KR100586991B1 - method for determining early position angle of 3 phase motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3상 모터의 초기 위치각 결정방법에 관한 것으로서, 선택적으로 3상을 여자하여 여자상전류를 검출하는 단계와; 검출된 여자상전류간의 전류차를 산출하는 단계와; 상기 전류차의 크기에 기초하여 상기 3상 모터의 회전자 위치를 산출하는 단계와; 필요시 추가 여자상을 도통하여 전류를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 모터 초기 구동시간을 단축할 수 있으며 측정전류의 오차로 인한 회전자 위치에 대한 잘못된 측정을 방지할 수 있다.The present invention relates to a method for determining the initial position angle of a three-phase motor, the method comprising the steps of selectively exciting the three-phase to detect the excitation phase current; Calculating a current difference between the detected excitation phase currents; Calculating a rotor position of the three-phase motor based on the magnitude of the current difference; If necessary, conducting additional excitation to detect current. As a result, the initial driving time of the motor can be shortened and erroneous measurement of the rotor position due to the error of the measurement current can be prevented.
회전자, 초기위치검출, 3상모터 Rotor, initial position detection, 3-phase motor
Description
도1은 IPM(Interior Permanent Magnet) 형태의 회전자의 기계각에 대한 여자상전류의 전류차 및 그 차이값 그래프,1 is a graph of the current difference and the difference value of the excitation current with respect to the mechanical angle of the rotor of the interior Permanent Magnet (IPM),
도2는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치의 개략적인 구성도,2 is a schematic configuration diagram of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention;
도3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 회전자의 초기위치 산출방법에 대한 흐름도,3 is a flowchart illustrating a method for calculating an initial position of a motor rotor according to an embodiment of the present invention;
도4는 기계각에 대응하는 기본시험전류, 전류차 및 전류차의 분류결과를 도시한 것이다.4 shows classification results of the basic test current, current difference, and current difference corresponding to the machine angle.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 3상 모터 3 : 인버터1: 3 phase motor 3: Inverter
5 : 전류검출부 7 : 인버터제어부5: current detection unit 7: inverter control unit
11 : 고정자 12 : 회전자11: stator 12: rotor
R1~R3 : 저항 L1~L3 : 인덕터R1 ~ R3: Resistor L1 ~ L3: Inductor
Q1~Q6 : 트랜지스터Q1 ~ Q6: Transistor
본 발명은 3상 모터의 초기 위치각 결정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining the initial position angle of a three-phase motor.
최대토크를 얻기 위해 여자되어야 할 상(phase)은 모터의 회전자의 위치에 의해 결정된다. 회전자가 회전하고 있는 경우 역기전력에 따라 회전자의 위치를 측정할 수 있으며, 이를 기초로 최대토크를 얻기 위한 적절한 상을 선택적으로 여자시켜 모터를 구동한다. The phase to be excited to obtain the maximum torque is determined by the position of the rotor of the motor. When the rotor is rotating, the position of the rotor can be measured according to the counter electromotive force, and based on this, the motor is driven by selectively exciting an appropriate phase to obtain the maximum torque.
모터의 초기구동 시에는 역기전력에 따라 회전자의 위치를 측정할 수 없기 때문에 위치감지용 센서를 이용한다. 회전자의 위치에 따른 적절한 상을 여자하지 못하는 경우, 초기구동에 실패할 수 있으며 구동시간이 오래 걸리고 불필요한 전력의 소비가 발생할 수 있다.In the initial operation of the motor, the position sensor is used because the position of the rotor cannot be measured according to the counter electromotive force. Failure to excite the proper phase according to the position of the rotor may cause initial drive to fail, drive time may be long, and unnecessary power consumption may occur.
압축기와 같이 구동환경이 센서를 장착하기 어려운 구조에서는 여러 가지 감지방법이 사용되고 있다. 예컨대, 고정자를 여자시킴으로써 회전자를 강제정렬 시키고 정렬된 위치로부터 구동을 시작하는 것이다. In a structure in which a driving environment is difficult to mount a sensor such as a compressor, various sensing methods are used. For example, by energizing the stator, the rotor is forced to align and start driving from the aligned position.
한국특허공개공보(10-2000-0024078)는 센서를 사용하지 않고 회전자의 초기위치를 측정하는 다른 방법을 개시하고 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2000-0024078 discloses another method of measuring the initial position of a rotor without using a sensor.
즉, 2상 여자방식에 따라 총 6회에 걸쳐 여자상전류를 측정하고, 동일한 상을 여자한 경우에 측정된 여자상전류간의 전류차를 산출한다. 이 때, 산출된 전류차를 기초로 회전자의 위치를 검출할 수 있는데 분해각은 약 60도의 전기각에 불과하다.That is, the excitation phase current is measured a total of six times according to the two-phase excitation method, and the current difference between the excitation phase currents measured when the same phase is excited. At this time, the position of the rotor can be detected based on the calculated current difference, but the decomposition angle is only an electric angle of about 60 degrees.
그리고 산출된 전류차 사이의 차이값을 재차 산출하고, 이를 기초로 여자상 전류의 전류차로 산출될 수 없는 지점, 즉 자기저항이 최소로 되는 지점에 회전자가 위치하는지의 여부를 산출한다.Then, the difference value between the calculated current differences is calculated again, and based on this, it is calculated whether the rotor is located at a point that cannot be calculated as the current difference of the excitation phase current, that is, at a point where the magnetoresistance becomes minimum.
그런데 회전자의 초기위치 측정방법은, 최근 압축기 등 가전용 모터에 주로 많이 사용되어지고 있는 IPM(Interior Permanent Magnet) 형태의 모터에서 회전자의 초기 위치 판별이 어렵다는 것이 확인되었다.By the way, the initial position measurement method of the rotor, it was confirmed that it is difficult to determine the initial position of the rotor in the motor of the IPM (Interior Permanent Magnet) type, which is mainly used in home appliances motors such as compressors.
도1은 IPM(Interior Permanent Magnet) 형태의 4극 모터에서 회전자의 기계각에 대한 여자상전류의 전류차 및 그 차이값 그래프이다.Figure 1 is a graph of the current difference and the difference value of the excitation current with respect to the mechanical angle of the rotor in an IPM (Interior Permanent Magnet) type 4-pole motor.
도1에 도시된 바와 같이, 그래프 각각의 진폭이 크지 않기 때문에 상호간에 차이도 작은 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 작은 전류크기에 따라 회전자의 초기위치 산출에 에러가 발생할 가능성이 높다.As shown in FIG. 1, it can be seen that since the amplitudes of the graphs are not large, the differences between them are also small. Therefore, this small current magnitude is likely to cause an error in the initial position calculation of the rotor.
또한, 전술한 바와 같이 종래 초기 구동방법은 2상 여자방식에 따르기 때문에 6회에 걸친 스위칭 시간을 필요로 한다. 6회의 스위칭을 한 사이클로 볼 때, 수 개의 사이클에 대한 스위칭을 통해 측정된 데이터를 기초로 회전자의 초기위치를 결정하기 때문에, 초기구동에 대한 소요시간은 사이클당 스위칭횟수에 비례하여 증가하게 된다. 스위칭 횟수를 줄일 수 있다면 초기 구동시간을 줄일 수 있어 효과적일 것이다.In addition, as described above, the conventional initial driving method requires a switching time of six times because of the two-phase excitation method. In six cycles of switching, the initial position of the rotor is increased in proportion to the number of cycles per cycle since the initial position of the rotor is determined based on the data measured by switching for several cycles. . If the number of switching can be reduced, it will be effective to reduce the initial run time.
따라서 본 발명의 목적은 다양한 종류의 모터에 적용 가능하고, 정밀하게 회전자의 초기위치를 측정할 수 있는 3상 모터의 초기 위치각 결정방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for determining an initial position angle of a three-phase motor which can be applied to various types of motors and can accurately measure the initial position of the rotor.
상기의 목적은, 본 발명에 따라, 3상 모터의 초기 위치각 결정방법에 있어서, 선택적으로 3상을 여자하여 여자상전류를 검출하는 단계와; 검출된 여자상전류간의 전류차를 산출하는 단계와; 상기 전류차의 크기에 기초하여 상기 3상 모터의 회전자 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 모터의 초기 위치각 결정방법에 의해 달성될 수 있다.According to the present invention, there is provided a method for determining an initial position angle of a three-phase motor, the method comprising: selectively exciting three phases to detect an excitation phase current; Calculating a current difference between the detected excitation phase currents; Comprising the step of calculating the position of the rotor of the three-phase motor based on the magnitude of the current difference can be achieved by the initial position angle determination method of the three-phase motor.
여기서 상기 구동방법은 크기에 따라 상기 전류차를 분류하는 단계를 더 포함하고; 상기 회전자 위치를 산출하는 단계는, 상기 전류차의 분류결과에 기초하는 것으로 할 수 있다.Wherein the driving method further comprises classifying the current difference according to a magnitude; The step of calculating the rotor position may be based on the classification result of the current difference.
그리고 여자상전류의 검출단계에서 3상의 여자는, 상기 3상 모터의 위상단자 중 어느 하나에 상기 여자상전류를 유입하고 나머지 위상단자는 상기 유입된 여자상전류를 유출하도록 여자되는 것으로 할 수 있다.In the detecting phase of the excitation phase current, the three-phase excitation may be configured to excite the excitation phase current into any one of the phase terminals of the three-phase motor and the remaining phase terminals flow out of the introduced excitation phase current.
그리고 상기 구동방법은, 산출된 상기 회전자의 위치에 따라, 상기 3상 모터의 위상단자 중 어느 두개를 선택하여 여자상전류를 유입하고 나머지 하나의 위상단자에서 유입된 여자상 전류가 유출되도록 상기 3상 모터를 여자하는 단계와; 상기 유출된 여자상전류를 검출하는 단계와; 상기 검출된 여자상전류의 크기에 기초하여, 상기 회전자의 위치를 재 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.The driving method may include selecting any two of the phase terminals of the three-phase motor according to the calculated position of the rotor to inject the excitation current and inject the excitation current introduced from the other one of the phase terminals. Exciting the phase motor; Detecting the leaked excitation phase current; The method may further include calculating a position of the rotor based on the detected magnitude of the excitation current.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도2는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치의 개략적인 구성도이다. 도2에 도시된 바와 같이, 모터구동장치는 3상 모터(1), 인버터(3), 전류검출부(5) 및 인 버터제어부(7)를 가진다.2 is a schematic configuration diagram of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 2, the motor drive device has a three-
3상 모터(1)는 저항(R1~R3) 및 인덕터(L1~L3)를 포함하는 고정자(11)와 내부 회전자(12)를 가진다. 3상 모터(1)의 각 위상단자는 인버터(3)에 연결되어 있으며, 여자상전류가 유입되어 인덕터(L1~L3)에 전류가 흐르면 자기장이 형성되어 내부 회전자(12)를 회전시킨다.The three-
인버터(3)는 6개의 스위칭용 트랜지스터(Q1~Q6)를 갖는다. 2개가 직렬로 한 쌍을 이루어 3상 모터(1)의 위상단자에 각각 연결되어 있으며, 그 중 하나(이하, "상부 트랜지스터(Q1~Q3)"라 한다.)는 외부 Vdc의 플러스 단자에 다른 하나(이하, "하부 트랜지스터(Q4~Q6)"라 한다.)는 마이너스 단자에 연결되어 있다. The
인버터(3)로부터 3상 모터(1)에 공급되는 여자상전류는 전류검출부(5)에 의해 검출되고, 각 트랜지스터(Q1~Q6)의 베이스단자는 인버터제어부(7)로부터 입력되는 바이어스 신호에 의해 스위칭 제어된다.The excitation phase current supplied from the
인버터제어부(7)는 3상 여자방식에 따라 인버터(3)를 구동한다. 예컨대, 인버터(3)의 3개의 상부 트랜지스터(Q1~Q3) 중 어느 하나를 턴온하고, 턴온된 상과 다른 상을 갖는 하부 트랜지스터(Q4~Q6) 두개를 턴온한다. 이와 같은 3상 여자방식에 따라, 다음의 <표1>과 같이 6개의 전류흐름을 기호화할 수 있다.The
여기서, 화살표는 위상단자(U,V,W) 사이의 전류의 방향을 나타내는 것이다. 예컨대, "U->V,W"는 3상 모터(1)의 U 위상단자에 유입된 여자상전류가 V,W 위상단자로 유출되는 것을 의미한다.Here, the arrow indicates the direction of the current between the phase terminals U, V, and W. FIG. For example, "U-> V, W" means that the excitation phase current flowing into the U phase terminal of the three-
인버터제어부(7)는 인버터(3)를 스위칭하는 한편, 전류검출부(5)로부터 검출된 전류에 기초하여 인버터(3)의 트랜지스터(Q1~Q6)를 선택적으로 스위칭한다.The
도3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 회전자(12)의 초기위치 산출방법에 대한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method for calculating an initial position of the
이하, 도3을 참조하여 인버터제어부(7)가 검출전류를 기초로 회전자(12)의 초기위치를 산출하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of calculating the initial position of the
먼저, 인버터제어부(7)는 <표1>에서 분류된 기본시험전류인 U1, V1 및 W1이 흐르도록 트랜지스터(Q1~Q6)를 선택적으로 스위칭한다.First, the
전류측정부(5)는 인버터제어부(7)의 스위칭에 따라 발생하는 기본시험전류 U1, V1 및 W1의 전류크기를 측정한다(30).The
그리고 측정된 기본시험전류 간에 전류차를 산출한다(31). 산출된 여자상전류의 전류차에 따라 회전자(12)의 위치를 정확하게 예측할 수 있다. 이를 디지털로 표시한다면, 양자화에 사용되는 비트 개수에 따라 회전자(12)의 위치각에 대한 분해각이 달라진다(32).The current difference is calculated between the measured basic test currents (31). The position of the
본 실시예에서는 전류차를 그 크기에 따라 '1', '0', '-1'로 분류하기로 한다. 분류기준은 전류차가 소정 기준범위 이내인 경우에는 '0'을, 기준범위 이상 또는 이하인 경우에는 각각 '1' 또는 '-1'로 분류한다.In the present embodiment, the current difference is classified into '1', '0', and '-1' according to the magnitude thereof. The classification criteria classify '0' when the current difference is within a predetermined reference range and '1' or '-1' when the current difference is above or below the reference range.
도4는 2극 모터에 있어서, 기계각에 대응하는 기본시험전류, 전류차 및 전류차의 분류결과를 도시한 것이다.Fig. 4 shows the classification results of the basic test current, current difference and current difference corresponding to the machine angle in the two-pole motor.
기계각이 30도 단위로 변화할 때, 기본시험전류에 대한 전류차의 분류결과가 바뀌는 것을 볼 수 있다. 즉, 분류결과를 (U1-V1, V1-W1, W1-U1)와 같이 표시하면, 0도에서 (1, -1, -1(0))이 되고 30도에서는 (-1(0), -1, 1)이 된다.As the machine angle changes in units of 30 degrees, it can be seen that the classification result of the current difference with respect to the basic test current changes. In other words, if the classification result is expressed as (U1-V1, V1-W1, W1-U1), it becomes (1, -1, -1 (0)) at 0 degrees and (-1 (0), -1, 1).
이 때, '-1(0)'는 분류결과가 -1 또는 0이 될 수 있음을 의미하고, 그래프상의 사선은 이산 포인트인 '-1', '0', '1'을 잇는 선에 불과한 것이다. 따라서 기계각 중 일정범위 0~30도에서 분류결과는 0도 또는 30도에 대한 분류결과 중 어느 하나로 나타난다.At this time, '-1 (0)' means that the classification result can be -1 or 0, and the oblique line on the graph is only a line connecting discrete points '-1', '0' and '1'. will be. Therefore, the classification result in a certain range of 0 to 30 degrees of the machine angle appears as either the classification result for 0 degrees or 30 degrees.
3상 여자방식에 따라 도4에서 표시된 기본시험전류의 크기는 동일한 조건에서 측정된 2상 여자방식의 전류보다 그 크기 및 진폭이 크게 나타난다. 왜냐하면, 3상 여자방식에 대한 부하의 크기가 2상 여자방식의 그것보다 작아지기 때문이다. 즉, 하나의 상부 트랜지스터(Q1~Q3)로부터 유입된 전류는 2개의 하부 트랜지스터 (Q4~Q6)로 분기되어 유출되기 때문에, 분기점에서 바라본 부하의 등가 임피던스는 각 위상단자에 연결된 부하들의 병렬연결 관계가 되어 2상 여자방식과 비교하여 작아진다. According to the three-phase excitation method, the magnitude of the basic test current shown in FIG. 4 is larger than that of the two-phase excitation method measured under the same conditions. This is because the magnitude of the load on the three-phase excitation method is smaller than that of the two-phase excitation method. That is, since the current flowing from one of the upper transistors Q1 to Q3 is branched out to the two lower transistors Q4 to Q6, the equivalent impedance of the load viewed from the branch point is the parallel connection relationship of the loads connected to each phase terminal. Becomes smaller compared to the two-phase excitation method.
이와 같이, 3상 여자방식에 따라 측정되는 전류의 크기는 2상 여자방식에 비해 크기 때문에, 3상 여자방식에 따른 본원발명은 측정전류의 오차로 인한 회전자(12)의 초기위치에 대한 잘못된 측정을 방지할 수 있다.As described above, since the magnitude of the current measured according to the three-phase excitation method is larger than that of the two-phase excitation method, the present invention according to the three-phase excitation method is incorrect for the initial position of the
다시 도4를 참조하여 설명하면, 전류차의 분류결과는 기계각의 변화에 따라 180도 단위로 반복되는 것을 알 수 있다. 예컨대 0도와 180도, 30도와 210도 등에 대한 분류결과가 일치하고 있다.Referring again to Figure 4, it can be seen that the classification result of the current difference is repeated in units of 180 degrees in accordance with the change in the machine angle. For example, the classification results for 0 degrees, 180 degrees, 30 degrees and 210 degrees coincide.
이들 중첩되는 기계각을 구별하기 위해서, <표1>에서 분류된 추가시험전류 중 어느 하나를 측정하여 기준으로 삼을 수 있다. 즉 도4에 개시된 바와 같이, 0도에서 추가시험전류 'V2'가 기본시험전류 'V1'보다 큰 값을 가지며, 반대로 180도에서는 'V1'이 'V2'보다 큰 값을 갖는 것을 알 수 있다.To distinguish these overlapping mechanical angles, one of the additional test currents classified in Table 1 may be measured and taken as reference. That is, as shown in FIG. 4, it can be seen that at 0 degrees, the additional test current 'V2' has a larger value than the basic test current 'V1', whereas at 180 degrees, 'V1' has a larger value than 'V2'. .
따라서 기본시험전류에 대한 전류차의 분류결과를 통해 회전자(12)의 위치를 2개의 기계각으로 산출하고(33), 산출된 기계각에 따라 필요한 추가시험전류 하나를 선택적으로 측정하여(34) 최종적으로 회전자(12)의 위치를 산출할 수 있다(35).Therefore, the position of the
이에 의해, 본 실시예는 기본시험전류 3회와 추가시험전류 1회를 포함 총 4회의 스위칭을 통해서 회전자(12)의 위치를 산출할 수 있어 모터의 초기구동 소요시간을 단축할 수 있다. 또한 본 실시예를 통해 종래 기술보다 정세한 분해각 30도를 얻을 수 있지만, 전류차를 수개의 레벨로 분류하는 경우 보다 정밀한 분해각을 얻을 수 있음은 물론이다.As a result, the present embodiment can calculate the position of the
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.Although some embodiments of the invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that the embodiments may be modified without departing from the spirit or spirit of the invention. . It is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 모터 초기 구동시간을 단축할 수 있으며 측정전류의 오차로 인한 회전자 위치에 대한 잘못된 측정을 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to shorten the initial driving time of the motor and to prevent erroneous measurement of the rotor position due to the error of the measurement current.
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