KR100549253B1 - 교류전동기의 제어장치 - Google Patents

Abstract

교류전동기를 인버터 구동할 때, 전류검출기의 전류변환 게인보정계수를 간단하게 구할 수 있는 교류전동기의 제어장치를 제공한다.

인버터 장치(4)로부터 출력되는 각상 전류를 검출하는 전류검출기(10a ~ 10c)와, 전류검출기에 의해 검출되는 검출치에 보정계수를 곱해서 전류검출치의 보정을 하는 오차 보정연산기(21a),(21b)와, 외부로부터의 보정지령에 따라 상기 보정계수의 측정, 산출을 하는 계수계산기(22)와, 전압지령에 따라 인버터 장치를 PWM제어하는 신호를 발생하는 PWM신호발생기(19)와, 외부로부터의 보정지령 입력시에 전압지령을 상기 계수계산기로부터 출력되는 보정계수의 측정용 값에 전환하는 신호스위치(23)를 구비하고, 계수계산기는 어느 상의 보정계수를 구할 때에 그 상 및 기준상의 전류검출치 이외에 기타의 상의 전류검출치도 사용해서 계산을 한다.

평활콘덴서, 위치검출기, 좌표변환기, 미분기, 가산기

Description

교류전동기의 제어장치{CONTROL APPARATUS OF A.C.MOTOR}

도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 교류전동기의 제어장치의 구성을 표시하는 블록도.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 전류변환게인의 보정계수를 구할 때의 전류센서게인 계수계산기(22)의 동작을 표시하는 플로차트.

도 3은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 전류변환게인의 보정계수를 구할 때의 전류센서게인 계수계산기(22)의 동작을 표시하는 플로차트.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 전류변환게인의 보정계수를 구할 때의 동작을 설명하는 것으로, 통상 동기모터의 제어에서 자주 사용되는 d축 전류 0제어를 하고 있을 때의 회전자 전기각과 각상 전류의 관계를 표시하는 도면.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 교류전동기의 제어장치의 구성을 표시하는 블록도.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 전류센서게인 보정계산부(22)의 동작을 표시하는 플로차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 3상교류, 2 : 컨버터 장치, 3 : 평활콘덴서,

4 : 인버터 장치, 5 : 3상교류전동기,

10a, 10b, 10c : 전류검출기, 11 : 위치검출기,

12 : 미분기, 13a : 가산기, 14 : 전류지령발생기,

15a, 15b, 15c : A/D변환기, 16 : 좌표변환기,

17a, 17b : 전류제어기, 18 : 좌표변환기,

19 : PWM신호발생기, 20 : 게이트 드라이브회로,

21a, 21b : 보정연산기, 22 : 전류센서게인 계수계산기,

23 : 신호스위치.

본 발명은 3상교류전동기의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 3상교류전동기를 소망하는 속도로 제어하는 제어장치는 3상교류를 직류로 변환하는 컨버터 장치와, 컨버터 장치의 직류출력에 대한 평활콘덴서와, 이 평활콘덴서와 병렬로 컨버터 장치(2) 출력측에 설치되어 있어 컨버터 장치의 직류전력을 3상교류로 재변환하는 인버터 장치를 구비하고, 인버터 장치의 교류출력에 의해 3상교류전동기가 구동된다.

또, 3상교류전동기를 제어하기 위해 3상교류전동기의 U, V, W의 각상의 전류를 검출하는 전류검출기와, 3상교류전동기의 회전자 위치를 검출하는 위치검출기가 구비되어 있고, 위치검출기의 출력을 미분기에 의해 시간미분함으로써 회전자의 속도피드백신호가 얻어진다. 그리고, 부여된 속도지령에 대해 가산기에 의해 미분기로부터의 속도피드백신호와 속도지령과의 속도편차를 산출하고, 전류지령발생기에 의해 가산기로부터의 속도편차 및 현재의 속도신호로부터 벡터제어에 의한 2상의 전류지령치를 작성한다.

한편, 전류검출기에 의해 검출된 3상교류전동기의 각상의 전류는 A/D변환기에 의해 디지털 신호로 변환되고, 벡터제어를 하기 위해 좌표변환기에 의해 위치검출기의 신호는 제어좌표축상에 3상/2상 변환된다. 또, 가산기에 의해 전류지령발생기로부터 출력되는 2상의 전류지령과 좌표변환기로부터의 2상의 전류피드백신호 와의 편차를 산출하고, 이 편차는 전류제어기에 의해 증폭해서 출력된다. 그리고, 이 전류제어기로부터의 출력은 좌표변환기에 의해 2상/3상 변환되어서 3상의 전압지령신호가 작성되고, 이를 PWM신호발생기에 의해 스위칭 신호로 변환된다. 이를 게이트 드라이브회로에 입력해서 드라이브 신호를 작성하고, 이 드라이브 신호에 의해 인버터 장치내의 반도체 파워소자를 소정의 듀티비로 스위칭시킴으로서, 소망의 3상교류전력을 3상교류전동기에 출력하도록 하고 있다.

이와 같은 일반적인 3상교류전동기의 제어장치에서, 전류검출기 및 A/D변환기의 변환게인에 언밸런스가 있으면, 전동기에 흐르는 3상전류의 각상간에 언밸런스가 발생해서 전동기의 토크에 맥동을 일으키는 경우가 있었다.

상기한 문제를 해결하기 위한 3상전동기의 제어장치로서, 3상교류전동기의 각상의 전류검출치중 1상을 기준상으로 하고, 이 기준상 및 다른 1상의 권선에만 소정의 직류가 흐르도록 해서 이때의 각 전류검출치로부터 기준상의 전류검출게인과 다른 1상의 전류검출게인의 비를 구하고, 또 상기 기준상 및 또다른 1상의 권선에만 소정의 직류가 흐르도록 이때의 전류검출치로부터 기준상의 전류검출게인과 또다른 1상의 전류검출게인의 비를 구하고, 전동기의 운전시에는 구한 변환게인비를 사용해서 전류검출치의 보정계수를 산출하고, 이 계수를 곱해서 전류검출게인의 언밸런스를 보정한 것이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1]

일본국 특개평 5-91780호 공보

그런데, 상술한 종래 교류전동기의 제어장치에서는 예를 들면 V상의 전류변환게인의 보정계수를 구할 때는 U상 및 V상의 권선에만 소정의 직류가 흐르도록 PWM신호발생기에의 입력을 설정한다고 되어 있다. 그러나, U상과 V상의 권선의 저항치에 차가 있는 경우, 또는 전압지령과 인버터 장치가 출력하는 전압과의 사이에 오차가 있는 경우에는 크기가 같은 부호로 역의 전압을 교류전동기의 U상과 V상의 사이에 가해도 W상에 흐르는 전류를 0으로 할 수가 없고, W상에 흐르는 전류를 0으로 하는데는 W상전류를 관측하면서 PWM신호발생기에의 전압지령을 미조정할 필요가 있고, 작업이 복잡해진다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 된 것으로, 교류전동기의 권선간에서 저항치에 차가 있는 경우, 또는 전압지령과 인버터 장치가 출력하는 전압과의 사이에 오차가 있는 경우에도 전압을 미조정하지 않고 전류변환게인의 보정계수를 구할 수가 있는 교류전동기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 관한 교류전동기의 제어장치는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 컨버터 장치와, 상기 컨버터 장치의 직류전력을 가변전압 가변주파수의 교류로 변환해서 교류전동기에 공급하는 인버터 장치와, 상기 인버터 장치에서 출력되는 각상 전류를 검출하는 전류검출기와, 상기 전류검출기에 의해 검출되는 검출치에 보정계수를 곱해서 전류검출치의 보정수단과, 외부로부터의 보정지령에 따라 상기 보정계수의 측정, 산출을 하는 계수계산기와, 전압지령에 따라 상기 인버터 장치를 PWM제어하는 신호를 발생하는 PWM신호발생기와, 상기 보정수단에 의해 보정된 전류검출치를 3상의 전압지령신호로 변환한 전압지령을 출력하는 제어부와, 통상의 운전시에는 상기 제어부로부터의 전압지령을 상기 PWM신호발생기에 출력하고, 외부로부터의 보정지령의 입력시는 상기 PWM신호발생기에 출력하는 전압지령을 상기 계수계산기로부터 출력되는 보정계수의 측정용 값으로 전환하는 신호스위치를 구비하고, 상기 계수계산기는 어느 상의 보정계수를 구할 때, 그 상 및 기준상의 전류검출치 이외에 다른 상의 전류검출치도 사용해서 계산을 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 교류전동기의 제어장치의 구성을 표시하는 블록도이다. 도 1에 표시하는 바와 같이 3상교류전동기를 소망하는 속도로 제어하는 제어장치는 3상교류(1)를 직류로 변환하는 컨버터 장치(2)와, 컨버터 장치(2)의 직류출력을 평활하는 평활콘덴서(3)와, 이 평활콘덴서(3)와 병렬로 컨버터 장치(2)의 출력측에 설치되어 있고, 컨버터 장치(2)의 직류전력를 3상교류로 재변환하는 인버터 장치(4)를 구비하고, 이 인버터 장치(4)의 교류출력에 의해 3상교류전동기(5), 예를 들면 영구자석전동기 등 동기전동기가 구동된다.

또, 3상교류전동기(5)를 제어하기 위한 제어장치로서, 3상교류전동기(5)의 U, V, W의 각상의 전류를 검출하는 전류검출기(10a),(10b),(10c)와, 3상교류전동기 (5)의 회전자 위치를 검출하는 위치검출기(11)가 구비되어 있고, 위치검출기(11)의 출력을 미분기(12)에 의해 시간미분함으로써, 회전자의 속도피드백 신호가 얻어진다. 또, 부여된 모터속도지령에 대해 가산기(13a)에 의해 미분기(12)로부터의 속도피드백 신호와, 속도지령과의 속도편차를 산출하고, 전류지령발생기(14)는 가산기(13a)로부터의 속도편차 및 현재의 속도신호로부터 벡터제어에 의한 2상의 전류지령치를 작성한다.

한편, 전류검출기(10a),(10b),(10c)에 의해 검출된 3상교류전동기(5)의 각상이 전류는 A/D변환기(15a),(15b),(15c)에 의해 디지털 신호로 변환되고, A/D변환기 (15b),(15c)의 출력은 보정연산기(21a),(21b)에 의해 보정계수 Kv, Kw가 곱해지고, 벡터제어를 하기 위해 A/D변환기(15a)의 출력과 보정연산기(21a),(21b)를 통한 A/D변환기(15b),(15c)의 출력은 좌표변환기(16)에 의해 위치검출기(11)의 신호에 의한 제어좌표측상에 3상/2상 변환된다.

또, 가산기(13b),(13c)는 전류지령발생기(14)로부터 출력되는 2상의 전류지령과, 좌표변환기(16)로부터의 2상의 전류피드백신호와의 편차를 산출하고, 이 편차는 전류제어기(17a),(17b)에 의해 증폭해서 출력된다. 그리고, 이 전류제어기 (17a),(17b)로부터의 출력은 좌표변환기(18)에 의해 2상/3상 변환되고, 3상의 전압지령신호가 작성된다.

또, 외부로부터의 전류센서게인 계수보정지령에 의해 보정연산기(21a), (21b)의 보정계수 Kv, Kw의 측정, 산출을 하는 전류센서게인 계수계산기(22)와, 외부로부터의 전류센서게인 계수보정지령에 의해 PWM신호발생기(19)에 부여한 전압지 령을 전류센서게인 계수계산기(22)로부터 출력되는 전류검출게인의 보정계수의 측정용 값으로 전환하는 신호스위치(23)를 구비하고 있다. 또, 통상의 운전동작에서는 전류센서게인 계수보정지령은 부여되지 않고, 이 때문에 신호스위치(23)는 좌표변환기(18)로부터의 전압지령을 PWM신호발생기(19)에 출력되고, 3상교류전동기(5)의 벡터제어가 실시된다.

신호스위치(23)를 통한 전압지령은 PWM신호발생기(19)에 입력되어서 스위칭 신호로 변환되고, 이를 게이트 드라이브회로(20)에 입력해서 드라이브 신호를 작성하고, 이 드라이브 신호에 의해 인버터 장치(4)내의 반도체 파워소자를 소정의 듀티비로 스위칭시킴으로써, 소망하는 3상교류전력을 3상교류전동기(5)에 출력하도록 하고 있다. 또, 이상의 구성중 1점 쇄선으로 둘러싼 부분의 제어장치는 CPU, 메모리, 논리회로 등(어느 것도 도시않음)에 의한 디지털회로 및 동회로에 탑재된 소프트웨어에 의해 실현되어 있는 경우가 많다.

상기와 같이 구성된 도 1에 표시하는 3상교류전동기의 제어장치에 의하면, 3상교류전동기의 각상의 전류검출치중 1상(예를 들면 U상)을 기준상으로 하고, 이 기준상 및 다른 1상의 권선에만 소정의 직류가 흐르도록 하고, 이때의 각 전류검출치로부터 기준상의 전류검출게인과 다른 1상의 전류검출게인의 비를 구한다. 또, 상기 기준상 및 또다른 1상의 권선에만 소정의 직류가 흐르도록 하고, 이때의 전류검출치로부터 기준상의 전류검출게인과 또다른 1상의 전류검출게인의 비를 구한다. 전동기의 운전시에는 구한 변환게인비를 사용해서 전류검출치의 보정계수를 산출하고, 이 계수를 곱해서 전류검출게인의 언밸런스를 보정한다.

즉, 도 1에 표시하는 제어장치에서는 A/D변환기(15b),(15c)의 출력에 보정계수 Kv, Kw를 곱해서 전류검출치의 보정을 하는 보정연산기(21a),(21b), 전류검출게인의 보정계수의 측정을 지시하는 전류센서게인계수 보정지령에 의해 보정계수 Kv, Kw의 측정, 산출을 하는 전류센서게인 계수계산기(22) 및 전류센서게인계수 보정지령에 의해 PWM신호발생기(19)에 부여되는 전압지령을 전류센서게인 계수계산기(22)로부터 출력되는 전류검출게인의 보정계수의 측정용의 값에 전환하는 신호스위치 (23)가 가해져 있다.

통상의 운전동작에서는 전류센서게인계수 보정지령을 부여되지 않고, 이 때문에 신호스위치(23)는 좌표변환기(18)로부터의 전압지령을 PWM신호발생기(19)에 출력하고, 3상교류전동기(5)의 벡터제어가 실시된다. 이때, 도 1에 표시한 제어장치에서는 A/D변환기(15b),(15c)의 출력에 보정연산기(21a),(21b)에 의해 보정계수 Kv, Kw가 곱해져서 기준상인 U상에 대한 V, W상의 전류검출 및 A/D변환의 게인의 언밸런스가 보정되고, 보정후의 전류치에 의해 벡터제어가 실시된다. 전류센서게인계수 보정지령은 부여되지 않는 통상의 운전동작에서는 보정계수 Kv, Kw는 일정하게 유지된다. 상기한 보정후의 전류검출치를 좌표변환기(16)에 의해 3상 2상 변환한 것을 피드백 신호로써 사용해서 전류를 제어함으로써, 각 상의 전류검출기에 의한 변환게인의 차는 해소되고, 전류의 언밸런스가 없어지고, 토크맥동을 저감시킬 수가 있다.

다음 전류검출게인의 보정계수의 측정을 할 때의 동작에 대해 설명한다.

우선, 어느 순간에 교류전동기(5)의 각상에 흐르는 전류의 디지털 신호치 Xu, Xv, Xw와 전류변환게인 Av, Aw의 관계에 대해 검토해본다. 중성점이 외부에 접속되어 있지 않은 일반의 3상교류전동기에서는 각상의 전류 Iu, Iv, Iw에 대해 식(1)이 성립한다.

Iu + Iv + Iw = 0 (1)

각상의 전류치를 디지털 변환하면, 전술한 바와 같이 검출ㆍ변환에 대한 오차가 생기나, 예를 들면 U상의 디지털 변환게인을 기준으로 해서 이에 대한 V, W상의 전류변환게인의 보정계수를 Kv, Kw라고 하면, 디지털 변환후의 신호치 사이에는 식(2)가 성립된다.

Xu + KvㆍXv + KwㆍXw = 0 (2)

이것으로부터 어느 순간(타이밍 1)과 다른 순간(타이밍 2)의 각상 전류의 디지털 신호치 사이에는 다음의 식 (3-1),(3-2)가 성립한다(첨자 1은 타이밍 1의 신호, 첨자 2는 타이밍 2의 신호를 표시한다).

Xu1 + KvㆍXv1 + KwㆍXw1 = 0 (3-1)

Xu2 + KvㆍXv2 + KwㆍXw2 = 0 (3-2)

상기한 식 (3-1),(3-2)에서, 미지수는 Kv, Kw의 두개이므로 2식을 연립시켜 풀면 Kv, Kw를 구할 수가 있다. 이 경우, 측정시에 어느 한상의 전류를 0으로 할 필요는 없으므로 PWM신호발생기(19)에의 전압지령을 미조정할 필요는 없어진다.

다음에 식 (3-1),(3-2)로부터 전류변환게인의 보정계수 Kv, Kw를 구하는 구체적 방법에 대해 설명한다.

식 (3-1),(3-2)로부터 전류변환게인의 보정계수 Kv, Kw를 구하는 구체적 방 법에 대해 설명한다.

식 (3-1),(3-2)를 정리해서 매트릭스 표현하면, 식 (4)와 같이 표시할 수 있다.

[수 1]

식 (4)를 변형해서 식 (5)를 얻는다.

[수 2]

상기 식 (5)을 사용하면, 2개의 타이밍에서의 2조의 각상 전류의 디지털 신호치(Xu1, Xv1, Xw1)과 (Xu2, Xv2, Xw2)로부터 전류변환게인의 보정계수 Kv, Kw를 구할 수가 있다. 또, 식 (5) 우변의 역행렬은 구체적으로는 식 (6)으로 표시된다.

[수 3]

여기서, 만약 크기가 일정한 오차가 측정노이즈 등에 의해 각 디지털 신호치에 혼입한 경우에 식 (5)에서 구하는 Kv, Kw의 계산정밀도에 착목하게 되면, U상에 흐르는 전류가 같은 경우, 식 (6)의 변의 분모가 클수록 오차의 영향이 적어지는 것을 알 수 있다. 이것은 U상과 V상 사이에 전류가 흘러서 W상에는 거의 흐르지 않는 상태(타이밍 1)와 U상과 W상 사이에 전류가 흘러서 V상에는 거의 흐르지 않는 상태(타이밍 2)의 2조의 디지털 신호치를 사용했을 때에 상기한 전류변환게인의 보정계수 Kv, Kw의 계산정밀도가 좋아지는 것을 표시하고 있다.

다음 본 발명이 실시의 형태 1에 의한 교류전동기의 제어장치에서, 전류변환게인의 보정계수를 구할 때의 전류센서게인 계수계산기(22)의 동작을 도 2에 표시하는 플로차트를 참조해서 설명한다.

우선, 제1 스텝(40)에서 전류센서게인 계수계산기(22)는 PWM신호발생기(19)에의 입력에 U상 및 V상의 권선에 대략 소정의 직류가 흐르고, 한편 W상 권선에는 거의 전류가 흐르지 않는 전압설정치를 부여한다. 예를 들면, U상과 V상에 크기가 같고 부호가 역의 전압지령을 부여해 W상에는 O 전압지령을 부여한다. 다음 제2 스텝(41)에서 U상, V상, W상의 각 권선에 흐르는 전류를 전류검출기(10a),(10b), (10c)에 의해 검출해서 A/D변환기(15a),(15b),(15c)에 의해 디지털 변환하고, 그 디지털 신호치를 각각 Xu1(U상), Xv1(V상), Xw1(W상)으로 기억한다.

다음 제3 스텝(42)에서 이번에는 U상 및 W상의 권선에 대해 제1 스텝과 같이 일정한 직류전류가 흐르도록 한다. 다음, 제4 스텝(43)에서 U상, V상, W상의 각 권선에 흐르는 전류를 제2 스텝과 같이 검출해서 디지털 변환하고, 그 디지털 신호치를 각각 Xu2(U상), Xv2(V상), Xw2(W상)으로 기억한다.

최후에 각 디지털 신호치 Xu1, Xv1, Xw1 및 Xu2, Xv2, Xw2의 각 값을 사용해서 보정계수계산을 하는 제5 스텝(44)에서 전술한 식 (5)로부터 U상에 대한 V상 및 W상의 보정계수 Kv, Kw를 각각 구한다.

이상의 동작에 의해 보정계수 Kv, Kw를 구한 후, 보정연산기(21a),(21b)에 설정된 계수를 새로이 계산한 계수에 갱신해서 전류검출게인의 보정계수의 측정동작을 완료한다.

또, 전류검출치를 사용할 때에는 사용에 앞서 시간적으로 감쇄하는 전류검출기를 사용할 때는 사용에 앞서 시간적으로 감쇄하는 교류전류를 흘려서 전류검출기내의 자기회로의 히스테리스를 제거하는 소자동작을 할 것과, 또 소자동작후의 전류 0의 상태에서의 검출출력을 기억하고, 이 값을 전류검출치의 오프셋치로서 실제의 측정시의 검출치로부터 감한 것을 전류검출치로 하는 것이 일반적이다. 이들의 동작에 대해서는 본 발명의 실시의 형태에서는 기재하고 있지 않으나, 이들의 동작을 전류검출게인의 보정계수의 측정을 하기 전에 이들의 동작을 전류검출게인의 보정계수의 측정을 하기 전에 실시함으로써 본 발명에서는 전류검출 및 전류검출게인의 보정계수의 정밀도를 향상할 수 있는 것을 말할 필요도 없다. 또, 전류검출치를 적절한 로패스필터를 통해서 처리함으로써 노이즈의 영향을 적게 할 수 있는 것은 물론이다.

또, 상기한 실시의 형태에서는 전류변환게인의 보정계수를 구할 때, 교류전동기의 3상중의 2상에 주로 전류가 흐르도록 하였으나, 식 (5)는 각상의 전류의 크기에 불구하고 성립하므로 임의의 통전상태라도 전류변환게인의 보정계수를 구할 수 있는 것은 물론이다. 또, 상기한 실시의 형태에서는 직류전류를 흘려서 전류검출치를 측정하고, 전류변환게인의 보정계수를 구하였으나, 흘리는 전류는 직류일 필요는 없고, 측정에 지장이 없을 정도의 낮은 주파수의 교류전류라도 무방하다. 또, 상기한 실시의 형태에서는 도 2에 표시한 처리를 1회 실시해서 전류변환게인의 보정계수를 구하는 것으로 하였으나, 도 2의 동작을 여러번 실시해서 얻어진 다수의 전류변환게인의 보정계수의 평균치를 산출하면 보다 높은 정밀도의 전류변환게인의 보정계수가 얻어지는 것은 말할 필요가 없다.

따라서, 상기 실시의 형태 1에 의하면, 전류센서게인 계수계산기(22)가 어느 상의 보정계수를 구할 때에 그 상 및 기준상의 전류검출치 이외에 다른 상의 전류검출치도 사용해서 계산을 하도록 하였으므로 보정계수의 측정시에 어느 상의 전류를 0으로 할 필요가 없어지고, 전압지령을 미조정할 필요가 없어진다.

또, 상기 실시의 형태에서는 위치검출기를 사용해서 교류전동기를 벡터제어하고, 속도제어를 하는 경우에 대해 설명하였으나, 속도검출기를 사용하는 유도전동기의 벡터제어 및 속도제어ㆍ위치검출기를 사용하지 않는 센서리스 벡터제어 등에서도 같은 효과가 있는 것은 말할 필요가 없고, 또 속도제어 이외의 제어방식(위치제어, 토크제어 등)에서도 유효한 것은 물론이다. 또, 본 발명의 범위는 전류피드백을 실시하는 벡터제어에 한정되는 것은 아니고, 검출한 전류를 사용해서 전압지령을 연산하는 제어방식에 적용가능한 것이고, 같은 효과를 갖는다.

실시의 형태 2.

다음 상기한 실시의 형태 1과는 다른 알고리즘에 의한 본 발명에 의한 교류전동기의 제어장치의 실시의 형태 2의 동작에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 교류전동기의 제어장치에서, 전류변환게인의 보정계수를 구할 때의 전류센서게인 계수계산기(22)의 동작을 표시하는 플로차트이다.

실시의 형태 2에서도 스텝 41 ~ 43의 동작은 실시의 형태 1과 같고, 2회의 전류측정의 디지털 신호치 Xu1, Xv1, Xw1 및 Xu2, Xv2, Xw2가 기억된다. 제5 스텝 (45)에서는 U상에 대한 V상 및 W상의 보정계수 Kv, Kw를 각각 구하나, 그 알고리즘은 실시의 형태 1과는 다르다.

실시의 형태 2의 제5 스텝(45)에서는 보정계수 Kv, Kw는 반복계산에 의해 구해진다. 우선, 계산초기치 설정부가 되는 스텝(46)에서 반복계산의 카운터 n을 0으로 설정하는 동시에 계산과정의 보정계수 Kv(n), Kw(n)의 초기치 Kv(O), Kw(O)를 0에 설정한다.

다음 계산부가 되는 스텝(47)에서는 보정계수의 계산을 한다. 우선, V상의 보정계수 Kv(n)를 계산하나, 전번의 계산에서 구한 Kw(n)를 사용해서 W상의 디지털 신호치 Xw1도 사용해서 계산을 한다. 또, 첫번째인 n=0일 때에는 전번 계산치가 존재하지 않으므로 보정계수 Kw(n)의 초기치 Kw(O)는 계산초기치 설정부(46)에서 1에 설정해 두고 있다. 다음 마찬가지로 W상의 보정계수 Kw(n)를 계산하나, 이때에는 직전에 구한 Kv(n)를 사용해서 V상의 디지털 신호치 Xv2도 사용해서 계산을 한다.

반복제어부가 되는 스텝(48)은 전번과 이번의 계산에서의 보정계수의 차 Kv(n+1) - Kv(n), Kw(n+1) - Kw(n)를 계산하고, 그 차가 소정의 허용치 e보다 크면 다시 계산부(47)를 동작시켜 허용치 e 이하이면 계산을 종료시킨다. 최후로 계수 설정부가 되는 스텝(49)에서 계산이 끝난 보정계수 Kv(n+1), Kw(n+1)을 최종적인 보정계수 Kv, Kw로 해서 보존한다.

따라서, 이 실시의 형태 2에 의한 계산에서는 역행렬계산을 하지 않고 계산이 실시되므로 계산결과가 직감적으로 이해하기 쉽다는 특징이 있고, 또 보정계수 Kv, Kw가 원래 1에 가까운 경우, 수속이 빠르므로 계산량이 적어지는 것이 기대된다.

또, 상기한 경우는 소정의 허용치 e의 범위에 또 보정계수 Kv, Kw가 수속한 상태에서 계산을 종료하나, 보정계수 Kv, Kw의 필요한 정밀도를 얻기 위해 요구되는 반복계산회수가 미리 예상되는 경우는 소정의 nO회의 소정의 회수 nO만큼 카운터 n을 증가시키면서 계산부가 되는 스텝(47)을 반복해 동작시켜도 되고, 알고리즘을 단순화할 수가 있다.

실시의 형태 3.

이상의 설명에서는 전류변환게인의 보정계수를 구할 때에 통상의 운전과는 다른 동작을 인버터 장치에 실시시키는 방법에 대해 설명하였으나, 인버터가 통상의 운전을 하고 있는 경우에도 마찬가지로 전류변환게인의 보정계수를 구하는 것이 가능하다. 도 4에 통상 동기모터의 제어로 잘 사용되는 d축 전류 O제어를 하고 있는 경우의 회전자 전기각과 각상 전류의 관계를 표시하나, 도면에서 알다시피 타이밍 1 부근(전기각 60°부근)에서는 U상과 V상에 전류가 흘러서 W상에는 거의 전류가 흐르지 않고, 또 타이밍 2 부근(전기각 120°부근)에서는 U상과 W상에 전류가 흘러서 V상에는 거의 전류가 흐르지 않는 것을 알 수 있다. 이들의 타이밍에 맞추어 전류의 측정을 하면, 통상의 운전중의 인버터에서도 전류변환게인의 보정계수를 구할 수가 있다.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 교류전동기의 제어장치의 구성을 표시하는 블록도이다. 도 5에 표시하는 실시의 형태 3에서, 전류센서게인 보정계산부(22)는 A/D변환기(15a),(15b),(15c)로부터 얻어지는 디지털 신호치 및 위치검출기(11)에서의 회전자 위치신호로부터 보정계수 Kv, Kw를 산출한다.

도 6은 전류센서게인 보정계산부(22)의 동작을 표시하는 플로차트이다. 아래에서는 이 도면에 따라 본 발명의 실시의 형태 3의 동작을 설명한다. 또, 양도면에서, 도 1, 도 2와 같은 번호의 부분은 같은 기능을 갖는다.

본 발명의 실시의 형태 3에서는 전류변환게인의 보정계수를 구할 때에도 인버터는 통상의 운전을 지속한다. 전류변환게인의 보정계수를 구할 때에 전류센서게인 보정계산부(22)는 우선 제1 스텝(50)에서 회전자 위치신호를 모니터해서 타이밍 1의 상태가 될 때까지 대기하고, 회전자가 타이밍 1에 상당하는 전기각이 되면, 제2 스텝(41)에서 각상 전류를 검출, 기억한다.

다음, 제3 스텝(51)에서 타이밍 2의 상태가 될 때까지 대기하고, 회전자가 타이밍 2에 상당하는 전기각이 되면, 제4 스텝(43)에서 각상 전류를 검출, 기억한다. 최후로 제5 스텝에서 보정계수 Kv, Kw를 계산한다. 계산이 완료된 시점에서 오차 보정연산기(21a),(21b)에 설정된 보정계수는 새로이 계산된 보정계수로 갱신된다.

또, 상기한 설명에서는 각상 전류를 검출하는 타이밍을 전기각 60°와 120°의 2개로 하였으나, 같은 타이밍은 전기각 240°와 300°에도 나타나고, 후자의 타이밍을 사용해도 효과가 같은 것은 말할 것도 없다. 식 (5)에 의한 보정계수 Kv, Kw의 계산은 원리적으로는 상기한 바에서 진술한 타이밍 이외에도 성립하므로 계산정밀도가 그다지 중요하지 않는 경우는 상기 이외의 타이밍으로 전류검출을 해도 된다.

또, 실시의 형태 3에 의한 운전중의 전류변환게인 보정계수의 계산은 각상 전류의 진폭이 클수록, 또 전류의 주파수가 낮을수록 계산에 사용하는 전류치가 커지고 또 안정해서 계산의 정밀도가 향상하는 것은 자명하므로 운전상태에 관계없이 전류변환게인 보정계수를 계산, 갱신하는 것은 아니고, 위에 진술한 대전류ㆍ저주파수 구동시에는 보정계수의 계산, 갱신을 하고, 그렇지 않은 운전조건의 경우에는 보정계수의 계산, 갱신을 정지하도록 하는 쪽이 적절한 전류변환게인 보정계수의 갱신을 실시할 수가 있다.

또, 상기한 실시의 형태 3에서는 전류센서게인 보정계산부는 회전자 위치신호를 모니터해서 전류측정의 타이밍을 판단하고 있었으나, 회전자 위치 대신에 벡터제어의 제어축 위상에 의해 측정 타이밍을 판단해도 되는 것은 물론이고, 같은 효과가 얻어진다.

따라서, 실시의 형태 3에 의하면, 전류센서게인 계수계산기(22)가 인버터 장치의 소정의 제어전기각 위상에 따라 보정계수의 측정, 산출, 갱신을 하도록 하고, 어느 1상의 보정계수를 구할 때에 그 1상 및 기준상의 전류검출치 이외에 다른 1상의 전류검출치도 사용해서 계산을 하도록 하였으므로 통상의 운전중의 인버터에서도 전류변환게인의 보정계수를 구할 수가 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 전류검출치를 보정하기 위한 보정계수를 구하는 계수계산기에 의해 어느 상의 보정계수를 구할 때에 그 상 및 기준상의 전류검출치 이외에 다른 상의 전류검출치도 사용해서 계산을 하도록 하였으므로 보정계수의 측정시에 어느 것인가의 상의 전류를 0에 할 필요가 없어지고, 전압지령을 미조정할 필요가 없어지며, 전류변환게인의 보정계수를 구할 수가 있다.

Claims (2)

1. 교류전력을 직류전력으로 변환하는 컨버터 장치와, 상기 컨버터 장치의 직류전력을 가변전압 가변주파수의 교류로 변환해서 교류전동기에 공급하는 인버터 장치와, 상기 인버터 장치로부터 출력되는 각상 전류를 검출하는 전류검출기와, 상기 전류검출기에 의해 검출되는 검출치에 보정계수를 곱해서 전류검출치의 보정을 하는 보정수단과, 외부로부터의 보정지령에 따라 상기 보정계수의 측정, 산출을 하는 계수계산기와, 전압지령에 따라 상기 인버터 장치를 PWM제어하는 신호를 발생하는 PWM신호발생기와, 상기 보정수단에 의해 보정된 전류검출치를 3상의 전압지령신호로 변환한 전압지령을 출력하는 제어부와, 통상의 운전시는 상기 제어부로부터의 전압지령을 상기 PWM신호발생기에 출력하고, 외부로부터의 보정지령의 입력시는 상기 PWM신호발생기에 출력하는 전압지령을 상기 계수계산기로부터 출력되는 보정계수의 측정용의 값으로 전환하는 신호스위치를 구비하고, 상기 계수계산기는 어느 상의 보정계수를 구할 때에 그 상 및 기준상의 전류검출치 이외에 다른 상의 전류검출치도 사용해서 계산을 하는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 제어장치.
2. 교류전력을 직류전력으로 변환하는 컨버터 장치와, 상기 컨버터 장치의 직류전력을 가변전압 가변주파수의 교류로 변환해서 교류전동기에 공급하는 인버터 장치와, 상기 인버터 장치로부터 출력되는 각상 전류를 검출하는 전류검출기와, 상기 전류검출기에 의해 검출되는 검출치에 보정계수를 곱해서 전류검출치의 보정을 하는 보정수단과, 상기 인버터 장치의 소정의 제어전기각 위상에 따라 상기 보정계수의 측정, 산출, 갱신을 하는 계수계산기와, 전압지령에 따라 상기 인버터 장치를 PWM제어하는 신호를 발생하는 PWM신호발생기와, 상기 보정수단에 의해 보정된 전류검출치를 3상의 전압지령신호로 변환한 전압지령을 상기 PWM신호발생기에 출력하는 제어부를 구비하고, 상기 계수계산기는 어느 상의 보정계수를 구할 때에 그 상 및 기준상의 전류검출치 이외에 다른 상의 전류검출치도 사용해서 계산을 하는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 제어장치.

Images