 전동기의 속도 검출 장치 및 방법은 엔코더를 전동기 축에 취부하여 인버터로 전동기 속도제어를 할 경우에 엔코더 신호선이 끊어지거나 엔코더에 고장이 생겨 엔코더 펄스가 출력되지 못할 경우에 속도가 0으로 검출되어진다. 펄스가 인버터로 전달되지 못하는 상태에서 전동기를 계속 운전할 경우 인버터는 검출된 속도가 0이므로 전동기가 가속하지 못한 것으로 판단하여 전동기를 지정된 속도지령으로 가속시키기 위해 큰 전류를 흘리기 위한 전압을 계속 인가함으로써, 과도한 전류가 흐르는 운전 상태가 계속 유지될 경우 전동기가 소손될 우려가 있기 때문에 반드시 엔코더 단선 내지 고장상태를 검출하여 운전을 정지시킬 필요가 있다. 그런데 단선 내지 엔코더 고장 발생시 나타나는 현상이 검출된 속도가 0인 것과 전류가 크게 흐르는 것인데 정상적인 운전상태에서도 검출된 속도가 0일 수 있고 전류가 크게 흐를 수 있기 때문에 검출이 용이하지 않은 문제점이 있다.However, in the conventional motor speed detecting apparatus and method, when the encoder is mounted on the motor shaft to control the motor speed with the inverter, the encoder detects the speed as 0 when the encoder signal line is broken or the encoder fails and the encoder pulse cannot be output. It is done. If the motor continues to operate while the pulse cannot be transmitted to the inverter, the inverter determines that the motor did not accelerate because the detected speed is 0, and continuously applies a voltage for flowing a large current to accelerate the motor to the designated speed command. Since the motor may be burned out when the operation state in which excessive current flows is maintained, it is necessary to detect the encoder disconnection or the fault condition and stop the operation. However, a phenomenon that occurs when disconnection or an encoder failure occurs is that the detected speed is 0 and the current flows greatly. However, even in the normal operation state, the detected speed may be 0 and the current may flow greatly, so that the detection is not easy.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 인버터에 탑재되는 교류 전동기 속도 검출 장치에서 속도 검출 센서로 엔코더를 사용할 경우 운전중에 엔코더에 이상이 생겨 펄스가 출력되지 않을 때 고장신호를 발생시켜 인버터 운전을 중단함으로써 과도한 전류에 의한 전동기 소손을 방지할 수 있도록 한 전동기의 속도 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and when the encoder is used as a speed detection sensor in an AC motor speed detection device mounted in an inverter, an error occurs in the encoder during operation, and a failure signal is generated when a pulse is not output. It is an object of the present invention to provide a method of detecting the speed of an electric motor that can prevent the motor from being burned out by excessive current by generating an electric current and stopping the inverter operation.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 속도 지령에 따라 동작하는 전동기 축에 취부되어 축의 위치 변화량에 따라 펄스를 출력하는 엔코더로부터 속도 검출주기동안 엔코더 펄스를 입력받아 전동기의 속도를 연산하고, 속도 검출주기동안 연산된 이전 전동기 속도와 현재 전동기 속도의 변화량이 없어 상기 속도 검출주기내에 엔코더 펄스가 인버터측으로 입력되지 않을시, 영속도 대기시간 경과여부에 따라 전동기를 정지하거나, 이전 전동기 속도를 유지함에 있어서, 인버터 운전시, 전동기의 속도지령과 속도 검출주기마다 엔코더 펄스가 1개씩 증가하는 속도 검출 기준치(Vmin)의 대소를 비교하는 과정과;상기 비교결과, 상기 속도 지령이 상기 속도 검출 기준치보다 크면, 가속시간을 고려한 고장 검출 대기시간이 경과한후에 엔코더 고장신호를 출력하는 과정과;상기 비교결과, 상기 속도 지령이 상기 속도 검출 기준치보다 작으면, 엔코더 펄스주기(Tref)를 연산하고, 그 연산된 엔코더 펄스주기와 고장검출 대기시간이 경과한 후에 엔코더의 고장신호를 출력하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the encoder is mounted on the motor shaft operating in accordance with the speed command and outputs a pulse in accordance with the position change amount of the shaft input encoder pulse during the speed detection period to calculate the speed of the motor, If there is no change in the previous motor speed and current motor speed calculated during the speed detection cycle, and if the encoder pulse is not input to the inverter within the speed detection cycle, the motor is stopped or the previous motor speed is maintained depending on whether the zero speed waiting time has elapsed. In the inverter operation, comparing the magnitude of the speed detection reference value (Vmin) by which the encoder pulse is increased by one for each speed detection cycle and the speed command of the motor; and as a result of the comparison, the speed command is greater than the speed detection reference value If it is large, encoder failure after the fault detection waiting time considering the acceleration time has elapsed And outputting an encoder pulse period Tref if the speed command is smaller than the speed detection reference value, and after the calculated encoder pulse period and the failure detection waiting time have elapsed. Characterized in that the process of outputting the signal.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명 전동기의 속도 검출방법을 보인 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 속도 지령에 따라 동작하는 전동기 축에 취부되어 축의 위치 변화량에 따라 펄스를 출력하는 엔코더로부터 속도 검출주기동안 엔코더 펄스를 입력받아 전동기의 속도를 연산하고, 속도 검출주기동안 연산된 이전 전동기 속도와 현재 전동기 속도의 변화량이 없어 상기 속도 검출주기내에 엔코더 펄스가 인버터측으로 입력되지 않을시, 영속도 대기시간 경과여부에 따라 전동기를 정지하거나, 이전 전동기 속도를 유지함에 있어서, 인버터 운전시, 전동기의 속도지령과 속도 검출주기마다 엔코더 펄스가 1개씩 증가하는 속도 검출 기준치(Vmin)의 대소를 비교하는 과정과;상기 비교결과, 상기 속도 지령이 상기 속도 검출 기준치보다 크면, 가속시간을 고려한 고장 검출 대기시간이 경과한후에 엔코더 고장신호를 출력하는 과정과;상기 비교결과, 상기 속도 지령이 상기 속도 검출 기준치보다 작으면, 엔코더 펄스주기(Tref)를 연산하고, 그 연산된 엔코더 펄스주기와 고장검출 대기시간이 경과한 후에 엔코더의 고장신호를 출력하는 과정으로 이루어진 것으로, 본 발명의 엔코더 고장 출력을 위한 속도 연산부는 인버터 속도 제어 장치의 입력값인 전동기 속도 지령과 인버터의 운전여부신호를 입력받는 것을 제외하고는 종래의 전동기의 속도 검출 장치의 구성과 동일하다. 따라서, 도 5를 참조하여 본 발명의 요지인 고장 검출 기능을 중점적으로 설명한다.4 is a flowchart illustrating a speed detecting method of the motor of the present invention. As shown in FIG. 4, an encoder pulse is input during a speed detection period from an encoder mounted on a motor shaft operating according to a speed command and outputting a pulse according to the position change amount of the shaft. If the encoder pulse is not input to the inverter within the speed detection cycle, there is no change in the previous motor speed and the current motor speed calculated during the speed detection cycle. Comparing the magnitude of the speed detection reference value (Vmin) at which the encoder pulse increases by one for each speed command and speed detection period when the inverter is in operation or maintaining the previous motor speed; and the comparison result. If the speed command is larger than the speed detection reference value, the fault detection zone considering the acceleration time Outputting an encoder fault signal after a lapse of time; calculating the encoder pulse period Tref if the speed command is less than the speed detection reference value, and calculating the encoder pulse period and the fault detection waiting time. After the elapsed time, the fault signal of the encoder is output. The speed calculating unit for the encoder fault output according to the present invention except that the motor speed command, which is an input value of the inverter speed control device, and the operation status signal of the inverter are input. Is the same as the structure of the speed detection apparatus of the conventional electric motor. Therefore, with reference to FIG. 5, the failure detection function which is the summary of this invention is demonstrated.

먼저, 속도 검출기(402)에 1회전당 N개의 펄스를 출력하는 엔코더(401)를 연결하고 속도 검출기(402)가 펄스 체배부(403)를 이용하여 속도연산을 매 속도 검출 주기(Ts)마다 연산한다고 가정하였을 때 90도의 위상차를 갖으며 펄스 체배부(403)로 입력되는 2개의 엔코더(401) 펄스는 에지(edge)마다 펄스가 출력(각 엔코더 펄스의 에지는 2개이므로 2개의 엔코더 펄스의 에지는 총 4개)되므로, 기본적으로 '4'를 곱하고, 그 속도 검출 주기(Ts)마다 엔코더 펄스가 1개씩 증가하는(dM=1) 회전속도 Vmin은 아래의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.First, an encoder 401 for outputting N pulses per revolution is connected to the speed detector 402, and the speed detector 402 uses the pulse multiplier 403 to calculate the speed operation every speed detection period Ts. Assuming that the calculation has a phase difference of 90 degrees, the two pulses of the encoder 401 input to the pulse multiplier 403 output pulses at each edge (two encoder pulses because each encoder pulse has two edges). Since 4 edges are total), it is basically multiplied by '4', and the rotational speed Vmin is increased by one encoder pulse for each speed detection period Ts (dM = 1), as shown in Equation 2 below. Can be.

Vmin = 60 ÷(Ts ×4 ×N)[rpm]Vmin = 60 ÷ (Ts × 4 × N) [rpm]

상시 수학식 2의 의미는 전동기 속도가 Vmin보다 크다면 단선 내지 엔코더 고장이 없는 정상적인 경우에는 속도 검출기(402)가 속도 검출 주기(Ts)마다 속도 연산을 수행하여 값을 연산하였을 때 그 절대값이 계속 1 이상의 값(정방향 회전시 (+), 역방향 회전시 (-)이며 0이 아닌 값)으로 값이 나와야 한다는 것이다. 속도지령이 Vmin보다 큰 경우는 인버터가 운전 개시 후 엔코더에 이상이 없을 경우에는 전동기는 정상적으로 Vmin보다 큰 속도지령의 크기만큼으로 가속할 것이고 전동기 속도가 Vmin보다 크기 때문에 속도 검출 장치가 속도 검출 주기(Ts)마다 ||값을 연산하였을 때 그 절대값이 항상 1 이상의 값을 가지게 된다.Equation (2) means that if the motor speed is greater than Vmin, the speed detector 402 performs speed calculation every speed detection period (Ts) when there is no disconnection or encoder failure. When the value is calculated, its absolute value continues to be one or more values ((+) for forward rotation, (-) for reverse rotation and non-zero). The value should come out. If the speed command is greater than Vmin, if the encoder is not abnormal after the start of operation, the motor will normally accelerate by the size of the speed command greater than Vmin. Ts) every | When the value is computed, its absolute value always has a value of 1 or greater.

도 6은 정상적인 경우 전동기 속도의 크기에 따라 펄스 체배부(403)의 출력을 도시한 것으로 도 6의 (a)는 속도가 Vmin보다 큰 경우에 해당하고 도 6의 (b)는 속도가 Vmin일 경우에 해당한다. 속도가 Vmin보다 클 경우에는 매 속도 연산시마다 ||값이 1보다 크며 속도가 Vmin일 경우에는 매 속도연산시마다 ||값이 1임을 보이고 있다.FIG. 6 illustrates the output of the pulse multiplier 403 according to the magnitude of the motor speed in a normal case. FIG. 6 (a) corresponds to a case where the speed is larger than Vmin, and FIG. This is the case. If the speed is greater than Vmin, every speed calculation | If the value is greater than 1 and the speed is Vmin, every speed operation | It shows that the value is 1.

따라서 속도지령이 Vmin보다 크거나 같을 경우에 운전개시 후 일정시간 후에는 매 속도 연산 주기에서의 ||값이 1보다 반드시 커야함을 알 수 있다. 따라서 인버터 운전 개시 후 Vmin보다 큰 속도지령이 유지되고 있는 상태에서 가속시간을 고려한 시간 이후에도 계속 ||이 0인 상태를 유지한다면 신호선 단선이나 엔코더(401) 고장으로 인해 엔코더(401)에서 펄스가 나오지 않는 것으로 판단할 수 있어 고장으로 검출할 수 있다.Therefore, if the speed command is greater than or equal to Vmin, after a certain time after the start of operation, | You can see that the value must be greater than 1. Therefore, after the inverter operation starts, the speed command greater than Vmin is maintained. If | is maintained at 0, it can be determined that the pulse is not emitted from the encoder 401 due to signal line disconnection or encoder 401 failure, and can be detected as a failure.

속도지령의 크기가 0보다는 크고 Vmin보다 작은 경우에는 엔코더 펄스의 입력주기(Tref)가 속도 검출주기(Ts)보다 길어지게 되어 그 속도 검출주기(Ts)마다 속도 연산을 수행할 경우 ||이 0일 수도 있고 아닐 수도 있다.If the magnitude of the speed command is greater than 0 and less than Vmin, the input period Tref of the encoder pulse becomes longer than the speed detection period Ts. When speed calculation is performed for each speed detection period Ts | May or may not be zero.

도 6의 (c)는 전동기 속도가 Vmin보다 작은 경우의 펄스 체배부(403)의 출력을 도시한 것으로 속도 연산 주기마다 ||이 0일 수도 있고 아닐 수도 있는 것을 보이고 있다. 따라서 속도지령이 Vmin보다 큰 경우처럼 단지 ||이 0인 것이 고장의 조건이 될 수가 없다. 이 경우는 현재의 속도지령의 크기 Vref(0<Vref<Vmin)로 정상적으로 전동기가 회전할 경우의 엔코더 펄스의 입력 주기(Tref)를 수학식 3과 같이 계산하고 ||값이 0인 상태가 에코더 펄스의 입력주기(Tref)보다 길게 유지되는 것이 가속시간을 고려한 시간 이후에도 계속될 경우에 엔코더에서 펄스가 나오지 않는 것으로 판단하여 고장으로 검출한다. 하기의 수학식 3에서 '4'는 상술한 수학식 2의 '4'와 동일한 이유에서 얻어지는 정수이다.FIG. 6C shows the output of the pulse multiplication unit 403 when the motor speed is smaller than Vmin. Shows that | may or may not be zero. Therefore, as in the case where the speed command is greater than Vmin, only | 0 is not a fault condition. In this case, the input pulse (Tref) of the encoder pulse when the motor rotates normally with the magnitude Vref (0 <Vref <Vmin) of the current speed command is calculated as shown in equation (3). If the value of 0 is maintained longer than the input period Tref of the echo pulser, the encoder determines that the pulse does not come out and detects the failure. '4' in Equation 3 below is an integer obtained for the same reason as '4' in Equation 2 described above.

Tref=60 ÷(Vref ×4 ×N)[sec] 이러한 본 발명의 속도 연산부(410)를 좀더 구체적으로 설명하면 이전에 속도를 연산한 시점에서 속도 검출 주기(Ts)가 경과하였는지 판단하여, 속도 검출주기(Ts)가 경과하지 않았을 경우, 이전의 검출주기에서 연산된 전동기 속도를 그대로 유지한다(S61, S62). Tref = 60 ÷ (Vref × 4 × N) [sec] When the speed calculating unit 410 of the present invention is described in more detail, it is determined whether the speed detecting period Ts has elapsed at the time when the speed was previously calculated, and when the speed detecting period Ts has not elapsed, the previous detection is performed. The motor speed calculated in the cycle is kept as it is (S61, S62).

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그러나, 상기 판단결과, 속도 검출주기(Ts)가 경과하였을 경우에는 업/다운 카운터(406)의 카운트값(M) 및 펄스 카운터(407)의 카운트 값(T)을 업/다운 카운터 저장부(408) 및 펄스 카운터 저장부(409)에서 읽어와서 각각을 Mnew, Tnew에 저장하며, 그 저장된 Mnew와 이전 검출 주기에서의 M값인 Mold를 비교하여 M의 변화량 을 연산한다(S63, S64).However, when the speed detection period Ts has elapsed as a result of the determination, the count value M of the up / down counter 406 and the count value T of the pulse counter 407 are converted into the up / down counter storage unit ( 408) and the pulse counter storage unit 409 and store each in Mnew and Tnew, and compare the stored Mnew with the Mold, which is the M value in the previous detection period, to change the amount of M Is computed (S63, S64).

상기 연산후 그 연산된 값의 절대값(||)이 0인지를 판단하여, ||이 0이 아닌 경우에는 시간의 경과분인 를 계산하여 상기 수학식 1을 통해 전동기 속도를 계산하며, 다음번 속도 연산 주기에서의 속도 연산을 위해 현재 검출 주기의 M값과 T값을 각각 Mold 및 Told에 각각 저장하고, ||이 0인 경우는 저속영역에서 펄스가 속도 검출 주기 이내에 입력되지 않은 경우일 수 있으므로 ||이 0인 상태가 영속도 대기시간(Tzero)이상 유지되고 있는지를 판단한다(S65~S69).After the operation, the absolute value of the calculated value (| Determines if |) is zero, and | If | is not zero, the elapsed time is To calculate the motor speed through Equation 1, and store the M value and T value of the current detection period in Mold and Told, respectively, for speed calculation in the next speed calculation cycle, and | 0 is the case that the pulse is not input within the speed detection period in the low speed range. It is determined whether | 0 is maintained for more than the zero speed waiting time (Tzero) (S65 to S69).

상기 판단결과, ||이 0이지만 아직 영속도 대기시간(Tzero)이 경과하지 않았을 경우에는 전동기 속도를 유지하면서 다음단계로 진행하며, ||이 0인 상태가 영속도 대기시간(Tzero)이상 유지된다면 전동기가 회전하지 않고 있는 것으로 간주하여 전동기 속도를 0으로 한다(S70, S71).The above judgment result, | Is 0, but the zero-speed waiting time (Tzero) has not yet elapsed, continue to the next step while maintaining the motor speed, | If | 0 is maintained for more than the zero speed waiting time (Tzero), the motor is regarded as not rotating and the motor speed is set to 0 (S70 and S71).

이후, 본 발명의 특징인 엔코더 고장을 검출하는 기능을 위해 추가된 것으로, 인버터가 운전중인지를 판단하여 운전중인 경우에만 고장 점검 기능을 수행한다. After that, it is added for a function of detecting an encoder failure, which is a feature of the present invention, and performs a failure checking function only when the inverter is in operation.

즉, 인버터가 운전중이면 속도지령과 상기 수학식 2의 Vmin값의 크기를 비교한다(S72. S73). 속도지령의 크기가 Vmin보다 큰 경우는 정상적인 경우에 속도 검출 주기(Ts)마다 속도 검출을 수행하였을 때 ||의 값이 1이상의 값이 나와야한다는 것인데 현재 ||의 값이 0이므로 엔코더(401)쪽에 이상이 있는 것임을 알 수 있다. 단, 전동기 속도가 속도지령을 추종하기 위해서는 가속시간이 필요하므로 ||=0이고 속도지령이 Vmin보다 큰 상태가 고장검출 대기시간(Twait)만큼 유지되는지를 판단한다(S74).That is, when the inverter is operating, the speed command is compared with the magnitude of the Vmin value of Equation 2 (S72. S73). If the magnitude of the speed command is larger than Vmin, when the speed is detected at each speed detection period (Ts) under normal circumstances | The value of | must be greater than or equal to 1 Since the value of | is 0, it can be seen that there is an error in the encoder 401 side. However, since the motor speed requires the acceleration time to follow the speed command, | It is determined whether || 0 and the state where the speed command is larger than Vmin is maintained by the failure detection waiting time Twait (S74).

상기 판단결과, 고장검출 대기시간(Twait) 만큼 유지되지 않은 상태라면 고장신호를 검출하지 않고, 상기 판단결과, ||=0이고 속도지령이 Vmin보다 큰 상태가 고장검출 대기시간(Twait) 이상 유지되면 고장 검출 신호를 인버터 제어 장치로 출력한다(S75).If the determination result is not maintained for the fault detection waiting time Twait, the failure signal is not detected, and the determination result, | If | = 0 and the speed command is greater than Vmin, the fault detection signal is output to the inverter controller (S75).

상기 속도지령의 크기가 Vmin보다 작을 경우는 정상적인 경우에도 엔코더 펄스가 속도 검출 시간(Ts)마다 입력되지 않을 수 있으므로 현재 속도 지령값으로 전동기가 회전할 경우 엔코더 펄스 주기(Tref)를 상기의 수학식 3을 통해 구한다(S76).If the magnitude of the speed command is smaller than Vmin, even if it is normal, the encoder pulse may not be input for each speed detection time Ts. Therefore, when the motor rotates with the current speed command value, the encoder pulse period Tref is expressed by the above equation. Obtained through 3 (S76).

속도지령이 Vmin보다 큰 경우와 마찬가지로 정상적인 경우라면 엔코더 펄스는 엔코더 펄스 주기(Tref) 마다 검출이 되어야 한다.If it is normal as in the case where the speed command is larger than Vmin, the encoder pulse should be detected every encoder pulse period (Tref).

따라서, 속도지령이 Vmin보다 작은 상태에서 이 0인 것이 엔코더 펄스 주기(Tref)만큼 유지되는지를 점검하고, 그 엔코더 펄스 주기(Tref)의 시간이 경과하였다면 가속시간을 고려하여 고장 검출 대기시간(Twait)만큼 유지되고 있는지를 판단한다(S77, S78).Therefore, with speed command smaller than Vmin It is checked whether this zero is maintained by the encoder pulse period Tref, and if the time of the encoder pulse period Tref has elapsed, it is determined whether it is maintained by the failure detection waiting time Twait in consideration of the acceleration time (S77). , S78).

상기 판단결과, 상기 고장 검출 대기시간(Twait)만큼 유지되지 않은 상태라면 고장으로 검출하지 않고, =0이고 속도지령이 Vmin보다 작은 상태가 고장 검출 대기시간(Twait) 이상 유지된다면 고장 검출 신호를 인버터 제어 장치로 출력한다(S79).As a result of the determination, if the state is not maintained for the failure detection wait time Twait, the failure is not detected. If = 0 and the state where the speed command is smaller than Vmin is maintained for more than the failure detection wait time Twait, a failure detection signal is output to the inverter controller (S79).

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 속도 검출 장치는 인버터에 의한 교류 전동기 운전중에 엔코더에 이상이 발생한 경우 고장 신호를 발생하는 기능을 가진 것을 특징으로 한다. 본 발명의 속도 검출 장치에 의해 엔코더에 이상이 생겨 펄스가 출력되지 않을 때 고장신호를 발생시켜 인버터 운전을 중단함으로써 과도한 전류에 의한 전동기 소손을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the speed detecting device of the present invention is characterized in that it has a function of generating a failure signal when an error occurs in the encoder during the operation of an AC motor by an inverter. According to the speed detecting apparatus of the present invention, when an error occurs in the encoder and a pulse is not output, a failure signal is generated to stop the inverter operation, thereby preventing the motor from being burned out due to excessive current.

도 1은 종래 전동기의 속도 검출장치의 구성을 보인 예시도.1 is an exemplary view showing a configuration of a speed detection device of a conventional electric motor.

도 2는 도 1에 있어서 타이밍도.FIG. 2 is a timing diagram in FIG. 1. FIG.

도 3은 종래 전동기의 속도 검출방법을 보인 흐름도.Figure 3 is a flow chart showing a speed detection method of a conventional electric motor.

도 4는 본 발명 전동기의 속도 검출방법을 보인 흐름도.Figure 4 is a flow chart showing a speed detection method of the present invention motor.

도 5는 본 발명 전동기의 속도 검출방법이 적용되는 장치의 구성을 보인 예시도.5 is an exemplary view showing the configuration of a device to which the speed detection method of the present invention motor is applied.

도 6은 도 5에 있어서, 정상적인 경우 전동기 속도의 크기에 따라 펄스 체배부의 출력을 도시한 파형도.6 is a waveform diagram showing the output of the pulse multiplier according to the magnitude of the motor speed in the normal case in FIG.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

401: 엔코더 402: 속도 검출기401: encoder 402: speed detector

403: 펄스 체배부 404: 방향 판별부403: pulse multiplication part 404: direction determination part

405: 발진부 406: 업/다운 카운터405: Oscillator 406: Up / Down Counter

407: 펄스 카운터 408: 업/다운 카운터 저장부407: pulse counter 408: up / down counter storage

409: 펄스 카운터 저장부 410: 속도 연산부409: pulse counter storage unit 410: speed calculator

Claims

The encoder is mounted on the motor shaft operating according to the speed command and outputs pulses according to the position change of the shaft. The encoder pulse is input during the speed detection cycle, and the motor speed is calculated.The previous motor speed and current motor calculated during the speed detection cycle are calculated. When there is no change in speed and the encoder pulse is not input to the inverter within the speed detection period, in stopping the motor or maintaining the previous motor speed according to whether the zero speed waiting time has elapsed,

Comparing the magnitude of the speed detection reference value Vmin, in which the encoder pulse increases by one for each speed command and speed detection cycle of the motor during operation of the inverter;

As a result of the comparison, if the speed command is larger than the speed detection reference value, outputting an encoder failure signal after a failure detection waiting time considering an acceleration time has elapsed;

As a result of the comparison, if the speed command is smaller than the speed detection reference value, the encoder pulse period Tref is calculated, and the fault signal of the encoder is output after the calculated encoder pulse period and the fault detection waiting time have elapsed. Speed detection method of the motor, characterized in that made.

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The method of claim 1, wherein the speed detection reference value (Vmin) is calculated by the following equation.

(Equation 2)

Vmin = 60 ÷ (Ts × 4 × N) [rpm]

Here, Ts: speed detection cycle, N: number of pulses of encoder output per one revolution

The method of claim 1, wherein the encoder pulse period (Tref) is calculated by the following equation.

(Equation 3)

Tref = 60 ÷ (Vref × 4 × N) [sec]

Here, Vref: speed command value, N: number of pulses of encoder output per one revolution