KR100526952B1 - 온라인 파라메터 추정을 이용한 위상제어 정류기의예측전류 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

온라인 파라메터 추정을 이용한 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치 및 그 방법이 개시된다. 상기 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치는, 샘플링된 출력 전압과 출력 전류로부터 온라인 상에서 최소자승법으로 정확하게 추정된 부하 파라메터를 이용하여, 예측전류와 현재 부하전류의 교점으로부터 과도상태에 대한 점호각 정보를 계산하여 하드웨어 타이머에 로딩하고, 타이머의 지시로 싸이리스터들의 점호가 이루어지도록 한다. 이와 같이 온라인으로 타이머에 로딩하는 방법은, 파라메터 추정과 점호각 정보 계산에 필요한 충분한 시간을 확보할 수 있게 하고, 짧은 샘플링 주기마다 반복적으로 예측전류를 계산하고 비교하는 종래의 과정을 제거할 수 있다. 따라서, 점호의 정밀도가 높고 정상상태 및 과도상태 오차가 없는 빠른 전류제어를 수행 할 수 있는 효과가 있다. 특히, 부하 파라메터는 온라인 상에서 최소자승법으로 정확하게 추정되므로, 정상상태 오차를 제거할 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따른 예측전류 제어장치는, 고성능의 전류제어응답이 필요한 R-L-역기전력 형태의 부하를 구동하는 위상제어 정류기의 제어에 이용될 수 있다.

Description

온라인 파라메터 추정을 이용한 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치 및 그 방법{Predictive current control apparatus for phase-controlled rectifier using on-line parameter estimation and method thereof}
본 발명은 예측전류 제어장치에 관한 것으로, 특히 위상제어 정류기(phase-controlled rectifier)에서의 예측전류를 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
위상제어 정류기에 대한 빠르고 오버슈트(overshoot)가 없는 전류제어를 수행하기 위하여, 1983년 R.Kennel 과 D.Schroder에 의해 예측전류 제어장치가 고안되었다. 직류 부하를 위한 3상 위상제어 정류기는, 예측전류의 제어에 의하여 오버슈트가 없고 빠른 출력 전류를 발생시킨다. 그러나, 예측전류에 의하여 위상제어 정류기의 출력 전류를 제어하는 일반적인 방법에서는, 출력 전류 샘플링 주기마다 예측전류를 계산하고, 이 값을 샘플링된 전류와 비교하여 점호를 결정하기 때문에, 점호의 정밀도가 샘플링 주파수에 비례한다. 또한, 예측전류는 부하, 출력 전류, 점호각, 및 전원 전압의 수학적인 관계에 의존하기 때문에, 부하 파라메터(load parameter)에 대한 잘못된 정보나 운전 조건에 따른 부하 파라메터의 변동은 전류제어에 있어 정상상태 오차를 유발한다.
도 1은 종래의 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치를 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 예측전류 제어장치는 전류 예측부(110), 비교부(120), 온오프 제어부(130), 듀얼 싸이리스터들(dual thyristors)으로 구성되는 위상제어 정류기인 3상 듀얼 컨버터(dual converter)(140), 정정부(150), 및 샘플앤 홀더(sample-and-holder)(160)를 구비한다. 듀얼 컨버터(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 온오프 제어부(130)에서 출력되는 점호 신호(FS)에 의하여 스위칭되는 싸이리스터들을 이용하여, 3상 교류 전원을 정류한다. 상기 예측전류 제어장치에서는, 전류 기준값(Iref), 부하(170) 파라메터 값, 및 역기전력 값 등을 이용하여 다음 점호 시의 전류를 예측하고, 계산된 예측전류(ipre)와 샘플링된 컨버터 전류(idc)를 비교하여 두 신호가 교차되는 직후의 시점에 점호 신호(FS)를 발생시킨다. 만일, 모든 파라메터 값, 특히 부하(170) 파라메터 값이 정확하고 샘플링 주기, 즉, 비교 주기가 충분히 짧다면, 예측전류 제어는 이러한 시스템에서 가장 빠른 전류제어를 수행할 수 있다.
그러나, 도 1과 같이 고정된 부하 파라메터 값을 사용하는 종래의 예측전류 제어장치에서는, 정확한 파라메터 값을 알고 있더라도, 이러한 파라메터 값이 운전 조건에 따라 변동하므로 운전 중에 전류제어 오차가 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 정밀한 예측전류 제어를 위하여, 샘플링 주기를 짧게 하여야 하지만, 출력 전류 샘플링 주기마다 예측전류(ipre)를 계산하고, 예측전류(ipre)와 샘플링된 전류(idc)를 비교하는 시간을 확보하여야 하므로, 샘플링 주기를 줄이는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 샘플링된 출력 전압과 출력 전류로부터 온라인 상에서 최소자승법으로 정확하게 추정된 부하 파라메터를 이용하여, 예측전류와 현재 부하전류의 교점으로부터 과도상태에 대한 점호각 정보를 계산하여 하드웨어 타이머에 로딩하고, 타이머의 지시로 싸이리스터들의 점호가 이루어지도록 함으로써, 점호의 정밀도를 높이고 정상상태 및 과도상태 오차가 없는 빠른 전류제어를 수행 할 수 있는 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상제어 정류기의 예측전류 제어방법은, 부하 파라메터 값들과 기준전류를 이용하여, 상기 기준전류의 정상상태에서 연속 모드와 불연속 모드, 및 상기 기준전류의 과도상태에서 예측전류와 현재 부하전류의 교점의 음의 값과 양의 값 각각의 상황에 적응하여 점호각을 계산하여 출력하는 단계; 상기 점호각을 입력받아 점호 시점을 알려주는 점호 신호들을 생성하여 출력하는 단계; 상기 점호 신호들 각각에 의하여 제어되는 싸이리스터를 구비하여, 교류 전원을 정류하고 부하에 공급하는 단계; 및 상기 부하에 흐르는 상기 현재 부하전류, 현재 부하전압, 및 현재 역기전력을 이용하여 상기 부하 파라메터 값들을 계산하여 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 부하는, 저항, 인덕터, 및 역기전력 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 교류 전원은, 같은 위상차를 가지는 3상 교류 전원인 것을 특징으로 한다.
상기 정상상태에서 연속 모드의 점호각은, 수학식,
(여기서, V는 교류 전원의 최대치, Ra는 부하 저항 값, Iref는 기준전류, Eg 는 현재 역기전력, 는 점호각)로부터 계산되는 것을 특징으로 한다. 상기 정상상태에서 불연속 모드의 점호각은, 수학식,
을 이용하여,
수학식,
(여기서, V는 교류 전원의 최대치, Ra는 부하 저항 값, La는 부하 인덕턴스, Iref는 기준전류, Eg는 현재 역기전력, 는 점호각, 는 현재 부하전류의 소호각)로부터 계산되는 것을 특징으로 한다. 상기 과도상태에서 상기 교점의 양의 값에서의 점호각은, 수학식,
을 이용하여,
수학식,
(여기서, V는 교류 전원의 최대치, Ra는 부하 저항 값, La는 부하 인덕턴스, Iref는 기준전류, Eg는 현재 역기전력, i는 점호각, 는 현재 부하전류의 소호각, Ii는 현재 부하전류, 2는 정상상태 점호각, I20은 정상상태 점호각에서 예측전류)로부터 계산되는 것을 특징으로 한다. 상기 과도상태에서 상기 교점의 음의 값에서의 점호각은, Ii=0일 때, i값인 것을 특징으로 한다. 상기 부하 파라메터 값들은, 수학식,
을 이용하여,
(여기서, Ra는 부하 저항 값, La는 부하 인덕턴스, Eg는 현재 역기전력, Ts는 부하전류 샘플링 주기, vdc[]는 샘플링된 부하전압, idc[]는 샘플링된 부하전류)로부터 계산되는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치는, 부하 파라메터 값들과 기준전류를 이용하여, 상기 기준전류의 정상상태에서 연속 모드와 불연속 모드, 및 상기 기준전류의 과도상태에서 예측전류와 현재 부하전류의 교점의 음의 값과 양의 값 각각의 상황에 적응하여 점호각을 계산하여 출력하는 점호각 계산부; 상기 점호각을 입력받아 점호 시점을 알려주는 점호 신호들을 생성하여 출력하는 타이머; 상기 점호 신호들 각각에 의하여 제어되는 싸이리스터를 구비하여, 교류 전원을 정류하고 부하에 공급하는 듀얼 컨버터; 및 상기 부하에 흐르는 상기 현재 부하전류, 현재 부하전압, 및 현재 역기전력을 이용하여 상기 부하 파라메터 값들을 계산하여 출력하는 온라인 파라메터 추정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치를 나타내는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치는, 점호각 계산부(firing angle calculation unit)(210), 타이머(220), 듀얼 컨버터(230), 및 온라인 파라메터 추정부(on-line parameter estimator)(240)를 구비한다.
상기 점호각 계산부(210)는 부하 파라메터 값들(La, Ra)과 기준전류(Iref )를 이용하여, 상기 기준전류(Iref)의 정상상태(steady state)에서 연속 모드(continuous conduction mode)와 불연속 모드(discontinuous conduction mode), 및 상기 기준전류(Iref)의 과도상태(transient state)에서 예측전류와 현재 부하전류(idc)의 교점의 음의 값과 양의 값 각각의 상황에 적응하여 점호각()을 계산하여 출력한다. 상기 타이머(220)는 상기 점호각()을 입력받아 점호 시점을 알려주는 점호 신호들(firing signals)(FS)을 생성하여 출력한다. 상기 듀얼 컨버터(230)는 상기 점호 신호들(FS) 각각에 의하여 제어되는 싸이리스터(도 3에서 F1~F6, R1~R6)를 구비하여, 교류 전원(도 3에서 van, vbn, vcn)을 정류하고 부하(250)에 공급한다. 상기 온라인 파라메터 추정부(240)는 상기 부하(250)에 흐르는 상기 현재 부하전류(idc), 현재 부하전압(vdc), 및 현재 역기전력(Eg)을 이용하여 상기 부하 파라메터 값들(La, Ra)을 계산하여 출력한다.
도 3은 도 2의 듀얼 컨버터(230)를 나타내는 회로도이다. 상기 듀얼 컨버터(230)는 서로 같은 위상차(/3)를 가지는 3 상 교류 전원(van, vbn, vcn)을 정류하여 부하(250)에 공급하는 위상제어 정류기이다. 상기 듀얼 컨버터(230)는 상기 점호 신호들(FS)에 의하여 제어되는 싸이리스터들(F1~F6, R1~R6)을 구비한다. 싸이리스터들(F1~F6, R1~R6)은 게이트로 상기 점호 신호들(FS)을 입력받아 스위칭한다. 도 4는 도 3의 한쌍의 싸이리스터가 턴온될 때의 등가 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 3 상 교류 전원(van, vbn, vcn) 각각이 최대전압 V, 및 이에 따른 실효치 V일 때, 한쌍의 싸이리스터가 턴온되면, 부하(250) 측의 등가 모델은 도 4와 같다. 부하(250)는, 저항, 인덕터, 및 역기전력(Eg) 발생기(전동 모터 등)가 직렬 연결된 등가회로로 나타낼 수 있다. 부하 저항, 및 부하 인덕터에 대응하는 부하 파라메터 값들(La, Ra), 즉, 부하 저항 값(Ra), 및 부하 인덕턴스(L a)는, 상기 온라인 파라메터 추정부(240)가 현재 부하전류(idc), 현재 부하전압(vdc), 및 현재 역기전력(Eg)을 이용하여 추정한다. 부하 파라메터 값들(La, Ra)은 온라인 상에서 최소자승법으로 정확하게 추정되므로, 정상상태 오차를 제거할 수 있다.
도 3 및 도 4에서, 부하전류(idc)가 제로(zero)가 아니고 연속 모드에 있을 때, 부하(250) 측의 평균 전압은 [수학식 1]과 같고, 부하전류(idc)가 제로 또는 불연속 모드에 있을 때, 부하(250) 측의 평균 전압은 [수학식 2]와 같다. 여기서, V는 교류 전원의 최대치, Ra는 부하 저항 값, Iref는 기준전류, Eg는 현재 역기전력, 는 점호각, 는 현재 부하전류(idc)의 소호각(arcing horn), 는 2f와 같고 f는 교류 전원의 주파수이다.
[수학식 1]
[수학식 2]
한편, 도 3의 싸이리스터들이 이상적인 스위칭 특성을 가진다고 가정할 때, 도 4의 등가회로로부터 [수학식 3]과 같은 미분 방정식이 성립한다. [수학식 3]의 미분 방정식의 해는 [수학식 4]와 같다. [수학식 4]에서 필요한 파라메터의 값은 [수학식 4-1] 내지 [수학식 4-4]에 나타나 있다. 여기서, La는 부하 인덕턴스이다.
[수학식 3]
[수학식 4]
[수학식 4-1]
[수학식 4-2]
[수학식 4-3]
[수학식 4-4]
상기 온라인 파라메터 추정부(240)는 현재 부하전류(idc), 현재 부하전압(vdc), 및 현재 역기전력(Eg)을 이용하여, 최소자승 알고리즘(least mean algorithm)에 의하여 부하 저항 값(Ra), 및 부하 인덕턴스(La)를 온라인 상에서 정확하게 추정한다. 먼저, [수학식 3]은, 부하(250)에서 샘플링된 부하전류(idc[]), 샘플링된 부하전압(vdc[]), 및 샘플링 주기(Ts)로 근사화시킬 때, [수학식 5]와 같다. 이때, 상기 부하 파라메터 값들(La, Ra)은, 최소자승 알고리즘에 따라, [수학식 6]의 행렬을 계산함으로써 얻어진다. [수학식 6]에서 필요한 샘플링된 부하전류(idc[]), 및 샘플링된 부하전압(vdc[])에 대한 행렬은 [수학식 6-1]에 있다.
[수학식 5]
[수학식 6]
[수학식 6-1]
도 5는 도 2의 점호각 계산부(210)의 점호각() 계산 알고리즘을 나타내는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 먼저, 정상상태에서 기준전류(Iref)의 연속 또는 불연속 모드 각각에 대한 점호각을 계산한다. 상기 정상상태에서 연속 모드의 점호각은, [수학식 1]로부터 계산된다(S510~S520). 상기 정상상태에서 불연속 모드의 점호각은, [수학식 4-1] 내지 [수학식 4-4]를 이용하여 [수학식 7] 및 [수학식 8]로부터 뉴톤-라프슨(Newton-Rapshon) 방법에 의하여 계산된다(S530). [수학식 1] 또는 [수학식 7] 및 [수학식 8]로부터 계산되는 를 정상상태에서 연속 모드 또는 불연속 모드의 점호각 2로 나타내었다. 점호각 계산부(210)는 기준전류(Iref)가 변하지 않으면 정상상태에서 계산된 점호각( 2)을 출력한다(S540~S550).
[수학식 4]에서 점호각() 및 소호각()에서 부하전류(idc)가 제로(zero)인 조건으로부터 [수학식 7]이 성립한다. 또한, [수학식 2]에서 평균전압 조건으로부터 [수학식 8]이 성립한다.
[수학식 7]
[수학식 8]
본 발명의 일실시예와 같이, 타이머(220)를 사용할 경우에, 정상상태 점호각( 2) 뿐만 아니라, 과도상태의 점호각(i 또는 x )도 알아야 한다. 즉, 기준전류(Iref)가 전류 연속 모드에서 변할 때(예를 들어, 8A에서 15A로 변함), 불연속 모드에서 연속 모드로 변할 때(예를 들어, 0A에서 8A로 변함), 연속 모드에서 불연속 모드로 변할 때(예를 들어, 15A에서 5A로 변함) 등과 같은 과도상태의 점호각(i 또는 x )을 알아야 한다. 과도상태에서, 인덕턴스에 의한 전압 성분이 존재하므로, 과도상태의 점호각(i 또는 x )은 정상상태 점호각( 2)과 다르다. 이때, 현재 턴온 된 싸이리스터 쌍에 흐르는 전류와 다음 턴온될 싸이리스터 쌍에 흐를 전류가 만나는 교점이, 양수 또는 음수인지에 따라, 과도상태의 점호각(i 또는 x )을 다르게 계산하였다.
도 6a 및 도 6b 각각은 현재 턴온 된 싸이리스터 쌍에 흐르는 전류와 다음 턴온될 싸이리스터 쌍에 흐를 전류가 만나는 점이, 양수 및 음수인 경우의 점호각 (i 또는 x )결정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6a를 참조하면, 기준전류(Iref)가 과도상태에 있을 때, 현재 턴온 된 싸이리스터 쌍에 흐르는 전류와 다음 턴온될 싸이리스터 쌍에 흐를 전류의 교점(Ii)이 양수인 경우가 나타나 있다. 도 6b를 참조하면, 기준전류(Iref)가 과도상태에 있을 때, 현재 턴온 된 싸이리스터 쌍에 흐르는 전류와 다음 턴온될 싸이리스터 쌍에 흐를 예측전류의 교점(Ii)이 음수인 경우가 나타나 있다. 먼저, 두 전류의 교점과 이때의 점호각( i)을 구하기 위하여, [수학식 9], [수학식 10] 및 [수학식 10-1]을 이용한다. [수학식 9]는 교점에서 현재 턴온 된 싸이리스터 쌍에 흐르는 전류(Ii)이고, 이는 [수학식 4]에 교차 조건(t= i+/6)를 대입하여 얻어진다. 다음 턴온될 싸이리스터 쌍에 흐를 예측전류에 대하여, 위에서 계산된 정상상태 점호각( 2)에서 [수학식 10]이 성립한다. [수학식 10]에서 필요한 I2new는 [수학식 10-1]과 같다. 2는 정상상태 점호각, I20은 정상상태 점호각( 2)에서 예측전류이다.
[수학식 9]
[수학식 10]
[수학식 10-1]
이와 같이 계산된 두 전류의 교점이 양수이면, 점호각 계산부(210)는 [수학식 9] 및 [수학식 10]으로부터 계산된 i를 과도상태에서 점호각으로 출력한다(S540~S580). 두 전류의 교점이 음수이면, 점호각 계산부(210)는, Ii=0으로 하고,[수학식 10] 및 [수학식 10-1]으로부터 계산된 x= i를 과도상태에서 점호각()으로 출력한다(S590~S600).
도 7은 100%의 부하 파라메터 값들(La, Ra)로 하여 종래기술에 의한 예측전류 제어 수행 시의 시뮬레이션 파형도이다. 도 8은 150%의 부하 파라메터 값들(La, Ra)로 하여 종래기술에 의한 예측전류 제어 수행 시의 시뮬레이션 파형도이다. 도 9는 150%의 부하 파라메터 값들(La, Ra)로 하여 도 2의 예측전류 제어장치에 의한 예측전류 제어 수행 시의 시뮬레이션 파형도이다. 시뮬레이션에 사용된 역기전력 발생기, 즉, 전동 모터에 대한 파라메터 상수는 [표 1]과 같다.
[표 1]
정격 전력 5.5[kW]
정격 전압 220[V]
정격 전류 32[A]
전기자 저항 Ra 1.0[]
전기자 인덕턴스 La 10[mH]
도 7을 참조하면, 종래기술에 의한 예측전류 제어 수행 시에, 100%의 부하 파라메터 값들(La, Ra)에 대하여 이상적인 전류응답에 의한 부하전류(idc )가 나타나고 있다. 그러나, 도 8에 도시된 바와 같이, 150%의 부하 파라메터 값들(La, Ra)에 대해서는, 기준전류(Iref)와 예측전류 제어에 의한 부하전류(idc) 사이에 정상상태 오차가 발생한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 온라인 파라메터 추정부(240)에 의하여 부하 파라메터 값들(La, Ra)을 정확하게 추정하고, 점호각 계산부(210)가 추정된 부하 파라메터 값들(La, Ra)을 이용하여 점호각()을 정밀하게 계산한 결과, 150%의 부하 파라메터 값들(La, Ra)에 대해하여, 초기에 오버슈트와 같은 과도상태가 나타날 뿐, 파라메터 추정이 계속하여 이루어지면서 초기의 과도상태 및 정상상태 오차는 제거된다.
도 10은 100%의 부하 파라메터 값들(La, Ra)로 하여 종래기술에 의한 예측전류 제어 수행 시의 실측 파형도이다. 도 11은 150%의 부하 파라메터 값들(La, Ra)로 하여 종래기술에 의한 예측전류 제어 수행 시의 실측 파형도이다. 도 12는 150%의 부하 파라메터 값들(La, Ra)로 하여 도 2의 예측전류 제어장치에 의한 예측전류 제어 수행 시의 실측 파형도이다. 실측 파형도들에 도시된 바와 같이, 기준전류(Iref)가 불연속 모드에서 연속 모드로 변할 때(0[A]에서 8[A]로 변함), 연속 모드에서 연속 모드로 변할 때(8[A]에서 5[A]로 변함), 및 연속 모드에서 불연속 모드로 변할 때(15[A]에서 5[A]로 변함)에 대하여, 시뮬레이션 결과와 일치함을 알 수 있다. 특히, 도 10(b)에서, 타이머(220)에 로딩된 점호각()은, 기준전류(Iref)가 변화할 때 인덕터에 필요한 추가적인 전압을 공급하기 위하여 한 모드동안 큰 변화를 보이고 있다. 또한, 도 12에서, 시뮬레이션 결과와 마찬가지로, 초기 150% 부하 파라메터 값들(La, Ra)로 인해 과도상태가 발생하지만, 파라메터 추정이 완료된 후에는 이러한 과도상태 및 정상상태 오차가 보이지 않는다. 실험에서 부하 파라메터 값들(La, Ra)은 대략 35[msec] 내에 추정됨을 알 수 있다.
위에서 기술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치는, 온라인 파라메터 추정부(240)에서 샘플링된 출력 전압과 출력 전류로부터 온라인 상에서 최소자승법으로 정확하게 부하 파라메터 추정하여 정상상태 오차를 제거할 수 있고, 점호각 계산부(210)에서 예측전류와 현재 부하전류(idc)의 교점으로부터 과도상태에 대한 점호각 정보를 계산하여 하드웨어 타이머(220)에 로딩함으로써, 타이머(220)의 점호 신호들(FS)에 의한 지시로 싸이리스터들의 점호가 이루어져 과도상태 오차를 제거할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치는, 샘플링된 출력 전압과 출력 전류로부터 온라인 상에서 최소자승법으로 정확하게 추정된 부하 파라메터를 이용하여, 예측전류와 현재 부하전류의 교점으로부터 과도상태에 대한 점호각 정보를 계산하여 하드웨어 타이머에 로딩하고, 타이머의 지시로 싸이리스터들의 점호가 이루어지도록 한다. 이와 같이 온라인으로 타이머에 로딩하는 방법은, 파라메터 추정과 점호각 정보 계산에 필요한 충분한 시간을 확보할 수 있게 하고, 짧은 샘플링 주기마다 반복적으로 예측전류를 계산하고 비교하는 종래의 과정을 제거할 수 있다. 따라서, 점호의 정밀도가 높고 정상상태 및 과도상태 오차가 없는 빠른 전류제어를 수행 할 수 있는 효과가 있다. 특히, 부하 파라메터는 온라인 상에서 최소자승법으로 정확하게 추정되므로, 정상상태 오차를 제거할 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따른 예측전류 제어장치는, 고성능의 전류제어응답이 필요한 R-L-역기전력 형태의 부하를 구동하는 위상제어 정류기의 제어에 이용될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 듀얼 컨버터를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 3의 한쌍의 싸이리스터가 턴온될 때의 등가 회로도이다.
도 5는 도 2의 점호각 계산부의 점호각 계산 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b 각각은 현재 턴온 된 싸이리스터 쌍에 흐르는 전류와 다음 턴온될 싸이리스터 쌍에 흐를 전류가 만나는 점이, 양수 및 음수인 경우의 점호각 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 100%의 부하 파라메터 값들로 하여 종래기술에 의한 예측전류 제어 수행 시의 시뮬레이션 파형도이다.
도 8은 150%의 부하 파라메터 값들로 하여 종래기술에 의한 예측전류 제어 수행 시의 시뮬레이션 파형도이다.
도 9는 150%의 부하 파라메터 값들로 하여 도 2의 예측전류 제어장치에 의한 예측전류 제어 수행 시의 시뮬레이션 파형도이다.
도 10은 100%의 부하 파라메터 값들로 하여 종래기술에 의한 예측전류 제어 수행 시의 실측 파형도이다.
도 11은 150%의 부하 파라메터 값들로 하여 종래기술에 의한 예측전류 제어 수행 시의 실측 파형도이다.
도 12는 150%의 부하 파라메터 값들로 하여 도 2의 예측전류 제어장치에 의한 예측전류 제어 수행 시의 실측 파형도이다.

Claims (14)

  1. 부하 파라메터 값들과 기준전류를 이용하여, 상기 기준전류의 정상상태에서 연속 모드와 불연속 모드, 및 상기 기준전류의 과도상태에서 예측전류와 현재 부하전류의 교점의 음의 값과 양의 값 각각의 상황에 적응하여 점호각을 계산하여 출력하는 단계;
    상기 점호각을 입력받아 점호 시점을 알려주는 점호 신호들을 생성하여 출력하는 단계;
    상기 점호 신호들 각각에 의하여 제어되는 싸이리스터를 구비하여, 교류 전원을 정류하고 부하에 공급하는 단계; 및
    상기 부하에 흐르는 상기 현재 부하전류, 현재 부하전압, 및 현재 역기전력을 이용하여 상기 부하 파라메터 값들을 계산하여 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 부하는,
    저항, 인덕터, 및 역기전력 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 교류 전원은,
    같은 위상차를 가지는 3상 교류 전원인 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 정상상태에서 연속 모드의 점호각은,
    수학식,
    (여기서, V는 교류 전원의 최대치, Ra는 부하 저항 값, Iref는 기준전류, Eg 는 현재 역기전력, 는 점호각)
    로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 정상상태에서 불연속 모드의 점호각은,
    수학식,
    을 이용하여,
    수학식,
    (여기서, V는 교류 전원의 최대치, Ra는 부하 저항 값, La는 부하 인덕턴스, Iref는 기준전류, Eg는 현재 역기전력, 는 점호각, 는 현재 부하전류의 소호각)
    로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 과도상태에서 상기 교점의 양의 값에서의 점호각은,
    수학식,
    을 이용하여,
    수학식,
    (여기서, V는 교류 전원의 최대치, Ra는 부하 저항 값, La는 부하 인덕턴스, Iref는 기준전류, Eg는 현재 역기전력, i는 점호각, 는 현재 부하전류의 소호각, Ii는 현재 부하전류, 2는 정상상태 점호각, I20은 정상상태 점호각에서 예측전류)
    로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 과도상태에서 상기 교점의 음의 값에서의 점호각은,
    Ii=0일 때, i값인 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 부하 파라메터 값들은,
    수학식,
    을 이용하여,
    (여기서, Ra는 부하 저항 값, La는 부하 인덕턴스, Eg는 현재 역기전력, Ts는 부하전류 샘플링 주기, vdc[]는 샘플링된 부하전압, idc[]는 샘플링된 부하전류)
    로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어방법.
  9. 부하에 흐르는 현재 부하전류, 현재 부하전압, 및 현재 역기전력을 이용하여 부하 파라메터 값들을 계산하고, 상기 부하 파라메터 값들을 이용하여 기준전류의 정상상태에서 연속 모드와 불연속 모드, 및 상기 기준전류의 과도상태에서 예측전류와 현재 부하전류의 교점의 음의 값과 양의 값 각각의 상황에 적응하여 점호각을 계산함으로써, 상기 점호각으로부터 교류 전원을 정류하는 싸이리스터들을 제어하는 점호 신호들을 발생시키는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 부하는,
    저항, 인덕터, 및 역기전력 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 교류 전원은,
    서로 같은 위상차를 가지는 3상 교류 전원인 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치.
  12. 부하 파라메터 값들과 기준전류를 이용하여, 상기 기준전류의 정상상태에서 연속 모드와 불연속 모드, 및 상기 기준전류의 과도상태에서 예측전류와 현재 부하전류의 교점의 음의 값과 양의 값 각각의 상황에 적응하여 점호각을 계산하여 출력하는 점호각 계산부;
    상기 점호각을 입력받아 점호 시점을 알려주는 점호 신호들을 생성하여 출력하는 타이머;
    상기 점호 신호들 각각에 의하여 제어되는 싸이리스터를 구비하여, 교류 전원을 정류하고 부하에 공급하는 듀얼 컨버터; 및
    상기 부하에 흐르는 상기 현재 부하전류, 현재 부하전압, 및 현재 역기전력을 이용하여 상기 부하 파라메터 값들을 계산하여 출력하는 온라인 파라메터 추정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 부하는,
    저항, 인덕터, 및 역기전력 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 교류 전원은,
    같은 위상차를 가지는 3상 교류 전원인 것을 특징으로 하는 위상제어 정류기의 예측전류 제어장치.
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