KR100619762B1 - 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크 전류 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크전류 측정방법에 관한 것으로, 전류와 유효 벡터전압의 크기에 따라, 3상 전류를 검출하기 위한 최적의 유효전압 벡터시간을 확보하여 직류링크 측정시점을 가변함으로써, 안정되게 3상 전류를 복원하여 시스템의 안정성을 향상시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 단일전류 센서를 이용하는 전동기에 있어서, 속도오차에 대한 d축,q축 전류지령치를 연산하는 과정과; 상기 d축,q축 전류지령치를 이용하여, d축,q축 전압지령치를 연산하고, 그 d축,q축 전류지령치의 크기에 따라 최소 유효전압 벡터 인가시간을 설정하는 과정과; 상기 d축,q축 전압지령치를 공간전압벡터를 이용하여, 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을 연산하는 과정과; 상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을, 기설정된 최소 유효전압 벡터 인가시간과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을 보상하는 과정과; 상기 제1,제2 유효전압 벡터인가시간을 이용하여, d축 전류 측정시간과 q축 전류 측정 시간을 계산하는 과정과; 상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간에 의해, 각상에 인가되는 스위치 온시간을 계산하고, 그 스위치 온시간에 의해 인버터 스위치 소자의 게이트 신호를 생성하는 과정으로 이루어진다.

Description

단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크 전류 측정방법{DC LINK CURRENT MEASUREMENT METHOD FOR MOTOR IN USING SINGLE CURRENT SENSOR}

도1은 단일전류센서를 이용한 시스템을 보인 개략도.

도2는 도1에 있어서,스위칭 상태에 따른 DC-Link 전류와 상전류의 관계를 보인도

도3은 종래 단일 전류센서를 이용한 전동기의 직류링크측정방법에 대한 파형도.

도4는 본 발명 단일전류센서를 이용한 전동기의 직류링크 측정방법에 대한 동작흐름도.

도5는 본 발명 단일 전류센서를 이용한 전동기의 직류링크측정방법에 대한 파형도.

본 발명은 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크 전류 측정방법에 관한 것으로, 특히 전류와 유효 벡터전압의 크기에 따라, 3상 전류를 검출하기 위한 최적의 유효전압 벡터시간을 확보하여 직류링크 측정시점을 가변함으로써, 안정되게 3상 전류를 복원하여 시스템의 안정성을 향상시키도록 한 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크전류 측정방법에 관한 것이다.

도1은 단일전류센서를 이용한 시스템을 보인 개략도이고, 도2는 스위칭 상태에 따른 DC-Link 전류와 상전류의 관계를 보인도이다.

예를 들어, 전압벡터가 V1(100)를 인가되면, 인버터 상단스위치 A상과 하단스위치 B상, C상이 온(ON)되어 있는 경우로서, 상기 DC-Link전류는 A상 상단스위치로 흘러 들어간 후, 전동기에 통해 다시 B,C상의 하단스위치로 흘러 나가게 된다.

이때, 상기 DC-Link 전류를 측정하면, 그 DC-Link 전류는 A상 전류와 같게 되는데, 이러한 원리를 이용하여 상기 도2와 같이, 각각의 전압벡터에 DC-Link 전류와 상전류의 관계를 구할 수 있다.

즉, 상기 DC Link 전류 센서로부터 상전류의 재구축은 두 개의 유효벡터가 적어도 신뢰성 있는 샘플링이 되기에 충분한 시간이 존재할 때만이 가능한데, 하나의 유효전압 벡터는 하나의 상전류를 재구축하기 위하여 사용되고, 또 다른 유효전압벡터는 다른 상전류를 구축하기 위하여 사용된다.

일반적으로 최소한의 필요한 유효전압벡터의 시간은, 하기의 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식1]

여기서,

는 데드타임,

는 스위칭에 의해 생기는 DC Link 링깅 (Ringing) 전류의 안정화 시간,

는 A/D 변환 시간이다.

따라서, 종래 기술의 단일전류 센서를 이용한 직류 링크 전류 측정 시점은, 유효전압 벡터가 인가된후, 데드타임과 전류 링깅시간이 지난후가 되며, 도3과 같이 나타낼 수 있다.

예를 들어, 데드타임이 3us이고, 링깅 전류 안정화시간이 5us,AD변환시간이 2us라고 가정하면, 직류링크 전류 측정에 필요한 최소한의 유효전압 벡터시간(Tmin) 10us가 된다.

따라서, 직류링크 전류 측정 AD시작은 유효전압벡터가 인가되고 항상 8us후에 시작된다.

이와같이 종래 기술은, 유효전압벡터가 10us일때나 100us일때나, 항상 8us 뒤에서 직류링크 전류 측정을 시작한다.

이때, 상기 단일전류센서를 사용하여 신뢰성 있는 3상 전류를 복원하기 위해서는 정확한 직류링크 전류 측정을 요구하는데, 상술한 종래 기술에서는 유효전압벡터가 인가된후 항상 고정된 시간뒤에 직류링크 전류를 측정한다.

그러나, 스위칭전환에 의해 직류 링크 링깅전류의 안정화시간은 직류링크 전류의 크기와 인버터,그리고 모터사이의 라인길이에 따라 변화할 수 있다.

따라서, 전류측정 시간이 최악인 경우의 유효전압 벡터시간(Tmin)일 때를 고려하여 모든 전류 측정 시점을 고정한다면 링깅전류의 안정화시간이 예측값과 틀려지는 경우에, 잘못된 직류링크 측정시점을 계산할 수 있고, 이에 의해 3상의 전류를 잘못 복원시켜 시스템의 안정성을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전류와 유효 벡터전압의 크기에 따라, 3상 전류를 검출하기 위한 최적의 유효전압 벡터시간을 확보하여 직류링크 측정시점을 가변함으로써, 안정되게 3상 전류를 복원하여 시스템의 안정성을 향상시키도록 한 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크전류 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단일전류 센서를 이용하는 전동기에 있어서,

속도오차에 대한 d축,q축 전류지령치를 연산하는 과정과;

상기 d축,q축 전류지령치를 이용하여, d축,q축 전압지령치를 연산하고, 그 d축,q축 전류지령치의 크기에 따라 최소 유효전압 벡터 인가시간을 설정하는 과정과;

상기 d축,q축 전압지령치를 공간전압벡터를 이용하여, 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을 연산하는 과정과;

상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을, 기설정된 최소 유효전압 벡터 인가시간과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을 보상하는 과정과;

상기 제1,제2 유효전압 벡터인가시간을 이용하여, d축 전류 측정시간과 q축 전류 측정 시간을 계산하는 과정과;

상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간에 의해, 각상에 인가되는 스위치 온시간을 계산하고, 그 스위치 온시간에 의해 인버터 스위치 소자의 게이트 신호를 생성하는 과정을 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크전류 측정방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류 링크 전류 측정방법이 적용되는 장치는 도1과 동일하다.

도4는 본 발명 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크 전류 측정방법에 대한 실시예의 동작 흐름도이다.

도4에 도시한 바와 같이 본 발명은, 속도오차에 대한 d축,q축 전류지령치를 연산하는 과정과; 상기 d축,q축 전류지령치를 이용하여, d축,q축 전압지령치를 연산하고, 그 d축,q축 전류지령치의 크기에 따라 최소 유효전압 벡터 인가시간을 설정하는 과정과; 상기 d축,q축 전압지령치를 공간전압벡터를 이용하여, 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을 연산하는 과정과; 상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을, 기설정된 최소 유효전압 벡터 인가시간과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을 보상하는 과정과; 상기 제1,제2 유효전압 벡터인가시간을 이용하여, d축 전류 측정시간과 q축 전류 측정 시간을 계산하는 과정과; 상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간에 의해, 각상에 인가되는 스위치 온시간을 계산하고, 그 스위치 온시간에 의해 인버터 스위치 소자의 게이트 신호를 생성하는 과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 속도오차에 대한 d축,q축 전류지령치를 연산한다. 즉 사용자가 희망하는 모터 지령속도를 기설정한 후, 현재 모터 속도를 검출하여 그 검출된 모터속도를 상기 모터 지령속도와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 d축,q축 전류지령치를 연산한다.

이때, 현재 모터 속도가 상기 모터 지령속도보다 작으면, d축,q축 전류지령치를 증가시키고, 현재 모터 속도가 상기 모터 지령속도보다 크면, d축,q축 전류지령치를 감소시킨다.

그 다음, 상기 d축,q축 전류지령치를 이용하여, d축,q축 전압지령치를 연산하고, 그 d축,q축 전류지령치의 크기에 따라 최소 유효전압 벡터 인가시간(Tmin)을 설정한다.

여기서, 상기 최소 유효전압 벡터인가시간(Tmin)을 설정할때, 직류링크 전류 측정을 위해, d축,q축 전류지령치의 크기가 증가할수록, 최소 유효전압 벡터 인가시간(Tmin)을 증가시키는데, 예를 들어 직류링크 전류가 5A이하일 경우에는 스위칭에 의한 링깅전류의 안정화시간이 5us이내일 수 있으나, 직류링크전류가 5A 이상일 때는 스위칭에 의한 링깅전류의 안정화시간이 5us 이상일 수 있으므로, 직류링크전류 측정에 필요한 최소 유효벡터전압의 크기를 증가시켜 줄 필요가 있다.

그 다음, 상기 d축,q축 전압지령치를 공간전압벡터를 이용하여, 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간(T1,T2)을 연산한후, 그 상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간(T1,T2)을, 기설정된 최소 유효전압 벡터 인가시간(Tmin)과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간(T1,T2)을 보상한다.

즉, 상기 제1 유효전압 벡터 인가시간(T1)이, 최소 유효전압벡터 인가시간(Tmin)보다 작으면 그 제1 유효전압 벡터 인가시간(T1)을, 상기 설정된 최소 유효전압 벡터 인가시간(Tmin)으로 할당하고, 제2 유효전압 벡터 인가시간(T2)이, 최소 유효전압벡터 인가시간(Tmin)보다 작으면 그 제2 유효전압 벡터 인가시간(T2)을, 상기 설정된 최소 유효전압 벡터 인가시간(Tmin)으로 할당한다.

그 다음, 상기 제1,제2 유효전압 벡터인가시간(T1,T2)을 이용하여, 첫번째 상전류 측정시간과 두번째 상전류 측정 시간을 계산하는데, 하기의 수학식에 의해, 첫번째 상전류 측정시간(Tad1)과 두번째 상전류 측정 시간(Tad2)을 계산한다.

[수학식]

Tad1=T1×Tr

Tad2=T2×Tr

여기서, T1은 제1 유효전압 벡터인가시간, T2는 제2 유효전압 벡터인가시간, Tr은 적절한 시점을 찾기 위한 비례상수(인버터의용량과 설계구조에 따라 사용자가 변화시킬수 있는 값)

이후, 상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간에 의해, 각상에 인가되는 스위치 온시간을 계산하고, 그 스위치 온시간에 의해 인버터 스위치 소자의 게이트 신호를 생성한다.

여기서, 도5는 본 발명을 적용하여 전류를 측정하는 시점을 보인도로서, 예를 들어 T1=10us, T2=30us로 할당한다면, 종래에는 제1,제2 유효전압 벡터인가시간에 대해, 유효전압 벡터인가후 항상 고정된 시간(예:8us)후에 AD시작을 하게 되므 로, 도4와 같이 두번째 유효벡터 인가시간에 링깅전류 안정화시간이 길어진 경우처럼 두번째 전압벡터에 대해서도 8us뒤에 AD시작을 한다면 직류링크 전류가 불안정한 구간에서 전류를 측정함을 알 수 있다.

만약, 본 발명을 적용하여 비례상수를 '0.8'로 한다면 제1 유효전압 벡터인가시간인 경우에는 종래 기술과 같이 8us뒤에 AD시작을 하고 제2 유효전압 벡터인가시간에 대해서는 24us뒤에 전류를 측정하므로 종래기술에 비하여 안정화된 전류를 측정함을 알 수 있다.

다시 말해서, 본 발명은 전류와 유효 벡터전압의 크기에 따라, 3상 전류를 검출하기 위한 최적의 유효전압 벡터시간을 확보하여 직류링크 측정시점을 가변하도록 한 것이다.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 전류와 유효 벡터전압의 크기에 따라, 3상 전류를 검출하기 위한 최적의 유효전압 벡터시간을 확보하여 직류링크 측정시점을 가변함으로써, 안정되게 3상 전류를 복원하여 시스템의 안정성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 단일전류 센서를 이용하는 전동기에 있어서,

   d축,q축 전류지령치의 크기에 따라 최소 유효전압 벡터 인가시간을 설정하는 과정과;

   d축,q축 전압지령치를 공간전압벡터를 이용하여, 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을 연산하는 과정과;

   상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을, 기설정된 최소 유효전압 벡터 인가시간과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간을 보상하는 과정과;

   상기 제1,제2 유효전압 벡터인가시간을 이용하여, d축 전류 측정시간과 q축 전류 측정 시간을 계산하는 과정과;

   상기 제1,제2 유효전압 벡터 인가시간에 의해, 각상에 인가되는 스위치 온시간을 계산하고, 그 계산된 스위치 온시간에 따라 인버터 스위치 소자의 게이트 신호를 생성하는 과정을 수행함을 특징으로 하는 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크전류 측정방법.
2. 제1 항에 있어서, 상기 d축,q축 전류지령치를 연산하는 과정은,

   사용자가 희망하는 모터 지령속도를 기설정하는 단계와;

   현재 모터 속도를 검출하여 그 검출된 모터속도를 상기 모터 지령속도와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 d축,q축 전류지령치를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크전류 측정방법.
3. 제2 항에 있어서, 상기 d축,q축 전류지령치를 연산하는 단계는,

   현재 모터 속도가 상기 모터 지령속도보다 작으면, d축,q축 전류지령치를 증가시키고, 현재 모터 속도가 상기 모터 지령속도보다 크면, d축,q축 전류지령치를 감소시키는 것을 특징으로 하는 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크전류 측정방법.
4. 제1 항에 있어서, 상기 최소 유효전압 벡터 인가시간을 설정하는 과정은,

   직류링크 전류 측정을 위해, d축,q축 전류지령치의 크기가 증가할수록, 최소 유효전압 벡터 인가시간을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크 전류 측정방법.
5. 제1 항에 있어서, 상기 보상하는 과정은,

   상기 제1 유효전압 벡터 인가시간이, 최소 유효전압벡터 인가시간보다 작으면 그 제1 유효전압 벡터 인가시간을, 상기 설정된 최소 유효전압 벡터 인가시간으로 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징을 하는 단일 전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크 전류 측정방법.
6. 제1 항에 있어서, 상기 보상하는 과정은,

   상기 제2 유효전압 벡터 인가시간이, 최소 유효전압벡터 인가시간보다 작으면 그 제2 유효전압 벡터 인가시간을, 상기 설정된 최소 유효전압 벡터 인가시간으로 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크 전류 측정방법.
7. 제1 항에 있어서, 상기 d축 전류 측정시간과 q축 전류 측정 시간을 계산하는 과정은,

   하기의 수학식에 이해, 첫번째 상전류 측정시간(Tad1)과 두번째 상전류 측정 시간(Tad2)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일전류 센서를 이용한 전동기의 직류링크 전류 측정방법.

   [수학식]

   Tad1=T1×Tr

   Tad2=T2×Tr

   여기서, T1은 제1 유효전압 벡터인가시간, T2는 제2 유효전압 벡터인가시간, Tr은 적절한 시점을 찾기 위한 비례상수(인버터의용량과 설계구조에 따라 사용자가 변화시킬수 있는 값)
8. 제1 항에 있어서,

   속도오차에 대한 d축,q축 전류지령치를 연산하는 과정과;

   상기 d축,q축 전류지령치이용하여, d축,q축 전압지령치를 연산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일전류센서를 이용한 전동기의 직류링크 측정방법.

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